大气污染控制工程燃煤锅炉除尘系统设计袋式除尘器

实用文档课程设计说明书课程名称：大气污染控制工程课程设计题目：燃煤锅炉除尘系统设计课程设计任务书一、课程设计题目燃煤锅炉除尘系统设计二、课程设计的目的课程设计是大气污染控制工程教学中一个重要的实践环节，要求综合运用所学的有关知识，在设计中掌握解决实际工程问题的能力，并进一步巩固和提高理论知识。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。三、设计原始资料煤质表飞灰含氧量水分含硫量22％1.5%7.5％2.0％设计参数：锅炉型号：SZL10-1.6型1台设计耗煤量：650kg/h烟气粘度：2.4X10－5pa.s烟气温度：473K空气过剩系数：a=1.4允许压力损失：1200pa烟气密度：1.18kg/m3烟气真密度：2.25kg/m3标准状态下烟尘允许排放浓度：50mg/m3标准状态下二氧化硫允许排放浓度：100mg/m3四、设计内容和要求在课程设计实践过程中，灵活运用学习的除尘系统的基本原理、基本装置。结合相关文献资料的收集查阅，掌握除尘系统的设计。1.燃煤锅炉除尘系统简介；除尘系统的设计；2.根据燃煤量、煤质等数据计算烟气量及烟尘浓度；选择除尘器；3.确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置，并计算各管段的管径、长度、烟囱高度。4.烟囱的设计；5.系统阻力的计算；6.风机和电动机的选择和计算。7.按照工程制图要求绘制除尘系统图一张，需用AutoCAD出图。五、主要参考书目(1)郝吉明，马广大主编.大气污染控制工程.北京：高等教育出版社，2006(2)同济大学等编.锅炉及锅炉设备.北京：中国建筑工业出版社，1986(3)蒋文举主编.大气污染控制工程.北京：高等教育出版社，2006目录1前言 31.1烟气除尘技术概述 31.1.1分类 31.1.2除尘器性能指标 41.1.3除尘器的选择 41.2袋式除尘器 51.2.1袋式除尘器的机理 51.2.2袋式除尘器的分类 62袋式除尘器的选型设计的步骤 82.1收集有关资料 92.2选定袋式除尘器的形式、滤料及清灰方式 92.3确定过滤速度 102.4确定过滤面积 102.5估算除尘器的除尘效率、压力损失，确定过滤和清灰周期 113设计计算 113.1燃煤锅炉排烟量及烟气的计算 113.1.1标准状态下理论空气量 113.1.2标准状态下理论烟气量 113.1.3标准状态下实际烟气量 123.1.4标准状态下烟气流量 123.1.5烟气含尘浓度 123.2除尘器的选型 133.2.1除尘效率 133.2.2除尘器的选择 133.3确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置 133.3.1各装置及管道布置的原则 133.3.2管径的确定 143.4烟囱的设计 143.5系统阻力的计算 153.5.1摩擦压力损失 153.5.2局部压力损失 153.6风机的选型 183.7电动机的选型 18参考文献 19附图 19致谢 201前言空气中的颗粒物事影响我国城乡空气质量的主要污染物之一。据统计每人每天吸入的空气量远远超过每天的饮水量和进食量，在这些吸入的空气中经常携带着大量的颗粒物，对人体健康产生重大的影响。研究发现，大气中的SO、NO和CO等污染物的含量与人类死亡率并没有紧密的联系，而可吸入颗粒物则成为导致人类死亡率上升的主要原因。在我国各大城市的污染物检测中心发现，总悬浮颗粒物（TSP）70%以上的来源是燃烧过程，目前我国工业锅炉每年的烟尘排放量约6~8Mt，占全国烟尘总排放量的33%~35%，可见减少锅炉燃烧烟尘排放对改善大气质量有着举足轻重的作用。[1]1.1烟气除尘技术概述1.1.1分类烟气除尘技术按其工作原理可分为机械作用和静电力作用两大类，其共同点是使颗粒物的气体通过每个力场或电场，通过力场或电场的作用使颗粒物从气体中分离[1]。从气体中去除获捕集固态、液态微粒的设备称为除尘装置或除尘器。按捕集分离尘粒的机理将各种除尘器归纳成机械式除尘器、湿式除尘器、过滤式除尘器和电除尘器等四大类。（1）机械式除尘器机械式除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力等）的作用而使尘粒物质与气流分离的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、多管旋风除尘器。（2）湿式除尘器湿式除尘器是利用液滴、液膜、气泡等形式，将含尘气流中的尘粒和有害气体去除的设备。湿式除尘器的种类很多，通常情况耗能低的主要用于治理废气；耗能改高的一般用于除尘。用于除尘方面的湿式除尘器主要有：喷淋塔式除尘器、文丘里除尘器、自激式除尘器和水膜式除尘器。（3）过滤式除尘器过滤式除尘器是采用一定的过滤材料，使含尘气流通过过滤材料来达到分离气体中固体粉尘的一种高效除尘设备。目前常用的有袋式除尘器和颗粒除尘器。（4）电除尘器电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离过程中，使含尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘集上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。1.1.2除尘器性能指标除尘器性能指标包括技术性能指标和经济性能指标，其中，前者包括含尘气体处理量、除尘效率、阻力损失，后者包括总费用（含投资费用和运转费用）、占地面积、使用寿命。上述各项指标是除尘设备选用及研发的依据。表5-1列举了各种除尘设备的基本性能。表1除尘设备的分类及基本性能类别除尘设备形式阻力/pa除尘效率/%投资费用运行费用机械式除尘器重力沉降室50～15040～60少少惯性除尘室100～50050～70少少旋风除尘器400～130070～92少中多管旋风除尘器80～150080～95中中湿式除尘器喷淋洗涤器100～30075～95中中文丘里除尘器5000～2000090～98少高自激式除尘器800～200085～98中较高水膜式除尘器500～150085～98中较高过滤式除尘器颗粒除尘器800～200085～99较高较高袋式除尘器800～200085～99.9较高较高电除尘器～干式除尘器100～20085～99高少湿式静电除尘器125～50090～99高少1.1.3除尘器的选择在选择除尘器过程中，应全面考虑一下因素：（1）除尘器的除尘效率（各种除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率见表5-2）；（2）选用的除尘器是否满足排放标准规定的排放浓度；（3）注意粉尘的物理特性（例如黏性、比电阻、润湿性等）对除尘器性能有较大的影响，另外，不同粒径粉尘的除尘器除尘效率有很大的不同；（4）气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的出净化设备，去除粗大粉尘，以使设备更好地发挥作用；（5）气体温度和其他性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素；（6）所捕集粉尘的处理问题；（7）设备位置，可利用的空间、环境条件等因素；（8）设备的一次性投资（设备、安装和施工等）以及操作和维修费用等经济因素。表2各种除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率除尘器名称除尘效率/%除尘器名称除尘效率/%50515051惯性除尘器95263干式静电除尘器>999986中效旋风除尘器94278湿式静电除尘器>999892高效旋风除尘器967327中能文丘里除尘器约99>9997冲击式是式除尘器988538高能文丘里除尘器约100>9998自激式湿式除尘器约1009340振打袋式除尘器>99>9999喷淋洗涤器（空塔）999455逆喷袋式除尘器约100>99991.2袋式除尘器袋式除尘器属于过滤式除尘器，可用于粒径大于0.1m的含尘气体，其除尘效率一般可达到99%以上，不仅性能稳定可靠，操作简单，而且所收集的干尘粒也便于回收利用。对于细小而干燥的粉尘，采用袋式除尘净化比较适宜。袋式除尘有如下缺点：由于所用滤布受到温度、腐蚀性的条件的限制，只适用于净化腐蚀性小、温度低于300的含尘气体，不适用于粘结性强、吸湿性强的含尘气体（含有油雾、凝结水和粉尘黏度大的含尘气体）。[2]1.2.1袋式除尘器的机理袋式除尘器主要依靠含尘气流通过滤袋纤维时产生的筛虑、碰撞、截留、扩散、静电和重力等六种效应进行进化，其中以“筛虑效率”为主。图1是袋式除尘器的结构图。当含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，通过滤料的空隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出。沉积在滤料上的粉尘可以在机械振动的作用下从滤料的表面脱落，落入灰斗中。粉尘因截留、惯性碰撞、静电和扩散作用，逐渐在滤袋表面形成粉尘层，常被称为粉尘初层。初层形成后，他成为袋式除尘的主要过滤层，提高了除尘效率。滤布仅仅起着形成粉尘初层和支撑他的骨架作用，但随着粉尘在滤布上的积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把有些已负载滤料上的细粉尘挤压过去，是除尘效率下降。[2]1.2.2袋式除尘器的分类袋式除尘器的结构形式多种多样，可以按其清灰方式、滤袋形状、气流通过滤袋的方向、除尘器内气体压力及气口位置等进行分类。（1）按清灰方式分类清灰方式在很大程度上影响着袋式除尘器的性能，是袋式除尘器分类的主要依据。一般可分为机械振动类、逆气流反吹类、脉冲喷吹类。①机械振动类：利用手动、电动或气动的机械装置使滤袋产生振动而滑灰。振动可以是垂直、水平、扭转或组合等方式（图2）；振动频率有高、中、低之分。清灰是必须停止过滤，有的还铺以反向气流，因而箱体多做成分室结构，逐室清灰。②逆气流反吹类：利用与过滤气流相反的气流，使滤袋形状变化，粉尘层受扰曲力和屈曲力的作用而脱落，图3是一种典型的气流反吹清灰方式。③脉冲喷吹类：将压缩空气在短暂的时间（不超过0.2s）内高速吹入滤袋，同时诱导数倍于喷射气流的空气，造成袋内较高的压力峰值和较高的压力上升速度，是袋壁获得很高的外向加速度，从而滑落粉尘。这种清灰方式应注意选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续时间（通常为0.1~0.2s）。每清灰一次叫一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s。图4所示为脉冲喷吹清灰袋式除尘器。（2）按滤袋形状分类①圆袋：袋式除尘器多采用圆筒形滤袋，通常直径为120~300mm，袋长为2~12m。圆袋受力较好，袋笼及连接简单，易获得较好的清灰效果。②扁袋：扁袋有板型、菱形、楔形、椭圆形、人字形等多种形状。特点是均为外滤式，内部都有相应的骨架支撑。扁袋布置紧凑，在体积相同时，可布置较多的过滤面积，一般能增加20%~40%。（3）按过滤方向分类①外滤式：气体由滤袋外侧穿过滤料流入滤袋的内侧，粉尘被阻留在滤袋的外表面。外滤式滤袋内需设支撑骨架。脉冲喷吹类和高压反吹类多为外滤式。②内滤式：含尘气体由袋口进入滤袋内，然后穿过滤袋流向外侧，粉尘被阻留在滤袋的内表面。内滤式多用于圆袋。机械振动、逆气流反吹等清灰方式多用于内滤式。[3]2袋式除尘器的选型设计的步骤袋式除尘器的种类很多，因此，其选型计算显得特别重要，选型不当，如设备过大，会造成不必要的流费；设备选小会影响生产，难于满足环保要求。选型计算方法很多，一般地说，计算前应知道烟气的基本工艺参数，如含尘气体的流量、性质、浓度以及粉尘的分散度、清润性。黏度等。知道这些参数后，通过计算过滤分素、过滤面积、滤料及设备阻力，在选择设备类别型号。[4]2.1收集有关资料（1）含尘气体特性：成分、温度、湿度、腐蚀性、流量等。（2）粉尘特性：浓度、成分、密度、粒径分布、黏度、含水率、纤维性和爆炸性等。（3）防尘性能要求：除尘率和压力损失等。（4）粉尘回收：粉尘回收利用的方式与价值。（5）各种除尘器的特征：除尘效率、压力损失、价格、金属耗量、运行费用及维修管理难易程度等。（6）其他资料：如水源、电源、通风机、冷却装置、安装现场及有关设备材料的供应情况等。[4]2.2选定袋式除尘器的形式、滤料及清灰方式首先，确定选择除尘器的形式。应该注意的事项主要有：①袋式除尘器主要用于控制粒径在1左右的微粒，当含尘气体浓度超过5时，为降低除尘器的过滤负荷，最好采用二级除尘，级在袋式除尘器的前面加第一级除尘，如旋风除尘器或重力沉降室；②不适用于净化油雾、水雾、粘结性强、湿度高的粉尘。例如，在处理气体量不很大，净化效率要求高，且厂房面积受限制，投资、设备订货和操作管理都有条件时，可以采用脉冲喷吹袋式除尘器、逆气流与机械振动联合清灰袋式除尘器等。在处理气量大（如以上）时，可考虑采用逆气流清灰袋式防尘器等。对中小型企业，厂房面积不太受限制，投资、设备、及维修管理都有一定困难的情况，可考虑采用简易袋式除尘器和机械振动清灰袋式除尘器等形式。其次，选择适当的滤料。选择滤料时，应考虑含尘气体的特性（温度、湿度和腐蚀性）和技术经济指标。例如，当气体温度为150～300时，可以选用玻璃纤维滤袋；当粉尘为纤维状时，应选用表面较光滑的尼龙等滤袋；对一般工业性粉尘，可选用涤纶绒布等滤布。然后，确定清灰方式。清灰方式是选型的重要依据，它收粉尘黏性、过滤速度、空气阻力、压力损失、净化效率等诸多因素共同制约，所以要依据主要制约因素确定清灰方式。2.3确定过滤速度袋式除尘器的过滤速度，是指气体通过滤料的平均速度，单位为m/mim。过滤速度（也称过虑风速）的大小是决定除尘器性质的重要指标，可按下式计算：式中，为过滤速度，m/min；Q为袋式除尘器处理风量，；A为过滤面积，。反过来，当过滤速度确定后，则过滤面积即可确定。过滤风速过高会使积于滤料上的粉尘层压实，阻力急剧增加。犹豫滤料两侧的压差增加，使粉尘颗粒渗入滤料内部，甚至透过滤料，致使出口含尘浓度增加。这种现象在滤料刚清完灰后更明显。若过滤速度高时，则导致滤料上迅速形成粉尘层，引起过于频繁的清灰，缩短滤袋使用寿命。过滤速度较低，则阻力低，效率高，但若过滤低，则过滤面积过大，需要过大的设备，设备费用增大，同时设备占地面积也大。因此，需综合考虑粉尘特性、入口含尘浓度、烟气温度、滤料特性、清灰方式及设备阻力等因素，确定过滤速度。2.4确定过滤面积如果采用定型产品，根据处理气体Q和总过滤面积A即可选定除尘器的型号规格。如果需要自行设计，额按下列步骤进行。①确定滤袋尺寸，即确定直径D和高度L。滤袋直径一般取D=100~60mm，通常选择D=200~300mm。尽量使用同一规格，以便检修更换。滤袋高度对除尘效率和压力损失几乎无影响，一般取2~6mm。②计算每只滤袋的面积a。③计算滤袋数n④滤袋的布置及吊挂固定。需要滤袋数较多时，可根据清灰方式及运行条件，将滤袋分成若干组，每组内相邻的两录像带间距一般取50~70mm。组与组之间以及滤袋与外壳之间的距离，应考虑跟换滤袋和检修的需要。滤袋的固定和拉紧方法对其使用寿命影响很大，要考虑到换袋、维修、调节方便、防止固紧处磨损、断裂等。⑤壳体设计。包括除尘器箱体，进、排气风管形式，灰斗结构，检修孔及操作平台等。⑥分成清灰机构的设计和清灰制度的确定。⑦粉尘输送、回收机综合利用系统的设计，包括回收有用粉料和防止粉尘再次飞扬。2.5估算除尘器的除尘效率、压力损失，确定过滤和清灰周期过滤周期的长短应根据压力损失和流量的变化确定，其变化随着滤料上的粉尘层的不断增加而发生，这些都与除尘系统采用的风机的特性和总能耗有关。[2]3设计计算3.1燃煤锅炉排烟量及烟气的计算3.1.1标准状态下理论空气量C+O2CO2H+1/4O2H2OS+O2SO2O1/2O23.1.2标准状态下理论烟气量n(N2)=3.76n(O2)=382.66mol3.1.3标准状态下实际烟气量式中——空气过剩系数；——标准状态下理论空气量；——标准状态下理论烟气量。3.1.4标准状态下烟气流量式中M——设计耗煤量；——实际烟气量。工况条件下烟气流量即14179.60（）=3.94（）3.1.5烟气含尘浓度式中——排烟中飞灰占煤中不可燃烧成分的质量分数；——煤中不可燃烧成分的含量；——标准状态下实际烟气量。3.2除尘器的选型3.2.1除尘效率式中C——标准状态下烟气含尘浓度；——标准状态下锅炉烟尘排放标准钟规定值。3.2.2除尘器的选择根据工况系下的烟气量（）、烟气温度（473）及要求达到的除尘效率（98.86%）确定除尘器的种类、型号、规格及运行参数根据以上数据，经查阅资料，选用LFEF4x230-HSY/H型玻纤袋式除尘器。其处理风量为20000～27000m/h，过滤风速为＜0.5。[5]产品性能规格见表3：表3LFEF4x230-HSY/H型波纤袋式除尘器产品性能规格型号处理风量/过滤面积/过滤风速/除尘效率/%适用温度/除尘器阻力/Pa设备重量/kgLFEF4x230-HSY/H20000~27000920<0.5>98<280980~1570246203.3确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置3.3.1各装置及管道布置的原则根据锅炉运行情况及锅炉现场的实际情况确定个装置的位置。一旦确定个装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。对个装置及管道的布置力求简单、紧凑、管路短、占地面积小，并使安装、操作和检修方便。3.3.2管径的确定参考文献资料，v烟气流量一般为15～25m/s，取v=20m/s式中Q—工况下管道内的烟气流量，；V—烟气流速，m/s。将管径圆整为500mm，将圆整后的管径代入公式m中，取管道长度L=9.5m.3.4烟囱的设计烟囱高度的确定：首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物质排放标准中的规定（如表4）确定烟囱高度。表4锅炉烟囱的高度锅炉总额定出力/(t/h)<11～22～66～1010～2026～35烟囱高度/m202530354045锅炉的最大蒸汽量：4t/h；故选定烟囱高度为30。[6]3.5系统阻力的计算3.5.1摩擦压力损失对于圆管式中：L——管道长度；d——管道直径；——烟气密度；/V——管道中气流平均流速；——摩擦阻力系数。3.5.2局部压力损失式中—异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获得；—与相对应得断面平均气流速度，m/s；—烟气密度，。图5中一为渐缩管图5中二为Z形弯头图5中三为渐扩管查蒋文举主编教材《大气污染控制工程》附表十一，并取，则图6中α为渐扩管图6中b、c均为弯头对于图7所示T形三通管系统总阻力(其中锅炉出口前阻力位800pa，除尘器阻力位1000pa)为3.6风机的选型查得资料[5],选定反吹风