袋式除塵器的設計

大氣污染控制工程課程設計學院：水利與環(huán)境學院專業(yè)：環(huán)境工程指導老師：蘇青青

姓名：沈偉航三峽大學課程設計任務書2012年春季學期課題名稱30MVB組燃煤鍋爐袋式除塵器的選型設計指導教師辦冃冃學生姓名院別水利與環(huán)境學院專業(yè)環(huán)境工程班級課題概述：袋式除塵器是控制粉塵污染應用最廣的設備，其運行過程是以過濾-清灰-再過濾的程序進行的，要保證袋式除塵器長期穩(wěn)定運行，關鍵是清灰技術和濾料特性。本設計要求依據(jù)鍋爐的型號規(guī)格、煤種等工藝條件及排放標準的要求，對30MVB組燃煤鍋爐袋式除塵器進行了選型，并對袋式除塵器的性能和結構進行設計計算；通過合理選擇濾料、均勻布氣、及時清灰等措施，提高袋式除塵器的效率，有效降低袋式除塵的壓力損失。原始資料及主要參數(shù)：1.原始資料某電廠對30MVB組進行袋式除塵改造。設計要求標準狀態(tài)下袋式除塵器煙氣排放濃度w50mg/m；除塵效率＞99%漏風率w2%(1)設計參數(shù)額定蒸發(fā)量為75t/h,煤的成分見表6-13.收到基地位發(fā)熱量為20350KJ/Kg。煤的組成成分單位%CHONSAW(3)煙氣性質最大煙氣量185900mVh;煙氣最高溫度150C,；煙氣最大含塵量15g/m3;煙氣露點溫度100C;煙氣壓力約3000Pa。(4)煙塵性質灰塵的成分、粒徑分布分別見表灰塵成分單位%SiO2AI2QFqQMgOCaOK2ONa>OP2QTiO2SO粉塵粒徑分布灰塵粒度/um<55-1010-2020-3030-4747-606-74>74分布/%(5)氣象條件年平均大氣壓力；最低溫度平均值°C;最高溫度平均值°C;冬季室外風速平均值s;夏季室外風速平均值s;海拔高度。2.設計依據(jù)《火電廠大氣污染排放標準》(GB13223-2003;《鍋爐大氣污染排放標準》(GB13271-2001;《火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ/T75-2001);《袋式除塵器性能測試方法》(GB12138-89《袋式除塵器用濾袋框架技術條件》(JB/T5917-2006)《袋式除塵器用濾料及濾袋技術條件》(GB12625-2007《脈沖噴出類袋式除塵器技術條件》(JB/T8532-1997)《袋式除塵器安裝技術要求及驗收規(guī)范》(JB/T8471-1996)

參考資料：郝吉明，馬廣大等編著?《大氣污染控制工程》，北京：高等教育出版社.2002NoeldeNevers主編.《大氣污染控制工程》（影印版）（第2版）.北京：清華大學出版社.2000劉景良主編.《大氣污染控制工程》，北京：中國輕工業(yè)出版社.2002粱麗明，彭林著.《城市大氣有機物污染》，北京：煤炭工業(yè)出版社.2000趙毅，李守信主編.《有害氣體控制工程》，北京：化學工業(yè)出版社.2001林肇信主編.《大氣污染控制工程》北京：高等教育出版社.1991設計成果要求：設計報告的重點是對設計計算成果的說明和合理性分析以及其它有關問題討論。設計報告要力求文字通順、簡明扼要，圖表要清楚整齊，每個圖、表都要有名稱和編號，并與說明書中內容一致，最后成果及圖表要字體工整，合訂時，說明書在前，附表和附圖分別集中，依次放在后面。通過課程設計應使學生具有初步的綜合運用知識的能力；收集資料和使用技術資料的能力；方案比較分析、論證的能力；設計計算的能力等。課程設計說明書內容完整、計算準確、論述簡潔、文理通順、裝訂整齊。課程設計圖紙應能較好地表達設計意圖，圖面布局合理、正確清晰、符合制圖標準及有關規(guī)定。每個學生應完成設計圖紙3張A3圖紙（全圖、正視圖、剖視圖），設計計算說明書一份，說明書內容應包括：參數(shù)計算，結構設計。進度起止日期要求完成的內容及質量

計劃安排本設計米用分散與集中結合的方法。分散：任務書在理論課程進行的同時下達，學生在平時即可進行相應的基礎資料的收集。設計進度安排設計內容：⑴根據(jù)所給的課題收集相應的設計資料；⑵進行設計參數(shù)計算及合理性分析；⑶對設計的內容進行畫圖；圖表要清楚整齊，每個圖、表都要有名稱和編號（4）對現(xiàn)有的收集路線進行評價，并提出合理的建議質量要求：⑴說明書與計算書：說明書和計算書的章節(jié)應一致。⑵圖紙：圖面布局合理、正確清晰、符合制圖標準及有關規(guī)定。圖中應注明圖名和比例；文字用仿宋體書寫；圖例的表示方法應符合一般規(guī)定和標準；圖紙應清潔美觀；線條粗細應主次分明。說明書內容完整、計算準確、論述簡潔、文理通順、裝訂整齊。審核（系主任）批準（院長）目錄一、 項目概況袋式除塵器工作原理袋式除塵器的基本特點袋式除塵器分類濾料分類二、 設計資料和依據(jù).凈化工藝流程的確定技術水平的確定袋式除塵器相關設計依據(jù)三、系統(tǒng)設計部分袋式除塵器選型濾料的選擇袋式除塵器設計計算基礎數(shù)據(jù)過濾面積、濾袋數(shù)目的確定除塵室的尺寸：灰斗的計算濾袋清灰時間的確定輔助結構計算除塵器的保溫和防腐安裝、調試、運行、維護和檢修除塵器的分室除塵器的定期檢測濾袋的更換優(yōu)化清灰頻率除塵器啟動的控制運行過程中的條件控制四、除塵系統(tǒng)其它設施設計煙囪的設計設計的一般規(guī)定煙氣釋放熱計算煙囪幾何高度煙氣抬升高度的計算煙囪的有效高度煙囪直徑的計算煙囪草圖五、 凈化系統(tǒng)的配套輔助設施設計管道材料管道閥門機械排灰與除灰管道布置除塵器的閥門六、 設備投資估算七、 附圖一、項目概況在我國絕大多數(shù)城市中，粉塵是第一位的污染物，而燃煤電廠的粉塵排放又占各個行業(yè)粉塵排放的首位，針對這題問題，我國最先應用的是靜電除塵器，但靜電除塵器的處理效果與日益嚴格的環(huán)保要求相比，仍存在著較大的差距。近十年來，袋式除塵器技術的發(fā)展很快，尤其是大型脈沖除塵器，加上新的濾料和新的脈沖閥的問世，使袋式除塵器工況的穩(wěn)定性和設備的可靠性有了充分的保證，更廣泛的被用與發(fā)電行業(yè)。袋式除塵器也稱為過濾式除塵器，凡是利用織物或非織造布制作的袋狀過濾原件，用來捕集含塵氣體中的固體顆粒的設備，均可稱為袋式除塵器。袋式除塵器一般由箱體、濾袋、濾袋架、清灰機構、灰斗、放灰閥等部件構成。袋式除塵器工作原理含塵煙氣由進風口進入袋式除塵器，煙塵顆粒被機械地收集在濾袋上，過濾可發(fā)生在濾袋的纖維上，也可發(fā)生在附著在濾袋表層的灰層上，經(jīng)濾袋及表層灰層過濾后的清潔煙氣經(jīng)排風口排入大氣。濾袋表層的灰可通過不同的清灰方式進行清除。袋式除塵器的基本特點⑴除塵效率高，一般在99%以上，，其出口煙氣濃度可以達到50mg/m3以下,甚至達到10mg/m3處理氣體量范圍大，可處理高濃度的含塵氣體；結構比較簡單，操作維護方便；在同樣除塵效率下，其造價和運行費用低于電除塵器；對粉塵特性不敏感，不受粉塵比電阻的影響。袋式除塵器分類按濾袋形狀分，有圓袋式除塵器、扁袋式除塵器及其他袋式除塵器；按過濾方式分，有外濾式袋式除塵器和內濾式袋式除塵器；按進風方式分，有上進氣式除塵器和下進氣式除塵器；按風機的位置分，有吸入式除塵器和壓入式除塵器；按除塵器的清灰方式分，有機械振動類清灰的除塵器和脈沖清灰袋式除塵器。濾料分類濾料材質的發(fā)展已逐步向“使用溫度高、吸濕率低、耐腐蝕等方面發(fā)展，濾料織物結構由二維結構發(fā)展成三維交錯隨機排列針刺。一般的濾料主要是天然濾料、合成纖維和無機纖維，下表是某電廠對袋式除塵器濾料的試驗結果。表1新南威爾斯州電廠袋式除塵器濾料試驗結果濾料類型聚酯共聚丙烯酸聚合丙烯酸聚亞苯基硫玻璃商業(yè)名DacronOrlonDralonTRytonHyglass最大持續(xù)煙溫度「C)130120130190260防酸性一般好很好極好極好耐磨性極好好好極好差相對費用17耐酸性煙氣溫度差高不宜使用效果電力公司經(jīng)驗壽命短用廣泛使用好咼溫煙氣、設計資料和依據(jù)標準狀態(tài)下袋式除塵器煙氣排放濃度w 50mg/m3;除塵效率＞99%漏風率w2%額定蒸發(fā)量為75t/h,煤的成分見表6-13.收到基地位發(fā)熱量為20350KJ/Kg。煤的組成成分單位%CHONSAW相關數(shù)據(jù)處理:%Kg/kg煤摩爾數(shù)(mol)需氧量(mol)煙氣量(mol)CHONSH2O0(1)理論需氧量:+—+= (mol/Kg煤)理論空氣量：(+1)=(mol/Kg煤)理論煙氣量：++++ (mol/Kg煤)實際煙氣量：(取空氣過剩系數(shù) =)+ (mol/Kg煤)標準狀況下的實際煙氣量：Qs 22.4=(m3/kg)1000標準狀況下煙氣含塵濃度：C=1^-6.97^ 1146(mg/m3)10006.9SO2濃度：最大煙氣量185900m3/h;煙氣最高溫度150C,；煙氣最大含塵量15g/m3;煙氣露點溫度100C;煙氣壓力約3000Pa?；覊m的成分、粒徑分布分別見表灰塵成分單位%SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaOK2ONa2OP2O5TiO2SO3粉塵粒徑分布灰塵粒度/um<55-1010-2020-3030-4747-606-74>74分布/%年平均大氣壓力；最低溫度平均值C；最高溫度平均值C；冬季室外風速平均值 S；夏季室外風速平均值s;海拔高度。凈化工藝流程的確定技術水平的確定設計的除塵器應符合我國機械行業(yè)標準要求除塵器的主要性能見下表表2脈沖噴吹類袋式除塵器主要性能表3除塵器的鋼材耗量表4除塵器主要材料選用表袋式除塵器相關設計依據(jù)《火電廠大氣污染排放標準》(GB13223-2003；《鍋爐大氣污染排放標準》(GB13271-2001)；《火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ/T75-2001);《袋式除塵器性能測試方法》(GB12138-89《袋式除塵器用濾袋框架技術條件》(JB/T5917-2006)《袋式除塵器用濾料及濾袋技術條件》(GB12625-2007《脈沖噴出類袋式除塵器技術條件》(JB/T8532-1997)《袋式除塵器安裝技術要求及驗收規(guī)范》(JB/T8471-1996)三、系統(tǒng)設計部分袋式除塵器選型(1)必須滿足排放標準規(guī)定的排放要求；粉塵顆粒的物理性質對除塵器性能的影響；氣體含塵濃度的大?。粺煔鉁囟群推渌锢砘瘜W性質對除塵器的影響和要求；（5）粉塵的收集問題；（6）除塵器的設置位置、可利用空間等因素。本設計選用的除塵器形式是逆噴式（分室）脈沖除塵器（與其它除塵器結構性能對比見附表）。脈沖袋式除塵器是一種周期性地向濾袋外噴吹壓縮空氣來達到清除濾袋上積塵的袋式除塵器，主要優(yōu)點為：處理風量大、除塵效率高。選擇的具體分析說明：（1）本設計要求的除塵效率>99%，由粒徑分布表可知，%的灰塵粒徑大于5m，則除塵效率可滿足要求。（2）袋式除塵器的理想含塵濃度為~10g/m3，本設計參數(shù)中計算得煙氣含塵濃度為g/m3，適合用袋式除塵器。（3） 設計的電廠排出煙氣的粉塵種類主要為飛灰（煤）、炭黑、還有少量的氧化鐵及微量的氧化鉛等，查表-袋式除塵器的使用情況（《大氣污染控制工程》第二版）知，這幾種組成成分確認下來的進氣方式為逆氣流。（4） 大型高氣布比的脈沖袋式除塵器比反吹風等低氣布比的袋式除塵器高~2倍，這樣不僅減少了過濾面積，還減少了除塵設備的占地面積和設備費用。（5） 脈沖清灰袋式除塵器由于其脈沖噴吹強度和頻率可進行調節(jié)，清灰時氣流速度較快，清灰效果好。（6） 一般袋式除塵器采用分室結構，并在設計中留有裕量，使除塵器可以輪換檢修而不影響鍋爐的運行。采用分室結構的另一原因是鍋爐的煙氣量一般較大，不注意氣流的分布往往會使氣流分布不均，阻力上升快，清灰頻率高，濾料容易破壞。常用的脈沖袋式除塵器型式有四種，按照脈沖噴吹方向與過濾氣流的方向不同，脈沖袋式除塵器可分為逆噴式（MC型）、順噴式（LSB型）和對噴式（LDB型）三種，MC型中QM（為氣動、DMC為電動；按照濾袋形式的不同，又有扁帶脈沖除塵器（BMC型）。濾料的選擇本設計選用的濾料為厚的針刺氈。選擇的具體分析說明：（1）針刺氈的成分及特性針刺氈纖維主要成分為聚酯或諾梅克斯，具有長期耐高溫、吸水率高、耐堿性和耐酸性都較好、強度高、造價低等特點，應用該種濾料能明顯提高除塵效率。（2）針刺氈與其它濾料的比較濾料織物結構由二維結構的織布發(fā)展成三維交錯隨機排列針刺。這種三維結構無直通孔隙、透氣性高、容塵量大、過濾效率大大提高。以滌綸針刺氈與 729濾布（滌綸短纖維）相比，（見附表）可以看出：針刺氈的過濾性能明顯優(yōu)于 729，在相同的使用條件下，其過濾風速可以提高一倍，即同等過濾面積，可以處理更多的廢氣量，濾料的壽命也更長。（3）可達到的除塵效率對于脈沖式除塵器，當使用工業(yè)滌綸208制作濾袋時，效率可達%，當使用厚度為~2的工業(yè)毛氈制作濾袋時，效率可達%，滿足效率的設計要求。（4）袋式除塵器清灰的設計清灰方式為脈沖噴吹清灰，氈制的濾袋常采用脈沖噴吹清灰，相應濾袋為上部開口下部封閉的濾袋，含塵氣體通過濾袋時粉塵被阻留于濾袋外表面上，利用壓縮空氣反吹，壓縮空氣的脈沖產生沖擊波，使濾袋振動，積附在濾袋上的顆粒層脫落。脈沖清灰袋式除塵器處理風量大、除塵效率高，由于其脈沖噴吹強度和頻率可進行調節(jié)，清灰時氣流速度較快，清灰效果好其清灰機構沒有運動部件，濾袋不受機械力作用，損傷較小，濾袋使用期長。袋式除塵器設計計算基礎數(shù)據(jù)含塵氣流的溫度T=150C，進氣流量Q=185900mh,含塵濃度=15g/m3,參考《大氣污染控制工程》，逆氣流反吹清灰的過濾氣速vf=?m/min；選取vf=m/min。參考《大氣污染控制工程》，袋式除塵器的壓力損失pPfpP,通過清潔濾袋的壓力損失Pf一般為100?130Pa,當壓力損失p接近1000Pa時一般需要對濾袋進行清灰。此處選取pf為120Pa。參考《除塵設備》，鍋爐煙氣中顆粒的比阻系數(shù)Rp=min/（g?m）

參看《環(huán)境工程設計手冊》，石灰的堆積密度P=4695Kg/m3含塵氣流達到國家標準的排放濃度標=50mg/m3參看《袋式除塵器的設計與應用》，相鄰兩濾袋安裝的中心距為210?250mm濾袋與花板邊界距離為200mm單元間隔大于相鄰兩濾袋的間隔。物理學結論，將物體置于傾斜角大于45°的傾斜板上，物體將向下滑動，故當灰斗傾斜角大于45°時，灰?？勺孕新湎?。含塵氣體進氣流速Vi為30m/s,凈氣出口流速V。為10~15m/s。過濾面積、濾袋數(shù)目的確定處理煙氣量Q185900m3/h清灰方式：逆氣流脈沖清灰過濾速度取v1.0m/min濾料：針刺氈濾料參考《大氣污染控制工程》，袋式除塵器的過濾面積60vf1895000601.03100m2濾袋尺寸直徑①130mm長度I7000mm濾袋數(shù)量nA

ld1088個（取參考《大氣污染控制工程》，袋式除塵器的過濾面積60vf1895000601.03100m2濾袋尺寸直徑①130mm長度I7000mm濾袋數(shù)量nA

ld1088個（取1140個）3.140.137分為4個除塵室，每個除塵室內安裝285條濾袋每個除塵室內濾袋的布置:矩形布置橫向：15個濾袋縱向：19個濾袋相鄰濾袋間隔50mm除塵室的尺寸：長度L=150.13140.052.65m，取L=3m寬度D190.13180.053.37m，取D3.5m灰斗的計算積灰堆積速度：q=Q1859001599%46950.588m3/h灰斗尺寸設計：進灰口和出灰口均為正方形進灰口邊長4m，出灰口邊長為a0m灰斗壁面與出灰口水平夾角為60°—4 05灰斗高度h、3 灰斗尺寸設計：進灰口和出灰口均為正方形進灰口邊長4m，出灰口邊長為a0m灰斗壁面與出灰口水平夾角為60°—4 05灰斗高度h、3 3.033.10m2積灰高度h取,估算積灰體積：V=htan60123a°a°tan602排灰時間t排2Vq1.5tan6021.460.588濾袋清灰時間的確定1.510.532匹tan60=25h，故可知每5小時排灰斗排灰一次。袋式除塵器的壓力損失：pPf pP―序）式中Pf—通過清潔濾袋的壓力損失，Pa；Pp—通過顆粒層的壓力損失，Pa。參考《除塵設備》： pp=RpV「t式中Rp—顆粒比阻力系數(shù)，min/（g?m）vf—過濾風速，m/min—含塵濃度，g/m3t—清灰時間，min設p達到1000Pa時清灰一次，將已知數(shù)據(jù)代入（探）式:1000=120+XX15Xt解得：t=39min=故濾袋運行清灰一次輔助結構計算

便于進氣管與灰斗連接，米用方形斷面管，斷面邊長：L1= Q185900:.3600vi .360030凈氣出流速度V。取10m/s，出口管道選正方形截面管道，截面邊長:1= Q 185900\3600Vi'■360010相關參數(shù)列表如下:項目內容除塵器形式分室反吹袋式除塵器清灰方式逆氣流反吹清灰清灰制度二狀態(tài)清灰濾袋過濾風速m/min過濾面積23100m濾袋尺寸長L=7000mm,直徑d=130mm.濾袋總數(shù)1140條清灰時間灰斗排灰體積積灰咼度1500mm排灰時間5h灰斗高度進氣口氣流速度30m/s邊長出氣口氣流速度10m/s邊長除塵器的保溫和防腐除塵器運行時，應保持除塵器內溫度高于露點，一般應大于140C~150C,對殼體采取保溫措施。在啟動和停爐時，為防止除塵器內產生水分冷凝，可用加熱器使內部任何時間都高于露點，或啟動前預熱除塵器，也可以在停爐前停止清灰，在濾袋上形成灰塵層，以便在下次啟動時保護濾袋。安裝、調試、運行、維護和檢修（1）除塵器的分室濾袋設計與擬收集的煙塵見會相互作用，同樣的濾料由于設計的微小差異可對壓力降和電廠的排塵濃度產生明顯影響。用于電廠的袋式除塵器通常被分為多個單元室，這樣濾袋可在線關閉、維修或更換。（2）除塵器的定期檢測袋式除塵器需定期檢測，及時更換或關閉破袋。即使一個破袋都可能導致排灰濃度迅速升高，氣流在通過一個小破洞時會導致該濾袋以及周圍鄰近的濾袋快速破壞，造成很大的損失。檢測濾袋的方法有多種，比如向袋式除塵器的入口噴入熒光粉，用能使熒光粉發(fā)光的紫外燈來檢測定位破袋。對于脈沖型袋式除塵器的濾袋檢漏，是從過濾后的清潔煙氣導管中進行的。（3）濾袋的更換濾袋的更換有兩種方法，即同時更換同一個袋式除塵器中的所有濾袋或者根據(jù)要求更換某一單元室。所有濾袋更換時，則運行最壞的單元室控制了整個濾袋的壽命，因此會損失部分濾袋的壽命，但由于全部是新的濾袋，除塵器的啟動運行易于控制，氣流過大時濾袋損壞的機會要小。如果濾袋在線更換，必須仔細的限制氣流，直到濾袋已經(jīng)充分調節(jié)好。（4）優(yōu)化清灰頻率袋式除塵器的運行過程設計對袋式除塵器的運行效果也會產生嚴重的影響，清灰過于頻繁會導致較高的煙塵排放濃度，并會明顯縮短濾袋壽命，因此需要在清灰頻率和壓力降之間進行優(yōu)化。（5）除塵器啟動的控制濾袋面對高速氣流時運行易損壞，這經(jīng)常發(fā)生在剛剛安裝好的新濾袋上，因此必須對新安裝或剛更換的濾袋啟動進行仔細的控制。（6）運行過程中的條件控制清灰效果與進入袋內的清灰能量及附著在袋上灰層的強度有關，運行過程中的某些偏差可能會導致灰層強度的增加。如低溫運行可能導致灰層上的酸冷凝，鍋爐管道的泄漏可導致煙塵帶水造成灰層硬化，燃油時操作不當可導致煙塵帶油等。四、除塵系統(tǒng)其它設施設計煙囪的設計設計的一般規(guī)定凈化系統(tǒng)的煙囪一般應高出周圍建筑物3m煙囪的高度及拍氣速度和溫度要有利于氣體高空擴散稀釋，煙囪的頂部一般不設風帽，為防止雨水進入，可設置偏心彎頭或排水口。設計煙囪時應根據(jù)使用條件，煙囪高度，地質條件，地震烈度，材料供應和施工條件等因素以確定磚筒壁或鋼筋混泥土筒壁。這里我們選用磚筒壁。當煙氣溫度小于等于150C時采用空氣隔熱層煙氣釋放熱計算TsTa 1501.8Qh0.35PaQ―a0.351012751.6 6401.3kwTs 150273式中：Qh—煙氣熱釋放率，kw；Pa—大氣壓力，取鄰近氣象站年平均值；Qv—實際排煙量，m3.sTs—煙囪出口處的煙氣溫度，413K;Ta—環(huán)境大氣溫度，K;⑶煙囪幾何咼度煙囪幾何高度取80m(4)煙氣抬升高度的計算由于Qh640132100kw且Ts-Ta148235K所以煙氣抬升高度計算按U表示煙囪出口處風速m,/s地表狀況農村或城市遠郊區(qū)城區(qū)及近郊區(qū)H noQH1HS；2u10.3326401.3°.680°44.580.8m煙囪的有效高度煙囪直徑的計算設煙氣在煙囪內的流速為v=16m/s，則煙囪平均截面積為：則煙囪的平均直徑D為D=「4A=取煙囪直徑為DN2000mm.校核流速v得：⑺煙囪草圖如下(8)煙囪設計的幾個基本構造爬梯煙囪外部的爬梯，在施工期間可作為施工人員的輔助通道，煙囪建成后作為修理煙囪，檢查和修理信號燈和避雷針之用信號燈平臺和標志色 保證飛機夜間航行的安全避雷針防止雷擊五、凈化系統(tǒng)的配套輔助設施設計管道材料除塵器管道材料包括普通材料和耐磨材料。除塵器管道最常用的普通材料是Q235鋼板，具有堅固、耐用、造價低、易于制作安裝等特點。耐磨材料主要包括淬火耐磨鋼材、耐熱耐磨合金鋼、碳化硅耐磨