大氣污染控制工程燃煤鍋爐除塵系統(tǒng)設計袋式除塵器

實用文檔課程設計說明書課程名稱：大氣污染控制工程課程設計題目：燃煤鍋爐除塵系統(tǒng)設計課程設計任務書一、課程設計題目燃煤鍋爐除塵系統(tǒng)設計二、課程設計的目的課程設計是大氣污染控制工程教學中一個重要的實踐環(huán)節(jié)，要求綜合運用所學的有關知識，在設計中掌握解決實際工程問題的能力，并進一步鞏固和提高理論知識。通過設計，了解工程設計的內容、方法及步驟，培養(yǎng)確定大氣污染控制系統(tǒng)的設計方案、進行設計計算、繪制工程圖、使用技術資料、編寫設計說明書的能力。三、設計原始資料煤質表飛灰含氧量水分含硫量22％1.5%7.5％2.0％設計參數(shù)：鍋爐型號：SZL10-1.6型1臺設計耗煤量：650kg/h煙氣粘度：2.4X10－5pa.s煙氣溫度：473K空氣過剩系數(shù)：a=1.4允許壓力損失：1200pa煙氣密度：1.18kg/m3煙氣真密度：2.25kg/m3標準狀態(tài)下煙塵允許排放濃度：50mg/m3標準狀態(tài)下二氧化硫允許排放濃度：100mg/m3四、設計內容和要求在課程設計實踐過程中，靈活運用學習的除塵系統(tǒng)的基本原理、基本裝置。結合相關文獻資料的收集查閱，掌握除塵系統(tǒng)的設計。1.燃煤鍋爐除塵系統(tǒng)簡介；除塵系統(tǒng)的設計；2.根據燃煤量、煤質等數(shù)據計算煙氣量及煙塵濃度；選擇除塵器；3.確定除塵器、風機、煙囪的位置及管道布置，并計算各管段的管徑、長度、煙囪高度。4.煙囪的設計；5.系統(tǒng)阻力的計算；6.風機和電動機的選擇和計算。7.按照工程制圖要求繪制除塵系統(tǒng)圖一張，需用AutoCAD出圖。五、主要參考書目(1)郝吉明，馬廣大主編.大氣污染控制工程.北京：高等教育出版社，2006(2)同濟大學等編.鍋爐及鍋爐設備.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986(3)蔣文舉主編.大氣污染控制工程.北京：高等教育出版社，2006目錄1前言 31.1煙氣除塵技術概述 31.1.1分類 31.1.2除塵器性能指標 41.1.3除塵器的選擇 41.2袋式除塵器 51.2.1袋式除塵器的機理 51.2.2袋式除塵器的分類 62袋式除塵器的選型設計的步驟 82.1收集有關資料 92.2選定袋式除塵器的形式、濾料及清灰方式 92.3確定過濾速度 102.4確定過濾面積 102.5估算除塵器的除塵效率、壓力損失，確定過濾和清灰周期 113設計計算 113.1燃煤鍋爐排煙量及煙氣的計算 113.1.1標準狀態(tài)下理論空氣量 113.1.2標準狀態(tài)下理論煙氣量 113.1.3標準狀態(tài)下實際煙氣量 123.1.4標準狀態(tài)下煙氣流量 123.1.5煙氣含塵濃度 123.2除塵器的選型 133.2.1除塵效率 133.2.2除塵器的選擇 133.3確定除塵器、風機、煙囪的位置及管道布置 133.3.1各裝置及管道布置的原則 133.3.2管徑的確定 143.4煙囪的設計 143.5系統(tǒng)阻力的計算 153.5.1摩擦壓力損失 153.5.2局部壓力損失 153.6風機的選型 183.7電動機的選型 18參考文獻 19附圖 19致謝 201前言空氣中的顆粒物事影響我國城鄉(xiāng)空氣質量的主要污染物之一。據統(tǒng)計每人每天吸入的空氣量遠遠超過每天的飲水量和進食量，在這些吸入的空氣中經常攜帶著大量的顆粒物，對人體健康產生重大的影響。研究發(fā)現(xiàn)，大氣中的SO、NO和CO等污染物的含量與人類死亡率并沒有緊密的聯(lián)系，而可吸入顆粒物則成為導致人類死亡率上升的主要原因。在我國各大城市的污染物檢測中心發(fā)現(xiàn)，總懸浮顆粒物（TSP）70%以上的來源是燃燒過程，目前我國工業(yè)鍋爐每年的煙塵排放量約6~8Mt，占全國煙塵總排放量的33%~35%，可見減少鍋爐燃燒煙塵排放對改善大氣質量有著舉足輕重的作用。[1]1.1煙氣除塵技術概述1.1.1分類煙氣除塵技術按其工作原理可分為機械作用和靜電力作用兩大類，其共同點是使顆粒物的氣體通過每個力場或電場，通過力場或電場的作用使顆粒物從氣體中分離[1]。從氣體中去除獲捕集固態(tài)、液態(tài)微粒的設備稱為除塵裝置或除塵器。按捕集分離塵粒的機理將各種除塵器歸納成機械式除塵器、濕式除塵器、過濾式除塵器和電除塵器等四大類。（1）機械式除塵器機械式除塵器通常指利用質量力（重力、慣性力和離心力等）的作用而使塵粒物質與氣流分離的裝置，包括重力沉降室、慣性除塵器、旋風除塵器、多管旋風除塵器。（2）濕式除塵器濕式除塵器是利用液滴、液膜、氣泡等形式，將含塵氣流中的塵粒和有害氣體去除的設備。濕式除塵器的種類很多，通常情況耗能低的主要用于治理廢氣；耗能改高的一般用于除塵。用于除塵方面的濕式除塵器主要有：噴淋塔式除塵器、文丘里除塵器、自激式除塵器和水膜式除塵器。（3）過濾式除塵器過濾式除塵器是采用一定的過濾材料，使含塵氣流通過過濾材料來達到分離氣體中固體粉塵的一種高效除塵設備。目前常用的有袋式除塵器和顆粒除塵器。（4）電除塵器電除塵器是含塵氣體在通過高壓電場進行電離過程中，使含塵粒荷電，并在電場力的作用下使塵粒沉積在集塵集上，將塵粒從含塵氣體中分離出來的一種除塵設備。1.1.2除塵器性能指標除塵器性能指標包括技術性能指標和經濟性能指標，其中，前者包括含塵氣體處理量、除塵效率、阻力損失，后者包括總費用（含投資費用和運轉費用）、占地面積、使用壽命。上述各項指標是除塵設備選用及研發(fā)的依據。表5-1列舉了各種除塵設備的基本性能。表1除塵設備的分類及基本性能類別除塵設備形式阻力/pa除塵效率/%投資費用運行費用機械式除塵器重力沉降室50～15040～60少少慣性除塵室100～50050～70少少旋風除塵器400～130070～92少中多管旋風除塵器80～150080～95中中濕式除塵器噴淋洗滌器100～30075～95中中文丘里除塵器5000～2000090～98少高自激式除塵器800～200085～98中較高水膜式除塵器500～150085～98中較高過濾式除塵器顆粒除塵器800～200085～99較高較高袋式除塵器800～200085～99.9較高較高電除塵器～干式除塵器100～20085～99高少濕式靜電除塵器125～50090～99高少1.1.3除塵器的選擇在選擇除塵器過程中，應全面考慮一下因素：（1）除塵器的除塵效率（各種除塵器對不同粒徑粉塵的除塵效率見表5-2）；（2）選用的除塵器是否滿足排放標準規(guī)定的排放濃度；（3）注意粉塵的物理特性（例如黏性、比電阻、潤濕性等）對除塵器性能有較大的影響，另外，不同粒徑粉塵的除塵器除塵效率有很大的不同；（4）氣體的含塵濃度較高時，在靜電除塵器或袋式除塵器前應設置低阻力的出凈化設備，去除粗大粉塵，以使設備更好地發(fā)揮作用；（5）氣體溫度和其他性質也是選擇除塵設備時必須考慮的因素；（6）所捕集粉塵的處理問題；（7）設備位置，可利用的空間、環(huán)境條件等因素；（8）設備的一次性投資（設備、安裝和施工等）以及操作和維修費用等經濟因素。表2各種除塵器對不同粒徑粉塵的除塵效率除塵器名稱除塵效率/%除塵器名稱除塵效率/%50515051慣性除塵器95263干式靜電除塵器>999986中效旋風除塵器94278濕式靜電除塵器>999892高效旋風除塵器967327中能文丘里除塵器約99>9997沖擊式是式除塵器988538高能文丘里除塵器約100>9998自激式濕式除塵器約1009340振打袋式除塵器>99>9999噴淋洗滌器（空塔）999455逆噴袋式除塵器約100>99991.2袋式除塵器袋式除塵器屬于過濾式除塵器，可用于粒徑大于0.1m的含塵氣體，其除塵效率一般可達到99%以上，不僅性能穩(wěn)定可靠，操作簡單，而且所收集的干塵粒也便于回收利用。對于細小而干燥的粉塵，采用袋式除塵凈化比較適宜。袋式除塵有如下缺點：由于所用濾布受到溫度、腐蝕性的條件的限制，只適用于凈化腐蝕性小、溫度低于300的含塵氣體，不適用于粘結性強、吸濕性強的含塵氣體（含有油霧、凝結水和粉塵黏度大的含塵氣體）。[2]1.2.1袋式除塵器的機理袋式除塵器主要依靠含塵氣流通過濾袋纖維時產生的篩慮、碰撞、截留、擴散、靜電和重力等六種效應進行進化，其中以“篩慮效率”為主。圖1是袋式除塵器的結構圖。當含塵氣流從下部進入圓筒形濾袋，通過濾料的空隙時，粉塵被捕集于濾料上，透過濾料的清潔氣體由排出口排出。沉積在濾料上的粉塵可以在機械振動的作用下從濾料的表面脫落，落入灰斗中。粉塵因截留、慣性碰撞、靜電和擴散作用，逐漸在濾袋表面形成粉塵層，常被稱為粉塵初層。初層形成后，他成為袋式除塵的主要過濾層，提高了除塵效率。濾布僅僅起著形成粉塵初層和支撐他的骨架作用，但隨著粉塵在濾布上的積聚，濾袋兩側的壓力差增大，會把有些已負載濾料上的細粉塵擠壓過去，是除塵效率下降。[2]1.2.2袋式除塵器的分類袋式除塵器的結構形式多種多樣，可以按其清灰方式、濾袋形狀、氣流通過濾袋的方向、除塵器內氣體壓力及氣口位置等進行分類。（1）按清灰方式分類清灰方式在很大程度上影響著袋式除塵器的性能，是袋式除塵器分類的主要依據。一般可分為機械振動類、逆氣流反吹類、脈沖噴吹類。①機械振動類：利用手動、電動或氣動的機械裝置使濾袋產生振動而滑灰。振動可以是垂直、水平、扭轉或組合等方式（圖2）；振動頻率有高、中、低之分。清灰是必須停止過濾，有的還鋪以反向氣流，因而箱體多做成分室結構，逐室清灰。②逆氣流反吹類：利用與過濾氣流相反的氣流，使濾袋形狀變化，粉塵層受擾曲力和屈曲力的作用而脫落，圖3是一種典型的氣流反吹清灰方式。③脈沖噴吹類：將壓縮空氣在短暫的時間（不超過0.2s）內高速吹入濾袋，同時誘導數(shù)倍于噴射氣流的空氣，造成袋內較高的壓力峰值和較高的壓力上升速度，是袋壁獲得很高的外向加速度，從而滑落粉塵。這種清灰方式應注意選擇適當壓力的壓縮空氣和適當?shù)拿}沖持續(xù)時間（通常為0.1~0.2s）。每清灰一次叫一個脈沖，全部濾袋完成一個清灰循環(huán)的時間稱為脈沖周期，通常為60s。圖4所示為脈沖噴吹清灰袋式除塵器。（2）按濾袋形狀分類①圓袋：袋式除塵器多采用圓筒形濾袋，通常直徑為120~300mm，袋長為2~12m。圓袋受力較好，袋籠及連接簡單，易獲得較好的清灰效果。②扁袋：扁袋有板型、菱形、楔形、橢圓形、人字形等多種形狀。特點是均為外濾式，內部都有相應的骨架支撐。扁袋布置緊湊，在體積相同時，可布置較多的過濾面積，一般能增加20%~40%。（3）按過濾方向分類①外濾式：氣體由濾袋外側穿過濾料流入濾袋的內側，粉塵被阻留在濾袋的外表面。外濾式濾袋內需設支撐骨架。脈沖噴吹類和高壓反吹類多為外濾式。②內濾式：含塵氣體由袋口進入濾袋內，然后穿過濾袋流向外側，粉塵被阻留在濾袋的內表面。內濾式多用于圓袋。機械振動、逆氣流反吹等清灰方式多用于內濾式。[3]2袋式除塵器的選型設計的步驟袋式除塵器的種類很多，因此，其選型計算顯得特別重要，選型不當，如設備過大，會造成不必要的流費；設備選小會影響生產，難于滿足環(huán)保要求。選型計算方法很多，一般地說，計算前應知道煙氣的基本工藝參數(shù)，如含塵氣體的流量、性質、濃度以及粉塵的分散度、清潤性。黏度等。知道這些參數(shù)后，通過計算過濾分素、過濾面積、濾料及設備阻力，在選擇設備類別型號。[4]2.1收集有關資料（1）含塵氣體特性：成分、溫度、濕度、腐蝕性、流量等。（2）粉塵特性：濃度、成分、密度、粒徑分布、黏度、含水率、纖維性和爆炸性等。（3）防塵性能要求：除塵率和壓力損失等。（4）粉塵回收：粉塵回收利用的方式與價值。（5）各種除塵器的特征：除塵效率、壓力損失、價格、金屬耗量、運行費用及維修管理難易程度等。（6）其他資料：如水源、電源、通風機、冷卻裝置、安裝現(xiàn)場及有關設備材料的供應情況等。[4]2.2選定袋式除塵器的形式、濾料及清灰方式首先，確定選擇除塵器的形式。應該注意的事項主要有：①袋式除塵器主要用于控制粒徑在1左右的微粒，當含塵氣體濃度超過5時，為降低除塵器的過濾負荷，最好采用二級除塵，級在袋式除塵器的前面加第一級除塵，如旋風除塵器或重力沉降室；②不適用于凈化油霧、水霧、粘結性強、濕度高的粉塵。例如，在處理氣體量不很大，凈化效率要求高，且廠房面積受限制，投資、設備訂貨和操作管理都有條件時，可以采用脈沖噴吹袋式除塵器、逆氣流與機械振動聯(lián)合清灰袋式除塵器等。在處理氣量大（如以上）時，可考慮采用逆氣流清灰袋式防塵器等。對中小型企業(yè)，廠房面積不太受限制，投資、設備、及維修管理都有一定困難的情況，可考慮采用簡易袋式除塵器和機械振動清灰袋式除塵器等形式。其次，選擇適當?shù)臑V料。選擇濾料時，應考慮含塵氣體的特性（溫度、濕度和腐蝕性）和技術經濟指標。例如，當氣體溫度為150～300時，可以選用玻璃纖維濾袋；當粉塵為纖維狀時，應選用表面較光滑的尼龍等濾袋；對一般工業(yè)性粉塵，可選用滌綸絨布等濾布。然后，確定清灰方式。清灰方式是選型的重要依據，它收粉塵黏性、過濾速度、空氣阻力、壓力損失、凈化效率等諸多因素共同制約，所以要依據主要制約因素確定清灰方式。2.3確定過濾速度袋式除塵器的過濾速度，是指氣體通過濾料的平均速度，單位為m/mim。過濾速度（也稱過慮風速）的大小是決定除塵器性質的重要指標，可按下式計算：式中，為過濾速度，m/min；Q為袋式除塵器處理風量，；A為過濾面積，。反過來，當過濾速度確定后，則過濾面積即可確定。過濾風速過高會使積于濾料上的粉塵層壓實，阻力急劇增加。猶豫濾料兩側的壓差增加，使粉塵顆粒滲入濾料內部，甚至透過濾料，致使出口含塵濃度增加。這種現(xiàn)象在濾料剛清完灰后更明顯。若過濾速度高時，則導致濾料上迅速形成粉塵層，引起過于頻繁的清灰，縮短濾袋使用壽命。過濾速度較低，則阻力低，效率高，但若過濾低，則過濾面積過大，需要過大的設備，設備費用增大，同時設備占地面積也大。因此，需綜合考慮粉塵特性、入口含塵濃度、煙氣溫度、濾料特性、清灰方式及設備阻力等因素，確定過濾速度。2.4確定過濾面積如果采用定型產品，根據處理氣體Q和總過濾面積A即可選定除塵器的型號規(guī)格。如果需要自行設計，額按下列步驟進行。①確定濾袋尺寸，即確定直徑D和高度L。濾袋直徑一般取D=100~60mm，通常選擇D=200~300mm。盡量使用同一規(guī)格，以便檢修更換。濾袋高度對除塵效率和壓力損失幾乎無影響，一般取2~6mm。②計算每只濾袋的面積a。③計算濾袋數(shù)n④濾袋的布置及吊掛固定。需要濾袋數(shù)較多時，可根據清灰方式及運行條件，將濾袋分成若干組，每組內相鄰的兩錄像帶間距一般取50~70mm。組與組之間以及濾袋與外殼之間的距離，應考慮跟換濾袋和檢修的需要。濾袋的固定和拉緊方法對其使用壽命影響很大，要考慮到換袋、維修、調節(jié)方便、防止固緊處磨損、斷裂等。⑤殼體設計。包括除塵器箱體，進、排氣風管形式，灰斗結構，檢修孔及操作平臺等。⑥分成清灰機構的設計和清灰制度的確定。⑦粉塵輸送、回收機綜合利用系統(tǒng)的設計，包括回收有用粉料和防止粉塵再次飛揚。2.5估算除塵器的除塵效率、壓力損失，確定過濾和清灰周期過濾周期的長短應根據壓力損失和流量的變化確定，其變化隨著濾料上的粉塵層的不斷增加而發(fā)生，這些都與除塵系統(tǒng)采用的風機的特性和總能耗有關。[2]3設計計算3.1燃煤鍋爐排煙量及煙氣的計算3.1.1標準狀態(tài)下理論空氣量C+O2CO2H+1/4O2H2OS+O2SO2O1/2O23.1.2標準狀態(tài)下理論煙氣量n(N2)=3.76n(O2)=382.66mol3.1.3標準狀態(tài)下實際煙氣量式中——空氣過剩系數(shù)；——標準狀態(tài)下理論空氣量；——標準狀態(tài)下理論煙氣量。3.1.4標準狀態(tài)下煙氣流量式中M——設計耗煤量；——實際煙氣量。工況條件下煙氣流量即14179.60（）=3.94（）3.1.5煙氣含塵濃度式中——排煙中飛灰占煤中不可燃燒成分的質量分數(shù)；——煤中不可燃燒成分的含量；——標準狀態(tài)下實際煙氣量。3.2除塵器的選型3.2.1除塵效率式中C——標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度；——標準狀態(tài)下鍋爐煙塵排放標準鐘規(guī)定值。3.2.2除塵器的選擇根據工況系下的煙氣量（）、煙氣溫度（473）及要求達到的除塵效率（98.86%）確定除塵器的種類、型號、規(guī)格及運行參數(shù)根據以上數(shù)據，經查閱資料，選用LFEF4x230-HSY/H型玻纖袋式除塵器。其處理風量為20000～27000m/h，過濾風速為＜0.5。[5]產品性能規(guī)格見表3：表3LFEF4x230-HSY/H型波纖袋式除塵器產品性能規(guī)格型號處理風量/過濾面積/過濾風速/除塵效率/%適用溫度/除塵器阻力/Pa設備重量/kgLFEF4x230-HSY/H20000~27000920<0.5>98<280980~1570246203.3確定除塵器、風機、煙囪的位置及管道布置3.3.1各裝置及管道布置的原則根據鍋爐運行情況及鍋爐現(xiàn)場的實際情況確定個裝置的位置。一旦確定個裝置的位置，管道的布置也就基本可以確定了。對個裝置及管道的布置力求簡單、緊湊、管路短、占地面積小，并使安裝、操作和檢修方便。3.3.2管徑的確定參考文獻資料，v煙氣流量一般為15～25m/s，取v=20m/s式中Q—工況下管道內的煙氣流量，；V—煙氣流速，m/s。將管徑圓整為500mm，將圓整后的管徑代入公式m中，取管道長度L=9.5m.3.4煙囪的設計煙囪高度的確定：首先確定共用一個煙囪的所有鍋爐的總的蒸發(fā)量（t/h），然后根據鍋爐大氣污染物質排放標準中的規(guī)定（如表4）確定煙囪高度。表4鍋爐煙囪的高度鍋爐總額定出力/(t/h)<11～22～66～1010～2026～35煙囪高度/m202530354045鍋爐的最大蒸汽量：4t/h；故選定煙囪高度為30。[6]3.5系統(tǒng)阻力的計算3.5.1摩擦壓力損失對于圓管式中：L——管道長度；d——管道直徑；——煙氣密度；/V——管道中氣流平均流速；——摩擦阻力系數(shù)。3.5.2局部壓力損失式中—異形管件的局部阻力系數(shù)，可在有關手冊中查到，或通過實驗獲得；—與相對應得斷面平均氣流速度，m/s；—煙氣密度，。圖5中一為漸縮管圖5中二為Z形彎頭圖5中三為漸擴管查蔣文舉主編教材《大氣污染控制工程》附表十一，并取，則圖6中α為漸擴管圖6中b、c均為彎頭對于圖7所示T形三通管系統(tǒng)總阻力(其中鍋爐出口前阻力位800pa，除塵器阻力位1000pa)為3.6風機的選型查得資料[5],選定反吹風