大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：該設(shè)計(jì)主要為某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)耗煤量為203.8kg/h,分析鍋爐煙氣特點(diǎn)，排煙溫度560,煙氣密度：1.32kg/m3及排放要求后初步選擇了文丘里除塵器，在燃燒鍋爐中將產(chǎn)生大量含有二氧化碳和粉塵的煙氣，該廢氣若不經(jīng)處理直接排入大氣，不僅會(huì)污染周圍環(huán)境，而且導(dǎo)致了極大地原物料消耗，為此必須進(jìn)行處理，故將從鍋爐出來的煙氣經(jīng)過管道將其匯集通過風(fēng)機(jī)的作用送入煙囪排入大氣中。工藝流程包括換熱器、管道、文丘里除塵器、風(fēng)機(jī)電機(jī)等。關(guān)鍵詞：煙氣特點(diǎn)、鍋爐、文丘里除塵器一 設(shè)計(jì)題目4二 設(shè)計(jì)資料4三 設(shè)計(jì)目的4四 設(shè)計(jì)要求5五 設(shè)計(jì)內(nèi)容55.1 引

2、言55.2 方案的選擇及說明55.2.1 除塵器性能指標(biāo)55.2.2 除塵器的選擇65.3 設(shè)計(jì)依據(jù)和原則65.3.1 依據(jù)65.3.2 原則65.4 基本數(shù)據(jù)75.4.2煙氣排放量以及組成75.5 換熱器的選型8（6）噴嘴選型105.7 管道設(shè)計(jì)計(jì)算125.7.1 管道計(jì)算125.7.2 管道壓力損失的計(jì)算135.8煙囪的高度計(jì)算165.9 風(fēng)機(jī)的選型175.11 設(shè)計(jì)結(jié)果列表18六 總結(jié)19參考文獻(xiàn)20一 設(shè)計(jì)題目某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)。二 設(shè)計(jì)資料設(shè)計(jì)耗煤量：203.8kg/h。排煙溫度：560空氣過剩系數(shù)：=1.25煙氣密度（標(biāo)態(tài)）：1.32kg/m3室外空氣平均溫度；24

3、；鍋爐出口前煙氣阻力：1025pa；三 設(shè)計(jì)目的要求設(shè)計(jì)煙塵濃度排放200mg/m3。本設(shè)計(jì)的目的在于進(jìn)一步鞏固和加深理解課程理論，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力，包括工程設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，技術(shù)資料的查找與應(yīng)用以及繪圖能力的訓(xùn)練，綜合運(yùn)用本課程及其有關(guān)課程的理論知識(shí)解決工程中的實(shí)際問題。四 設(shè)計(jì)要求（一）編制一份設(shè)計(jì)說明書，主要內(nèi)容包括：1) 引言2) 方案選擇和說明（附流程簡(jiǎn)圖）3) 除塵（凈化）設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算 4) 附屬設(shè)備的選型和計(jì)算（集氣罩、管道、風(fēng)機(jī)、電機(jī)）5) 設(shè)計(jì)結(jié)果列表6) 設(shè)計(jì)結(jié)果討論和說明7) 注明參考文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)資料（二）繪制除塵（凈化）系統(tǒng)平面布置圖、立

4、面布置圖、軸測(cè)圖（三）繪制除塵（凈化）主體設(shè)備圖五 設(shè)計(jì)內(nèi)容5.1 引言 我國(guó)是以煤為主要能源的國(guó)家。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗量逐步上升，大氣污染物的排放量相應(yīng)增加。而就我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展就我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展水平及能源的結(jié)構(gòu)來看，以煤炭為主要能源的狀況在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)有根本性的改變。我國(guó)的大氣污染仍將以煤煙型污染為主。因此，控制燃煤煙氣污染是我國(guó)改善大氣質(zhì)量、減少酸雨和so2危害的關(guān)鍵問題。5.2 方案的選擇及說明5.2.1 除塵器性能指標(biāo)除塵器性能指標(biāo)包括技術(shù)性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)，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(fèi)用（含投資費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用）、占地

5、面積、使用壽命。上述各項(xiàng)指標(biāo)是除塵設(shè)備選用及研發(fā)的依據(jù)。各種除塵設(shè)備的基本性（表5-1）除塵器名稱適用的粒徑范圍（m）效率（%）阻力（pa）設(shè)備費(fèi)運(yùn)行費(fèi)重力沉降室505050少少慣性除塵器20-5050-70300少少旋風(fēng)除塵器5-1560-90800少中水浴除塵器1-1080-95600少中下臥式旋風(fēng)水膜除塵器595-98800中中沖激式除塵器5951000中中上電除塵器0.5-190-9850多中上袋式除塵器0.5-195-991000中上大文丘里除塵器0.5-190-984000少大5.2.2 除塵器的選擇在選擇除塵器過程中，應(yīng)全面考慮一下因素：（1）除塵器的除塵效率（各種除塵器對(duì)不同粒

6、徑粉塵的除塵效率見表 1）；（2）選用的除塵器是否滿足排放標(biāo)準(zhǔn)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(rùn)濕性等）對(duì)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(shí)，在靜電除塵器或袋式除塵器前應(yīng)設(shè)置低阻力的出凈化設(shè)備，去除粗大粉塵，以使設(shè)備更好地發(fā)揮作用；（5）氣體溫度和其他性質(zhì)也是選擇除塵設(shè)備時(shí)必須考慮的因素；（6）所捕集粉塵的處理問題；（7）設(shè)備位置，可利用的空間、環(huán)境條件等因素；（8）設(shè)備的一次性投資（設(shè)備、安裝和施工等）以及操作和維修費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)因素。綜合考慮對(duì)除塵效率的要求、水泥的性質(zhì)及經(jīng)濟(jì)成本等宜選用文丘里除塵器。5.

7、3 設(shè)計(jì)依據(jù)和原則5.3.1 依據(jù)（1）同類粉塵治理技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)（2）水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（gb4915-2004）（3）大氣污染防治技術(shù)及工程應(yīng)用（4）除塵技術(shù)手冊(cè)（張殿印 張學(xué)藝編著）5.3.2 原則本設(shè)計(jì)遵循如下原則進(jìn)行工藝路線的選擇及工藝參數(shù)的確定：（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可靠，總體布局合理。（2）避免二次污染，降低能耗，近期遠(yuǎn)期結(jié)合、滿足安全要求。（3）采用成熟、合理、先進(jìn)的處理工藝，處理能力符合處理要求；（4）投資少、能耗和運(yùn)行成本低，操作管理簡(jiǎn)單，具有適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，各工藝參數(shù)的選擇略有富余，并確保處理后的尾氣可以達(dá)標(biāo)排放；（5）在設(shè)計(jì)中采用耐腐蝕設(shè)備及材料，以延長(zhǎng)設(shè)施的使用壽命；（6

8、）廢氣處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮事故的排放、設(shè)備備用等保護(hù)措施；（7）工程設(shè)計(jì)及設(shè)備安裝的驗(yàn)收及資料應(yīng)滿足國(guó)家相關(guān)專業(yè)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。5.4 基本數(shù)據(jù)鍋爐型號(hào)：fg-35/3.82-m型（35t蒸氣/h）；設(shè)計(jì)耗煤量：203.8 kg/h；排煙溫度：560；空氣過剩系數(shù)：=1.25；煙氣密度（標(biāo)態(tài)）：1.32kg/m3室外空氣平均溫度；24；鍋爐出口前煙氣阻力：1025pa；煙氣其他性質(zhì)按空氣計(jì)算；排灰系數(shù)35%，按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（gb13217-2001）中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)：200mg/m3。 煤的工業(yè)分析（無煙煤）：c：75.2%、h：4.1%、s：0。62%

9、、o：6.6%、n：0.85%、水分：9.92%、灰分：2.71%。5.4.2煙氣排放量以及組成表5-2 煙氣排放量及組成上表以1kg煤為基準(zhǔn)計(jì)算故產(chǎn)生煙氣量：co2=62.67；n2=0.305;h2o=26.1；so2=0.194；理論需氧量：(62.67+10.25+0.194-2.063)68.320.001=4.85mol理論空氣量：4.85（3.76+1）=23.09mol實(shí)際空氣量：23.091.25=28.86mol過?？諝饬? 28.8623.09=5.77mol理論干煙氣量：（62.67+0.194+0.305）68.320.001+4.853.76=22.56 mol理論

10、煙氣量：22.56+26.168.320.001=24.34mol則總煙氣量=煙氣+過?？諝?24.31+（1.25-1）23.09=30.08m3乘以用煤量：30.08203.8=6130.3m3/h=1.708m3/s1kg煙氣中灰分：27.135=9.485g 9.485203.8=193.043g/h=0.54g/s煙氣含塵濃度：0.54/1.708=0.32g/m35.5 換熱器的選型本設(shè)計(jì)采用的是管殼式換熱器，冷熱兩種流體在其中換熱時(shí)，一種流體流過管內(nèi)，其行程稱為管程，另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程，選用管徑為252.5的無縫鋼管，型號(hào)為bem700-200-4i的換熱器，其

11、主要參數(shù)為管外徑為25mm,管長(zhǎng)9m，換熱面積為200m2。因?yàn)閾Q熱器的壓損相對(duì)除塵系統(tǒng)管道和除塵器的壓損較小，在這里將其壓損忽略不參與后面的有關(guān)計(jì)算和選型。5.6文丘里洗滌器幾何尺寸和壓損計(jì)算 文丘里洗滌除塵器是一種高效除塵效率的濕式除塵器。它即可用于高溫?zé)煔饨禍兀部蓛艋形⒚缀蛠單⒚追蹓m粒子及易于被洗滌液吸收的有毒有害氣體。實(shí)際應(yīng)用的文丘里洗滌除塵器由文丘里洗滌器、除霧器、沉淀池和加壓循環(huán)水泵等多種裝置組成，其裝置系統(tǒng)如下圖所示，文丘里洗滌器在該裝置系統(tǒng)中起到捕集粉塵粒子的作用。凈化氣體與沉降粉塵粒子的霧滴捕塵體的分離都是在除霧器中完成的，本設(shè)計(jì)中除霧器即脫水器選用旋風(fēng)水膜除塵器，文丘

12、里洗滌器則由收縮管、喉管和擴(kuò)張管以及在喉管處注入高壓洗滌水的噴霧器組成。（1）管徑 式中 d管徑，m ； q進(jìn)口氣體流量，1.7083600=6148.8m3/h 一般取進(jìn)口流速1=1622m/s 出口流速2=1822m/s 喉管流速r=50180m/s取進(jìn)口流速1=20m/s，則進(jìn)口管徑 出口流速2=20m/s，則出口管徑喉管流速r=80m/s，則喉管管徑 （2）管長(zhǎng) 漸縮管的中心角1取25，漸擴(kuò)管的中心角2取6，當(dāng)選定兩個(gè)角之后，計(jì)算 收縮管長(zhǎng) 擴(kuò)散管長(zhǎng)喉管長(zhǎng)度lr對(duì)文丘里管的凝聚效率和阻力皆有影響。實(shí)驗(yàn)證明，lr=(0.81.5) dr，取lr=1.5 dr=1.50.165=0.25m

13、文丘里管示意圖（3）壓力損失 根據(jù)有些學(xué)者提出的模式認(rèn)為氣流的全部能量損失僅用在喉部將液滴加速到氣流速度，由此導(dǎo)出壓力損失的近似表達(dá)式為 式中 p文丘里洗滌器的氣體壓力損失，cmh2o r喉部氣體速度，cm/s l液氣體積比，一般為0.51l/m3，取l=0.5 故（4）除塵效率的計(jì)算根據(jù)國(guó)家規(guī)定的煙塵排放濃度標(biāo)準(zhǔn), c100mg/m3,故除塵器應(yīng)該達(dá)到的除塵效率為：t=1(100/620)100% =84%（5）脫水器的選擇脫水器串聯(lián)在文丘里洗滌器后，作為凝聚水滴和吸收某些氣態(tài)污染物的作用。根據(jù)進(jìn)入文丘里除塵器的風(fēng)量q=3168m3/h,選擇cls/a-5型號(hào)的脫水器。cls/a型帶有擋水圈

14、，以減少除塵器的帶水現(xiàn)象，在筒體內(nèi)壁表面始終保持一層連續(xù)不斷地均勻往下流動(dòng)的水膜。含塵氣體由筒體下部切向進(jìn)入除塵器并以旋轉(zhuǎn)氣流上升，氣流中的粉塵粒子被離心力甩向器壁，并為下降流動(dòng)的水膜捕塵體所捕獲，粉塵粒子隨沉渣水由除塵器底部排渣口排出，凈化后的氣體由筒體上部排出。主要參數(shù)如下表：表5-5風(fēng)量/m3/h壓損/pa筒體高度h/mm筒體直徑d/mm出口直徑/mm35005703545500114（6）噴嘴選型噴嘴是濕式除塵設(shè)備的附屬構(gòu)件之一，對(duì)煙氣冷卻、凈化設(shè)備性能影響很大，根據(jù)噴嘴的結(jié)構(gòu)形式不同，一般可分為噴灑型噴頭、噴濺型噴嘴和螺旋型噴嘴等，本設(shè)計(jì)采用螺旋型噴嘴的碗型噴嘴，其計(jì)算過程如下：設(shè)計(jì)

15、參數(shù)：噴水量3.7m3/h，噴射角75，出水口軸向流速為8m/s，則出水口面積為：，出水口直徑為dn=12.77mm取蝸室入口流速為4m/s，則蝸室切向入口縱斷面積為水口內(nèi)徑dc的截面積a2的計(jì)算，k取0.785，則dc=34mm取vr=0.5m/s,則該處圓環(huán)面積為噴嘴外殼的內(nèi)半徑r1為,r1=33mm如下圖：選噴口口徑為14mm的，其主要參數(shù)如下：5.7 管道設(shè)計(jì)計(jì)算5.7.1 管道計(jì)算（1）除塵系統(tǒng)工藝流程圖鍋爐換熱器除塵器風(fēng)機(jī)煙囪（2）管道直徑的確定管段（1-2） 查設(shè)計(jì)手冊(cè)取管道中氣速v=18m/s，可得 d1-2= 根據(jù)實(shí)際管道情況，管道內(nèi)為氣體如果速度小于12m,則有粉塵堵塞管道

16、，為保證速度不小于18，取d1-2 =0.6 實(shí)際流速 管段（3-4） 標(biāo)況下溫度為150，即t=423.15 k 取氣體流速18m/s，d3-4=管道取一致， 取d5-6 =0.45實(shí)際流速 管段（5-6） 標(biāo)況下溫度為80，即t=353.15 k 取氣體流速12m/s，d5-6=管道取一致， 取d5-6 =0.4實(shí)際流速 管段（7-8） 標(biāo)況下溫度為80，即t=353.15 k 取氣體流速12m/s，d5-6=管道取一致， 取d7-8 =0.28實(shí)際流速 列表為（表5-3）：5.7.2 管道壓力損失的計(jì)算5.7.2.1 摩擦阻力損失流體力學(xué)原理，氣體流經(jīng)斷面性狀不變的直管時(shí)，圓形管道的摩擦

17、阻力可按下式計(jì)算 式中pl一定長(zhǎng)度管道的摩擦阻力，pa l直管道的長(zhǎng)度，m 摩擦阻力系數(shù)，無量綱 d圓形管道內(nèi)直徑，m 管內(nèi)氣體的密度，kg/m3管內(nèi)氣體的平均風(fēng)度，m/s 煙氣密度根據(jù)已知的數(shù)據(jù)：煤氣在標(biāo)況下的密度560時(shí)，煙氣密度 150時(shí)，煙氣密度 80時(shí)，煙氣密度 80時(shí)，煙氣密度 管段12，在操作條件下 ，（鍍鋅管）管段34在操作條件下，（鍍鋅管）管段56，在操作條件下 （鍍鋅管）管段78 在操作條件下（鍍鋅管）整理數(shù)據(jù)表格如下（表5-4）：管段標(biāo)況下管道中摩擦阻力系數(shù)管道長(zhǎng)度氣體流速摩擦阻力損失體積密度體積密度1-21.7081.325.210.430.0121018.414.56

18、3-42.650.850.0122017.763.225-62.211.060.0121017.649.257-82.211.060.012517.624.63總摩擦壓力損失為： pa5.7.2.2局部壓力損失 局部壓力損失在管件形狀和流動(dòng)狀態(tài)不變時(shí)，可按下式計(jì)算 式中p氣體的管道局部壓力損失，pa 局部阻力系數(shù) 管道12，彎頭2個(gè)1=2=0.18則 管道34，彎頭2個(gè)1=2=0.18則 管道56，彎頭3個(gè)1=2=0.18則 管道78，無彎頭，故無局部阻力損失5.7.2.3系統(tǒng)的壓力損失 摩擦阻力損失 pa局部阻力損失 pw總=26.2+47.93+88.7=162.83pa除塵器壓損 pc=

19、3230pa總壓力損失p=pl總+pw總+pc =151.66+162.83+3230=3544.5pa5.8煙囪的高度計(jì)算（1）煙囪出口內(nèi)徑可按下式計(jì)算： 式中 通過煙囪的總煙氣量， 按表選取的煙囪出口煙氣流速，選定=4 表5-7 煙囪出口煙氣流速通風(fēng)方式運(yùn) 行 情 況全負(fù)荷時(shí)最小負(fù)荷機(jī)械通風(fēng)102045自然通風(fēng)682.53（2）煙囪高度的確定 一個(gè)煙囪的所有鍋爐的總蒸發(fā)量為q=1.24t/h，表5-8 燃煤、燃油（燃輕柴油、煤油除外）鍋爐房煙囪最低允許高度 表5-8鍋爐房裝機(jī)總?cè)萘縨w0.70.71.41.42.82.877141428t/h1122441010202040煙囪最低高度m2

20、02530354045查上表可得：煙囪底部直徑 式中d煙囪出口直徑，m；h煙囪高度，m；i煙囪錐度，通常取i0.020.03。選定i=0.025(3)煙囪的抽力煙囪的抽力取決于煙溫、空氣溫度及煙囪高度，煙溫越高，周圍空氣溫度越低，煙囪的抽力越大；煙囪高度越高，其抽力也越大。 式中h產(chǎn)生抽力的管道高度，mt0外界空氣溫度 tf計(jì)算管段中煙氣的平均溫度 tf=(560+160+80+80)/4=220當(dāng)?shù)卮髿鈮?pa（4）煙氣自生通風(fēng)力 r=25（1.32-0.85）9.61=115.35.9 總壓力損失 總壓損=125.2+3230+132.8+130+1025-115.3=4528.785.9

21、 風(fēng)機(jī)的選型（1）風(fēng)量 根據(jù)總風(fēng)量和總壓力損失選擇合適的風(fēng)機(jī)。在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)按下式計(jì)算。 q0=k1k2q 式中 q管道系統(tǒng)的總風(fēng)量，m3/h k1考慮系統(tǒng)漏風(fēng)所附加的安全系數(shù)。一般通風(fēng)系統(tǒng)取1.1，除塵系統(tǒng)取1.15，本設(shè)計(jì)中取k1=1.15 k2除塵器或凈化設(shè)備的漏風(fēng)所附加的安全系數(shù)，取0.1 故q0=1.150.13132=360.18m3/h（2）風(fēng)壓 pf=（k3 p1+p2）k4 式中 pf風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，pa p1管道系統(tǒng)的總壓力損失，pa p2總的壓力損失，pa k3管道系統(tǒng)總壓力損失的附加安全系數(shù)，一般通風(fēng)系統(tǒng)取1.11.15，除塵系統(tǒng)取1.151.20，取k3=1.15k4由于風(fēng)

22、機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)條件和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)允許風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能比產(chǎn)品樣本低而附加的系數(shù)，k4=1.08pf=1.15125.18+4528.78 1.08=5046.6pa（3）電機(jī)功率 式中 n風(fēng)機(jī)配用電動(dòng)機(jī)的功率，kw q0風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，m3/h pf風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，pa 1風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的效率，一般為0.50.7，電機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)取0.52機(jī)械傳動(dòng)效率，取1.00k電動(dòng)機(jī)軸功率安全系數(shù)，離心通風(fēng)機(jī)取1.40風(fēng)機(jī)根據(jù)風(fēng)壓、風(fēng)量、功率選擇c6-48型的鍋爐風(fēng)機(jī)。表5-6 除塵風(fēng)機(jī)性能表風(fēng)機(jī)類型型號(hào)全壓/pa風(fēng)量/(m3/h )功率/kw備注鍋爐風(fēng)機(jī)y8-3921365762250026000337用于鍋爐，也常用于大中型除塵系統(tǒng)5.11 設(shè)計(jì)結(jié)果列表本設(shè)計(jì)的燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)及附屬設(shè)備主要有：文丘里除塵器、脫水器、換熱器、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、除塵系統(tǒng)管道、煙囪等。除塵凈化系統(tǒng)設(shè)備的選型見下表5-9。表5-9 除塵凈化系統(tǒng)設(shè)備一覽表序號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量設(shè)計(jì)參數(shù)1文丘里除塵器1進(jìn)口d1=0.33m，出口d2=0.33m,喉管dr=0.165m管長(zhǎng)l1=0.73ml1=3.13m風(fēng)量 6148.8 m3/h壓損3230 pa2脫水器cls/a-51筒體高度h：3545mm筒體直徑d：500m