武漢鋼鐵公司轉(zhuǎn)爐煙氣高溫除塵工程設(shè)計 本科

1、武漢工商學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計)學(xué)院： 工學(xué)院 專業(yè)： 環(huán)境工程 年級： 10級 題目:武漢鋼鐵公司轉(zhuǎn)爐煙氣高溫除塵工程設(shè)計學(xué)生： 陳威 學(xué)號：1004040112 指導(dǎo)教師：肖惠萍 職稱: 副教授 2014年12月10日武漢工商學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 年 月 日目 錄摘 要1關(guān)鍵詞1Abstract1Key words11 緒論11.1 工程概述11.2 武鋼轉(zhuǎn)爐工藝

2、概況11.3 設(shè)計目的和意義12 轉(zhuǎn)爐煙氣來源與分析22.1 轉(zhuǎn)爐排煙情況22.2 設(shè)計要求23 工藝的選擇23.1 濕法除塵工藝簡介23.2 干法除塵工藝的優(yōu)缺點23.3 工藝的最終選定2 3.4 工藝流程24 干法除塵工藝4 4.1集氣罩類型選擇4 4.2換熱器的介紹及選用4 4.3文氏管濕式除塵器的介紹及選用8 4.4除霧塔11 4.5袋式除塵器的結(jié)構(gòu)與工作原理11 4.6凈化系統(tǒng)管路設(shè)計13 4.7風機的選擇155 設(shè)備一覽表186 工程費用報價表187 結(jié)論18參考文獻18致謝20 武漢鋼鐵公司轉(zhuǎn)爐煙氣高溫除塵工程設(shè)計摘要：本設(shè)計是針對武鋼50噸轉(zhuǎn)爐廢氣的處理。平均煙氣量為10000

3、 m3/h。本設(shè)計對比了濕法除塵工藝與干法除塵工藝的優(yōu)缺點。最終選定了使用干法除塵工藝。在干法除塵工藝的具體選擇上，本文對比了電除塵器與布袋除塵器的優(yōu)缺點，最終決定選用布袋除塵器。本文詳細列出了風管、風機的選擇方式，并列出了抽風管道中壓力降的詳細計算方法。本文還列出了廢氣在處理前的污染指標以及其在被處理后的污染指標，本設(shè)計是要使處理后的廢氣可以達到國家規(guī)定的排放標準。本文在后一部分列出了此工藝所選用的各設(shè)備的具體特征及制作設(shè)備的材料的選擇，并給出了合理詳細的報價清單。 關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐廢氣；干法除塵；濕法除塵；布袋除塵器Process Design of Converter Flue Gas De

4、dusting System for Wuhan Steel Company Abstract:This design is aimed at wisco 50tons converter exhaust gas treatment.Average smoke volume is 1345m3/h.This design compared the wet dust removal technology.Finally selected the use of dry dust removal process,this paper compared the advantages and disad

5、vantages of the electrostatic and bag dust collector,finally decided to choose cloth bag dust collector.This article details the dust,fan selection,lists the convulsions pipeline pressure drop of the detailed calculation method.This paper also lists the exhaust pollution after being processed,this d

6、esign is to make the processed waste gas can reach the discharge standards prescribed by the state.listed in this paper,the back part of the process using the specific characteristics of the equipment material selection,and gives the reasonable and detailed quotation list.Key words:Converter exhaust

7、 gas;Dry dust removal;Wet dust removal;Cloth bag dust collector1 緒論1.1工程概述武漢鋼鐵公司位于武漢市青山區(qū)，是世界第四大鋼鐵企業(yè)。武鋼使用的是目前世界上最先進的氧吹轉(zhuǎn)爐工藝。以轉(zhuǎn)爐工藝生產(chǎn)的鋼材產(chǎn)量巨大。設(shè)備都是50t氧吹轉(zhuǎn)爐，每臺設(shè)備22min出鋼45t。由于煙塵排放量巨大且國家對環(huán)保的要求越來越嚴格，原有的廢氣除塵系統(tǒng)由于工藝落后且使用周期接近終結(jié)，所以不再能滿足現(xiàn)有廢氣的處理要求。需要逐步的使廠區(qū)所有的轉(zhuǎn)爐廢氣都得到最新工藝的處理后再排放。本工程屬于武鋼轉(zhuǎn)爐廢氣處理的一期工程。工程量包含對一臺50t轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的廢氣的處理

8、。氧吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的鋼生產(chǎn)量占武鋼所有鋼材生產(chǎn)量的比重相當大。又因為氧吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝產(chǎn)生的廢氣量特別多，所以對廠區(qū)乃至廠區(qū)所在的整個地區(qū)的環(huán)境破壞相當嚴重。一期工程屬于實驗性工程。內(nèi)容是處理17號廠房氧吹轉(zhuǎn)爐所產(chǎn)生的廢氣。所能取得的處理效果對后續(xù)工程有著借鑒意義。本設(shè)計將遵守國家環(huán)保部發(fā)布的最新技術(shù)規(guī)范原則。本設(shè)計將在對比兩個較可行的方案后，定出一個最佳的方案。本工程將在經(jīng)濟、技術(shù)條件許可的前提下，使用最先進的工藝，確保處理效果達到預(yù)期要求，也確保此工藝在一定時期內(nèi)不會被技術(shù)的更新?lián)Q代所淘汰。1.2 技術(shù)概述可用于處理氧吹轉(zhuǎn)爐廢氣的設(shè)備有多種選擇，如旋風除塵器、重力沉降室、填料洗滌塔、文丘里除

9、塵器、電力除塵器、布袋除塵器等。有濕式除塵工藝和干式除塵工藝。由于氧吹轉(zhuǎn)爐廢氣有高溫的性質(zhì)，所以在處理過程中要加入降溫的環(huán)節(jié)。在濕式除塵工藝中會產(chǎn)生大量污水，由于一期工程無法有效的建立統(tǒng)一的污水處理設(shè)施，所以選用干法除塵工藝。文丘里除塵器屬于自激式濕式除塵器，不僅可以有效的除去一部分金屬顆粒，還可以有效的降低廢氣的溫度。廢氣經(jīng)過文丘里除塵器的處理后就進入填料洗滌塔處理。填料洗滌塔不僅可以給廢氣進一步的除塵、降溫，其中的除霧裝置還可以使氣體干燥。經(jīng)過了填料洗滌塔處理過的廢氣再進入布袋除塵器。布袋除塵器在這里是作為對廢氣中的金屬粉塵進行最終精細去除的工序，預(yù)期經(jīng)過這一道工序后，廢氣中的金屬粉塵能得

10、到接近100%的去除。廢氣在通過布袋除塵器之后最后進入煤氣柜。由于被除去了金屬粉塵的廢氣中CO的含量非常高，所以這些剩余氣體需要被導(dǎo)入煤氣柜中，然后在出口處被燃燒掉，轉(zhuǎn)化成的無害氣體將于廢氣中原有的無害氣體一道被排入大氣。1.3 經(jīng)濟概述本工程設(shè)計的經(jīng)濟原則是在保證廢氣的處理能達到所需效果的前提下把經(jīng)濟投入盡可能降低。在設(shè)備的擺放及管道的排布中，盡量減少由于排布不合理而導(dǎo)致的管道、場地的浪費。在可以確保安全使用的前提下，在設(shè)備的制作中盡量避免使用超過實際所需的厚度的板材，以節(jié)省制作成本和材料成本。在設(shè)備制作完畢的安裝過程中盡量使安裝程序合理，是設(shè)備可以盡快投入使用。1.4 設(shè)計的目的和意義此設(shè)

11、計的意義有三點：一是大力保護了廠區(qū)內(nèi)外甚至廠區(qū)所在地區(qū)的環(huán)境，使工人及附近居民的健康得到了很大保護；二是利用熱交換器加熱廢水有節(jié)能的意義；三是煤氣回收再利用的環(huán)節(jié)是有降耗的意義。所以此設(shè)計有減排、節(jié)能、降耗三重意義，符合國家環(huán)保法的要求，是對國家環(huán)保法的一次開拓性實踐。所以做好武鋼的轉(zhuǎn)爐廢氣處理不僅可以有效保護廠區(qū)所在地的環(huán)境，對世界的其它煉鋼企業(yè)的廢氣處理也有很好的示范作用。2 轉(zhuǎn)爐煙氣來源與分析2.1 轉(zhuǎn)爐排煙情況武鋼50t轉(zhuǎn)爐的排煙量是81.53m3/t，煙氣含塵濃度是0.169kg/m3。50t轉(zhuǎn)爐22min出鋼一次，出鋼量為45t。轉(zhuǎn)爐所排煙氣量平均為104m3/h。2.2 設(shè)計要求

12、設(shè)計排放要求，見表2-1。表2-1 處理前后各污染物的含量指標金屬粉塵（kg/m3）CO（%）溫度（）排放前0.169861600排放后1.5×10-5<2<603 工藝的選擇3.1 濕法除塵工藝簡介濕法除塵工藝主要是把干法除塵工藝中的電除塵器或布袋除塵器等干式除塵設(shè)備換成了重力脫水器或彎頭脫水器等濕式除塵設(shè)備，并在最后設(shè)文氏管來脫水。濕法除塵工藝的優(yōu)點是安全可靠，系統(tǒng)比較簡單。但同時也存在諸多問題，主要有：需要的除塵水量很大；蒸汽和濕粉塵粘結(jié)到引風機葉片，造成轉(zhuǎn)子不平衡，引起風機震動損壞，故障率高，影響系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行；系統(tǒng)易結(jié)垢，導(dǎo)致除塵能力下降，積塵效果和凈化效果變

13、差，爐口煙塵外溢、放散塔冒黃煙；系統(tǒng)阻力大，耗電高；污泥處理工序復(fù)雜且容易造成二次污染；受文氏管效率影響，煙塵排放濃度偏高（為100mg/Nm3）。3.2 干法除塵工藝簡介干法流程的優(yōu)點是不需廢水處理設(shè)備和污泥脫水設(shè)備等，因此干法除塵具有水耗低、無污水處理系統(tǒng)、電耗低、風機運行穩(wěn)定、粉塵排放濃度低（為10mg/Nm3）等諸多優(yōu)點。存在一些問題主要是：干法除塵造價高、自動控制連鎖多，要求自動化程度高；采用的機械設(shè)備多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維修時間長。3.3 工藝選擇由于武鋼有大量的轉(zhuǎn)爐廢氣需要處理。如果選用濕法除塵工藝，最終用水量會很大，而且產(chǎn)生的廢水將難以處理。選擇干法除塵工藝不僅可以避免上述

14、問題，而且煙塵的凈化效果也遠好于濕法除塵工藝。所以最終選定干法除塵工藝。3.4 工藝流程圖3-1 武鋼轉(zhuǎn)爐煙氣處理系統(tǒng)工藝流程圖轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)集氣罩收集以后經(jīng)換熱器降溫，進文氏管旋風脫水器除霧器除塵降溫后，再經(jīng)布袋除塵器除塵，煙氣達到排放標準，經(jīng)引風機排放至煤氣柜，工藝流程見圖3-1。4 干法除塵工藝4.1 集氣罩類型選擇 選擇接受式集氣罩。有些生產(chǎn)過程和設(shè)備本身產(chǎn)生或誘導(dǎo)的氣流運動，如由于加熱或慣性作用形成的污染氣流。集氣罩設(shè)在污染氣流前方，有害物會隨氣流直接進入罩內(nèi)。這類集氣罩統(tǒng)稱為接受式集氣罩。集氣罩設(shè)計原則（1） 對散發(fā)粉塵或有害氣體的工藝流程與設(shè)備應(yīng)采取密閉措施，盡量采用密閉罩。確定密閉

15、罩的吸氣口味、結(jié)構(gòu)和風速時，應(yīng)使罩內(nèi)負壓均勻，防止污染物外逸，對于散發(fā)粉塵和揮發(fā)性的污染源，應(yīng)避免過多負壓。（2） 當不能或不便采用密閉罩時，可根據(jù)工藝操作要求和技術(shù)經(jīng)濟條件選擇適宜的其他開敞式集氣罩。集氣罩應(yīng)盡可能包圍或靠近有害污染源，使污染物局限在較小空間內(nèi)，并盡可能減少吸氣范圍，便于捕集和控制污染物。（3） 吸氣點的排風量應(yīng)按防止粉塵或有害氣體擴散到周圍環(huán)境空間的原則確定，集氣罩的吸氣應(yīng)盡可能利用污染氣流的運動作用。（4） 已被污染的吸入氣流不允許通過人的呼吸區(qū)，設(shè)計時要充分考慮操作人員的位置和活動范圍。（5） 集氣罩的配置應(yīng)與生產(chǎn)工藝協(xié)調(diào)一致，力求不影響工藝操作。在保證功能的前提下，應(yīng)

16、力求結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，便于安裝和維護管理。（6） 防止集氣罩周圍的紊流，應(yīng)盡可能避免或減弱干擾氣流、穿堂風和送風氣流等對吸氣氣流的影響。 目前多采用控制速度法計算外部集氣罩的排風量。利用外部集氣罩的幾何尺寸及罩口速度分布就可以很方便的求得外部集氣罩的排風量。排風量可用下式計算：式中：Q集氣罩排風量，m3/s； Ao罩口面積，m2； Vo罩口的吸入速度，m/s。 集氣罩的結(jié)構(gòu)、吸入氣流速度分布、罩口壓力損失的變化都會影響排風量。 計算排風量的關(guān)鍵是確定控制點至罩口的距離X和控制風速Vx?？刂泣c是指有害物發(fā)生地點。控制風速是保證污染物能被全部吸入罩內(nèi)時控制點上必須具有的吸入速度。4.2 換熱器設(shè)

17、計4.2.2 換熱器類型考慮到經(jīng)過熱交換的水還要回用，所以選擇間接水冷。間接水冷是高溫煙氣通過煙管管壁將熱量傳出，由水冷夾套或冷卻管束中流動的水帶走的一種冷卻方式，常用的設(shè)備有水冷夾套和水冷冷卻器。1） 水冷夾套管 水冷夾套管是由直徑不同的兩管同心套在一起所組成，內(nèi)管內(nèi)通煙氣，套管中通冷卻水，通過內(nèi)管壁進行換熱以將煙氣冷卻。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，實用可靠，是一種常用的冷卻方式。但其傳熱效率較低，耗水量大。煙管直徑較大時，夾層中設(shè)分水板，以使水路加長，增大水速，加強傳熱，同時也加固了內(nèi)外管的連接。夾層厚度在使用軟化水時一般為4060mm，不能太??；當使用非軟化水且硬度大時，厚度要加大。供水進口在下，出

18、水管在上，水的流向采取與煙氣流向相反的逆流形式，供水進口管設(shè)在煙氣出口端。一般進水溫度為30，出水溫度不宜高于45，以免結(jié)垢，溫差15。水壓采用0.30.5MPa。管內(nèi)煙氣流速，標準狀態(tài)下取1015m/s，水流速度取0.51.0m/s。2） 密排管式水冷管 密排管式水冷管是由很多5089mm無縫鋼管拼焊而成的圓形或矩形煙管，管與管之間凈距為13mm，管內(nèi)通冷卻水，通過水冷管外壁面換熱以將煙氣冷卻。結(jié)構(gòu)較水冷套管復(fù)雜，加工難度也大，但傳熱面積大，傳熱效率較之也大，是電爐排煙中常用的方式，適于較大煙管傳熱進行煙氣冷卻。3） 殼管式水冷卻器 殼管式冷卻器是在一密閉殼體內(nèi)平行設(shè)置多排管束，煙氣從管內(nèi)通

19、過，殼體內(nèi)煙管外流過冷卻水，通過冷卻水與煙管外壁的熱交換使煙氣冷卻。頂部煙氣進出口盡可能布置在兩側(cè)，頂部開檢查門可便于維護清灰。傳熱面積大而煙管較長者可采用雙程式，傳熱面積小而煙管較短者采用單程式。殼管式冷卻器的優(yōu)點是傳熱效果好，冷卻面積小，鋼耗少，其冷卻后的熱水可利用。缺點是水耗量大，對于缺水、節(jié)水地區(qū)較難應(yīng)用。冷卻水采用軟化水，進口溫度為30，出口溫度為45.冷卻水流向與煙氣流向相反，形成逆流形式，傳熱效果高，水的入口在煙氣出口側(cè)，水的出口在煙氣入口測，水壓為0.30.5MPa。煙管管束可布置成矩形、三等邊三角形、菱形等?？紤]煙氣通路大一些，以免積附粉塵，便于清灰，煙管管徑通常用76140

20、mm，管中心距取管徑的1.31.5倍。煙管內(nèi)標準狀態(tài)下的煙氣流速建議采用1015m/s，冷卻水流速取0.51.0m/s，使其達到紊流狀態(tài)，有利于傳熱。為增大換熱量，在殼管內(nèi)部可增設(shè)橫隔板，變水的縱向流動為橫向流動的多次折流，以增加水的流程，加大流速，消滅死角。還可采用螺旋管、螺旋翅片、管壁凸緣等措施，增大傳熱面，形成旋流場。殼管式水冷器的傳熱系數(shù)K值按式（1）計算，其中的煙氣與管內(nèi)壁金屬面的換熱系數(shù)i，對于水冷器是至關(guān)重要的，其數(shù)值通常在100W/（m2）以下。管外壁與冷卻水的換熱系數(shù)。可高達580011600W/（m2），熱阻很小，可忽略不計。按前述鋼管管壁厚度很小，導(dǎo)熱系數(shù)大，熱阻也很小；

21、采用軟化水，水垢熱阻幾近于零；這兩者也忽略不計?；覍訜嶙?，對于轉(zhuǎn)爐煙氣也小，一般為Rh=0.0050.01m2/W。 由上述，水冷卻器的傳熱系數(shù)K值可簡化為 由于，因而K值計算式更可簡化為式中：K體熱系數(shù)，W/（m2）； 熱效系數(shù)，在有清灰措施的條件下，對于轉(zhuǎn)爐煙氣=0.900.95； 轉(zhuǎn)爐煙氣定型對流換熱系數(shù)，W/（m2），見圖4-1； Ct溫度修正系數(shù)，見圖4-3； 轉(zhuǎn)爐煙氣基準輻射換熱系數(shù)，W/（m2），見圖4-2； 轉(zhuǎn)爐密封性修正系數(shù)，對于密封性好的轉(zhuǎn)爐，=1.09；密封性一般=1.0；密封性差=0.93。 影響傳熱的因數(shù)，主要是傳熱系數(shù)K、熱交換面積F和對數(shù)平均溫差。在一定條件下，提

22、高其中任何一項的數(shù)值均可達到強化傳熱的目的。提高K值，應(yīng)經(jīng)常注意煙管內(nèi)積附粉塵的程度，應(yīng)在一定時間內(nèi)，對煙管進行維護清掃，以清除灰層，提高傳熱效果。在一定的鋼耗量下增加傳熱面積，采用較小的管徑，單位空間內(nèi)配置的總表面積就較大，對流換熱系數(shù)也可增大。但管徑不能過小，以免增加氣流阻力和引起煙管積灰。在一定的冷熱流體進出口溫度下，增大對數(shù)平均溫差，如采用煙氣流向與冷卻流體（水或空氣）流向相逆布置（逆流），溫差可加大。 煙氣比熱容。在煙氣交換計算中常用到平均摩爾定壓熱容（容積比熱容），按各組成氣體百分比疊加的原理，煙氣的平均摩爾定壓熱容計算如下：（5）式中：煙氣的平均摩爾定壓熱容，J/（mol）； 煙

23、氣中各組成氣體所占體積百分數(shù)，%； 煙氣中各組成氣體的平均摩爾定壓熱容，J/（mol）。幾種氣體的平均摩爾定壓熱容值列于表4-1。表4-1 幾種氣體的平均摩爾定壓熱容（kJ/（kmol）t()N2O2空氣H2COC2OH2O電爐煙氣a=1.5a=2029.13629.26229.08228.62929.10435.99833.49030.44830.3151829.14029.29929.09428.71329.14436.45033.53230.54230.3992529.14039.31629.09428.73829.14836.49233.54530.55130.40810029.161

24、29.54629.16128.99829.19438.19233.75030.90930.73520029.24529.95229.31229.11929.27740.15134.12231.37531.17030029.40430.45929.53429.16929.54641.88034.56631.86631.63340029.62230.89829.80229.23629.81043.37535.07332.34732.09150029.88531.35530.10329.29930.12844.71535.61732.83332.55860030.17431.78230.42139.

25、37030.45045.90836.19133.30633.01570030.25832.17130.73129.45830.77746.98036.78133.61433.30280030.77332.52331.04129.56731.10047.93437.38034.19233.87390031.06632.84531.33829.69731.40548.90237.97434.61434.283100031.32633.14331.60629.84431.69449.61438.56034.96534.624110031.61433.41131.88729.99831.96650.3

26、2539.13835.33134.982120031.86233.65832.13030.16632.18850.95339.69935.64935.294130032.09233.88832.62430.25832.45651.58140.24835.95735.592140032.31434.10632.57730.39632.67852.08440.79936.23235.861150032.52734.29832.78330.54732.88752.58641.28236.49836.121（kg/m3）1.251.431.290.091.251.980.721.41.39相對分子質(zhì)量

27、28.01322.028.0144.0118說明：溫度范圍：01500，壓力：101.325kPa。煙氣量為的煙氣由溫度冷卻到所放出的熱量為 （6）式中：Q煙氣放出的熱量，kJ/h； L煙氣量，m3/h； 分別是煙氣為及時的平均摩爾定壓熱容，kJ/(kmol)； 冷卻前后的煙氣溫度，。 （7）式中：冷卻器煙氣入口處管內(nèi)外流體的溫差，； 冷卻器煙氣出口處管內(nèi)外流體的溫差，； 煙氣入口、出口處的溫度，； 逆流時為冷卻介質(zhì)、出口溫度、順流狀態(tài)為冷卻介質(zhì)、進口溫度，自然空冷時，兩者均為同一環(huán)境空氣溫度，。 冷卻介質(zhì)為水時，其所吸收的熱量為 （8）式中：Q冷卻水吸收煙氣的熱量，kJ/h； G冷卻水量，m

28、3/h； 水的比熱容，時，； 1000水的密度，kg/m3； 水的初溫、終溫，通常采用。 換熱器的選用。由于此工藝中換熱器后面連著文氏管濕式除塵器，而文氏管耐溫最高為400。所以此次換熱的目標為使換熱器出風溫度為400。 出于對場地占用的考慮，此次設(shè)計選用殼管式水冷卻器。 煙氣平均溫度。采用殼管式水冷卻器，設(shè)其煙管直徑為102×3.5mm，煙氣從管內(nèi)通過，煙氣在管內(nèi)流速設(shè)為18m/s，則需管束的總橫截面積為 需管束的鋼管數(shù)為根 取100根，在一方形殼體內(nèi)布置。則實際煙管內(nèi)煙氣流速為計算傳熱系數(shù)K V=17.56m/s，查圖（4-1）得；，查圖（4-3），得（查平均煙氣成分曲線）；再查

29、圖（4-2），。按公式（4-3）計算K值， 值選用0.93，可得計算煙氣散出熱量Q 煙氣比熱容按公式（5）計算，按煙氣成分查表（4-1），得1500時9001000時按公式（6），逆流式計算對數(shù)平均溫差tm，按冷卻水進口溫度30，出口45，由公式（7）得 計算換熱面積 求所需管束的長度為 取5m，則實際換熱面積 實際冷卻水可吸收熱量為 Q=5043KW，大于散出熱量4830KW，滿足要求。 冷卻所需水量 由公式（8），得水冷卻器的設(shè)計，管束布置采用102×3.5鋼管，長5m，三等邊三角形布置，殼體為方形。管內(nèi)通煙氣，殼體內(nèi)管外通冷卻水，殼體內(nèi)橫斷面上布置有4塊橫隔板，使水由原來垂直下

30、流改為水平5段橫流，增長了水的流程，增大了水的流速，增強了傳熱效果。間接水冷器的壓力損失由設(shè)備內(nèi)沿程阻力損失與局部阻力損失構(gòu)成當管徑為100mm，風量為100m3/h時，單位摩擦阻力為2.099Pa/m總沿程阻力損失局部沿程阻力損失取總壓力損失取水泵流量取288m3/h，揚程取10m。注：圖4-1、圖4-2、圖4-3都在機械工業(yè)采暖通風與空調(diào)設(shè)計手冊第896897頁，分別對應(yīng)圖19-71、圖19-72、圖19-73。4.3 文氏管濕式除塵器的介紹及選用文氏管除塵器是一種高能、高阻、高效的除塵設(shè)備。其結(jié)構(gòu)簡單，由文氏管（漸縮漸擴管及喉管）、噴嘴、脫水器等組成。當含塵氣體由進口進入漸縮管至喉管時，

31、氣流速度逐步增至最大值。高速氣流將噴嘴噴出的水滴霧化，氣液充分混合，氣流中的塵粒與霧化水滴不斷碰撞、增濕凝并，使?jié)u擴管氣流速度逐步降低，塵與水滴進一步碰撞、凝聚。爾后，氣流經(jīng)風管至旋風脫水器，凈化氣體脫水后排出，凝塵沉落脫水器錐斗內(nèi)形成泥漿，流入沉淀池。文氏管除塵器的性能取決于喉管大小及其氣流速度。高能型，當喉管氣流速度達60120m/s，對小于1m的塵粒，除塵效率可達99%99.9%，阻力值也達500014000Pa。適于高溫、高濕煙氣，比電阻大而粉塵粒度細的除塵要求。低能型，喉管速度為4060m/s時，對高濕煙氣除塵效率可達90%99%，阻力6002000Pa。適用于一般煙氣（如工業(yè)鍋爐煙

32、氣）的除塵凈化。4.3.1 文丘里洗滌除塵器的特點及應(yīng)用文丘里洗滌除塵器的主要特點是：結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、占地少、價格低；既可用于高溫煙氣降溫，高溫、高濕和易燃氣體的凈化，也可凈化含有微米和亞微米粉塵粒子及易于被洗滌液吸收的有毒有害氣體；壓力損失高，處理的氣體量相對較少。設(shè)計要求的效率，文丘里洗滌除塵器的阻力通常在400010000Pa之間，液氣比在0.52.0L/m3之間，它可以用于高爐和轉(zhuǎn)爐煤氣的凈化與回收，在一般煙氣和粉塵的治理中多采用低阻或中阻形式。4.3.2 文丘里洗滌器的設(shè)計方法 文丘里收縮管、喉管以及擴散管的直徑和長度、收縮管和擴散管的張開角度等是文丘里洗滌器設(shè)計時的主要幾何尺

33、寸。進氣管直徑D1按與之相連管道直徑確定，管道中氣流速度為1，一般1=1622m/s。收縮管的收縮角a1常取23o25o，收縮管兩端管徑分別是D1、DT；喉管直徑DT按喉管氣速VT確定，VT=50120m/s；擴散管的擴散角a2一般為5o7o。 1收縮管；2喉管；3擴散管 圖4-1 文丘里管結(jié)構(gòu)尺寸 出口管的直徑D2按與其相連的除霧器要求的氣速V2確定，V2=1822m/s，擴張管兩端直徑分別為DT、D2。D1、DT、D2均可按下式來確定：式中：D擬計算管段管徑，mm； Q氣體通過計算管段的實際流量，m3/h； V氣體通過計算管段的流速，m/s。 收縮管和擴散管的長度L1及L2由下面的式子決定

34、： VT的選擇要考慮到粉塵、氣體和洗滌液的物理化學(xué)性質(zhì)、對洗滌器效率和阻力的要求等因素。喉管的長度Lo對文丘里管的阻力和凈化效率均有影響。喉管長度一般取喉管直徑的0.81.5倍，或取為Lo=200500mm。 （1）文丘里洗滌器的壓力損失文丘里洗滌器靠高速氣流的動能將液體霧化和加速，氣流的壓力損失遠遠大于其它濕式和干式除塵器。一般認為氣流損失的能量全部用于在喉管內(nèi)加速液滴，則文丘里洗滌器壓力損失可基于喉管內(nèi)氣流的實驗數(shù)據(jù)進行計算，一般多用經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 濕式洗滌除塵器的運行維護。濕式洗滌除塵器由于顆粒及其他物質(zhì)的沉淀和粘附，容易造成堵塞，設(shè)備的干濕面交界處及腐蝕性氣體和液體通過的部位都容易受到腐蝕

35、，氣體、液體的高速流動也會使設(shè)備受到磨損，所以它的運行維護應(yīng)比干式除塵器更精心。 文氏管的尺寸設(shè)計計算。此文氏管設(shè)計為高能文氏管，壓力損失為10000Pa，除塵效率達99%，喉管氣流速度為120m/s。 如圖（4-1）， 取180mm，實際流速 主管道中氣體流速取18m/s 取450mm，實際流速 喉管長度 液氣比取1.5L/m3，則所選取的水泵流量應(yīng)該是15m3/h，揚程為10m。 （2）旋風除塵器的比例尺寸 旋風除塵器選型。選擇頂部入口式旋風除塵器。 其進口風速。進口風速一般取1525m/s，但不應(yīng)低于10m/s，以防進氣管積塵。筒體的直徑記作D，它是旋風除塵器的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，一般用筒體直

36、徑來表示除塵器的大小。在相同的切向速度下，筒體直徑越小，塵粒受到的離心力越大，除塵效率越高。但筒體直徑過小，粉塵顆粒容易逃逸，使除塵效率下降。錐體長度適當增加，有利于提高除塵效率，但會使阻力增加，因此高效除塵器采用的錐體長度為筒體直徑的2.82.85倍。筒體和椎體的總高度不超過筒體直徑的5倍。 排氣管直徑的影響。排氣管直徑越小，旋風除塵器的分割粒徑就越小，除塵效率也就越高。減小排氣管直徑有利于提高除塵效率，但會引起阻力增大。一般排氣管直徑取筒體直徑的0.40.65倍。 應(yīng)當指出，塵粒在旋風除塵器內(nèi)的分離過程是非常復(fù)雜的，根據(jù)某些假設(shè)條件得出的理論公式還不能進行比較精確的計算。目前，旋風除塵器的

37、效率一般通過實驗確定。 旋風除塵器的壓力損失，一般認為與氣體進口速度的平方成正比，即： 式中：旋風除塵器壓力損失，Pa； 旋風除塵器阻力系數(shù)，無因次； 氣體密度，kg/m3； 進口氣流平均速度，m/s。 旋風除塵器進口風速取17.5m/s。出口風速也取17.5m/s。 即排氣筒直徑 筒體直徑 錐體長取 筒體長取 此時，按分割粒徑來計算 粉塵粒徑全為，平均粒徑為。 由式計算出分級效率為82.3%。 阻力系數(shù)，進口氣流速度，氣體溫度，環(huán)境壓力。，環(huán)境壓力時，空氣密度 由式（9）計算旋風除塵器的壓力損失為：4.4除霧塔 除霧器的設(shè)計及計算除霧塔 空塔氣速一般為0.31.5m/s，壓降通常為0.150

38、.60kPa/m填料。 空塔氣速取0.8m/s，即2880m/h。 設(shè)直徑為。則 三層填料，每層填料高500mm。4.5 袋式除塵器選擇與設(shè)計4.5.1 袋式除塵器結(jié)構(gòu)袋式除塵器的結(jié)構(gòu)主要分為上箱體、中箱體、灰斗、進出管、立柱、濾袋及其籠骨，進排氣閥、平臺扶梯、清灰機構(gòu)以及電氣控制。 上箱體，也稱凈氣室，用于外慮式脈沖除塵器，包括頂部檢查門及孔板（也稱花板）、脈沖噴吹管。有的為防雨雪便于檢修換袋，在檢查門上部加設(shè)頂棚蓋；有的加高上箱體而不設(shè)檢查門，以減少漏風，人員可進入檢修換袋。 中箱體，也稱過濾室，對外濾式脈沖除塵器設(shè)濾袋及其龍骨。對內(nèi)濾式反吹風除塵器設(shè)有濾袋和可調(diào)濾袋長度的懸吊彈簧及框架，

39、孔板設(shè)于中箱體下部、灰斗上方。 灰斗，斗壁視不同情況設(shè)電動振打器或脈沖清堵器（空氣炮），高溫系統(tǒng)為防結(jié)露加設(shè)保溫，甚至加設(shè)電加熱器或蒸汽伴熱管。斗下設(shè)插板閥和卸灰閥。 清灰機構(gòu)，對脈沖除塵器包括壓縮空氣過濾器、減壓閥及壓縮空氣管路、分氣包、脈沖閥及噴吹管。對反吹風除塵器包括反吹風機、反吹風管道、反吹風閥門。 電氣控制，一般主要是為濾袋清灰而設(shè)有可編程序電控、定壓差或定時控制。大中型除塵器加設(shè)溫度控制、輸灰控制，以及對溫度、壓差、壓力、流量監(jiān)控監(jiān)測顯示、排放濃度監(jiān)控、CO含量監(jiān)控、O2含量監(jiān)控以及超限故障報警，甚至智能電控。（2） 袋式除塵器的工作原理，分過濾與清灰兩種工況。 過濾工況，含塵氣體

40、由進風口均勻進入灰斗，大顆粒塵由于受慣性碰撞及重力沉降作用而從氣體中分離沉入灰斗，細顆粒塵隨氣流折轉(zhuǎn)向上進入過濾室。在過濾室內(nèi)，含塵氣流流經(jīng)濾袋，細顆粒塵被濾袋過濾而積附于袋表，某些有害氣體（如HF，SO2）被濾袋預(yù)附塵（如Al2O3，Ca(OH)2）部分吸收、吸附，凈化氣體透過濾袋經(jīng)袋口進入凈氣室，由除塵系統(tǒng)主風機吸引，經(jīng)煙囪排入大氣。 清灰工況，隨著過濾工況的進行，濾袋上所積附的粉塵層不斷增厚，氣流通過的阻力也逐漸增大。當阻力達到設(shè)定值（如11.2kPa）時，開始清灰。 定壓清灰，當壓差發(fā)送器感受到壓差已達設(shè)定值，即發(fā)出訊號，由可編程序控制器按設(shè)定程序發(fā)出的指令，使清灰機構(gòu)（如脈沖閥或反吹

41、風機或機械振打裝置以及各種切換閥門）啟動，對濾袋清灰。袋表粉塵層被噴吹或振打落入灰斗，當壓差下降至各設(shè)定值即停止清灰，轉(zhuǎn)入下一輪過濾工況。 定時清灰，按經(jīng)驗設(shè)定清灰“時間”或按定壓清灰所記錄的清灰“時間”，通過設(shè)定“時間”程序，可由編程序控制器啟動及停止對濾袋的清灰。4.5.2 袋式除塵器的性能。（1） 處理風量 袋式除塵器的處理風量，單機可小到1000m3/h，大型可到幾百萬m3/h，范圍很廣，設(shè)計前必須準確定量好。 計算處理風量時，應(yīng)考慮工藝風量的波動及袋式除塵器的漏風量。當采用反吹風清灰時，還應(yīng)計入清灰的反吹風風量。當工藝所提供的風量為標準狀態(tài)下的風量時，還應(yīng)換算為工礦溫度時的工況風量。

42、式中：L選用袋式除塵器時的風量，m3/h； L1工藝所提供的工況風量，m3/h，當工藝風量有波動時，按波動最大風量計算，若未提供最大風量，可附加10%風量； LN工藝提供的標準狀態(tài)時的風量，m3/h； L2袋式除塵器的漏風量，m3/h，按2%5%漏風計算，即（1.021.05）L1； L3袋式除塵器采用反吹風清灰時，清灰的反吹風量（m3/h）； t工藝提供的工況溫度（）； Pd袋式除塵器安裝所在地的大氣壓（kPa）。（2） 除塵效率與排放質(zhì)量濃度 袋式除塵器的除塵效率是很高的，一般可達99.5%以上，最高能達99.99%；排放質(zhì)量濃度一般能達50mg/m3以下，甚至5mg/m3以下。二者密切相

43、關(guān)。 除塵器的除塵效率按下式計算：式中：G1除塵器入口的粉塵量（g/m3）； G2除塵器出口的粉塵量，即排放質(zhì)量濃度（g/m3）。 除塵效率隨入口粉塵量的增大而加大。入口粉塵量減小時，除塵效率也降低。在入口粉塵量為1g/m3以上時，除塵效率變化范圍為95%99.99%。而袋式除塵器的除塵效率一般在99.5%以上。除塵效率這一指標不能完全反映高效袋式除塵器的性能，而出口排放濃度才能真正反映其高效性能，并能與國家對粉塵排放質(zhì)量濃度的規(guī)定相一致。（3）過濾風速 過濾風速（氣布比），其計算公式為式中：Q氣體的體積流量，； A過濾面積，。（4）袋式除塵器的阻力 袋式除塵器的阻力與除塵器結(jié)構(gòu)、濾料品種、濾

44、袋布置、過濾風速、濾袋上的粉塵層、粉塵質(zhì)量濃度、清灰方式等有關(guān)。 袋式除塵器濾料的壓力損失由清潔濾料的壓力損和堆積粉塵層的壓力損失組成，即 其中：式中：清潔濾料的阻力系數(shù)，； 氣體黏度，； 粉塵層的平均比阻力，； 進口氣體含塵質(zhì)量濃度，； 過濾時間，； 過濾風速，。 （5）袋式除塵器設(shè)計計算 過濾風速取 則 濾袋尺寸長，直徑 所需布袋數(shù) 取120條 采用的滌綸絨布，過濾時間t設(shè)定為，氣體黏度，粉塵平均比阻力取，當前含塵質(zhì)量濃度取 即：（可忽略不計） 即：4.6 凈化系統(tǒng)管路設(shè)計 氣體在管道中流動時，會產(chǎn)生壓力損失，氣體和管壁摩擦而引起的壓力損失稱摩擦壓力損失，氣體在經(jīng)過各種管道附件或設(shè)備而引起

45、的壓力損失稱局部壓力損失。 在管道中流動的氣體，在通過任意形狀的管道橫截面時，其摩擦阻力損失為：式中：氣體的管道摩擦壓力損失，Pa； Rm單位長度管道的摩擦壓力損失，簡稱比壓損（或比摩阻），Pa/m； 摩擦阻力系數(shù)； 氣體在管道中速度，m/s； L管道長度，m； 氣體密度，kg/m3； R水力半徑，m，為管道橫截面F與濕周長度Lc之比。 對于圓形管道（Dn圓形管道內(nèi)徑，m）。 對于矩形管道（a，b分別為矩形管道的長邊和寬邊長度）。 在工程設(shè)計中，為計算方便，已經(jīng)繪制有各種形式的計算表或線算圖供使用，如全國通用通風管道計算表是我國根據(jù)通風管道統(tǒng)一規(guī)格而編制的相應(yīng)計算表。對于矩形管道還可采用當量直

46、徑法進行計算，即先計算出與圓形管道直徑相當?shù)漠斄恐睆?，然后按照圓形管道的相關(guān)線算圖標進行計算。以速度為基準的當量直徑Dv和以流量為基準的當量直徑DQ，用下式計算： 氣體流經(jīng)管道系統(tǒng)中的異形管件（如閥門、彎頭、三通等）時，由于流動情況發(fā)生驟然變化，所產(chǎn)生的能量損失稱為局部壓力損失。局部壓力損失一般用動壓頭的倍數(shù)表示，即式中：局部壓力損失，Pa； 局部壓損系數(shù)； V異形管件處管道斷面平均流速，m/s。 局部壓損系數(shù)通常通過實驗確定。實驗時，先測出管件前后的全壓差（即該管件的局部壓力損失），再除以相應(yīng)的動壓V2/2，即可求得值。各種管件的局部壓損系數(shù)在有關(guān)設(shè)計手冊中可以查到。管道系統(tǒng)的壓力損失計算a

47、.管道系統(tǒng)壓力損失計算的目的是確定管道斷面尺寸和系統(tǒng)的壓力損失，并由系統(tǒng)的總風量和總壓力損失選擇適當?shù)娘L機。要使管道系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)濟合理，必須選擇適當?shù)牧魉?，以保證安全、可靠，并使投資和運行費用的總和最小。表4-2列出了部分除塵管道內(nèi)最低氣體流速，供參考。 表4-2 除塵管道內(nèi)最低氣體流速 單位：m/s粉塵性質(zhì)垂直管水平管粉塵性質(zhì)垂直管水平管粉狀的黏土和砂1113鐵和鋼（屑）1820耐火泥1417灰土、砂塵1618重礦物粉塵1416鋸屑、刨屑1214輕礦物粉塵1214大塊干木屑1415干型砂1113干微塵810煤灰1012燃料粉塵14161618濕土（2%以下水分）1518大塊濕木屑1820鋼和鐵

48、（塵末）1315谷物粉塵1012棉絮810麻（短纖維粉塵、雜質(zhì)）812水泥粉塵8121822d.根據(jù)系統(tǒng)各管段的風量和選擇的流速確定各管段的斷面尺寸。計算時應(yīng)盡量采用全國通用通風管道計算表中所列的全國通用通風管道的統(tǒng)一規(guī)格，以利于工業(yè)化加工制作。e.風管斷面尺寸確定后，按管內(nèi)實際流速計算壓力損失。壓力損失計算應(yīng)從最不利環(huán)路（系統(tǒng)中壓力損失最大的環(huán)路）開始。f.對并聯(lián)管道進行壓力平衡計算。兩分支管段的壓力差應(yīng)滿足以下要求：除塵系統(tǒng)應(yīng)小于10%，其他通風系統(tǒng)應(yīng)小于15%。否則，必須進行管徑調(diào)整或增設(shè)調(diào)壓裝置（閥門、阻力圈等），使之滿足上述要求。g.計算管道系統(tǒng)的總壓力損失（即系統(tǒng)中最不利環(huán)路的總壓

49、力損失）。h.根據(jù)系統(tǒng)的總風量、總壓力損失選擇風機。 氣體在管道中流動是管道兩端氣體的壓力差所引起的，氣體是由高壓端向低壓端。由于斷面和流量的變化，管內(nèi)的動壓和靜壓相互轉(zhuǎn)化。由于管道阻力的存在，氣體在流動過程中的壓強不斷下降。分析管道內(nèi)壓強的分布，可以幫助我們更深刻的了解氣體在管道內(nèi)的流動情況。氣體在管道中流動時，由于流速的改變和壓力的損失，使得氣體在流動的過程中不同斷面的壓力發(fā)生變化。有以下幾點經(jīng)驗結(jié)論：a.管道系統(tǒng)的總壓力損失等于各串聯(lián)部分壓力損失之和；b.風機的全壓等于管道系統(tǒng)的總壓力損失（包括出口處的動壓）；c.風機吸入段的全壓和靜壓均為負值，如吸入段管道發(fā)生損壞，會使管道外的氣體滲入管道內(nèi)；d.風機壓出段的全壓和靜壓一般均為