課程設(shè)計(jì)某小型燃煤電站鍋爐煙氣文丘里除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 工 學(xué) 院 系 別： 環(huán) 境 工 程 姓 名： 毛 建 田 學(xué) 號(hào)： 09040016 指導(dǎo)教師： 肖惠萍 柯斌清 成 績(jī)： 2012年06月01日目 錄 摘要：11 設(shè)計(jì)題目22 設(shè)計(jì)資料23 設(shè)計(jì)目的24 設(shè)計(jì)要求25 設(shè)計(jì)內(nèi)容35.1 引言35.2 方案的選擇及說(shuō)明35.2.1 除塵器性能指標(biāo)35.3 設(shè)計(jì)依據(jù)和原則45.3.1 依據(jù)45.3.2 原則45.4 煙氣排放量以及組成45.5 除塵器的選擇65.6 管道計(jì)算65.6.1除塵系統(tǒng)工藝流程圖65.6.2管道直徑的確定65.6.3管道壓力損失的計(jì)算85.7 換熱器的選型105.8文丘里洗滌器幾何

2、尺寸和壓損計(jì)算105.9煙囪的高度計(jì)算135.10 風(fēng)機(jī)的選型145.11 設(shè)計(jì)結(jié)果列表15六、總結(jié)16參考文獻(xiàn)17 某小型燃煤電站鍋爐煙氣文丘里除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：該設(shè)計(jì)主要是為某小型燃煤發(fā)電站鍋爐煙氣設(shè)計(jì)一套除塵系統(tǒng)。通過(guò)分析計(jì)算燃煤鍋爐排放的煙氣量為0.546m3/s，總煙氣量為25.69m3。針對(duì)燃煤鍋爐排放污染物情況，設(shè)計(jì)選擇機(jī)械振動(dòng)清灰袋式除塵器。依照工藝流程，對(duì)除塵系統(tǒng)附屬設(shè)備如管道、風(fēng)機(jī)、煙囪等進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算。該除塵系統(tǒng)除塵效率達(dá)80%以上，能夠滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求。關(guān)鍵詞：燃煤煙氣；袋式除塵；機(jī)械振動(dòng)1 設(shè)計(jì)題目某小型燃煤電站鍋爐煙氣文丘里除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)2 設(shè)計(jì)資料（1）設(shè)計(jì)耗

3、煤量：203.8 kg/h；（2）排煙溫度：560；（3）空氣過(guò)剩系數(shù)：=1.25；（4）煙氣密度（標(biāo)態(tài)）：1.32kg/m3（5）室外空氣平均溫度；24；（6）鍋爐出口前煙氣阻力：1025Pa；（7）煙氣其他性質(zhì)按空氣計(jì)算；（8）燃煤組成：褐煤2：C=61.3%，H=4.34%，S=0.14%，N=0.78%，O=10.28%，水分=19.16%，灰分=4.0% ； 排灰系數(shù)35%； （9）按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB132172001）中一類(lèi)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)：80mg/m3。3 設(shè)計(jì)目的這次大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)我們主要設(shè)計(jì)一燃煤電站的鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)。主要設(shè)計(jì)目

4、的：（1）要求煙塵濃度排放達(dá)到（GB132172001）一類(lèi)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)：80 mg/m3。（2）通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我們進(jìn)一步鞏固課本中所學(xué)的內(nèi)容, 加深對(duì)理論知識(shí)的理解。（3）通過(guò)分析各種除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)確定除塵器的選型，能夠熟練掌握管網(wǎng)的布置、除塵器設(shè)計(jì)及煙囪高度的設(shè)計(jì)。（4）能夠培養(yǎng)我們?cè)谥贫ㄔO(shè)計(jì)方案、設(shè)備選型、設(shè)計(jì)計(jì)算、工程繪圖、文獻(xiàn)查閱、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、工具書(shū)的使用等方面的基本工作實(shí)踐能力。4 設(shè)計(jì)要求（一）編制一份設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，主要內(nèi)容包括： （1）引言 （2）方案選擇和說(shuō)明（附流程簡(jiǎn)圖） （3）除塵設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算 （4）附屬設(shè)備的選型和計(jì)算（管道、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、煙囪） （5）設(shè)計(jì)結(jié)果列表 （6）

5、設(shè)計(jì)結(jié)果討論和說(shuō)明 （7）注明參考文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)資料（二）繪制除塵系統(tǒng)工藝流程圖、平面布置圖、管線圖（三）繪制除塵主體設(shè)備圖5 設(shè)計(jì)內(nèi)容5.1 引言我國(guó)是世界上唯一以煤為主要能源的大國(guó)。作為一次能源，煤的利用方式在我國(guó)主要是燃燒，而煤的燃燒是造成我國(guó)生態(tài)環(huán)境破壞的最大污染源，燃煤所造成的污染已成為制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。目前，我國(guó)煤電的環(huán)保性與世界先進(jìn)水平相比還有很大差距。隨著電廠容量的增大，用煤量增多，加上煤質(zhì)較差，燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣使許多城市和地區(qū)大氣環(huán)境嚴(yán)重惡化，成為制約電力發(fā)展的突出問(wèn)題。在常規(guī)燃煤電站鍋爐和中小型燃煤工業(yè)鍋爐還在大力發(fā)展的我國(guó)，防治煤煙型污染是大

6、氣污染防治工作的主要任務(wù)之一。而煤煙型污染主要是煙塵與二氧化硫的超標(biāo)排放形成的大氣污染。因此，控制燃煤煙氣污染是我國(guó)改善大氣質(zhì)量的關(guān)鍵問(wèn)題。5.2 方案的選擇及說(shuō)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>50<5050少少慣性除塵器20-5050-70300少少旋風(fēng)除塵器5-1560-90800少

7、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。5.3 設(shè)計(jì)依據(jù)和原則5.3.1 依據(jù)（1）同類(lèi)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。

8、（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）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 煙氣排放量以及組成 表5-2 煙氣排放量及組成 注：以1kg煤為基準(zhǔn)組分質(zhì)量(g)物質(zhì)的量（mol）需氧量（mol）產(chǎn)生煙氣量（mol）N2CO2H2OSO2C61351.0851.0851.08H43.443.41

9、0.8521.7S1.40.0440.0440.044O102.86.425-3.215N7.80.57700.2785水分191.610.644010.644灰分40 （1）理論需氧量： （2）理論空氣量： （3）實(shí)際空氣量： （4）過(guò)?？諝饬浚?（5）其中N2量： （6）理論煙氣量： （7）總煙氣量： （8）乘以用煤量： （9）1kg煙氣中灰分： （10）煙氣含塵濃度：（11）冷卻后煙塵濃度: （12）除塵效率的計(jì)算 式中：排放濃度，； 初始濃度，； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下出口的氣體流量，； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)口的氣體流量，； 故 5.5 除塵器的選擇在選擇除塵器過(guò)程中，應(yīng)全面考慮一下因素：（1）除塵器的除

10、塵效率；（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(wèn)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5.6 管道計(jì)算5.6.1除塵系統(tǒng)工藝流程圖向鍋爐中進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，使煤充分燃燒。產(chǎn)生的煙氣通過(guò)

11、管道進(jìn)入袋式除塵器進(jìn)行除塵過(guò)程，凈化后的煙氣通過(guò)風(fēng)機(jī)從煙囪排出。而通入換熱器的冷空氣被加熱后又可返回鍋爐進(jìn)行燃燒。5.6.2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=12m/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，為保證速度不小于12，取d1-2 =0.30 實(shí)際流速： 管段（3-4）： 溫度為110，即T=383.15 K 取氣體流速12m/s，d3-4= ， 取d3-4 =0.25 實(shí)際流速： 管段3-4與管段5-6的溫度差為： 所以管段5-6的溫度為：110-42.08=68oC 管段（5-6）： 溫度為68，即T=34

12、1.15 K 取氣體流速12m/s，d5-6= ，取d5-6 =0.22 實(shí)際流速： 管段（7-8） 溫度為68，即T=341.15 K 取氣體流速12m/s，d5-6= ，取d5-6 =0.22 列表為（表5-3）： 管段氣體流量m3/s管段溫度氣體流速計(jì)算管徑標(biāo)況下實(shí)際中oC(K)K（m/s）(m)1-20.481.46560833.15120.303-40.67110383.15120.255-60.6068341.15120.227-80.3968341.15120.22 5.6.3管道壓力損失的計(jì)算 5.6.3.1 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

13、摩擦阻力可按下式計(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(wú)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 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） 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流量密度密度1-20.481.321.320.012320.6733.843-41.320.012813.6647.295-61.320.0121015.7989.767-81.320.012515.7944.88

14、總摩擦壓力損失：5.6.3.2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(wú)彎頭，故無(wú)局部阻力損失總的局部阻力損失：5.7 換熱器的選型 （1） 換熱面積的計(jì)算 取 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(guò)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25×2.5的無(wú)縫鋼管，型號(hào)為BEM700-200-4I的換熱器，其主要參數(shù)為管外徑為25

15、mm,管長(zhǎng)9m，換熱面積為10m2。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。5.8文丘里洗滌器幾何尺寸和壓損計(jì)算 （1）管徑 (5-13)式中：進(jìn)口氣體流量，一般進(jìn)口流速： （2）管長(zhǎng) 漸縮管中心角，取25o,漸擴(kuò)管的中心角，取8o，當(dāng)選定兩個(gè)角之后計(jì)算： 吸收管長(zhǎng)： 喉管長(zhǎng)度L3對(duì)文丘里管的凝聚效率和阻力皆有影響。實(shí)驗(yàn)證明： （3）壓力損失 式中：文丘里洗滌器的氣體壓力損失，cmH2O 喉部氣體速度，cm/s L液氣體積比，一般為0.51L/m3,取L=0.8 （4）脫水器的選擇 根據(jù)進(jìn)入文丘里除塵器的風(fēng)量，選擇CLS/D634型號(hào)的

16、脫水器。 主要參數(shù)如下表： 風(fēng)量/m3/h壓損/Pa筒體高度H/mm筒體直徑D/mm出口直徑/mm52565503627634110 (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嘴、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(guò)程如下： 設(shè)計(jì)參數(shù)：噴水量2.7m3/h，噴射角75o，出水口軸向流速為8m/s， 則出水口面積為： 出水口直徑為： 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=27.8mm 取VR=0.5m/s,

17、則該處圓環(huán)面積為： 噴嘴外殼的內(nèi)半徑R1為： ,d=36mm，R1=28.31mm如下圖：選噴口口徑為14mm的，其主要參數(shù)如下：5.9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(guò)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=208.3kg/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 鍋爐房裝機(jī)總?cè)萘縈W<0.70.7<1.41.4<2.82.8<77<14

18、14<28t/h<11<22<44<1010<202040煙囪最低高度m202530354045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?chē)諝鉁囟仍降?，煙?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=(160+120+90+80)/4=112.5當(dāng)?shù)卮髿鈮?Pa（4）煙囪沿程阻力損失 （5）系統(tǒng)的壓力損失 摩擦阻力損失： P

19、L總=215.77Pa 局部阻力損失： Pw總=234.74Pa 除塵器壓損： Pc=4037.6+550=4587.6Pa（文丘里管和脫水器兩部分） 總壓力損失： P=PL+Pw+Pc+ =215.77+234.74+4587.6+1025+187.4-34.96=6215.55Pa5.10 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

20、=1.15×0.1×2160=248.4m3/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除塵器的壓力損失，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)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=1.15×450.51+4587.6×1.08=5472.7Pa （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

21、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(lèi)型型號(hào)全壓/Pa風(fēng)量/(m3/h )功率/kW備注排塵風(fēng)機(jī)C4-7329439222640111001.02.2適用范圍廣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(jiàn)下表5-9。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=0.305m，出口D2=0.305m,喉管D

22、r=0.163收縮管管長(zhǎng)L1=0.32m擴(kuò)散管管長(zhǎng)L22脫水器CLS/D6341風(fēng)量：5256 m3/h壓損：550Pa筒體高度H：3627mm筒體直徑D：634mm出口直徑: 110mm3煙囪1D:1.72m,d1=0.72m，H：20m4換熱器1管外徑為 mm,管長(zhǎng) m，換熱面積為7.3m25風(fēng)機(jī)除塵風(fēng)機(jī)C4-731全壓:2943922Pa風(fēng)量：264011100m3/h功率：1.02.2 kw6除塵系統(tǒng)管道管段1：D×L：300mm×3m管段2：D×L：250mm×8m管段3：D×L：220mm×10m管段4：D×L：220mm×5m4