大氣除塵器設計

大氣污染控制工程課程設計大氣污染控制工程課程設計 第頁《大氣污染控制工程》課程設計課程名稱指導教師專業(yè)班級姓名學號目錄目錄2§1工程概況3一、設計原始資料3二、設計內(nèi)容和要求：5§2煙氣除塵6一、煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算6二、選擇除塵器7三、除塵器的設計11一、脫硫技術簡介12二、設計計算13三、新鮮漿料的確定15四、塔徑(D)的確定15五、塔入口煙道的設計16六、塔出口煙道的設計16七、噴淋層的設計16八、除霧器區(qū)域的設計17九、除硫效率17§4煙囪的設計17煙囪高度的確定17煙囪直徑的計算183.煙囪的抽力19§5系統(tǒng)阻力的計算191.摩擦壓力損失20§6系統(tǒng)中煙氣溫度的變化221.煙氣在管道中的溫度降222.煙氣在煙囪中的溫度降22§7風機和電動機選擇計算231.風機風量的計算232.風機風壓的計算233、動機功率的計算24§8設計體會25§9參考書目：26§1工程概況一、設計原始資料單位生產(chǎn)情況設計項目為160t/h+175t/h三廢鍋爐，燃料為某工業(yè)區(qū)洗中煤，摻燒化肥廠造氣爐排出的廢渣和廢氣。其中60t/h三廢余熱鍋爐：燃用洗中煤及爐渣：12~16t/h，造氣爐吹風氣氣流量50000~80000m3/h，HS含量800~1000mg/m3；其中75t/h三廢余熱鍋2爐：燃用洗中煤及爐渣：15~20t/h，造氣爐吹風氣氣流量50000~80000m3/h，HS含量800~1000mg/m3。治理工程在廠區(qū)內(nèi)60m250m范圍內(nèi)，煙管出鍋爐房的相對標高為3.5m。煤質(zhì)資料參數(shù)序號序號項目符號單位1工作基碳份Car%22~262工作基氫份Har%1.9~2.43工作基氧份Oar%8~104工作基氮份Nar%5工作基硫份Sar%0.6~1.06工作基水份Mar%1.22~1.937工作基灰份Aar%49~5988可燃揮發(fā)份Vdaf%14.5~15.69工作基低位發(fā)熱量Qnet，arMJ/kg10.58灰成分分析序號序號名稱符號單位設計煤種校核煤種1二氧化硅SiO2%52.750.982三氧化二鋁Al2O3%28.3632.083三氧化二鐵Fe2O3%53.854氧化鈣CaO%4.644.125氧化鎂MgO%1.381.446氧化鉀K2O%1.791.047氧化鈉Na2O%0.210.148三氧化硫SO3%1.512.269五氧化二磷P2O5%0.220.6010二氧化鈦TiO2%0.860.96氣象和地理條件序號序號氣象和地理條件參數(shù)1多年平均大氣溫度15.6℃2多年極端最高氣溫42.3℃3多年極端最低氣溫-15.3℃44多年平均相對濕度67%5多年平均風速2.4m/s6累年瞬時最大風速20m/s7最大凍土深度22cm8最大積雪深度22cm9地基承載力230kPa10抗震設防烈度6度11設計基本地震加速度值0.05g排放濃度按國家相關排放標準二、設計內(nèi)容和要求：基本熟悉各類除塵器的除塵機理以及選用原則。掌握管道設計與計算，初步達到具有獨立進行大氣污染控制工程的設計能力。凈化系統(tǒng)設計方案的分析確定。除塵器的比較和選擇：確定除塵器類型、型號及規(guī)格，并確定其主要運行參數(shù)。管網(wǎng)布置及計算：確定各裝置的位置及管道布置。并計算各管段的管徑、長度、煙囪高度和出口內(nèi)徑以及系統(tǒng)總阻力。風機及電機的選擇設計：根據(jù)凈化系統(tǒng)所處理煙氣量、煙氣溫度、系統(tǒng)阻力等計算選擇風機種類、型號及電動機的種類、型號和功率。編寫設計說明書：設計說明書按設計程序編寫，包括方案的確定、設計計算、設備選擇和有關設計的簡圖等內(nèi)容。設計說明書應有封面、目錄、前言、正文、小結及參考文獻等部分，文字應簡明、通順、內(nèi)容正確完整，書寫工整、裝訂成冊。編寫設計計算書：根據(jù)設計說明書確定的工程主要設計參數(shù)、工藝條件，計算各工藝設備、管道工程、動力工程。計算出的設計設備及其大樣應畫附圖，并注明相關尺寸。管道工程等應列表計算。圖紙要求：、除塵系統(tǒng)圖一張（推薦圖幅A）。系統(tǒng)圖應按比例繪制、標出2設備、管件編號，并附明細表。、除塵系統(tǒng)平面圖一張（推薦圖幅A）。2§2煙氣除塵一、煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算1.標準狀態(tài)下的理論空氣量Ｑａˊ＝4.78（1.867ＣY＋5.56HY＋0.7ＳY－0.7ＯY）（ｍ3／㎏）=4.78×(1.867×0.24+5.56×0.02+0.70×0.006-0.70×0.09）=2.3922（ｍ3／㎏）式中ＣY，ＣY，ＳY，ＯY――分別為煤中各元素所含的質(zhì)量分數(shù)。標準狀態(tài)下的理論煙氣量Ｑｓˊ＝1.867（ＣY＋0.375SY）＋11.2ＨY＋1.24ＷY＋0.016Ｑａˊ＋0.79Ｑａˊ+0.8NY=1.867×（0.24+0.375×0.006）+11.2×0.02+1.24×0.015+0.016×2.3922+0.79×2.3922+0.8×0=2.622（ｍ3／㎏）式中Ｑａˊ--標準狀態(tài)下的理論空氣量，ｍ3／㎏ＷY—煤中水分所占質(zhì)量分數(shù)，%NY–N元素在煤中所占質(zhì)量分數(shù)，%標準狀態(tài)下實際煙氣量Ｑｓ=Ｑｓˊ+1.016(α－1)Ｑａˊ（ｍ3／㎏）=2.622+1.016×(1.4-1)×2.392=3.594（ｍ3／㎏）式中α—空氣過量系數(shù)注意：標準狀態(tài)下煙氣流量Q以ｍ3／h計，因此，Q=Ｑｓ×設計耗煤量=3.594×15.5×1000=55707ｍ3／h標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度C=(d×AY)/Ｑｓ(㎏/ｍ3)sh=(0.2×0.5)/3.594=0.0278式中d–-排煙中飛灰占煤中不可燃成分的質(zhì)量分數(shù)；shAY--煤中不可燃成分的含量5.標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算Cso=(2SY)/Ｑｓ×106(mg/ｍ3)2=(2×0.006)/3.594×106=3338SY--煤中可燃硫的質(zhì)量分數(shù)二、選擇除塵器確定除塵器的種類，型式和流量時，應考慮以下要點：粉塵的分散度選擇除塵器的型式時，首先要確切掌握粉塵的分散度，例如，粒徑在10um以上時應選離心力除塵器，在粒徑為數(shù)微米以下粒徑占大部分時，應選擇電除塵器、過濾式除塵器或洗滌器。按粉塵密度粉塵密度對除塵器的除塵性能影響很大，這種影響表現(xiàn)最為明顯的是重力、慣性力和離心力除塵器。所有除塵器的一個共同點是堆積密度越小，塵粒分離捕集就越困難，粉塵的二次飛揚也越嚴重，所有在操作上與設備結構上應采取特別措施。按含塵濃度在重力、慣性力和離心力除塵器中，一般說來，進口濃度越大，除塵效率越高，可是這樣一般又會增加出口含塵濃度，所以不能僅從除塵效率高，就籠統(tǒng)的認為粉塵處理的好。在文氏洗滌器、噴射洗滌器等除塵器中，考慮到喉管段的摩擦損耗和噴嘴堵塞等因素，希望初始濃度不要太高。在過濾式除塵器中，初始濃度越低，整體的除塵性能越好。在高初始濃度時，希望采用壓力損失變化小的連續(xù)清灰方式。電除塵器，一般初始濃度為30mg/m3（標）以下的范圍內(nèi)使用。煙氣溫度的影響對于高溫、高濕氣體不宜采用袋式除塵器，如果煙氣中含有SO、NO等氣態(tài)污染物時，可以考慮采用濕式除塵器，但是必須2注意腐蝕問題。①除塵器應達到的除塵效率η=1－Cs/C1-200/29900=99.33%式中Cs標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度，(mg/ｍ3)C--標準狀態(tài)下鍋爐煙塵排放標準中規(guī)定值，(mg/ｍ3)②根據(jù)煙塵的粒徑分布和種類、工況下的煙氣量、煙氣溫度計要求達到的除塵效率定除塵器的種類、型號及規(guī)格。確定除塵器的運行參數(shù)，如氣流速度、壓力損失、捕集粉塵量等。經(jīng)以上分析，選ZC型回轉反吹扁袋除塵器袋式除塵器，又稱空氣過濾器，是利用多孔纖維材料制成的濾袋，將含塵氣流中的粉塵捕集下來的一種高效除塵裝置。由于其具有除塵效率高，尤其對微米或亞微米級粉塵顆粒具有較高的捕集效率，除塵效率可達到99.9%以上，且不受粉塵比電阻的影響；運行穩(wěn)定，對氣體流量及含塵濃度適用性強；處理流量大，性能可靠等優(yōu)點，因此廣泛使用于工業(yè)含塵廢氣凈化工程。但目前存在的主要問題是：普通濾料不耐高溫，若采用特殊濾料，則成本很高，另外不適宜凈化黏性及吸濕性強的氣體，否則氣體溫度低于露點溫度時，會產(chǎn)生“糊袋”現(xiàn)象使除塵器不能正常運行。袋式除塵器的工作原理是，袋式除塵器的工作原理是，含塵氣體從下部進入圓筒形濾袋，在通過濾料的孔隙時，粉塵被捕集于濾料上，透過濾料的清潔氣體由排出口排出。沉積在濾料的粉塵，可在機械振動的作用下從濾料表面脫落，落入灰斗中。常用濾料由棉、毛、人造纖維等加工而成，濾料本身網(wǎng)孔較大，一般為20um~50um，因而新鮮濾料的除塵效率較低。顆粒因截留、慣性碰撞、靜電和擴散等作用，逐漸在濾料表面形成粉塵層，常稱為粉塵初層。初層形成后，它成為袋式除塵器分主要過濾層，提高了除塵效率。濾布只不過起著形成顆粒初層和支撐它的骨架作用，但隨著顆粒在濾布上的積聚，濾袋兩側的壓力差增大，會把有些已附在濾料上的細小粉塵擠壓過去，使除塵效率下降。另外，若除塵器壓力過高，還會使除塵系統(tǒng)的處理氣體量顯著下降，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的排風效率。因此，除塵器阻力達到一定數(shù)值后，要及時清灰。清灰不能過分，即不應破壞顆粒初層，否則會引起除塵效率顯著下降。對于粒徑0.1um~0.5um的粒子，清灰后濾料的除塵效率在90%以下；對于1以下的效率在98%以下。當形成顆粒層后，對所有粒子效率都在95%以上；對于1um以上的粒子，效率高于99.6%。三、除塵器的設計過濾面積 Q 3 A 930m60v濾袋的尺寸單個濾袋直徑：D200~300mm，取D250mm單個濾袋長度：L2~12m，取L8.2m L 8.2 濾布長徑比一般為5~40， 32.8D 0.25每條濾袋面積aDL3.140.258.26.44m3濾袋條數(shù)A930 n144.4144條a6.44濾袋布置按矩形布置：（A）a.濾袋分4組;b.每組36條；c.組與組之間的距離：250mm組內(nèi)相鄰濾袋的間距：70mm濾袋與外殼的間距：210mm§3煙氣脫硫一、脫硫技術簡介對煙氣進行脫硫技術有三種技術，即濕式煙氣脫硫技術、半干法煙氣脫硫技術、干法煙氣脫硫技術。其中濕式煙氣脫硫技術應用比較廣泛，且方法較多，技術成熟。根據(jù)該廠的煙氣特性選擇用噴淋塔進行煙氣除硫噴淋塔：一般塔底液面高度h=6~15m；最低噴淋層離入口頂端1高度h=1.2~4m；最高噴淋層離入口頂端高度h≧vt；除霧器離最高 2 3噴淋層距離≧1.2m（當最高噴淋層采用雙方向噴嘴時，該距離≧3m；除霧器離塔出口煙道下沿距離≧1m，噴淋區(qū)的高度不宜太高≦6m，噴淋塔的空塔流速0.6~1.2m/s，阻力20~200Pa，液氣比0.7~2.7L/m3。第一級除霧器最高一層噴淋管道至少應為910~1200mm，最高一級除霧器截面收縮點或水平出口點低端應留1000~1500mm的距離。簡單示意圖如下：二、設計計算噴淋塔內(nèi)流量計算假設噴淋塔內(nèi)平均溫度為80C，壓力為120KPa，則噴淋塔內(nèi)煙氣流量為：式中：—噴淋塔內(nèi)煙氣流量，；—標況下煙氣流量-，；K—除塵前漏氣系數(shù)，0～0.1；代入公式得： 27380101.324 Qv55.7 （10.06）64.46 273 120噴淋塔徑計算依據(jù)石灰石煙氣脫硫的操作條件參數(shù)，可選擇噴淋塔內(nèi)煙氣流速v4ms，則噴淋塔截面A為： Q A7.4175v則塔徑d為：4A47.4176d3.07m3.14取塔徑D3200mm噴淋塔高度計算噴淋塔可看做由三部分組成，分成為吸收區(qū)、除霧區(qū)和漿池。吸收區(qū)高度依據(jù)石灰石法煙氣脫硫的操作條件參數(shù)得，選擇噴淋塔噴氣液反應時間t=4s，則噴淋塔的吸收區(qū)高度為：除霧區(qū)高度除霧器設計成兩段。每層除霧器上下各設有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層(3.4～3.5)m。則取除霧區(qū)高度為：H3.5m2漿池高度漿池容量V按液氣比漿液停留時間t確定： 1 1式中：L—液氣比，取18Lm3；GQ—標況下煙氣量，m3h；t—漿液停留時間，s；1一般t為4min~8min，本設計中取值為5min，則漿池容積為：13 45 3V18105.571083.7m1 60選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔D，本設計中選取的漿料直徑0為D5m，然后再根據(jù)V計算漿池高度： 0 1式中：h—漿池高度，m；0V—漿池容積，m3；1D—漿池直徑，m。0 483.7 h4.26m3.1452從漿池液面到煙氣進口底邊的高度為0.82m。本設計中取為2m。噴淋塔高度噴淋塔高度為：HHHh163.57.4126.91m t 1 2三、新鮮漿料的確定 CaOSO 2HOCaSO2HO s2g2l 3 2s1mol1mol因為根據(jù)經(jīng)驗一般鈣/硫為：1.05：1.1，此處設計取為1.05則由平衡計算可得1h需消耗CaO的量為：1.050.5141037350molh735056411.6kgh1000四、塔徑(D)的確定D=錯誤！未找到引用源。帶入數(shù)據(jù)得D=6.65m實際取塔徑D=7m取塔底液面高度h=7m，最低噴淋層離入口頂端高度h=2.0m，最 1 2高噴淋層離入口頂端高度h3≧1.2×6=7.2m，取h=7.4m。3五、塔入口煙道的設計煙道下沿離塔底液面為h=1.8m5六、塔出口煙道的設計煙道出口下沿離除霧器距離為h=1.5m6七、噴淋層的設計噴淋層的設計包括漿液管道、噴嘴的選擇與布置。噴嘴的數(shù)量和噴淋層數(shù)取決于脫硫效率，一般采用3~6層。噴淋層可用多臺循環(huán)泵供漿或一層噴淋層單獨對應供漿，后者更適合于大型脫硫塔且煙氣負荷變化較大的場合。當某臺循環(huán)泵或管路需檢修時，只需將其停止來即可，不會影響到塔的運行；當鍋爐負荷變化時，可通過增加或停止一臺循環(huán)泵達到節(jié)能的效率，也可備用一套管道(包括循環(huán)泵、噴淋層及相關管道)，以滿足未來日益嚴格的環(huán)保要求。第一層（最低一層）噴淋層離煙道上部一般保持2~4m的距離，以便使?jié){液能充分與煙氣接觸并避免進入煙道內(nèi)，噴淋層與噴淋層之間的間距為1.5~2.5m，最高噴淋與除霧器間的距離至少應為1.2m。噴淋層噴嘴噴出的霧冠在1mm范圍內(nèi)能完全覆蓋塔斷面，一般要求具有120%~250%的覆蓋率。噴嘴應具有較大的自由暢通孔徑，一般應大于45mm，否則易被結垢片等雜物所阻塞。本次設計噴淋層之間的間距h=1.8m，設四個噴淋層。4八、除霧器區(qū)域的設計脫硫塔一般采用兩級除霧器，兩級除霧器間的距離應為1.8m左右，以便檢修維護。除霧器距最近噴淋層的距離與該層采用的噴嘴形式有關，當采用向下噴霧的噴嘴時，其間距應大于1.2m；當采用雙層噴霧的噴嘴時，其間距應大于3m。本次設計選擇板式除霧器，采用一級除霧器。九、除硫效率設計的除硫效率為進口濃度C=3401mg/m3要求出口濃度C=900mg/m3SO2 SO2η=（3401-900）/3590×100%=73.5%經(jīng)處理后的煙氣溫度會降5℃~10℃，本次設計溫度降為134.59-10=124.59℃。經(jīng)處理后的煙氣量為Q=（273+124.59）／（273+134.59）×55707=54298m3/h§4煙囪的設計1.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(jù)鍋爐大氣污染物排放標準中的規(guī)定（表1-2）確定煙囪的高度。按1t蒸汽量的煙排放濃度為3000m3/h估算，蒸汽量為表1-2鍋爐煙囪高度表鍋爐總額定出鍋爐總額定出力（t/h）<11～22～66～1010～2026～35煙囪最低高度（m）2025303540452.煙囪直徑的計算煙囪出口內(nèi)徑可按下式計算d=0.0188(Q/v)1/2(m)=0.0188((54298/15)1/2=1.59經(jīng)過圓整得出d=1.6然后計算出實際煙氣流速=14.76m/s式中Q通過煙囪的總煙氣量，m3/hv按表1-3選取的煙囪出口煙氣流速，m/s表1—3煙囪出口煙氣流速通風方式 運行情況全負荷時最小負荷機械通風 10～20 4～5自然通風 6～10 2.5～3煙囪底部直徑d=d+2·i·H(m) 1 2=1.6×2+2×160×0.02=9.6式中d煙囪出口直徑，m2H煙囪高度，mi煙囪錐度，通常取i=0.02～0.033.煙囪的抽力Sy=0.0342H（1—1）·B 273t 273t K P=0.0342×160（1/(273+10.6)-1/(273+80.625)）×103.325=394.78pa式中H煙囪高度，mt外界空氣溫度，?CKt煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，?CPB當?shù)卮髿鈮?，Pa§5系統(tǒng)阻力的計算1.管徑的確定d=(4Q/πv)1/2式中Q—工況下管內(nèi)煙氣流量，m3/sv—煙氣流速，m/s，（可查有關手冊確定，對于鍋爐煙塵v=10～15m/s）。管徑計算出以后，要進行圓整（查手冊），再用圓整后的管徑計算出實際煙氣流速。實際煙氣流速要符合要求。標號（積流量m3/h）/（氣體積流量m3/s/）流速（）m/s/A/管道斷面面積（m2）采用的規(guī)管道選擇格/D/mm（煙氣流校正后速m/s/）煙氣體換算煙選擇1—210681229.4112.002.545 1800 11.873—4 9871027.4118.001.539 1400 17.775—6 9789027.1918.001.539 1400 17.667—8 9493126.3720.001.539 1400 17.132．摩擦壓力損失Δp=λ·L/d·ρv2/2(Pa)L式中L管道長度，m;d管道直徑，m;ρ煙氣密度，㎏/m3;v管中平均氣流速率，m/s;λ摩擦阻力系數(shù)，可以查手冊得到（實際中對金屬管道λ值可取0.02，對磚砌或混凝土管道λ值可取0.04）標號管段長度/水力半徑/煙氣流速/煙氣密度kg/m/22 4Rl沿程阻力損失P/m m m/s s m 3 （Pa）1—210.000.511.871.3496.48 5.05.30643—48.000.4517.771.34217.08 4.4510.6265—640.000.4517.661.29208.98 22.2251.077—82.000.4017.131.01405.56 12.555.76Δp=·（ρv2/2）（Pa）m式中異型管件的局部阻力系數(shù)，可在有關手冊中查到，或通過試驗獲得。對于漸擴管和漸縮管漸擴管=30=0.8漸縮管=30=0.1閥門=0.17對于90度圓形管頭Δp=·（ρv2/2）m標號標號煙氣流速/m/s煙氣密度/3/kgm22局部阻力mPPa1—20.6311.871.3496.4860.73—40.9217.771.34217.08199.715—61.2117.671.29208.98252.877—80.6317.121.01405.56255.51出鍋爐前阻力800，除塵器阻力1100，吸收塔阻力管道部件總的局部阻力損失為：PP 2 mi=768.78+122.48+800+1100=2791.26§6系統(tǒng)中煙氣溫度的變化當煙氣管道較長時，必須考慮煙氣溫度的降低。除塵器、風機、煙囪的煙氣流量應按各點的溫度計算。1.煙氣在管道中的溫度降Δt=(q×F)/(Q×C)(?C) 1 V式中Q—標準狀態(tài)下煙氣流量Q,ｍ3／hF—管道散熱面積，ｍ2C--標準狀態(tài)下煙氣比熱容（一般為1.352～1.357kJ/m3.?VC）q—管道單位面積散熱損失室內(nèi)q=4187kJ/（ｍ2·h）室外q=5443kJ/（ｍ2·h）2.煙氣在煙囪中的溫度降Δt=(H×A)/(D1/2)(?C)2=(160×2)÷601/2=41.31式中D—合用同一煙囪的所有鍋爐額定蒸發(fā)量之和,t／hH—煙囪高度，ｍA-–溫降系數(shù)，可由表1-1查得。表1-1煙囪溫降系數(shù)煙囪種類 鋼煙囪 鋼煙囪 磚煙囪H<50m 磚煙囪（無襯筒） （有襯筒）壁厚<0.5m 壁厚>0.5mA 2 0.80.4 0.2§7風機和電動機選擇計算1.風機風量的計算Qy=1.1Q×273tP×101.325 273 B=27.6(m3/s)式中1.1風量備用系數(shù)；Q標準狀態(tài)下風機前表態(tài)下風量，m3/s；Tp風機前煙氣溫度，?C，若管道不太長，可以近似取鍋爐排煙溫度；B當?shù)卮髿鈮毫?，kPa2.風機風壓的計算Hy=1.2(Δh－Sy)(Pa)×273tP×101.325×1.293（Pa）273t B Y Y=487式中1.2風壓備用系數(shù)；Δh系統(tǒng)總阻力，PaSy煙囪抽力，Patp風機前煙氣溫度，?C