文丘里除尘器设计项目说明指导书.doc

大气污染控制工程课程设计

学 院： 工 学 院

系 别： 环 境 工 程

姓 名：

学 号：

指导老师：

成 绩：

年 11 月 29 日
目录

摘要 2
关键字 2
一.序言 7
二.方案选择及说明 7
2.1 除尘器性能指标 7
2.2 除尘器选择 8
三.设计依据和标准 8
3.1 依据 8
3.2 标准 8
四.管道设计计算 9
4.1 基础数据 9
4.2烟气排放量和组成 9
4.3 管道计算 10
4.3.1除尘系统工艺步骤图 10
4.4.2管道直径确实定 11
4.4 管道压力损失计算 12
4.4.1 摩擦阻力损失 12
4.4.2局部压力损失 14
4.4.3系统压力损失 14
五.换热器选型 14
六.文丘里洗涤器几何尺寸和压损计算 15
6.1管径 16
6.2管长 16
6.3压力损失 17
6.4除尘效率计算 17
6.5脱水器选择(捕集器） 17
6.6喷嘴选型 19
七.风机选型 20
八.烟囱高度计算 21
九.设计结果列表 23
十. 总结 23
参考文件 24

某小型燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计

摘要：该设计关键为某小型燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计，设计耗煤量为5748.3kg/h,分析锅炉烟气特点，排烟温度550℃,烟气密度：1.37kg/m3及排放要求后初步选择了文丘里除尘器，经过课程计深入巩固课程所学习关键内容，掌握设计内容和相关参数选择和计算，并使所学知识系统化，培养学生利用所学习知识进行烟气处理工艺设计。此次设计，是让学生针对给定处理工艺，选择对应参数计算，绘制工艺图，使学生含有初步烟气处理单元设计能力。

关键字：烟气特点，锅炉，文丘里除尘器

A small coal-fired boiler flue gas dust removal system design

Abstract：The design for a small coal-fired boiler flue gas dust removal system design,the design of coal consumption for the 5748.3kg/h, analysis of boiler flue gas, flue gas temperature is 550 ℃, smoke density: 1.37kg/m3 and emission requirements after the preliminary selection of Venturi filter, through the course of the core content to further consolidate the course of study, master these lection and calculation of design the content and the related parameters, and makes the knowledge system, training the students to use the knowledge to design process of flue gas treatment. This design, is to let the students for a given treatment, select the appropriate parameters calculation, drawing, enable the student to have the design capability of flue gas treatment unit preliminary.

Key words：Characteristics of smoke, boiler dust collector, Venturi

除尘设计任务书
一 设计题目
某小型燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计。
二 设计资料
设计耗煤量：5748.3kg/h。
排烟温度：550℃
空气过剩系数：α=1.4
烟气密度（标态）：1.37kg/m3
室外空气平均温度；4℃；
锅炉出口前烟气阻力：1200Pa；
三 设计目标
要求设计烟尘浓度排放≤200mg/m3。
本设计目标在于深入巩固和加深了解课程理论，培养利用所学理论知识进行净化系统设计初步能力，包含工程设计基础方法和步骤，技术资料查找和应用和绘图能力训练，综合利用本课程及其相关课程理论知识处理工程中实际问题。
四 设计要求
（一）编制一份设计说明书，关键内容包含：
1) 引言
2) 方案选择和说明（附步骤简图）
3) 除尘（净化）设备设计计算
4) 隶属设备选型和计算（集气罩、管道、风机、电机）
5) 设计结果列表
6) 设计结果讨论和说明
7) 注明参考文件和设计资料
（二）绘制除尘（净化）系统平面部署图、立面部署图、轴测图
（三）绘制除尘（净化）主体设备图

锅炉烟气除尘系统设计书
一.序言
中国是以煤为关键能源国家。伴随国民经济发展，能源消耗量逐步上升，大气污染物排放量对应增加。而就中国经济和技术发展就中国经济和技术发展水平及能源结构来看，以煤炭为关键能源情况在以后相当长时间内不会有根本性改变。中国大气污染仍将以煤烟型污染为主。所以，控制燃煤烟气污染是中国改善大气质量、降低酸雨和SO2危害关键问题。
二.方案选择及说明
2.1 除尘器性能指标
除尘器性能指标包含技术性能指标和经济性能指标，其中，前者包含含尘气
体处理量、除尘效率、阻力损失，后者包含总费用（含投资费用和运转费用）、
占地面积、使用寿命。上述各项指标是除尘设备选择及研发依据。
多种除尘设备基础性（表5-1）
除尘器名称
适用粒径
范围
（μm）
效率
（%）
阻力
（Pa）
设备费
运行费
重力沉降室
>50
<50
50
少
少
惯性除尘器
20-50
50-70
300
少
少
旋风除尘器
5-15
60-90
800
少
中
水浴除尘器
1-10
80-95
600
少
中下
卧式旋风水膜除尘器
≥5
95-98
800
中
中
冲激式除尘器
≥5
95
1000
中
中上
电除尘器
0.5-1
90-98
50
多
中上
袋式除尘器
0.5-1
95-99
1000
中上
大
文丘里除尘器
0.5-1
90-98
4000
少
大

2.2 除尘器选择
在选择除尘器过程中，应全方面考虑一下原因：
（1）除尘器除尘效率（多种除尘器对不一样粒径粉尘除尘效率见表 1）；
（2）选择除尘器是否满足排放标准要求排放浓度；
（3）注意粉尘物理特征（比如黏性、比电阻、润湿性等）对除尘器性能
有较大影响
另外，不一样粒径粉尘除尘器除尘效率有很大不一样；
（4）气体含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力
出净化设备，去除粗大粉尘，以使设备愈加好地发挥作用；
（5）气体温度和其它性质也是选择除尘设备时必需考虑原因；
（6）所捕集粉尘处理问题；
（7）设备位置，可利用空间、环境条件等原因；
（8）设备一次性投资（设备、安装和施工等）和操作和维修费用等经
济原因。
综合考虑对除尘效率要求、水泥性质及经济成本等宜选择文丘里除尘器。
三．设计依据和标准
3.1 依据
（1）同类粉尘治理技术和经验
（2）《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-）
（3）《大气污染防治技术及工程应用》
（4）《除尘技术手册》（张殿印 张学艺编著）
3.2 标准
本设计遵照以下标准进行工艺路线选择及工艺参数确实定：
（1）基础数据可靠，总体布局合理。
（2）避免二次污染，降低能耗，近期远期结合、满足安全要求。
（3）采取成熟、合理、优异处理工艺，处理能力符合处理要求；
（4）投资少、能耗和运行成本低，操作管理简单，含有合适安全系数，
各工艺参数选择略有富余，并确保处理后尾气能够达标排放；
（5）在设计中采取耐腐蚀设备及材料，以延长设施使用寿命；
（6）废气处理系统设计考虑事故排放、设备备用等保护方法；
（7）工程设计及设备安装验收及资料应满足国家相关专业验收技术规范
和标准。
四.管道设计计算
4.1 基础数据
锅炉型号：未知；设计耗煤量：5748.3 kg/h；排烟温度：550℃；空气过剩系数：α=1.4；烟气密度（标态）：1.37kg/m3
室外空气平均温度；4℃；锅炉出口前烟气阻力：1200Pa；烟气其它性质按空气计算；排灰系数28%，按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-）中二类区标准实施：标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3。
煤工业分析（无烟煤）：C：84.9%、H：3.19%、S：0.27%、O：1.07%、N：0.76%、水分：0.80%、灰分：9.01%。

4.2烟气排放量和组成
表5-2 烟气排放量及组成
以1kg煤为基准

各组分
质量
mol
需O2量（mol）
产生烟气量（mol）
CO2
H2O
SO2
N2
C
849
70.75
70.75
70.75
0
0
0.00
H
31.9
31.90
7.975
0
15.95
0
0.00
O
10.7
0.67
-0.334375
0
0
0
0.00
N
7.6
0.54
0
0
0
0
0.27
S
2.7
0.08
0.08
0
0
0.08
0.00
H2O
8
0.44
0
0
0.44
0
0.00
灰分
90.10

总和

78.48
70.75
16.39
0.08
0.27

上表以1kg煤为基准计算
理论需氧量

理论空气量：

实际空气量：

过剩空气量:

其中N2:

理论烟气量：
则实际烟气量：
1总烟气量：

标态下烟气含尘浓度：

除尘效率：%
烟气出口温度总烟气量：

则550℃总烟气量：

5
4.3 管道计算
4.3.1除尘系统工艺步骤图
7 8 8
3
6
4
2
1
锅炉
换热器
除尘器
风机
烟囱

4.4.2管道直径确实定
管段（1-2）
查设计手册取管道中气速v=18m/s，可得 d1-2== 依据实际管道情况，取d1-2=2m
实际流速
管段（3-4） 标况下温度为95℃，即T=368.15K

取气体流速18m/s，d3-4==
管道取一致， 取d5-6 =1.4
实际流速
管段（5-6） 标况下温度为76.16℃，即T=349.31 K

取气体流速18m/s，d5-6==
管道取一致， 取d5-6 =1.4
实际流速

管段（7-8） 标况下温度为76.16℃，即T=349.31 K

取气体流速18m/s，d5-6==
管道取一致， 取d7-8 =1.4
实际流速

列表为（表4-4-2）：
管段
气体体积m3/s
管段温度

气体流速
计算管径(m)
水力半径R（取整）（m）
实际流速（m/s）
标况下
实际中
℃（K）
K
（m/s）
（取管道规格）
1—2
烟气19.1061
59.5983
550
823.15
18
2
0.085
18.34
2—3
25.75
95
368.15
18
1.4
0.085
16.74
3—4
24.43
76
349.15
18
1.4
0.085
15.88
4—5
24.43
76
349.15
18
1.4
0.085
15.88

4.4 管道压力损失计算
4.4.1 摩擦阻力损失
流体力学原理，气体流经断面性状不变直管时，圆形管道摩擦阻力可按下式计算

式中△PL—一定长度管道摩擦阻力，Pa
L—直管道长度，m
λ—摩擦阻力系数，无量纲
d—圆形管道内直径，m
ρ—管内气体密度，kg/m3
υ—管内气体平均风度，m/s
烟气密度
依据已知数据：煤气在标况下密度
550℃时，烟气密度
95℃时，烟气密度
76℃时，烟气密度
76℃时，烟气密度
管段1～2，在操作条件下
，（镀锌管）

管段3～4在操作条件下
，（镀锌管）

管段5～6，在操作条件下
（镀锌管）

管段7～8 在操作条件下
（镀锌管）

整理数据表格以下（表5-4）：
管段
标况下
管道中
摩擦阻力系数
管道长度
气体流速
摩擦阻力损失
体积
密度
体积
密度
1-2
19.106
1.37
59.59
0.4546
0.012
10
18.34
4.59
3-4
25.75
1.0165
0.012
20
16.74
24.42
5-6
24.43
1.0718
0.012
5
15.88
5.79
7-8
24.43
1.0718
0.012
5
15.88
5.79

总摩擦压力损失为：

4.4.2局部压力损失
局部压力损失在管件形状和流动状态不变时，可按下式计算

式中△P—气体管道局部压力损失，Pa
ξ—局部阻力系数
管道1～2，弯头2个ξ1=ξ2=0.18则

管道3～4，弯头2个ξ1=ξ2=0.18则

管道5～6，弯头3个ξ1=ξ2=0.18则

管道7～8，无弯头，故无局部阻力损失
4.4.3系统压力损失
摩擦阻力损失 △PL总=4.59+24.42+17.38+5.79=52.18Pa
局部阻力损失 △Pw总=27.52+51.27+72.97=151.76Pa
除尘器压损 △Pc=5168.13+570=5738.13Pa（文丘里管和脱水器两部分）
总压力损失△P=△PL总+△Pw总+△Pc =52.18+151.76+5738.13=5942.07Pa
五.换热器选型
1.进口温度 ℃ 出口温度=95℃ ℃
进： ℃ 出：℃
2. 查表 T =300℃ kJ/(kg·℃)
T=400℃ kJ/(kg·℃)
kJ/(kg·℃)
3.热负荷

标准情况下烟气密度
则

假定冷却器为壳测单程，则查表得修正系数

假定传热系数
则所需传热面积
取安全系数为1.02 则
本设计采取是管壳式换热器，冷热两种流体在其中换热时，一个流体流过管内，其行程称为管程，另一个流体在管外流动，其行程称为壳程，选择管径为Φ25×2.5无缝钢管，型号为BESX1200-1.0-285-4.5/25-6REB换热器，其关键参数为管外径为25mm,管长4.5m，换热面积为285m2。因为换热器压损相对除尘系统管道和除尘器压损较小，在这里将其压损忽略不参与后面相关计算和选型。
六.文丘里洗涤器几何尺寸和压损计算
文丘里洗涤除尘器是一个高效除尘效率湿式除尘器。它即可用于高温烟气降温，也可净化含有微米和亚微米粉尘粒子及易于被洗涤液吸收有毒有害气体。实际应用文丘里洗涤除尘器由文丘里洗涤器、除雾器、沉淀池和加压循环水泵等多个装置组成，其装置系统以下图所表示，文丘里洗涤器在该装置系统中起到捕集粉尘粒子作用。净化气体和沉降粉尘粒子雾滴捕尘体分离全部是在除雾器中完成，本设计中除雾器即脱水器选择旋风水膜除尘器，文丘里洗涤器则由收缩管、喉管和扩张管和在喉管处注入高压洗涤水喷雾器组成。

6.1管径

式中 D—管径，m ；
Q—进口气体流量，19.106×3600=68781.6m3/h
通常取进口流速υ1=16～22m/s
出口流速υ2=18～22m/s
喉管流速υr=50～180m/s
取进口流速υ1=20m/s，则进口管径
出口流速υ2=20m/s，则出口管径
喉管流速υr=80m/s，则喉管管径
6.2管长
渐缩管中心角α1取25°，渐扩管中心角α2取6°，当选定两个角以后，计算
收缩管长
扩散管长
喉管长度Lr对文丘里管凝聚效率和阻力皆有影响。试验证实，Lr=(0.8～1.5) Dr，取 Lr=1.5 Dr=0.8×0.551=0.441m

文丘里管示意图
6.3压力损失
依据有些学者提出模式认为气流全部能量损失仅用在喉部将液滴加速到气流速度，由此导出压力损失近似表示式为

式中 △P—文丘里洗涤器气体压力损失，cmH2O
υr—喉部气体速度，cm/s
L—液气体积比，通常为0.5～1L/m3，取L=0.8
故
6.4除尘效率计算
依据国家要求烟尘排放浓度标准, C≤100mg/m3,故除尘器应该达成除尘效率为：
ηT=1－(100/1920)×100% =94.8%
除尘效率按下列公式估算：
η=(1－9266Δp-1.43) ×100%
式中 η—除尘效率，% ；
Δp—压力损失，Pa 。
η=(1－9266Δp-1.43) ×100%=(1－9266×5168.13-1.43) ×100%
=95.46%
6.5脱水器选择(捕集器）
脱水器串联在文丘里洗涤器后，作为凝聚水滴和吸收一些气态污染物作用。

依据进入文丘里除尘器风量Q=207353.827m3/h，出换热器Q=进除尘器Q

则
查表：取耗水量0.5－2.7
上升速度V<2.5，停留时间3-5min，风速20-30，
筒体高h=（1.5-2.0）D ， 椎体高h=（2.0-2.5）D， 取耗水量为 2.7，
上升速度2.0m/s 。则d=
取t=5min=300s 则筒体高h=1.5D=6.075m 椎体高h=2D=8.1m
选择CLS/A-5型号脱水器。
CLS/A型带有挡水圈，以降低除尘器带水现象，在筒体内壁表面一直保持一层连续不停地均匀往下流动水膜。含尘气体由筒体下部切向进入除尘器并以旋转气流上升，气流中粉尘粒子被离心力甩向器壁，并为下降流动水膜捕尘体所捕捉，粉尘粒子随沉渣水由除尘器底部排渣口排出，净化后气体由筒体上部排出。
关键参数以下表：
表5-5
风量/m3/h
压损/Pa
筒体高度H/mm
筒体直径D/mm
出口直径/mm
207353
570
6075

1000

6.6喷嘴选型
喷嘴是湿式除尘设备隶属构件之一，对烟气冷却、净化设备性能影响很大，依据喷嘴结构形式不一样，通常可分为喷洒型喷头、喷溅型喷嘴和螺旋型喷嘴等，本设计采取螺旋型喷嘴碗型喷嘴，其计算过程以下：
①设计参数：L=0.8L/m³，耗烟量=L×烟气量=0.8×25.75=20.576m³/h
由喷射角75°，出水口轴向流速为20m/s，则出水口面积为：
，出水口直径为DN=18mm
②取蜗室入口流速为4m/s，则蜗室切向入口纵断面积为

③水口内径DC截面积A2计算
，K取0.785，则
DC=80.38mm
④取VR=0.9m/s,则该处圆环面积为

⑤喷嘴外壳内半径R1为
,R1=55mm
以下图：

选喷口口径为18mm，其关键参数以下：

七.风机选型
（1）风量 依据总风量和总压力损失选择适宜风机。在选择风机时按下式计算。
Q0=K1K2Q
式中 Q—管道系统总风量，m3/h
K1—考虑系统漏风所附加安全系数。通常通风系统取1.1，除尘系统取1.15，本设计中取K1=1.15
K2—除尘器或净化设备漏风所附加安全系数，取0.1
故Q0=1.15×0.1×207353=23845.7m3/h
（2）风压 Pf=（K3 △P1+△P2）K4
式中 Pf—风机风压，Pa
△P1—管道系统总压力损失，Pa
△P2—除尘器压力损失，Pa
K3—管道系统总压力损失附加安全系数，通常通风系统取1.1～1.15，除尘系统取1.15～1.20，取K3=1.15
K4—因为风机产品技术条件和质量标准许可风机实际性能比产品样本低而附加系数，K4=1.08
Pf=[1.15×52.18+5738.13]×1.08=6262Pa
（3）电机功率
式中 N—风机配用电动机功率，kW
Q0—风机风量，m3/h
Pf—风机风压，Pa
η1—风机运行时效率，通常为0.5～0.7，电机直联传动取0.5
η2—机械传动效率，取1.00
K—电动机轴功率安全系数，离心通风机取1.40

风机依据风压、风量、功率选择C6-48型锅炉风机。

表5-6 除尘风机性能表
风机类型
型号
全压/Pa
风量/(m3/h )
功率/kW
备注
锅炉风机
GY2-10
775-6561
1
11-1600
用于锅炉，也常见于大中型除尘系统

八.烟囱高度计算
（1）烟囱出口内径可按下式计算：

式中 —经过烟囱总烟气量，
—按表选择烟囱出口烟气流速，选定=8

表5-7 烟囱出口烟气流速
通风方法
运 行 情 况
全负荷时
最小负荷
机械通风
10～20
4～5
自然通风
6～8
2.5～3

（2）烟囱高度确实定
一个烟囱全部锅炉总蒸发量为Q=35t/h，表5-8 燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低许可高度
表5-8
锅炉房装机总容量
MW
<0.7
0.7～<1.4
1.4～<2.8
2.8～<7
7～<14
14～<28
t/h
<1
1～<2
2～<4
4～<10
10～<20
20～≤40
烟囱最低高度
m
20
25
30
35
40
45
查上表可得：
烟囱底部直径

式中D——烟囱出口直径，m；
H——烟囱高度，m；
i——烟囱锥度，通常取i＝0.02~0.03。
选定i=0.025

则烟囱几何高度
(3)烟囱抽力
烟囱抽力取决于烟温、空气温度及烟囱高度，烟温越高，周围空气温度越低，烟囱抽力越大；烟囱高度越高，其抽力也越大。

式中H—产生抽力管道高度，m
t0—外界空气温度 ℃
—计算管段中烟气平均温度 ℃
=(550+95+76+76)/4=199.33℃
—当地大气压 Pa

校核烟气流速
由霍兰德公式得：抬升高度
则烟囱总高度H=35.6+12.94=48.54m≈49m

九.设计结果列表
本设计燃煤电站锅炉烟气除尘系统及隶属设备关键有：文丘里除尘器、脱水器、换热器、风机、电机、除尘系统管道、烟囱等。除尘净化系统设备选型见下表5-9。
表5-9 除尘净化系统设备一览表
序号
名称
规格
数量
设计参数

1

文丘里除尘器

1
进口D1=1.103m，出口D2=1.103m,喉管Dr=0.098
管长L1=1.24m
L1=5.27m

2

脱水器

CLS/A-5

1
风量：207353 m3/h
压损：570Pa
筒体高度H：6075mm
筒体直径D：mm
出口直径: 1000mm
3
烟囱
H：49m
1
D:2.02m,d1=3.8m
4
换热器
BJSX900-1.0-285-6/19-2REB
1
管外径为25mm,管长4.5m，换热面积为285m2
5
风机
锅炉风机GY2-73
1
全压:775～6561Pa
风量：16150～810000m3/h
功率：11～1600 kw

6

除尘系统管道
管段1：D×L：mm×10m
管段2：D×L：1400mm×20m
管段3：D×L：1400mm×5m
管段4：D×L：1400mm×5m

4
气体流速v:18m/s

十. 总结
此次课程设计感觉比第一次更棘手部分，上次做是换热器设计，即使是首次设计，但在老师帮助下我们还是很顺利完成了，这次文丘里除尘器设计，要设计内容更多，有很多东西全部要查阅资料，这一次完全是靠自己去查，所以对于我们来说有点难，不过这种设计全部是需要靠自己，很多东西全部是我们首次接触，我认为自己对这方面知识还是有很多欠缺，经过讨论和请教顺利完成了这次课程设计，即使存在很多问题，但收获颇多！此次大气课程设计关键从除尘器系统方面锻炼了我们思维能力，从对所设计除尘器不甚了解到查阅大量资料设计参数、设备关键尺寸和对整个工艺工艺步骤有个大约了解和思索路线，一个初步设计显现了出来，这其中收获和坚辛只有自己才知道。

参考文件

[1 ]郝吉明，马广大. 大气污染控制工程（第三版）. 北京：高等教育出版社，.
[2]何争光. 大气污染控制工程及应用实例. 北京：化学工业出版社，.
[3]罗辉.环境保护设备设计和应用.北京：高等教育出版社，.
[4]周兴求，叶代启.环境保护设备设计手册—大气污染控制设备.北京：化学工业出版社，.
[5]李连山.大气污染控制工程.武汉:武汉理工大学出版社，.