大气除尘设计计算报告书.doc

环境工程课程设计
《环境工程专项课程设计（气）》（除尘某些）
设计阐明书

班 级：

姓 名：

学 号：

指引教师：

环境科学与工程学院
12月

一、工程概况 1
二、设计阐明 1
2.1 设计原则 1
2.2 设计范畴 2
2.3 设计规模 2
2.4 设计参数与指标 2
三、工艺选取 2
3.1 除尘技术简介 2
3.2 可供选取除尘技术 3
3.3 方案技术比较 3
四、解决流程 4
4.1 除尘系统 4
4.2 除尘器系统 4
4.3 输灰系统 4
4.4 控制系统(不作设计规定) 4
五、预期解决效果 5
六、重要设施与设备设计选型 5
6.1 设计计算 5
6.1.1 烟气流量与净化效率计算 5
6.1.2 除尘器设计计算 6
6.1.3 管道设计计算 10
6.1.4 风机选取计算 12
6.1.5 除尘器总装配图 13
6.2 重要设备型号及技术参数拟定 14
七、技术经济分析 15
7.1 综合技术经济指标 15
7.2 人员编制 15
7.3 工程概算 15
7.4 运营费用分析 16

一、 工程概况
已知杭州市某厂新建2台35t/h燃煤工业锅炉(沸腾床锅炉直径4m)，其除尘系统管道布置如图1。每台锅炉产生烟气量预计为：基数61000 Nm3/h+学号序号*100Nm3/h，烟尘浓度为35.0g/Nm3，其粒径<5μm占70%，烟气经降温至120℃进入除尘器，烟窗直径3m，高度45m，局部阻力损失60Pa。试设计该除尘净化系统。
排放烟尘浓度规定达到《锅炉大气污染物排放原则》（GB13271-）规定重点地区锅炉大气污染物特别排放限值规定。

图1 除尘系统平面布置图
二、设计阐明
2.1 设计原则
（1）基本数据可靠，总体布局合理。
（2）避免二次污染，减少能耗，近期远期结合、满足安全规定。
（3）采用成熟、合理、先进解决工艺，解决能力符合解决规定；
（4）投资少、能耗和运营成本低，操作管理简朴，具备恰当安全系数；
（5）在设计中采用耐腐蚀设备及材料，以延长设施使用寿命；
（6）废气解决系统设计考虑事故排放、设备备用等保护办法；
（7）工程设计及设备安装验收及资料应满足国家有关专业验收技术规范。
2.2 设计范畴
工程设计范畴从燃煤废气接入管开始至除尘器解决后烟囱排放为止。涉及解决工艺、除尘设备、管道、控制、风机等设计。
2.3 设计规模
(1) 解决烟气流量（工况）：

总烟气量为：
(2) 解决浓度：
烟尘浓度为35.0g/Nm3，其粒径<5μm占70%。
2.4 设计参数与指标
（1） 解决烟气量（标况）：；
（2） 烟气温度：120℃；
（3） 入口含尘浓度：35.0g/Nm3；
（4） 电场数：2个；
（5） 粒径<5μm占60%；
（6） 排放指标：30mg/Nm3。
三、工艺选取
3.1 除尘技术简介
从气体中除去或收集固态或液态粒子设备称为除尘装置。依照重要除尘机理，当前惯用除尘器可分为：①机械除尘器；②电除尘器；③袋式除尘器；④湿式除尘器等。但每种除尘净化系统总有其技术上长处和缺陷，应依照实际状况选取适当除尘设施与工艺。
静电除尘分离粉尘靠是静电力即库仑力。静电除尘三个基本过程：悬浮粒子荷电-高压直流电晕；带电粒子在电场内迁移和捕集-延续电晕电场或光滑不放电电极之间纯静电场；捕集物从集尘表面上清除-隔一定期间振打除去接地电极上粉尘层并使其落入灰斗,完毕除尘过程。
湿式除尘使含尘气体与液体(普通为水)密切接触,运用水滴和尘粒惯性碰撞及其他作用捕集尘粒或使粒径增大原理。
袋式除尘是运用多孔纤维材料制成滤袋(简称布袋)将含尘气流中粉尘捕集下来办法。
电袋复合式除尘是电除尘器和布袋除尘器机结合，运用电除尘器第一电场作为一级除尘单元，除去烟气中80%～90%粉尘颗粒，再用布袋作为二级除尘单元,除去剩余微细颗粒。
3.2 可供选取除尘技术
当前惯用除尘器可分为：①机械除尘器；②湿式除尘器；③袋式除尘器；④电除尘器等。
机械除尘普通用来捕集5μm以上尘粒,除尘效率可达80%~90%，若捕集不大于5μm尘粒，则效率较低。
湿式除尘由于运用惯性扩散与凝集作用力进行除尘，其除尘阻力损失达到800～10000pa，不合用于解决大烟气量。
依照已知烟气特性，可排除机械除尘和湿式除尘作为除尘技术考虑。
静电除尘、袋式除尘均为合用除尘办法，其解决温度均为不大于400摄氏度，解决粒径均不大于今为5μm，且均能解决大烟气量，并且均能达到达标排放。
3.3 方案技术比较

电除尘器
袋除尘器
长处
1. 可以解决较高温度烟气（～400℃）
2. 压力损失较小（约200～500Pa）
3. 能耗低
4. 解决烟气量大
5. 对细粉尘捕集效率高

1. 操作简朴
2. 较低爆炸危险
3. 受烟气性质变化影响小，对粉尘性质适应性广
4. 出口排放浓度随入口含尘浓度变化不大
缺陷
1. 一次性投资高
2. 安装精度规定高
3. 对粉尘比电阻有一定规定
1. 用于烟气温度较低
2. 压力损失大投资和操作维护费用高
3. 对湿度大粉尘易堵塞

针对该厂使用燃煤工业锅炉是沸腾床锅炉，尽管沸腾层内燃烧比较充分，从布风板排渣管排出冷渣碳含量很小(质量数为1%～3% )，但由于锅炉是燃用0～8mm宽筛分燃料，其中0～2 mm燃料所占比例很大，在既有沸腾风速下，这某些细煤粒进入沸腾层便被带走，尽管在悬浮室出口处装有高温水平分离器，但由于分离效率低，烟气含尘浓度仍高。对于高温且接受粒径大含尘气体，布袋消耗量将很大。此外，该厂每台锅炉烟气产生量为6.38万原则立方米每小时，对于布袋除尘来说，需要比电除尘更大解决规模来进行烟气解决。
综上所述，针对该烟气解决应选取电除尘办法。
四、解决流程
4.1 除尘系统
除尘系统涉及：(1)进气烟箱 (2)除尘器系统 (3)输灰系统 (4)控制系统
4.2 除尘器系统
除尘器系统涉及如下几种某些：
（1）气流分布板 （2）壳体
（3）阴极系统 （4）阳极系统
（5）阴极振打系统 （6）阳极振打系统
（7）气流分布板及振打系统 （8）槽型板及振打系统
（9）集灰斗及加热系统 （10）灰斗内部阻流板
4.3 输灰系统
(1) 星型卸料器 (2)铰刀 (3)提高机 (4)料罐 (5)星型卸料器
(6)加湿机 (7)运灰车
4.4 控制系统(不作设计规定)
控制系统涉及：
（1）高压供电系统 （2）输灰控制系统
（3）清灰控制系统 （4）流量控制系统
五、预期解决效果
排放烟尘浓度规定达到《锅炉大气污染物排放原则》（GB13271-）规定重点地区锅炉大气污染物特别排放限值规定。
《锅炉大气污染物排放原则》（GB13271-）特别排放限值 mg/m3
项目
限值
监控位置
颗粒物
30
烟囱或烟道
二氧化硫
200
大氧化物
200
汞及其化合物
0.05
六、重要设施与设备设计选型
6.1 设计计算
6.1.1 烟气流量与净化效率计算
（1）烟气流量
已知杭州市某厂新建2台35t/h燃煤工业锅炉(沸腾床锅炉直径4m)，其除尘系统管道布置如图1。每台锅炉产生烟气量预计为：

总烟气量为：
烟气经降温至120℃进入除尘器，换算为120℃时烟气量为：

（2）烟气入口浓度
烟尘浓度为35.0g/Nm3，其粒径<5μm占70%，烟窗直径3m，高度45m，局部阻力损失60Pa。
（3）烟气出口浓度
排放烟尘浓度规定达到《锅炉大气污染物排放原则》（GB13271-）规定重点地区锅炉大气污染物特别排放限值规定。

（4）除尘效率

6.1.2 除尘器设计计算
依照已知条件，选取卧式电除尘器。电除尘器初期除尘效率能达到99%，能捕集1um如下细微粉尘。并且电除尘器解决烟气量大，可用于高温（可高达500℃）、高压和高湿（相对湿度可达100%）场合，能持续运转，并能实现自动化。具备低阻特点。因而本设计选取电除尘器。
（1） 集尘极面积计算

式中：A—集尘极面积，m2；η—集尘效率；Q—解决气量，m3/s；—粉尘有效驱进速度，飞灰取=0.1~0.14m/s。
（2）电场断面面积

式中：AC—电场断面面积，m2；v—气体平均流速，m/s。
取电场断面尺寸为。
（3）集尘极与放电极间距和排数
本设计取集尘极之间间距（2b）为450mm。
考虑与集尘极间距相相应，放电极之间间距普通也采用450mm。
集尘极排数可依照电场断面宽度和集尘极间距拟定，即

式中：n—集尘排数；B—电场断面宽度，m；△B—集尘极板间距，m
（△B＝2b）。
布置示意图见图1。

图1 布置示意图
（4）电场长度

式中：L—电场长度，m；H—电场高度，m。
采用三电场串联，每个电场长度为L1=3.38m。
（5）电晕极系统设计
①放电极型式选取
为了使电除尘器长期高效、可靠地运营，对放电极基本规定是：牢固可靠，不断线；电气性能良好；粘附粉尘少。放电极类型大体有三种：点放电，如芒刺线；线放电，如星型线；面放电，如圆线等。本设计依照烟气性质、粉尘性质选取芒刺线放电极。
②放电极长度计算
由比电晕电流计算（指单位收尘极板上所得电晕电流）计算。比电晕电流依照电极型式查关于手册拟定。选芒刺形，比电晕电流在0.18-0.5mA/m2选用。
则取比电晕电流0.5mA/m2 ，

芒刺形电晕线单位长度电流密度0.25-0.35mA/m，取i0＝0.3mA/m
则电晕线总长度为：
除尘器一共有18个通道，每条电晕线长8m，
则每道中电晕线数量为：条
③放电极悬挂与清灰装置选取
放电极悬挂有三种方式：重锤悬吊式、框架式、桅杆式，这里选用框架式。普通是对电晕极采用持续振打清灰方式，是电晕极沉积粉尘不久被振打干净。振打方式有各种，惯用有提高脱钩振打、侧部挠臂锤振打等。本方案采用侧部挠臂锤振打方式清灰。见图2。

图2 侧部挠臂锤振打清灰方式

（6）集尘极系统设计
采用Z型极板，每块高1.8m，宽0.385m。
每电场长度方向需要阳极板数为：
，取9个
电场间距离取200mm，
则电场有效长度为：
集尘极多采用下部绕臂捶打装置，为保证对的振打制度，采用单边振打。本设计选用下部挠臂锤机械振打方式清灰。一排极板安装一种振打锤，同一电场各排振打锤安在一根传动轴上，并依次错开一定角度，使各排极板振打依次交替进行。
（9）除尘器零部件设计计算
①进气箱
进口风箱小端设计为正方形，其中心与箱底部距离为：2500mm；
进口风箱小端设计尺寸为： 法兰内口边长2350mm， 外框边长为2550mm；
进口风箱大端正对电场：；
两端口之间距离为：3400mm。
②出气箱
出口风箱同进口设计。
③灰斗
设立6个灰斗，大小尺寸一致，每一种电场横向设立2个。每个电场长度为3400mm，宽度为8000mm。
灰斗上口尺寸： ；
灰斗下口尺寸： 设计为正方形，边长为500mm；
灰斗高度为：mm；
出灰口法兰尺寸：内口边长为300mm，外框边长为360mm；
出灰口高度为：400mm。
④气流分布板
气流分布板层数拟定：
由于
—电除尘器气体进口管大端截面积，m2；
—电除尘器气体进口管小端截面积，m2；
由于，因此本方案中设立2块气体分布板， 沿气流方向第一层分布板与第二层分布板间距设计为700mm。
第一层分布板开孔率取为：60%
第二层分布板开孔率取为：50%
注意：各层分布板加工以及布置时孔应交错排列，不能孔与孔正对。
⑤外壳设计
参照《除尘工程设计手册》P218表4-109、表4-112和图4-79，SHWB50型电除尘器外壳设计参数及尺寸，设计如下：
除尘器外壳箱体长度为：L箱=11320mm(其中，电场区域所占长度为10120mm，电场间距离200mm，第一层分布板与第二层分布板间距设计为700mm，第二层分布板与电场始端间距设计为300mm)
除尘器箱体宽度为：B=8800mm(其中电场宽度为8000mm，集尘板与箱壁距离设计为2×400mm)
除尘器箱体高度为：H=9000mm(其中电场高度为8000mm，电场上端至箱顶设计预留500mm，电场下端至箱底设计预留500mm，便于安装和检修)。
（10）工作电压与工作电流
①工作电压：
（6）
式中：U为工作电压，kV。
②工作电流：
（7）
式中：I—工作电流，A；—集尘极电流密度，可取0.0005A/m2。
6.1.3 管道设计计算
（1）管道系统布置原则
除尘管道力求顺直，保证气流畅通。当必要水平敷设时，要有足够流速以防止积尘。对易产生积灰管道必要设立清灰口。为减轻风机磨损，特别当气体含尘浓度高时，应将净化装置设在风机吸入段。分支管与水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入。三通管夹角普通不不不大于30°。当有几种分支管会合于同一主干管时，汇合点最佳不设在同一断面。输送气体中含磨琢性强粉尘时，在局部压力较大地方采用防磨办法，并在设计中考虑管件检修。
（2） 管道系统设计计算

8
1
4
5
6
7
2
3
2
3
7
6
5
4
3
2
1
QV1=91124.2m3/h
QV2=91124.2m3/h

查《全国通用通风管道计算表》可得：
（3） 流速拟定及压力损失计算
①管段1～3，依照Q=91124.2m3/h，v＝12m/s，查得外径D＝1700mm，
λ/b =0.0077，实际流速v＝11.24m/s，动压为75.3Pa。
摩擦压力损失：

局部压力损失为合流三通对管段动压压力损失，其局部压损系数为
，

②管段2～3同上。
D＝1700mm，λ/b =0.0077,实际流速v＝11.24m/s，动压为75.3Pa。
摩擦压力损失：
局部压力损失：

③管段3～4，依照Q=183687.9m3/h，v＝12m/s，查得外径D＝2350mm，
λ/b =0.0052，实际流速v＝11.76m/s，动压为86.4Pa。
摩擦压力损失:：
局部压力损失：

④电除尘器压力损失普通为200－300Pa，则取。
⑤管段5～6，同管段3～4。
摩擦压力损失:：
局部压力损失：

⑥管段7～8，同管段3～4。
摩擦压力损失:：
局部压力损失：

⑦烟窗阻力损失为，分布板阻力损失。
综上，系统总压力损失：

6.1.4 风机选取计算
对的选取通风机是保证整个净化系统能否正常工作核心。风机选取不当，就会导致达不到设计规定，或导致投资和能耗挥霍。
（1）通风机风量
（10）
式中：Q—系记录算总风量，m3/h；K1—考虑系统漏风安全系数，普通K1=0.1-0.15选用。
（2）通风机风压
（11）
式中：Dp—系记录算总阻力损失，涉及管道阻力、净化装置阻力、局部阻力，Pa；
K2—安全系数，普通除尘系统K2=0.1—0.15选用；
r0、p0、T0—通风机性能表中给出标定状态空气密度、压力、温度。普通说，p0=103.3kPa。
r、p、T—运营工况下进入风机时气体密度、压力、温度。
计算出Q0、Dp0后，可查通风机产品性能曲线选取所需风机型号规
（3）电动机功率
电动机所需功率Ne可按下式计算：
（12）
式中：K—电动机备用系数。对于通风机，电机功率不大于5kW时取1.2，不不大于
5kW时取1.15；对于引风机取1.3；
h1—通风机全压效率，可查通风机样本得，普通0.5—0.7；
h2—机械传动效率，皮带传动为0.95，联轴器传动为0.98，直联为1。
本设计取Y4-73No20D型锅炉风机，K=1.15，=0.9，=0.98。
6.1.5 除尘器总装配图
总装配图如图2所示。

6.2 重要设备型号及技术参数拟定

Y4-73No20D型
锅炉风机

转速
730r/min
全压
1378～2070Pa
流量
127080～243800m3/h
效率
93.0%～84.0%
轴功率
132～160kW
Y355L2-10
型号电动机
功率
180kW
电机地脚螺栓
M30×800 mm

SHWB40电除尘器
解决烟气量
182248.35m3/h
烟气温度
120℃
入口含尘浓度
3.5g/Nm3
出口含尘浓度
30 mg/ Nm3
烟气流速
0.8m/s
电场有效长度
10.12m
电场有效高度
8.00m
同极间距
450mm
通道数
18个
总集尘面积
2915.1 m2
振打方式
绕臂锤机械振打
阻力损失
300Pa
除尘效率
99.99%
烟气停留时间
9.8s
工作电压
112.5kV
工作电流
1.46A
七、技术经济分析
7.1 综合技术经济指标
技术参数
设计指标
解决量
126600 Nm3/h
烟尘浓度
35g/Nm3
容许排放浓度
30 mg/Nm3
总压力损失
<3000 Pa
除尘效率
99.99%
7.2 人员编制
该除尘设备每天工作16小时，两班制，每班2人，工人年薪4万元。
7.3 工程概算
设备
单价
数量
费用
Y4-73No20D型
锅炉风机

22万元/套

1套

22万元
Y355L2-10型电动机
耗用钢材费用
0.6万元/吨
45吨
27万元
管道

7万元
电晕线

5万元

配备高压供电设备以及各种控制设备等等，则设备费用与建设成本总额总计为270万元。
7.4 运营费用分析
工人工资
16万元
设备折旧费（按成本10%计）
27万元
平均维修费（按成本5%计）
13.5万元
电费
260万元
总计
316.5万元