大气控制课程设计.doc

洛阳理工学院环境工程与化学系

大气污染控制工程课程设计说明书

班级： Z070601
姓名： 焦彦云
学号： Z07060105
成绩：

2009年12月1日

目 录
大气污染控制工程课程设计任务书 2
一、课程设计题目 2
二、设计原始资料 2
三、设计内容 3
设计内容 4
3.1根据锅炉生产能力、燃煤量、煤质等数据计算烟气量、烟尘浓度和SO2浓度； 4
3.2根据排放标准论证选择除尘系统（本设计要求采用与除尘器为旋风除尘器的二级除尘系统） 5
3.2.1旋风除尘器的工作原理 6
3.2.2旋风除尘器的特点 7
3.2.3脉冲喷吹袋式除尘器的特点 7
3.2.4 DMC-II型脉冲喷吹除尘器设备结构 8
3.2.5 DMC-II型脉冲喷吹除尘器工作原理 8
3.2.6喷吹系统简图： 9
3.2.7选择论证 9
3.3确定旋风除尘器型号（要求阻力不大于900Pa），计算旋风除尘器各部分的尺寸 9
3.4根据粉尘粒径分布数据计算所设计旋风除尘器的分割粒径、分级效率和总效率 10
3.5确定二级除尘设备型号，计算设备主要尺寸 11
选择DMC60-II型 11
3.6计算除尘系统的总除尘效率及粉尘排放浓度 11
3.7锅炉烟气脱硫工艺的论证选择 12
10

大气污染控制工程课程设计任务书
一、课程设计题目
设计蒸发量为20t/h的燃煤锅炉烟气的除尘脱硫装置
二、设计原始资料
2.1煤的工业分析如下表 （质量比， 含N量不计）
低位发热量（kJ/kg）
C
H
S
O
灰分
水分
20939
65.7%
3.2%
1.7%
2.3%
18.1%
9.0%
2.2锅炉型号：FG-35/3.82-M 型
2.3锅炉热效率： 75%
2.4空气过剩系数：1.2
2.5水的蒸汽热：2570.8 kJ/kg
2.6烟尘的排放因子： 30%
2.7烟气温度： 473K
2.8烟气密度：1.18 kg/
2.9烟气粘度： 2.4×pa·s
2.10尘粒密度：2250kg/
2.11烟气其他性质按空气计算
2.12烟气中烟尘颗粒粒径分布：
平均粒径
/um
0.5
3
7.5
15
25
35
45
55
>60
粒径分布/%
3
20
15
20
16
10
6
3
7
2.13按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准执行：
标准状态下烟尘浓度排放标准：≦200mg/；
标准状态下SO2 排放标准：≦900 mg/；
三、设计内容
3.1根据锅炉生产能力、燃煤量、煤质等数据计算烟气量、烟尘浓度和SO2浓度；
3.2根据排放标准论证选择除尘系统（本设计要求采用与除尘器为旋风除尘器的二级除尘系统）；
3.3确定旋风除尘器型号（要求阻力不大于 900Pa），计算旋风除尘器各部分的尺寸
3.4根据粉尘粒径分布数据计算所设计旋风除尘器的分割粒径、分级效率和总效率
3.5确定二级除尘设备型号，计算设备主要尺寸
3.6计算除尘系统的总除尘效率及粉尘排放浓度
3.7锅炉烟气脱硫工艺的论证选择
3.8按照工程制图要求绘制旋风除尘器结构图和烟气净化系统图各一张
设计内容
3.1根据锅炉生产能力、燃煤量、煤质等数据计算烟气量、烟尘浓度和SO2浓度；
解：以1㎏煤燃烧为基础，则
重量（g） 摩尔数（mol） 需氧数（mol）
C 657 54.75 54.75
H 32 16 8
O 23 0.7188 -0.7188
S 17 0.5313 0.5313
H2O 90 5 0
灰分 181 0
理论需氧量为 54.75+8+0.5313-0.7188=62.56mol/㎏煤
假设干空气中氮和氧的摩尔比（体积比）为3.78，则1kg煤完全燃烧所需要的理论空气量为
62.56×（3.78+1）=299.04mol/kg煤
即 299.04×22.4/1000=6.70/kg煤
实际空气量为
6.70×1.2=8.04/kg煤
理论烟气量为
54.75+（16+5）+0.5313+62.56×3.78=312.76 mol/㎏煤
即 312.76×22.4/1000=7.01/kg煤
实际烟气量为
7.01+6.70×0.2=8.35/kg煤
Q=20000kg×2570.8kJ/kg=M煤×20939 kJ/kg×75%
即 M煤=3274kg
即每小时实际烟气量为
8.35×3274=27337.9
在473K温度下，烟气量为：47365.7m3/h
则烟尘浓度为(每千克煤的烟尘浓度等于总烟气量的烟尘浓度)
即 181×30%=54.3g
54.3/8.35=6.50 g/
SO2浓度为
0.5313×64/8.35=4.07 g/
3.2根据排放标准论证选择除尘系统（本设计要求采用与除尘器为旋风除尘器的二级除尘系统）
选用XLP/B型旋风除尘器，由于需要处理较大烟气量，则选用6个子旋风除尘器并联

3.2.1旋风除尘器的工作原理
如图一所示，普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体、排灰管和排气管等组
当含尘气流以12～25m/s速度由进气管进入旋风除尘器时，气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下，朝椎体运动，通常称此为外旋流。含尘气体在旋转过程中产生离心力，将密度大于气体的尘粒甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下落,进入排灰管。旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。根据“旋转柜”不变原理，其切向速度不断提高。当气流到达椎体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部，由上而下继续做螺旋形运动，即形成内旋流。净化后的气体经排气管排出，一部分未被捕集的尘粒也由此逃逸。
气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力下降，一部分气流带着细小的尘粒
沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后到达排出管下端附近被上升的内涡旋带走，从排出管排出，这股旋转气流称为上旋流。灰斗中外旋流转换为内旋流的区域称为回流区。对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际的气流运动是很复杂的，除了切向和轴向运动外，还有径向运动。如，在外旋流，少量气体沿径向运动到中心区域，在内旋流，也存在着离心的径向运动。
3.2.2旋风除尘器的特点
旋风除尘器结构简单，造价便宜，体积小，除尘效率比重力沉降室和惯性除尘
器高，且无运动部件，运行管理舱。因此它的应用较为广泛。
高效旋风陈尘器可除粒径小于5um的粉尘，效率可达50％一80％。普通旋风除
尘器不能除粒径小于5um的粉尘，其压力损失一般为400一1300Pa。
旋风除尘器有以下特点：
（1） 结构简单，器身无运动部件，不需要特殊的附属设备，占地面积小，制造、
安装投资较少。
（2） 操作、维护简便，压力损失中等，动力消耗不大，运转、维护费用较低，对于大于10um的粉尘有较高的分离率。
（3） 操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度、温度限制。对于粉尘的物理性质无特殊要求，同时可根据生产工艺的不同要求，选用不同材料制作，或内衬各种不同的耐磨、耐热材料，以提高使用寿命。
（4） 采用干式旋风除尘器，可以捕集干灰，便于综合利用。
（5） 对捕集微细粉尘（小于5um）的效率不高。
（6） 由于除尘效率随筒体直径增加而降低，因而单个除尘器的处理风量有一定的局限。
（7） 处理风量大时，要采用多个旋风子并联。
3.2.3脉冲喷吹袋式除尘器的特点
 1、脉冲喷吹袋式除尘器是以压缩空气为清灰动力，利用脉冲喷吹机构在瞬间放出
压缩空气，诱导数倍的二次空气高速射入滤袋，使滤袋急剧膨胀，依靠冲击振动和
反向气流而清灰的袋式除尘器，处理风量大、清灰效果好、除尘效率高。
2、除尘设备采用连续运行方式，为提高设备性价比，与其它厂家相应设备对比后的
优势在于，增加一大跨度斜挡板。斜挡板把净气室、含尘气体室隔开，并起导流作
用；大颗粒粉尘碰撞斜挡板后被分离，直接落入灰斗，对滤袋起到了保护作用。使
滤袋寿命大大延长，除尘效率明显提高。喷吹管装置具有软性联接，安装、更换滤
袋方便，侧面设有检修门，外观美、性能好，观察、维修方便，设备运行安全可
3、电磁脉冲阀，采用双膜片结构，具有控制灵敏、效率高、寿命长等优点。
4、滤袋采用优质涤纶针刺毡滤料制作，它不但能提高过滤风速，降低设备运行阻力，
而且能避免因结露造成粉尘粘结在滤袋上不易清除等现象。可根据用户需求提供高
温、中温、常温滤料和各种微孔覆膜滤料，以及各种防油、抗静电等功能性国产、
进口滤料。
5、袋笼设计（圆形）坚固可靠，使用寿命长；模具化生产程度高，成型加工后进行
去毛刺处理，并进行镀锌防腐处理。可根据用户需要提供不锈钢袋笼。 
6、以高性能的脉冲除尘器控制系统,辅之进口差压监测装置,达到了最优化硬件配
置，多年除尘产品的生产经验，使我们编制程序时考虑问题更全面，更加切合实际。
产品性能优良，故障率低。
3.2.4 DMC-II型脉冲喷吹除尘器设备结构  
    DMC-II型脉冲喷吹除尘器主要由底部钢结构（支架），灰斗、箱体、上箱体、
气动系统、进出风口、滤袋、清灰装置、电气控制等几部分组成。另外还可根据实
际情况，配制星型卸灰阀或螺旋输送机等卸灰装置。设备结构简图见后图。
3.2.5 DMC-II型脉冲喷吹除尘器工作原理
1、过滤原理      
含尘气体由进风口进入，经碰撞斜挡板，气体中大部分粗颗粒粉尘受惯性力作用被
分离出来，直接落入灰斗。含尘气体通过灰斗后，进入中箱体的滤袋过滤区，气体
穿过滤袋，粉尘被阻留在滤袋外面。净化后的气体经滤袋口进入上箱体后，再由出
风口排出。      
2、清灰原理                        
随着过滤时间的延续，滤袋上的粉尘层不断积厚，除尘设备的阻力不断上升，当设
备阻力上升到设定值或运行时间达到设定值时，清灰装置开始进行清灰。为保证除
尘器的阻力控制在一定的范围内，由脉冲控制仪发出信号，循序打开电磁脉冲阀，
使气包内的压缩空气由喷吹管各喷吹孔喷射到对应的文氏管（称为一次风），并在高
速气流通过文氏管时诱导数倍于一次风的周围空气（称为二次风）进入滤袋，使滤
袋膨胀变形产生振动，并在逆向气流冲刷的作用下，附着在滤袋外表面上的粉尘被
剥离落入灰斗中。清灰完毕，电磁脉冲阀关闭，恢复过滤状态。各喷吹管清灰依次
进行，从第一次清灰开始至下一次清灰开始为一清灰周期。
3、粉尘收集
经过滤和清灰工作被截留下来的粉尘均落入灰斗，再由灰斗口集中通过卸灰阀等排
出。
4、运行和清灰控制
脉冲喷吹袋式除尘器的运行和清灰由工业自动化系统通用PLC（可编程控制器）来
控制，有手动和自动两种控制方式。自动方式下的自动程序，完成除尘运行和清灰
过程。在检修或调试时使用手动控制方式；除尘运行和清灰时采用自动控制方式。 
清灰控制方式既可以采用定时法，也可采用定阻法。
 定时法是按设定好的时间程序进行逐排清灰。
定阻法是利用压差变送器，将滤袋内外压差信号转化为电信号传递给PLC，对压差
进行监控，当压差信号大于设定值时，PLC按设定程序控制除尘器进行逐排清灰。
由于清灰是依次分别向几组滤袋进行，并不切断需要处理的空气，所以在清灰过
程中，除尘器的处理能力保持不变。
3.2.6喷吹系统简图：
喷吹系统的组成，脉冲一端接喷吹接压缩空气气包，另一端接喷吹管，控制阀动作
由控制仪发出指令。在控制仪无信号输出时，电磁阀处于关闭状态。当控制仪发出
信号时，电磁阀开启，压缩空气经电磁阀进入喷吹管，由喷吹小孔喷入文氏管，滤
袋内瞬时正压，实现清灰。
3.2.7选择论证
进入脉冲喷吹袋式除尘器=6500×（1-86.09%）=904.15mg/，
排气的粉尘浓度=200 mg/
=77.88%
袋式除尘器的效率可高达99.9%以上，又具有以上优点所以选择袋式除尘器。
3.3确定旋风除尘器型号（要求阻力不大于900Pa），计算旋风除尘器各部分的尺寸
选择6台XLP/B-9.4 型号的旋风除尘器 即阻力系数是5.8
旋风除尘器的各部分的尺寸：
进口速度：===16.2 m/s
进口截面积：A===0.1354
入口高度：h===0.520 m
入口宽度：b===0.260 m
筒体直径：D=3.33b=3.33×0.260 =0.866m
参考XLP/B产品系列，取D=940mm
排出筒直径：=0.6D=564mm
筒体长度：L=1.7D=1598mm
椎体长度：H=2.3D=2162mm
灰口直径：=0.43D=404.2mm
排气管插入深度：s=0.6D=564mm
3.4根据粉尘粒径分布数据计算所设计旋风除尘器的分割粒径、分级效率和总效率
解：假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度，即=16.2m/s,处理气体量Q=Q/6×3600=2.19/s,温度为473K，烟尘真密度为 2250kg/,取内外涡旋交界圆柱的直径=0.7，排气管下缘至锥顶的高度为=L+H-s=3196mm.
n=1-[1-0.67×]=0.61
由式（6-9）得气流在交界面上的切向速度：
=16.2×=27.5m/s
===0.55m/s
根据式（6-16）

d= ==1.66um
此时旋风除尘器的分割直径为1.66um
分级效率
==28.03%
计算结果如下：
dp/μm
0.5
3
7.5
15
25
35
45
55
>60
fdi/%
3
20
15
20
16
10
6
3
7
ηpi/%
28.03
63.25
82.94
93.41
97.61
99.00
99.54
99.77
99.84
ηT/%
86.09
总效率

3.5确定二级除尘设备型号，计算设备主要尺寸
选择DMC60-II型脉冲喷吹袋式除尘器，清灰电机功率1.1kw,选择6台，则每台处理烟气量为
，型号滤袋个数是60，脉冲阀个数10，查资料得脉冲喷吹袋式除尘器的滤速1.0～4.0m/min,取3 m/min
过滤面积（取45 根据型号取得）
滤袋面积a(),为圆形滤袋，则
d取300mm,则= ,长为800mm。
3.6计算除尘系统的总除尘效率及粉尘排放浓度

——除尘效率；
——无因次参数；
——脱除浓度（常数），，Dennis取=0.5；
——进口粉尘浓度，；
——过滤速度（单位滤料面积的平均过滤气流量），m/min；
m——滤料上的粉尘负荷，，取5.65；
=

粉尘排放浓度：
904.15-904.15×94%=54.25
两级串联处理工艺的总效率：
==99.17%
3.7锅炉烟气脱硫工艺的论证选择
SO2是空气的主要污染物之一。SO2被大气中的O3、H2O2水气等氧化性物质比较大的化合物氧化生成酸，这是形成酸雨的重要来源之一。酸雨对于人类健康、生态系统和建筑物等都将产生不同程度的危害。因此我们要控制排入大气中的SO2，从技术、成本和效果等方面综合考虑，烟气脱硫目前仍是世界上广泛应用、最有效的脱硫方法。
烟气脱硫技术按脱硫剂的形态分为湿法、半干法和干法。湿法烟气脱硫技术成熟，脱硫效率高，运行可靠，但脱硫产物的处理比较麻烦，烟气温度的降低也不利于扩散，传统湿法的工艺复杂，占地面积大，投资也大，多用于燃用中高硫煤机组、或大容量机组（>200MW）的电站锅炉；干法和半干法的脱硫产物为干粉状，处理容易，工艺简单，投资也较低，但用石灰（石灰石）做脱硫剂时的Ca/S比高，脱硫效率和脱硫剂的利用率较低考虑煤的含硫量及脱硫要求，采用石灰石/石灰—石膏湿法脱硫。
脱硫装置安装在旋风除尘、袋除尘之后。