大气污染控制工程课程设计电除尘器等.doc

大气污染控制工程课程设计 院系：水利与环境科学学院 班级：环境工程1081 班学号：* 姓名： 日期：-6-17 第一章 概述 第一节 设计任务题目、目标和要求一、 设计题目 某燃煤锅炉房除尘系统设计（振动炉排式链条炉+强制送风+800吨/年）。 二、 设计目标 1、 经过课程设计全方面总结课程学习结果，加深对课程理论内容了解，掌握应用理论知识处理实际工程问题完整过程。 2、 掌握大气污染物处理工程设计全过程。 3、 掌握编制设计方案（除尘方案比较选择与确定）。 4、 掌握除尘器选型计算，系统布置，烟风道阻力计算，风机选型等。 5、 除尘系统平面布置、立面、除尘装置布置、及主要构筑物设计。 6、 工程造价估算。 三、 设计要求 方案选择合理，系统布置紧凑，占地面积小，计算准确，图纸绘制达成扩大初步设计要求（图纸线条均匀，标注准确，说明齐全）。 第二节 设计依据一、 大气质量标准 当地大气质量执行大气环境质量标准“GB13271-”中二级标准。 二、 烟尘排放浓度 执行大气环境质量标准“GB13271-”中二级标准。本标准按锅炉建成使用年限分为两个阶段，执行不一样大气污染物排放标准： 时段：12月31日前建成使用锅炉。 时段：1月1日起建成使用锅炉（含在时段立项未建成或未运行使用锅炉、建成使用锅炉中需要扩建、改建锅炉）见表1。 表1 燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值 锅炉类别 适用区域 烟尘排放浓度（3mgm） 烟气黑度 （林格曼黑度，级） 时段 时段 燃煤锅炉 自然通风锅炉 （0.7(1)MWth） 一类区 10080 1 二、三类区 150 120 其余锅炉 一类区 100 80 1 二类区 250 200 三类区 350 250 三 、 锅炉烟囱高度应依照锅炉房总设计确定 新建锅炉烟囱周围半径200m距离内有建筑物时，烟囱高度应高出最高建筑物3m以上，达不到此要求时，锅炉烟尘排放浓度限值及黑度按“GB13271-”中二类区域浓度标准执行。烟囱高度由锅炉蒸发量确定见表2。 表2 锅炉房烟尘最低允许高度 锅炉房装机总容量 MW 0.7 0.71.4 1.42.8 2.87 714 1428 th 60 质量频率 3 20 15 20 16 10 6 3 7 第二章 除尘器选型及计算 依照现在环境保护要求，采取电除尘设备。 第一节 燃烧计算 8001燃煤量： B =91.3kgh j 365242、燃煤计算： 山西煤成份：C:63.273% O:1.518% H:2.622% N:0.897% S:0.69% 质量（g） mol 需氧数mol C 632.73 52.73 52.73 H 26.22 13.11 6.56 O 15.18 0.47 S 6.90 0.22 0.22 N 8.97 0.32 HO 50 2.78 0 2理论氧气量： 2.73+6.56-0.47+0.22=59.04molkg 理论空气量： 59.04(1+3.78)=282.2molkg 282.2122.41000 =6.322m 3kg （标态） 理论烟气量： 52.73+13.11+0.22+0.32+2.78+59.043.78=292.33molkg 292.3322.41000 =6.548m 3kg（标态）烟气含水率计算： 13.11+2.78=15.89molkg 15.89292.33=5.4% 3、 确定过剩系数a 链条炉（强制送风） 1.5 烟管 0.15 省煤管 0.1 除尘器 0.1 炉膛 0.1 过滤器 0.05 空气预热器 0.1 无烟煤 0.12 锅炉出口排烟过剩系数（a）=炉膛出口处过量空气系数+对流烟道内部分漏风系数之和总过剩系数（a）=链条炉（1.5）+省煤管（0.1）+炉膛（0.1）+烟管（0.15）=1.85 4、 烟气量计算 实际烟气量： Q =6.548+（1.85-1）6.322 =11.922m 3kg N11.92291.3=1088.48m 3h 运行工况下除尘器需净化烟气量Q ： PQ =nRT QQ1088.48Q N = = T T 273 473 12Q =1885.90m 3h 第二节 烟气浓度及除尘效率一、烟尘初始浓度计算 1 锅炉飞灰排放量 Aqq M =Bj100y [phone]i am A式中 M 锅炉飞灰排放量（kgh） A Bj锅炉在额定蒸发量时耗煤量（kgh） A 燃料含灰量，取26.0% yq 锅炉款完全燃烧损失，q =512，（取10） 4 4qi燃料发烧量，263774.2=6280.24Kcal a烟尘占燃料中灰分质量分数0.150.20 (取0.20) m2610 6280.24M A =91.3100 +100 8100 0.2 =6.16Kgh 2 烟尘初始浓度 MC = O 0Q6.16106 = =3266.34mgm 3 1885.90二、除尘效率要求达成除尘效率 C -Ch= 0100% C0式中 C 按锅炉烟尘排放标准中二类区域要求浓度限额取值计算，即C 为200mg m 3 。 3266.34-200h=100% 3266.34 =92.65% 第三节 含硫浓度计算 燃料中转化为二氧化硫百分率为100% mV = 122.410-3 so2 M式中 V 每千克燃料燃烧时产生二氧化硫体积 Nm 3kg； so2 m每千克燃料中含硫质量； M硫分子量； 6.90V = 122.410-3 SO 2 32 =4.8310-3 Nm 3kg V Bj C = so2 so2 V 106y式中 Bj锅炉在额定蒸发量时耗煤量kgh V 实际烟气量m 3h y4.8310-3 91.3C=405.13ppm SO 21088.48106将ppm 转化为mg m 3 405.1364C=1157.51mgm 3 SO 222.4依照烟尘排放标准GB13271-要求，1月1日起立项,新安装和更新锅炉中，燃煤含硫量小于2% ,二氧化硫浓度标准为900mg m 3 ,因为计算所得C 大于so2900mg m 3 超标。所以在除尘过程中需要脱硫，需达成脱硫效率为： 1157.51-900h=100% 1157.51=22.25% 第四节 除尘方案确实定及除尘器选型一、除尘方案确定依据 （1） 依照除尘烟气含尘浓度。 （2） 依照除尘器除尘效率和处理烟气量是否达成设计要求，除尘后排尘浓度是否达成排放标准。 （3） 考虑除尘器造价、安装费、运行费、维护费和使用寿命。 二、 设计参数 依照设计题目锅炉燃煤量91.3kgh，烟尘初始浓度 3266.34mgm 3 ，除尘系统要求达成除尘效率 92.65% ，允许压力损失：1000Pa。 三、 方案比较 方案一：袋式除尘器 袋式除尘器是一个干式高效除尘器，可用于净化粒径d 0.1mm 尘土气体。除尘效 p 率可达99%以上，它是最古老除尘方法之一。 （1） 袋式除尘器优点 袋式除尘器对净化含尘微粒和亚微粒数量级粉尘粒子气体效率较高，通常可达99%，甚至达成99.9%以上。 袋式除尘器能够捕集多个干式粉尘，尤其是高比电阻粉尘，采取袋式除尘器要比用电除尘器净化效率高得多。 含尘气体浓度在相当大范围内改变对袋式除尘器效率和阻力影响不大。 袋式除尘器能够设计制造成适应不一样气量含尘气体要求，除尘器处理量能够从1106 m3h。 袋式除尘器也能够做成小型，安装在散尘设备上或散尘设备附近，也能够安装在车上做成移动式袋式过滤器，这种小巧、灵活袋式除尘器尤其适适用于分散尘源除尘。 袋式除尘器运行性能稳定可靠，没有污泥处理和腐蚀等问题，操作维护简单。 （2） 袋式除尘器缺点 袋式除尘器应用主要受滤料耐温和耐腐蚀等性能影响。现在惯用滤料可耐250 左右高温，如采取尤其滤料处理高温含尘烟气，将会增大投资费用。 不适于净化含粘结和吸湿性强含尘气体。用袋式除尘器净化烟尘是温度不能低于零点温度，不然将会产生结露，堵塞布袋滤料空隙。 据初步统计，用袋式除尘器净化大于17000m3h含尘气量投资费用要比电除尘器高，而净化小于17000m 3h含尘烟气时投资费用要比电除尘器省。 方案二：电除尘器 电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）装置。电除尘器与其余除尘器根本区分在于：除尘过程分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上。 电除尘器特点 搜集效率高：静电除尘装置能够很方便经过加长电场长度达成99%以上除尘效率。静电除尘器装置还有一个出众特征，就是搜集效率可长久稳定保持不变，这是其余除尘器比不上。只有袋式除尘器例外，但袋式除尘器需要经常更换滤袋，才能保持良好收尘效率。 烟气阻力小，总能耗低，电除尘器能耗主要是由烟气阻力损失、供电装置、电加热保温和震打电机等能耗组成。因为总能耗低，有极少更换易损件，所以运行费用比袋式除尘器、文丘里除尘器等要小得多。 适用范围广：电除尘器可捕集粒径小于0.1mm 粒子，300400高温烟气。湿式静电除尘器不但能够除尘，还可除去烟气中水雾和酸雾。这种综合性能力为用户提供了方便。当烟气各项参数发生一定范围内波动时，电除尘器依然保持良好捕集性能。对于高比电阻和低比电阻粉尘烟尘来说，需要采取烟气调整，但总看来这种情况不多，绝大多数烟气净化都可采取电除尘器。 可处理大容量烟气：电除尘器易模块化，所以能够很方便地实现装置大型化。现在单台电除尘器处理气量已达2106 m 3h，这么大气量用袋式除尘器或旋风除尘器来处理是极难想像，即使勉强做到也不经济。 捕集到粉尘干燥：因为粉尘以干燥形态被捕集，有利于粉尘输送和再利用，也没二次污染。 维护保养简单：电除尘器假如品种规格选恰当，又有良好制造安装质量，日常维护保养量是极少。电除尘器操作运行以全部实现自动化，实现了智能化即自动选择瞬时最好运行方式。 一次投资大：电除尘器和其余除尘器相比结构较复杂，耗用钢材比较多，每个电场需配用一套高压电源及控制设备，所以价格较大。不过静电除尘装置设备费用加上 35 年运行费用比大多数其余除尘设备要低。 方案三：文丘里麻石水膜除尘器 含尘气体由烟气进口引入，首先进入麻石文氏管，文氏管是一个缩放管，在文氏管喉部入口处喷入压力水呈雾状充满整个喉部，烟气流经文氏管渐缩管时因为流道缩小，速度逐步增大，抵达喉部时速度达成最大。所以当烟气流到喉部是，烟气中高速运动尘粒冲破水滴周围气膜而被吸附在水滴上凝聚成大颗粒液滴随烟气一起进入麻石水膜除尘器进行第二次分离。液滴与烟气一起由麻石水膜除尘器切向或蜗向引入，然后沿筒体螺旋上升，液滴与尘粒在离心力作用下被甩向筒体内壁自上而下一层均匀水膜接触，被水膜吸附，而随水膜一起流到底部灰斗，从排灰口排出筒体，在经过水封面进入排灰沟排出。净化后烟气从顶部以切向或蜗向引入。 文丘里麻石水膜除尘器中花岗石（俗称麻石）它成本低，便于安装耐腐蚀，占地面积小等特点，而且能大量吸收烟气中SO 、SO 形成SO2-、SO2-离子，具备良好脱硫效果，2334并克服了钢制除尘器易腐蚀，内衬瓷砖或辉绿岩板衬里易脱落特点。 麻石水膜除尘器具备投资少，电能消耗低，除尘效率高，可脱硫，操作简单，维护方便，使用寿命长等优点。 经过三个方案比较后，采取电除尘器最适宜。 第五节 电除尘器计算一、除尘器主要参数确实定 1. 气流速度v=1.2ms （12ms） 2. 设定板间距S=25cm （2328cm ） 极板采取C 型板，紧固型悬挂方式 3. 设定线间距25cm 极线采取长管状芒刺线（起晕电压15KV ） 4. 驱进速度w=12cms=0.12ms （318cms） 5. 电场强度 E=50000V/m 6. 电压 U=70KV 二、确定主要部件结构形式 1. 采取卧式电除尘器 2. 设计为单室m=1 3. 电场数 n=2 4. 振打方式：挠臂锤机械振打 5. 进出气烟箱： (1) 进气方式：前部中心进气 (2) 气流分布：在进气烟箱内设置开孔率为50%气流均布 板和导流板 (3) 槽形极板：在出气烟箱内设置槽形极板 6. 灰斗：设置船形灰斗 7. 电晕电极：芒刺线 三、各部尺寸计算 1. 集尘面积 -Qln(1-h) A=k k1.01.3 取1.0 wQ =1885.90m 3h -1885.90ln(1-92.65%)A=1.0 0.123600 =11.40m 2 2. 初定电场断面积 Q1885.90F = =0.44m 2 v 1.236003. 极板有效高度 F 0.44h=0.47m 22极板有效宽度 F 0.44B = = =0.94m 有效 h 0.474. 通道数 B F 0.44Z = = =3.74 S Sh 0.250.47 反算极板宽度B 有效B=ZS =40.25=1m 有效5. 验算实际断面积 F =hB=0.471=0.47m 2 有效 验算电场风速 Q1885.90v= =1.11m s F 0.473600 v=1.2ms v=1.11ms v-v=0.0992.65% 1885.90 符合设计要求。 13. 电除尘器总体外形尺寸除尘器总长=进气烟箱长+柱距长电场数+出气烟箱长 L=L +L 2+L 2dW =320+27702+224=6084mm 除尘器总宽=2走台宽度+室数柱间宽 W =21500 +1L k =21500+11450=4450mm 除尘器总高=极板有效高度+灰斗高度+顶部大梁高度+底部遮拦高度+底部卸灰阀高度 H =h+1290+200+300+300 =470+1290+200+300+300=2560mm 第三章 除尘系统及关于计算第一节 管道设计及阻力计算一、管道设计 1、锅炉出口到除尘器进口管道尺寸 QF = 1 3600v式中 F 锅炉出口到除尘器进口连接管截面积m 2 ； 1Q 锅炉出口烟气流量m 3h； v烟气流速ms，机械通风金属管道烟气流速为1015ms，本设计取14ms。 1885.90F =0.037m 2 1 360014F依照F =pR2 可得R =1 0.108m 111 p则 内径D =2R =0.216m ， 11 管壁厚度B取0.75mm ，外径D =D +2B =0.2175m 。 1查环境工程设计手册得取管径为220mm ,管壁厚度为0.75mm 钢板制风管， 计算得实际风速为12.06ms。 2、除尘器出口到引风机进口之间管道尺寸 QF = 2 2 3600v式中 F 除尘器出口于引风机进口连接管截面积m 2 2Q 除尘器出口烟气量 m 3h 21088.48 Q = 2 Q =1726.42m 3 /h 27343321726.42 F =0.040m 2 2 360014F依照 F =pR 可得R =2 =0.113m 222 p故内径为 D =2R =0.226m 2管壁厚度B 取0.75mm ，外径D =D +2B =0.2275m22 查环境工程设计手册得取管径为220mm ,管壁厚度为0.75mm 钢板制风管， 计算得实际风速为11.20m /s 二、管道阻力计算 1、 局部阻力损失计算 除尘器出口与金属管相接处阻力损失DP 1v2DP =z g 11 2式中 z局部阻力系数，取z=0.11 11 v烟气流速 ms 273g烟气密度 kg m 3 , g=g 0 273+tg标准状态下烟气密度 g=1.18kgm 3 0 0t除尘器出口温度，除尘器出口温度约为1600C 273g=1.18=0.74kgm 3 273+16011.22DP =0.110.74=5.11Pa 1 2 (2) 900弯头阻力损失DP 2v2DP =z g 22 2式中: z-阻力系数，弯头焊接，d =0.216m ，R 取0.22m ，R/d1。 2 查环境工程设计手册z=0.23 211.22DP =0.230.74=10.67Pa 22（3） 金属管道与风机进口相接处阻力损失DP 3v2DP =z g z=z 3 3 231 DP =5.11Pa 3（4） 风机出口与金属管相接处阻力损失DP 4DP DP =5.11Pa 4 3（5） 引风机后金属管与烟囱相接处阻力损失DP 5v2DP =z g z=1 55 2511.22DP =10.74=46.4Pa 522、 摩擦阻力损失计算 （1） 除尘器出口到烟囱进口摩擦阻力损失DP 6l gv2Dp=l d 2d式中 l-阻力系数 查工业锅炉房设计手册 l=0.02 l-管道长度m ,本设计取单位长度1m d -管道当量直径m，管道为圆形（d 为内径） dd v-烟气流速ms g-烟气平均重度0.74kgm 3 10.7411.22DP =0.02=4.22Pa m 0.222 除尘器出口到第一个弯头长度：0.5m 第一个弯头到第二个弯头之间长度：依照除尘器高取2.5m 第二个弯头到第三个弯头之间长度：取7.0m 第三个弯头后管道与引风机进气口之间长度：取0.5m 引风机出口到砖砌烟囱入口长度：取2m L=0.5+2.5+7.0+0.5+2=12.5m DP =DPL =4.2212.5=52.75Pa 63. 总烟气管道摩擦阻力损失 DP =DP +DP 3+DP +DP +DP +DP =146.69Pa 管123456第二节 烟囱设计及计算一、烟囱选择 依照锅炉蒸气排放量,这里取钢筋混凝土烟囱,高度为20m。工业锅炉房设计手册。 烟囱内衬：烟气温度400，用100号红砖，26号混凝土砂浆砌。 内衬高度：烟气温度250，内衬高度占烟囱全高1/3。 内衬厚度：烟囱底部7m以内一段厚度通常大于半砖，筒身与内衬之间应留有间隙，做成空气隔热层，其厚度通常为 50mm，筒身支撑地面烟囱基础上。烟囱底部没有清灰入孔，以作清灰及检修之用，依照烟囱大小，在烟囱底部应留有比水平烟道底部低0.51.0m左右积灰坑。二、烟囱中烟气在烟道中温度降 1、 烟气在烟道中温度降 （1） 除尘器出口烟气温度约为160； （2） 除尘器出口到烟囱入口温度降 Dt =2L=24C 1注：烟气在金属管中每米降温2，在烟道中每米降温0.5（工业锅炉房设计手册）。 2、 烟气在烟囱中温度降按下式计算 Dt =0.5H =0.520=10C 23、 烟囱出口烟气温度按下式计算 t =160-24-10=126C c4、 烟囱中烟气平均温度按下式计算 126+(160-24)t=131C 2 三、烟囱尺寸计算 1、 烟囱出口内径D 14Q (t+273) D = N c 13600273pvv-烟囱出口烟气流速ms 依照工业锅炉房设计手册流速通常为10-20ms，本设计取15ms. 41088.48(126+273)D =0.194m 1 3600273p15因考虑积灰而使截面缩小原因，通常应将出口直径适当加大，取0.2m 。 2、 烟囱入口直径（下口衬里最小内径） D =D +(0.0160.02)H （取0.02） 2 1 =0.2+0.0220=0.6m 3、 烟囱平均直径 D +D0.2+0.6D = 12 =0.4m 224、 烟囱阻力计算 （1） 、烟囱摩擦阻力 H gv2DP =l 7 D 2式中 l-烟囱摩擦阻力系数，钢筋混凝土烟囱l=0.0150.05，取0.04； H -烟囱高度m； D-烟囱平均直径m； v-烟囱内烟气平均流速ms； 1392.24v=3.08ms 3600pD 2 g-烟气平均重度0.74kgm 3 ； 20 0.743.082DP =0.04 =7Pa 70.42（2） 、烟囱出口阻力DP 8v2DP =z g 82式中 z-烟囱出口阻力系数z=1.0 v-烟囱出口处烟气流速ms g-烟气平均重度0.74kgm 3 152DP =1 0.74=83.25Pa 82（3） 、烟囱总阻力 DP=DP +DP =90.25Pa 烟囱78第三节 风机电机选型计算 一、 总阻力计算 1、 锅炉本身阻力锅炉本身阻力在100800Pa之间，取400Pa； 2、 省煤器阻力省煤器阻力通常为4060Pa，取50Pa； 3、除尘器阻力 电除尘器阻力通常在Pa300100，取Pa200； 4、总阻力损失为20050400+D+D=D烟囱管PPP Pa74.8862005040025.9049.146=+= 5、风量取h/m42.172632=Q。 二、选型 依照引风机风量和风压来选择风机，电机型号，通常选择风压稍大引风机，选择引风机同时必须考虑到当地气压和介质湿度对引风机特征修正。另外不能超出风机限定使用介质范围，按下表： 依照计算出风量，风压值能够从机械产品目录查出缴适宜风机型号。 风机参数 型号 名称 全压范围 Pa 风量范围hm3 功率范围kW 介质最高温度 Y6-41（3.5C） 锅炉引风机 588-1448 2962-841 1.5-2 200 适用范围：锅炉烟道排风，配用风机电机通常由风机生产厂配套供给。 第四章 预算 一、土建投资1A 序号 名称 价格（万元） 1 烟囱（砖） 0.9 2 炉膛 0.5 3 地基 0.5 二、 设备及器材费用A 序号 名称 价格（万元） 1 电除尘器 1.4 2 省煤器 0.63 Y6-41（3.5C）引风机 0.84 电机 0.6 5 电控柜 0.6 6 钢管、管夹、阀门 0.8 2三、 间接费 设计费用B =(A +A )6% =(1.9+4.8)6% =0.402万元 1 12设备管道电器安装费B =A 12% =4.812% =0.576万元 2 2设备运杂费B =A 3% =4.83% =0.144万元 3 2系统调试费B =A 4% =4.84% =0.192万元 4 2不可预见费B =A 10% =4.810% =0.48万元 5 2税金B =(A +A +B +B +B +B +B )3.86% =0.328万元 6 1212345B =B +B +B +B +B +B =2.12万元 123456四、 工程总造价 总造价=A +A +B =1.9+4.8+2.122 =8.82万元 12以上价格由全国统一安装工程算定额、全国建筑工程定额、江苏省建筑工程综合预算定额、江苏省单位估价表查得。 参考文件 1 郝吉明，马广大等编著.大气污染控制工程，北京：高等教育出版社. 2 Noel de Nevers主编.大气污染控制工程 (影印版) (第2版). 北京：清华大学出版社. 3 刘景良 主编.大气污染控制工程， 北京： 中国轻工业出版社. 4 粱丽明，彭林 著.城市大气有机物污染，北京： 煤炭工业出版社. 5 赵毅，李守信主编.有害气体控制工程，北京： 化学工业出版社. 6 林肇信主编. 大气污染控制工程， 北京：高等教育出版社.1991 7 美诺埃尔.德.内韦尔 著，胡敏，谢绍东等译.大气污染控制工程，北京：化学工业出版社.