大气污染控制工程课程设计文丘里除尘器

某小型燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计摘要：该设计主要为某小型燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计，设计耗煤量为203.8kg/h,分析锅炉烟气特点，排烟温度160℃,烟气密度：1.37kg/m3及排放要求后初步选择了文丘里除尘器，在燃烧锅炉中将产生大量含有二氧化碳和粉尘的烟气，该废气若不经处理直接排入大气，不仅会污染周围环境，而且导致了极大地原物料消耗，为此必须进行处理，故将从锅炉出来的烟气经过管道将其汇集通过风机的作用送入烟囱排入大气中。工艺流程包括换热器、管道、文丘里除尘器、风机电机等。关键词：烟气特点、锅炉、文丘里除尘器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：203.8kg/h。排烟温度：160℃空气过剩系数：α=1.25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；三设计目的要求设计烟尘浓度排放≤200mg/m3。本设计的目的在于进一步巩固和加深理解课程理论，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力，包括工程设计的基本方法和步骤，技术资料的查找与应用以及绘图能力的训练，综合运用本课程及其有关课程的理论知识解决工程中的实际问题。四设计要求（一）编制一份设计说明书，主要内容包括：1)引言2)方案选择和说明（附流程简图）3)除尘（净化）设备设计计算4)附属设备的选型和计算（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)注明参考文献和设计资料（二）绘制除尘（净化）系统平面布置图、立面布置图、轴测图（三）绘制除尘（净化）主体设备图除尘器名称适用的粒径范围（μm）效率（%）阻力（Pa）设备费运行费重力沉降室505050少少惯性除尘器20-5050-70300少少旋风除尘器5-1560-90800少中水浴除尘器1-1080-95600少中下卧式旋风水膜除尘器≥595-98800中中冲激式除尘器≥5951000中中上电除尘器0.5-190-9850多中上袋式除尘器0.5-195-991000中上大文丘里除尘器0.5-190-984000少大五设计内容5.1引言我国是以煤为主要能源的国家。随着国民经济的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主。因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和SO2危害的关键问题。5.2方案的选择及说明5.2.1除尘器性能指标除尘器性能指标包括技术性能指标和经济性能指标，其中，前者包括含尘气体处理量、除尘效率、阻力损失，后者包括总费用（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用及研发的依据。各种除尘设备的基本性（表5-1）5.2.2除尘器的选择在选择除尘器过程中，应全面考虑一下因素：（1）除尘器的除尘效率（各种除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率见表1）；（2）选用的除尘器是否满足排放标准规定的排放浓度；（3）注意粉尘的物理特性（例如黏性、比电阻、润湿性等）对除尘器性能有较大的影响另外，不同粒径粉尘的除尘器除尘效率有很大的不同；（4）气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的出净化设备，去除粗大粉尘，以使设备更好地发挥作用；（5）气体温度和其他性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素；（6）所捕集粉尘的处理问题；（7）设备位置，可利用的空间、环境条件等因素；（8）设备的一次性投资（设备、安装和施工等）以及操作和维修费用等经济因素。综合考虑对除尘效率的要求、水泥的性质及经济成本等宜选用文丘里除尘器。5.3设计依据和原则5.3.1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》（GB4915-2004）（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）5.3.2原则本设计遵循如下原则进行工艺路线的选择及工艺参数的确定：（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）采用成熟、合理、先进的处理工艺，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，具有适当的安全系数，各工艺参数的选择略有富余，并确保处理后的尾气可以达标排放；（5）在设计中采用耐腐蚀设备及材料，以延长设施的使用寿命；（6）废气处理系统的设计考虑事故的排放、设备备用等保护措施；（7）工程设计及设备安装的验收及资料应满足国家相关专业验收技术规范和标准。5.4管道设计计算5.4.1基本数据锅炉型号：FG-35/3.82-M型（35t蒸气/h）；设计耗煤量：203.8kg/h；排烟温度：160℃；空气过剩系数：α=1.25；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；烟气其他性质按空气计算；排灰系数28%，按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准执行：标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3。煤的工业分析（无烟煤）：C：84.9%、H：3.19%、S：0.27%、O：1.07%、N：0.76%、水分：8.80%、灰分：1.01%。5.4.2烟气排放量以及组成表5-2烟气排放量及组成CO2H2OSO2N2C84970.7570.7570.75000.00H31.931.907.975015.9500.00O10.70.67-0.3343750000.00N7.60.5400000.27S2.70.080.08000.080.00H2O884.89004.8900.00灰分10.10总和78.4870.7520.840.080.27产生烟气量（mol）各组分质量mol需O2量（mol）上表以1kg煤为基准计算理论需氧量：70.75+7.975+0.084-0.335=78.474mol理论空气量：78.474×（3.76+1）=373.54mol实际空气量：373.54×1.25=466.93mol过剩空气量:466.93－373.54=93.39mol其中N2:78.474×3.76=295.06mol理论烟气量：70.75+20.84+0.08+0.27=91.94mol则总烟气量=烟气+过剩空气=(91.94+295.06+93.39)×22.4×0.001=10.76m3乘以用煤量：10.76×203.8=2192.89m3/h=0.61m3/s1kg烟气中灰分：10.1×28％=2.828g2.828×203.8=576.35g/h=0.16g/s烟气含尘浓度：0.16/0.61=0.26g/m35.4.3管道计算（1）除尘系统工艺流程图（2）管道直径的确定管段（1-2）312433.150.610.97273.15Qm锅炉换热器除尘器风机烟囱查设计手册取管道中气速v=12m/s，可得d1-2=vQ4=40.970.32m3.1412根据实际管道情况，管道内为气体如果速度小于12m,则有粉尘堵塞管道，为保证速度不小于12，取d1-2=0.28m实际流速22440.9715.76/3.140.28QVmsd实管段（3-4）标况下温度为120℃，即T=393.15K334393.150.610.88273.15Qm取气体流速12m/s，d3-4=vQ4=40.880.31m3.1412管道取一致，取d5-6=0.28m实际流速22440.8814.30/3.140.28QVmsd实管段（5-6）标况下温度为80℃，即T=353.15K356353.150.610.79273.15Qm取气体流速12m/s，d5-6=vQ4=40.790.29m3.1412管道取一致，取d5-6=0.28m实际流速22440.7912.84/3.140.28QVmsd实管段（7-8）标况下温度为80℃，即T=353.15K378353.150.610.79273.15Qm取气体流速12m/s，d5-6=vQ4=40.790.29m3.1412管道取一致，取d7-8=0.28m实际流速22440.7912.84/3.140.28QVmsd实列表为（表5-3）：管段温度气体流速计算管径(m)标况下实际中℃（K）K（m/s）（取管道规格）1—21.205160433.15120.342—31.177150423.15120.343—41.122130403.15120.344—51.122130403.15120.34烟气0.76管段气体体积m3/s5.4.4管道压力损失的计算5.4.4.1摩擦阻力损失流体力学原理，气体流经断面性状不变的直管时，圆形管道的摩擦阻力可按下式计算22dLPL式中△PL—一定长度管道的摩擦阻力，PaL—直管道的长度，mλ—摩擦阻力系数，无量纲d—圆形管道内直径，mρ—管内气体的密度，kg/m3υ—管内气体的平均风度，m/s烟气密度211VVg根据已知的数据：煤气在标况下的密度3/37.1mkg160℃时，烟气密度3/86.0mkg120℃时，烟气密度30.95/kgm80℃时，烟气密度31.06/kgm80℃时，烟气密度31.06/kgm管段1～2，在操作条件下3/k86.0mgg，10,0.28,15.76/,0.012Lmdmvms（镀锌管）2212100.8615.760.01245.7720.282gvLpPad管段3～4在操作条件下30.95k/ggm，10,0.28,14.3/,0.012Lmdmvms（镀锌管）2234100.9514.30.01241.6320.282gvLpPad管段5～6，在操作条件下31.06k/ggm15,0.28,12.84/,0.012Lmdmvms（镀锌管）2256151.0612.840.01256.1720.282gvLpPad管段7～8在操作条件下31.06k/ggm5,0.28,12.84/,0.012Lmdmvms（镀锌管）225651.0612.840.01218.7220.282gvLpPad整理数据表格如下（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1-20.611.370.970.860.0121015.7645.773-40.880.950.0121014.341.635-60.791.060.0121512.8456.177-80.791.060.012512.8418.72总摩擦压力损失为：45.7741.6356.1718.72162.29PPPa5.4.4.2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22gP式中△P—气体的管道局部压力损失，Paξ—局部阻力系数管道1～2，弯头2个ξ1=ξ2=0.18则20.8615.76(0.180.18)38.45Pa2wP管道3～4，弯头2个ξ1=ξ2=0.18则20.9514.3(0.180.18)34.97Pa2wP管道5～6，弯头3个ξ1=ξ2=0.18则21.0612.84(30.18)47.18Pa2wP管道7～8，无弯头，故无局部阻力损失5.4.4.3系统的压力损失摩擦阻力损失△PL总=45.77+41.63+56.17+18.72=162.29Pa局部阻力损失△Pw总=38.45+34.97+47.18=120.6Pa除尘器压损△Pc=3230+570=3800Pa（文丘里管和脱水器两部分）总压力损失△P=△PL总+△Pw总+△Pc=162.29+120.6+3800=4082.89Pa5.5换热器