火電站煙道氣脫硫-畢業(yè)設(shè)計.doc

理工學院畢 業(yè) 設(shè) 計學生姓名： 學 號： 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 題 目： 火電廠煙道氣脫硫?qū)嶒炑b置設(shè)計 指導(dǎo)教師： 任歐旭(講師) 評閱教師： 朱玉峰(教授) 2012年6月 畢 業(yè) 設(shè) 計 中 文 摘 要對噴動床技術(shù)在煙氣脫硫中的應(yīng)用和最新進展進行了綜述，敘述了噴霧-噴動床半干法煙氣脫硫的基本原理、優(yōu)缺點、影響脫硫的因素等。提出了一種了一種新型的噴霧噴動床半干法煙氣脫硫技術(shù)，用濃度較稀的石灰漿漿做脫硫劑。此項脫硫技術(shù)具有脫硫率高、煙氣處理量大、脫硫劑利用率高、污染小、操作維護簡單等優(yōu)點。特別適合于中小型燃煤鍋爐煙氣脫硫。此項技術(shù)目前還處于實驗階段，并未應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),但非常有前景。為了實驗研究和教學演示，設(shè)計了一套噴霧噴動床半干法煙氣脫硫?qū)嶒炑b置。該裝置由噴動床、加熱器、旋風除塵器、袋式除塵器、漿料槽以及其它附屬設(shè)備組成。在本實驗裝置可以測試進氣溫度、氣體流速、噴動床層高度、鈣硫比等因素對脫硫效率的影響，還可以做煙氣脫硫的演示實驗。關(guān)鍵詞 煙氣脫硫 噴動床 半干法 噴動床層高度畢 業(yè) 設(shè) 計 外 文 摘 要Title Design of the Experiment Device for Flue Gas Desulfurization AbstractSpouted bed in the flue gas desulfurization and the latest developments were reviewed, which described the spray-the basic principles of spouted bed semi-dryflue gas desulfurization, the advantages and disadvantages of factors affect the desulfurization.A new semi-dry desulfurization using spray spouted bed was introduced in the paper. Concentration ofdilute lime slurry desulfurization agent.The desulfurization technology had the desulfurization rate,flue gas handling large amount of sorbent utilization, pollution, simple operation and maintenance advantages. This technology was still at an experimental stage, had not been applied to industrial production. Particularly suitable for small and medium-sized coal-fired boiler flue gas desulfurization. For experimental research and teaching presentations designed a spray spouted bedsemi-dry flue gas desulfurization experimental device The device by the spouted bed, heater, cyclone, baghouse, slurry tanks and ancillary equipment The device could be testedin this experiment the intake air temperature, gas flow, spoutedbed height, Ca/S ratio and other factors on the desulfurization efficiency, and could do the flue gas desulfurization demonstration experiments.Key Words semi-dry spouted bed flue gas desulfurization spouting height 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第頁 共頁目錄1 緒論 11.1 國內(nèi)火電廠脫硫現(xiàn)狀 11.2 脫硫方法 11.3 除塵 21.4 防腐 32 工藝計算 42.1 加熱 42.2 加壓 42.3 脫硫劑的制備與輸送 42.4 噴動床中的反應(yīng) 42.5 噴動顆粒的選擇 52.6 本裝置的作用 52.7 SO2質(zhì)量流量的計算 52.8 石灰水質(zhì)量流量的計算 63 設(shè)備計算 83.1 噴動床的計算 83.2 旋風除塵器的設(shè)計203.3 袋式除塵器的設(shè)計253.4 電加熱器的設(shè)計273.5 管道設(shè)計364 設(shè)備選型 404.1 壓縮機的選型404.2 泵的選型40結(jié)束語 42致謝 43參考文獻 44 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 47 頁 共44頁1 緒論1.1 國內(nèi)火電廠脫硫現(xiàn)狀近年來，我國煤炭年消耗量約為1.2109t，SO2年總排放量超過2107t，均居世界首位。我國電力工業(yè)以燃煤發(fā)電為主。燃煤發(fā)電量占全國總發(fā)電量的70%左右。目前，我國電力工業(yè)燃煤發(fā)電廠排放的SO2約占煤炭燃燒SO2總排放量的40 %左右。燃煤發(fā)電廠已成為我國大氣SO2污染的第一大污染源。控制燃煤發(fā)電廠大氣SO2污染，對控制我國大氣SO2污染具有重要的意義。我國能源以煤為主，優(yōu)質(zhì)煤較少。近年來石油自給率下降，清潔能源危機依然存在。在相當長的時期內(nèi)，煤炭是我國燃煤發(fā)電廠主要燃料的格局不會改變?？刂迫济喊l(fā)電廠SO2污染的主流技術(shù)和有效措施仍是煙氣脫硫技術(shù)。我國燃煤發(fā)電廠煙氣脫硫研究及開發(fā)始于20世紀70年代初，開展了活性炭、噴霧干燥、磷銨復(fù)合肥法、爐內(nèi)噴鈣、石灰石流化床等多種煙氣脫硫試驗。但由于技術(shù)、經(jīng)濟等原因，這些試驗研究一直未能工業(yè)化。為了適應(yīng)日益嚴格的大氣污染防治法規(guī)捧放標準的要求，20世紀90年代我國從國外引進了煙氣脫硫技術(shù)，建立了煙氣脫硫示范工程，為我國今后煙氣脫硫的規(guī)?；l(fā)展，進行了嘗試和探索。研究及開發(fā)燃煤發(fā)電廠煙氣脫磽技術(shù)，要適合我國國情開發(fā)有針對性和較強應(yīng)用前景的核心技術(shù)，發(fā)展具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的煙氣脫硫技術(shù)，是我國煙氣脫硫技術(shù)及設(shè)備國產(chǎn)化的必經(jīng)之路1。1.2 脫硫方法煙氣脫硫方法很多，但歸納起來可分為3種，即濕法、半干法和干法。1.2.1 濕法脫硫濕法脫硫技術(shù)應(yīng)用最為廣泛世界上絕大多數(shù)脫硫設(shè)備都采用此技術(shù)。濕法工藝是以石灰石細粉加水作吸附劑，噴入吸收塔中，煙氣經(jīng)吸收液洗滌，其中的二氧化硫與碳酸鈣反應(yīng)生成亞硫酸鈣，在氧化槽中氧化為硫酸鈣。濕法脫硫技術(shù)成熟、效率高、系統(tǒng)可靠，但此法投資大運行費用高且有二次污染。1.2.2 干法脫硫干法脫硫工藝是把石灰石細粉噴入爐膛中，使其受熱分解生成氧化鈣，吸收煙氣中的二氧化硫，生成的硫酸鈣與飛灰一起在除塵器收集。干法脫硫投資小、操作簡單、腐蝕小、運行費用低，但吸附劑利用率低、脫硫效率也低。1.2.3 半干法脫硫半干法脫硫用石灰乳作吸收劑，反應(yīng)在氣、液、固三相中進行，利用煙氣顯熱蒸發(fā)吸附劑中的水分，使最終產(chǎn)物為干粉狀，再用旋風分離器或袋式除塵器或兩者均有回收。半干法煙氣脫硫因為不需要固體和廢水處理，投資和運行成本低， 又具有較高的脫硫率，克服了濕法和干法的缺點，發(fā)揚了其長處，為脫硫技術(shù)發(fā)展提供了一條可行之路。半干法脫硫包括噴霧干燥法脫硫、循環(huán)流化床脫硫、半干半濕法脫硫、粉末顆粒噴動床脫硫、煙道噴射脫硫、噴霧噴動床脫硫等。下面主要介紹循環(huán)流化床脫硫和噴霧噴動床脫硫。循環(huán)流化床脫硫循環(huán)流化床（CFB)煙氣脫硫工藝是由德國魯奇公司于20世紀80年代后期開發(fā)的一種新型半干法技術(shù)。該工藝以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ),是一種基于流態(tài)化的脫硫工藝。循環(huán)硫化床脫硫的主要優(yōu)點:(1)系統(tǒng)簡單,運行可靠；(2)工程投資少, 占地面積??；(3)處理后的煙氣可直接排出,無需加熱；(4)系統(tǒng)基本不存在腐蝕問題,可用碳鋼制作；(5)可處理高、中、低硫煤,適用范圍廣；(6)無廢水排出,對環(huán)境污染小。循環(huán)流化床脫硫的主要缺點:(1)流化床的出塔煙氣溫度應(yīng)嚴格控制,一般操作溫度高于露點溫度的1520。另外要維持較高的脫硫率, 必須在露點溫度附近操作,如果操作不慎則會造成系統(tǒng)的粘壁阻塞和結(jié)露；(2)脫硫后的產(chǎn)物為CaSO3、CaSO4、未反應(yīng)的CaO與飛灰的混合物, 綜合利用受到一定的限制；(3)循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)的阻力大, 煙氣一次性經(jīng)過循環(huán)流化床的停留時間短；(4)循環(huán)流化床很難流化Geldart顆粒分類法的C類粒子,并且運行的穩(wěn)定性不好。循環(huán)流化床煙氣脫硫已經(jīng)工業(yè)化,國內(nèi)近年來的發(fā)展主要是致力于和其它技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用,如結(jié)合煙氣懸浮技術(shù)而開發(fā)的循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)等。這些脫硫技術(shù)無一例外都增大了脫硫反應(yīng)表面積,提高了脫硫率和脫硫劑利用率2。噴霧噴動床脫硫噴霧噴動床脫硫法利用噴動床結(jié)構(gòu)簡單、傳質(zhì)傳熱效率高等特點,同時融合了噴霧脫硫及噴動床流態(tài)化技術(shù)的優(yōu)點,該法是將噴動床內(nèi)加入直徑為1mm3mm的剛玉球顆粒,吹入模擬的高溫煙氣使粒子處于噴動狀態(tài),當床內(nèi)噴動穩(wěn)定后,開料液泵輸送一定濃度Ca(OH)2漿液,漿液由噴嘴噴出,噴出的液滴成霧狀與SO2氣體在噴動床中進行反應(yīng)。由于加入顆粒,增大了反應(yīng)接觸表面積,反應(yīng)后的CaSO4粒子在碰撞中脫落,被吹出噴動床,在高效除塵器中實現(xiàn)分離。此技術(shù)工藝流程簡單、脫硫產(chǎn)物是干態(tài)粉末,無灰水的二次污染3。1.3 除塵脫硫之后，在噴動床內(nèi)的氣、液、固反應(yīng)結(jié)束后模擬煙氣將脫硫劑干燥，Ca(OH)2與SO2反應(yīng)生成物和未反應(yīng)的Ca(OH)2均成為粉末狀，會形成大量粉塵，粉塵對人體危害很大，所以必須要除塵?；痣姀S脫硫除塵下主要用旋風除塵器和袋式除塵器。1.3.1 袋式除塵器袋式除塵是使含塵氣體通過濾袋材料 ，達到分離氣體中固體粉塵的一種除塵方法。袋式除塵技術(shù)的優(yōu)點是除塵效率高。通常在實驗室里測試效率可高達99.99%，在實際應(yīng)用中除塵效率也能達到99.99%。袋式濾袋除塵技術(shù)可對亞微米粒徑的細塵有較高的分級除塵效率；處理氣體量的范圍大，并能處理含塵濃度非常高的氣體，經(jīng)袋式除塵器過濾后的煙氣含塵濃度一般都低于30mg/m3,有的甚至在10mg/m3以下；對粉塵的特性不敏感，不受粉塵比電阻的影響；結(jié)構(gòu)簡單，操作維護方便，運行費用較低。隨著新濾料材料的開發(fā)，運行溫度可提高為160200，甚至更高。濾袋式除塵技術(shù)有以下缺點：體積與占地面積較大；阻力較大；對濾袋質(zhì)量有嚴格要求，若濾袋破損率高，使用壽命短，則運行費用將大大增加對于溫度較高、濕度較大或帶黏性的粉塵和有腐蝕性的氣體在選用濾料時要慎重。1.3.2 旋風除塵器旋風除塵是利用離心力來凈化含塵氣體的一種除塵方法。其原理簡單，技術(shù)易于掌握，應(yīng)用廣泛，其優(yōu)點是：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，無運動部件，不需特殊的附屬設(shè)備，占地面積小，制造、安裝容易；操作維修簡便，運行、維護費用低、投資較少；操作彈性大，性能穩(wěn)定，不受含塵氣體濃度、溫度的限制。存在的問題是：除塵效率低，設(shè)備磨損嚴重，下灰口堵塞。1.4 防腐由于煙氣中存在著大量二氧化硫和其它腐蝕介質(zhì)，煙氣脫硫裝置時時承受著化學介質(zhì)的侵蝕。故需采用相應(yīng)的防腐措施，來提高裝置的安全性和使用壽命。設(shè)備防腐防腐可以從以下兩方面入手：1.4.1 合理選材合理選材需綜合考慮設(shè)備所處介質(zhì)、溫度和壓力情況。高溫時需考慮材料的熱強度和熱脆性。在設(shè)計時可參考腐蝕手冊中常用介質(zhì)選材圖和腐蝕圖。本設(shè)計采用不銹鋼材料。1.4.2 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計裝置時，采用的結(jié)構(gòu)應(yīng)避免引起電偶腐蝕、縫隙腐蝕、沖刷腐蝕、應(yīng)力腐蝕等，如避免裝置中出現(xiàn)死角引起積聚沉淀物的腐蝕；底部出口必須排凈殘夜，以防止殘留液的腐蝕等。2 工藝計算1 鼓風機 2、7、8、9、10、14、17、19 閥門 3、13、18 轉(zhuǎn)子流量計 4 電加熱器5 U型壓差計 6 吸收塔 11 旋風除塵器 12 袋式除塵器 15 漿料槽 16 泵 20 SO2氣罐圖2.1噴霧噴動床半干法煙氣脫硫?qū)嶒炑b置示意圖本實驗由空氣壓縮機、轉(zhuǎn)子流量計、電加熱器、U型壓差計、脫硫塔、SO2儲氣瓶、旋風除塵器、袋式除塵器、漿料槽、泵和閥門組成。SO2在模擬煙氣中的質(zhì)量分數(shù)為0.15%。煙氣溫度用熱電偶溫度計測量，由溫度采集系統(tǒng)自動完成，氣體流量由轉(zhuǎn)子流量計測量，脫硫劑用石灰石。2.1 加壓由于管路阻力損失、噴動床和除塵器的壓力降，所以氣體需先用風機機加壓再進入管路（我國規(guī)定的風機標準進氣狀態(tài)為：壓力p1=0.1MPa，溫度T=20，相對濕度f =50%，空氣密度為=1290g/m3）。設(shè)計任務(wù)書給出進氣壓力0.2MPa、進氣流量2m3/min。2.2 加熱一般火電廠排出的煙氣溫度較高，故模擬煙氣經(jīng)風機加壓后，需再經(jīng)電加熱器將其加熱到130，然后和SO2儲氣瓶中放出的SO2混合模擬煙氣。2.3 脫硫劑的制備與輸送將石灰石投入漿料槽與水混合制成質(zhì)量分數(shù)為10%的稀溶液制成脫硫劑，再由漿料泵將其從漿料槽抽出，從頂部脫硫塔由頂部送入脫硫塔由噴頭噴出，與模擬煙氣反應(yīng)，其流量由轉(zhuǎn)自流量計測得。2.4 噴動床中的反應(yīng)在噴動床中的反應(yīng)主要分為以下4步進行4：漿液噴散階段。脫硫劑(Ca(OH)2漿液)噴入噴動床中，分散在顆粒（剛玉球）表面，與SO2氣體發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)式如下：SO2 + Ca(OH)2(l) CaSO3H2O + H2O 反應(yīng)干燥階段。粘附在媒體粒子表面的脫硫劑在于SO2氣體反應(yīng)的同時不斷被干燥，干燥的脫硫劑在潮濕的環(huán)境中仍然與SO2氣體反應(yīng)，這一階段的反應(yīng)如下：SO2 + Ca(OH)2(s) + H2O CaSO3H2O + H2O SO2 + Ca(OH)2(l) CaSO3H2O + H2O碰撞脫落階段。脫硫劑在顆粒的相互碰撞中不斷從粒子表面脫落成粉末，更新后的脫硫劑表面與SO2氣體繼續(xù)發(fā)生如下反應(yīng)：SO2 + Ca(OH)2(s) + H2O CaSO3H2O + H2O氧化吹除階段。CaSO31/2H2O與空氣中的O2繼續(xù)反映，氧化成CaSO42H2O，反應(yīng)后熱空氣將干燥的CaSO4粉末帶進除塵器。這一階段發(fā)生的反應(yīng)如下：SO2 + Ca(OH)2(s) + H2O CaSO3H2O + H2OCaSO3H2O + H2O + O2 CaSO42H2O 2.5 噴動顆粒的選擇噴動顆粒剛玉球在床層底部，裝置工作時噴出，噴動顆粒剛玉球同時受到上升氣流和下降漿液的作用，氣速高于某一值后，剛玉球會從中心區(qū)上升、噴動并接觸下降的漿液，在到達一定高度后下降，形成環(huán)狀區(qū)。霧化的液滴裹在顆粒上，增大了氣、液、固接觸面積，延長了反應(yīng)時間。本設(shè)計選用3mm剛玉球作為噴動介質(zhì)，密度為2350kg/m3。噴動床壓降由U形管壓差計測量。因為在實際情況下的煙氣不排除有常溫進入脫硫塔的可能，所以在實驗中，脫硫設(shè)備由冷態(tài)和熱態(tài)兩個噴動床組成，分別做冷態(tài)和熱態(tài)情況下的脫硫?qū)嶒灐?.6 本裝置的作用 可以測試進氣溫度、氣體流速、靜態(tài)床層高度、鈣硫比等因素對脫硫效率的影響?？商峁┙虒W演示實驗，更直觀的了解煙氣脫硫過程。2.7 SO2質(zhì)量流量的計算由已知條件脫硫塔的進氣流量為Q2=2m3/min、環(huán)境壓力p1=0.1MPa、設(shè)計壓力環(huán)境p2=0.2MPa、溫度與從壓縮機出來未加熱時的氣體溫度相等，即T1=T2=20。標準狀態(tài)下空氣密度為=1290g/m3。將Q2換算到標準狀態(tài)： (2-1)式中：p1環(huán)境壓力，MPa； p2設(shè)計壓力，MPa； T1環(huán)境溫度，； T2壓縮機出來未加熱時的氣體溫度，； V1操作狀態(tài)下氣體體積，m3； V2標準狀態(tài)下氣體體積，m3； R常數(shù)8.31。上式可簡化為： p1 Q1= p2 Q2 (2-2)式中：Q1標準狀態(tài)下的進氣流量，m3/min；Q2脫硫塔進氣流量，m3/min。由(22)式得標準狀態(tài)下的空氣進氣量Q1為： =4m3/min空氣質(zhì)量流量G1： G1= Q1 (2-3)式中：G1空氣質(zhì)量流量，g/min； 標準狀態(tài)下空氣密度，g/m3。 G1=41290=5160 g/minSO2的質(zhì)量流量G1： G2 =G10.15% (2-4)式中：G2 SO2的質(zhì)量流量，g/min。 G2 =51600.0015=7.74 g/min2.8 石灰水質(zhì)量流量的計算設(shè)消石灰的質(zhì)量流量為G,則此反應(yīng)方程式為： SO2 + Ca(OH)2 CaSO3H2O + H2O 64 74 G 7.74 G= =6.69 g/min考慮脫硫過程Ca(OH)2應(yīng)過量，本設(shè)計取Ca/S=1.4，所以石灰水質(zhì)量流量G3：G3=1.4 (2-5)式中：G3石灰水質(zhì)量流量，g/min。G3=1.4=1.4 =93.2g/min 考慮在做Ca/S對脫硫效率的影響實驗時，取Ca/S最大值為1.8，則石灰水最大質(zhì)量流量為：G4=1.8式中：G4石灰水最大質(zhì)量流量，g/min。G4=1.8=120.4 g/min3 設(shè)備計算3.1 噴動床的計算3.1.1 噴動床的概述噴動床技術(shù)是流態(tài)化技術(shù)的一個分支，最早出現(xiàn)于20世紀50年代中期，創(chuàng)始人是加拿大的Gisher P E和印度的Mathur K B，起初用于干燥顆粒狀、流動性較好的小麥?，F(xiàn)在，噴動床可用于許多固體物料的處理，如大顆粒物料的干燥、造粒、涂敷、非均相反應(yīng)、煤的碳化和氣化、加熱或冷卻等領(lǐng)域5。噴動床技術(shù)經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展已日漸成熟，具有了很多類型。傳統(tǒng)柱錐型噴動床是最典型的，目前脫硫裝置也主要是利用這種噴動床進行研究。圖1是一個典型傳統(tǒng)柱錐型噴動床的示意圖。柱錐形的噴動床內(nèi)裝有相對粗大的顆粒(一般粒徑dp1mm)。流體(通常是氣體)經(jīng)由位于園錐形底部中心處的一個小孔(噴嘴或孔板)垂直向上射人，形成一個隨流體流速的增高而逐漸向上延仲的射流區(qū)。當流體噴射速率足夠高時，該射流區(qū)將穿透床層而在顆粒床層內(nèi)產(chǎn)生一個迅速穿過床層中心向上運動的稀相氣固流栓(稱為噴射區(qū)一Spout)。當這些被流體射流夾帶而高速向上運動的粒子穿過環(huán)繞其四周緩慢向下移動的顆粒床層(稱之為環(huán)隙區(qū)一Annulus)而升至高過床層表面的某一高度時，由于流體速度的驟然減低，顆粒會像噴泉一樣因重力而回落到環(huán)隙區(qū)表面而形威噴泉區(qū)(Fountain)。這些回落顆粒沿環(huán)隙區(qū)緩慢向下移動至床層下部，然后又滲入噴射區(qū)被重新夾帶上來而形成顆粒的極有規(guī)律的內(nèi)循環(huán)。種具有稀相噴射區(qū)、密相環(huán)隙區(qū)、噴泉區(qū)3區(qū)流動結(jié)構(gòu)的流動現(xiàn)象就是噴動現(xiàn)象，如圖2所示6。 圖1 柱錐型噴動床基本結(jié)構(gòu)示意圖 圖2 噴動床三區(qū)流動結(jié)構(gòu)示意圖3.1.2 噴動床結(jié)構(gòu)設(shè)計1 筒體筒體的工作壓力p=0.2MPa，取設(shè)計壓力pc=0.3MPa，溫度t=150，筒體內(nèi)徑選Di=200mm，由于裝置內(nèi)的介質(zhì)有一定的腐蝕性，所以應(yīng)選用耐腐蝕材料，本設(shè)計筒體選用06Cr19Ni10，腐蝕裕量取C2=1.0mm，筒體采用雙面焊對接接頭100%無損檢測，焊接接頭系數(shù)=1.0，查表7 06Cr19Ni10在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力t=103MPa。則筒體厚度為： (3-1)式中：圓筒計算厚度，mm；pc設(shè)計壓力，MPa； Di圓筒內(nèi)徑，mm； 焊接接頭系數(shù)，無量綱； t設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa。=0.29mm設(shè)計厚度： (3-2)式中：d圓筒設(shè)計厚度，mm；C2腐蝕裕量，mm。d=0.29+1 =1.29mm取鋼板的厚度負偏差C1=0，d+ C1=1.29mm，圓整到鋼板厚度規(guī)定值，則筒體的名義厚度n=4mm。筒體有效厚度： (3-3)式中：e圓筒有效厚度，mm；n圓筒名義厚度，mm；C1鋼板的厚度負偏差，mm。e=4-0-1 =3mm當已知圓筒尺寸Di、e，需對圓筒進行強度校核，其強度判別式為 (3-4)式中：t設(shè)計溫度下圓筒的計算應(yīng)力，MPa。 =10.15103 式子成立，所以圓筒的強度夠用。因此圓筒的最大允許工作壓力pw為 (3-5)式中：pw圓筒的最大允許工作壓力，MPa。 =3.04 MPapw pc=0.3 MPa，故名義厚度n=4mm合適。2 封頭與法蘭計算選型與結(jié)構(gòu)尺寸平蓋封頭結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但在同樣直徑、壓力下所需的厚度最大，因此一般用于小直徑和壓力低的容器。本設(shè)計選用圓形平蓋封頭。環(huán)境壓力p1=0.1MPa，筒體內(nèi)壓力p2=pc=0.3MPa，t=150，腐蝕裕量與筒體一致取C2=1mm，焊接接頭系數(shù)=1；封頭和法蘭材料選用與筒體相同的06Cr19Ni10，故許用應(yīng)力t=103MPa，螺栓材料選用Q235-A鋼，墊片材料選用中壓石棉橡膠板7，腐蝕裕量取C2=1mm。墊片外直徑D=250mm，內(nèi)直徑d=201mm，厚度=3mm，法蘭外直徑Dof=310mm。螺栓規(guī)格為M16，中心圓直徑Db=280mm。封頭計算圓形平蓋封頭的計算厚度p： (3-6)式中：p圓形平蓋封頭的計算厚度，mm；Dc平蓋封頭計算直徑，mm； K平蓋封頭系數(shù)，無量綱,查表7為0.25； 焊接接頭系數(shù)，無量綱； pc設(shè)計壓力，MPa。 =5.61mm取鋼材厚度負偏差取C1=0.6mm，腐蝕裕量C2=1.0mm。p+ C1+ C2=7.21mm圓整后平蓋封頭的名義厚度取n=8mm。墊片計算查表7得墊片系數(shù)m=2，比壓力y=11MPa，墊片寬度N： N=0.5(Dd) (3-7)式中：D墊片外直徑，mm； d墊片內(nèi)直徑，mm。 N=0.5（250201） =24.5mm墊片基本密封寬度bo：bo=0.5N (3-8)式中：bo墊片基本密封寬度，mm； N墊片寬度，mm。 bo=0.524.5 =12.3mm墊片有效密封寬度b，bo=12.3mm6.4，所以 (3-9)式中：b墊片基本密封寬度，mm。 =8.87mm墊片壓緊力作用中心圓直徑DG，bo=12.3mm6.4，所以：DG=D2b (3-10)式中：DG墊片壓緊力作用中心圓直徑，mm。DG=25028.87 =232.26mm操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力Fp： Fp=2DGbmpc (3-11)式中：m墊片系數(shù)，無量綱； Fp操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，N。Fp=23.14232.268.8720.3 =7.76103N預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力Fa： Fa=DGby (3-12)式中：Fa預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，N； y比壓力，MPa。Fa=3.14232.268.8711 =7.12104N螺栓設(shè)計螺栓材料選用Q235-A，查表7得常溫下螺栓材料許用應(yīng)力b=87MPa，設(shè)計溫度下許用應(yīng)力=74MPa。規(guī)格M16，查得其最小截面積S=150.3mm。螺栓載荷計算預(yù)緊時的螺栓最小載荷Wa=Fa=7.12104N操作時的螺栓最小載荷Wp：Wp=2DGbmpc+0.25DG2pc (3-13)式中：Wp操作時的螺栓最小載荷，N。Wp=23.14232.268.8720.30.253.14232.2620.3 =2.05104N 螺栓總截面積Am預(yù)緊狀態(tài)下，需要的最小螺栓總面積： (3-14)式中：Aa預(yù)緊狀態(tài)下，需要的最小螺栓總面積，mm2；b常溫下螺栓材料許用應(yīng)力，MPa；Wa預(yù)緊時的螺栓最小載荷，N。 =818.39mm2操作狀態(tài)下，需要的最小螺栓總面積： (3-15)式中：Ap操作狀態(tài)下，需要的最小螺栓總面積，mm2； 操作狀態(tài)下螺栓材料許用應(yīng)力，MPa； Wp操作時的螺栓最小載荷，N。=277.03mm2螺栓總截面積Am取Aa與Ap較大值，所以Am=818.39mm2。需要螺栓個數(shù) (3-16)式中：Am需要的螺栓總截面積，mm2； S螺栓最小截面積，mm2。 =5.4考慮到相鄰螺栓的最小弧間距和螺栓孔的加工，取螺栓數(shù)量n=8。法蘭計算厚度計算法蘭選用06Cr19Ni10，腐蝕裕量取C2=1.0mm，查表得常溫下許用應(yīng)力f=137MPa，設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力t=103MPa。法蘭操作力矩Mp： (3-17)式中：Mp法蘭操作力矩，Nmm；FD作用于法蘭內(nèi)截面上的流體壓力引起的軸向力，N； FG窄面法蘭墊片壓緊力，N； FT流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)截面上的流體壓力引起的軸向力之差，N； LD螺栓中心至FD作用位置處的徑向距離，mm；LG螺栓中心至FG作用位置處的徑向距離，mm；LT螺栓中心至FT作用位置處的徑向距離，mm。作用于法蘭內(nèi)截面上的流體壓力引起的軸向力：FD=0.25Di2pc (3-18)式中：pc設(shè)計壓力，MPa； Di圓筒內(nèi)徑，mm；FD=0.253.1420020.3 =9.42103N螺栓中心至FD作用位置處的徑向距離LD:LD=0.5(Db-Di) (3-19)式中：Db螺栓中心圓直徑，mm； Di筒體直徑，mm。LD=0.5(280-200)=40mm窄面法蘭墊片壓緊力FG：FG=FP=7.76103N螺栓中心至FG作用位置處的徑向距離LG:LG=0.5(Db-DG) (3-20)=0.5(280-232.26)=23.87mm流體壓力引起的總軸向力F：F=0.25DG2pc (3-21)式中：F流體壓力引起的總軸向力，N。F=0.253.14232.2620.3 =1.27104N流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)截面上的流體壓力引起的軸向力之差FT：FT=F-FD (3-22) =1.27104-9.42103 =3.28103N螺栓中心至FT作用位置處的徑向距離LT：LT=0.5(LD+ LG) (3-23) =0.5(40+23.87) =31.94mm可得：Mp=9.4210340+7.7610323.87+3.2810331.94 =6.67105Nmm螺栓實際使用面積Ab：Ab=Sn =150.38 =1202.4mm2預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷W1： (3-24)式中：Ab螺栓實際使用面積，mm2；W1預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷，N；b常溫下螺栓材料許用應(yīng)力，MPa。 87 =8.80104N操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷W2：W2=Wp=2.05104N螺栓設(shè)計載荷W，取W1與W2的最大值，所以W=W1=8.80104N法蘭預(yù)緊力矩Ma：Ma=WLG (3-25)式中：W螺栓設(shè)計載荷，N； Ma法蘭預(yù)緊力矩，NmmMa=8.8010423.87 =2.10106Nmm法蘭設(shè)計力矩Mo取以下較大值： (3-26)式中：Mo法蘭設(shè)計力矩，Nmm；f法蘭材料常溫下許用應(yīng)力，MPa；t法蘭材料設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa。1.58106Mp=6.67105所以Mo=1.58106Nmm法蘭計算厚度 (3-27)式中：f法蘭計算厚度，mm； Y系數(shù)，無量綱。法蘭形狀系數(shù)K： (3-28)式中：K法蘭形狀系數(shù)，無量綱。 =1.574通過K值查表8得系數(shù)Y=4.46，所以得 =18.50mm fC1=18.50+1=19.50，圓整后取法蘭名義厚度n=22mm。法蘭應(yīng)力校核依據(jù)GB150-1998，按活套式法蘭計算軸向應(yīng)力SH=0，徑向應(yīng)力SR=0。剪應(yīng)力校核：a剪切載荷預(yù)緊狀態(tài)下的剪切載荷等于預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷W1=8.80104N；操作狀態(tài)下的剪切載荷等于操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷W2=2.05104N。b剪切面積At=DtL (3-29)式中：At剪切面積,mm2； Dt剪切計算直徑，取圓筒外徑，mm； L剪切面計算高度，取20mm。At=3.1420820 =1.31104mmc剪應(yīng)力預(yù)緊狀態(tài)下的剪應(yīng)力 (3-30)式中：a預(yù)緊狀態(tài)下的剪應(yīng)力。 =6.72MPa操作狀態(tài)下的剪應(yīng)力 (3-31)式中：p操作狀態(tài)下的剪應(yīng)力 =1.56MPad應(yīng)力校核a=6.720.8f=0.8137=109.6 MPaa=1.560.8f=0.8103=82.4 MPa滿足要求錐殼計算取錐殼半頂角=30，對于錐殼大端，當錐殼半頂角30時，可以采用無折邊結(jié)構(gòu)，錐殼與圓筒的連接應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)9。錐殼厚度c：由最大拉應(yīng)力準則，可得厚度計算式 (3-32)式中：c錐殼厚度，mm； Dc錐殼內(nèi)直徑，mm； 錐殼厚度，度。 =0.34mm圖3.1 確定錐殼大端連接處的加強圖7錐殼大端：已知錐殼半頂角=30，pc/(t)=0.3/(1031)=0.029，將此數(shù)值代入圖7-1中可知大端需要增厚，則應(yīng)在錐殼與圓筒之間設(shè)置加強段，計算式： (3-33)式中：Q應(yīng)力增值系數(shù)，無量綱，查圖3-2得Q=1.72 r錐殼及其相鄰圓筒的加強段的計算厚度，mm。 =0.50mm考慮腐蝕裕量，并同時為了便于制造，取錐殼名義厚度與筒體一致，n=4mm。法蘭管的選取取進氣口管徑為60mm，出口管徑為60mm，依據(jù)法蘭標準選三個DN50-PN0.6板式平焊法蘭，材料06Cr19Ni10。支座的選取支座選用A1型DN300耳式支座