濕式除塵器課程設(shè)計報告

...........專業(yè)..一設(shè)計題目某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計二設(shè)計資料設(shè)計耗煤量：203.8kg/h。排煙溫度：560℃空氣過剩系數(shù)：α=1.25煙氣密度〔標(biāo)態(tài)〕：1.32kg/m3室外空氣平均溫度；24℃；鍋爐出口前煙氣阻力：1025Pa；現(xiàn)場氣象資料:①海拔高度：22.5m②當(dāng)?shù)仄骄髿鈮海?43.6mbar③年平均氣溫：12.3℃④最大風(fēng)載：32kg/㎡⑤最大雪載：24kg/㎡⑥地震烈度：7度三設(shè)計目的要求設(shè)計煙塵濃度排放≤200mg/m3。本設(shè)計的目的在于進(jìn)一步穩(wěn)固和加深理解課程理論，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)理論知識進(jìn)展凈化系統(tǒng)設(shè)計的初步能力，包括工程設(shè)計的根本方法和步驟，技術(shù)資料的查找與應(yīng)用以及繪圖能力的訓(xùn)練，綜合運(yùn)用本課程及其有關(guān)課程的理論知識解決工程中的實(shí)際問題。四設(shè)計要求〔一〕編制一份設(shè)計說明書，主要容包括：引言方案選擇和說明〔附流程簡圖〕除塵〔凈化〕設(shè)備設(shè)計計算附屬設(shè)備的選型和計算〔集氣罩、管道、風(fēng)機(jī)、電機(jī)〕設(shè)計結(jié)果列表設(shè)計結(jié)果討論和說明注明參考文獻(xiàn)和設(shè)計資料〔二〕繪制除塵〔凈化〕系統(tǒng)平面布置圖、立面布置圖、軸測圖〔三〕繪制除塵〔凈化〕主體設(shè)備圖五設(shè)計容5.1引言我國是以煤為主要能源的國家。隨著國民經(jīng)濟(jì)的開展，能源的消耗量逐步上升，大氣污染物的排放量相應(yīng)增加。而就我國的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)開展就我國的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)開展水平及能源的構(gòu)造來看，以煤炭為主要能源的狀況在今后相當(dāng)長時間不會有根本性的改變。我國的大氣污染仍將以煤煙型污染為主。因此，控制燃煤煙氣污染是我國改善大氣質(zhì)量、減少酸雨和SO2危害的關(guān)鍵問題。濕式除塵器是借含塵氣體與液滴或液膜的接觸、撞擊等作用，使塵粒從氣流中別離出來的設(shè)備。濕式除塵器按構(gòu)造與凈化機(jī)理可分為水膜式除塵器〔麻石水膜除塵器〕、噴射式除塵器〔文丘里除塵器〕、板式除塵器〔旋流板式除塵器〕、沖擊式除塵器〔沖擊水浴式除塵器〕、填充式除塵器。根據(jù)除塵設(shè)備的阻力與耗能可分為低耗能和高耗能除塵器。濕式除塵器的特點(diǎn)是構(gòu)造簡單、凈化效率高、本身無運(yùn)動部件、故障少、適合高溫高濕氣體除塵，但除塵后有水的處理問題和設(shè)備的腐蝕問題。濕式除塵器要得到較高的除塵效率，必須造成較高的氣液相對運(yùn)動速度和非常細(xì)小的液滴，文氏管就是為了適應(yīng)這個要求而開展起來的。文氏管是在意大利物理學(xué)家文丘里首次研究了收縮管道對流體流動的效率的影響后命名的。文丘里管是在1886年美國科姆斯·霍舍爾為了增加流體的速度從而引起壓力的減小而創(chuàng)造的。文氏管除塵器于1946年開場在工業(yè)中應(yīng)用。文氏管是一種高能耗高效率的濕式除塵器。含塵氣體以高速通過喉口，水在喉口處被湍流運(yùn)動的氣流霧化，塵粒與水滴之間相互碰撞使塵粒沉降，這種除塵器構(gòu)造簡單，對0.5-5微米的塵粒除塵效率可達(dá)99%以上，但其費(fèi)用較高。該除塵器常用于高溫?zé)煔饨禍睾统龎m，也可用于吸收氣體污染物。5.2方案的選擇及說明5.2.1除塵器性能指標(biāo)除塵器性能指標(biāo)包括技術(shù)性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)，其中，前者包括含塵氣體處理量、除塵效率、阻力損失，后者包括總費(fèi)用〔含投資費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用〕、占地面積、使用壽命。上述各項(xiàng)指標(biāo)是除塵設(shè)備選用及研發(fā)的依據(jù)。各種除塵設(shè)備的根本性〔表5-1〕除塵器名稱適用的粒徑圍〔μm〕效率〔%〕阻力〔Pa〕設(shè)備費(fèi)運(yùn)行費(fèi)重力沉降室>50<5050少少慣性除塵器20-5050-70300少少旋風(fēng)除塵器5-1560-90800少中水浴除塵器1-1080-95600少中下臥式旋風(fēng)水膜除塵器≥595-98800中中沖激式除塵器≥5951000中中上電除塵器0.5-190-9850多中上袋式除塵器0.5-195-991000中上大文丘里除塵器0.5-190-984000少大5.2.2除塵器的選擇在選擇除塵器過程中，應(yīng)全面考慮一下因素：〔1〕除塵器的除塵效率〔各種除塵器對不同粒徑粉塵的除塵效率見表1〕；〔2〕選用的除塵器是否滿足排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排放濃度；〔3〕注意粉塵的物理特性〔例如黏性、比電阻、潤濕性等〕對除塵器性能有較大的影響另外，不同粒徑粉塵的除塵器除塵效率有很大的不同；〔4〕氣體的含塵濃度較高時，在靜電除塵器或袋式除塵器前應(yīng)設(shè)置低阻力的出凈化設(shè)備，去除粗大粉塵，以使設(shè)備更好地發(fā)揮作用；〔5〕氣體溫度和其他性質(zhì)也是選擇除塵設(shè)備時必須考慮的因素；〔6〕所捕集粉塵的處理問題；〔7〕設(shè)備位置，可利用的空間、環(huán)境條件等因素；〔8〕設(shè)備的一次性投資〔設(shè)備、安裝和施工等〕以及操作和維修費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)因素。綜合考慮對除塵效率的要求、水泥的性質(zhì)及經(jīng)濟(jì)本錢等宜選用文丘里除塵器。5.3設(shè)計依據(jù)和原那么5.3.1依據(jù)〔1〕同類粉塵治理技術(shù)和經(jīng)歷〔2〕"水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)"〔GB4915-2004〕〔3〕"大氣污染防治技術(shù)及工程應(yīng)用"〔4〕"除塵技術(shù)手冊"〔殿印學(xué)藝編著〕5.3.2原那么本設(shè)計遵循如下原那么進(jìn)展工藝路線的選擇及工藝參數(shù)確實(shí)定：〔1〕根底數(shù)據(jù)可靠，總體布局合理?！?〕防止二次污染，降低能耗，近期遠(yuǎn)期結(jié)合、滿足平安要求?！?〕采用成熟、合理、先進(jìn)的處理工藝，處理能力符合處理要求；〔4〕投資少、能耗和運(yùn)行本錢低，操作管理簡單，具有適當(dāng)?shù)钠桨蚕禂?shù)，各工藝參數(shù)的選擇略有充裕，并確保處理后的尾氣可以達(dá)標(biāo)排放；〔5〕在設(shè)計中采用耐腐蝕設(shè)備及材料，以延長設(shè)施的使用壽命；〔6〕廢氣處理系統(tǒng)的設(shè)計考慮事故的排放、設(shè)備備用等保護(hù)措施；〔7〕工程設(shè)計及設(shè)備安裝的驗(yàn)收及資料應(yīng)滿足國家相關(guān)專業(yè)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。5.4根本數(shù)據(jù)鍋爐型號：FG-35/3.82-M型〔35t蒸氣/h〕；設(shè)計耗煤量：203.8kg/h；排煙溫度：560℃；空氣過剩系數(shù)：α=1.25；煙氣密度〔標(biāo)態(tài)〕：1.32kg/m3室外空氣平均溫度；24℃；鍋爐出口前煙氣阻力：1025Pa；煙氣其他性質(zhì)按空氣計算；排灰系數(shù)35%，按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)〔GB13217-2001〕中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)：200mg/m3。煤的工業(yè)分析〔無煙煤〕：C：75.2%、H：4.1%、S：0。62%、O：6.6%、N：0.85%、水分：9.92%、灰分：2.71%。5.4.2煙氣排放量以及組成表5-2煙氣排放量及組成上表以1kg煤為基準(zhǔn)計算故產(chǎn)生煙氣量：CO2=62.67；N2=0.305;H2O=26.1；SO2=0.194；理論需氧量：(62.67+10.25+0.194-2.063)×68.32×0.001=4.85mol理論空氣量：4.85×〔3.76+1〕=23.09mol實(shí)際空氣量：23.09×1.25=28.86mol過?？諝饬?28.86－23.09=5.77mol理論干煙氣量：〔62.67+0.194+0.305〕×68.32×0.001+4.85×3.76=22.56mol理論煙氣量：22.56+26.1×68.32×0.001=24.34mol那么總煙氣量=煙氣+過剩空氣=24.31+〔1.25-1〕×23.09=30.08m3乘以用煤量：30.08×203.8=6130.3m3/h=1.708m3/s1kg煙氣中灰分：27.1×35％=9.485g9.485×203.8=193.043g/h=0.54g/s煙氣含塵濃度：0.54/1.708=0.32g/m35.5換熱器的選型本設(shè)計采用的是管殼式換熱器，冷熱兩種流體在其中換熱時，一種流體流過管，其行程稱為管程，另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程，選用管徑為Φ25×2.5的無縫鋼管，型號為BEM700--200--4I的換熱器，其主要參數(shù)為管外徑為25mm,管長9m，換熱面積為200m2。因?yàn)閾Q熱器的壓損相對除塵系統(tǒng)管道和除塵器的壓損較小，在這里將其壓損忽略不參與后面的有關(guān)計算和選型。5.6文丘里洗滌器幾何尺寸和壓損計算文丘里洗滌除塵器是一種高效除塵效率的濕式除塵器。它即可用于高溫?zé)煔饨禍兀部蓛艋形⒚缀蛠單⒚追蹓m粒子及易于被洗滌液吸收的有毒有害氣體。實(shí)際應(yīng)用的文丘里洗滌除塵器由文丘里洗滌器、除霧器、沉淀池和加壓循環(huán)水泵等多種裝置組成，其裝置系統(tǒng)如下列圖所示，文丘里洗滌器在該裝置系統(tǒng)中起到捕集粉塵粒子的作用。凈化氣體與沉降粉塵粒子的霧滴捕塵體的別離都是在除霧器中完成的，本設(shè)計中除霧器即脫水器選用旋風(fēng)水膜除塵器，文丘里洗滌器那么由收縮管、喉管和擴(kuò)管以及在喉管處注入高壓洗滌水的噴霧器組成。〔1〕管徑式中D—管徑，m；Q—進(jìn)口氣體流量，1.708×3600=6148.8m3/h一般取進(jìn)口流速υ1=16～22m/s出口流速υ2=18～22m/s喉管流速υr=50～180m/s取進(jìn)口流速υ1=20m/s，那么進(jìn)口管徑出口流速υ2=20m/s，那么出口管徑喉管流速υr=80m/s，那么喉管管徑〔2〕管長漸縮管的中心角α1取25°，漸擴(kuò)管的中心角α2取6°，中選定兩個角之后，計算收縮管長擴(kuò)散管長喉管長度Lr對文丘里管的凝聚效率和阻力皆有影響。實(shí)驗(yàn)證明，Lr=(0.8～1.5)Dr，取Lr=1.5Dr=1.5×0.165=0.25m文丘里管示意圖〔3〕壓力損失根據(jù)有些學(xué)者提出的模式認(rèn)為氣流的全部能量損失僅用在喉部將液滴加速到氣流速度，由此導(dǎo)出壓力損失的近似表達(dá)式為式中△p—文丘里洗滌器的氣體壓力損失，cmH2O—喉部氣體速度，cm/sL—液氣體積比，一般為0.5～1L/m3，取L=0.5故〔4〕除塵效率的計算根據(jù)國家規(guī)定的煙塵排放濃度標(biāo)準(zhǔn),C≤100mg/m3,故除塵器應(yīng)該到達(dá)的除塵效率為：ηT=1－(100/620)×100%=84%〔5〕脫水器的選擇脫水器串聯(lián)在文丘里洗滌器后，作為凝聚水滴和吸收某些氣態(tài)污染物的作用。根據(jù)進(jìn)入文丘里除塵器的風(fēng)量Q=3168m3/h,選擇CLS/A-5型號的脫水器。CLS/A型帶有擋水圈，以減少除塵器的帶水現(xiàn)象，在筒體壁外表始終保持一層連續(xù)不斷地均勻往下流動的水膜。含塵氣體由筒體下部切向進(jìn)入除塵器并以旋轉(zhuǎn)氣流上升，氣流中的粉塵粒子被離心力甩向器壁，并為下降流動的水膜捕塵體所捕獲，粉塵粒子隨沉渣水由除塵器底部排渣口排出，凈化后的氣體由筒體上部排出。主要參數(shù)如下表：表5-5風(fēng)量/m3/h壓損/Pa筒體高度H/mm筒體直徑D/mm出口直徑/mm35005703545500114〔6〕噴嘴選型噴嘴是濕式除塵設(shè)備的附屬構(gòu)件之一，對煙氣冷卻、凈化設(shè)備性能影響很大，根據(jù)噴嘴的構(gòu)造形式不同，一般可分為噴灑型噴頭、噴濺型噴嘴和螺旋型噴嘴等，本設(shè)計采用螺旋型噴嘴的碗型噴嘴，其計算過程如下：①設(shè)計參數(shù)：噴水量3.7m3/h，噴射角75°，出水口軸向流速為8m/s，那么出水口面積為：，出水口直徑為DN=12.77mm②取蝸室入口流速為4m/s，那么蝸室切向入口縱斷面積為③水口徑DC的截面積A2的計算，K取0.785，那么DC=34mm④取VR=0.5m/s,那么該處圓環(huán)面積為⑤噴嘴外殼的半徑R1為,R1=33mm如下列圖：選噴口口徑為14mm的，其主要參數(shù)如下：5.7管道設(shè)計計算5.7.1管道計算〔1〕除塵系統(tǒng)工藝流程圖〔2〕管道直徑確實(shí)定管段〔1-2〕查設(shè)計手冊取管道中氣速v=18m/s，可得d1-2==根據(jù)實(shí)際管道情況，管道為氣體如果速度小于12m,那么有粉塵堵塞管道，為保證速度不小于18，取d1-2=0.6實(shí)際流速管段〔3-4〕標(biāo)況下溫度為150℃，即T=423.15K取氣體流速18m/s，d3-4==管道取一致，取d5-6=0.45實(shí)際流速管段〔5-6〕標(biāo)況下溫度為80℃，即T=353.15K取氣體流速12m/s，d5-6==管道取一致，取d5-6=0.4實(shí)際流速管段〔7-8〕標(biāo)況下溫度為80℃，即T=353.15K取氣體流速12m/s，d5-6==管道取一致，取d7-8=0.28實(shí)際流速列表為〔表5-3〕：5.7.2管道壓力損失的計算5.7.2.1摩擦阻力損失流體力學(xué)原理，氣體流經(jīng)斷面性狀不變的直管時，圓形管道的摩擦阻力可按下式計算式中△PL—一定長度管道的摩擦阻力，PaL—直管道的長度，mλ—摩擦阻力系數(shù)，無量綱d—圓形管道直徑，mρ—管氣體的密度，kg/m3υ—管氣體的平均風(fēng)度，m/s煙氣密度根據(jù)的數(shù)據(jù)：煤氣在標(biāo)況下的密度560℃時，煙氣密度150℃時，煙氣密度80℃時，煙氣密度80℃時，煙氣密度管段1～2，在操作條件下，〔鍍鋅管〕管段3～4在操作條件下，〔鍍鋅管〕管段5～6，在操作條件下〔鍍鋅管〕管段7～8在操作條件下〔鍍鋅管〕整理數(shù)據(jù)表格如下〔表5-4〕：管段標(biāo)況下管道中摩擦阻力系數(shù)管道長度氣體流速摩擦阻力損失體積密度體積密度1-21.7081.325.210.430.0121018.414.563-42.650.850.0122017.763.225-62.211.060.0121017.649.257-82.211.060.012517.624.63總摩擦壓力損失為：Pa5.7.2.2局部壓力損失局部壓力損失在管件形狀和流動狀態(tài)不變時，可按下式計算式中△P—?dú)怏w的管道局部壓力損失，Paξ—局部阻力系數(shù)管道1～2，彎頭2個ξ1=ξ2=0.18那么管道3～4，彎頭2個ξ1=ξ2=0.18那么管道5～6，彎頭3個ξ1=ξ2=0.18那么管道7～8，無彎頭，故無局部阻力損失5.7.2.3系統(tǒng)的壓力損失摩擦阻力損失Pa局部阻力損失△Pw總=26.2+47.93+88.7=162.83Pa除塵器壓損△Pc=3230Pa總壓力損失△P=△PL總+△Pw總+△Pc=151.66+162.83+3230=3544.5Pa5.8煙囪的高度計算〔1〕煙囪出口徑可按下式計算：式中—通過煙囪的總煙氣量，—按表選取的煙囪出口煙氣流速，選定=4表5-7煙囪出口煙氣流速通風(fēng)方式運(yùn)行情況全負(fù)荷時最小負(fù)荷機(jī)械通風(fēng)10～204～5自然通風(fēng)6～82.5～3〔2〕煙囪高度確實(shí)定一個煙囪的所有鍋爐的總蒸發(fā)量為Q=1.24t/h，表5-8燃煤、燃油〔燃輕柴油、煤油除外〕鍋爐房煙囪最低允許高度表5-8鍋爐房裝機(jī)總?cè)萘縈W<0.70.7～<1.41.4～<2.82.8～<77～<1414～<28t/h<11～<22～<44～<1010～<2020～≤40煙囪最低高度m202530354045查上表可得：煙囪底部直徑式中D——煙囪出口直徑，m；H——煙囪高度，m；i——煙囪錐度，通常取i＝0.02~0.03。選定i=0.025(3)煙囪的抽力煙囪的抽力取決于煙溫、空氣溫度及煙囪高度，煙溫越高，周圍空氣溫度越低，煙囪的抽力越大；煙囪高度越高，其抽力也越大。式中H—產(chǎn)生抽力的管道高度，mt0—外界空氣溫度℃tf—計算管段中煙氣的平均溫度℃tf=(560+160+80+80)/4=220℃—當(dāng)?shù)卮髿鈮篜a〔4〕煙氣自生通風(fēng)力r=25×〔1.32-0.85〕×9.61=115.35.9總壓力損失總壓損=125.2+3230+132.8+130+1025-115.3=4528.785.10風(fēng)機(jī)的選型〔1〕風(fēng)量根據(jù)總風(fēng)量和總壓力損失選擇適宜的風(fēng)機(jī)。在選擇風(fēng)機(jī)時按下式計算。Q0=K1K2Q式中Q—管道系統(tǒng)的總風(fēng)量，m3/hK1—考慮系統(tǒng)漏風(fēng)所附加的平安系數(shù)。一般通風(fēng)系統(tǒng)取1.1，除塵系統(tǒng)取1.15，本設(shè)計中取K1=1.15K2—除塵器或凈化設(shè)備的漏風(fēng)所附加的平安系數(shù)，取0.1故Q0=1.15×0.1×3132=360.18m3/h〔2〕風(fēng)壓Pf=〔K3△P1+△P2〕K4式中Pf—風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，Pa△P1—管道系統(tǒng)的總壓力損失，Pa△P2—總的壓力損失，PaK3—管道系統(tǒng)總壓力損失的附加平安系數(shù)，一般通風(fēng)系統(tǒng)取1.1～1.15，除塵系統(tǒng)取1.15～1.20，取K3=1.15K4—由于風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)條件和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)允許風(fēng)機(jī)的實(shí)際性能比產(chǎn)品樣本低而附加的系數(shù)，K4=1.08Pf=[1.15×125.18+4528.78]×1.08=5046.6Pa〔3〕電機(jī)功率式中N—風(fēng)機(jī)配用電動機(jī)的功率，kWQ0—風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，m3/hPf—風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，Paη1—風(fēng)機(jī)運(yùn)行時的效率，一般為0.5～0.7，電機(jī)直聯(lián)傳動取0.5η2—機(jī)械傳動效率，取1.00K—電動機(jī)軸功率平安系數(shù)，離心通風(fēng)機(jī)取1.40風(fēng)機(jī)根據(jù)風(fēng)壓、風(fēng)量、功率選擇C6-48型的鍋爐風(fēng)機(jī)。表5-6除塵風(fēng)機(jī)性能表風(fēng)機(jī)類型型號全壓/Pa風(fēng)量/(m3/h)功率/kW備