大气除尘器设计.docx
- 文档编号:26601314
- 上传时间:2023-06-20
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:137.10KB
大气除尘器设计.docx
《大气除尘器设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《大气除尘器设计.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
大气除尘器设计
《大气污染控制工程》课程设计
课程名称
指导教师
专业
班级
姓名
学号
目录
目录2
§1工程概况3
一、设计原始资料3
二、设计内容和要求:
5
§2烟气除尘6
一、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算6
二、选择除尘器7
三、除尘器的设计11
一、脱硫技术简介12
二、设计计算13
三、新鲜浆料的确定15
四、塔径(D)的确定16
五、塔入口烟道的设计16
六、塔出口烟道的设计16
七、喷淋层的设计16
八、除雾器区域的设计17
九、除硫效率17
§4烟囱的设计18
1.烟囱高度的确定18
2.烟囱直径的计算18
3.烟囱的抽力19
§5系统阻力的计算20
1.摩擦压力损失20
§6系统中烟气温度的变化22
1.烟气在管道中的温度降22
2.烟气在烟囱中的温度降23
§7风机和电动机选择计算23
1.风机风量的计算23
2.风机风压的计算24
3、动机功率的计算24
§8设计体会25
§9参考书目:
26
§1工程概况
一、设计原始资料
1、单位生产情况
设计项目为160t/h+175t/h三废锅炉,燃料为某工业区洗中煤,掺烧化肥厂造气炉排出的废渣和废气。
其中60t/h三废余热锅炉:
燃用洗中煤及炉渣:
12~16t/h,造气炉吹风气气流量50000~80000m3/h,H2S含量800~1000mg/m3;其中75t/h三废余热锅炉:
燃用洗中煤及炉渣:
15~20t/h,造气炉吹风气气流量50000~80000m3/h,H2S含量800~1000mg/m3。
治理工程在厂区内60m50m范围内,烟管出锅炉房的相对标高为3.5m。
2、煤质资料参数
序号
项目
符号
单位
1
工作基碳份
Car%
22~26
2
工作基氢份
Har%
1.9~2.4
3
工作基氧份
Oar%
8~10
4
工作基氮份
Nar%
---
5
工作基硫份
Sar%
0.6~1.0
6
工作基水份
Mar%
1.22~1.93
7
工作基灰份
Aar%
49~59
8
可燃挥发份
Vdaf%
14.5~15.6
9
工作基低位发热量
Qnet,arMJ/kg
10.58
3、灰成分分析
序号
名称
符号
单位
设计煤种
校核煤种
1
二氧化硅
SiO2
%
52.7
50.98
2
三氧化二铝
Al2O3
%
28.36
32.08
3
三氧化二铁
Fe2O3
%
5
3.85
4
氧化钙
CaO
%
4.64
4.12
5
氧化镁
MgO
%
1.38
1.44
6
氧化钾
K2O
%
1.79
1.04
7
氧化钠
Na2O
%
0.21
0.14
8
三氧化硫
SO3
%
1.51
2.26
9
五氧化二磷
P2O5
%
0.22
0.60
10
二氧化钛
TiO2
%
0.86
0.96
4、气象和地理条件
序号
气象和地理条件
参数
1
多年平均大气温度
15.6℃
2
多年极端最高气温
42.3℃
3
多年极端最低气温
-15.3℃
4
多年平均相对湿度
67%
5
多年平均风速
2.4m/s
6
累年瞬时最大风速
20m/s
7
最大冻土深度
22cm
8
最大积雪深度
22cm
9
地基承载力
230kPa
10
抗震设防烈度
6度
11
设计基本地震加速度值
0.05g
5、排放浓度按国家相关排放标准
二、设计内容和要求:
1、基本熟悉各类除尘器的除尘机理以及选用原则。
掌握管道设计与计算,初步达到具有独立进行大气污染控制工程的设计能力。
2、净化系统设计方案的分析确定。
3、除尘器的比较和选择:
确定除尘器类型、型号及规格,并确定其主要运行参数。
4、管网布置及计算:
确定各装置的位置及管道布置。
并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。
5、风机及电机的选择设计:
根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。
6、编写设计说明书:
设计说明书按设计程序编写,包括方案的确定、设计计算、设备选择和有关设计的简图等内容。
设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分,文字应简明、通顺、内容正确完整,书写工整、装订成册。
7、编写设计计算书:
根据设计说明书确定的工程主要设计参数、工艺条件,计算各工艺设备、管道工程、动力工程。
计算出的设计设备及其大样应画附图,并注明相关尺寸。
管道工程等应列表计算。
8、图纸要求:
(1)、除尘系统图一张(推荐图幅A2)。
系统图应按比例绘制、标出设备、管件编号,并附明细表。
(2)、除尘系统平面图一张(推荐图幅A2)。
§2烟气除尘
一、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算
1.标准状态下的理论空气量
Qaˊ=4.78(1.867CY+5.56HY+0.7SY-0.7OY)(m3/㎏)
=4.78×(1.867×0.24+5.56×0.02+0.70×0.006-0.70×0.09)=2.3922(m3/㎏)
式中CY,CY,SY,OY――分别为煤中各元素所含的质量分数。
2.标准状态下的理论烟气量
Qsˊ=1.867(CY+0.375SY)+11.2HY+1.24WY+0.016Qaˊ+0.79Qaˊ+0.8NY
=1.867×(0.24+0.375×0.006)+11.2×0.02+1.24×0.015+0.016×2.3922+0.79×2.3922+0.8×0=2.622(m3/㎏)
式中Qaˊ--标准状态下的理论空气量,m3/㎏
WY—煤中水分所占质量分数,%
NY–N元素在煤中所占质量分数,%
3.标准状态下实际烟气量
Qs=Qsˊ+1.016(α-1)Qaˊ(m3/㎏)
=2.622+1.016×(1.4-1)×2.392=3.594(m3/㎏)
式中α—空气过量系数
注意:
标准状态下烟气流量Q以m3/h计,因此,Q=Qs×设计耗煤量=3.594×15.5×1000=55707m3/h
4.标准状态下烟气含尘浓度
C=(dsh×AY)/Qs(㎏/m3)
=(0.2×0.5)/3.594=0.0278
式中dsh–-排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数;
AY--煤中不可燃成分的含量
5.标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算
Cso2=(2SY)/Qs×106(mg/m3)
=(2×0.006)/3.594×106=3338
SY--煤中可燃硫的质量分数
二、选择除尘器
确定除尘器的种类,型式和流量时,应考虑以下要点:
1、粉尘的分散度
选择除尘器的型式时,首先要确切掌握粉尘的分散度,例如,粒径在10um以上时应选离心力除尘器,在粒径为数微米以下粒径占大部分时,应选择电除尘器、过滤式除尘器或洗涤器。
2、按粉尘密度
粉尘密度对除尘器的除尘性能影响很大,这种影响表现最为明显的是重力、惯性力和离心力除尘器。
所有除尘器的一个共同点是堆积密度越小,尘粒分离捕集就越困难,粉尘的二次飞扬也越严重,所有在操作上与设备结构上应采取特别措施。
3、按含尘浓度
①、在重力、惯性力和离心力除尘器中,一般说来,进口浓度越大,除尘效率越高,可是这样一般又会增加出口含尘浓度,所以不能仅从除尘效率高,就笼统的认为粉尘处理的好。
②、在文氏洗涤器、喷射洗涤器等除尘器中,考虑到喉管段的摩擦损耗和喷嘴堵塞等因素,希望初始浓度不要太高。
③、在过滤式除尘器中,初始浓度越低,整体的除尘性能越好。
在高初始浓度时,希望采用压力损失变化小的连续清灰方式。
④、电除尘器,一般初始浓度为30mg/m3(标)以下的范围内使用。
4、烟气温度的影响
对于高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器,如果烟气中含有SO2、NO等气态污染物时,可以考虑采用湿式除尘器,但是必须注意腐蚀问题。
①除尘器应达到的除尘效率
η=1-Cs/C
1-200/29900=99.33%
式中Cs---标准状态下烟气含尘浓度,(mg/m3)
C--标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值,(mg/m3)
②根据烟尘的粒径分布和种类、工况下的烟气量、烟气温度计要求达到的除尘效率定除尘器的种类、型号及规格。
确定除尘器的运行参数,如气流速度、压力损失、捕集粉尘量等。
经以上分析,选ZC型回转反吹扁袋除尘器
袋式除尘器,又称空气过滤器,是利用多孔纤维材料制成的滤袋,将含尘气流中的粉尘捕集下来的一种高效除尘装置。
由于其具有除尘效率高,尤其对微米或亚微米级粉尘颗粒具有较高的捕集效率,除尘效率可达到99.9%以上,且不受粉尘比电阻的影响;运行稳定,对气体流量及含尘浓度适用性强;处理流量大,性能可靠等优点,因此广泛使用于工业含尘废气净化工程。
但目前存在的主要问题是:
普通滤料不耐高温,若采用特殊滤料,则成本很高,另外不适宜净化黏性及吸湿性强的气体,否则气体温度低于露点温度时,会产生“糊袋”现象使除尘器不能正常运行。
袋式除尘器的工作原理是,含尘气体从下部进入圆筒形滤袋,在通过滤料的孔隙时,粉尘被捕集于滤料上,透过滤料的清洁气体由排出口排出。
沉积在滤料的粉尘,可在机械振动的作用下从滤料表面脱落,落入灰斗中。
常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成,滤料本身网孔较大,一般为20um~50um,因而新鲜滤料的除尘效率较低。
颗粒因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用,逐渐在滤料表面形成粉尘层,常称为粉尘初层。
初层形成后,它成为袋式除尘器分主要过滤层,提高了除尘效率。
滤布只不过起着形成颗粒初层和支撑它的骨架作用,但随着颗粒在滤布上的积聚,滤袋两侧的压力差增大,会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去,使除尘效率下降。
另外,若除尘器压力过高,还会使除尘系统的处理气体量显著下降,影响生产系统的排风效率。
因此,除尘器阻力达到一定数值后,要及时清灰。
清灰不能过分,即不应破坏颗粒初层,否则会引起除尘效率显著下降。
对于粒径0.1um~0.5um的粒子,清灰后滤料的除尘效率在90%以下;对于1以下的效率在98%以下。
当形成颗粒层后,对所有粒子效率都在95%以上;对于1um以上的粒子,效率高于99.6%。
三、除尘器的设计
过滤面积
滤袋的尺寸
单个滤袋直径:
,取
单个滤袋长度:
,取
滤布长径比一般为
,
每条滤袋面积
滤袋条数
滤袋布置
按矩形布置:
(A)a.滤袋分4组;
b.每组36条;
c.组与组之间的距离:
250mm
(B)组内相邻滤袋的间距:
70mm
(C)滤袋与外壳的间距:
210mm
§3烟气脱硫
一、脱硫技术简介
对烟气进行脱硫技术有三种技术,即湿式烟气脱硫技术、半干法烟气脱硫技术、干法烟气脱硫技术。
其中湿式烟气脱硫技术应用比较广泛,且方法较多,技术成熟。
根据该厂的烟气特性选择用喷淋塔进行烟气除硫
喷淋塔:
一般塔底液面高度h1=6~15m;最低喷淋层离入口顶端高度h2=1.2~4m;最高喷淋层离入口顶端高度h3≧vt;除雾器离最高喷淋层距离≧1.2m(当最高喷淋层采用双方向喷嘴时,该距离≧3m;除雾器离塔出口烟道下沿距离≧1m,喷淋区的高度不宜太高≦6m,喷淋塔的空塔流速0.6~1.2m/s,阻力20~200Pa,液气比0.7~2.7L/m3。
第一级除雾器最高一层喷淋管道至少应为910~1200mm,最高一级除雾器截面收缩点或水平出口点低端应留1000~1500mm的距离。
简单示意图如下:
二、设计计算
1、喷淋塔内流量计算
假设喷淋塔内平均温度为
,压力为120KPa,则喷淋塔内烟气流量为:
式中:
—喷淋塔内烟气流量,
;
—标况下烟气流量-,
;
K—除尘前漏气系数,0~0.1;
代入公式得:
2、喷淋塔径计算
依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数,可选择喷淋塔内烟气流速
,则喷淋塔截面A为:
则塔径d为:
取塔径
3、喷淋塔高度计算
喷淋塔可看做由三部分组成,分成为吸收区、除雾区和浆池。
(1)吸收区高度
依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得,选择喷淋塔喷气液反应时间t=4s,则喷淋塔的吸收区高度为:
(2)除雾区高度
除雾器设计成两段。
每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。
最下层冲洗喷嘴距最上层(3.4~3.5)m。
则取除雾区高度为:
(3)浆池高度
浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定:
式中:
—液气比,取
;
Q—标况下烟气量,
;
t1—浆液停留时间,s;
一般t1为
,本设计中取值为
,则浆池容积为:
选取浆池直径等于或略大于喷淋塔D0,本设计中选取的浆料直径为D05m,然后再根据V1计算浆池高度:
式中:
h0—浆池高度,m;
V1—浆池容积,
;
D0—浆池直径,m。
从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.8
2m。
本设计中取为2m。
(4)喷淋塔高度
喷淋塔高度为:
三、新鲜浆料的确定
1mol1mol
因为根据经验一般钙/硫为:
1.05:
1.1,此处设计取为1.05则由平衡计算可得1h需消耗CaO的量为:
四、塔径(D)的确定
D=
带入数据得
D=6.65m
实际取塔径D=7m
取塔底液面高度h1=7m,最低喷淋层离入口顶端高度h2=2.0m,最高喷淋层离入口顶端高度h3≧1.2×6=7.2m,取h3=7.4m。
五、塔入口烟道的设计
烟道下沿离塔底液面为h5=1.8m
六、塔出口烟道的设计
烟道出口下沿离除雾器距离为h6=1.5m
七、喷淋层的设计
喷淋层的设计包括浆液管道、喷嘴的选择与布置。
喷嘴的数量和喷淋层数取决于脱硫效率,一般采用3~6层。
喷淋层可用多台循环泵供浆或一层喷淋层单独对应供浆,后者更适合于大型脱硫塔且烟气负荷变化较大的场合。
当某台循环泵或管路需检修时,只需将其停止来即可,不会影响到塔的运行;当锅炉负荷变化时,可通过增加或停止一台循环泵达到节能的效率,也可备用一套管道(包括循环泵、喷淋层及相关管道),以满足未来日益严格的环保要求。
第一层(最低一层)喷淋层离烟道上部一般保持2~4m的距离,以便使浆液能充分与烟气接触并避免进入烟道内,喷淋层与喷淋层之间的间距为1.5~2.5m,最高喷淋与除雾器间的距离至少应为1.2m。
喷淋层喷嘴喷出的雾冠在1mm范围内能完全覆盖塔断面,一般要求具有120%~250%的覆盖率。
喷嘴应具有较大的自由畅通孔径,一般应大于45mm,否则易被结垢片等杂物所阻塞。
本次设计喷淋层之间的间距h4=1.8m,设四个喷淋层。
八、除雾器区域的设计
脱硫塔一般采用两级除雾器,两级除雾器间的距离应为1.8m左右,以便检修维护。
除雾器距最近喷淋层的距离与该层采用的喷嘴形式有关,当采用向下喷雾的喷嘴时,其间距应大于1.2m;当采用双层喷雾的喷嘴时,其间距应大于3m。
本次设计选择板式除雾器,采用一级除雾器。
九、除硫效率
设计的除硫效率为
进口浓度CSO2=3401mg/m3要求出口浓度CSO2=900mg/m3
η=(3401-900)/3590×100%
=73.5%
经处理后的烟气温度会降5℃~10℃,本次设计温度降为134.59-10=124.59℃。
经处理后的烟气量为
Q=(273+124.59)/(273+134.59)×55707=54298m3/h
§4烟囱的设计
1.烟囱高度的确定
首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量(t/h),然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定(表1-2)确定烟囱的高度。
按1t蒸汽量的烟排放浓度为3000m3/h估算,蒸汽量为
表1-2锅炉烟囱高度表
锅炉总额定出力(t/h)
<1
1~2
2~6
6~10
10~20
26~35
烟囱最低高度(m)
20
25
30
35
40
45
2.烟囱直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算
d=0.0188(Q/v)1/2(m)
=0.0188((54298/15)1/2
=1.59
经过圆整得出d=1.6然后计算出实际烟气流速=14.76m/s
式中Q----通过烟囱的总烟气量,m3/h
v----按表1-3选取的烟囱出口烟气流速,m/s
表1—3烟囱出口烟气流速
通风方式
运行情况
全负荷时
最小负荷
机械通风
10~20
4~5
自然通风
6~10
2.5~3
烟囱底部直径
d1=d2+2·i·H(m)
=1.6×2+2×160×0.02
=9.6
式中d2---烟囱出口直径,m
H---烟囱高度,m
i---烟囱锥度,通常取i=0.02~0.03
3.烟囱的抽力
Sy=0.0342H(
—
)·B
=0.0342×160(1/(273+10.6)-1/(273+80.625))×103.325
=394.78pa
式中H----烟囱高度,m
tK----外界空气温度,˚C
tP----烟囱内烟气平均温度,˚C
B----当地大气压,Pa
§5系统阻力的计算
1.管径的确定
d=(4Q/πv)1/2
式中Q—工况下管内烟气流量,m3/s
v—烟气流速,m/s,(可查有关手册确定,对于锅炉烟尘v=10~15m/s)。
管径计算出以后,要进行圆整(查手册),再用圆整后的管径计算出实际烟气流速。
实际烟气流速要符合要求。
标号
烟气体积流量/(m3/h)
换算烟气体积流量/(m3/s)
选择流速/(m/s)
管道断面面积A/(m2)
管道选择采用的规格/D/mm
校正后烟气流速/(m/s)
1—2
106812
29.41
12.00
2.545
1800
11.87
3—4
98710
27.41
18.00
1.539
1400
17.77
5—6
97890
27.19
18.00
1.539
1400
17.66
7—8
94931
26.37
20.00
1.539
1400
17.13
2.摩擦压力损失
ΔpL=λ·L/d·ρv2/2(Pa)
式中L---管道长度,m;
d---管道直径,m;
ρ---烟气密度,㎏/m3;
v---管中平均气流速率,m/s;
λ---摩擦阻力系数,可以查手册得到(实际中对金属管道λ值可取0.02,对砖砌或混凝土管道λ值可取0.04)
标号
管段长度/
m
水力半径/
m
烟气流速/
m/s
烟气密度/
kg/m3
沿程阻力损失
/(Pa)
1—2
10.00
0.5
11.87
1.34
96.48
5.0
5.3064
3—4
8.00
0.45
17.77
1.34
217.08
4.45
10.626
5—6
40.00
0.45
17.66
1.29
208.98
22.22
51.07
7—8
2.00
0.40
17.13
1.01
405.56
12.5
55.76
Δpm=
·(ρv2/2)(Pa)
式中
---异型管件的局部阻力系数,可在有关手册中查到,或通过试验获得。
对于渐扩管和渐缩管
渐扩管
=30
=0.8
渐缩管
=30
=0.1
阀门
=0.17
对于90度圆形管头
Δpm=
·(ρv2/2)
标号
烟气流速/m/s
烟气密度/
局部阻力
1—2
0.63
11.87
1.34
96.48
60.7
3—4
0.92
17.77
1.34
217.08
199.71
5—6
1.21
17.67
1.29
208.98
252.87
7—8
0.63
17.12
1.01
405.56
255.51
出锅炉前阻力800,除尘器阻力1100,吸收塔阻力
管道部件总的局部阻力损失为:
=768.78+122.48+800+1100
=2791.26
§6系统中烟气温度的变化
当烟气管道较长时,必须考虑烟气温度的降低。
除尘器、风机、烟囱的烟气流量应按各点的温度计算。
1.烟气在管道中的温度降
Δt1=(q×F)/(Q×CV)(˚C)
式中Q—标准状态下烟气流量Q,m3/h
F—管道散热面积,m2
CV--标准状态下烟气比热容(一般为1.352~1.357kJ/m3.˚C)
q—管道单位面积散热损失
室内q=4187kJ/(m2·h)
室外q=5443kJ/(m2·h)
2.烟气在烟囱中的温度降
Δt2=(H×A)/(D1/2)(˚C)
=(160×2)÷601/2
=41.31
式中D—合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和,t/h
H—烟囱高度,m
A-–温降系数,可由表1-1查得。
表1-1烟囱温降系数
烟囱种类
钢烟囱
(无衬筒)
钢烟囱
(有衬筒)
砖烟囱H<50m
壁厚<0.5m
砖烟囱
壁厚>0.5m
A
2
0.8
0.4
0.2
§7风机和电动机选择计算
1.风机风量的计算
Qy=1.1Q×
×
=27.6(m3/s)
式中1.1---风量备用系数;
Q----标准状态下风机前表态下风量,m3/s;
Tp---风机前烟气温度,˚C,若管道不太长,可以近似取锅炉排烟温度;
B---当地大气压力,kPa
2.风机风压的计算
Hy=1.2(
Δh-Sy)(Pa)×
×
×
(Pa)
=487
式中1.2---风压备用系数;
Δh---系统总阻力,Pa
Sy---烟囱抽力,Pa
tp---风机前烟气温度,˚C
ty---风机性能表中给出的试验用气体温度,˚C
ρy---标准状况下烟气密度,1.34㎏/m3
计算出风机风量Qy和风机风压Hy后,可按风机产品样本给出的性能曲线或表格选择所需的风机型号。
3、动机功率的计算
Ne=(QyHyβ)/(3600×1000η1η2)(kW)
=1.0085×456×1.3/(3600×1000×0.6×1)
=287
式中η1---风机在全压头时的效率(一般风机为0.6,高效风机为0.9)
η2---机械传动效率,当风机与电机直联传动时η2=1,用联轴器连接时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 大气 除尘器 设计