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大气除尘设计计算书

大气除尘设计计算书（总18页）

环境工程课程设计

《环境工程专题课程设计（气）》（除尘部分）

设计说明书

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

环境科学与工程学院

2015年12月

一、工程概况

已知杭州市某厂新建2台35t/h燃煤工业锅炉（沸腾床锅炉直径4m），其除尘系统管道布置如图1。

每台锅炉产生的烟气量估计为：

基数61000Nm3/h+学号序号*100Nm3/h，烟尘浓度为Nm3，其粒径<5μm占70%，烟气经降温至120℃进入除尘器，烟窗的直径3m，高度45m，局部阻力损失60Pa。

试设计该除尘净化系统。

排放烟尘浓度要求达到《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）规定的重点地区锅炉大气污染物特别排放限值的规定。

图1除尘系统平面布置图

二、设计说明

设计原则

（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；

（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。

设计范围

工程设计范围从燃煤废气的接入管开始至除尘器处理后烟囱排放为止。

包括处理工艺、除尘设备、管道、控制、风机等的设计。

设计规模

（1）处理烟气流量（工况）：

总的烟气量为：

（2）处理浓度：

烟尘浓度为Nm3，其粒径<5μm占70%。

设计参数与指标

（1）处理烟气量（标况）：

；

（2）烟气温度：

120℃；

（3）入口含尘浓度：

Nm3；

（4）电场数：

2个；

（5）粒径<5μm占60%；

（6）排放指标：

30mg/Nm3。

三、工艺选择

除尘技术简介

从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置。

根据主要的除尘机理，目前常用的除尘器可分为：

①机械除尘器；②电除尘器；③袋式除尘器；④湿式除尘器等。

但每种除尘净化系统总有其技术上的优点和缺点，应根据实际情况选择合适的除尘设施与工艺。

静电除尘分离粉尘靠的是静电力即库仑力。

静电除尘的三个基本过程：

悬浮粒子荷电-高压直流电晕；带电粒子在电场内迁移和捕集-延续的电晕电场或光滑的不放电的电极之间的纯静电场；捕集物从集尘表面上清除-隔一定时间振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗,完成除尘过程。

湿式除尘使含尘气体与液体（一般为水）密切接触,利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的原理。

袋式除尘是利用多孔纤维材料制成的滤袋（简称布袋）将含尘气流中的粉尘捕集下来的方法。

电袋复合式除尘是电除尘器和布袋除尘器机结合，利用电除尘器的第一电场作为一级除尘单元，除去烟气中80%～90%的粉尘颗粒，再用布袋作为二级除尘单元,除去剩下的微细颗粒。

可供选择的除尘技术

目前常用的除尘器可分为：

①机械除尘器；②湿式除尘器；③袋式除尘器；④电除尘器等。

机械除尘一般用来捕集5μm以上的尘粒,除尘效率可达80%~90%，若捕集小于5μm的尘粒，则效率较低。

湿式除尘由于利用惯性扩散与凝集的作用力进行除尘，其除尘阻力损失达到800～10000pa，不适用于处理大烟气量。

根据已知的烟气特性，可排除机械除尘和湿式除尘作为除尘技术的考虑。

静电除尘、袋式除尘均为适用的除尘方法，其处理温度均为小于400摄氏度，处理粒径均小于今为5μm，且均能处理大的烟气量，而且均能达到达标排放。

方案的技术比较

电除尘器

袋除尘器

优点

1.可以处理较高温度的烟气（～400℃）

2.压力损失较小（约200～500Pa）

3.能耗低

4.处理烟气量大

5.对细粉尘捕集效率高

1.操作简单

2.较低的爆炸危险

3.受烟气性质变化影响小，对粉尘的性质适应性广

4.出口排放浓度随入口含尘浓度的变化不大

缺点

1.一次性投资高

2.安装精度要求高

3.对粉尘比电阻有一定要求

1.用于烟气温度较低

2.压力损失大投资和操作维护费用高

3.对湿度大粉尘易堵塞

针对该厂使用的燃煤工业锅炉是沸腾床锅炉，尽管沸腾层内的燃烧比较充分，从布风板排渣管排出的冷渣碳含量很小（质量数为1%～3%），但由于锅炉是燃用0～8mm的宽筛分燃料，其中0～2mm燃料所占比例很大，在现有沸腾风速下，这部分细煤粒进入沸腾层便被带走，尽管在悬浮室出口处装有高温水平分离器，但由于分离效率低，烟气含尘浓度仍高。

对于高温且接收粒径大的含尘气体，布袋消耗量将很大。

另外，该厂的每台锅炉的烟气产生量为万标准立方米每小时，对于布袋除尘来说，需要比电除尘更大的处理规模来进行烟气处理。

综上所述，针对该烟气处理应选择电除尘方法。

四、处理流程

除尘系统

除尘系统包括：

（1）进气烟箱

（2）除尘器系统（3）输灰系统（4）控制系统

除尘器系统

除尘器系统包括以下几个部分：

（1）气流分布板

（2）壳体

（3）阴极系统（4）阳极系统

（5）阴极振打系统（6）阳极振打系统

（7）气流分布板及振打系统（8）槽型板及振打系统

（9）集灰斗及加热系统（10）灰斗内部阻流板

输灰系统

（1）星型卸料器

（2）铰刀（3）提升机（4）料罐（5）星型卸料器

（6）加湿机（7）运灰车

控制系统（不作设计要求）

控制系统包括：

（1）高压供电系统

（2）输灰控制系统

（3）清灰控制系统（4）流量控制系统

五、预期处理效果

排放烟尘浓度要求达到《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）规定的重点地区锅炉大气污染物特别排放限值的规定。

《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）特别排放限值mg/m3

项目

限值

监控位置

颗粒物

30

烟囱或烟道

二氧化硫

200

大氧化物

200

汞及其化合物

六、主要设施与设备设计选型

设计计算

烟气流量与净化效率计算

（1）烟气流量

已知杭州市某厂新建2台35t/h燃煤工业锅炉（沸腾床锅炉直径4m），其除尘系统管道布置如图1。

每台锅炉产生的烟气量估计为：

总的烟气量为：

烟气经降温至120℃进入除尘器，换算为120℃时烟气量为：

（2）烟气入口浓度

烟尘浓度为Nm3，其粒径<5μm占70%，烟窗的直径3m，高度45m，局部阻力损失60Pa。

（3）烟气出口浓度

排放烟尘浓度要求达到《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）规定的重点地区锅炉大气污染物特别排放限值的规定。

（4）除尘效率

除尘器设计计算

根据已知条件，选择卧式电除尘器。

电除尘器初期除尘效率能达到99%，能捕集1um以下的细微粉尘。

而且电除尘器处理烟气量大，可用于高温（可高达500℃）、高压和高湿（相对湿度可达100%）的场合，能连续运转，并能实现自动化。

具有低阻的特点。

因此本设计选择电除尘器。

（1）集尘极面积计算

式中：

A—集尘极面积，m2；η—集尘效率；Q—处理气量，m3/s；

—粉尘的有效驱进速度，飞灰取

=~s。

（2）电场断面面积

式中：

AC—电场断面面积，m2；v—气体平均流速，m/s。

取电场断面尺寸为

。

（3）集尘极与放电极的间距和排数

本设计取集尘极之间的间距（2b）为450mm。

考虑与集尘极的间距相对应，放电极之间间距一般也采用450mm。

集尘极的排数可根据电场断面宽度和集尘极的间距确定，即

式中：

n—集尘排数；B—电场断面宽度，m；△B—集尘极板间距，m

（△B＝2b）。

布置示意图见图1。

图1布置示意图

（4）电场长度

式中：

L—电场长度，m；H—电场高度，m。

采用三电场串联，每个电场长度为L1=。

（5）电晕极系统设计

放电极型式选择

为了使电除尘器长期高效、可靠地运行，对放电极的基本要求是：

牢固可靠，不断线；电气性能良好；粘附粉尘少。

放电极的类型大致有三种：

点放电，如芒刺线；线放电，如星型线；面放电，如圆线等。

本设计根据烟气性质、粉尘性质选择芒刺线放电极。

放电极长度计算

由比电晕电流计算（指单位收尘极板上所得电晕电流）计算。

比电晕电流根据电极型式查有关手册确定。

选芒刺形，比电晕电流在选取。

则取比电晕电流m2，

芒刺形电晕线单位长度电流密度，取i0＝m

则电晕线总长度为：

除尘器一共有18个通道，每条电晕线长8m，

则每道中的电晕线数量为：

条

放电极的悬挂与清灰装置选择

放电极的悬挂有三种方式：

重锤悬吊式、框架式、桅杆式，这里选用框架式。

一般是对电晕极采取连续振打清灰方式，是电晕极沉积的粉尘很快被振打干净。

振打方式有多种，常用的有提升脱钩振打、侧部挠臂锤振打等。

本方案采取侧部挠臂锤振打方式清灰。

见图2。

图2侧部挠臂锤振打清灰方式

（6）集尘极系统设计

采用Z型极板，每块高，宽。

每电场长度方向需要的阳极板数为：

，取9个

电场间的距离取200mm，

则电场有效长度为：

集尘极多采用下部绕臂捶打装置，为保证正确的振打制度，采用单边振打。

本设计选用下部挠臂锤机械振打方式清灰。

一排极板安装一个振打锤，同一电场各排的振打锤安在一根传动轴上，并依次错开一定的角度，使各排极板的振打依次交替进行。

（9）除尘器零部件的设计计算

进气箱

进口风箱小端设计为正方形，其中心与箱底部的距离为：

2500mm；

进口风箱小端设计尺寸为：

法兰内口边长2350mm，外框边长为2550mm；

进口风箱大端正对电场：

；

两端口之间的距离为：

3400mm。

出气箱

出口风箱同进口设计。

灰斗

设置6个灰斗，大小尺寸一致，每一个电场横向设置2个。

每个电场的长度为3400mm，宽度为8000mm。

灰斗上口尺寸：

；

灰斗下口尺寸：

设计为正方形，边长为500mm；

灰斗高度为：

2000mm；

出灰口法兰尺寸：

内口边长为300mm，外框边长为360mm；

出灰口高度为：

400mm。

气流分布板

气流分布板层数的确定：

由于

—电除尘器气体进口管大端截面积，m2；

—电除尘器气体进口管小端截面积，m2；

因为

，所以本方案中设置2块气体分布板，沿气流方向的的第一层分布板与第二层分布板的间距设计为700mm。

第一层分布板开孔率取为：

60%

第二层分布板开孔率取为：

50%

注意：

各层分布板加工以及布置时孔应交错排列，不能孔与孔正对。

外壳设计

参照《除尘工程设计手册》P218表4-109、表4-112和图4-79，SHWB50型电除尘器的外壳设计参数及尺寸，设计如下：

除尘器外壳箱体的长度为：

L箱=11320mm（其中，电场区域所占的长度为10120mm，电场间的距离200mm，第一层分布板与第二层分布板的间距设计为700mm，第二层分布板与电场始端的间距设计为300mm）

除尘器箱体的宽度为：

B=8800mm（其中电场宽度为8000mm，集尘板与箱壁的距离设计为2×400mm）

除尘器箱体的高度为：

H=9000mm（其中电场高度为8000mm，电场上端至箱顶设计预留500mm，电场下端至箱底设计预留500mm，便于安装和检修）。

（10）工作电压与工作电流

工作电压：

（6）

式中：

U为工作电压，kV。

工作电流：

（7）

式中：

I—工作电流，A；

—集尘极电流密度，可取m2。

管道的设计计算

（1）管道系统布置原则

除尘管道力求顺直，保证气流通畅。

当必须水平敷设时，要有足够的流速以防止积尘。

对易产生积灰的管道必须设置清灰口。

为减轻风机磨损，特别当气体含尘浓度高时，应将净化装置设在风机的吸入段。

分支管与水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入。

三通管的夹角一般不大于30°。

当有几个分支管会合于同一主干管时，汇合点最好不设在同一断面。

输送气体中含磨琢性强的粉尘时，在局部压力较大的地方采取防磨措施，并在设计中考虑管件的检修。

（2）管道系统设计计算

查《全国通用通风管道计算表》可得：

（3）流速确定及压力损失计算

①管段1～3，根据Q=h，v＝12m/s，查得外径D＝1700mm，

λ/b=，实际流速v＝s，动压为。

摩擦压力损失：

局部压力损失为合流三通对管段动压的压力损失，其局部压损系数为

，

②管段2～3同上。

D＝1700mm，λ/b=,实际流速v＝s，动压为。

摩擦压力损失：

局部压力损失：

③管段3～4，根据Q=h，v＝12m/s，查得外径D＝2350mm，

λ/b=，实际流速v＝s，动压为。

摩擦压力损失:

：

局部压力损失：

④电除尘器的压力损失一般为200－300Pa，则取

。

⑤管段5～6，同管段3～4。

摩擦压力损失:

：

局部压力损失：

⑥管段7～8，同管段3～4。

摩擦压力损失:

：

局部压力损失：

⑦烟窗阻力损失为

，分布板阻力损失

。

综上，系统总压力损失：

风机的选择计算

正确选择通风机是保证整个净化系统能否正常工作的关键。

风机选择不当，就会造成达不到设计要求，或导致投资和能耗的浪费。

（1）通风机的风量

（10）

式中：

Q—系统计算的总风量，m3/h；K1—考虑系统漏风的安全系数，一般K1=选取。

（2）通风机的风压

（11）

式中：

?

p—系统计算的总阻力损失，包括管道阻力、净化装置阻力、局部阻力，Pa；

K2—安全系数，一般除尘系统K2=—选取；

?

0、p0、T0—通风机性能表中给出的标定状态的空气密度、压力、温度。

一般说，p0=。

?

、p、T—运行工况下进入风机时的气体密度、压力、温度。

计算出Q0、?

p0后，可查通风机产品性能曲线选择所需风机的型号规

（3）电动机功率

电动机所需功率Ne可按下式计算：

（12）

式中：

K—电动机备用系数。

对于通风机，电机功率小于5kW时取，大于

5kW时取；对于引风机取；

?

1—通风机的全压效率，可查通风机样本得，一般—；

?

2—机械传动效率，皮带传动为，联轴器传动为，直联为1。

本设计取Y4-73No20D型锅炉风机，K=，

=，

=。

除尘器的总装配图

总装配图如图2所示。

主要设备型号及技术参数确定

Y4-73No20D型

锅炉风机

转速

730r/min

全压

1378～2070Pa

流量

127080～243800m3/h

效率

%～%

轴功率

132～160kW

Y355L2-10

型号电动机

功率

180kW

电机地脚螺栓

M30×800mm

SHWB40电除尘器

处理烟气量

h

烟气温度

120℃

入口含尘浓度

Nm3

出口含尘浓度

30mg/Nm3

烟气流速

s

电场有效长度

电场有效高度

同极间距

450mm

通道数

18个

总集尘面积

m2

振打方式

绕臂锤机械振打

阻力损失

300Pa

除尘效率

%

烟气停留时间

工作电压

工作电流

七、技术经济分析

综合技术经济指标

技术参数

设计指标

处理量

126600Nm3/h

烟尘浓度

35g/Nm3

允许排放浓度

30mg/Nm3

总压力损失

<3000Pa

除尘效率

%

人员编制

该除尘设备每天工作16小时，两班制，每班2人，工人年薪4万元。

工程概算

设备

单价

数量

费用

Y4-73No20D型

锅炉风机

22万元/套

1套

22万元

Y355L2-10型电动机

耗用钢材费用

万元/吨

45吨

27万元

管道

7万元

电晕线

5万元

配备高压供电设备以及各种控制设备等等，则设备费用与建设成本总额总计为270万元。

运行费用分析

工人工资

16万元

设备折旧费（按成本的10%计）

27万元

平均维修费（按成本的5%计）

万元

电费

260万元

总计

万元