旋风除尘器设计.doc

设计原始资料：锅炉型号：DLP2-13 即，单锅筒纵置式抛煤机炉，蒸发量2t/h，出口蒸汽压力13MPa设计耗煤量：360kg/h(按学号增加5)设计煤成分：CY=60.5% HY=3% OY=4% NY=1% SY=1.5% AY=18% WY=12%； VY15；属于中硫烟煤 排烟温度：165空气过剩系数1.4飞灰率21 烟气在锅炉出口前阻力650Pa污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度50m，90弯头10个。1. 燃烧计算1.1 实际耗空气量的计算在标准状况下，以1Kg应用煤为基准进行计算，结果见表1-1。1Kg该煤完全燃烧时所需要标准状况下的氧气的体积为： （50.4+7.5+0.47-1.25）22.4=1279.448 L （1-1）假设空气中氮氧的摩尔数之比为N/O=3.78，则1Kg低硫煤完全燃烧时所需要的空气体积为：=（1+3.78）1279.448=6115.953L （1-2）实际消耗的空气体积为： =1.4=1.46115.953=8562.333L （1-3）表1-1 1Kg应用煤的相关计算成分质量摩尔数燃烧耗氧量生成气体量生成气体体积C60550.450.450.41128.96H30157.515336O401.2528N100.360.367.84S150.470.470.4710.528水分1206.67149.408灰分1801.2 产生烟气量的计算1Kg该煤完全燃烧后生成的烟气量=149.408+10.528+7.84+336+1128.96+8562.333=10195.069L =10.195 （1-4）则，在160时的实际烟气体积为为： =(160+273.15)=16.17 （1-5）该锅炉一小时产生的烟气流量为：=16.17360=5821.2 /h=1.617/s （1-6）1.3 灰分浓度及二氧化硫浓度的计算烟气中灰分的质量为： =18021=37.8g=37800mg （1-7）烟气中灰分的浓度为： =37800/16.17=2337.662mg/ （1-8）烟气中质量为： =0.4764=30.08g=30080mg （1-9） 烟气中的浓度为： =30080/16.17=1860.235mg/ （1-10）2. 净化方案设计及运行参数选择本设计中采用旋风除尘设备进行净化处理。2.1 旋风除尘器的工作原理旋风除尘器一般有带有一锥形的外圆筒，进气管，排气管，圆锥观和贮灰箱的排气阀组成。当含尘气流以一定的速度（一般在1425m/s之间，最大不超过35m/s）由进气管进入旋风除尘器后，气流由直线运动变为圆周运动。由于受到外圆筒上盖及圆筒壁的限流，迫使气流作自上而下的旋转运动。旋转过程中产生较大的离心力，尘粒在离心力的作用下，被甩向外筒壁，失去惯性后在重力的作用下，落入贮灰箱中，与气体分离。而旋转下降的气流到达锥体时，因锥体收缩的影响，而向除尘器中心汇集，根据“旋转矩”不变理论，其切向速度不断升高，气流下降到一定程度时，开始方向上升，经排气管排出1。2.2 旋风除尘器的特点现在的旋风除尘器具有结构简单；应用广泛；分离效率高可以有效地清除微粒；处理气体量大且阻力低； 适用于高温和腐蚀性气体； 运行费用低；应用广泛等优点2。2.3 运行参数的选择与设计根据相关资料及实际运行情况，本设计中烟气的入口速度取为。根据国家相关规定及标准确灰分风的最高允许排放浓度为3。则本设中要求达到的除尘效率为： (2-1)2.4 净化效率的影响因素2.4.1旋风除尘器结构尺寸对净化效率的影响在旋风除尘器结构尺寸中主要的影响因素有：除尘器的外筒直径，高度，气体进口和排气管形状和大小。这些部件一般都有一较适宜的尺寸及组合。过大或过小都会降低设备效率。2.4.2 操作条件对旋风除尘器性能的影响操作条件应控制在一个较适宜的范围内，过大会降低设备效率，过小会增加阻力损失，两种情况均不利于设备的高效运转。3.设备结构设计与计算3.1 进气口设计计算根据已有经验及实际运行已确定本设计中烟气的入口速度为：。考虑设备漏风及安全运行等因素，假定实际进入设备的烟气量为1.2Q。则进气口部分的面积为： = =1.21.617/20=0.097 (3-1)现有旋风除尘器的进口有三类：直入切向进入式，蜗壳切向进入式，轴向进入反转式（见图3-1）。 直入切向进入式 蜗壳切向进入式 轴向进入反转式 图3-1 现有的几类进气管本设计中采用蜗壳切向进入式 ，它可减少进口系统对筒体内气流的撞击和干扰，其处理量大，压力损失小。其尺寸一般为高宽之比在23之间。本设计中取。则进口的宽度为： (3-2)进口高为： (3-3)则实际的高宽比： (在23之间) （3-4）实际进口面积为： （3-5）实际的入口速度为： （3-6）3.2 旋风除尘器外筒直径的设计计算一般旋风除尘器，其进口高，宽分别为旋风除尘器外筒直径的0.40.75倍和0.20.25倍。本设计中假定宽为外筒直径的0.25倍，则高应为0.501倍，则旋风除尘器的外筒直径为： （3-7）3.3 旋风除尘器高度的设计计算性能较好的旋风除尘器，其直筒部分高度一般为其外筒直径的12倍，锥体部分高度为外筒直径的13倍，锥部底角在2040之间。本设计中直筒部分高度,锥体部分高度，分别取为旋风除尘器外筒直径的1.4倍及2倍。则： (3-8) (3-9)旋风除尘器的总高度为： (3-10)3.4 旋风除尘器排气管的设计计算现有的排气管有两类：底部收缩式和直管式（见图3-2）。 直管式 底部收缩式 图3-2 排气管的类型无论哪一类排气管，其管径一般取为旋风除尘器外筒直径的0.30.5倍。本设计采用直管式，其管径取为，则排气管管径： (3-11)排气管插入旋风除尘器外筒内深度一般与进气管下缘平齐或稍低。本设计中为避免气体短路，伸入长度 取为。即。3.5 排灰管的设计计算及卸灰装置的选择旋风除尘器的排灰管直径一般取为外筒直径的0.25倍，即。结合实际取为。实际。底部锥角为： （在2040之间） (3-12)卸灰装置兼有卸灰和密封两种功能，是影响除尘器的关键部件之一。若有漏风现象，不但影响正常排灰，而且严重影响除尘器效率。现有的卸灰装置有两类：二级翻板式和回转式（见图3-3）。本设计采用二级翻板式。 二级翻板式 回转式 图3-3 现有的两类卸灰装置3.6 流体阻力计算旋风除尘器内的压力损失一般可按下式计算： (3-14)式中：烟气密度，约为； 除尘器内含尘气体的流速，； 流体阻力系数，无量纲；其中 (3-15)式中：旋风除尘器的进口截面积，； 排气管直径，带入相关值，得 (3-16)所以，（在500pa1500pa之间）4. 烟囱的设计计算由于烟囱有一定的高度，烟囱中的热气体受到大气浮力的作用，而具有一定的几何压头，在烟囱底部造成负压“抽力”。如果这种抽力正好能克服气体在窑炉中流动的各种阻力，就能使窑内热气体能源源不断地流入烟囱底部，并通过烟囱排入大气。4.1 烟囱直径的计算烟囱内烟气的流速选为，则直径可用下式计算： （4-1）式中：烟气流量，；烟气流速，；1.2修正系数。所以烟囱的直径为： （4-2）取为，则实际烟气流速为： 4.2 烟囱高度的设计计算本设计中，参照国家标准，确定烟囱高度为，则烟气抬升高度为： （4-3）式中：烟气的热释放功率，；地区环境温度， 烟气释放速率，；大气压强，；温差，代入相关值得：由于，所以： 所以烟囱的总高度为： （4-4）4.3 烟囱阻力损失计算烟囱亦采用钢管，其阻力可按下式计算： （4-5）式中：摩擦阻力系数，无量纲；管内烟气平均流速，；烟气密度，；管道长度，；管道直径，已知钢管的摩擦系数为0.02，所以烟囱的阻力损失为： 则地面最大浓度为： 可见地面最大浓度小于国家规定，烟囱高度设计合理。5. 管道系统设计计算5.1 管径的计算管道采用薄皮钢管，管内烟气流速为，则管道直径为： （5-1）式中：烟气流量，；烟气流速，；1.2修正系数代入相关值得： 结合实际情况，取为，则实际烟气流速为： （5-2）5.2 摩擦阻力损失计算根据流体力学原理，空气在任何横截面形状不变的管道内流动时，摩擦阻力可用下式计算： （5-3）式中：摩擦阻力系数，无量纲；管内烟气平均流速，；烟气密度，；管道长度，；管道直径，；对于薄皮钢管，查阅相关资料的钢管的。代入相关数值得： 5.3 局部阻力损失计算烟气管道局部阻力损失可按下式计算： （5-4）式中：弯头个数；局部阻力系数，无量纲；烟气密度，；管内烟气平均流速，；在烟气管道中一般采用的是二中节二端节型90弯头，其局部阻力损失系数，所以感到局部阻力损失为： （5-5）总阻力损失为： （5-6）5.4 风机，电机的选择引风机全压头可按下式计算： （5-7）其中为系统总压力损失： 所以风机的全压为： 引风机的风量可按下式计算： （5-8）式中：引风机的风量，；引风机容积裕度系数，取为1.1；燃料消耗量，；每公斤燃料产生的烟气量，；当地大气压，；引风机入口处烟气温度，；代入相关值得： （5-9）结合风机全压及送风量，选用Y5-47-6c型离心引风机，其性能参数见表5-1。表5-1 Y5-47-6c型离心引风机性能参数机号NO功率Kw转速r/min流量m3/h全压pa6c18.5285080201512933642452电机的效率 式中；Ne电机功率，kW；Q风机的总风量，m3/h；-通风机全压效率，一般取0.50.7；-机械传动效率，对于直联传动为0.95；代入数据得： 电机选择：电机选用Y280S-4型，其性能参数见下表：型号马力HP/KW电压V电流/A转数/r/min效率/%功率因素堵转转数堵转电流重量/KGY280S-4100/75380139.7148092.70.881.975626. 核算排烟温度下粉尘浓度为2337.662mg/m3，按旋风除尘器除尘效率91.4%计，则粉尘的排放浓度为： ；本设计任务书中规定，污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中二类区新建排污项目执行。由新污染源大气污染物排放限值GWPB3一1999 GBl3271200lmission standardAir P0uutants for CoalBaming oilbaming Gasnred Boiler锅炉大气污染物排放标准查得，烟囱高度为50m时，颗粒物最高允许排放浓度为200mg/m3。比较得出排放浓度和速率都不超标，因而设计合理，符合标准，所以该气体经处理后可以在国家2级标准下排放。7. 总结之前的学习只是书面上的知识，经过一周的课程设计, 对旋风除尘器的工作原理有更加清晰地认识，对其性能影响因素有了一个全面的了解，会了初步设计。知道了设备的运行过程，认识到设计是需要进行全面考虑的，各种影响因素对设备的影响的重要性等。设计中首先计算锅炉用煤进行耗空气量，烟气流量，烟气灰分及二氧化硫浓度。然后对旋风除尘器各部分的尺寸进行设计计算。接着是烟囱高度的计算，直径以及压力损失等。最后是烟囱的管道设计计算。 此次设计中，单独设计以及综合运用所学知识是很重要的，体会了学以致用，感受到了付出带来的充实和愉悦，同时对自己没有掌握好的知识有了一个比较好的补充。当要做设计的时候发现自己的知识储备极其缺乏，更加清晰地认识到自己的状况，对于以后的学习有指导意义。 参考文献1周兴求，叶代启.环保设备设计手册M.北京：化学工业出版社，2004：192魏先勋，环境工程设计手册M.湖南：湖南科学出版社，2002：1453GB3095-82，大气质量标准S.北京：中国标准出版社，200216