大气污染控制工程课程设计水膜式除尘器

内蒙古工业大学大气污染控制工程课程设计说明书摘 要目前大气污染已成了全球性的问题，主要有温室效应、酸雨，臭氧空洞等问题。这些环境问题主要是由人类的各种活动引起的。因此，有效控制各种污染物的排放势在必得。本次课程设计是对燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统进行设计，燃煤过程中排放大量烟尘,严重影响着空气质量和人类生活环境。综合烟尘各项物理性质，水膜除尘器是最符合要求的。水膜除尘具有结构简单，金属耗量小，耗水量小，除尘效果好，脱硫程度高，运行简单方便等优点。其结构尺寸可以查阅相关资料由风量而定。设计中要计算出燃煤排气量和等，进而选择除尘器并计算相关管道尺寸。最后根据相关参数选择风机、电机。含尘气体经除尘器后再经脱硫、除尘等工艺最后经烟囱排往大气。排出烟气达到国家二级一般工业地区的排放标准。关键词：大气污染；水膜式除尘器；燃煤锅炉；含尘气体内蒙古工业大学大气污染控制工程课程设计说明书AbstractCurrently air pollution has become a global problem，there are the greenhouse effect，acid rain，ozone hole and other issuesThese environmental problems are mainly caused by human activitiesTherefore，effective control of emissions of various pollutants aspirationsThe course design is designed for flue gas dust removal system of coal-fired heating boiler，lots of smoke and dust emissions processed from burning coals，which is seriously affecting air quality and human living environment.Comprehensivly analysis the physical properties of consolidated dust，Water membrane Dust collector is the best collector to meet the requirementsThe Water membrane Dust collector has a simple structure，the metal consumption is small and the amount of water is little，it has a good dust removal effect，a high degree of desulfurizationIt has a good advantages of easy operation The structure size is determined by the amount of windDesign to calculate the amount of wind and by the wind and the chimney pipe size design，fans, motors and so onThe structure size can access relevant information determined by the amount of windDesign to calculate the displacement and other coal-fired，and then select the filter and calculate the associated piping size Finally, according to the relevant parameters blower motorThe dust collector and then through the dusty gas desulphurization and dust removal and other final process to the atmosphere through the chimneyExhaust gas meet the national emission standards for general industrial areasKeywords: membrane filter water；air pollution；coal-fired boilers；gas dust目 录第一章 绪 论11.1 设计任务和内容11.1.1 设计题目11.1.2 设计任务11.1.3 设计内容11.1.4 设计原则21.2 相关参数2第二章 除尘系统的确定42.1 排烟量及烟尘浓度和二氧化硫浓度的计算42.2 除尘器的选择62.2.1 除尘器类型的选择62.2.2 除尘器的型号选择8第三章 净化系统的确定和说明103.1 除尘净化系统工艺的确定103.2 主要设备说明10第四章 除尘系统的设计计算124.1 排烟量及烟尘浓度和二氧化硫浓度的计算124.2 管径的计算144.3 烟囱的设计144.3.1 烟囱高度的确定144.3.2 烟囱直径的计算154.3.3 烟囱的抽力164.4 系统阻力的计算164.4.1 摩擦压力损失164.4.2 局部压力损失174.5 卧式旋风水膜除尘器的结构尺寸图20第五章 风机和电机的选择215.1 通风机的计算215.2 电机的计算22总 结24参考文献25谢 辞26第一章 绪 论本次课程设计是对燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统进行设计。燃煤烟尘中主要含有，粉尘等污染物，这些严重影响着空气质量和人类生活环境。为此，对锅炉燃煤产生的烟气需要进行控制，本次课设根据实际情况采用的是水膜除尘系统。水膜除尘具有结构简单，金属耗量小，耗水量小，除尘效果好，脱硫程度高，运行简单方便等优点。水膜除尘器是一种利用含尘气体冲击除尘器内壁或其他特殊构件上用某种方法造成的水膜，使粉尘被水膜捕获，气体得到净化的净化设备。包括冲击水膜、惰性（百叶）水膜和离心水膜除尘器等多种分类。它的工作原理是：含尘气体由简体下部顺切向引入，旋转上升，尘粒受离心力作用而被分离，抛向筒体内壁，被简体内壁流动的水膜层所吸附，随水流到底部锥体，经排尘口卸出。水膜层的形成是由布置在筒体的上部几个喷嘴、将水顺切向喷至器壁。这样，在简体内壁始终覆盖一层旋转向下流动的很薄水膜，达到提高除尘效果的目的。1.1 设计任务和内容1.1.1 设计题目某燃煤采暖锅炉房烟气除尘设计1.1.2 设计任务根据课程资料设计出燃煤采暖锅炉房的烟气除尘系统，计算出锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度，分析确定净化系统设计方案，选择除尘系统，确定各装置的位置以及管道位置，最后选择好风机和电机，根据计算绘制出除尘器主体的CAD图纸。1.1.3 设计内容(1)分析确定净化系统设计方案；(2) 计算燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度； (3) 水浴除尘系统比较和选择：确定除尘器类型型号和规格，并说明其主要参数，本设计最终采用的是水膜式除尘器；(4) 确定各装置的位置及管道布置，并计算出各管道的管径、长度、烟囱高度和出口内径及系统阻力。(5) 选择风机和电机：确定风机和电机的种类和型号以及电机的功率。1.1.4 设计原则(1) 按国家标准进行设计，确保达到预期除尘效果；(2) 在符合要求的前提下，考虑经济性，尽量降低资建和运行成本；(3) 系统稳定，设备简单。1.2 相关参数锅炉型号SZL-10-1.25型，共三台设计耗煤量：1800kg/(台)排烟温度：160烟气密度（标准状态下）：1.34kg/空气过剩系数：=1.2排烟中飞灰占不可燃成分的比例：18%烟气在锅炉出口前阻力：700Pa当地大气压力：92kPa冬季室外温度：3空气含水（标准状态下）:0.01293kg/烟气其他性质按空气计算地面十米处平均风速：3.1m/s烟气出口处空气温度：9.6煤的工业分析如下表：表1-1 煤的工业分析项 目符号单位设计煤种元素分析收到基碳Car%68收到基氢Har%4收到基氧Oar%2收到基氮Nar%5收到基全硫Sar%1.5工业分析收到基灰分Aar%18收到基水分War%5.5空气干燥基水分Mad%14.27干燥无灰基挥发分Vdaf%33.92收到基低位热值Qnet.arkJ/kg22000处理按锅炉大气污染物排放标准（GB 132712001）中二类区标准执行。灰分份额：75%粉尘的比电阻：2106cm。烟气的粒度分布如下表所示：表1-2 烟气的粒度分布(um)55202030304040505060百分组成18.1327.519.9523.486.324.62第二章 除尘系统的确定2.1 排烟量及烟尘浓度和二氧化硫浓度的计算1、标准状态下理论空气量 (3-1)式中：理论空气量， m3/kg ； ， ，分别为煤中各元素所含的质量分数。=4.78（1.86768%+5.564%+0.71.5%-0.72%）=7.115 m3/kg2、标准状态下理论烟气量 =1.867+11.2+1.24+0.016+0.79+0.8 (3-2)式中：理论烟气量，m3/kg； 煤中收到基水分含量； 煤中氮元素所含的质量分数。=1.867（65%+0.375）+11.24%+1.245.5%+0.0167.115+0.797.115+0.85% =7.57 m3/kg3、标准状态下实际烟气量 =+1.016（-1） (3-3)式中：标准状态下实际烟气量，m3/kg； 空气过剩系数，基础资料中给出为1.2。. =7.57+1.016(1.2-1) 7.115 =9.017 m3/kg4、标准状态下烟气流量 =设计耗煤量 (3-4)式中：标准状态下烟气流量，m3/h。=9.01718003 =48691.8 m3/h5、每台锅炉标况下的烟气量= (3-5)式中：每台锅炉标况下的烟气量，m3/h。= =16230.6 m3/h6、工况下锅炉烟气量 （3-6）式中：工况下锅炉的烟气量，m3/h；工况下的温度160+273=433K；标况下的温度；标况下的大气压；当地大气压，为92kPa。= =28352.3 m3/h即23.637、标准状态下烟气含尘浓度 （3-7）式中：C标况下烟气含尘浓度，；排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数； 煤中不可燃成分的含量；实际烟气量， m3/ kg。C= =3.5938、标准状态下烟气中二氧化硫的浓度 （3-8）式中：烟气中二氧化硫的浓度，k。=k =3.3279、二氧化硫的排放量2.2 除尘器的选择2.2.1 除尘器类型的选择1、除尘器应达到的除尘效率 （3-9）式中：除尘器的除尘效率；C-标准状态下烟气含尘浓度，； -标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，。=1- =94.43%2、除尘器类型选择(1)在选择除尘器类型的时候，应该充分考虑以下因素：除尘器的除尘效率；选用除尘器是否满足排放标准规定的排放浓度；粉尘的粒径；烟气在锅炉出口前阻力；经济性：投资费用和运行费用。(2)除尘设备的分类及基本性能：除尘设备的分类及基本性能见下表2-1表2-1 除尘设备的分类及基本性能 类 别除尘设备型式阻力/Pa除尘效率/%投资费用运行费用机械除尘器重力沉降室501504060少少惯性除尘器1005005070少少旋风除尘器40013007092少中多管旋风除尘器80150008095中中湿式除尘器喷淋洗涤器1003007595中中文丘里除尘器5000200009098少高自激式除尘器80020008598中较高水膜式除尘器50015008598中较高过滤式除尘器颗粒除尘器80020008599较高较高袋式除尘器80020008599.9较高较高电除尘器干式除尘器1002008599高少湿式静电除尘器1255009099高少b、除尘器的分级效率：表2-2 除尘器的分级效率除尘器名称总效率/%不同粒径（）所对应的分级效率0551010202044带挡板的沉降室58.67.522438090普通的旋风除尘器65.31233578291长椎体旋风除尘器84.240799299.5100湿式水膜式除尘器94.5729698100100电除尘器979094.59799.5100文丘里洗涤器99.59999.5100100100袋式除尘器99.799.5100100100100根据资料中给出的粉尘粒径分布以及锅炉出口阻力(700Pa)和所要求达到的除尘效率，只有水膜除尘器能够符合要求，因此，确定本次设计的除尘器为湿式除尘器，最终采用卧式旋风水膜除尘器。2.2.2 除尘器的型号选择卧式旋风水膜除尘器型号及性能：表2-3 卧式旋风水膜除尘器型号及性能型号91011风量，额定气量200002500030000使用范围165002100021000260002500033000耗水量及供水管路定期供水T,h2.342.863.77404040656565连续供水0.560.640.70252525D电磁阀 檐板脱水图号CT 531(九)CT 531(十)CT531(十一)主要尺寸L415547405320D165618081958H433345604898A92510001075B166017001890C556608658E720800880F272296321G118013401580压力损失Pa115120125除尘器质量kg160524812926旋风脱水图号CT531（十四)CT 531(十五)CT531（十六）主要尺寸L423547605200D165618081958H359837904083C556608658E700800880F2722963218509001000A92510001075压力损失Pa110115120质量kg150422642636根据表2-3，采用的除尘器型号为10号除尘器。26第三章 净化系统的确定和说明3.1 除尘净化系统工艺的确定1、净化系统主要由电机、风机、进气管道、除尘器、排灰装置和烟囱（排气装置）组成的。它是利用风机产生的动力，将含尘气体经抽风管道计入除尘设备内净化，进化后的气体经排气管道排出。回收的粉尘由排灰装置排出。2、除尘净化系统平面布置图：锅炉除尘装置脱硫装置脱氮装置烟囱烟囱烟气 图3-1 除尘净化系统平面布置图3.2 主要设备说明 1、电机：配用风机的电机一般由风机生产厂配套供应，也可根据实际情况选定。配用电机时，应用工作状态下风机实际所需的功率。风机配套常用的是Y系列的三相异步电动机2、风机：根据离心式风机在规定转速下所产生的大小可分成低压、中压和风机。一般用于除尘系统中大多数是中、高压风机。两台以上的风机可以有串联和并联两种方式，而两台风机串联，不但风压增大，而且风量也在增加。在一般情况下，并联工作风量增加多些，串联工作风压增加多些。因此不论并联工作还是串联工作，均可怎几啊风量风压。3、气体管道：气体管道是除尘系统中不可缺少的一部分，需要净化气体沿着气体管道进入除尘器，净化后的气体经气体管道排出。因此，气体管道对除尘系统的能量消耗、工作能力和除尘效率有重大的影响。4、排灰装置：除尘器的排灰装置是除尘设备的一个重要的组成部分，它的工作状况，会直接影响除尘器的运行和除尘效率。排灰装置应考虑所配用除尘器的形式、灰斗内压力状态和粉尘的性质，以保证除尘器的正常工作和顺利的进行。排灰装置分为干式排灰装置和湿式排灰装置。干法适用于干式除尘装置，湿法适用于湿式除尘装置。 5、除尘器：除尘器的主要作用是去除烟尘中的粉尘，是整个除尘系统的主体部分。第四章 除尘系统的设计计算4.1 排烟量及烟尘浓度和二氧化硫浓度的计算1、理论空气量 （4-1）式中：空气量， m3/kg ； ， ，分别为煤中各元素所含的质量分数。则：=4.78（1.86768%+5.564%+0.71.5%-0.72%）=7.115 m3/kg2、理论烟气量 （4-2） 式中：理论烟气量，m3/kg；煤中水分所占质量分数，%；元素在煤中所质量分数，%。设定空气含湿量为12.93g/m3 m3/kg3、实际烟气量 （4-3）式中 空气过量系数；理论烟气量，m3/kg；理论空气量，m3/kg。则：注：标准状态下烟气流量以m3/h 计算，因此设计耗煤量则4、每台锅炉标况下的烟气量 （4-4）式中：每台锅炉标况下的烟气量则：5 、工况下总的烟气量 （4-5）式中：标况下的大气压工况下的温度标况下的温度则：三台锅炉总的烟气量 6、标准状态下烟气含尘浓度 （4-6）式中：排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；煤中不可燃成分的含量；实际烟气量， m3/ kg则：7、 标准状态下烟气中二氧化硫浓度 （4-7）式中：煤中含可燃硫的质量分数；标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/ kg 。则：8、 二氧化硫的排放量 （4-8）式中：每台锅炉设计燃煤量为则：4.2 管径的计算管道直径为 （4-9）式中：工况下管内烟气流量， -烟气流速，对于锅炉烟尘v =1015m/s根据以上条件可以计算出的范围在0.0821.002m之间，所以我们取根据 可以反算出4.3 烟囱的设计4.3.1 烟囱高度的确定1、烟气热释放率 (4-10) (4-11)式中：大气压力，取邻近气象站的年平均值，这里是 实际排烟量由上式得， 2、烟气的抬升高度 (4-12) 式中：烟囱的几何高度m则根据表4-1选取、 由上式得，故取、 分别为0.332, 3/5， 2/5 表4-1 系数、的选取地表状况（平原）农村或城市远郊区1.4271/32/3城区及近郊区1.3031/32/3且农村或城市远郊区0.3323/52/5城市及近郊区0.2923/52/53、烟囱的几何高度 (4-13) 由式（4-12）、（4-13）可算得4、烟囱的有效高度 (4-14)4.3.2 烟囱直径的计算1、由于有利用风机抽取烟气，所以取机械通风情况下烟囱出口流速15m/s。烟囱出口内径可按下试计算 （4-15）式中：Q通过烟囱的总烟气量，；选取的烟囱出口烟气流速，。根据下表4-2可取15m/s 取2、则由下式可计算出烟囱地面直径： （4-16）式中：烟囱出口直径，；H烟囱高度，； 烟囱锥度，通常取。则可取=0.02则：表4-2 烟囱出口流速通 风 方 式运行情况全负荷时最小负荷时机械通风102045自然通风6102.534.3.3 烟囱的抽力 (4-17)式中：当地大气压，。烟囱高度，； 外界空气温度，； 烟囱内烟气平均温度，； 4.4 系统阻力的计算4.4.1摩擦压力损失 （4-18） （4-19）式中：表况下烟气密度，kg/m3 ； y工况下烟气密度，kg/m3；L管道长度，m，对于一般通风系统管内风速v14m/s,风管长度为50m； D管道直径，m； 管中气流平均速率，m/s； 摩擦阻力系数，对于水泥胶砂砌砖的管道, =0.0450.2 取0.1由于v=12.4m/s14m/s ,故可取L=50m；则：4.4.2 局部压力损失 （4-20）式中：P局部压力损失； 局部阻力系数。(1)除尘器进气管的计算渐缩管的计算当时， 30Z形弯头，取 3，渐扩管， 设定，取 (2)除尘器出气管的计算渐扩管的计算当时， 弯头损失设两个弯头均为90，取 T形三通管T形三通管结构如图4-1图4-1三通管示意图对于三通管支管，取=0.78 对于T形三通合流管道 (3)系统总阻力系统总阻力包括各局部阻力以及锅炉出口前阻力和,除尘器阻力，已知出口前阻力为700Pa,除尘器阻力120Pa。则系统总阻力为根据以上数据和表4-3选取湿式除尘器中的卧式旋风水膜除尘器表4-4 卧式旋风水膜除尘器型号及性能 型号91011风量，额定气量200002500030000使用范围165002100021000260002500033000耗水量及供水管路定期供水T,h2.342.863.77404040656565连续供水0.560.640.70252525D电磁阀檐板脱水图号CT 531(九)CT 531(十)CT531(十一)主要尺寸L415547405320D165618081958H433345604898A92510001075B166017001890C556608658E720800880F272296321G118013401580压力损失Pa115120125除尘器质量kg160524812926旋风脱水图号CT531（十四)CT 531(十五)CT531（十六）主要尺寸L423547605200D165618081958H359837904083C556608658E700800880F2722963218509001000A92510001075压力损失Pa110115120质量kg150422642636注：、表中C、D、E、F、G及均为外径、B式进口的除尘器长度L需加 根据以上数据和表4-3选取湿式除尘器中的卧式旋风水膜除尘器4.5 卧式旋风水膜除尘器的结构尺寸图见下图图4-1卧式旋风水膜除尘器第五章 风机和电机的选择1、通风机风量计算 (5-1)式中：Q 管道计算的总风量，m3/h； 考虑系统漏风所附加的安全系数，一般除尘管道取值范围为0.10.15，可取=0.13 2、通风机的风压计算 (5-2)式中：管道计算的总压力损失，Pa； 考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数，一般取值范围为0.150.2，可取K2=0.2 3、风机的选择 常用风机性能及适用范围见下表5-1表5-1 常用风机性能及适用范围(环境工程设计)型号名称全压范围风量范围功率范围介质最高温度/适应范围4-46离心风机1703370565790000.555080一般厂房通风换气、空调4-72-11离心通风机20032409912275001.121080一般厂房通风排气4-79离心通风机1803400990177200.751580一般厂房通风换气7-40-11排尘离心通风机50032301310208001.040输送含尘量较大的空气30K4-11轴流风机26516550495000.091045一般工厂车间办公室换气9-28型离心通风机34301970022006000004.0160080锻压炉、锻钢炉及高压强制通风9-35锅炉通风机800600024001500002.8570锅炉送风助燃G-73-11锅炉离心通风机590700159006800010125080用于26t/h锅炉或一般矿井通风Y4-70-11锅炉引风机67014102430143603.075250用于14t/h蒸汽锅炉排烟Y9-35锅炉引风机550454044304730004.51050200锅炉烟道排烟G4-73-12Y4-73-12锅炉通风机锅炉引风机5536541343402915229166100152291661007.53155.522080200275t/h锅炉通风和排烟Y8-39Y9-38锅炉引风机锅炉引风机116753441327580532421455333295139712a4.02505.5280250250用于0.550t/h蒸汽锅炉排烟根据以上计算并对照常用风机性能表，选择型号为Y4-70-11锅炉引风机。.2 电机的计算电动机功率的计算 (5-3)式中：N电动机功率，kw；风机风量，m3/h； 风机风压，Pa； 电动机安全系数，按下表5-2选取，根据经验，对于引风机，=1.3 风机在全压头时的效率，一般风机为0.6，高效风机约为0.9； 机械传动效率，当风机与电动机直联传动时2为1，用连轴器时用V形带传动时为=0.98，则：总 结由以上计算分析我们可以看出，燃煤烟气含有大量得粉尘和人对环境危害极大的，等污染物，对这些污染物的去除效率是评价一种除尘系统的关键指标。经过对烟尘多种性质的综合比较，确定出水膜式除尘器是很符合要求的。水膜除尘具有结构简单，金属耗量小，耗水量小，除尘效果好，脱硫程度高，运行简单方适合便等优点，另外也比较北方严寒的气温条件。由于一般资料中对水膜式除尘器的介绍甚少，我们小组去图书馆翻阅了大量的资料，也从网上找了一些相关资料，其中的辛苦也是不言而喻的。最后我们发现水膜式除尘器是根据排风量确定的。每种型号都有确定的尺寸，从而我们的工作重点便放到了对排烟量和管道等的计算。我们发现虽然不用计算除尘器的尺寸，但整个除尘系统设备较多较复杂，尤其是对于管道的合理设计更显得尤为重要，因为管道的设计直接影响到整个除尘设备的能耗和能源利用效率。综合分析，可以看出，每一设计环节都是紧承前面的计算，这也体现了该除尘器结构紧凑的特点。当然这种除尘器也有不足的地方，其缺点是高度较大，布置困难，并且在实际中发现有带水现象，这是需要不断改进。参考文献*1 郝吉明，马广大. 大气污染控制工程 .2 罗辉. 环保设备设计与应用. 北京. 高等教育出版社. 1997.*3 高香林. 除尘技术. 北京. 华北电力大学. 2001.03 .4 郑铭. 环保设备设计应用. 北京. 化学工业出版社. 2001.04. 5 胡志光，胡满银. 火电厂除尘技术. 北京. 中国水利水电出版社. 2005.6 金国淼. 除尘设备. 北京. 化学工业出版社. 2002.*7 原永涛. 火力发电厂除尘技术. 北京. 化学工业出版社. 2004.10.8 鹿政理. 环境保护设备选用手册. 北京. 化学工业出版社. 2002.5. *9 金国淼主编. 除尘设备设计. 上海科学技术出版社. 1985. 10 杨丽芬，李友琥主编. 环保工作者使用手册. 冶金工业出版社. 2001. 11 航天部第七研究设计院编. 工业锅炉房设计手册. 北京. 中国建筑工业出版社.1986 . 12 赵毅，胡志光主编. 电力环境保护使用技术及应用. 北京. 中国水利水电出版 社.2006.注：*为主要参考文献谢 辞当暑假的气息越来越近的时候，丰富多彩的大气污染课程设计也渐渐落下了帷幕。在这短短的十四天里，我们付出了很多，也收获了不少，在这里首先我要浓重的感谢我的指导老师曹英楠老师。在课程设计中，她不仅给了我们宝贵的建议，使得我们的活动得以顺利进行，并且至始至终对我们严格要求，这也培养了我们严谨的实事求是的治学态度。尤其是对于说明书的格式曹老师更是批阅的一丝不苟。当我们自以为自己做的已经很完美的时候，曹老师仍然给我们找出来多处错误。有些是我们疏忽的，更有些是以前根本不在意的。这又让我们收获了不少新知识。可以说，这次大气污染课程设计为我们毕业设计和以后走上工作岗位打下了夯实的基础。再次我要感谢我的同组同学，没有他们的帮助，我也不可能在这短短的时间里按时保质的完成任务。和他们这些天的合作相处，让我更加明白了团队合作的重要性，也让我学会了怎样和队友相处沟通以达到更高的效率。最后我真的由衷的感谢学校给我们安排这样的训练课程。工大，是一个让人历练的地方。选择工大，我无怨无悔，选择工大，成就美好未来！