1、設計題目某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統設計設計資料設計耗煤量： 203.8kg/h 。排煙溫度：560 C空氣過剩系數：a =1.25煙氣密度（標態）： 1.32kg/m 3 室外空氣平均溫度；24 C;鍋爐出口前煙氣阻力： 1025Pa； 現場氣象資料 : 海拔高度： 22.5m 當地平均大氣壓：943.6mbar 年平均氣溫：12.3 C 最大風載：32kg/ m2 最大雪載：24kg/ m 地震烈度： 7 度三 設計目的要求設計煙塵濃度排放w 200mg/nio本設計的目的在于進一步鞏固和加深理解課程理論， 培養運用所學理論知識進行凈化 系統設計的初步能力， 包括工程設計的基本方法和步驟

2、， 技術資料的查找與應用以及繪圖能 力的訓練，綜合運用本課程及其有關課程的理論知識解決工程中的實際問題。四 設計要求（一）編制一份設計說明書，主要內容包括：1）引言2）方案選擇和說明（附流程簡圖）3）除塵（凈化）設備設計計算4）附屬設備的選型和計算（集氣罩、管道、風機、電機）5）設計結果列表6）設計結果討論和說明7）注明參考文獻和設計資料（二）繪制除塵（凈化）系統平面布置圖、立面布置圖、軸測圖（三）繪制除塵（凈化）主體設備圖五 設計內容5.1 引言我國是以煤為主要能源的國家。 隨著國民經濟的發展， 能源的消耗量逐步上升， 大氣污 染物的排放量相應增加。 而就我國的經濟和技術發展就我國的經濟和技

3、術發展水平及能源的 結構來看，以煤炭為主要能源的狀況在今后相當長時間內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量、 減少酸雨和 SO2 危害的關鍵問題。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，使塵粒從氣流中分離出來的設備。 濕式除塵器按結構與凈化機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。根據除塵設備的阻力與耗能可分為低耗能和 高耗能除塵器。濕式除塵器的特點是構造簡單、凈化效率高、本身無運動部件、故障少、

4、適 合高溫高濕氣體除塵，但除塵后有水的處理問題和設備的腐蝕問題。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動速度和非常細小的液 滴，文氏管就是為了適應這個要求而發展起來的。 文氏管是在意大利物理學家文丘里首次研 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發明的。文氏管除塵器于 1946年開始在工業中應用。 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，這種除塵器結構簡單，對 0.5-5 微米的塵粒除塵效率可達 9

5、9%以上，但其費用較 高。該除塵器常用于高溫煙氣降溫和除塵，也可用于吸收氣體污染物。5.2 方案的選擇及說明5.2.1 除塵器性能指標除塵器性能指標包括技術性能指標和經濟性能指標，其中，前者包括含塵氣 體處理量、除塵效率、阻力損失，后者包括總費用（含投資費用和運轉費用）、占地面積、 使用壽命。 上述各項指標是除塵設備選用及研發的依據。 各種除塵設備的基本性 （表 5-1 ）除塵器名稱適用的粒徑 范圍 （卩m）效率（%阻力(Pa)設備費運行費重力沉降室>50<5050少少慣性除塵器20-5050-70300少少旋風除塵器5-1560-90800少中水浴除塵器1-1080-95600少

6、中下臥式旋風水膜除塵器> 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準規定的排放濃度；（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設置低阻力

7、的出凈化設備， 去除粗大粉塵，以使設備更好地發揮作用；（5）氣體溫度和其他性質也是選擇除塵設備時必須考慮的因素；（6）所捕集粉塵的處理問題；（7 ）設備位置，可利用的空間、環境條件等因素；（8）設備的一次性投資（設備、安裝和施工等）以及操作和維修費用等經濟因素。綜合考 慮對除塵效率的要求、水泥的性質及經濟成本等宜選用文丘里除塵器。5.3設計依據和原則5.3.1依據（1）同類粉塵治理技術和經驗（2）水泥工業大氣污染物排放標準 （ GB4915-2004）（3）大氣污染防治技術及工程應用（4）除塵技術手冊 （張殿印 張學藝編著）5.3.2 原則本設計遵循如下原則進行工藝路線的選擇及工藝參數的確定：

8、 （1）基礎數據可靠，總體布局合理。（2）避免二次污染，降低能耗，近期遠期結合、滿足安全要求。（3）采用成熟、合理、先進的處理工藝，處理能力符合處理要求；（4）投資少、能耗和運行成本低，操作管理簡單，具有適當的安全系數，各工藝參數的選 擇略有富余，并確保處理后的尾氣可以達標排放；（5）在設計中采用耐腐蝕設備及材料，以延長設施的使用壽命；（6）廢氣處理系統的設計考慮事故的排放、設備備用等保護措施；（7）工程設計及設備安裝的驗收及資料應滿足國家相關專業驗收技術規范和標準。5.4 基本數據鍋爐型號：FG-35/3.82-M型（35t蒸氣/h ）;設計耗煤量：203.8 kg/h ;排煙溫度：560

9、C； 空氣過剩系數：a =1.25 ;煙氣密度（標態）：1.32kg/m 3室外空氣平均溫度；24C ;鍋爐出口前煙氣阻力：1025Pa；煙氣其他性質按空氣計算；排灰 系數35%按鍋爐大氣污染物排放標準（ GB13217-2001）中二類區標準執行：標準狀態下煙 塵濃度排放標準： 200mg/m3。煤的工業分析（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 煙氣排放量及組成以1kg煤為基準各組分質量mol需02量(mol)產生煙氣量（mol）coHjOSQN2C72562.6

10、762.6762.67000.00H4141.0010.25020.500.00O664.13-2.06250000.00N8.50.6100000.30S6,。2#VALUE!#VALUE!00#VALUE!0.00H2O99.25.51005.5100.00灰分27.10上表以1kg煤為基準計算SO2=0.194;故產生煙氣量：CO2=62.67; N2=0.305;H2O=26.1理論需氧量:理論空氣量:(62.67+10.25+0.194-2.063) X 68.32 X 0.001=4.85mol4.85 X( 3.76+1 ) =23.09mol實際空氣量:23.09 X 1.25

11、=28.86mol5過剩空氣量：28.86 23.09=5.77mol理論干煙氣量：(62.67+0.194+0.305 )X 68.32 X 0.001+4.85 X 3.76=22.56 mol理論煙氣量：22.56+26.1 X 68.32 X 0.001=24.34mol則總煙氣量=煙氣+過剩空氣=24.31+ (1.25-1 )X 23.09=30.08m 333乘以用煤量：30.08 X 203.8=6130.3m /h=1.708m /s 1kg 煙氣中灰分：27.1 X 35% =9.485g9.485X 203.8=193.043g/h=0.54g/s煙氣含塵濃度：0.54/

12、1.708=0.32g/m35.5換熱器的選型本設計采用的是管殼式換熱器，冷熱兩種流體在其中換熱時，一種流體流過管內，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 25 X 2.5的無縫鋼管，2 59型號為BEM700-200-4I的換熱器，其主要參數為管外徑為25mm管長9m,換熱面1.625積為20om。因為換熱器的壓損相對除塵系統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。它即可用于高溫煙氣降溫，也可凈化含有微米和亞微米粉塵粒子及易于被洗滌液吸收的有毒有害氣

13、體。實際應用的文丘里洗滌除塵器由文丘里洗滌器、除霧器、沉淀池和加壓循環水泵等多種裝置組成，其裝置系統如下圖所示，文丘里洗滌器在該裝置系統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分離都是在除霧器中完成的，本設計中除霧器即脫水器選用旋風水膜除塵器，文丘里洗滌器則由收縮管、 喉管和擴張管以及在喉管處注入高壓洗滌水的噴霧器組成。脫水器7#(1)管徑 D =18.8. Q式中D管徑，m ;3Q-進口氣體流量，1.708 X 3600=6148.8m /h一般取進口流速 U 1=1622m/s出口流速u 2=1822m/s喉管流速 u r=50180m/s取進口流速 u 1=20m/

14、s，則進口管徑 0=18.86148.8 = 330mm = 0.33m 206148 8出口流速u 2=20m/s，則出口管徑但8、20330mm".33m喉管流速 U r=80m/s，則喉管管徑 Dr =18.8 , 6148.8 =165mm = 0.165mr V 80(2)管長漸縮管的中心角 a 1取25°,漸擴管的中心角a 2取6°,當選定兩個角之后，計算收縮管長擴散管長D1 'Dr-：»0.330.165cotcot2>2cot22L2-Dr25 = 0.73m2 20.33 -0.165,6cot 3.13m2喉管長度Lr對

15、文丘里管的凝聚效率和阻力皆有影響。實驗證明,Lr=（0.8 1.5） D，取Lr=1.5 D=1.5 X0.165=O.25m(3 )壓力損失根據有些學者提出的模式認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， 由此導出壓力損失的近似表達式為P -1.03 10 Vr2丄式中 p 文丘里洗滌器的氣體壓力損失，cmHOVr 喉部氣體速度，cm/s3L液氣體積比，一般為 0.51L/m，取L=0.5故 P =1.03 10£ (80 102)2 0.5 = 32.96cmH2O =3230Pa(4 )除塵效率的計算根據國家規定的煙塵排放濃度標準，C < 100mg/ni,故

16、除塵器應該達到的除塵效率為:n t=1 - (100/620) x 100% =84%(5) 脫水器的選擇脫水器串聯在文丘里洗滌器后，作為凝聚水滴和吸收某些氣態污染物的作用。ffi M JG CIS A3根據進入文丘里除塵器的風量Q=3168nYh,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象，在筒體內壁表面始終保持一層連續不斷地均勻往下流動的水膜。含塵氣體由筒體下部切向進入除塵器并以旋轉氣流上升，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。主要參數如下表：表5-5ir3

17、風量/m /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備的附屬構件之一，對煙氣冷卻、凈化設備性能影響很大，根據噴嘴的結構形式不同，一般可分為噴灑型噴頭、噴濺型噴嘴和螺旋型噴嘴等，本設計采用螺旋型噴嘴的碗型噴嘴，其計算過程如下：設計參數：噴水量33.7m/h，噴射角75°，出水口軸向流速為 8m/s，則出水口面積3.7 106 A =3600 匯8為:= 128mm2，出水口直徑為 DN=12.77mm 取蝸室入口流速為 4m/s，則蝸室切向入口縱斷面積為Ar37垃=257mm23600 4 水口內徑DC

18、的截面積A的計算AA25T2K= -, K取 0.785，則 A 22917mm2AA>KA 0.752 128DC=34mm 取VR=0.5m/s,則該處圓環面積為3.7 1063600 0.52二 2056mm11# 噴嘴外殼的內半徑 R為兀一22 1-22 122056 = (2R ) -d j = 0.785 ”2R ) 42 J = 3.14R1 -1385,Ri=33mm如下圖:選噴口口徑為14mm的，其主要參數如下：劉【用SaDiDd1(1303 &57331021125115純IS77柏曹牙SS1224就120an姑趴50育牙4iU品16140130303,595

19、紳騎49Jfi1KH518539i 3,5&750 ff?IH1忖5.7管道設計計算5.7.1管道計算（1）除塵系統工藝流程圖(2 )管道直徑的確定12#管段(1-2)=1.708 833.15 =5.21m3273.15查設計手冊取管道中氣速v=18m/s，可得 d根據實際管道#情況，管道內為氣體如果速度小于12m,則有粉塵堵塞管道，為保證速度不小于18,取d1-2 =0.6 m實際流速=18.4m/ s4Q 4 5.212 2-二 d3.14 0.6管段（3-4） 標況下溫度為150C,即卩T=423.15 KQ3 -4= 1.708423.15273.15-2.65m3#取氣體流

20、速=0.44m18m/s, d3- 4Q =4 265V W 3.14沢18管道取一致， 取d5-6 =0.45 m4Q 4 疋 2 65 實際流速V實一氣=17.7m/s兀 d23.14 漢 0.452管段（5-6） 標況下溫度為 80C，即T=353.15 K= 1.708353.15273.15=2.21m3取氣體流速12m/s, d5-6 =4 2.213.14 18二 0.4m#管道取一致，取d5-6 =0.4 m#實際流速 V實二 4Q2 = 4 2.212 = 17.6m/s nd3.14X0.42管段(7-8) 標況下溫度為 80C，即T=353.15 KQ7& =1.

21、708 353.15 =2.21m3273.15取氣體流速12m/s, d4 2.213.14 18二 0.4m管道取一致， 取d7-8 =0.28 m4Q 4x 2 21實際流速7實 =2 2 - 17.6m / snd 3.14x0.4列表為（表5-3 ）:管段氣體體積m3/s管段溫度'C( K)K氣體流速(m/s)計算管徑(m) (取管道規 格)標況下實際中125.71560833.15180.6232.65150423.15180.45341.7880353.15180.4451.7880353.15180.45.7.2管道壓力損失的計算5.7.2.1摩擦阻力損失流體力學原理，

22、氣體流經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APL = L -d 2式中AP l定長度管道的摩擦阻力，PaL直管道的長度，m入一摩擦阻力系數，無量綱d圓形管道內直徑，mP 管內氣體的密度，kg/m3u 管內氣體的平均風度，m/s煙氣密度V2根據已知的數據：煤氣在標況下的密度:二1.32kg/m3560 C時，煙氣密度 J = 0.43kg / m3150C時，煙氣密度=0.85kg / m'80C時，煙氣密度匸=1.06kg/m380C時，煙氣密度匸=1.06kg/m3管段12，在操作條件下3訂=0.43kg/m , L =10m, d =0.6m,v =18.4m/s

23、花=0.012 （鍍鋅管）:Pl _22LgVd2_= 0.012100.43 18.42x0.6 2= 14.56Pa15#管段34在操作條件下3g = 0.85kg / m , L = 20m, d = 0.45m, v = 16.7m/s, =0.012 （鍍鋅管）L A扎d 2= 0.012200.450.85 17.722二 63.22Pa#管段56,在操作條件下3訂=1.06kg/m L = 10m,d = 0.4m,v = 17.6m/s, =0.012 （鍍鋅管）L "gV2= 0.0122101.06 17.6x0.42=49.25 Pa#管段78在操作條件下3-g

24、 = 1.06kg /m L =5m,d =0.4m,v =17.6m/s/ = 0.012 （鍍鋅管）= 0.01251.06 17.62=24.63Pa0.42整理數據表格如下（表5-4）管段標況下管道中摩擦阻力系數管道長度氣體流速摩擦阻力損失體積密度體積密度1-25.210.430.0121018.414.563-41.7081.322.650.850.0122017.763.225-62.211.060.0121017.649.25#7-82.21 1.06 0.012517.624.6316#總摩擦壓力損失為：.：P. ：P =14.56 63.22 49.25 24.63 = 15

25、1.66 Pa5.722局部壓力損失局部壓力損失在管件形狀和流動狀態不變時，可按下式計算 g：2P =2式中 P氣體的管道局部壓力損失，PaE 局部阻力系數管道彎頭2個E 1=E 2=0.18則#2 ：Pw =(0.180.18) 0.43 18.4 =26.2Pa管道彎頭2個E 1=E 2=0.18則#0 85 疋17 72 =PW -(0.18 0.18)47.93Pa管道彎頭3個E 1=E 2=0.18則#1 06 漢 17 62 :PW=(3 0.18)88.7Pa管道無彎頭，故無局部阻力損失5.7.2.3系統的壓力損失#摩擦阻力損失二' :P =14.56 63.22 49.

26、25 24.63 =151.66 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AP = P.總+ Pw總+AP c =151.66+162.83+3230=3544.5Pa5.8煙囪的高度計算(1 )煙囪出口內徑可按下式計算:#式中 Q通過煙囪的總煙氣量,m3 / s#Vi按表選取的煙囪出口煙氣流速，選定Vi=4 m/s4 1.7083.14 4=0.74m17#表5-7煙囪岀口煙氣流速通風方式全負荷時運行情況最小負荷機械通風10 2045自然通風682.5 3(2 )煙囪高度的確定一個煙囪的所有鍋爐的總蒸發量為Q=1.2

27、4t/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鍋爐房裝機總容量MW0.70.71.41.42.82.8 77 1414 28t/h112244 1010 2020 W 40煙囪最低高度m202530354045查上表可得：H煙囪=25m煙囪底部直徑d D 2 i H m式中d一一煙囪出口直徑，mh煙囪高度，mi 煙囪錐度，通常取 i = 0.020.03 。選定 i=0.025d1 = D 2 i H =0.74 2 0.025 25 = 2 m(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

28、，其抽力也越大。P 二 0.0345H (1273 t。1273 tf)B式中H產生抽力的管道高度， m10外界空氣溫度 Ctf計算管段中煙氣的平均溫度 C#t f=(560+160+80+80)/4=220 CB 當地大氣壓Pa：P =0.0345 251273 241273220101325 二130Pa18(4 )煙氣自生通風力.P r=25 X( 1.32-0.85 )x 9.61=115.3Pa5.9總壓力損失總壓損=125.2+3230+132.8+130+1025-115.3=4528.78 Pa5.10風機的選型(1) 風量 根據總風量和總壓力損失選擇合適的風機。在選擇風機時按

29、下式計算。Q0*KzQ式中Q管道系統的總風量，m/hK1考慮系統漏風所附加的安全系數。一般通風系統取1.1，除塵系統取1.15，本設計中取K=1.15&除塵器或凈化設備的漏風所附加的安全系數，取0.1故 Q=1.15 X 0.1 X 3132=360.18m /h(2) 風壓 P f= ( Kb P+A P2)K4式中Pf風機的風壓，Pa P1管道系統的總壓力損失，Pa 總的壓力損失，PaK3管道系統總壓力損失的附加安全系數，一般通風系統取1.11.15，除塵系統取 1.15 1.20，取 Ks=1.15K4由于風機產品的技術條件和質量標準允許風機的實際性能比產品樣本低而附加的系數，K

30、4=1.08P=1.15 X 125.18+4528.78 X 1.08=5046.6Pa(3 )電機功率NQPK3600X1000x72式中N 風機配用電動機的功率，kWQ0風機的風量，m/hPf 風機的風壓，Pan 1風機運行時的效率，一般為0.50.7，電機直聯傳動取 0.5n 2機械傳動效率，取1.00M360.18x5046.6“ 仆wN1.40 =1.02kW3600 1000 0.5 1.00風機根據風壓、風量、功率選擇C6-48型的鍋爐風機。K電動機軸功率安全系數，離心通風機取1.40表5-6除塵風機性能表風機類 型型號全壓/Pair3風量/(m /h )功率/kW備注鍋爐風Y8-392136 250026000337用于鍋爐，也常用于大機5762中型除塵系統5.11設計結果列表本設計的燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統及附屬設備主要有：文丘里除塵器、脫水器