大氣污染控制工程課程設計院系：環境科學學院班級：環境工程學號：姓名：日期第一章概述第一節設計任務題目、目的和要求設計題目某燃煤鍋爐房除塵系統設計〔振動爐排式鏈條爐+強制送風+800噸/年〕。設計目的通過課程設計全面總結課程學習的成果，加深對課程理論內容的理解，掌握應用理論知識解決實際工程問題的完整過程。掌握大氣污染物處理工程設計的全過程。掌握編制設計方案〔除塵方案比擬選擇與確定〕。掌握除塵器選型計算，系統布置，煙風道阻力計算，風機選型等。除塵系統平面的布置、立面、除塵裝置布置、及主要構筑物設計。工程造價估算。設計要求方案選擇合理，系統布置緊湊，占地面積小，計算準確，圖紙繪制到達擴大初步設計要求〔圖紙線條均勻，標注準確，說明齊全〕。第二節設計依據大氣質量標準當地大氣質量執行《大氣環境質量標準》“GB13271-2001〞中的二級標準。煙塵排放濃度執行《大氣環境質量標準》“GB13271-2001〞中的二級標準。本標準按鍋爐建成使用年限分為兩個階段，執行不同的大氣污染物排放標準：Ⅰ時段：2000年12月31日前建成使用的鍋爐。Ⅱ時段：2001年1月1日起建成使用的鍋爐〔含在Ⅰ時段立項未建成或未運行使用的鍋爐、建成使用鍋爐中需要擴建、改建的鍋爐〕見表1。表1燃煤鍋爐煙塵初始排放濃度和煙氣黑度限值鍋爐類別適用區域煙塵排放濃度〔〕煙氣黑度〔林格曼黑度，級〕Ⅰ時段Ⅱ時段燃煤鍋爐自然通風鍋爐〔〕一類區100801二、三類區150120其他鍋爐一類區100801二類區250200三類區350250三、鍋爐煙囪高度應根據鍋爐房總設計確定新建鍋爐煙囪周圍半徑200m的距離內有建筑物時，煙囪高度應高出最高建筑物3m以上，達不到此要求時，鍋爐煙塵排放濃度限值及黑度按“GB13271-2001〞中的二類區域的濃度標準執行。煙囪的高度由鍋爐蒸發量確定見表2。表2鍋爐房煙塵最低允許高度鍋爐房裝機總容量MW<0.70.7～1.41.4～2.82.8～77～1414～28<11～22～44～1010～2020～40煙囪最低允許高度m202530354045注：燃煤、燃油〔燃輕柴油、煤油除外〕燃煤鍋爐煙塵初始排放濃度和煙氣黑度限值根據鍋爐鍋爐銷售出廠時間按表3的時間段規定執行。表3燃煤鍋爐煙塵初始排放濃度和煙氣黑度限值鍋爐類別燃煤到基灰分〔%〕煙塵初始煙塵排放濃度〔〕煙氣黑度〔林格曼黑度，級〕Ⅰ時段Ⅱ時段自然通風鍋爐〔＜0.7MW(1t/h)〕/1501201其他鍋爐〔≤2.8MW〔4t/h〕〕Aar≤25%180016001Aar≥25%20001800其他鍋爐〔＞2.8MW(4t/h)〕Aar≤25%200018001Aar≥25%22002000第三節設計原始資料設計參數煙氣粘度：2.4X10－5pa.s煙氣溫度：473K允許壓力損失：1000pa煙氣密度：1.18kg/m3煙氣真密度：2.25g/cm3煤質表表4煤質資料煤種低位發熱量〔KJ/㎏〕揮發分%灰分%水分%枯燥無灰基分析〔%〕CHONS無煙煤263779.026.05.091.73.82.21.31.0煙氣中煙塵顆粒粒徑分布表表5粒徑間隔μm0-11-55-1010-2020-3030-4040-5050-60>60質量頻率％32015201610637第二章除塵器的選型及計算根據現在環保要求，采用電除塵設備。第一節燃燒的計算1．燃煤量：2、燃煤的計算：山西煤成分：C:63.273%O:1.518%H:2.622%N:0.897%S:0.69%質量〔g〕mol需氧數molC632.7352.7352.73H26.2213.116.56O15.180.47S6.900.220.22N8.970.32H2O502.780理論氧氣量：理論空氣量：〔標態〕理論煙氣量：〔標態〕煙氣含水率的計算：3、確定過剩系數鏈條爐〔強制送風〕1.5煙管0.15省煤管0.1除塵器0.1爐膛0.1過濾器0.05空氣預熱器0.1無煙煤0.12鍋爐出口排煙過剩系數〔〕=爐膛出口處過量空氣系數+對流煙道內局部的漏風系數之和總過剩系數〔〕=鏈條爐〔1.5〕+省煤管〔0.1〕+爐膛〔0.1〕+煙管〔0.15〕=1.854、煙氣量的計算實際煙氣量：運行工況下除塵器需凈化的煙氣量：第二節煙氣濃度及除塵效率煙塵初始濃度的計算鍋爐的飛灰排放量式中——鍋爐的飛灰排放量〔〕——鍋爐在額定蒸發量時的耗煤量〔〕——燃料含灰量，取——鍋爐款完全燃燒損失，=5～12，〔取10〕——燃料發熱量，——煙塵占燃料中灰分的質量分數0.15～0.20(取0.20)煙塵的初始濃度=二、除塵效率要求到達的除塵效率式中——按《鍋爐煙塵排放標準》中二類區域規定的濃度限額取值計算，即為200。第三節含硫濃度的計算燃料中轉化為二氧化硫的百分率為100%式中——每千克燃料燃燒時產生的二氧化硫的體積；m——每千克燃料中含硫的質量；M——硫的分子量；式中——鍋爐在額定蒸發量時的耗煤量——實際煙氣量將轉化為根據《煙塵排放標準》GB13271-2001規定，2001年1月1日起立項,新安裝和更新的鍋爐中，燃煤含硫量小于,二氧化硫濃度標準為900,由于計算所得的大于900超標。所以在除塵過程中需要脫硫，需到達的脫硫效率為：第四節除塵方案確實定及除塵器選型一、除塵方案確定依據〔1〕根據除塵煙氣的含塵濃度。〔2〕根據除塵器的除塵效率和處理煙氣量是否到達設計要求，除塵后排塵濃度是否到達排放標準。〔3〕考慮除塵器的造價、安裝費、運行費、維護費和使用壽命。二、設計參數根據設計題目鍋爐的燃煤量，煙塵的初始濃度，除塵系統要求到達的除塵效率，允許壓力損失：。三、方案比擬方案一：袋式除塵器袋式除塵器是一種干式高效除塵器，可用于凈化粒徑的塵土氣體。除塵效率可達99%以上，它是最古老的除塵方法之一。袋式除塵器的優點袋式除塵器對凈化含塵微粒和亞微粒數量級的粉塵粒子的氣體效率較高，一般可達99%，甚至到達99.9%以上。袋式除塵器可以捕集多種干式粉塵，特別是高比電阻粉塵，采用袋式除塵器要比用電除塵器的凈化效率高得多。含塵氣體濃度在相當大的范圍內變化對袋式除塵器的效率和阻力影響不大。袋式除塵器可以設計制造成適應不同氣量的含塵氣體的要求，除塵器的處理量可以從1～10。袋式除塵器也可以做成小型的，安裝在散塵設備上或散塵設備附近，也可以安裝在車上做成移動式袋式過濾器，這種小巧、靈活的袋式除塵器特別適用于分散塵源的除塵。袋式除塵器運行性能穩定可靠，沒有污泥處理和腐蝕等問題，操作維護簡單。袋式除塵器的缺點袋式除塵器的應用主要受濾料的耐溫和耐腐蝕等性能影響。目前常用的濾料可耐250℃左右高溫，如采用特別濾料處理高溫含塵煙氣，將會增大投資費用。不適于凈化含粘結和吸濕性強的含塵氣體。用袋式除塵器凈化煙塵是的溫度不能低于零點溫度，否那么將會產生結露，堵塞布袋濾料的空隙。據初步統計，用袋式除塵器凈化大于17000含塵氣量的投資費用要比電除塵器高，而凈化小于17000含塵煙氣時投資費用要比電除塵器省。方案二：電除塵器電除塵器是利用靜電力從氣流中別離懸浮粒子〔塵粒或液滴〕的裝置。電除塵器與其他除塵器的根本區別在于：除塵過程的別離力〔主要是靜電力〕直接作用在粒子上，而不是作用在整個氣流上。電除塵器的特點收集效率高：靜電除塵裝置可以很方便的通過加長電場長度到達99%以上的除塵效率。靜電除塵器裝置還有一個出色的特征，就是收集效率可長期穩定保持不變，這是其他除塵器比不上的。只有袋式除塵器例外，但袋式除塵器需要經常更換濾袋，才能保持良好的收塵效率。煙氣阻力小，總的能耗低，電除塵器的能耗主要是由煙氣阻力損失、供電裝置、電加熱保溫和震打電機等能耗組成。由于總的能耗低，有很少更換易損件，所以運行費用比袋式除塵器、文丘里除塵器等要小得多。適用范圍廣：電除塵器可捕集粒徑小于的粒子，300～400℃的高溫煙氣。濕式靜電除塵器不僅可以除塵，還可除去煙氣中的水霧和酸霧。這種綜合性的能力為用戶提供了方便。當煙氣的各項參數發生一定范圍內波動時，電除塵器仍然保持良好的捕集性能。對于高比電阻和低比電阻粉塵的煙塵來說，需要采取煙氣調節，但總的看來這種情況不多，絕大多數的煙氣凈化都可采用電除塵器。可處理大容量煙氣：電除塵器易模塊化，因此可以很方便地實現裝置的大型化。目前單臺電除塵器處理氣量已達，這樣大的氣量用袋式除塵器或旋風除塵器來處理是很難想像的，即使勉強做到也不經濟。捕集到的粉塵枯燥：因為粉塵以枯燥的形態被捕集，有利于粉塵的輸送和再利用，也沒二次污染。維護保養簡單：電除塵器如果品種規格選的恰當，又有良好的制造安裝質量，日常的維護保養量是很少的。電除塵器的操作運行以全部實現自動化，實現了智能化——即自動選擇瞬時最正確運行方式。一次投資大：電除塵器和其他除塵器相比結構較復雜，耗用鋼材比擬多，每個電場需配用一套高壓電源及控制設備，因此價格較大。但是靜電除塵裝置設備費用加上3～5年的運行費用比大多數其他除塵設備的要低。方案三：文丘里麻石水膜除塵器含塵氣體由煙氣進口引入，首先進入麻石文氏管，文氏管是一個縮放管，在文氏管喉部入口處噴入的壓力水呈霧狀布滿整個喉部，煙氣流經文氏管的漸縮管時由于流道的縮小，速度逐漸增大，到達喉部時速度到達最大。因此當煙氣流到喉部是，煙氣中高速運動的塵粒沖破水滴周圍的氣膜而被吸附在水滴上凝聚成大顆粒的液滴隨煙氣一起進入麻石水膜除塵器進行第二次別離。液滴與煙氣一起由麻石水膜除塵器切向或蝸向引入，然后沿筒體螺旋上升，液滴與塵粒在離心力的作用下被甩向筒體內壁自上而下的一層均勻的水膜接觸，被水膜吸附，而隨水膜一起流到底部灰斗，從排灰口排出筒體，在經過水封面進入排灰溝排出。凈化后的煙氣從頂部以切向或蝸向引入。文丘里麻石水膜除塵器中花崗石〔俗稱麻石〕它本錢低，便于安裝耐腐蝕，占地面積小等特點，而且能大量吸收煙氣中的SO、SO形成SO、SO離子，具有良好的脫硫效果，并克服了鋼制除塵器易腐蝕，內襯的瓷磚或輝綠巖板襯里易脫落的特點。麻石水膜除塵器具有投資少，電能消耗低，除塵效率高，可脫硫，操作簡單，維護方便，使用壽命長等優點。經過三個方案的比擬后，采用電除塵器最適宜。第五節電除塵器的計算除塵器主要參數確實定1.氣流速度〔〕2.設定板間距〔〕極板采用C型板，緊固型懸掛方式3.設定線間距極線采用長管狀芒刺線〔起暈電壓15KV〕4.驅進速度〔〕5.電場強度E=50000V/m6.電壓U=70KV二、確定主要部件結構形式1.采用臥式電除塵器2.設計為單室m=13.電場數n=24.振打方式：撓臂錘機械振打5.進出氣煙箱：(1)進氣方式：前部中心進氣(2)氣流分布：在進氣煙箱內設置開孔率為50%氣流均布板和導流板(3)槽形極板：在出氣煙箱內設置槽形極板6.灰斗：設置船形灰斗7.電暈電極：芒刺線三、各部尺寸計算集塵面積——取1.0初定電場斷面積極板的有效高度極板的有效寬度通道數反算極板的寬度驗算實際斷面積驗算電場風速合格單電場長度電壓和電流柱間距除塵器內壁寬度(取)沿氣流方向上的柱間距與氣流垂直方向的柱間距進氣煙箱進氣煙箱采用水平進氣方式，并設置導流板和開孔率為的氣流均布板，取進口煙氣流速為，進氣煙箱進口的截面積進氣煙箱的進口截面形狀為的矩形，底板斜度為，進氣煙箱長出氣煙箱出氣煙箱采用水平出氣方式，并設置槽型極板，取各出氣煙箱小端截面底板與水平夾角為，出氣煙箱長灰斗采用船形灰斗，沿氣流方向設2個灰斗，灰斗上口取，灰斗下口取，底部卸灰閥高度取，灰斗壁與水平夾角為，灰斗高為。灰斗總體積取有效容積為理論捕集效率符合設計要求。電除塵器總體外形尺寸除塵器總長=進氣煙箱長+柱距長×電場數+出氣煙箱長除塵器總寬=2×走臺寬度+室數×柱間寬除塵器總高=極板有效高度+灰斗高度+頂部大梁高度+底部遮攔高度+底部卸灰閥高度第三章除塵系統及有關計算第一節管道設計及阻力計算一、管道設計1、鍋爐出口到除塵器進口的管道尺寸式中——鍋爐出口到除塵器進口連接管的截面積；——鍋爐出口的煙氣流量；——煙氣流速，機械通風金屬管道煙氣流速為，本設計取。根據可得那么內徑，管壁厚度取，外徑。查《環境工程設計手冊》得取管徑為,管壁厚度為的鋼板制風管，計算得實際風速為。2、除塵器出口到引風機進口之間的管道尺寸式中——除塵器出口于引風機進口連接管截面積——除塵器出口煙氣量根據可得故內徑為管壁厚度取，外徑查《環境工程設計手冊》得取管徑為,管壁厚度為的鋼板制風管，計算得實際風速為二、管道阻力計算局部阻力損失計算⑴除塵器出口與金屬管相接處的阻力損失式中——局部阻力系數，取——煙氣流速——煙氣密度,——標準狀態下的煙氣密度——除塵器的出口溫度，除塵器的出口溫度約為(2)彎頭阻力損失式中:-------阻力系數，彎頭焊接，，取，。查《環境工程設計手冊》〔3〕金屬管道與風機進口相接處的阻力損失〔4〕風機出口與金屬管相接處阻力損失〔5〕引風機后的金屬管與煙囪相接處阻力損失摩擦阻力損失計算除塵器出口到煙囪進口的摩擦阻力損失式中------阻力系數查《工業鍋爐房設計手冊》------管道長度m,本設計取單位長度--------管道當量直徑m，管道為圓形〔為內徑〕--------煙氣流速-------煙氣平均重度除塵器出口到第一個彎頭長度：第一個彎頭到第二個彎頭之間的長度：根據除塵器高取第二個彎頭到第三個彎頭之間的長度：取第三個彎頭后的管道與引風機進氣口之間的長度：取引風機出口到磚砌煙囪入口的長度：取3.總煙氣管道摩擦阻力損失第二節煙囪的設計及計算一、煙囪的選擇根據鍋爐蒸氣排放量,這里取鋼筋混凝土煙囪,高度為20m。《工業鍋爐房設計手冊》。煙囪內襯：煙氣溫度＜400℃，用100號紅磚，26號混凝土砂漿砌。內襯高度：煙氣溫度＜250℃，內襯高度占煙囪全高的1/3。內襯厚度：煙囪底部7m以內一段厚度一般不小于半磚，筒身與內襯之間應留有間隙，做成空氣隔熱層，其厚度一般為50mm，筒身支撐地面煙囪根底上。煙囪底部沒有清灰入孔，以作清灰及檢修之用，根據煙囪的大小，在煙囪底部應留有比水平煙道底部低0.5——1.0m左右的積灰坑。二、煙囪中煙氣在煙道中的溫度降煙氣在煙道中的溫度降〔1〕除塵器出口的煙氣溫度約為160℃；〔2〕除塵器出口到煙囪入口的溫度降注：煙氣在金屬管中每米降溫2℃，在煙道中每米降溫℃〔《工業鍋爐房設計手冊》〕。煙氣在煙囪中溫度降按下式計算煙囪出口煙氣溫度按下式計算煙囪中煙氣平均溫度按下式計算三、煙囪尺寸計算煙囪出口內徑-------煙囪出口煙氣流速根據《工業鍋爐房設計手冊》流速一般為10--20，本設計取15.因考慮積灰而使截面縮小的因素，一般應將出口直徑適當加大，取。煙囪入口直徑〔下