大气污染控制工程课程设计电除尘器等.docx
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大气污染控制工程课程设计电除尘器等
大气污染控制工程
课程设计
院系：
水利与环境科学学院
班级：
环境工程
学号：
姓名：
日期：
20**-6-17
第一章概述
第一节设计任务题目、目的和要求
一、设计题目
某燃煤锅炉房除尘系统设计（振动炉排式链条炉+强制送风+800吨/年）。
二、设计目的
1、通过课程设计全面总结课程学习的成果，加深对课程理论内容的理解，掌握应用理论知识解决实际工程问题的完整过程。
2、掌握大气污染物处理工程设计的全过程。
3、掌握编制设计方案（除尘方案比较选择与确定）。
4、掌握除尘器选型计算，系统布置，烟风道阻力计算，风机选型等。
5、除尘系统平面的布置、立面、除尘装置布置、及主要构筑物设计。
6、工程造价估算。
三、设计要求
方案选择合理，系统布置紧凑，占地面积小，计算准确，图纸绘制达到扩大初步设计要求（图纸线条均匀，标注准确，说明齐全）。
第二节设计依据
一、大气质量标准
当地大气质量执行《大气环境质量标准》“GB13271-2001”中的二级标准。
二、烟尘排放浓度
执行《大气环境质量标准》“GB13271-2001”中的二级标准。
本标准按锅炉建成使用年限分为两个阶段，执行不同的大气污染物排放标准：
I时段：
2000年12月31日前建成使用的锅炉。
II时段：
2001年1月1日起建成使用的锅炉（含在I时段立项未建成或未运行使用的锅炉、建成使用锅炉中需要扩建、改建的锅炉）见表1。
表1燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值
锅炉类别
适用区域
烟尘排放浓度（mg/m3）
烟气黑度（林格曼黑度，级）
I时段
II时段
燃煤锅炉
自然通风锅炉
（V0.7MW（以））
一类区
100
80
1
二、三类区
150
120
其他锅炉
一类区
100
80
1
二类区
250
200
三类区
350
250
三、锅炉烟囱高度应根据锅炉房总设计确定
新建锅炉烟囱周围半径200ni的距离内有建筑物时，烟囱高度应高出最高建筑物3ni以上,达不到此要求时，锅炉烟尘排放浓度限值及黑度按“GB13271-2001”中的二类区域的浓度标准执行。
烟囱的高度由锅炉蒸发量确定见表2。
表2锅炉房烟尘最低允许高度
锅炉房装
机总容量
MW
<0.7
0.7〜1.4
1.4—2.8
2.8-7
7〜14
14〜28
t/h
<1
1〜2
2〜4
4〜10
10〜20
20〜40
烟囱最低允许高度
m
20
25
30
35
40
45
注：
燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）
四、燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值
根据锅炉锅炉销售出厂时间按表3的时间段规定执行。
表3燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值
锅炉类别
燃煤到基灰分（%）
烟尘初始烟尘排放浓度（mg/m3）
烟气黑度
（林格曼黑
度，级）
I时段
II时段
自然通风锅炉
（＜0.7MW（lt/h））
/
150
120
1
其他锅炉
（W2.8MW（4t/h））
Aar<25%
1800
1600
1
Aar^25%
2000
1800
其他锅炉
（>2.8MW（4t/h））
Aar<25%
2000
1800
1
Aar^25%
2200
2000
第三节设计原始资料
一、设计参数
烟气粘度：
2.4X10-5pa.s烟气温度：
473K允许压力损失：
lOOOpa烟气密度：
1.18kg/m3烟气真密度：
2.25g/cm3
二、煤质表
表4煤质资料
煤种
低位发热量（KJ/kg）
挥发分％
灰分
%
水分
%
干燥无灰基分析（%）
C
H
0
N
S
无烟煤
26377
9.0
26.0
5.0
91.7
3.8
2.2
1.3
1
0
三、烟气中烟尘颗粒粒径分布表
表5
粒径间隔師
0-1
1-5
5-10
10-20
20-30
30-40
40-50
50-60
>6
0
质量频率％
3
20
15
20
16
10
6
3
7
第二章除尘器的选型及计算
根据现在环保要求，采用电除尘设备。
第一节燃烧的计算
1.燃煤量：
2、燃煤的计算：
山西煤成分：
C:
63.273%0:
1.518%
H:
2.622%]
N:
0.897%S:
0.69%
质量（g）
mol
需氧数mol
C
632.73
52.73
52.73
H
26.22
13.11
6.56
0
15.18
0.47
S
6.90
0.22
0.22
N
8.97
0.32
H20
50
2.78
0
理论氧气量：
2.73+6.56—
0.47+0.22
=59.04mol/kg
理论空气量：
59.04x（1+3.78）=282.2mol/kg
282.21X22.4/1000=6.322m3/kg（标态）
理论烟气量：
52.73+13.11+0.22+0.32+2.78+59.04x3.78=292.33mol/kg
292.33x22.4/1000=6.548m3/kg（标态）
烟气含水率的计算：
13.11+2.78=15.89mol/kg
3、确定过剩系数仅
链条炉（强制送风）1.5烟管0.15省煤管0.1除尘器0.1炉膛0.1过滤器0.05空气预热器0.1无烟煤0.12
锅炉出口排烟过剩系数（仅）二炉膛出口处过量空气系数+对流烟道内部分的漏风系数之和
总过剩系数（庆）二链条炉（1.5）+省煤管（0.1）+炉膛（0.1）+烟管（0.15）=1.85
4、烟气量的计算
实际烟气量：
Qn=6.548+（1.85—1）x6.322=11.922m’/kg
11.922x91.3=1088.48m3/h
运行工况下除尘器需净化的烟气量Q：
PQ=nRT
e=1885.90m3/h
第二节烟气浓度及除尘效率
一、烟尘初始浓度的计算
1.锅炉的飞灰排放量
"Ex志+辭湍5
Bj锅炉在额定蒸发量时的耗煤量（kg/h）
A〉一一燃料含灰量，取26.0%
/锅炉款完全燃烧损失，04二5~12,（取10）
q,燃料发热量，26377//2=6280.24Kcal
am——烟尘占燃料中灰分的质量分数0.15〜0.20（取0.20）
26106280.24
1x
1001008100
=6.16Kg/h
2.烟尘的初始浓度
C。
也
Q
二、除尘效率要求达到的除尘效率
C-C
〃=——X100%
C。
式中c——按《锅炉烟尘排放标准》中二类区域规定的浓度限额取值计算,
即C为200mg/m3o
=92.65%
第三节含硫浓度的计算
燃料中转化为二氧化硫的百分率为100%
V=2x1x22.4x10-3
皿M
式中匸。
2——每千克燃料燃烧时产生的二氧化硫的体积Nm3/kg；
m——每千克燃料中含硫的质量；
M硫的分子量；
陽=端x*22.4xk
=4.83x10—3Nm3/kg
*——实际烟气量m’/h
Cso=4.83X1LX9：
3=405
21088.48X106
将ppm转化为mg/m3
八405.13x64/3
Cso?
=——=1157.51mg/m
根据《烟尘排放标准》GB13271-2001规定，2001年1月1日起立项，新安装和更新的锅炉中，燃煤含硫量小于2%,二氧化硫浓度标准为900mg/m3,由于计算所得的J大于
900mg/m3超标。
所以在除尘过程中需要脱硫，需达到的脱硫效率为:
=22.25%
第四节除尘方案的确定及除尘器选型
一、除尘方案确定依据
（1）根据除尘烟气的含尘浓度。
（2）根据除尘器的除尘效率和处理烟气量是否达到设计要求，除尘后排尘浓度是否达到排放标准。
（3）考虑除尘器的造价、安装费、运行费、维护费和使用寿命。
二、设计参数
根据设计题目锅炉的燃煤量91.3kg/h，烟尘的初始浓度3266.34mg/m3，除
尘系统要求达到的除尘效率92.65%，允许压力损失：
lOOOPao
三、方案比较
方案一：
袋式除尘器
袋式除尘器是一种干式高效除尘器，可用于净化粒径dp>0.1/zm的尘土气体。
除尘效
率可达99%以上，它是最古老的除尘方法之一。
（1）袋式除尘器的优点
1袋式除尘器对净化含尘微粒和亚微粒数量级的粉尘粒子的气体效率较高，一般可达99%,甚至达到99.9%以上。
2袋式除尘器可以捕集多种干式粉尘，特别是高比电阻粉尘，采用袋式除尘器要比用电除尘器的净化效率高得多。
3含尘气体浓度在相当大的范围内变化对袋式除尘器的效率和阻力影响不大。
4袋式除尘器可以设计制造成适应不同气量的含尘气体的要求，除尘器的处理量可以从1〜1（）6m3/ho
5袋式除尘器也可以做成小型的，安装在散尘设备上或散尘设备附近，也可以安装在车上做成移动式袋式过滤器，这种小巧、灵活的袋式除尘器特别适用于分散尘源的除尘。
6袋式除尘器运行性能稳定可靠，没有污泥处理和腐蚀等问题，操作维护简单。
（2）袋式除尘器的缺点
1袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能影响。
目前常用的滤料可耐250°C左右高温，如采用特别滤料处理高温含尘烟气，将会增大投资费用。
2不适于净化含粘结和吸湿性强的含尘气体。
用袋式除尘器净化烟尘是的温度不能低于零点温度，否则将会产生结露，堵塞布袋滤料的空隙。
3据初步统计，用袋式除尘器净化大于17000m3/h含尘气量的投资费用要比电除尘器高,
而净化小于17000m3/h含尘烟气时投资费用要比电除尘器省。
方案二：
电除尘器
电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置。
电除尘器与其他除尘器的根本区别在于：
除尘过程的分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上。
电除尘器的特点
1收集效率高：
静电除尘装置可以很方便的通过加长电场长度达到99%以上的除尘效率。
静电除尘器装置还有一个出色的特征，就是收集效率可长期稳定保持不变，这是其他除尘器比不上的。
只有袋式除尘器例外，但袋式除尘器需要经常更换滤袋，才能保持良好的收尘效率。
2烟气阻力小，总的能耗低，电除尘器的能耗主要是由烟气阻力损失、供电装置、电加热保温和震打电机等能耗组成。
由于总的能耗低，有很少更换易损件，所以运行费用比袋式除尘器、文丘里除尘器等要小得多。
3适用范围广：
电除尘器可捕集粒径小于O.l/zm的粒子，300〜400°C的高温烟气。
湿式静电除尘器不仅可以除尘，还可除去烟气中的水雾和酸雾。
这种综合性的能力为用户提供了方便。
当烟气的各项参数发生一定范围内波动时，电除尘器仍然保持良好的捕集性能。
对于高比电阻和低比电阻粉尘的烟尘来说，需要采取烟气调节，但总的看来这种情况不
多，绝大多数的烟气净化都可采用电除尘器。
4可处理大容量烟气：
电除尘器易模块化，因此可以很方便地实现装置的大型化。
目前单台电除尘器处理气量已达2xl06m3/h,这样大的气量用袋式除尘器或旋风除尘器来处理是很难想像的，即使勉强做到也不经济。
5捕集到的粉尘干燥：
因为粉尘以干燥的形态被捕集，有利于粉尘的输送和再利用，也没二次污染。
6维护保养简单：
电除尘器如果品种规格选的恰当，又有良好的制造安装质量，日常的维护保养量是很少的。
电除尘器的操作运行以全部实现自动化，实现了智能化一一即自动选择瞬时最佳运行方式。
7一次投资大：
电除尘器和其他除尘器相比结构较复杂，耗用钢材比较多，每个电场需配用一套高压电源及控制设备，因此价格较大。
但是静电除尘装置设备费用加上3〜5年的运行费用比大多数其他除尘设备的要低。
方案三：
文丘里麻石水膜除尘器
含尘气体由烟气进口引入，首先进入麻石文氏管，文氏管是一个缩放管，在文氏管喉部入口处喷入的压力水呈雾状布满整个喉部，烟气流经文氏管的渐缩管时由于流道的缩小，速度逐渐增大，到达喉部时速度达到最大。
因此当烟气流到喉部是，烟气中高速运动的尘粒冲破水滴周围的气膜而被吸附在水滴上凝聚成大颗粒的液滴随烟气一起进入麻石水膜除尘器进行第二次分离。
液滴与烟气一起由麻石水膜除尘器切向或蜗向引入，然后沿筒体螺旋上升，液滴与尘粒在离心力的作用下被甩向筒体内壁自上而下的一层均匀的水膜接触，被水膜吸附，而随水膜一起流到底部灰斗，从排灰口排出筒体，在经过水封面进入排灰沟排出。
净化后的烟气从顶部以切向或蜗向引入。
并克服了钢制除尘器易腐蚀,麻石水膜除尘器具有投资少,
文丘里麻石水膜除尘器中花岗石（俗称麻石）它成本低，便于安装耐腐蚀，占地面积小等特点，而且能大量吸收烟气中的S（）2、SO3形成so；—、so；离子，具有良好的脱硫效果，
内衬的瓷砖或辉绿岩板衬里易脱落的特点。
电能消耗低，除尘效率高，可脱硫，操作简单，维护方便，使
用寿命长等优点。
第五节电除尘器的计算
一、除尘器主要参数的确定
（23〜28cm）极板采用C型板，紧固型悬挂方式
3.设定线间距25cm极线采用长管状芒刺线（起晕电压15KV）
（3〜18cm/s）
驱进速度0=12cm/s=0.12m/s
5.电场强度E=50000V/m
6.电压U=70KV
二、确定主要部件结构形式
1.采用卧式电除尘器
2.设计为单室m=l
3.电场数n=2
4.振打方式：
挠臂锤机械振打
5.
进出气烟箱：
前部中心进气
6.
1.集尘面积
=11.40m2
反算极板的宽度8有效
8有效-ZS-4x0.25=Im
5.验算实际断面积
在进气烟箱内设置开孔率为50%气流均布板和导流板
验算电场风速
F=hB有效=0.47x1=0.47m2
1885.9。
F0.47x3600/
q25
U=3.5x-=3.5x—=43.75KV
22
’0.25x11.40…A
I=u1.4mA
8.
柱间距
除尘器内壁宽度8（取△=100mm）
B=SZ=2A=250x4+2x100=1200mm
沿气流方向上的柱间距Ld（/e=500mm,C=250mm）
厶=/+2八+C=1520+2x500+250=2770mm
与气流垂直方向的柱间距么（取e=250mm）
—S=1200+250=]45°mm
m
9.
进气烟箱
进气烟箱采用水平进气方式，并设置导流板和开孔率为50%的气流均布板，取进口烟气
流速为10m/s,进气烟箱进口的截面积％
F.=—=I'"*。
=o.O52m2036OOvo3600x10
进气烟箱的进口截面形状为200mmx230mm的矩形，底板斜度为60°,进气烟箱长
L2=0.35（%—%）+50=0.35x（1000-230）+50=320mm
10.出气烟箱
出气烟箱采用水平出气方式，并设置槽型极板，取各出气烟箱小端截面
冗=%=200mmx230mm
底板与水平夹角为70%,
出气烟箱长Lw=0.7L2=0.7x320=224mm
11.灰斗
采用船形灰斗，沿气流方向设2个灰斗，灰斗上口取2770mmxl200mm,灰斗下口
取1830mmx260mm,底部卸灰阀高度取300mm,灰斗壁与水平夹角为70°,灰斗高为
1290mm。
灰斗总体积卩=2x1^（2.77x1.2+1.83x0.26+j2.77xl.2xl.83x0.26）
-4.35m3取有效容积为411?
12.理论捕集效率
〃=l-exp（--）
1,11.40x0.12x3600、,,0/,co/
=1-exp（）=92.66%>92.65%
1885.90
符合设计要求。
13.电除尘器总体外形尺寸
除尘器总长二进气烟箱长+柱距长X电场数+出气烟箱长
L—L2+Ldx2+
=320+2770x2+224=6084mm
除尘器总宽二2X走台宽度+室数X柱间宽
W=2x1500+1x4
=2x1500+1x1450=4450mm
除尘器总高二极板有效高度+灰斗高度+顶部大梁高度+底部遮拦高度+底部卸灰阀高度
H=/z+1290+200+300+300
=470+1290+200+300+300=2560mm
第三章除尘系统及有关计算
第一节管道设计及阻力计算
一、管道设计
1、锅炉出口到除尘器进口的管道尺寸
"3600v
式中H——锅炉出口到除尘器进口连接管的截面积n?
；
Q锅炉出口的烟气流量m'/h；
v烟气流速m/s,机械通风金属管道烟气流速为10〜15m/s,本
设计取14m/so
则内径D.=2R,=0.216m,
管壁厚度8取0.75mm,外径Z）=0+28=0.2175m。
查《环境工程设计手册》得
取管径为220mm,管壁厚度为0.75mm的钢板制风管，计算得实际风速为12.06m/s。
2、除尘器出口到引风机进口之间的管道尺寸
F2=-^~
23600v
式中F2——除尘器出口于引风机进口连接管截面积m2
——除尘器出口烟气量m3/h
=1726.42=oo4Om2
23600x14
=0.113m
71
故内径为D=2R2=0.226m
管壁厚度B'取0.75mm,外径D2=D2+2B=0.2275m
查《环境工程设计手册》得
取管径为220mm,管壁厚度为0.75mm的钢板制风管，
计算得实际风速为11.20m/s
二、管道阻力计算
1、局部阻力损失计算
⑴除尘器出口与金属管相接处的阻力损失
式中质——局部阻力系数，取<=0.11
v烟气流速m/s273Y——烟气密度kg/m3,，=.，273+[外——标准状态下的烟气密度/0=1.18kg/m3t——除尘器的出口温度，除尘器的出口温度约为160°C
273
/="8><击而=。
・74炫福3M=0」lx^-x0.74=5.11Pa
12
⑵90°弯头阻力损失
式中：
A阻力系数，弯头焊接，J=0.216m,R取0.22m,Rld=\。
查《环境工程设计手册》上=0・23
1122
M=0.23x^—x0.74=10.67Pa22
（3）金属管道与风机进口相接处的阻力损失△△
2
△月=須'；/<3=4
AP3=5.11Pa
（4）风机出口与金属管相接处阻力损失
=5.11Pa
（5）引风机后的金属管与烟囱相接处阻力损失
Xyr§5=1
1122AR=lx^—xO.74=46.4Pa
52
2、摩擦阻力损失计算
（1）除尘器出口到烟囱进口的摩擦阻力损失△以
△宀空
dd2
式中2阻力系数查《工业锅炉房设计手册》2=0.02
I管道长度m，本设计取单位长度Im
dd管道当量直径m,管道为圆形（④为内径）
v烟气流速m/sY烟气平均重度0.74kg/m3
1074x11?
AP=0.02x-^―x=4.22Pa/m0.222'
除尘器出口到第一个弯头长度：
0.5m
第一个弯头到第二个弯头之间的长度：
根据除尘器高取2.5m
第二个弯头到第三个弯头之间的长度：
取7.0m
第三个弯头后的管道与引风机进气口之间的长度：
取0.5m
引风机出口到砖砌烟囱入口的长度：
取2m
L=0.5+2.5+7.0+0.5+2=12.5m△4=API=4.22x12.5=52.75Pa
3.总烟气管道摩擦阻力损失
KP管+MX3+M+叫+△心+M=146.69Pa
第二节烟囱的设计及计算
一、烟囱的选择
根据锅炉蒸气排放量，这里取钢筋混凝土烟囱,高度为20m。
《工业锅炉房设计手册》。
烟囱内衬：
烟气温度＜400°C,用100号红砖，26号混凝土砂浆砌。
内衬高度：
烟气温度＜250°C,内衬高度占烟囱全高的1/3。
内衬厚度：
烟囱底部7m以内一段厚度一般不小于半砖，筒身与内衬之间应留有间隙，做成空气隔热层，其厚度一般为50mm,筒身支撑地面烟囱基础上。
烟囱底部没有清
灰入孔，以作清灰及检修之用，根据烟囱的大小，在烟囱底部应留有比水平烟道底部低0.51.0m左右的积灰坑。
二、烟囱中烟气在烟道中的温度降
1、烟气在烟道中的温度降
（1）除尘器出口的烟气温度约为160°C；
（2）除尘器出口到烟囱入口的温度降
M=2L=24°C
注：
烟气在金属管中每米降温2°C,在烟道中每米降温0.5°C（《工业锅炉房设计手册》）。
2、烟气在烟囱中温度降按下式计算
At2=O.5H=0.5x20=10。
。
3、烟囱出口烟气温度按下式计算
tc=160—24—10=126。
。
4、烟囱中烟气平均温度按下式计算
126+（160-24）=]3成2
三、烟囱尺寸计算
1、烟囱出口内径n
D=14如+273）
1V3600x273^v
v烟囱出口烟气流速m/s
根据《工业锅炉房设计手册》流速一般为10—20m/s,本设计取15m/s.]4xlO88.48x（126+27jJ=o.i94m1V3600x273x^x15
因考虑积灰而使截面缩小的因素，一般应将出口直径适当加大，取0.2mo
2、烟囱入口直径（下口衬里的最小内径）
玖=Q+（0.016〜0.02）H（取0.02）=0.2+0.02x20=0.6m
3、烟囱的平均直径
—D]+D20.2+0.6D===0.4m
4、烟囱的阻力计算
（1）、烟囱摩擦阻力
式中
2——烟囱摩擦阻力系数，钢筋混凝土烟囱人=0.015〜0.05,取0.04；
H烟囱高度m；
D——烟囱平均直径m；v——烟囱内烟气平均流速m/s；
-=1392.2x4=3Q8m^
3600^0
y——烟气平均重度0.74kg/m3；
（2）、烟囱出口阻力△片
2
△片=§/
式中
烟囱出口阻力系数，二1.0
v烟囱出口处烟气流速m/s
Y烟气平均重度0.74kg/m3
△乙=lx—x0.74=83.25Pa
（3）
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