某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计大气污染控制工程设计书.docx
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某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计大气污染控制工程设计书
某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计大气污染控制工程设计书
2.1设计任务
颗粒污染物控制课程设计:
某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计
2.2设计目的
1.在研习设计资料的基础上，提出对烟气采用何种控制方式；
2.设计系统的净化方案：
管网的布局－除尘器的选型－动力设备（风机和电机）的选择
3.设计方案的计算：
计算各段管网的具体参数（管长、管径、连接方式）；确定除尘器的型号、运行参数；计算管网的阻力损失和烟囱的具体尺寸（高度、直径）；确定动力设备的种类、型号和参数。
4.编写设计书：
设计书按照设计内容编写。
2.3设计原则
基础数据可靠，总体布局合理。
避免二次污染，降低能耗，近期远期结合，满足安全要求。
采用成熟、合理、先进的处理工艺,处理能力符合处理要求。
投资少能，耗和运行成本低，操作管理简单，具有适当的安全系数，各工艺参数的选择略有富余，并确保处理后的可以达标排放。
在设计中采用耐腐蚀设备及材料，以延长设施的使用寿命。
工程设计及设备安装的验收及资料应满足国家相关专业验收技术规范和标准。
3.设计依据
3.1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。
3.2烟尘排放浓度
执行《大气环境质量标准》“GB13271-2001”中的二级标准。
4.设计原始资料
锅炉型号：
SZL4-13型，共3台（2.8MW×4）注：
该锅炉为抛煤机炉
设计耗煤量：
750kg/台
排烟温度：
180℃当地大气压力：
970hPa
烟气密度：
1.50kg/m3；空气含水：
0.01293kg/m3注：
标准状况下且假定烟气的其余性质和空气一致
煤的工业分析如下：
C:
68%H:
4%S:
1%O:
5%N:
1%War:
6%Aar:
15%
注：
假定灰分有60％进入到烟气中，锅炉烟气出口处阻力为1000Pa
该锅炉排放污染物标准（GB13271-2001）中二类区标准执行，需要达到指标：
烟尘浓度排放标准：
200mg/m3。
净化系统布置场地有附件给出。
5.煤的计算
5.1煤的计算
5．1.1燃煤量：
5.1.2燃煤的计算
1kg煤的理论空气量的计算
煤成分
C：
68%
O：
5%
H:
4%
N:
1%
S:
%1
质量（g）
摩尔数
需氧量（mol）
C
680
56.57
56.57
O
50
3.125
-1.56
H
40
40
10
N
10
0.714
0
S
10
0.3125
0.3125
煤的理论需氧量为：
（56.57-1.56+10+0.3125）mol/kg=65.3mol/kg
煤燃烧的理论空气量为：
（1+3.78）×65.3mol/kg=312.13mol/kg=6.99m3/kg
考虑到煤实际燃烧会通入一定量的过剩空气，假设空气过剩系数为m=1.4
则煤燃烧实际空气量为
A=A0m=312.13×1.5=468.2mol/kg
理论烟气量为
CO2:
56.57H2O:
20N2:
246.84SO2：
0.3125
56.57+20+246.84+0.3125=323.725mol/kg
=323.725×22.4/1000
=7.25m3/kg（标态）
实际烟气量为
烟气流量
×
=24187.5
5.2.1烟尘初始浓度的计算
锅炉燃烧1kg燃料飞灰排放量
1kg×0.6×0.15=90000mg
1kg燃料燃烧烟气体积10.75m3
烟尘的初始浓度
C=90000/10.75（mg）=10752.69mg/m3
5.2.2除尘效率要求达到的除尘效率
式中
——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
为200
。
5.3含硫浓度的计算
燃料中转化为二氧化硫的百分率为100%
1kg煤燃烧产生二氧化硫质量为20g
1kg煤燃烧产生烟气量为10.75m3
二氧化硫排放浓度为（标况）
20000/10.75mg/m3
=1860.5mg/m3
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,由于计算所得的二氧化硫浓度大于900900mg/m3超标。
所以在除尘过程中需要脱硫，需达到的脱硫效率为：
需要在后续的操作中对烟气进行脱硫处理
6.除尘器的设计
6.1设计参数
根据设计方案计算结果，锅炉的燃煤量2250kg/h，烟尘的初始浓度10752.69mg/m3，烟气流量24187.5
。
除尘系统要求达到的除尘效率98.14%，允许压力损失：
。
6.2三种高效除尘器的特性
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
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1～10
。
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℃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17000
含尘气量的投资费用要比电除尘器高，而净化小于17000
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0.1微米的粒子，300～400℃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2×106m3/s，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——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。
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SO
、SO
形成SO
、SO
离子，具有良好的脱硫效果，并克服了钢制除尘器易腐蚀，内衬的瓷砖或辉绿岩板衬里易脱落的特点。
麻石水膜除尘器具有投资少，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。
6.3除尘器的确定
由于该项目排烟温度较低，为453K，切要求除尘效率较高为98.14%，所以考虑使用袋式除尘器。
6.4袋式除尘器的设计
6.4.1滤料的选择
带式除尘器的滤料种类很多，安材质分，有天然纤维、无机纤维和合成纤维等；按滤料结构分，有滤布和毛毡两类。
滤料的成分和结构不同决定了滤料的耐高温性和耐酸性。
更具烟气的排放温度和烟气的成分选用合适的滤料对除尘的效率起关键性的作用。
下表列出了现在工业生产中经常是用的布袋除尘的几种滤料。
烟气排烟温度为453K，烟气中酸性气体SO2含量较高，易腐蚀滤料，所以要选用抗腐蚀性强的滤料。
综上所述采用聚四氟乙烯作为滤袋最好。
6.4.2滤袋参数的计算
滤袋总面积计算
简易清灰:
vF=0.20－0.75m/min
机械振动清灰:
vF=1.0－2.0m/min
逆气流反吹清灰:
vF=0.5－2.0m/min
脉冲喷吹清灰:
vF=2.0－4.0m/min
考虑到经济效应，设计除尘器的清灰方式为逆气流反吹清灰，则烟气的流速取1.0m/min
A=24187.5/（60×1）m3=403.13m3
滤袋总条数
取滤袋d=0.8m，l=2m。
N=403.13/5.03条=81条
袋式除尘器的压力损失
为清洁滤料损失，考虑为120Pa；
最大清灰周期
考虑到除尘器总的压力降小于1600Pa
所以
7.烟囱的设计
7.1设计参数
烟气流量24187.5m3/h,粉尘的初始浓度10752.69mg/m3，大气本底浓度200mg/m3。
7.2烟囱尺寸计算
1、烟囱出口内径D
-------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
7.3相关计算
烟气抬升高度
。
VS烟囱出口流速取15m/s
：
高空气流流速取5m/s
Ts:
烟气出口温度453K
Ta:
环境大气温度：
273K
烟囱高度的计算
即烟囱烟气抬升高度大于12.93米即可
考虑到不大气稳定性乘以安全系数2.即烟囱的高度为40米。
8.锅炉的管道设计及有关计算
8.1管道设计如下图
（图中粗实线代表管道的布置）
8.2管道的相关计算
管道如图所示：
分为支管阻力损失和总管阻力损失
8．2.1支管计算
所以内径为0.216m
则支管内的阻力损失计算
沿程阻力损失
阻力系数取0.02
局部阻力损失，考虑2个弯头
，3个出口
，1和气流汇集口
8.2．2总管的阻力计算
总管的内径为0.38m
总管沿程阻力损失为
总的压力损失
9．参考文献
《大气污染控制工程》第三版郝启明等著高等教育出版社
10．相关标准
《锅炉排放污染物标准》（GB13271-2001）
《大气环境质量标准》（GB13271-2001）
《烟尘排放标准》（GB13271-2001）
致谢：
经过查阅资料和计算，拟定了一套包括除尘器，烟囱，管道布置的方案，基本达到要求，在此谢谢老师的指导，有问题和处理不当的地方请老师谅解。
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