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大气污染控制工程课程设计书资料
2012年春季学期环境工程专业
大气污染控制工程课程设计
指导老师
学生姓名
学号
完成日期2012年6月24日
课程设计任务书2
课程设计正文部分6
一、项目概况6
二、设计资料和依据6
三、系统设计部分8
1.净化装置的选型设计和计算8
2.烟囱的设计13
3.净化系统配套辅助设施设计16
4.附图（见附录）16
参考文献16
课程设计任务书
2012年春季学期
课题名称
30MW机组燃煤锅炉袋式除尘器的选型设计
指导教师
学生姓名
院别
专业
环境工程
班级
课题概述：
袋式除尘器是控制粉尘污染应用最广的设备，其运行过程是以过滤-清灰-再过滤的程序进行的，要保证袋式除尘器长期稳定运行，关键是清灰技术和滤料特性。
本设计要求依据锅炉的型号规格、煤种等工艺条件及排放标准的要求，对30MW机组燃煤锅炉袋式除尘器进行了选型，并对袋式除尘器的性能和结构进行设计计算；通过合理选择滤料、均匀布气、及时清灰等措施，提高袋式除尘器的效率，有效降低袋式除尘的压力损失。
原始资料及主要参数：
1.原始资料
某电厂对30MW机组进行袋式除尘改造。
设计要求
标准状态下袋式除尘器烟气排放浓度≤50mg/m3;除尘效率>99%；漏风率≤2%。
（1）设计参数
额定蒸发量为75t/h,煤的成分见表6-13.收到基地位发热量为20350KJ/Kg。
煤的组成成分单位%
C
H
O
N
S
A
W
52.57
3.25
7.89
1.01
0.83
26.81
7.64
（3）烟气性质
最大烟气量185900m3/h;烟气最高温度150℃,；烟气最大含尘量15g/m3;烟气露点温度100℃；烟气压力约3000Pa。
（4）烟尘性质
灰尘的成分、粒径分布分别见表
灰尘成分单位%
SiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO
CaO
K2O
Na2O
P2O5
TiO2
SO3
49.71
41.27
2.92
0.59
3.35
0.18
0.08
0.24
1.12
0.54
粉尘粒径分布
灰尘粒度/um
<5
5-10
10-20
20-30
30-47
47-60
6-74
>74
分布/%
6.4
13.9
22.9
15.3
16.4
6.4
5.3
13.4
（5）气象条件
年平均大气压力101.27kPa；最低温度平均值1.9℃；最高温度平均值36.3℃；冬季室外风速平均值2.4m/s;夏季室外风速平均值1.8m/s;海拔高度6.6m。
2.设计依据
《火电厂大气污染排放标准》（GB13223-2003）;
《锅炉大气污染排放标准》（GB13271-2001）；
《火电厂烟气排放连续监测技术规范》（HJ/T75-2001）;
《袋式除尘器性能测试方法》（GB12138-89）
《袋式除尘器用滤袋框架技术条件》（JB/T5917-2006）
《袋式除尘器用滤料及滤袋技术条件》（GB12625-2007）
《脉冲喷出类袋式除尘器技术条件》（JB/T8532-1997）
《袋式除尘器安装技术要求及验收规范》（JB/T8471-1996）
参考资料：
[1]郝吉明，马广大等编著.《大气污染控制工程》，北京：
高等教育出版社.2002
[2]NoeldeNevers主编.《大气污染控制工程》（影印版）（第2版）.北京：
清华大学出版社.2000
[3]刘景良主编.《大气污染控制工程》，北京：
中国轻工业出版社.2002
[4]粱丽明，彭林著.《城市大气有机物污染》，北京：
煤炭工业出版社.2000
[5]赵毅，李守信主编.《有害气体控制工程》，北京：
化学工业出版社.2001
[6]林肇信主编.《大气污染控制工程》北京：
高等教育出版社.1991
设计成果要求：
设计报告的重点是对设计计算成果的说明和合理性分析以及其它有关问题讨论。
设计报告要力求文字通顺、简明扼要，图表要清楚整齐，每个图、表都要有名称和编号，并与说明书中内容一致，最后成果及图表要字体工整，合订时，说明书在前，附表和附图分别集中，依次放在后面。
通过课程设计应使学生具有初步的综合运用知识的能力；收集资料和使用技术资料的能力；方案比较分析、论证的能力；设计计算的能力等。
课程设计说明书内容完整、计算准确、论述简洁、文理通顺、装订整齐。
课程设计图纸应能较好地表达设计意图，图面布局合理、正确清晰、符合制图标准及有关规定。
每个学生应完成设计图纸3张A3图纸（全图、正视图、剖视图），设计计算说明书一份，说明书内容应包括：
参数计算，结构设计。
进度计划安排
起止日期
要求完成的内容及质量
本设计采用分散与集中结合的方法。
分散：
任务书在理论课程进行的同时下达，学生在平时即可进行相应的基础资料的收集。
设计进度安排
2010.05.03收集基础资料
2010.05.10完成设计计算
2010.05.20完成绘图
2010.05.3成果整理
2010.06.5交成果及答辩
1.设计内容：
⑴根据所给的课题收集相应的设计资料；
⑵进行设计参数计算及合理性分析；
⑶对设计的内容进行画图；图表要清楚整齐，每个图、表都要有名称和编号
（4）对现有的收集路线进行评价，并提出合理的建议
2.质量要求：
⑴说明书与计算书：
说明书和计算书的章节应一致。
⑵图纸：
①图面布局合理、正确清晰、符合制图标准及有关规定。
②图中应注明图名和比例；文字用仿宋体书写；图例的表示方法应符合一般规定和标准；图纸应清洁美观；线条粗细应主次分明。
③说明书内容完整、计算准确、论述简洁、文理通顺、装订整齐。
审核（系主任）
批准（院长）
课程设计正文部分
一、项目概况
袋式除尘技术使用历史悠久，早在1881年，机械振动清灰袋式除尘器在德国就获得了专利，并开始商业化生产。
我国的第一台袋式除尘器源于20世纪50年代，是从前苏联整机引进的机械振打型袋式除尘器。
自1975年我国第一台产业化袋式除尘器在首钢和鞍钢投入使用之后，陆续开始模仿美、日两国的脉冲型、机械回转反吹布袋除尘器，并在此基础上开始设计自己的MC、DMC脉冲袋式除尘器和ZC型机械回转反吹布袋除尘器。
20世纪80年代初，宝钢从日本、德国引进的各种袋式除尘器，特别是大中型正、负压反吹风袋式除尘器，其性能优良、过滤效果好，为我国钢铁工业的大气污染防治树立了一个典型，也为我国大气环境的保护做出了积极贡献。
另外，我国也将对从美、日等国家引进的袋式除尘器进行消化、移植并开发生产，应用于冶金、建材、电解铝、碳黑工业等各个污染行业。
袋式除尘器的研究现状主要有一些几个方面：
滤袋的清灰性能研究、滤料的研究与开发、袋式除尘系统自动化控制研究和除尘技术的多功能化研究。
随着袋式除尘技术的发展，其应用范围越来越广泛，目前其应用的热点主要集中在以下几个方面：
大型高炉煤气净化、烧结机除尘、垃圾焚烧炉除尘、燃煤电厂电改布除尘和火电厂大型燃煤锅炉除尘。
二、设计资料和依据
1.设计依据：
《火电厂大气污染排放标准》（GB13223-2003）;
《锅炉大气污染排放标准》（GB13271-2001）；
《火电厂烟气排放连续监测技术规范》（HJ/T75-2001）;
《袋式除尘器性能测试方法》（GB12138-89）
《袋式除尘器用滤袋框架技术条件》（JB/T5917-2006）
《袋式除尘器用滤料及滤袋技术条件》（GB12625-2007）
《脉冲喷出类袋式除尘器技术条件》（JB/T8532-1997）
《袋式除尘器安装技术要求及验收规范》（JB/T8471-1996）
2.设计内容：
要求依据锅炉的型号规格、煤种等工艺条件及排放标准的要求，对30MW机组燃煤锅炉袋式除尘器进行了选型，并对袋式除尘器的性能和结构进行设计计算；
3.设计要求：
通过合理选择滤料、均匀布气、及时清灰等措施，提高袋式除尘器的效率，有效降低袋式除尘的压力损失。
4.设计参数：
额定蒸发量为75t/h,煤的成分见表1.收到基地位发热量为20350KJ/Kg。
表一煤的组成成分单位%
C
H
O
N
S
A
W
52.57
3.25
7.89
1.01
0.83
26.81
7.64
5.烟气性质：
设计粉尘的排放浓度为50mg/m3,为标况下浓度，换算成工况下浓度
6.当地的气象条件：
年平均大气压力101.27kPa；最低温度平均值1.9℃；最高温度平均值36.3℃；冬季室外风速平均值2.4m/s;夏季室外风速平均值1.8m/s;海拔高度6.6m。
管道管道
7.净化工艺流程的确定：
锅炉脉冲袋式除尘器烟囱
排灰系统
三、系统设计部分
1.净化装置的选型设计和计算
（1）袋式除尘器的选型
袋式除尘器型号的确定：
选用脉冲喷吹吹清灰袋式除尘器
滤料的选择：
根据烟气温度为150℃，加上粉尘性质，选择玻璃纤维滤料。
（2）袋式除尘器的设计计算
过滤面积的确定：
1）总过滤面积A:
式中，Q为处理烟气体积，这里取最大烟气量；
vf为过滤风速，取1.5m/min。
所以
2）滤袋数量的计算：
选择滤袋尺寸：
L=6m,D=0.2m
每条滤袋面积
滤袋条数
为便于布置，取n=550.分两室，按11×25长方形排列。
3）进风通道的设计
取进口风速为20m/s,则进口管道直径
出风通道的设计
取出口风速为8m/s,则出口管道直径
4）袋式除尘器清灰的设计
清灰时间的确定：
袋式除尘器的压力损失：
式中△Pf——通过清洁滤袋的压力损失，Pa
△Pp——通过颗粒层的压力损失，Pa
取△Pf=100Pa，
式中Rp——颗粒比阻力系数，min。
取1.2min.
vf——过滤风速，m/min
ρ——含尘浓度，g/m2
t——清灰时间，min
当△P达到1000Pa时清灰一次，将已知数据代入
解得t=40min，故滤袋运行40min清灰一次。
5）排灰系统的设计
排灰系统有机械的和气力的两种。
机械排灰系统一般是先通过卸灰阀将灰斗中的灰排至水平的输送机械中，再送入垂直的输送机械，提升至一定的高度，掉入储灰罐，待罐中装灰约4/5罐时，由真空吸引罐车运走，或经卸灰阀和加湿机使灰湿润后卸至运灰汽车上。
水平输送机械一般使用螺旋输送机或刮板输送机，垂直输送机械则使用斗式提升机或刮板输送机。
排灰系统设计为采用螺旋输送机输灰，并安装一个星形卸灰阀。
由于袋式除尘器足在负压下工作的，漏风对除尘器的性能影响很大。
为了尽量减少除尘器的漏风和简化灰斗，采用螺旋输送机输灰。
螺旋输送机具有结构简单、截面尺寸小、密封性好、可以中间多点装料和卸料、操作安个方便、制造成本低等优点。
6）灰斗的设计计算
设计粉尘的排放浓度为50mg/m3,为标况下浓度，换算成工况下浓度
理论排灰速率
由资料查得煤灰堆积密度约为1.2g/cm3,则灰堆积速度
去相邻两滤袋距离为60mm,即两相邻滤袋中心距为260mm.
每一小室长260×25=6500mm=6.5m,宽260×11=2860mm=2.86m.
设两个灰斗，取灰斗倾角600，排灰口边长0.3m,则灰斗高度
（3）除尘器的保温和防腐
Ø除尘器的保温
袋式除尘器保温材料必须满足保温性能，保温结构在设计使用寿命内应保证完整，在使用过程中不许出现烧坏、腐烂、剥落等现象。
保温结构应有足够的机械强度，在自重、振动、风雪等附加荷载的作用下不致破坏。
袋式除尘器保温施工必须在除尘器经气密性检查或实验后才能施工。
袋式除尘器保温层厚度为100MM，各加强筋上为50MM，保温材料选用高温玻璃棉（TYPE1000，δ=50），在厚度方向上分二层铺设，层间应错缝，错缝距离不小于板长或板宽的三分之一，拼逢应严密平整，高温玻璃棉的外层均应铺设镀锌六角铁丝网，再用自锁垫片压住。
除尘器灰斗下部小灰斗处铺设钢板网，再用自锁垫片压住。
Ø除尘器防腐
废气中常含有酸、碱等腐蚀性化学成分，在选用滤料时，应根据烟气的化学组分，选择具有相应耐腐蚀特性的滤料。
目前，在滤袋的防腐抗酸性的研究上出现的滤袋表面覆膜过滤技术，该膜态物具备的耐水、耐油、耐温、耐腐蚀、微粒过滤等物理特性，扩大了袋式除尘器的使用范围。
许多袋式除尘器在制造过程中在其材质上都涂有防腐涂层，以抵抗尘气的腐蚀防腐涂料品种繁多，目前效果比较好，应用较广的是氯磺化聚乙烯防腐涂料，其在耐酸、碱、盐等方面更有其独到的优点，广泛应用于石油化工等行业的设备防腐处理。
选择涂抹防腐涂料与除尘设备用来增强袋式除尘器对腐蚀性尘气的抵抗能力关键在于针对烟气性质选择合适的防腐涂料，起到对除尘器的保护作用。
（3）仪器仪表
a.除尘系统气体流量、压力、温度检测。
袋式除尘器进口管道设流量计1台，压力计1台，温度检测仪1个，对进出除尘器气体流量、压力、温度进行检测，其检测结果在控制仪表柜上显示。
b.风机轴承温度检测。
设两个风机轴承测温点，对风机轴承温度进行检测，其温度在控制室显示，超温时报警。
电机温度检测。
根据电机形式，设若干电机温度测点，对电机温度进行检测，其温度在控制室显示，超温时报警。
c.风机调节侧控制和阀门开度风机前设有调节阀1台，控制室内和现场两地操作，并在控制室内仪表柜上设阀门开启度指示
d.提升阀、电磁脉冲阀控制。
对电磁脉冲阀和提升阀设定全压差控制，在除尘器阻力达到1500-1800Pa时启动提升阀和电磁脉冲阀进行离线清灰。
（4）安装、调试、运行、维护和检修
Ø袋式除尘器安装调试有如下几方面的要求：
安装前对除尘器各部件进行全面检查，检查零部件是否完好齐全，如发现缺少、损坏或变形要候补整齐方可安装。
滤袋要逐个检查尺寸是否合适，缝纫处是否牢固，如发现有破漏，跳丝要进行补修后再装在框架上，上口一定要绑扎可靠，不可漏气。
除尘器的安装基础应在同一水平面上，如不平可用薄钢板垫平，以防除尘器变形。
除尘器的门盖和进出风口法兰均应衬垫密封材料，保证无泄漏。
气包、电磁脉冲阀气喷吹管的连接处应可靠密封，不可有漏气现象。
空气过滤器应填过滤材料、（泡沫塑料、脱脂棉花等）装有压力指示装置和安全阀。
脉冲控制仪和电磁脉冲阀的安装应符合该产品使用说明书的规定。
整个除尘器应经过全面检查确无问题，并经过试运行后，方可投入系统使用。
除尘器投入系统使用时，应根据清灰需要，确定喷吹宽度、间隔和周期。
并检查除尘器阻力损失和排灰情况，测定除尘效率。
除尘器管道及附属设备，应认真油漆，做好防腐蚀处理。
除尘器在每次使用寿命时排尘装置的电动机、脉冲控制仪和单独供气的空气压缩机应先启动（一般应提前二、三分钟）然后再启动风机，停用时的程序相反。
Ø袋式除尘器的运行维护方面的要求如下：
运行时，应保持袋式除尘器内温度高于露点，一般应大于1000C，对壳体应采取保温措施。
在启动和停炉时为防止除尘器内产生水分冷凝，可用加热器使内部任何时间都高于露点或启动前预热除尘器，也可以在停沪前停止清灰，在滤袋外形成灰尘层，以便在下次开车时保护滤袋口。
注意烟气气流分布的影晌。
注意锅炉负荷、燃烧状况的变化。
在运行中要注意温度、阻力、清灰程序、清灰压力、除灰情况等的控制。
在启动和停炉时要遵循严格的操作程序，防止启动时燃油的不良影响，防止冷凝、结露现象的发生。
除尘器投入运行后，应有专人管理维修，熟悉除尘器工作原理及技术性能，掌握调整与维修方法，每班应巡回检查，建立运行记录。
压缩空气的油水分离器、过滤器、储气罐的气包每班排污一至二次。
排气口如有冒灰现象，应检查滤袋是否脱落、破损、框架压板是否松动，橡胶垫件是否老化，可打开上箱体判别。
如每次喷吹后发现排气口冒灰，属于清灰过度，应调整清灰周期。
机械传动部分应定期注入润滑油，更换易损件。
各类橡胶密封件应定期更换。
每隔六个月应检查滤袋完好状况。
2.烟囱的设计
（1）设计的一般规定
设计烟囱时，应根据使用条件、烟囱高度、材料供应及施工条件等因素，确定采用砖烟囱、钢筋混凝土烟囱或钢烟囱。
下列情况不宜采用砖烟囱：
1重要的或高度大于60m的烟囱；
2地震设防烈度为9度地区的烟囱；
3地震设防烈度为8度时，Ⅲ、Ⅱ类场地的烟囱。
（3）烟道的设计
烟囱出口内径应保证在锅炉房最高负荷时，烟气流速不致过高，以免阻力过大；在锅炉房最低负荷时，烟囱出口流速不低于2.5~3m/s，以防止空气倒灌。
烟囱出口烟气流速参见表2，烟囱出口内径参见表3。
表2烟囱出口烟气流速（m/s）
通风方式
运行情况
全负荷时
最小负荷
机械通风
12～20
4～5
自然通风
10～15
2.5～3
表3燃煤锅炉砖烟囱出口内径参考值/m
锅炉房总容量（t/h）
≤8
12
16
20
30
40
60
80
120
200
烟囱出口内径（m）
0.8
0.8
1.0
1.0
1.2
1.4
1.7
2.0
2.5
3.0
根据表六中数据标准，可设计烟囱出口流速为18m/s。
Ø烟囱截面可按下式计算：
式中:
S—烟囱截面积，m2；
Q—气体体积流量，m3/h；
v—烟囱截面流速。
Ø烟囱直径：
取v=15m/s,所以
则
Ø烟囱高度：
根据GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》中的相关资料。
燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低允许高度如下表：
表4烟囱高度和锅炉总额定出力的关系
锅炉总额定出力/（t/h）
<1
1～2
2～6
6～10
10～20
26～35
烟囱最低高度
20
25
30
35
40
45
具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量,且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。
这相对增加了烟囱的几何高度，因此烟囱的有效高度为：
式中：
H—烟囱的有效高度，m；
Hs—烟囱的几何高度，m；
—烟囱抬升高度，m。
由已知条件总额定出力为75t/h,故选定烟囱高度需大于45m,取高度Hs=50m。
烟气释放热计算:
取环境大气温度25℃，大气压力101.27kPa
取烟囱出口速度18m/s,烟囱口径1.91m,出口处的风速为3m/s
式中：
—烟气热释放率，kw；
—大气压力，取邻近气象站年平均值；
—实际排烟量，
—烟囱出口处的烟气温度，423K；
—环境大气温度，K；
取环境大气温度
=298K，大气压力
=101.27kPa
T=423-298=125K
烟气抬升高度计算：
由QH<1700Kw,可得
式中：
vs——烟囱出口流速，为18m/s;
D——烟囱出口内径，m;
——烟囱出口处平均风速，取3m/s.
则烟囱有效高度
3.净化系统配套辅助设施设计
（1）管道材料对于烟气温度不高于400℃的管道，一般采用Q235A钢板制作或螺旋焊管；当管道直径小于250mm时，可采用螺旋焊管.
（2）管道阀门阀门是通风除尘设备系统中必不可少的部件，具有导流、截流、调节、节流、防止倒流、分流或卸压等功能。
在除尘器工程中的阀门可分为蝶阀、插板阀、风量调节阀、防暴安全阀、卸灰阀和换向阀等。
阀门的传动方式有手动、气动、液动、电动等多种，它能在某种信号（如压力、温度等）的作用下，按设定程序工作.
（3）机械排灰与除灰排灰系统设计为采用螺旋输送机输灰，并安装一个星形卸灰阀。
4.附图（见附录）
参考文献
[1]郝吉明，马广大.大气污染控制工程[M].第二版.高等教育出版社，2004.
[2]童华.环境工程设计[M].化学工业出版社，2008.
[3]胡满银，赵毅，刘忠，除尘技术[M].化学工业出版社，2006.
[4]刘彬,我国袋式除尘技术研究及应用现状[A].安全与环境工程,2011.
[5]李然然,杨景玲,袋式除尘器在抗酸抗腐蚀性方面研究的现状，全国袋式过滤技术研讨会论文集，2005.
[6]单光圣，林海青，袋式除尘器设计要点[A].冶金能源，2008.
[7]周兴求.环保设备设计手册.大气污染控制设备。
北京：
化学工业出版.2003.8.
[2]唐敬麟,张禄虎.除尘装置系统及设备设计选用手册.北京:
化学工业出版社,2003.
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