大气污染控制课程设计除尘器的设计.docx
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大气污染控制课程设计除尘器的设计
某抛煤机炉烟气除尘系统中除尘器的设计
1.绪论
除尘器是把粉尘从烟气中分离出来，以除去或降低烟气中飞灰含量的设备。
除尘器的性能指标主要由气体处理量、除尘效率和压力损失等来表达。
经济指标主要有设备费、运行费、占地面积、使用寿命等。
此外，还应考虑设备的安装、操作、检修的难易等因素。
除尘器是锅炉及工业生产中常用的设施。
1.1除尘设备的分类[1]
除尘器是除尘系统中的主要组成部分，其性能对全系统的运行效果有很大影响。
按照除尘器分离捕集粉尘的主要机理，可将其分为如下四类：
⑴机械式除尘器它是利用质量力（重力、惯性力和离心力等）的作用使粉尘与气流分离沉降的设备。
包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。
其特点是结构简单，造价低，维护方便，但除尘效率不高，一般只作为多级除尘系统的初级除尘。
⑵湿式除尘器亦称湿式洗涤器，它是利用夜滴或液膜洗涤含尘气流，使粉尘与气流分离沉降的设备。
湿式洗涤器既可用于气体除尘，也可用于气体吸收。
⑶过滤式除尘器它是使含尘气流通过织物或多孔的填料层进行过滤分离的设备。
包括袋式除尘器和颗粒层除尘器等。
其突出的特点是除尘效率高（99%以上）。
⑷电除尘器它是利用高压电场使尘粒荷电，在库仑力作用下使粉尘与气流分离沉降的设备。
其特点是除尘效率高，耗电量少，但投资费用较高。
1.2除尘设备的性能[2]
评价除尘设备性能的指标，包括技术指标和经济指标两个方面。
技术指标主要有气体处理量、除尘效率和压力损失等。
经济指标主要有设备费、运行费等。
除尘效率是除尘设备的重要技术指标，以下是两种除尘效率的表示方法。
（1）总除尘效率是指在某时间段内被除尘设备捕集的粉尘质量占进入除尘设备的粉尘质量的百分数，常用η表示。
若进口的气体流量为Q1（m3/s），粉尘流入量为G1（g/s），气体含尘浓度C1（g/m3）；出口气体流量为Q2（m3/s），粉尘流出量为G2（g/s），气体含尘浓度C2（g/m3），设备捕集的粉尘为G3（g/s）。
根据定义，除尘效率可用下式表示。
η=G3/G1×100%=（G1-G2）/G1×100%=（1-G2/G1）×100%
由于G1=Q1C1，G2=Q2C2，因此
η=（1-Q2C2/Q1C1）×100%
（2）分级除尘效率除尘设备的总除尘效率与粉尘粒径有很大关系。
为了准确的评价除尘设备的除尘效果，说明除尘效率与粉尘粒径分布的关系，提出了分级除尘效率的概念。
分级除尘效率系指除尘设备对一粒径或一定范围内的粒径粉尘的除尘效率，简称分级效率。
分级效率可用质量分级效率ηi或浓度分级效率ηdi表示。
质量分级效率ηi可用下式计算：
ηi=G3g3di/G1g1di×100%
浓度分级效率ηdi可用下式计算：
ηdi=（Q1g1diC1-Q2g2diC2）/Q1g1diC1×100%
总除尘效率：
η=∑ηig1i
1.3除尘设备的选择与维护[1]
1.3.1除尘器选型需要考虑的因素[3]
选择除尘设备时必须全面考虑有关因素，如除尘效率、压力损失、设备投资、维护管理等。
一般应注意以下几方面的问题。
（1）处理风量（Q）
处理风量是指除尘设备在单位时间内所能净化气体的体积量。
单位为每小时立方米（m3/h）或每小时标立方米（Nm3/h）。
是袋式除尘器设计中最重要的因素之一。
根据风量设计或选择袋式除尘器时，一般不能使除尘器在超过规定风量的情况下运行，否则，滤袋容易堵塞，寿命缩短，压力损失大幅度上升，除尘效率也要降低；但也不能将风量选的过大，否则增加设备投资和占地面积。
合理的选择处理风量常常是根据工艺情况和经验来决定的。
（2）使用温度
对于袋式除尘器来说，其使用温度取决于两个因素，第一是滤料的最高承受温度，第二是气体温度必须在露点温度以上。
目前，由于玻纤滤料的大量选用，其最高使用温度可达280℃，对高于这一温度的气体必须采取降温措施，对低于露点温度的气体必须采取提温措施。
对袋式除尘器来说，使用温度与除尘效率关系并不明显，这一点不同于电除尘，对电除尘器来说，温度的变化会影响到粉尘的比电阻等影响除尘效率。
（3）入口含尘浓度
即入口粉尘浓度，这是由扬尘点的工艺所决定的，在设计或选择袋式除尘器时，它是仅次于处理风量的又一个重要因素。
以g/m3或g/Nm3来表示。
对于袋式除尘器来说，入口含尘浓度将直接影响下列因素：
①压力损失和清灰周期。
入口浓度增大，同一过滤面积上积灰速度快，压力损失随之增加，结果是不得不增加清灰次数。
②滤袋和箱体的磨损。
在粉尘具有强磨蚀性的情况下，其磨损量可以认为与含尘浓度成正比。
③预收尘有无必要。
预收尘就是在除尘器入口处前再增加一级除尘设备，也称前级除尘。
④排灰装置的排灰能力。
排灰装置的排灰能力应以能排出全部收下的粉尘为准，粉尘量等于入口含尘浓度乘以处理风量。
⑤操作方式。
袋式除尘器分为正压和负压两种操作方式，为减少风机磨损，入口浓度大的不宜采用正压操作方式。
（4）出口含尘浓度
出口含尘浓度指除尘器的排放浓度，表示方法同入口含尘浓度，出口含尘浓度的大小应以当地环保要求或用户的要求为准，袋式除尘器的排放浓度一般都能达到50mg/Nm3以下。
（5）压力损失
袋式除尘的压力损失是指气体从除尘器进口到出口的压力降，或称阻力。
袋除尘的压力损失取决于下列三个因素：
①设备结构的压力损失。
②滤料的压力损失。
与滤料的性质有关（如孔隙率等）。
③滤料上堆积的粉尘层压力损失。
（6）过滤速度
过滤速度是设计和选择袋式除尘器的重要因素，它的定义是过滤气体通过滤料的速度，或者是通过滤料的风量和滤料面积的比。
单位用m/min来表示。
袋除尘器过滤面积确定了，那么其处理风量的大小就取决于过滤速度的选定，公式为：
Q=v×s×60（m3/h）
式中：
Q—处理风量
v—过滤风速（m/min）
s—总过滤面积（m2）
注明：
过滤面积（m2）=处理风量（m3/h）/（过滤速度（m/min）x60）
袋式除尘器的过滤速度有毛过滤速度和净过滤速度之分，所谓毛过滤速度是指处理风量除以袋除尘器的总过滤面积，而净过滤速度则是指处理风量除以袋除尘器净过滤面积。
为了提高清灰效果和连续工作的能力，在设计中将袋除尘器分割成若干（或区），每个室都有一个主气阀来控制该室处于过滤状态还是停滤状态（在线或离线状态）。
当一个室进行清灰或维修时，必需使其主气阀关闭而处于停滤状态（离线状态），此时处理风量完全由其它室负担，其它室的总过滤面积称为净过滤面积。
也就是说，净过滤面积等于总过滤面积减去运行中必需保持的清灰室数和维修室数的过滤面积总和。
（7）滤袋的长径比
滤袋的长径比是指滤袋的长度和直径之比。
滤袋的长径比有如下规定：
反吹风式—30～40
机械摇动式—15～35
脉冲式—18～23
1.3.2除尘器的维护和管理
只有对除尘器进行认真的维护和管理，才能使除尘器处于最佳运行状态，并可延长其使用寿命。
对机械式除尘器维护的主要项目有：
①及时清除除尘器内各种的黏附物和积灰；②修补磨损、腐蚀严重的部分；③检查除尘器各部分的气密性，如发现漏气，应及时修补或更换密封材料。
对电除尘器维护的主要项目有：
①定期切断高压电源后碓除尘器进行全面清洗；
②随时检查支架、垫圈、电线及绝缘部分，发现问题及时修理或更换；③检查振打装置及传动和电器部分，如有异常及时修复；④检查烟气湿润装置，清洗喷嘴，对磨损严重的喷嘴进行更换。
对洗涤式除尘器维护的主要项目有：
①定期清除设备内的淤积物、黏附物;②检查文丘里管、自激式除尘器的喉部磨损、腐蚀情况，对磨损、腐蚀严重的部位进行修补或更换；③对喷嘴进行检查和清洗，及时更换磨损严重的喷嘴。
1.4除尘器行业标准[4]
AQ1022-2006煤矿用袋式除尘器
DL/T514-2004电除尘器
JB/T10341-2002滤筒式除尘器
JB/T20108-2007药用脉冲式布袋除尘器
JB/T6409-2008煤气用湿式电除尘器
MT159-1995矿用除尘器
JC/T819-2007水泥工业用CXBC系列袋式除尘器
JC837-1998建材工业用分室反吹风袋式除尘器
JB/T8532-2008脉冲喷吹类袋布除尘器
2.除尘器设计原始资料
锅炉类型：
抛煤机炉；排放的干烟气中，颗粒物占25.0%，烟气温度443K，流量4000m3/h。
烟气粘度：
2.4×10－5pa.s
允许压力损失：
2500pa
烟气密度：
1.18kg/m3
烟气真密度：
2.2g/cm3
空气过剩系数：
a=1.4
烟尘浓度排放标准（标准状况下）：
200㎎/L
环境温度：
-4℃
当地气压：
99KPa
净化系统布置场地在锅炉房北侧30-45米以内
3.除尘器型号的确定[5]
抛煤机炉烟气中粉尘粒径一般都在10微米以上，比较适合旋风除尘器，再结合已知的烟气温度等物理性质，最终确定选用旋风除尘器，但是旋风除尘器处理气体量较小，因此考虑并联使用。
根据《大气污染控制（第三版）》表6-1和表6-3，我们用假设法进行演算，因为要求旋风除尘器的筒体直径小于500㎜，所以我们可以通过计算各种型号对应的筒体直径来确定型号。
XLP/B型，并联两个，所需筒体直径为440㎜，符合要求，且效率较高，故选用XLP/B型。
4.设计计算
4.1烟气中粉尘颗粒物的个数及质量分布[1]
假设颗粒物的个数为N=1000个
分级号i
1
2
3
4
5
6
7
粒径范围
0-5
5-10
10-20
20-44
44-74
74-149
149-160
颗粒个数
个
20
90
120
190
140
170
270
间隔中点粒径
2.5
7.5
15
32
59
111.5
154.5
间隔上限粒径
5
10
20
44
74
149
160
粒径间隔
5
5
10
24
30
75
11
个数频率
0.02
0.09
0.12
0.19
0.14
0.17
0.27
个数筛下累积频率
0.02
0．11
0.23
0.42
0.56
0.73
1.00
个数频率密度
0.004
0.018
0.012
0.008
0．005
0.002
0.025
15.625
421.875
3375
32768
205379
1386195.875
3687953.625
312.5
37968.75
4.05
10
6225920
28753060
2.36
995747478.8
质量频率
2.46
0.023
0.186
0.784
质量筛下累积频率
0.028
0.214
0.998
质量频率密度
3.19
2.34
7.67
2.48
0.071
4.2除尘器各部分尺寸的计算[1]
1——圆柱体2——锥体3——烟气4——排出管5——储灰斗
6——外涡旋7——内涡旋8——上涡旋
选用XLP/B型旋风除尘器，局部阻力系数为ξ=5.8
取v=16m/s，相应压力损失△p=v2ξρ/2
入口面积：
A=qv/3600/v=0.0347㎡
入口宽度：
b=（A/2）0.5=0.132m
入口高度:
h=（2A）0.5=0.263m
筒体直径：
D=3.33b=0.440m
排出管直径:
de=0.6D=0.264m
筒体长度:
L=1.7D=0.748m
锥体长度:
H=2.3D=1.012m
排灰口直径:
d1=0.43D=0.189m
4.3除尘器的分级效率和总效率[1]
除尘器分级效率：
ηi=（dpi/dc）2/[1+（dpi/dc）2]
由此可得出：
η1=15%
η2=61%
η3=86%
η4=97%
η5=99%
η6=99.7%
η7=99.9%
总除尘效率：
ηi=∑ηig1i
因此，η=99.65%
4.4除尘器分割粒径的计算[1]
假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度，即v=16m/s，取内外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7de
n=1-（1-0.67D0.14）（T/283）0.3
=1-（1-0.67×0.440.14）（443/283）0.3
=0.54
气流在交界面上的切向速度：
Vt0=16×（0.44/0.7/0.264）0.54
=25.56m/s
5.课程设计小结
经过计算确定出符合要求的除尘器，达到了本次课程设计的要求。
在抛煤机炉烟气除尘系统的除尘器设计中，综合给出的各种条件，经过一系列计算确定采用两个XLP/B型除尘器并联的形式，来达到除尘要求。
除尘器的入口宽度为0.132m，入口高度为0.263m，筒体直径为0.440m，排出管直径为0.264m，筒体长度为0.748m，锥体长度为1.012m，排灰口直径为0.189m。
为防止粒子短路漏到出口管，排气管插入深度s定为0.29m。
材料选择为6㎜厚Q235-A钢板。
该除尘器的总效率为99.65%，除尘效果较好。
经过两周的学习，本次课程设计即将结束，总的来说，收获还是蛮多的。
从查阅资料，对课程设计毫无头绪，到能系统的设计出来，这其中不仅巩固了所学知识，
而且让我们对所学知识有了更深的了解，还学到了很多课本上没有的知识。
通过这次课程设计是我们更加懂得并亲身体会到了理论与实际相结合的重要
性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学理论知识与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能提高自己的能力。
虽然感觉困难重重，但我们也苦中有乐，与同学讨论，交流彼此的观点，让我们的思路更开阔。
这让我再次认识到自己在学习上的不足，比如说对知识体系掌握的不够牢固，多课本内容理解的不够深入，这都要求我在以后的学习中踏踏实实，对不懂的问题多思考，多钻研。
在遇到难题的时候，也要多思考一下，想想是不是有多种解决途径，换种思路或许就会将难题迎刃而解。
一分耕耘，一分收获。
经过我们两周的学习思考，终于设计完成。
其中与付出的辛勤，也有收获的快乐，但现在更是一份宝贵的经验。
总之，在这次课程设计中，我们学到的东西是宝贵的。
参考文献
[1].郝吉明，马广大，王书肖。
大气污染控制工程（第三版），高等教育出版社：
2009
[2].何争光．大气污染控制工程及应用实例[M]．北京，化学工业出版社：
2004
[3].郑铭环保设备——原理·设计·应用（第二版），化学工业出版社：
2006
[4]艾华.电炉炼钢车间除尘系统方案设计分析[J].西安重型机械研究所报,2005,09（00）:
98-02.
[5]陈鸿飞除尘与分离技术2007
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