文丘里除塵器.doc

沈陽工學院環(huán)保設備原理與設計課程設計 課 程 設 計 課 程： 環(huán)保設備原理與設計 題 目：某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)設計 學 院： 能源與水利學院 班 級： 106051 姓 名： 張成偉 學 號： 30 指導教師： 付堯 日 期： 2013年7月4日 某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)設計摘要：該設計主要為某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)設計，設計耗煤量為203.8kg/h,分析鍋爐煙氣特點，排煙溫度560,煙氣密度：1.32kg/m3及排放要求后初步選擇了文丘里除塵器，在燃燒鍋爐中將產生大量含有二氧化碳和粉塵的煙氣，該廢氣若不經處理直接排入大氣，不僅會污染周圍環(huán)境，而且導致了極大地原物料消耗，為此必須進行處理，故將從鍋爐出來的煙氣經過管道將其匯集通過風機的作用送入煙囪排入大氣中。工藝流程包括換熱器、管道、文丘里除塵器、風機電機等。關鍵詞：煙氣特點、鍋爐、文丘里除塵器abstract:This design is mainly designed for a small coal fired boiler flue gas dust removal system,Design in coal consumption is 203.8 kg/h, analyzing the characteristics of the boiler flue gas, exhaust smoke temperature is 560 , smoke density: 1.32 kg/m3 and emissions requirements after preliminary chose the venturi dust collector, levels of carbon dioxide in the combustion boiler flue gas and dust, the flue gas if not treated directly discharged into the atmosphere, not only may pollute the surrounding environment, but also led to the original material consumption greatly, therefore must be treated, it will come out from boiler flue gas through pipelines will be collected by the fan into the chimney discharged into the atmosphere. Process including heat exchangers, piping, venturi dust collector and fan motor, etc.Key words: The flue gas characteristics、The boiler、Venturi dust catcher 目錄一 設計題目1二 設計資料1三 設計目的1四 設計要求1五 設計內容25.1 引言25.2 方案的選擇及說明35.2.1 除塵器性能指標35.2.2 除塵器的選擇35.3 設計依據和原則45.3.1 依據45.3.2 原則45.4 基本數據45.4.2煙氣排放量以及組成55.5 換熱器的選型55.6文丘里洗滌器幾何尺寸和壓損計算65.7 管道設計計算105.7.1 管道計算105.7.2 管道壓力損失的計算115.8煙囪的高度計算135.9 總壓力損失155.10 風機的選型155.11 設計結果列表16六 總結18參考文獻19I一 設計題目某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)設計。二 設計資料設計耗煤量：203.8kg/h。排煙溫度：560空氣過剩系數：=1.25煙氣密度（標態(tài)）：1.32kg/m3室外空氣平均溫度；24；鍋爐出口前煙氣阻力：1025Pa； 現場氣象資料: 海拔高度：22.5m 當地平均大氣壓：943.6mbar 年平均氣溫：12.3 最大風載：32kg/ 最大雪載：24kg/ 地震烈度：7度三 設計目的要求設計煙塵濃度排放200mg/m3。本設計的目的在于進一步鞏固和加深理解課程理論，培養(yǎng)運用所學理論知識進行凈化系統(tǒng)設計的初步能力，包括工程設計的基本方法和步驟，技術資料的查找與應用以及繪圖能力的訓練，綜合運用本課程及其有關課程的理論知識解決工程中的實際問題。四 設計要求（一）編制一份設計說明書，主要內容包括：1) 引言2) 方案選擇和說明（附流程簡圖）3) 除塵（凈化）設備設計計算 4) 附屬設備的選型和計算（集氣罩、管道、風機、電機）5) 設計結果列表6) 設計結果討論和說明7) 注明參考文獻和設計資料（二）繪制除塵（凈化）系統(tǒng)平面布置圖、立面布置圖、軸測圖（三）繪制除塵（凈化）主體設備圖五 設計內容5.1 引言 我國是以煤為主要能源的國家。隨著國民經濟的發(fā)展，能源的消耗量逐步上升，大氣污染物的排放量相應增加。而就我國的經濟和技術發(fā)展就我國的經濟和技術發(fā)展水平及能源的結構來看，以煤炭為主要能源的狀況在今后相當長時間內不會有根本性的改變。 我國的大氣污染仍將以煤煙型污染為主。因此，控制燃煤煙氣污染是我國改善大氣質量、減少酸雨和SO2危害的關鍵問題。濕式除塵器是借含塵氣體與液滴或液膜的接觸、撞擊等作用，使塵粒從氣流中分離出來的設備。濕式除塵器按結構與凈化機理可分為水膜式除塵器（麻石水膜除塵器）、噴射式除塵器（文丘里除塵器）、板式除塵器（旋流板式除塵器）、沖擊式除塵器（沖擊水浴式除塵器）、填充式除塵器。根據除塵設備的阻力與耗能可分為低耗能和高耗能除塵器。濕式除塵器的特點是構造簡單、凈化效率高、本身無運動部件、故障少、適合高溫高濕氣體除塵，但除塵后有水的處理問題和設備的腐蝕問題。濕式除塵器要得到較高的除塵效率，必須造成較高的氣液相對運動速度和非常細小的液滴，文氏管就是為了適應這個要求而發(fā)展起來的。文氏管是在意大利物理學家文丘里首次研究了收縮管道對流體流動的效率的影響后命名的。文丘里管是在1886年美國科姆斯霍舍爾為了增加流體的速度從而引起壓力的減小而發(fā)明的。文氏管除塵器于1946年開始在工業(yè)中應用。文氏管是一種高能耗高效率的濕式除塵器。含塵氣體以高速通過喉口，水在喉口處被湍流運動的氣流霧化，塵粒與水滴之間相互碰撞使塵粒沉降，這種除塵器結構簡單，對0.5-5微米的塵粒除塵效率可達99%以上，但其費用較高。該除塵器常用于高溫煙氣降溫和除塵，也可用于吸收氣體污染物。5.2 方案的選擇及說明5.2.1 除塵器性能指標除塵器性能指標包括技術性能指標和經濟性能指標，其中，前者包括含塵氣體處理量、除塵效率、阻力損失，后者包括總費用（含投資費用和運轉費用）、占地面積、使用壽命。上述各項指標是除塵設備選用及研發(fā)的依據。各種除塵設備的基本性（表5-1）除塵器名稱適用的粒徑范圍（m）效率（%）阻力（Pa）設備費運行費重力沉降室505050少少慣性除塵器20-5050-70300少少旋風除塵器5-1560-90800少中水浴除塵器1-1080-95600少中下臥式旋風水膜除塵器595-98800中中沖激式除塵器5951000中中上電除塵器0.5-190-9850多中上袋式除塵器0.5-195-991000中上大文丘里除塵器0.5-190-984000少大5.2.2 除塵器的選擇在選擇除塵器過程中，應全面考慮一下因素：（1）除塵器的除塵效率（各種除塵器對不同粒徑粉塵的除塵效率見表 1）；（2）選用的除塵器是否滿足排放標準規(guī)定的排放濃度；（3）注意粉塵的物理特性（例如黏性、比電阻、潤濕性等）對除塵器性能有較大的影響另外，不同粒徑粉塵的除塵器除塵效率有很大的不同；（4）氣體的含塵濃度較高時，在靜電除塵器或袋式除塵器前應設置低阻力的出凈化設備，去除粗大粉塵，以使設備更好地發(fā)揮作用；（5）氣體溫度和其他性質也是選擇除塵設備時必須考慮的因素；（6）所捕集粉塵的處理問題；（7）設備位置，可利用的空間、環(huán)境條件等因素；（8）設備的一次性投資（設備、安裝和施工等）以及操作和維修費用等經濟因素。綜合考慮對除塵效率的要求、水泥的性質及經濟成本等宜選用文丘里除塵器。5.3 設計依據和原則5.3.1 依據（1）同類粉塵治理技術和經驗（2）水泥工業(yè)大氣污染物排放標準（GB4915-2004）（3）大氣污染防治技術及工程應用（4）除塵技術手冊（張殿印 張學藝編著）5.3.2 原則本設計遵循如下原則進行工藝路線的選擇及工藝參數的確定：（1）基礎數據可靠，總體布局合理。（2）避免二次污染，降低能耗，近期遠期結合、滿足安全要求。（3）采用成熟、合理、先進的處理工藝，處理能力符合處理要求；（4）投資少、能耗和運行成本低，操作管理簡單，具有適當的安全系數，各工藝參數的選擇略有富余，并確保處理后的尾氣可以達標排放；（5）在設計中采用耐腐蝕設備及材料，以延長設施的使用壽命；（6）廢氣處理系統(tǒng)的設計考慮事故的排放、設備備用等保護措施；（7）工程設計及設備安裝的驗收及資料應滿足國家相關專業(yè)驗收技術規(guī)范和標準。5.4 基本數據鍋爐型號：FG-35/3.82-M型（35t蒸氣/h）；設計耗煤量：203.8 kg/h；排煙溫度：560；空氣過剩系數：=1.25；煙氣密度（標態(tài)）：1.32kg/m3室外空氣平均溫度；24；鍋爐出口前煙氣阻力：1025Pa；煙氣其他性質按空氣計算；排灰系數35%，按鍋爐大氣污染物排放標準（GB13217-2001）中二類區(qū)標準執(zhí)行：標準狀態(tài)下煙塵濃度排放標準：200mg/m3。 煤的工業(yè)分析（無煙煤）：C：75.2%、H：4.1%、S：0。62%、O：6.6%、N：0.85%、水分：9.92%、灰分：2.71%。5.4.2煙氣排放量以及組成表5-2 煙氣排放量及組成上表以1kg煤為基準計算故產生煙氣量：CO2=62.67；N2=0.305;H2O=26.1；SO2=0.194；理論需氧量：(62.67+10.25+0.194-2.063)68.320.001=4.85mol理論空氣量：4.85（3.76+1）=23.09mol實際空氣量：23.091.25=28.86mol過?？諝饬? 28.8623.09=5.77mol理論干煙氣量：（62.67+0.194+0.305）68.320.001+4.853.76=22.56 mol理論煙氣量：22.56+26.168.320.001=24.34mol則總煙氣量=煙氣+過?？諝?24.31+（1.25-1）23.09=30.08m3乘以用煤量：30.08203.8=6130.3m3/h=1.708m3/s1kg煙氣中灰分：27.135=9.485g 9.485203.8=193.043g/h=0.54g/s煙氣含塵濃度：0.54/1.708=0.32g/m35.5 換熱器的選型本設計采用的是管殼式換熱器，冷熱兩種流體在其中換熱時，一種流體流過管內，其行程稱為管程，另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程，選用管徑為252.5的無縫鋼管，型號為BEM700-200-4I的換熱器，其主要參數為管外徑為25mm,管長9m，換熱面積為200m2。因為換熱器的壓損相對除塵系統(tǒng)管道和除塵器的壓損較小，在這里將其壓損忽略不參與后面的有關計算和選型。5.6文丘里洗滌器幾何尺寸和壓損計算 文丘里洗滌除塵器是一種高效除塵效率的濕式除塵器。它即可用于高溫煙氣降溫，也可凈化含有微米和亞微米粉塵粒子及易于被洗滌液吸收的有毒有害氣體。實際應用的文丘里洗滌除塵器由文丘里洗滌器、除霧器、沉淀池和加壓循環(huán)水泵等多種裝置組成，其裝置系統(tǒng)如下圖所示，文丘里洗滌器在該裝置系統(tǒng)中起到捕集粉塵粒子的作用。凈化氣體與沉降粉塵粒子的霧滴捕塵體的分離都是在除霧器中完成的，本設計中除霧器即脫水器選用旋風水膜除塵器，文丘里洗滌器則由收縮管、喉管和擴張管以及在喉管處注入高壓洗滌水的噴霧器組成。（1）管徑 式中 D管徑，m ； Q進口氣體流量，1.7083600=6148.8m3/h 一般取進口流速1=1622m/s 出口流速2=1822m/s 喉管流速r=50180m/s取進口流速1=20m/s，則進口管徑出口流速2=20m/s，則出口管徑喉管流速r=80m/s，則喉管管徑 （2）管長 漸縮管的中心角1取25，漸擴管的中心角2取6，當選定兩個角之后，計算 收縮管長 擴散管長喉管長度Lr對文丘里管的凝聚效率和阻力皆有影響。實驗證明，Lr=(0.81.5) Dr，取Lr=1.5 Dr=1.50.165=0.25m文丘里管示意圖（3）壓力損失 根據有些學者提出的模式認為氣流的全部能量損失僅用在喉部將液滴加速到氣流速度，由此導出壓力損失的近似表達式為 式中 p 文丘里洗滌器的氣體壓力損失，cmH2O 喉部氣體速度，cm/s L液氣體積比，一般為0.51L/m3，取L=0.5 故（4）除塵效率的計算根據國家規(guī)定的煙塵排放濃度標準, C100mg/m3,故除塵器應該達到的除塵效率為：T=1(100/620)100% =84%（5）脫水器的選擇脫水器串聯(lián)在文丘里洗滌器后，作為凝聚水滴和吸收某些氣態(tài)污染物的作用。根據進入文丘里除塵器的風量Q=3168m3/h,選擇CLS/A-5型號的脫水器。CLS/A型帶有擋水圈，以減少除塵器的帶水現象，在筒體內壁表面始終保持一層連續(xù)不斷地均勻往下流動的水膜。含塵氣體由筒體下部切向進入除塵器并以旋轉氣流上升，氣流中的粉塵粒子被離心力甩向器壁，并為下降流動的水膜捕塵體所捕獲，粉塵粒子隨沉渣水由除塵器底部排渣口排出，凈化后的氣體由筒體上部排出。主要參數如下表：表5-5風量/m3/h壓損/Pa筒體高度H/mm筒體直徑D/mm出口直徑/mm35005703545500114（6）噴嘴選型噴嘴是濕式除塵設備的附屬構件之一，對煙氣冷卻、凈化設備性能影響很大，根據噴嘴的結構形式不同，一般可分為噴灑型噴頭、噴濺型噴嘴和螺旋型噴嘴等，本設計采用螺旋型噴嘴的碗型噴嘴，其計算過程如下：設計參數：噴水量3.7m3/h，噴射角75，出水口軸向流速為8m/s，則出水口面積為：，出水口直徑為DN=12.77mm取蝸室入口流速為4m/s，則蝸室切向入口縱斷面積為水口內徑DC的截面積A2的計算，K取0.785，則DC=34mm取VR=0.5m/s,則該處圓環(huán)面積為噴嘴外殼的內半徑R1為,R1=33mm如下圖：選噴口口徑為14mm的，其主要參數如下：5.7 管道設計計算5.7.1 管道計算（1）除塵系統(tǒng)工藝流程圖（2）管道直徑的確定管段（1-2） 查設計手冊取管道中氣速v=18m/s，可得 d1-2= 根據實際管道情況，管道內為氣體如果速度小于12m,則有粉塵堵塞管道，為保證速度不小于18，取d1-2 =0.6實際流速 管段（3-4） 標況下溫度為150，即T=423.15 K 取氣體流速18m/s，d3-4=管道取一致， 取d5-6 =0.45實際流速 管段（5-6） 標況下溫度為80，即T=353.15 K 取氣體流速12m/s，d5-6=管道取一致， 取d5-6 =0.4實際流速 管段（7-8） 標況下溫度為80，即T=353.15 K 取氣體流速12m/s，d5-6=管道取一致， 取d7-8 =0.28實際流速 列表為（表5-3）：5.7.2 管道壓力損失的計算5.7.2.1 摩擦阻力損失流體力學原理，氣體流經斷面性狀不變的直管時，圓形管道的摩擦阻力可按下式計算 式中PL一定長度管道的摩擦阻力，Pa L直管道的長度，m 摩擦阻力系數，無量綱 d圓形管道內直徑，m 管內氣體的密度，kg/m3管內氣體的平均風度，m/s 煙氣密度根據已知的數據：煤氣在標況下的密度560時，煙氣密度 150時，煙氣密度 80時，煙氣密度 80時，煙氣密度 管段12，在操作條件下 ，（鍍鋅管）管段34在操作條件下，（鍍鋅管）管段56，在操作條件下 （鍍鋅管）管段78 在操作條件下（鍍鋅管）整理數據表格如下（表5-4）：管段標況下管道中摩擦阻力系數管道長度氣體流速摩擦阻力損失體積密度體積密度1-21.7081.325.210.430.0121018.414.563-42.650.850.0122017.763.225-62.211.060.0121017.649.257-82.211.060.012517.624.63總摩擦壓力損失為： Pa5.7.2.2局部壓力損失 局部壓力損失在管件形狀和流動狀態(tài)不變時，可按下式計算 式中P氣體的管道局部壓力損失，Pa 局部阻力系數 管道12，彎頭2個1=2=0.18則 管道34，彎頭2個1=2=0.18則 管道56，彎頭3個1=2=0.18則 管道78，無彎頭，故無局部阻力損失5.7.2.3系統(tǒng)的壓力損失 摩擦阻力損失 Pa局部阻力損失 Pw總=26.2+47.93+88.7=162.83Pa除塵器壓損 Pc=3230Pa總壓力損失P=PL總+Pw總+Pc =151.66+162.83+3230=3544.5Pa5.8煙囪的高度計算（1）煙囪出口內徑可按下式計算： 式中 通過煙囪的總煙氣量， 按表選取的煙囪出口煙氣流速，選定=4 表5-7 煙囪出口煙氣流速通風方式運 行 情 況全負荷時最小負荷機械通風102045自然通風682.53（2）煙囪高度的確定 一個煙囪的所有鍋爐的總蒸發(fā)量為Q=1.24t/h，表5-8 燃煤、燃油（燃輕柴油、煤油除外）鍋爐房煙囪最低允許高度 表5-8鍋爐房裝機總容量MW0.70.71.41.42.82.877141428t/h1122441010202040煙囪最低高度m202530354045查上表可得：煙囪底部直徑 式中D煙囪出口直徑，m；H煙囪高度，m；i煙囪錐度，通常取i0.020.03。選定i=0.025(3)煙囪的抽力煙囪的抽力取決于煙溫、空氣溫度及煙囪高度，煙溫越高，周圍空氣溫度越低，煙囪的抽力越大；煙囪高度越高，其抽力也越大。 式中H產生抽力的管道高度，mt0外界空氣溫度 tf計算管段中煙氣的平均溫度 tf=(560+160+80+80)/4=220當地大氣壓 Pa（4）煙氣自生通風力 r=25（1.32-0.85）9.61=115.35.9 總壓力損失 總壓損=125.2+3230+132.8+130+1025-115.3=4528.785.10 風機的選型（1）風量 根據總風量和總壓力損失選擇合適的風機。在選擇風機時按下式計算。 Q0=K1K2Q 式中 Q管道系統(tǒng)的總風量，m3/h K1考慮系統(tǒng)漏風所附加的安全系數。一般通風系統(tǒng)取1.1，除塵系統(tǒng)取1.15，本設計中取K1=1.15 K2除塵器或凈化設備的漏風所附加的安全系數，取0.1 故Q0=1.150.13132=360.18m3/h（2）風壓 Pf=（K3 P1+P2）K4 式中 Pf風機的風壓，Pa P1管道系統(tǒng)的總壓力損失，Pa P2總的壓力損失，Pa K3管道系統(tǒng)總壓力損失的附加安全系數，一般通風系統(tǒng)取1.11.15，除塵系統(tǒng)取1.151.20，取K3=1.15K4由于風機產品的技術條件和質量標準允許風機的實際性能比產品樣本低而附加的系數，K4=1.08Pf=1.15125.18+4528.78 1.08=5046.6Pa（3）電機功率 式中 N風機配用電動機的功率，kW Q0風機的風量，m3/h Pf風機的風壓，Pa 1風機運行時的效率，一般為0.50.7，電機直聯(lián)傳動取0.52機械傳動效率，取1.00K電動機軸功率安全系數，離心通風機取1.40風機根據風壓、風量、功率選擇C6-48型的鍋爐風機。表5-6 除塵風機性能表風機類型型號全壓/Pa風量/(m3/h )功率/kW備注鍋爐風機Y8-3921365762250026000337用于鍋爐，也常用于大中型除塵系統(tǒng)5.11 設計結果列表本設計的燃煤電站鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)及附屬設備主要有：文丘里除塵器、脫水器、換熱器、風機、電機、除塵