某企業燃煤鍋爐粉塵污染治理設計

摘要：該設計主要為企業燃煤鍋爐粉塵除塵系統設計，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：煙氣除塵、燃煤鍋爐鍋爐、除塵器

目錄一設計題目二設計資料三設計目的四設計要求五設計內容5.1引言5.2方案的選擇及說明5.2.1除塵器性能指標5.2.2除塵器的選擇5.3設計依據和原則5.3.1依據5.3.2原則5.4基本數據5.4.2煙氣排放量以及組成5.5換熱器的選型（6）噴嘴選型5.7管道設計計算5.7.1管道計算5.7.2管道壓力損失的計算5.8煙囪的高度計算5.9風機的選型5.11設計結果列表六．總結七．參考文獻八，附圖一設計題目某企業燃煤鍋爐除塵系統設計。二設計資料鍋爐型號：SZL4-13型，共4臺（2.8MW×4）設計耗煤量：203.8kg/h。排煙溫度：560℃空氣過剩系數：α=1.25煙氣密度（標態）：1.32kg/m3室外空氣平均溫度；24℃；鍋爐出口前煙氣阻力：1025Pa；當地大氣壓力：97.86kPa按鍋爐大氣污染物標準（GB13271-2001）中二類區標準執行。煙塵濃度排放標準（標準狀態下）：200mg/m3二氧化硫排放標準（標準狀態下）：900mg/m3三設計目的按照國際標準化組織(1SO)作出的定義，“空氣污染：通常系指由于人類活動和自然過程引起某些物質介入大氣中，呈現出足夠的濃度，達到了足夠的時間，并因此而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環境?！币笤O計煙塵濃度排放≤200mg/m3。通過課程設計進一步消化和鞏固本課程所學內容，并使所學的知識系統化，培養運用所學理論知識進行凈化系統設計的初步能力。通過設計，了解工程設計的內容、方法及步驟，培養學生確定大氣污染控制系統的設計方案、進行設計計算、繪制工程圖、使用技術資料、編寫設計說明書的能力。四設計要求（一）編制一份設計說明書，主要內容包括：引言方案選擇和說明（附流程簡圖）除塵（凈化）設備設計計算附屬設備的選型和計算（集氣罩、管道、風機、電機）設計結果列表設計結果討論和說明注明參考文獻和設計資料（二）繪制除塵（凈化）系統平面布置圖、立面布置圖（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展就我國的經濟和技術發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。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的依據。各種除塵設備的基本性能表如下除塵器名稱除塵器名稱適用的粒徑范圍（μm）效率（%）阻力（Pa）設備費運行費重力沉降室>50<5050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驗收技術規范和標準。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：203.8kg/h；排煙溫度：560℃；空氣過剩系數：α=1.25；煙氣密度（標態）：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）中二類區標準執行：標準狀態下煙塵濃度排放標準：200mg/m3。煤的工業分析（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)×68.32×0.001=4.85mol理論空氣量：4.85×（3.76+1）=23.09mol實際空氣量：23.09×1.25=28.86mol過?？諝饬?28.86－23.09=5.77mol理論干煙氣量：（62.67+0.194+0.305）×68.32×0.001+4.85×3.76=22.56mol理論煙氣量：22.56+26.1×68.32×0.001=24.34mol則總煙氣量=煙氣+過剩空氣=24.31+（1.25-1）×23.09=30.08m3乘以用煤量：30.08×203.8=6130.3m3/h=1.708m3/s1kg煙氣中灰分：27.1×35％=9.485g9.485×203.8=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Φ25×2.5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、沉淀池和加壓循環水泵等多種裝置組成，其裝置系統如下圖所示，文丘里洗滌器在該裝置系統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，1.708×3600=6148.8m3/h一般取進口流速υ1=16～22m/s出口流速υ2=18～22m/s喉管流速υr=50～180m/s取進口流速υ1=20m/s，則進口管徑出口流速υ2=20m/s，則出口管徑喉管流速υr=80m/s，則喉管管徑（2）管長漸縮管的中心角α1取25°，漸擴管的中心角α2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=(0.8～1.5)Dr，取Lr=1.5Dr=1.5×0.165=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，cmH2Oυr—喉部氣體速度，cm/sL—液氣體積比，一般為0.5～1L/m3，取L=0.5故（4）除塵效率的計算根據國家規定的煙塵排放濃度標準,C≤100mg/m3,故除塵器應該達到的除塵效率為：ηT=1－(100/620)×100%=84%（5）脫水器的選擇脫水器串聯在文丘里洗滌器后，作為凝聚水滴和吸收某些氣態污染物的作用。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：①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=12.77mm②取蝸室入口流速為4m/s，則蝸室切向入口縱斷面積為③水口內徑DC的截面積A2的計算，K取0.785，則DC=34mm④取VR=0.5m/s,則該處圓環面積為⑤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）除塵系統工藝流程圖鍋爐鍋爐換熱器除塵器風機煙囪（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=423.15K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=353.15K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=353.15K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.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，PaL—直管道的長度，mλ—摩擦阻力系數，無量綱d—圓形管道內直徑，mρ—管內氣體的密度，kg/m3υ—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1～2，在操作條件下，（鍍鋅管）管段3～4在操作條件下，（鍍鋅管）管段5～6，在操作條件下（鍍鋅管）管段7～8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.局部壓力損失在管件形狀和流動狀態不變時，可按下式計算式中△P—氣體的管道局部壓力損失，Paξ—局部阻力系數管道1～2，彎頭2個ξ1=ξ2=0.18則管道3～4，彎頭2個ξ1=ξ2=0.18則管道5～6，彎頭3個ξ1=ξ2=0.18則管道7～8，無彎頭，故無局部阻力損失5.7.2.3系統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10～204～5自然通風6～82.5～3（2）煙囪高度的確定一個煙囪的所有鍋爐的總蒸發量為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MW<0.70.7～<1.41.4～<2.82.8～<77～<1414～<28t/h<11～<22～<44～<1010～<2020～≤40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i＝0.02~0.03。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—管道系統的總風量，m3/hK1—考慮系統漏風所附加的安全系數。一般通風系統取1.1，除塵系統取1.15，本設計中取K1=1.15K2—除塵器或凈化設備的漏風所附加的安全系數，取0.1故Q0=1.15×0.1×3132=360.18m3/h（2）風壓Pf=（K3△P1+△P2）K4式中Pf—風機的風壓，Pa△P1—管道系統的總壓力損失，Pa△P2—總的壓力損失，PaK3—管道系統總壓力損失的附加安全系數，一般通風系統取1.1～1.15，除塵系統取1.15～1.20，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=[1.15×125.18+4528.78]×1.08=5046.6Pa（3）電機功率式中N—風機配用電動機的功率，kWQ0—風機的風量，m3/hPf—風機的風壓，Paη1—風機運行時的效率，一般為0.5～0.7，電機直聯傳動取0.5η2—