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1、环境与土木工程学院学生课程设计论文（200 8 级）题目名称某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计专业名称 环境监测与治理 课程名称 大气污染控制工程 指导教师 谢燕华 学生姓名 张静 学生学号 200803020334 目录第一章 前言1设计目的1第二章 文献综述12.1烟气的来源及危害12.1.1烟气的主要来源12.1.2烟气的危害22.2烟气污染的防治22.2.1烟尘的防治措施22.2.2有毒气体的防治32.3消除污染32.3.1烟囱要有足够的高度42.3.2加强城市总体规划，注意城市绿化42.4积极开展烟气、烟灰的综合利用4第三章 设计依据5设计任务书5第四章 设计方案54.1煤的初步分析5
2、4.2除尘器的选择64.2.1合理选择除尘器要考虑的因素64.2.2常用除尘器的性能94.3袋式除尘器的工作原理、应用及特点104.4滤料的选择114.5清灰方式134.6袋式除尘器的相关计算144.7管径的计算154.8系统阻力的计算154.8.1 布袋除尘器的压力损失154.8.2管道的摩擦阻力损失164.8.3局部阻力损失16第五章 风机和电机的选择175.1标准装抗下风机风量的计算175.2风机风压的计算175.3电动机功率的计算18第六章 烟囱的设计186.1烟囱的直径186.2烟囱的高度18第七章 设计说明书197.1锅炉烟气除尘系统立面图197.2设计说明书19总结20参考文献2
3、0第一章 前言随着经济与社会快速增长，对能源需求不断增长，煤的消耗量日益增加。环境关系到每一个人的健康与生活，但随着工业的迅速发展，各种锅炉的使用越来越多。产生的烟尘及有毒气体已严重污染了大气，所以消烟除尘、净化空气已迫在眉睫。设计目的通过课程试剂使我进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养学生晕晕所学理论知识进行烟气净化系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料和编写设计说明书的能力第二章 文献综述2.1烟气的来源及危害2.1.1烟气的主要来源烟气中含量最大的为烟尘、二氧化硫
4、，其次是一氧化碳、碳氢化合物、一氧化氮及化学烟雾。这些污染物大部分来自燃烧煤炭的各种工业锅炉、电厂锅炉及名用锅炉。2.1.2烟气的危害 1.粉尘从锅炉烟囱排出的粉尘，颗粒度小于10um的向地面降落速度极慢，特别是小于0.1um的颗粒可常年漂浮于填空被称作“飘尘”。“飘尘”中含有各种有毒的金属微粒，如被人们吸入肺后，将有一半粘附在肺上。当空气中“飘尘”浓度达到100um/m3时，会引起各种呼吸道疾病，严重的会导致哮喘、尘肺合并肺癌。当其飘入厂房、车间会沾污房屋和机电设备，影响其使用寿命。对于电子、编织等工业产品的质量也有严重影响。2.二氧化硫煤内含硫量一般为0.5%4%，也有的高达8%。在煤炭燃
5、烧时煤中的硫与氧反应生成二氧化硫气体，当空气中二氧化硫浓度大于0.1ppm时，对植物、设备将有损伤或腐蚀。二氧化硫遇空气中水蒸气生成硫酸雾，常与“飘尘”结合在一起危害动物及植物。另外二氧化硫还是酸雨的直接造成者。3一氧化碳是由于燃料不完全燃烧而产生的。它在大气中的寿命很长，一般可以保持23年。当一氧化碳在大气中含量超过100ppm时，能使人产生头晕、眩晕、恶心甚至中毒死亡。4.光化学烟雾是烟气中的一氧化氮与甲烷等碳氢化合物经太阳光中的紫外线照射而生成乙醛、臭氧或其他有毒氧化物所形成的浅蓝色烟雾。当化学烟雾含量超过0.3ppm时，会使人的眼睛红肿、害虫大量繁殖、橡胶制品老化加快、建筑物损坏等。这
6、直接影响到人们的身体健康及生活环境。2.2烟气污染的防治2.2.1烟尘的防治措施由于烟气的污染，极大地危害着赖以生存的环境，严重影响家业生产及市民生活。因此必须采取有效措施加以改善和预防。1改进炉膛结构与燃烧方式烟尘主要又粉尘、不完全燃烧所形成的碳粒、碳黑和可燃性气体所组成。后两部分通常称“黑烟”。为解决烟囱冒黑烟的问题可以从以下三方面入手：使锅炉炉膛内维持一定的高温；可燃物与氧气有充足的反应时间；空气与可燃性气体很好的混合，三者缺一不可。2 加装除尘器改善燃烧后，由于煤炭在炉内得到充分燃烧，从烟囱冒出的黑烟消失了，但大部分锅炉的排尘浓度仍然超过国家排放标准（二类地区：250mg/m3）尚需要
7、采取各种除尘措施来除去烟气中的粉尘，加装除尘器是一种直接有效的方法。除尘器一般可分为：旋风除尘器、重力除尘器、湿式除尘器及过滤除尘器等。3加强燃烧管理烟气中的启尘量与锅炉运行操作有很大关系。一般在手烧炉中药看火加煤，加煤时要勤、快、薄、匀，也有采用半边轮流加煤的办法。对于机械炉煤层存度控制要适当，送风量调节合适，使燃料充分燃烧就能大大降低烟尘对大气的污染。燃用煤颗粒越细，产生的飞灰就越多。在煤中添加适量水分，使碎屑和块煤黏在一起，漏煤和飞灰也能降低。水分的蒸发疏松了煤层，减少了通风阻力，但加水过多会对燃烧不利，炉温降低，排烟损失增加。添加水分视煤的颗粒度而定。2.2.2有毒气体的防治烟气中有毒
8、气体含量较多的为一氧化氮及二氧化硫。以下论述二者的防治方法。1防治一氧化氮的措施（1） 减少过剩空气量：利用烟气在循环来降低火焰温度。（2） 采用逐步向炉内供给空气的方法，即分区燃烧法。 2防治二氧化硫污染的措施（1） 采用低硫燃料（2） 将粉状石灰或白云等喷入炉内，与烟气中的二氧化硫反应生成CaSO3和飞灰，并一起由除尘器加装硫设备，降低烟气中二氧化硫的含量。 2.3消除污染 由于科技发展水平及产品质量的限制，尽管采用上述方法可除去烟气中大量烟尘及有毒气体，然而仍有部分烟尘和有毒气体排入大气，因此就注意以下两方面进一步消除污染问题。2.3.1烟囱要有足够的高度一定的烟尘排放量，当增加烟囱高度
9、时，地面的烟尘浓度迅速下降。因此增加烟囱高度使烟尘在高空中扩散、稀释，对减轻地面烟尘污染有显著的效果。但过分增加高度对其效果增加并不显著。下表可对烟囱的适当高度提供参考：2.3.2加强城市总体规划，注意城市绿化城市要加强规划，合理布局，避免大量排放烟尘的锅炉过分集中，应采用热点联产和大型区域锅炉房来代替那些分散小锅炉房。2.4积极开展烟气、烟灰的综合利用综合利用、化害为利是防止烟尘污染的根本办法。例如烟囱灰压制后可制成建筑材料；提炼锗、三氧化二铝、锡合金；按一定比例可制成化肥等。另外在烟气中可提取液态二氧化硫、二氧化碳等可利用的工业资源。由此可见，保护环境、消烟除尘不是小题大做、不是得不偿失，
10、而是事关大局、大有可为。充分发挥人类智慧，搞好消烟除尘，积极开展烟气、烟灰的综合利用可达到节约用煤，改善城市环境卫生，保障人民身体健康，造福子孙后代的目的。综上所述，加强管理，改进操作技术，避免超负荷运行。进行合理燃烧，加装除尘设备，定期检验、检修锅炉等均是减少锅炉烟尘排放量切实可行的办法。第三章 设计依据设计任务书锅炉型号：SZL4-13型，共3台（2.8MW4）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%
11、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-给出第四章 设计方案4.1煤的初步分析根据煤的工业测定，取1Kg煤做分析对象，则 元素 质量（g） 物质的量（mol） 需氧量（mol） C 680 56.67 56.67 H 40 20 10 S 10 0.3125 0.3125 O 50 1.5625 -1.5625 N 10 0.7143 0H2O 60 3.333
12、 0需氧量=56.67+10+0.3125-1.5625=65.32mol/Kg煤理论空气量=65.32（1+3.78）22.4/1000=6.99m3/Kg煤烟气组成CO2 :56.57 H20 :20+3.333SO2 :0.3125 N2 :56.573.78+0.3125理论烟气量=（56.57+20+3.333+0.3125+56.573.78+0.3125）22.4/1000=7.34m3/Kg煤在空气和燃料充分混合的条件下，热量总损失在理论空气量条件下最低。当混合不充分时，热量总损失的最小值出现在空气过剩量一侧。但若空气量过大，会带走炉膛内的温度，使炉膛内的温度降低，使总热量损失
13、有增大。考虑到以上因素，取空气过剩系数a=1.1则实际烟气量=理论空气量+过剩空气量=7.34+6.990.1=8.04 m3/Kg煤因为假定灰分有60进入到烟气中，所以烟气中的实际灰分的密度为1.5Kg/ m360%=0.9 Kg/ m3=900000mg/ m3除尘效率=900000-200/900000100%=99.99%4.2除尘器的选择4.2.1合理选择除尘器要考虑的因素1.选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放浓度 2.粉尘的物理性质对除尘器性能具有较大的影响 3.气体的含尘浓度气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒4.气体温度和其
14、它性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器烟气中同时含有SO2、NO等气态污染物，可以考虑采用湿式除尘器，但是必须注意腐蚀问题5.选择除尘器时，必须同时考虑捕集粉尘的处理问题6其他因素设备的位置，可利用的空间，环境条件设备的一次投资 （设备、安装和工程等）以及操作和维修费用设备投资费用运行费用高效旋风除尘器100100袋式除尘器250250电除尘器450150塔式洗涤器270260文丘里洗涤器2205004.2.2常用除尘器的性能根据烟尘的性质，且含水率不高，需要达标的除尘效率，运行维护经费以及常用除尘器的性能及除尘效率，袋式除尘器和电除尘器比较适合这个系统。布袋除
15、尘器与电除尘器的比较表比较的内容 名称 布袋除尘器 静电除尘器 烟气特性的影响烟气的温度 敏感，决不能超温 对效率有影响 压力影响 极小影响 小 湿度 不利，不能超过极限 有利，但要防腐蚀 氧，硫氧化物影响滤料的选择 有利 烟气的其它成分 几乎没影响 几乎没影响 流量对效率影响 不大 对效率影响较大 含尘浓度效率稳定，影响寿命 效率有一定变化 气流均布 不敏感，效率稳定 对效率影响较大 粉尘的粒径分布 影响小，效率稳定 对效率影响较大 真密度、堆积密度 影响极小 比电阻值大时影响较大 粘附性 不利 有一定影响 比电阻 无影响，效率稳定 对效率影响大 粉尘的化学成分 影响滤料的选择 对效率影响大
16、 粉尘硬度 影响滤袋寿命 几乎没影响 设备结构的影响 各种形式都效率高 对效率有一定影响 运行及机组起停的影响 影响较大，要求严格 影响小 维修技术含量 低 工作量小 设备故障运行的影响 对负荷率影响较大 可维持运行，对负荷率影响较小经过比较选择袋式除尘器4.3袋式除尘器的工作原理、应用及特点常用袋式除尘器有简易袋除尘器、机械振打袋式除尘器、脉冲喷吹袋式除尘器和气环式袋式除尘器。(1) 机械振打袋式除尘器:是利用机械装置使滤袋产生振动而清灰的袋式除尘器。此类除尘器的特点是施加于粉尘层的动能较少而次数较多，因此要求滤料薄而光滑，质地柔软，有 利于 传递振动，在过滤面上生成足够的振动力。结构及工作
17、原理 中部振打袋式除尘器，又称ZX型袋式除尘器。基本部件由滤袋、箱体、灰斗、振打清灰装置、进出风管及螺旋输送机等部分组成。含尘气体由灰斗上部进入，然后向上进入滤袋，粉尘积于滤袋内表面，净气经滤料由阀箱向外排出。箱体由隔板分成相等滤袋数目的多个仓，袋底开口，并固定于底板的短管上，袋顶由帽盖封闭，并悬吊在振打机构的吊架上。箱体的顶盖上装有阀箱及振打机构。特点 具有较高、稳定的除尘效率和较低的阻力，构造简单，滤袋装卸方便，维护 容易，应用范围较广，适用于常温气体的过滤。(2)脉冲袋式除尘器 脉冲袋式除尘器有侧喷脉冲、顺喷脉冲、对喷脉冲、气箱脉冲、大型分室脉冲、旁插扁袋脉冲、离线脉冲、环隙喷吹、回转清
18、灰脉冲袋式除尘器等多种形式。 工作原理 含尘空气进气口进入除尘箱，因气体突然扩张，流速骤然降低，颗料较粗的粉尘，靠其自重力向下沉降，落入灰斗。细小粉尘通过各种效应被吸附在滤袋外壁，经滤袋过滤后的净化空气，通过文氏管进入上箱体，从出气口排出，被吸附在滤袋外壁的粉尘，随着时间的增长，越积越厚，除尘器阻力逐渐上升，处理的气体量不断减少，为了使除尘器经常保持有效状态，设备阻力稳定在一定的范围内，就需要清除吸附在滤袋外面的积灰。消灰过程是由控制仪按规定要求对各个电磁脉冲阀发出指令，依次打开阀门，顺序向各组滤袋内喷吹高压空气。于是，气包内压缩空气经由喷吹管的孔眼穿过文氏管进入滤袋（称为一次风）。而当喷吹的
19、高速气流通过文氏管引射器的一刹那，数位于一次的周围空气被诱导同时进入袋内（称二次风）。由于这一、二次风形成一股与过滤气流相反的强有力逆向气流射入袋内，使滤袋在一瞬间急剧从收缩膨胀收缩，以及气流反向作用，逐将吸附在袋壁外面的粉尘清除下来。由于清灰时向袋内喷吹高压空气是在几组滤袋间依次进行的，并不切断需要处理的含尘空气。所以在清灰过程中，除尘器的压力损失和被处理的含尘气体量都几何不变。这一点就是脉冲袋式除尘器的先进性之一。特点 清灰方式作用强度很大，而且其强度和频率都可以调节，所以清灰效果好。 (3)气环式风袋式除尘器含尘气体从上部进入顶部的分布室，均匀进入各个滤袋内，净化后的气体经排气管排出。吸
20、附在滤袋内壁的粉尘和纤维缝中的粉尘，被气环箱喷出的高速空气吹落，吹落的粉尘沉降到集灰斗中，经输送机械送走。气环箱紧贴滤袋靠机械传动装置作周期性上下移动，每移动一次，即完成一次清灰过程。 气环反吹袋式除尘器的主要特点：适用于高湿度、高浓度的含尘气体；可采用小型高压鼓风机作为气源，过滤风速大，投资省，由于装在机体外部，所以维修管理方便；不需要高精度的控制仪表，造价较低。主要缺点：气环箱上下移动时紧贴滤袋，使滤袋磨损加快，故障率较高。4.4滤料的选择布袋除尘器是依靠履带对烟气中固体微粒的截留使烟气得以净化的。履带是袋式除尘器的心脏。滤料的选择对袋式除尘器的运行及应用范围具有极大的影响。滤料种类 按滤
21、料材质分（1）天然纤维棉毛织物，适于无腐蚀、350-360K以下气体（2）无机纤维主要指玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温；质地脆（3）合成纤维性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用领域按滤料结构分（1）滤布（编织物）（2）毛毡工艺简单；致密，除尘效率高；容尘量小，易于清灰除尘器的滤料考虑到严重中会含有一定量的SO2，所以滤料要有一定的耐酸性，烟气中的汗水率不高，也没有碱性气体，所以对吸水率和耐碱度不做要求。袋式除尘器工作一段时间后需要进行清灰，所以要有一定的耐机械强度。综合考虑以上的因素，选择聚四氟乙烯做滤料。4.5清灰方式清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，多数袋式除尘器是按清灰方式命名和
22、分类的常用的清灰方式有三种机械振动式 逆气流清灰脉冲喷吹清灰机械振动清灰 机械振动袋式除尘器的过滤风速一般取1.02.0m/min，压力损失为8001200Pa。此类型袋式除尘器的优点是工作性能稳定，清灰效果较好。缺点是滤袋常受机械力作用损坏较快，滤袋检修与更换工作量大逆气流清灰 过滤风速一般为0.52.0m/min，压力损失控制范围10001500Pa 。这种清灰方式的除尘器结构简单，清灰效果好，滤袋磨损少，特别适用于粉尘粘性小，玻璃纤维滤袋的情况脉冲喷吹清灰 利用4一7atm的压缩空气反吹，压缩空气的脉冲产生冲击波，使滤袋振动，粉尘层脱落。必须选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续时间 （
23、通常为0.1一0.2s）。每清灰一次，叫做一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s由于脉冲喷吹清灰实现了全自动清灰，净化效率达99%；过滤负荷较高，滤袋磨损轻，运行安全可靠。所以选择脉冲喷吹清灰方式4.6袋式除尘器的相关计算过滤面积的计算 一般情况下的过滤气速归纳如下 A=Q/60vF 简易清灰: vF=0.200.75m/min 机械振动清灰: vF=1.02.0m/min 逆气流反吹清灰: vF=0.52.0m/min 脉冲喷吹清灰: vF=2.04.0m/min因为选择的是脉冲喷吹清灰，所以去vF =3.0 m/min预处理的烟气体积Q=75038.04=180
24、90m3/h在标准状况下的体积为Q=QT2/T1 =18090273/(273+180)=30017m3/h 则 A=30017/603.0=166.8m2 确定滤袋尺寸取直径d=120mm 高度l=6m则每条滤袋面积a=dl=3.140.126=2.26 m2滤袋的条数n=A/a=166.8/2.6=64.24.7管径的计算Q=AV=d2v/4即 30017/3=3.14d23.0/4 得 d=1.1m4.8系统阻力的计算4.8.1 布袋除尘器的压力损失4.8.2管道的摩擦阻力损失对于圆管 L=9.5m 4.8.3局部阻力损失T形三通管 第五章 风机和电机的选择 5.1标准装抗下风机风量的计
25、算式中 1.1 风量备用系数 QY=1.14150(273+180)/273101/97=7843.1m3/h5.2风机风压的计算式中 1.2风压备用系数 -系统总阻力 SY-烟囱抽力5.3电动机功率的计算 HY-风机压力 根据电动机的功率，风机的转速，传动方式选定Y160M1-2(B35)型电动机第六章 烟囱的设计6.1烟囱的直径d =_Bjn(tc+273)_= _7503(273+180)_ = 0.44m 36002730.7853 36002730.7853Bj 每台锅炉计算的燃料消耗量，对不同炉型的锅炉房应分台计算(kg/h)或(m3/h)；N 合用同一烟囱的锅炉台数；Tc 烟囱出
26、口处烟气温度（）；0 烟囱出口处流速(m/s)，6.2烟囱的高度根据烟气流量Q=30017/1000=30.017t/h 根据上表得知 烟囱最低允许高度h=45m第七章 设计说明书7.1锅炉烟气除尘系统立面图7.2设计说明书总结 通过本次课程设计，使我对烟气除尘净化系统设计的方法、步骤、思路有了一定的了解与认识。它相当于实际烟气净化系统设计工作的模拟。在课程设计过程中，基本能按照规定的程序进行，先针对设计任务书提供的相关资料进行分析，确定设计思路，然后进入草案阶段，期间多次与同学进行交流，最后定案，惊醒正式设计阶段。最后完成相关除尘装置图。参考文献大气污染控制工程（第二版） 郝吉明，马广大主编 高等教育出版社除尘与分离技术 陈鸿飞 编著 冶金工业出版社锅炉及锅炉房设备 同济大学等编 中国建筑工业出版社大气污染控制工程 吴忠标主编 科学出版社除尘装置系统及设备设计选用手册 唐敬麟 张禄虎主编 化学工业出版社环保设备-原理 设计 应用第二版 郑铭 主编 化学工业出版社
