大气污染控制工程设计.doc

1、前言3一 工程概况3二 设计说明42.1 设计依据42.2 设计原则42.3设计范围42.4 设计规模42.5 设计参数与指标5三 工艺选择53.1 除尘技术简介53.2 可供选择的除尘技术63.3 方案的技术比较7四 处理流程84.1 除尘系统84.2 除尘器系统94.3 输灰系统94.4 控制系统9五 预期处理效果10六 主要设施与设备设计选型106.1 设计计算书106.2 主要设备型号及技术参数确定20七 总图设计217.1平面与立面布置图217.2 除尘器的总图21八 技术经济分析218.1 综合技术经济指标218.2 人员编制218.3 工程概算218.4 远行费用分析22参考文献

2、22前言中国一次能源结构决定了以煤炭为主要发电燃料的格局不会变化。据统计，2007年全国83%的电力来自火力发电站，供给火力发电的煤炭为12.82亿吨，占到了全国煤炭产量的51%，到2010年全国煤炭产量估计达到26亿吨。大气环境污染物仍然以煤烟型为主，煤炭燃烧产生的环境污染严重制约了中国能源工业乃至整个国民经济的更好更快发展。目前，我国共有工业锅炉近50万台，总蒸发量约108万吨，基本上燃用未经洗选加工的原煤，而燃油或燃气锅炉不到总量的5%。燃煤工业锅炉以层燃式链条炉为主，占90%以上，其次为层燃式往复炉，还有少量的流化床、抛煤机炉和煤粉炉。我国燃煤工业锅炉大多容量小，燃烧效率不高，耗煤量大

3、，污染大，采暖季节尤其严重，是我国煤炭燃烧产生的环境污染的重要来源，因此，必须使燃煤锅炉的尾气都能得到妥善处理。在设备技术方面，空气污染治理设备中主要为除尘器，我国的除尘器生产已具有一定的规模，各种旋风除尘器、湿式除尘器、袋式除尘器和静电除尘器等性能逐渐完善。各种除尘设备有其特点，各自有自己的适用范围。本文将对某厂新建的2台30t/h燃煤工业锅炉(沸腾床锅炉)进行除尘净化系统的设计，其中每台锅炉产生的烟气量估计为：60600Nm3/h，烟尘浓度为32.0g/Nm3，其粒径5m占60%。一工程概况某厂新建2台30t/h燃煤工业锅炉(沸腾床锅炉)，其除尘系统管道布置如图1。每台锅炉产生的烟气量估计

4、为：60600Nm3/h，烟尘浓度为32.0g/Nm3，其粒径5m占60%，烟气经降温至120进入除尘器，烟窗的直径3m，高度40m，局部阻力损失60Pa。排放烟尘浓度要求达到锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）规定的二类区时段的标准。图1 除尘系统管道布置图二 设计说明2.1 设计依据1）锅炉大气污染物排放标准（GWPB3-1999）2）全国通用通风管道计算手册3）除尘工程设计手册4）电除尘手册2.2 设计原则工艺流程要合理，确保烟尘要达标排放；系统长期安全稳定运行；运行的经济性；布局要求合理；方便施工和维修检修；符合安全环保卫生要求。2.3设计范围工程设计范围从燃煤废气的接入

5、管开始至除尘器处理后烟囱排放为止。包括处理工艺、除尘设备、管道、控制、风机等的设计。2.4 设计规模处理烟气流量为：处理浓度为:2.5 设计参数与指标 1)处理烟气量：606002=121200Nm3/h2)电除尘器截面：49m23)烟气温度：1204)入口含尘浓度：32.0g/Nm35)电除尘器漏风率：3%6)电除尘器本体阻力：300Pa7)电场数：2个8)电场通道数：18个9)电场长度：4.32m。10)电场高度：7m。11)同极间距：480mm。12)总集尘面积：2177.28平方米13)阳极板：480mm大C型极板14)阴极线：芒刺线15)烟气流速：13.4m/s三 工艺选择3.1 除

6、尘技术简介目前，除尘技术主要有机械除尘、静电除尘、袋式除尘、湿式除尘和空气过滤除尘。机械除尘通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用是颗粒物与气体分离的除尘方式，常用装置有：重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器。袋式除尘技术通常是指利用滤袋进行过滤除尘的技术。含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋内，在通过滤料的空隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出，沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中。袋式除尘器的除尘效率一般可达99%以上，虽然它是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高，性能未定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。同时，在结构形式、滤料、

7、清灰方式和运行方式等方面也都得到了不断的发展。静电除尘是含尘气体在通过高压电场进行店里的过程中，是尘粒荷电，并在电场力的作用下是尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘方式。湿式除尘使含尘气体与液体(一般为水)密切接触,利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的原理。袋式除尘是利用多孔纤维材料制成的滤袋(简称布袋)将含尘气流中的粉尘捕集下来的方法。电袋复合式除尘是电除尘器和布袋除尘器机结合，利用电除尘器的第一电场作为一级除尘单元，除去烟气中80%90%的粉尘颗粒，再用布袋作为二级除尘单元，除去剩下的微细颗粒。3.2 可供选择的除尘技术根据已知的烟气特性，可排除机械

8、除尘和湿式除尘作为除尘技术的考虑。其原因主要是：机械除尘一般用来捕集5m以上的尘粒，除尘效率可达80%90%；若捕集小于5m的尘粒，则效率较低。 湿式除尘由于利用惯性扩散与凝集的作用力进行除尘，其除尘阻力损失达到80010000pa，不适用于处理大的烟气量。而对于静电除尘、袋式除尘以及电袋复合除尘均为适用的除尘方法，其处理温度均为小于400摄氏度，处理粒径均小于今为5m，且均能处理大的烟气量。但根据锅炉大气污染物排放标准（GWPB3-1999）规定的二类区标准，其烟气排放标准为200mg/m3。 在三种可选择的除尘方法中，均能达到达标排放。由于考虑到电袋复合除尘的高成本，是电除尘两倍以上，所以

9、也将此法排除使用。3.3 方案的技术比较针对电除尘器和布袋除尘器两种可选案，以下将对其进行优缺点的比较：电除尘器的优点和缺点（一）电除尘器的优点1处理烟气量大，单台烟气处理量达200万立方米每小时。而布袋除尘器要完成这个处理量则需要更加庞大的设备。2可用于高温（可高达500）、高压和高湿的场合，连续运转时间长，两次大修时间间隔长。3具有高效低阻的特点，电除尘器压力损失仅100200Pa，大约是布袋除尘器的1/51/8。4适用范围广，维护简单方便。（二）电除尘器的缺点1一次性投资较大。2除尘效率受粉尘比电阻影响大，若不采取一定措施，除尘效率将受到影响。3对初始浓度大的含尘气体需设置预处理装置。4

10、电除尘器运行初期，除尘效果基本能达到要求，但由于其结构及工作原理的局限，随着运行时间的延续，电除尘器内部组件变形、积灰、电场变化，除尘效率会有所改变；电除尘器每运行一个周期后，须进行大修。而进行周期维修所需投入的人力、财力及检修停产带来的损失都很大。5收尘后的气体含尘量一般在3050mg/m3，如果要进一步降低含尘量则要增加较大的体积，投资成本较高。目前，我国已经要求排放气体含尘量不大于30mg/m3，这种情况下，电除尘器只能用增大的气室体积来达到相应的除尘效率。布袋除尘器的优点和缺点（一）布袋除尘器的优点1除尘效率高，可捕集0.3nm以上的粉尘，使含尘气体净化到15mg/m3甚至以下。2附属

11、设备少，投资省，技术要求没有电除尘器那样高。3能捕集电除尘难以回收的粉尘；并且在一定程度上能收集硝化物、硫化物等化合物。4对负荷变化适应性好，特别适宜捕集细微而干燥的粉尘，所收的干尘便于处理和回收利用。5袋式除尘器收集含有爆炸危险或带有火花的含尘气体时安全性较高。（二）布袋除尘器的缺点1收集湿度高的含尘气体时，应采取保湿措施，以免因结露而造成“糊袋”，因此布袋除尘气对气体的湿度有一定的要求。2对于不同类型气体，应选用相应类型的布袋；且需要经常更换布袋，布袋消耗量较大。3对于高温气体，必须采用降温措施。4阻力较大，一般压力损失为10001500Pa。5接收粒径大的含尘气体时，布袋较易磨损。针对该

12、厂使用的燃煤工业锅炉是沸腾床锅炉，尽管沸腾层内的燃烧比较充分，从布风板排渣管排出的冷渣碳含量很小(质量数为1%3% )，但由于锅炉是燃用08mm的宽筛分燃料，其中02 mm燃料所占比例很大，在现有沸腾风速下，这部分细煤粒进入沸腾层便被带走，尽管在悬浮室出口处装有高温水平分离器，但由于分离效率低，烟气含尘浓度仍高。对于高温且接收粒径大的含尘气体，布袋消耗量将很大。另外，该厂的每台锅炉的烟气产生量为7.21万标准立方米每小时，对于布袋除尘来说，需要比电除尘更大的处理规模来进行烟气处理。综上所述，针对该烟气处理应选择电除尘方法。四 处理流程4.1 除尘系统1、进气烟箱 2、除尘器系统 3、输灰系统

13、4、控制系统4.2 除尘器系统1、气流分布板 2、壳体 3、阴极系统 4、阳极系统 5、阴极振打系统 6、阳极振打系统 7、气流分布板及振打系统 8、槽型板及振打系统9、集灰斗及加热系统 10、灰斗内部阻流板4.3 输灰系统1、星型卸料器 2、铰刀 3、提升机 4、料罐 5、星型卸料器 6、加湿机7、运灰车4.4 控制系统1、高压供电系统 2、 输灰控制系统 3、清灰控制系统 4、流量控制系统五 预期处理效果净化烟气浓度降到200mg/m3达标排放。六 主要设施与设备设计选型6.1 设计计算书6.1.1烟气流量与净化效率计算烟气流量为：排放浓度：入口浓度：净化效率为：6.1.2除尘器设计计算（

14、1）集尘板面积计算集尘板面积按下式计算式中：A集尘极面积，m2；h集尘效率；Q处理气量，m3/s；wP粉尘的有效驱进速度，对于不同粉尘，wP=0.050.35m/s选取，如飞灰wP=0.10.14m/s，水泥干粉尘wP=0.060.07m/s。 取粉尘有效驱进速度则集尘板面积：（2）电场断面面积计算电场断面面积按下式计算式中：AC电场断面面积，m2；v气体平均流速，m/s。对于一定结构形式的电除尘器，当气体流速增加时，除尘效率降低。因此气体流速不宜过大，但流速过小，除尘器体积增大，造价增加。目前一般采用v0.8-1.2m/s左右。取气体平均流速：则电场断面面积：取电场断面形状尺寸为:（3）集尘

15、极与放电极的间距和排数集尘极的排数可根据电场断面宽度和集尘极的间距确定，即 式中：n集尘排数；B电场断面宽度，m；B集尘极板间距，m（B2b）。放电极的排数则为n，通道数（每两块集尘极之间为一个通道）为n-1。取集尘极板间距：。则集尘排数通道数为18实际间距为:(4)电场长度电场长度的计算公式为式中：L电场长度，m；H电场高度，m。则电场长度： 每个电场的长度为2.75.4m左右，根据收尘效率的要求，可采用二电场串联，则其每个电场长度约为4.07m。（5）电晕极系统设计放电极型式选取为了使电除尘器长期高效、可靠地运行，对放电极的基本要求是：牢固可靠，不断线；电气性能良好；粘附粉尘少。放电极的类

16、型大致有三种：点放电，如芒刺线；线放电，如星型线；面放电，如圆线等。目前有多种型式的放电极，可根据烟气性质、粉尘性质等来选定。本设计选用芒刺线。目前使用最广泛的是芒刺型电晕线中的RS型，芒刺型电晕线以尖端放电代替沿极线全长上的放电，因而放电强度高，而起晕电压却比其他形式都低，由于芒刺线在尖端的伸出方向，增加了电风，能减弱粉尘浓度大时出现的电晕封闭现象，因而芒刺型电晕线适于用在含尘浓度大的场合。故选用RS型芒刺电晕线。放电极长度计算由比电晕电流（单位集尘极板上所得电晕电流）计算。由于选用的是RS芒刺型电晕线，查相关手册，知比电晕电流在0.18-0.5mA/m2选取。取比电晕电流为则，电晕电流：芒

17、刺形电晕线单位长度的电流值：,取则电晕线总长度：每通道内电晕线长：每条电晕线长7m则每个电场的每个通道内电晕线数：则，每个电场的每个通道内电晕线为9根放电极的悬挂与清灰方式放电极的悬挂有三种方式：重锤悬吊式、框架式、桅杆式。设计选用框架式。振打方式有提升脱钩振打、侧部挠臂锤振打等方式，设计采用侧部挠臂锤振打方式清灰。（6）极板系统结构设计常用的集尘极目前一般采用型板式，常用的型板式有C型、Z型、CSW型、CSV型等，这里选用C型集尘极。C型集尘极极板一般用1.52mm的钢板轧制而成，整个集尘极由若干块C型极板拼装而成。常用宽型的C型极板宽度为480mm，它具有较大的沉尘面积，粉尘重返气流中较少

18、，流速可超过0.8m/s。设计中选用C型。设计选用挠臂锤机械振打方式清灰。一排极板安装一个振打锤，同一电场各排的振打锤安在一根传动轴上，并依次错开一定的角度，使各排极板的振打依次交替进行。C形板宽度为480mm, 电场长度为:，每一排集尘极的极板数为9块,则，实际电场长度为：两个电场之间距离取为200mm，ni 所以实际上电场区域所占的长度为：（7）工作电压与工作电流根据经验，一般可按下式计算工作电压：U250B式中：U为工作电压，kV。则，工作电压：可按下式计算工作电流：IA式中：I工作电流，A；集尘极电流密度，可取0.0005A/m2。 则，工作电流：（8）外壳设计确定箱体、灰斗、进出口风

19、箱、框架等结构与尺寸。(1)进出口风箱设计参照除尘工程设计手册P220表4-112和图4-79,根据集尘板的总长度为8840mm，留有一定的剩余空间，选择型电除尘器外壳。进口风箱小端设计为正方形，其中心与箱底部的距离为：5100mm；进口风箱小端设计尺寸为： 法兰内口边长1900mm，外框边长为1990mm；进口风箱大端正对电场，其设计尺寸为：高7000mm，宽7000mm；两端口之间的距离为：2770mm；出口风箱同进口设计。（2）气体分布板的设计参照除尘技术手册P192(三、气流分布装置)进行设计。含尘气体在电除尘器进口处流速为13.4m/s，而在除尘器内部只有1.0m/s，因此在入口处必

20、须安装气流分布装置。电除尘器中气流分布的均匀性对除尘效率影响很大，当气流分布不均匀时，在流速低处所增加的除尘效率远不足以弥补流速高处效率的降低，效率降低。气流分布装置就是在电除尘器入口处的导流装置，最常见的有百叶窗式、多孔式、分布格子、栏杆型分布板和槽形钢分布板等。这里选用多孔板。一般多孔板上的孔多为3080mm的圆孔.这里采用直径50mm的圆孔。气体分布板层数的确定：气流分布板层数；电除尘器气体进口管大端截面积，；电除尘器气体进口管小端截面积，；系数，带导向板的弯头，不带导向板的缓和弯头，而且弯管后无平直段时。取则则气流分布板取3块。即本方案中设置3块气体分布板，沿气流方向的的第一层分布板与

21、第二层分布板间距为500mm，第二层分布板与第三层分布板间距设计为700mm。为保证气体速度分布均匀，尚需使多孔板有合适的阻力系数，然后算得相应的孔隙率，在进行分布板的设计。多孔板的阻力系数为查图5-14，得第一层分布板开孔率取为：70%；取第二层分布板开孔率取为：65%；第三层分布板开孔率为：60%。注意：各层分布板加工以及布置时孔应交错排列，不能孔与孔正对。查图5-14，得第二层阻力系数：=7.0；第三层阻力系数：=8.2。第一层分布板,根据风量174474m3/h，风速13.4m/s,查表得动压损失为80Pa；则，第二层分布板于第一层分布板间隔0.5m，查表得动压损失约为30Pa；则，第

22、三层分布板，查表得动压损失约为15Pa。 则，分布板处的压力损失设计为：（3）外壳设计参照除尘工程设计手册P218表4-109、表4-112和图4-79，型电除尘器的外壳设计参数及尺寸，设计如下：除尘器外壳箱体的长度为：A=15980mm(其中，电场区域所占的长度为E=9356mm，电场间的距离200mm，第一层分布板与第二层分布板的间距设计为500mm，第二层与第三层分布板的间距设计为700mm，与电场始端的间距设计为430mm)。除尘器箱体的宽度为：B箱=7241mm(其中电场宽度为7002mm，集尘板与箱壁的距离设计为2120mm)除尘器箱体的高度为：H箱=8188mm(其中电场高度为7

23、000mm，电场上端至箱顶设计预留688mm，电场下端至箱底设计预留500mm，以便于极板、放电极的固定以及清灰装置的安装)（4）灰斗设计设置2个灰斗，由于靠近进气口的电除尘器与进气口之间安装有风板，故两个灰斗大小尺寸不一致，根据除尘工程设计手册P220中标准的灰斗尺寸，设置靠近进风口的灰斗长度为6175mm，宽度为7241mm；第二个灰斗长度为5175mm，宽度为7241mm。第一个灰斗上口尺寸： 长为6175mm，宽为7241mm；灰斗下口尺寸(设计为正方形)：边长为500mm；灰斗高度为：4360mm；出灰口法兰尺寸：内口边长为500mm，外框边长为560mm；出灰口高度为：600mm。

24、第二个灰斗上口尺寸： 长为5175mm，宽为7241mm；灰斗下口尺寸(设计为正方形)：边长为500mm；灰斗高度为：4360mm；出灰口法兰尺寸：内口边长为500mm，外框边长为560mm；出灰口高度为：600mm。6.1.3 管道的设计计算查除尘工程设计手册P362表623除尘风管计算表，可得：设计管段12和管段92，根据Q=87237，v13.4m/s，查得外径d1500mm，/d=0.0088,实际流速v14.0m/s，动压为117.8Pa。管段23、管段45和管段67，根据Q=174474，v13.4m/s查得：d2100mm，/d=0.0059,实际流速v14.2m/s，动压为12

25、1.1Pa。由于直径大于2000mm的管最好用方管，故将管段23、管段45和管段67改用2100mm*2100mm的方管，为了方便施工，将管段12和管段92改用1500mm*1500mm的方管。管内实际流速计算压损设计管段12摩擦压力损失为50.0088117.8=5.18Pa局部压力损失为合流三通对管段动压的压力损失，其局部压损系数为0.31，0.31117.836.52Pa则=+=5.18+36.52=41.70Pa管段92同管段12计算，摩擦压力损失为50.0088117.8=5.18Pa局部压力损失为合流三通对管段动压的压力损失，其局部压损系数为0.31，0.31117.836.52P

26、a则=+=5.18+36.52=41.70Pa 管段12与管段92压力损失相同，并联管路压力平衡，不需要调节。管段23摩擦压力损失为100.0059121.1=7.14Pa局部压力损失为除尘器压力损失和合流三通对管段动压的压力损失，电除尘器的压力损失一般为200300Pa，则取300Pa；其局部压损系数为0.31， 0.31121.1+300337.54Pa则=+=7.14+337.54=344.68Pa管段45摩擦压力损失为60.0059121.1=4.29Pa该管段有2个90度的弯头，若设计R/D=1.5,则查除尘工程设计手册P368 表625 局部阻力系数图表，0.1520.15121.

27、136.33Pa=+=4.29+36.33=40.62Pa管段67摩擦压力损失为50.0059121.1=3.57Pa出口局部压损系数0.1局部压力损失20.1121.124.22Pa=+=3.57+24.22=27.79Pa管道系统的总压力损失。烟窗阻力损失为60Pa，分布板阻力损失=821Pa。系统总压力损失：6.1.3 风机的选择计算选择通风机的风量按下式计算：式中：Q系统计算的总风量，m3/h；考虑系统漏风的安全系数，一般=0.10.15。取0.12，所以 通风机的风压按下式计算：式中：p系统计算的总阻力损失，包括管道阻力、净化装置阻力、局部阻力，Pa； K2安全系数，一般K20.10

28、.15选取，取K20.12；r0、p0、T0通风机性能表中给出的标定状态的空气密度、压力、温度。一般说，=103.3kPa,对于对于引风机t0=200，r0=0.745kg/m3。、P、T运行工况下进入风机时的气体密度、压力、温度。 根据以上求得的通风机的风量和风压，选择风机。选用参照除尘工程设计手册P481表8-21Y4-73-11锅炉通风机性能，应该G4-73-11No22D锅炉通风机一台，转速为580r/min.应该配用的电机为Y355L2-10，功率为180Kw。电动机的所需功率可按下式计算：式中：K电动机备用系数。对于通风机，电功率小于5kW时取1.2，大于5kW时取1.15；对于引

29、风机取1.3；-通风机的全压效率，可查通风机样本得，一般0.50.7；-机械传动效率，对于皮带传动为0.95，联轴器传动为0.98，直联为1。G4-73-11No22D型锅炉风机，取K=1.3，。则6.2 主要设备型号及技术参数确定G4-73-11No22D型锅炉风机转速580r/min全压23321774Pa流量210000263000m3/h效率93.0%-84.0%轴功率146151kWY355L2-10型号电动机功率180kW电机地脚螺栓M30800mm电除尘器电除尘器处理烟气量174474.73m3/h烟气温度120入口含尘浓度32000mg/Nm3出口含尘浓度200mg/Nm3烟气

30、流速1.0m/s电场有效长度4.32m电场有效高度7m 同极间距480mm通道数18个总集尘面积2177.28m2振打方式绕臂锤机械振打阻力损失821Pa除尘效率99.375%烟气停留时间8.64s工作电压97.25Kv工作电流1.09A气体允许最高温度300七 总图设计7.1 平面与立面布置图7.2 除尘器的总图八 技术经济分析8.1 综合技术经济指标技术参数设计指标处理量121200Nm3/h烟尘浓度32g/Nm3允许排放浓度200mg/Nm3总压力损失3000Pa除尘效率99.375%8.2 人员编制该除尘设备每天工作16小时，两班制，每班1人，工人年薪3万元。8.3 工程概算设备费用设

31、备单价数量费用G4-73-11No22D型锅炉风机15万元/套1套15万元Y355L2-10型电动机耗用钢材费用0.8万元/吨50吨40万元管道5万元电晕线5万元配备高压供电设备以及各种控制设备等等，则设备费用与建设成本总额总计为300万元。8.4 远行费用分析每年的运行费用/万元工人工资 6设备折旧费（按成本的10%计）30平均维修费（按成本的5%计）15电费254总计305参考文献1三废处理工程计算手册：废气卷 刘天齐 主编2工业防尘手册中国劳动保护科学技术协会工业防尘专业委员会编3大气污染控制工程设计方法与实例李济吾 编著 中国教育文化出版社4大气污染控制工程郝吉明 马广大 主编 高等教育出版社5环境工程设计手册张殿印 王纯 主编 化学工业出版社6除尘技术手册魏先勋 陈信常 马菊元 韩绍昌编著 湖南科技技术出版社21