旋风-电二级除尘系统处理工业锅炉烟气

1成绩评定表学生姓名张婷班级学号1308020113专业环境工程课程设计题目旋风-电二级除尘系统处理工业锅炉烟气设计评语组长签字：成绩日期年月日2课程设计任务书学院环境与化学工程学院专业环境工程学生姓名张婷班级学号1308020113课程设计题目旋风-电二级除尘系统处理工业锅炉烟气的设计实践教学要求与任务:设计题目：旋风-电二级除尘处理系统处理工业锅炉烟气的设计设计参数：1）烟气量Q=10000m3N/h；2）进口含尘浓度：40g/m3N；3）要求出口含尘浓度：低于130mg/m3N；综述并设计旋风除尘器处理烟气。工作计划与进度安排:第一天，布置课程设计题目、任务、设计要求。第一周，查阅资料，做文献综述；初步拟定设计方案；第二周，进行设计，完成设计报告；上交课程设计报告，并答辩。专业负责人：年月日学院教学副院长：年月日3目录1文献综述1.1旋风除尘器------------------------------------41.2电除尘器--------------------------------------51.3工业锅炉烟气----------------------------------62设计内容----------------------------73工艺流程和说明----------------------84设计计算4.1旋风除尘器------------------------------------94.2电除尘器--------------------------------------115设备结构报价一览表------------------136设计总结----------------------------137参考文献----------------------------138附录-图纸---------------------------1541文献综述1.1旋风除尘器1.1.1简介旋风除尘器是由进气管、排气管、圆筒体、圆锥体和灰斗组成。旋风除尘器结构简单，易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低，已广泛用于从气流中分离固体和液体粒子，或从液体中分离固体粒子。在普通操作条件下，作用于粒子上的离心力是重力的5～2500倍，所以旋风除尘器的效率显著高于重力沉降室。利用这一个原理基础成功研究出了一款除尘效率为百分之九十以上的旋风除尘装置。在机械式除尘器中，旋风式除尘器是效率最高的一种。它适用于非黏性及非纤维性粉尘的去除，大多用来去除5μm以上的粒子。选用耐高温、耐磨蚀和腐蚀的特种金属或陶瓷材料构造的旋风除尘器，可在温度高达1000℃，压力达500×105Pa的条件下操作。从技术、经济诸方面考虑旋风除尘器压力损失控制范围一般为500～2000Pa。因此，它属于中效除尘器，且可用于高温烟气的净化，是应用广泛的一种除尘器，多应用于锅炉烟气除尘、多级除尘及预除尘。它的主要缺点是对细小尘粒（5μm）的去除效率较低。1.1.2影响因素1.1.2.1二次效应由于二次效应，即被捕集粒子重新进入气流，所以在较小粒径区间内，实际效率高于理论效率；在较大粒径区间，实际效率低于理论效率。因此实际效率曲线与理论效率曲线不一致。通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器内壁上，能有效控制二次效应。1.1.2.2比例尺寸旋风除尘器各个部件都有一定的比例尺寸，某个比例关系的变动，将影响除尘效率。例如，在相同的切向速度下筒体直径D越小，除尘效率越高，但不可过小；锥体适当加长，有利于提高除尘效率；排出管直径越小，除尘效率越高，但太小会导致压力降的增加。1.1.2.3烟气的物理性质气体的密度和黏度、尘粒的大小和相对密度、烟气含尘浓度等物理性质都会5影响旋风除尘器的除尘效率。1.1.2.4操作变量-流速提高烟气人口流速，可增大除尘器内气流的切向速度，使粉尘受到的离心力增加，有利提高其除尘效率，同时，也可提高处理含尘风量。综合考虑后，进风口的气流速度控制在12-20m/s之间，最大不超过25m/s，一般选14m/s为宜。1.1.3操作规程1.1.3.1准备工作（1）检查各连接部位是否连接牢固。（2）检查除尘器与烟道，除尘器与灰斗，灰斗与排灰装置、输灰装置等结合部的密闭性，消除漏灰、漏气现象。（3）关小挡板阀，启动通风机、无异常现象后逐渐启动。1.1.3.2技术要求（1）注意易磨损部位如外筒内壁的变化。（2）含尘气体温度变化或湿度降低时注意粉尘的附着、堵塞和腐蚀现象。（3）注意压差变化和排出烟色状况。因为磨损和腐蚀会使除尘器穿孔和导致粉尘排放，于是除尘效率下降、排气烟色恶化、压差发生变化。（4）注意旋风除尘器各部位的气密性，检查旋风筒气体流量和集尘浓度的变化。1.2电除尘器1.2.1工作原理电除尘器的工作原理是烟气通过电除尘器主体结构前的烟道时，使其烟尘带正电荷，然后烟气进入设置多层阴极板的电除尘器通道。由于带正电荷烟尘与阴极电板的相互吸附作用，使烟气中的颗粒烟尘吸附在阴极上，定时打击阴极板，使具有一定厚度的烟尘在自重和振动的双重作用下跌落在电除尘器结构下方的灰斗中，从而达到清除烟气中的烟尘的目的。1.2.2利弊1.2.2.1优点净化效率高；阻力损失小，设备阻力小、总能耗低；烟气处理量大；允许操作温度高；可以完全实现操作自动控制。61.2.2.2缺点设备比较复杂，要求设备调运和安装以及维护管理水平高；对粉尘比电阻有一定要求；受气体温、温度等的操作条件影响较大；一次投资较大，卧式的电除尘器占地面积较大；在某些企业实用效果达不到设计要求。1.2.3影响电除尘器除尘效率的因素导致多数电除尘器除尘效率不高的因素很多，而诸多因素又相互关联，在此只简单列举如下：电除尘器选型冒进、电除尘器本体安装调试欠佳及验收不严、运行参数偏离设计值（如设计时资料提供不准，锅炉负荷变化，锅炉健康状况，燃煤变化等）、锅炉运行状态不良、供电控制不佳、振打系统运行方式不合理、运行监督不力。1.2.4对供电系统的要求（1)直流电源。高电压（一般在40-75kV或更高），小电流（一般在50-100mA或更大）。（2)电压波形有明显峰值和最低值。峰值提高除尘效率，低值熄弧。在生产瞬间中，大多采用单相全波整流，使用效果良好。对于高电阻率粉尘，宜采用半波整流。（3)电除尘器属于阻容性负载，工作条件是电晕放电，有时扩大成闪络或拉弧。当产生闪络时，会产生震荡过电压。因此，在硅整流设备及供电回路中，必须配入经选择的电感、电阻、电容，同时硅堆设计制作，必须考虑均压、过载等。（4)电除尘器沉尘电极、壳体等许多构件均要求严格接地。由高压整流装置供给电晕电极高压电。一般，采用具有较高除尘效率的负电晕。（5)电除尘器除尘效率与供电质量密切相关。要提高除尘效率，就必须尽量提高操作电压和电晕电流，即是提高电晕功率。1.3工业锅炉烟气1.3.1危害对人体的危害一方面取决于烟气中污染物质的组成、浓度、持续时间及作用部位，另一方面取决于人体的敏感性。烟气浓度高时可引起急性中毒，表现为咳嗽、咽痛、胸闷气喘、头痛、眼睛刺痛等，严重者可死亡。最常见的是慢性中毒，引起刺激呼吸道粘膜导致慢性支气管炎等。71.3.2烟气余热由于工业锅炉排出的烟气温度有很大差别，高的超过300℃，低的则在16左右，理论上它可回收利用的烟气余热。而现在的一些工业企业对烟气余热都还没进行回收利用。但是烟气余热回收系统实现节能，确实具有重大的理论与现实意义。1.4除尘工艺选择由于旋风除尘器可以作为预处理器使用，处理大风量时便于多台并联使用，效率阻力不收影响，且可耐400摄氏度高温，再加上电除尘器具有净化效率高、阻力损失小、设备阻力小、总能耗低、烟气处理量大等优点，因此对于烟气量Q=10000m3N/h，进口含尘浓度为40g/m3N，出口含尘浓度低于130mg/m3N的工业锅炉烟气的除尘，选择旋风-电二级除尘系统处理。2设计内容2.1污染源烟气分析由于工业锅炉多是燃煤，所以锅炉烟气的主要成分除粉尘、二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等外，还有氮气、氧气、水蒸气等。其中污染成分有三氧化硫、二氧化硫、Cl(HCl)、F(HF)等。2.2处理能力烟气量Q进口含尘浓度出口含尘浓度总除尘效率10000m3N/h40g/m3N≤130mg/m3N99.675％2.3设计依据（1）《中华人民共和国环境保护法》（2）《中华人民共和国大气污染防治法》（3)《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996（4)《工业炉窑污染物排放标准》（GB9078-1996）(5)《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）(6)《环境空气质量标准》（GB3095-1996)2.4设计原则（1）首先应满足除尘工艺的需要除尘器设计，首先应满足除尘工艺（除尘工艺流程与设施，荷载分布与特性，8运行与维护，安全防护措施，保温与涂装）的需要。（2）配套应用组织除尘器设计除尘器设计，尽量采用先进技术，力求技术新颖、造型艺术、设计规范、经济适用、安全可靠。（3）安全又经济适用优化方案，合理选择，降低成本，正确处理一级和二级除尘器的关系，同时做好扶梯、栏杆及其他安全防护措施。（4）防止二次污染与转移除尘过程不能有二次杨尘出现，也不能转移为其他污染，同时需注意除尘器噪声不能超过国家卫生标准和环保标准。3工艺流程和说明3.1处理工艺的选择由于处理的工业锅炉烟气烟气量很大（Q=10000m3N/h），含尘浓度较高，除尘效率要求99.675％，同时锅炉烟气温度可达300℃以上，所以除尘器选择电除尘器比较合适。另外电除尘器的希望含尘浓度在30g/m3N以下，然而实际的进口含尘浓度为40g/m3N，故而需要在电除尘器之前应设置低阻力的预净化设备，去除较大尘粒，以使设备更好地发挥作用。考虑到工业锅炉烟气本身具有的高温、较高烟气量，以及烟气内含的具有腐蚀性的成分，如SO2等，所以选择作为预除尘器使用时，可以立式安装，使用方便的旋风除尘器作为预净化设备。综上，选择选择旋风-电二级除尘系统处理烟气量Q=10000m3N/h，进口含尘浓度为40g/mN3，出口含尘浓度低于130mg/mN3的工业锅炉烟气。3.2工艺流程图93.3工艺流程说明从锅炉出来的烟气通过烟气进口进入旋风除尘器，利用旋转气流产生的离心力除去烟气中粒径较大的烟尘；烟气再经过电除尘器，通过高压电场进行电离，使尘粒荷电，并在电场力的作用下尘粒沉积分离，使除尘效率达到要求；最后通过风机的作用将除尘后的烟气送往烟囱，排放到大气中。4设计计算4.1旋风除尘器4.1.1选型3600Q=360010000=2.778m3/s则可根据上文，选取旋风除尘器XLP/B型，因为设计并没有明确要求压力损失的大小，即是进口气速一般为12-25m/s，本设计取V=20m/s.4.1.2相关参数的计算相关参数的比例尺寸可查《大气污染控制工程》（第三版）P187表6-3除尘器入口界面积A=VQ3600=0.1389m2入口宽度b=2/A=0.264m入口高度10h=A2=0.527m筒体直径D=3.33b=0.8791m≈880mm排出管直径de=0.6D=528mm筒体长度L=1.7D=1496mm椎体长度H=2.3D=2024mm排灰口直径d1=0.43D=378.4mm假定XLP/B型旋风除尘器的除尘效率为50%，则经过旋风除尘器后的烟气含尘浓度为20g/m3N,即二级电除尘器的进口含尘浓度为20g/m3N。4.1.3计算压力损失由于一般的锅炉设计单位给出的锅炉出口烟气温度在140℃-150℃左右，本设计假设出口烟气温度为150℃。150℃时烟气近似密度为ρ=1.293×150273273=0.834kg/m3局部阻力系数ξ=16A/de2=7.97压力损失△p=0.5ξρV2=1329Pa4.1.4分割直径假设接近圆筒壁处的气流切向速度约等于烟气进口速度，取内外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7de,则涡旋指数n=1-（1-0.67D0.14)(T÷283)0.3=0.614气流在交界面上的切向速度11Vt0=V×(deD6.0)n=37.45