大氣污染控制工程課程設計.doc

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環(huán)境工程專題課程設計 大氣污染控制工程設計說明書 題 目： 某廠燃煤鍋爐煙氣除塵處理工程方案設計 姓 名： 班 級： 環(huán)境工程 學 號： 指導教師： 成 績： 浙江工商大學環(huán)境科學與工程學院 2011 年 11月 目錄 前 言………………………………………………………………………………………3 第一章 工程概況…………………………………………………………………………3 1.1 設計條件 1.2 設計要求 第二章 設計說明…………………………………………………………………………4 2.1 設計依據(jù) 2.2 設計原則 2.3 設計范圍 2.4 設計規(guī)模 2.5 設計參數(shù)與指標 第三章 工藝選擇………………………………………………………………………… 6 3.1除塵技術簡介 3.1.1機械除塵器 3.1.2 袋式除塵器 3.1.3 電除塵器 3.1.4濕式除塵器 3.2 可供選擇的除塵技術 3.3 方案的技術比較 3.4 方案確定 第四章 處理流程………………………………………………………………………… 9 4.1 除塵系統(tǒng) 4.2 除塵器系統(tǒng) 4.3輸灰系統(tǒng) 4.4 控制系統(tǒng) 4.5 供電裝置 第五章 與其處理效果……………………………………………………………………10 第六章 主要設施與設備設計選型………………………………………………………10 6.1 主要設施設計計算 6.1.1 煙氣流量與凈化效率計算 6.1.2 除塵器的選擇與設計計算 6.1.3 管道的設計計算 6.1.4 風機的選擇計算 6.2 主要設備型號及技術參數(shù)確定 第七章 總圖設計…………………………………………………………………………21 7.1 除塵器平面與立面布置圖 7.2 除塵器的總圖 7.3 電場布置圖 第八章 技術經(jīng)濟分析……………………………………………………………………21 8.1 綜合技術經(jīng)濟指標 8.2 人員編制 8.3 工程概算 8.4 運行費用分析 第九章 參考文獻……………………………………………………………………… 22 附圖一 除塵器平面與立面布置圖 附圖二 除塵器總圖 附圖三 電場布置圖 前 言 大氣是人類賴以生存的最基本的環(huán)境因素，構成了環(huán)境系統(tǒng)的大氣環(huán)境子系統(tǒng)。一切生命過程，一切動物、植物和微生物都離不開大氣。大氣為地球生命的繁衍，人類的發(fā)展，提供了理想的環(huán)境。它的狀態(tài)和變化，時時處處影響到人類的活動與生存。 造成大氣污染的原因，既有自然因素又有人為因素，尤其是人為因素，如工業(yè)廢氣、燃燒、汽車尾氣和核爆炸等。隨著人類經(jīng)濟活動和生產(chǎn)的迅速發(fā)展，在大量消耗能源的同時，也將大量的廢氣、煙塵物質(zhì)排入大氣，嚴重影響了大氣的質(zhì)量，特別是在人口稠密的城市和工業(yè)區(qū)域。造成大氣污染的物質(zhì)主要有：一氧化碳CO、二氧化硫SO2、一氧化氮NO、臭氧O3以及煙塵、鹽粒、花粉、細菌、苞子等。 如何在經(jīng)濟快速發(fā)展、能源需求增加的同時遏制大氣污染已成為一項巨大的科技挑戰(zhàn)。我國政府采用綜合措施，控制大氣污染水平，包括：提高能源效率優(yōu)化能源結(jié)構；改造和遷移污染工業(yè)；城市規(guī)劃和綠化；機動車排污量控制；道路建設和管理等。 源頭治理已成為大氣污染控制中一項積極有效的措施，因而每個工廠中的除塵凈化設施就顯得尤為重要。經(jīng)濟合理的除塵設備可將污染扼殺在“搖籃”中，還我們賴以生存的大氣一片潔凈。 第一章 工程概況 1.1 設計條件 已知某廠新建2臺40t燃煤工業(yè)鍋爐，其除塵系統(tǒng)管道布置如圖1。每臺鍋爐產(chǎn)生的煙氣量估計為72300Nm3/h，煙塵濃度為30.0g/Nm3，其粒徑<5μm占60%，煙氣經(jīng)降溫至120℃進入除塵器，煙窗的直徑3m，高度40m，局部阻力損失60Pa。試設計該除塵凈化系統(tǒng)。 1.2設計要求 ⑴ 排放煙氣濃度要求達到《鍋爐大氣污染物排放標準》（GWPB3-1999）規(guī)定的二類區(qū)標準； ⑵ 設計計算選擇除塵器（電除塵器\布袋除塵器\濕式）主要參數(shù)與畫出主要部件示意圖； ⑶ 確定該系統(tǒng)的管道斷面尺寸和壓力損失； ⑷ 計算選擇風機； ⑸ 繪制所設計除塵器的總裝配三視圖與除塵工藝流程總圖（可選擇）； ⑹ 要求參數(shù)選擇有根據(jù)、合理，設計步驟與計算正確。 圖1 除塵系統(tǒng)管道布置圖 第二章 設計說明 2.1 設計依據(jù) （1） 《鍋爐大氣污染物排放標準》（GWPB3-1999） （2） 《全國通用通風管道計算手冊》 （3） 《除塵工程設計手冊》 2.2設計原則 本設計遵循如下原則進行工藝路線的選擇及工藝參數(shù)的確定： （1）基礎數(shù)據(jù)可靠，總體布局合理。 （2）避免二次污染，降低能耗，近期遠期結(jié)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?shù)陌踩禂?shù)，各工藝參數(shù)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。 2.3 設計范圍 該凈化設施的煙氣輸送系統(tǒng)、除塵器系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)、除塵工藝、總圖布置、風機的選擇、配套裝置、供電系統(tǒng)、管道設計以及總圖設計（包括平面與立體布置圖、除塵器的總圖）等。 2.4 設計規(guī)模 根據(jù)圖1可知該除塵凈化系統(tǒng)設有兩個鍋爐。 因此標況下總的煙氣處理量為： 120℃時 2.5 設計參數(shù)與指標 9 設計指標 處理量 144600Nm3/h 煙塵濃度 30000 mg/Nm3 允許排放濃度 200 mg/Nm3 總壓力損失 <3000～3500 Pa 除塵效率 99.4% 運行費用 200萬元 耗電費 150萬元 其中運行費用與耗電費用兩項具體見“8.4 運行費用分析” 第三章 工藝選擇 3.1 除塵技術簡介 現(xiàn)在工廠中普遍采用的除塵設備包括機械除塵器、袋式除塵器、電除塵器和濕除塵器等。但每種除塵凈化系統(tǒng)總有其技術上的優(yōu)點和缺點，應根據(jù)實際情況選擇合適的除塵設施與工藝。 3.1.1 機械除塵器 通常是指利用質(zhì)量力（重力、慣性力和離心力等）的作用使顆粒物與氣流分離的裝置。它包括重力沉降室、慣性除塵器和旋風除塵器等。 機械除塵設備的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：⑴ 機械除塵利用的力比較單一，且除塵裝置構造簡單且沒有運動部件。所以除塵裝置故障少，容易操作和管理，運行費用相對較低，投資費用也較少。 ⑵ 機械除塵可以用作多級除塵的第一級分離，也可以單獨使用。當單獨使用時一般用于對除塵效率要求不高，或者僅僅需要簡單除塵的場合。 缺點：⑴ 機械除塵分離細小粉塵的能力比較弱，它對粒徑較大（大于50μm）的粉塵有較高的除塵效果，但對粒徑較?。ㄐ∮?μm）分離效果較差。 ⑵ 機械除塵作用力單一，但設計計算復雜，而且設計計算數(shù)據(jù)容易受到多種因素影響，特別是外來氣流（如漏風）對除塵效果影響特別大。 3.1.2 袋式除塵器 是含塵氣體從下部進入圓筒形濾袋，在通過濾料的孔隙時，粉塵被捕集于濾料上，透過濾料的清潔空氣由排出口排出，沉積在濾料表面的粉塵，可以在機械振動的作用下從濾料表面脫落，最終落入灰斗中的一種除塵凈化設施。 袋式除塵設備的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：⑴ 袋式除塵器可以捕集多種干性粉塵，特別是高比電阻粉塵； ⑵ 袋式除塵器可設計制造出適應不同氣量的含塵氣體的要求，除塵器的處理煙氣量可從幾m3/h到幾百萬m3/h； ⑶ 袋式除塵器對凈化含微米或亞微米數(shù)量級的粉塵粒子的氣體效率較高，一般可達99%，甚至可達99.99%以上； ⑷ 袋式除塵運行穩(wěn)定可靠，沒有污泥處理和腐蝕等問題，操作、維護簡單。 缺點：⑴ 袋式除塵器不適于凈化含粘結(jié)和吸濕性強的含塵氣體，用布袋防塵器凈化煙塵時的溫度不能低于露點溫度，否則將會產(chǎn)生結(jié)露，堵塞布袋濾料的孔隙； ⑵ 袋式除塵器的應用主要受濾料的耐溫和耐腐蝕等性能所影響，且會出現(xiàn)燒袋糊袋現(xiàn)象； ⑶ 據(jù)統(tǒng)計，用袋式除塵器凈化大于17000 m3/h含塵煙氣量所需的投資要比電除塵器高，而用其凈化小于17000 m3/h 含塵煙氣量時，投資費用比電除塵器省。 3.1.3 電除塵器 是在通過高壓電場進行分離的過程中，使塵粒荷電，并在電場力的作用下，使塵粒聚集在集塵板上將粉塵從含塵氣體中分離出來的一種除塵設備。 電除塵設備的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：⑴ 電除塵器可以凈化氣量較大且溫度較高的含塵煙氣。在工業(yè)上凈化105～106m3/h的煙氣，且用于凈化350℃以下的煙氣，可長期連續(xù)運行 ⑵ 除塵效率高。如果設計合理，安裝施工質(zhì)量高，電除塵器可以達到任何除塵效率的要求。目前，工業(yè)上應用的電除塵器，多數(shù)的除塵效率已達到99%以上。 ⑶ 電除塵器結(jié)構簡單，氣流速度低，壓力損失小，干式電除塵器的壓力損失大約為100～200Pa，濕式電除塵器的壓力損失稍高些，通常只有200～300Pa。 ⑷ 電除塵器能夠除下的粒子粒徑范圍較寬，對于0.1μm的粉塵粒子仍有較高的除塵效率。 ⑸ 電除塵器的能量消耗比其他類型除塵器低。如以每小時凈化1000m3煙氣計算，電除塵器的電能消耗約為0.2～0.8kwh。 缺點：⑴ 電除塵器的除塵效率受粉塵物理性質(zhì)影響很大，特別是粉塵比電阻的影響更為突出。電除塵器最適宜捕集比電阻為104～51011 ⑵ 袋式除塵器的應用主要受濾料的耐溫和耐腐蝕等性能所影響，且會出現(xiàn)燒袋糊袋現(xiàn)象； ⑶ 電除塵器不適宜直接凈化高濃度含塵氣體。 ⑷ 電除塵器對制造和安裝質(zhì)量要求很高，需要高壓變電及整流控制設備，且占地面積大。 3.1.4 濕式除塵器 是使含塵氣體與液體（一般為水）密切接觸，利用水滴和顆粒的慣性碰撞或者化學作用捕集顆粒，使粉塵從含塵氣體中分離出來的一種除塵設備。 濕式除塵設備的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：⑴ 濕式除塵器的除塵效率不僅能與布袋和電除塵器相當，而且還可適用這些除塵器所不能勝任的除塵條件。表現(xiàn)在濕式除塵器對凈化高溫、高濕、高比阻、易燃、易爆的含塵氣體具有較高的除塵效率。 ⑵ 濕式除塵器在去除含塵氣體中粉塵粒子的同時，還可去除氣體中的水蒸氣及某些有毒有害的氣態(tài)污染物。因此，濕式除塵器既可以用于除塵，又可以對氣體起到冷卻、凈化的作用。 ⑶ 設備投資少，構造比較簡單：在耗用相同能耗的情況下，濕式除塵器的除塵效率比干式除塵器的除塵效率高。 缺點：⑴ 濕式除塵器的粉塵回收困難，且排出的沉渣需要處理。 ⑵ 濕式除塵器不適用于凈化含有憎水性和水硬性粉塵的氣體。 ⑶ 凈化含有腐蝕性的氣態(tài)污染物時，洗滌水（或液體）將具有一定程度的腐蝕性。因此，除塵系統(tǒng)的設備均應采取防腐措施。 ⑷ 濕式除塵器因含水運行，在寒冷地區(qū)設備容易結(jié)凍，因此，要采用防凍措施。 3.2 可供選擇的除塵技術 通過以上的除塵設備簡介，我們可以看到四種除塵設備的優(yōu)缺點及適用條件。鑒于設計的要求，可對可供選擇的除塵設備加以分析，以確定經(jīng)濟高校的方法。 設計要求凈化的是燃煤工業(yè)粉塵?？赡軙懈g性的氣態(tài)污染物，所以對設備的防腐性能要求較高，不適合采用濕式除塵器。而且如果該工廠設在北方，天氣寒冷，濕式除塵器設備內(nèi)的洗滌水容易凍結(jié)。如果加強它的防腐與防凍措施，則會加大投資，所以原則上不予考慮。 而機械除塵分離細小粉塵的能力比較弱，它對粒徑較大（大于50μm）的粉塵有較高的除塵效果，但對粒徑較?。ㄐ∮?μm）分離效果較差。在設計要求中燃煤鍋爐煙氣粒徑<5μm的占了60%，如果采用機械除塵器則效率低下，煙氣不能達標排放。 所以設計要求的除塵凈化系統(tǒng)可供選擇的除塵技術有袋式除塵技術和電除塵技術兩種。 3.3 方案的技術比較 目前，國內(nèi)外用于水泥窯尾除塵都是電、袋兩大類收塵器。 國內(nèi)生產(chǎn)的袋除塵器、電除塵器每小時能處理幾十到一百多萬立方米風量的含塵廢氣，進口濃度允許超過100g／Nm3。排放濃度熱力設備可控制在50mg／Nm3以下，通風設備可控制在30mg／Nm3以下。但隨著《鍋爐大氣污染物排放標準》的出臺，袋除塵器應用愈來愈多，國內(nèi)外均出現(xiàn)“電改袋”的現(xiàn)象。但袋、電除塵器由于除塵機理不同，應用情況，除塵效果也不盡相同[7]。 3.3.1 原理 電除塵器的收塵，主要是在高壓電場中使氣體電離，進入電場中的塵粒得以荷電，并在電場庫侖力的作用下，荷電塵粒趨向收塵極，達到了收塵的目的。由于能量是直接作用在塵粒上，故能耗根低，且電除塵器由于除了緩慢轉(zhuǎn)動的振打部件外，沒有其他運動的部件，維護工作量小，運行費用較低，所以在各種除塵技術中具有顯著的優(yōu)越性。且凈化效率高，處理量變動范圍大：根據(jù)條件和要求，可以設計能達到任意凈化度(99％ ～99．9％)和處理量(從幾個m3／h到幾百萬m3／h)的電除塵器，在設計中可以通過不同的操作參數(shù)，來滿足所要求的凈化效率[8]。 袋除塵器是以織物纖維濾料采用過濾技術將空氣中的固體顆粒進行分離的設備。目前主要有纖維過濾，膜過濾(表面覆膜)和粉塵層過濾，具體表現(xiàn)為：篩分，慣性碰撞；擴散，重力沉降等綜合作用。目前，國內(nèi)外濾料表面覆膜過濾技術的應用，使袋除塵器的過濾機理都有所改變。這種技術對微細粉塵有更高的捕集率，將粉塵阻留在濾料表面，更容易剝離。國內(nèi)生產(chǎn)的袋除塵器可達到99．99%的除塵效率，已趨近“零排放”。 3.3.2存在的問題 他們各自亦存在著相應的問題。 電除塵器在實際運行中是一個極為復雜的過程，會受到諸多因素影響，從理論計算的除塵效率與實際運行數(shù)據(jù)相差較大，這些因素包括物理、電力、流體力學等，而最強干擾作用，是煙氣和粉塵的性質(zhì)，如粉塵的比電阻，電收塵器對粉塵的比電阻有嚴格的要求，當比電阻在105～1011Ωcm收塵效果最好，比電阻低于104Ωcm時（低阻型）粉塵導電良好,當粉塵比電阻在1011以上時(高阻型) (也有把p>51010 Ωcm定為高比電阻粉塵，會出現(xiàn)反電暈現(xiàn)象，在集塵極和物料層中形成大量陽離子，中和了迎面而來的陰離子，使電能消耗增加，凈化操作惡化，甚至無法操作[9]，故對粉塵有一定的選擇性，不能使所有粉塵都獲得很高的凈化效率。并且受氣體的溫度和濕度等條件影響較大，同一種粉塵如在不同溫度、濕度下操作，所達到的除塵效果不同[10]。另外，化學成分、塵粒分布、壓力、氣體流速等等也會對除塵效率產(chǎn)生影響。同時電除塵器對微細粒子處理能力有限。ESP對人體健康危害最大的O．1～2μm的塵粒的除塵效率較差[11]。 電除塵器的存在的另一個問題是，電除塵器雖然除塵效率高但設備比較復雜，造價高，對運行、安裝以及維護管理水平要求較高。對一些中小企業(yè)來說是無法負擔的，所以其使用范圍局限于一些大型企業(yè)。 而袋除塵器則存在運行阻力問題。袋除塵器運行阻力較高，(1000～1700Pa)超負荷通過能力較差，運行時阻力能耗比電除塵器大。對不同工況變化，袋除塵器入口及本體易產(chǎn)生正壓現(xiàn)象。壓力損失大(～1500Pa)，且波動較大。袋除塵器的除塵效率很大程度上取決于濾袋。普通濾袋耐低溫能力差（只能處理小于230℃的氣體[12]），而耐高溫濾料價錢又過高，使成本增加。而且，濾袋由于容易破損，壽命不長，更換周期一般較短，一般為一年。另外，濾袋受煙氣濕度影響大，煙氣濕度的高低改變露點，露點越高越易引起結(jié)露、糊袋，影響除塵器過濾性能，增加阻力。 在維護費用方面，電除塵器的使用壽命一般在l0年以上，在正常工況使用下，每年的維護費用約為一次性投資的5％，甚至更低。當袋除塵器采用進口覆膜濾料時，其使用壽命一般為3-4年，在袋除塵器的總投資中，濾袋的費用約占設備總投資的65％～70％，每年濾袋的換袋維護費用約為設備總投資的20％～25％。僅袋除塵器濾袋的換袋費用，就是電除塵器維護費用的3倍左右。[13] 3.3.3 方案比選 綜上所述，袋、電除塵器各自存在著其優(yōu)點及不足，在此，在綜合考慮本項目設計各項指標的基礎上，對這兩種方案進行比選，力求達到最優(yōu)化設計。下表對電、袋除塵的主要優(yōu)缺點、性能、及總體經(jīng)濟投資做了比較。 電除塵器和袋除塵器的主要優(yōu)缺點比較 電除塵器 袋除塵器 優(yōu)點 1. 可以處理較高溫度的煙氣（～400℃） 2. 壓力損失較?。s200～250Pa） 3. 維護費用低，較耐用 1. 操作簡單 2. 較低的爆炸危險 3. 受煙氣性質(zhì)變化影響小，對粉塵的性質(zhì)適應性廣 4. 出口排放濃度隨入口含塵濃度的變化不大 缺點 1. 存在爆炸的危險 2. 故障排放較頻繁 3. 受煙氣性質(zhì)變化影響大，對粉塵的適應性差 1. 用于煙氣溫度較低的場合（小于230℃） 2. 壓力損失大（～1500 Pa），且波動較大 3. 投資和操作維護費用高 4. 對濕度大的粉塵易堵塞 電、袋除塵器性能比較表 項目 電除塵器 袋除塵器 處理風量 能處理大規(guī)模的工業(yè)廢氣 相對電除塵器偏小 排放情況 一般5Omg/Nm3排放情況，可以達到30mg/Nm3 一般30mg／Nm3，可達到10mg／Nm3 阻力 較小，≤300Pa 偏大，≤1700Pa 對廢氣溫度要求 ≤400℃ ≤250℃ 對粉塵特性的要求 比較嚴格，要求控制煙氣粉塵比電阻為104～1011? 一般，對粉塵比電阻沒有要求 設備維護 簡單 較高 一次性投資 一般 較高 運行成本 一般 較高 維護成本 一般 較高 3.4方案確定 由于本設計按要求達200mg／Nm3，電、袋兩種除塵方式均可做到達標排放。而通過以上經(jīng)濟技術指標的對比，同時借鑒以往煙氣處理經(jīng)驗（通常對于煙氣量小于1O0000m3／h以下時，布袋除塵器比ESP效果較好。但是當煙氣量大于100000 m3／h時，兩者就會有較大差距并隨著煙氣量的加，袋式除塵器的總投資會明顯提高），在本項目煙氣處理量144600m3／Nh的情況下，電除塵有著較明顯的優(yōu)勢。 當排放濃度(標準狀況)要求為不大于30mg／m3時，從低濃度排放和設備達標運行穩(wěn)定性方面出發(fā)，在沸騰爐床尾選用袋收塵器為宜。而本設計只要求達到200mg／m3，電除塵器已能滿足其要求。 另外，考慮到電暈封閉——煙氣含塵濃度增大，電場電流會減小，當含塵濃度大于臨界值時，電場電流趨向于零，除塵作用失敗 。而本項目煙氣粉塵含量不大于 30g／Nm3，在電收塵允許范圍(不大于100g／Nm3)內(nèi)，適合于使用電收塵。 綜上所述，本設計在綜合考慮各方因素的情況下，本設計擬采用電除塵。 第四章 處理流程 4.1 除塵系統(tǒng) 包括：氣體輸送管道、除塵器系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、風機等。 4.2 除塵器系統(tǒng) 包括：殼體、電暈極、集塵極、振打清灰裝置、電路系統(tǒng)、工作維修臺等。 4.3 輸灰系統(tǒng) 包括：管道系統(tǒng)、粉塵外運系統(tǒng)等 4.4 控制系統(tǒng) 采用自動控制系統(tǒng)。包括：電源控制系統(tǒng)、輸灰控制系統(tǒng)、清灰控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等。 4.5 供電裝置 供電裝置包括三部分： ⑴ 升壓變壓器 它是將工頻380V或220V交流電壓升到除塵器所須的高電壓，通常工作電壓為50～60kv。增大極板間距，要求的電壓也相應增高。 ⑵ 整流器 它將高壓交流電變?yōu)橹绷麟?，目前都采用半導體硅整流器。 ⑶ 控制裝置 電除塵器中煙氣的溫度、濕度、煙氣量、煙氣成分及含塵濃度等工況條件是經(jīng)常變化的，這些變化直接影響到電壓、電流的穩(wěn)定性。因而要求供電裝置隨著煙氣工況的改變而自動調(diào)整電壓的高、低（稱之為自動調(diào)壓），使工作電壓始終在接近于擊穿電壓下工作，從而保證除塵器的高效穩(wěn)定運行。 目前采用的自動調(diào)壓的方式有：火花頻率控制，火花積分值控制，平均電壓控制，定電流控制等。 第五章 預期處理效果 煙氣的排放溫度t<120℃ 煙氣的排放濃度C<200 mg/Nm3 第六章 主要設施與設備設計選型 6.1主要設施設計計算 6.1.1 煙氣流量與凈化效率計算 已知條件：每臺鍋爐產(chǎn)生的煙氣量估計為72300Nm3/h，煙氣濃度為30g/Nm3,其粒徑<5μm占60%，煙氣經(jīng)降溫至120℃進入除塵器，煙窗直徑3m，高度40m，局部阻力損失60Pa。 120℃時煙氣流量： 根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標準》（GWPB3-1999）規(guī)定，二類區(qū)標準為200mg/Nm3 所以凈化效率： 6.1.2 除塵器的選擇與設計計算 （1）集塵極面積計算 已知：A － 集塵極面積，m2； η － 集塵效率,為99.4%； Q － 處理氣量，57.82m3/s； ωp－粉塵的有效驅(qū)進速度，對于不同的粉塵，ωp＝0.05～0.35選取，如飛灰ωp＝0.1～0.14m/s，水泥干粉塵ωp＝0.06～0.07 m/s。設計中的粉塵為飛灰，所以選ωp＝0.12 m/s ; 則 （2）電場斷面面積 對于一定結(jié)構形式的電除塵器，當氣體流速增加時，除塵效率降低。因此氣體流速不宜過大，但流速過小，除塵器體積增大，造價增加。目前一般采用v=1.0m/s左右。 已知：Q － 處理氣量，57.82m3/s； 則電場斷面面積： 電場斷面形狀與現(xiàn)場條件有關，通常希望斷面形狀接近正方形，這樣可使氣體在電場內(nèi)的分布比較均勻，故電場長寬均為8m。 （3）集塵極與放電極的間距和排數(shù) 集塵極與放電極的間距對電除塵器的電氣性能及除塵效率有很大影響。間距太小，則由于振打引起的位移、加工安裝的誤差和積塵等對工作電壓影響大；間距太大，則要求工作電壓高，往往受變壓器、整流設備、絕緣材料允許等的限制。目前，一般集塵極的間距（2b）采用200～300mm。即放電極與集塵極之間的間距（b）為100～150mm。也可采用400～600的寬間距，常采用450mm。在設計中采用450mm。 放電極與放電極之間的距離對放電強度也影響很大。間距太小，會減弱放電強度；但電暈極太密，也會因屏蔽作用而使其放電強度降低?？紤]與集塵極的間距相對應，放電極間距一般也采用200～300mm。 已知：B—電場斷面寬度，8m； —集塵極板間距，m(△B=2b=450mm)； 則集塵排數(shù) 通道數(shù)（每兩塊集塵極之間為一個通道）為n-1，則為 實際間距為 （4）電場長度 根據(jù)集塵極總面積、集塵排數(shù)和電場高度算出必要的電場長度。在計算集塵極板面積時，靠除塵器殼體壁面的集塵極，其集塵面積只能按單面計算，其余集塵極按雙面計算。 已知：H—電場高度，8m A— 集塵極面積,2465.06m2； n—集塵極排數(shù)，19； 則電場長度 由于每個電場的長度為2.7～5.4m左右，根據(jù)收塵效率的要求，采取二電場，每個電場長度為4.3m 。 ⑸ 電暈極系統(tǒng)設計 ①放電極型式選取 為了使電除塵器長期高效、可靠地運行，對放電極的基本要求是：牢固可靠，不斷線；電氣性能良好；粘附粉塵少。放電極的類型大致有三種：點放電，如芒刺線；線放電，如星型線；目前有多種型式的放電極，可根據(jù)煙氣性質(zhì)、粉塵性質(zhì)等來選定。本設計選用芒刺線。 ②放電極長度計算 由比電暈電流（指單位收塵極板上所得電暈電流）計算。比電暈電流根據(jù)電極型式查有關手冊確定。選芒刺形，比電暈電流在0.18-0.5mA/m2選取。設計中選比電暈電流0.5mA/m2 則 芒刺形電暈線單位長度的電流值i0＝0.25～0.35mA/m,選取i0＝0.3mA/m。 則電暈線總長度 除塵器一共有18個通道，每條電暈線長8m，則 每道中的電暈線數(shù)量為 則每道中電暈線之間的實際距離為 放電極與放電極之間的距離對放電強度影響很大.間距太小，會減弱放電的強度；但電暈極太密，也會因屏蔽作用而使其放電強度降低.放電極間距一般采用200～300mm。所以以上求得的距離符合要求。 ③放電極的懸掛與清灰方式 放電極的懸掛有三種方式：重錘懸吊式、框架式、桅桿式。這里選用框架式。 電暈極上沉積粉塵一般都比較少，但對電暈放電的影響很大。如粉塵清不掉，有時在電暈極上結(jié)疤，不但使除塵效率降低，甚至能使除塵器完全停止運行。因此，一般是對電暈極采取連續(xù)振打清灰方式，使電暈極沉積的粉塵很快被振打干凈。 其振打方式也有多種，常用的有提升脫鉤振打、側(cè)部撓臂錘振打等方式，本方案采用側(cè)部撓臂錘振打方式清灰。 ⑹ 極板系統(tǒng)結(jié)構設計 常用的集塵極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，這里選用C型集塵極。 C型集塵極極板一般用1.5～2mm的鋼板軋制而成，整個集塵極由若干塊C型極板拼裝而成。常用寬型的C型極板寬度為480mm，它具有較大的沉塵面積，粉塵重返氣流中較少，流速可超過0.8m/s。 極板上粉塵沉積較厚時，將導致火花電壓降低，電暈電流減小，有效驅(qū)進速度顯著減少，除塵效率大大下降。因此，不斷地將集塵板上沉積的粉塵清除干凈，是維持電除塵器高效運行的重要條件。 極板的清灰方式有多種，如刷子清灰、機械振打、電磁振打以及電容振打等，應用最多的是撓臂錘機械振打，本方案也選用撓臂錘機械振打方式清灰。一排極板安裝一個振打錘，同一電場各排的振打錘安在一根傳動軸上，并依次錯開一定的角度，使各排極板的振打依次交替進行。 合適的振打強度和振打頻率，是影響清灰效果的重要因素。在設計階段只是大致的確定，只有在運行中根據(jù)實際情況通過現(xiàn)場調(diào)節(jié)來確定。 C形板寬度為480mm, 電場長度為8600mm 則每一排集塵極的極板數(shù)為：，每一排集塵極安裝18塊極板 兩個電場之間距離取為200mm，所以實際上電場區(qū)域所占的長度為：L′=18480+200=8840mm ⑺ 工作電壓與工作電流 已知：—集塵極板間距，m(△B=2b=450mm)； 則工作電壓： 已知：i--集塵板電流密度取0.5mA/m2 A—集塵極面積,2465.06m2； 則可按照下式計算工作電流： ⑻ 外殼設計 確定箱體、灰斗、進出口風箱、框架等結(jié)構與尺寸。 ①進出口風箱設計 參照《除塵工程設計手冊》P220 表4-112和圖4-79 進行設計，選擇SHWB60型： 進口風箱小端設計為正方形，其中心與箱底部的距離為：5000mm 進口風箱小端設計尺寸為： 法蘭內(nèi)口直徑：2400mm， 外框邊長：2800mm 進口風箱大端正對電場，其設計尺寸為：高8000mm，寬8000mm 兩端口之間的距離為：2900mm 出口風箱同進口設計 ②氣體分布板的設計 參照《除塵技術手冊》P192 (三、氣流分布裝置) 進行設計. 含塵氣體在電除塵器進口處流速為13.3m/s，而在除塵器內(nèi)部只有1.0m/s，因此在入口處必須安裝氣流分布裝置。電除塵器中氣流分布的均勻性對除塵效率影響很大，當氣流分布不均勻時，在流速低處所增加的除塵效率遠不足以彌補流速高處效率的降低，因而總效率降低。 氣流分布裝置就是在電除塵器入口處的導流裝置.最常見的有百葉窗式、多空式、分布格子、欄桿型分布板和槽形鋼分布板等.這里選用多空板。 開孔率因氣體速度而異，對于1.0m/s的速度，開孔率取50%較為合理。沿氣流方向的的第一層分布板的開孔率因比第二層小，即第一層分布板的阻力系數(shù)比第二層大，這就能使氣體分布較為均勻。一般多孔板上的孔多為30～80mm的圓孔.這里采用直徑50mm的圓孔。 氣體分布板層數(shù)的確定： —電除塵器氣體進口管大端截面積，m2； —電除塵器氣體進口管小端截面積，m2； 因為6＜，所以本方案中設置2塊氣體分布板， 沿氣流方向的第一層分布板與第二層分布板的間距設計為1000mm。 第一層分布板開孔率取為：60% 第二層分布板開孔率取為：50% 注意：各層分布板加工以及布置時孔應交錯排列，不能孔與孔正對。 各層分布板的阻力損失的計算： 第一層分布板阻力系數(shù)：ζ=5.3 壓力損失 式中：的值取管段2～3的動壓，為92.94Pa； 第二層分布板阻力系數(shù)：ζ=4.0 壓力損失 式中：因為經(jīng)過第一塊分布板后，氣體流速迅速降低，則的取值應小于89.5Pa，而且小的較多； 分布板處的壓力損失設計為△P板=630Pa ③外殼設計 參照《除塵工程設計手冊》P218表4-109、表4-112和圖4-79，SHWB50型電除塵器的外殼設計參數(shù)及尺寸，設計如下： 除塵器外殼箱體的長度為：L箱=9840mm (其中，電場區(qū)域所占的長度為8840mm，第一層分布板與第二層分布板的間距設計為700mm，第二層分布板與電場始端的間距設計為300mm) 除塵器箱體的寬度為：B箱=8800mm (其中電場寬度為8000mm，集塵板與箱壁的距離設計為400mm) 除塵器箱體的高度為： H箱=9000mm (其中電場高度為8000mm，電場上端至箱頂設計預留500mm，電場下端至箱底設計預留500mm，以便于極板、放電極的固定以及清灰裝置的安裝) ④灰斗設計 設置4個灰斗，大小尺寸一致，每一個電場橫向設置2個。每個電場的長度為4300mm，寬度為8000mm。 灰斗上口尺寸： 長為4300mm 寬為4000mm 灰斗下口尺寸(設計為正方形)： 邊長為500mm 灰斗高度為：3000mm 出灰口法蘭尺寸：內(nèi)口邊長為500mm，外框邊長為560mm 出灰口高度為：600mm 6.1.3 管道的設計計算 管道的設計計算方法： a. 根據(jù)現(xiàn)場實際情況布置管道，進行管段編號，標注長度和風量。設計管段標號如下： b. 確定管道內(nèi)的氣體流速。當氣體流量一定時，若流速選高了，則管道斷面尺寸小，材料消耗少，一次投資減少。但系統(tǒng)壓損增大，噪聲增大，動力消耗增大，運轉(zhuǎn)費用增高。對于除塵管道，還會增加管道的磨損。反之，若流速選低了，噪聲和運行費用降低，但一次投資增加。對于除塵管道，流速過低，還可能發(fā)生粉塵沉積而堵塞管道。因此，要使管道系統(tǒng)設計經(jīng)濟合理，必須選擇適當?shù)牧魉伲雇顿Y和運行費用總和最少。根據(jù)《大氣污染控制工程(第二版)》P539表14-2知煤灰在除塵管道內(nèi)最低氣流速度為12m/s，所以流速選為12m/s。 c. 根據(jù)系統(tǒng)各管段的風量和選擇的流速確定各管段的斷面尺寸。 查《除塵工程設計手冊》P362 表6－23 除塵風管計算表，可得： ①設計管段1～2和管段9～2，根據(jù)Q=104080m3/h，v＝12m/s，查得外徑D＝1800mm，=0.0071，實際流速v＝11.6m/s，動壓為80.8Pa，即＝80.8Pa 管段2～3、管段4～5和管段6～7，根據(jù)Q=208160.44m3/h, v＝12m/s查得：d＝2500mm，==0.0048,實際流速v＝12.0m/s，動壓為86.5Pa，即＝86.5Pa。 d. 風管斷面尺寸確定后，按管內(nèi)實際流速計算壓損。 ①設計管段1～2 摩擦壓力損失： 局部壓力損失為合流三通對管段動壓的壓力損失，其局部壓損系數(shù)為 ζ1＝0.31， 則 ②管段9～2 同管段1～2計算， 摩擦壓力損失： 局部壓力損失為合流三通對管段動壓的壓力損失，其局部壓損系數(shù)為 ζ2＝0.31， 則 ③管段2～3 摩擦壓力損失： 局部壓力損失為除塵器壓力損失和合流三通對管段動壓的壓力損失，電除塵器的壓力損失一般為200－300Pa，則取250Pa； 其局部壓損系數(shù)為ζ3＝0.31， 則 ④管段4～5 摩擦壓力損失： 該管段有2個90度的彎頭，若設計R/D=1.5,則查《除塵工程設計手冊》P368 表6－25 局部阻力系數(shù)圖表，得ζ4＝0.15， 則 ⑤管段6～7 摩擦壓力損失： e. 計算管道系統(tǒng)的總壓力損失。 煙窗局部阻力損失：△P6＝60Pa； 分布板阻力損失：△P7=630Pa。 系統(tǒng)總壓力損失： 6.1.4 風機的選擇計算 正確選擇風機是保證整個凈化系統(tǒng)能否正常工作的關鍵。風機選擇不當，就會造成達不到設計要求，或?qū)е峦顿Y和能耗的浪費。選擇風機時應注意下面幾個問題。 ⑴ 根據(jù)輸送氣體的性質(zhì)，確定風機類型。如輸送清潔氣體，可選擇一般通風換氣用的風機；輸送腐蝕性氣體，要選用防腐蝕風機；輸送易燃氣體或含塵氣體，要選用防爆風機或排塵風機。 ⑵ 根據(jù)所需風量、風壓或選定的風機類型，確定風機機號。為了便于接管和安裝，還要考慮合適的風機出口方向和轉(zhuǎn)動方向。 ⑶ 考慮到管道可能漏風，有些阻力計算不夠完善，選用風機的風量和風壓應大于通風系統(tǒng)計算的風量和風壓。 ⑷ 風機樣本上的性能參數(shù)是在標準狀況（大氣壓力為101325Pa，溫度為20℃，相對濕度為50%）下得出的，如實際使用情況不是標準狀態(tài)，風機的風壓就會變化，風量不變。因此選擇風機時應對參數(shù)進行換算。 ⑸ 在滿足風量和風壓的條件下，盡可能選用噪聲低、工作效率高的風機。 根據(jù)系統(tǒng)的總風量、總阻力損失選擇通風機與電動機。 ① 通風機風量 已知：Q—系統(tǒng)計算的總風量，208160.44m3/h； K1—考慮系統(tǒng)漏風的安全系數(shù)，一般K1=0.1～0.15選取，設計中取K1＝0.12。 則通風機風量： ② 通風機風壓 已知：△p － 系統(tǒng)計算的總阻力損失，包括管道阻力、凈化裝置阻力、局部阻力，1057.33Pa； K2 － 安全系數(shù)，一般K2＝0.1～0.15選取，設計中取K1＝0.12； 、p0、T0 － 通風機性能表中給出的標定狀態(tài)的空氣密度、壓力、溫度。一般說，p0=103.3kPa,對于通風機t0=20℃,=1.2kg/m3； ρ、P、T—運行工況下進入風機時的氣體密度、壓力、溫度。 P=101.325kPa，t=120℃ 則通風機風壓： ③ 根據(jù)以上求得的通風機的風量和風壓，選擇風機 參照《除塵工程設計手冊》 P481 表8-20 “G4-73-11鍋爐通風機性能”，選擇Y4-73-11No25D型鍋爐通風機一臺，轉(zhuǎn)速為580r/min.應該配用的電機為Y450-54-12型，功率為200Kw。 ④ 電動機所需功率： 已知 ： Q0—通風機的風量，233139.7m3/h； △p0—通風機風壓，1619.13Pa； K – 電動機備用系數(shù)。對于通風機，電功率小于5kW時取1.2，大于5kW時取1.15；對于引風機取1.3； - 通風機的全壓效率，可查通風機樣本得，一般0.5～0.7； - 機械傳動效率，對于皮帶傳動為0.95，聯(lián)軸器傳動為0.98，直聯(lián)為1。 = 對于G4-73-11No25D型鍋爐風機，取K=1.15，=0.838，=0.98。 則電動機的所需功率： 6.2 主要設備型號及技術參數(shù)確定 G4-73-11No25D型鍋爐風機 轉(zhuǎn)速 480r/min 全壓 2215～1578Pa 流量 171000～318000m3/h 效率 83.7%-84.0% 軸功率 125～165kW Y450—54—12 型號電動機 功率 200kW 電機地腳螺栓 M361000 mm SHWB60 電 除 塵 器 SHWB60電 除塵器 處理煙氣量 233139.7m3/h 煙氣溫度 120℃ 入口含塵濃度 35000 mg/Nm3 出口含塵濃度 200 mg/Nm3 煙氣流速 1.0m/s 電場有效長度 8m 電場有效高度 8m 同極間距 450mm 通道數(shù) 18個 總集塵面積 2567.38 m2 振打方式 側(cè)部繞臂錘機械振打 阻力損失 250Pa 除塵效率 99.4% 煙氣停留時間 8s 工作電壓 112.5Kv 工作電流 1232.53mA 氣體允許最高溫度 300℃ 第七章 總圖設計 7.1除塵器的總圖 見附圖一 7.2除塵器平面與立面布置圖 見附圖二 7.3電場布置圖 見附圖三 第八章 技術經(jīng)濟分析 8.1綜合技術經(jīng)濟指標 技術參數(shù) 設計指標 處理量 144600 Nm3/h 煙塵濃度 30000 mg/Nm3 允許排放濃度 200 mg/Nm3 總壓力損失 <3000～3500 Pa 除塵效率 99.4% 8.2人員編制 該除塵設備每天工作16小時，兩班制，每班2人，工人年薪3萬元。 8.3工程概算 具體設備費用見下表： 設備 單價 數(shù)量 費用 G4-73-11No25D 型鍋爐風機 17萬元/套 1套 17萬元 Y355L2-10型電動機 耗用鋼材費用 0.8萬元/噸 50噸 40萬元 管道 4萬元 電暈線 5萬元 此外還有配備高壓供電設備以及各種控制設備等等，故設備費用與建設成本總額總計為300萬元。 8.4運行費用分析 工人工資 12 萬元/年 設備折舊費（按成本的10%計） 30 萬元/年 平均維修費（按成本的5%計） 15 萬元/年 電費 150 萬元/年 總計 207 萬元/年 第九章 參考文獻 [1]《三廢處理工程計算手冊：廢氣卷》 劉天齊 主編 [2]《大氣污染控制工程設計方法與實例》李濟吾 編著 中國教育文化出版社 [3]《大氣污染控制工程》郝吉明 馬廣大 主編 高等教育出版社 [4]《除塵工程設計手冊》張殿印 王純 主編 化學工業(yè)出版社 [5]《除塵技術手冊》張殿印 張學義 編著 冶金工業(yè)出版社