大气课程设计 —袋式除尘器要点

某燃煤站锅炉烟气除尘系统设计

摘要：此设计为主要是为了某小型燃煤电站锅炉烟气除尘设计的一套

系统。根据燃煤烟气中粉尘的特点，设计煤量392.3kg/h, 排烟温度160℃，烟气密度（标态）1.37kg/m3，及排放要求初步选择了除尘器类型。选择LD14-56机械振打袋式除尘器。通过一系列除尘系统使最终排出的烟气达到锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）二类区标准—标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3。

关键词：燃煤站锅炉烟气；袋式除尘；机械振打

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一、 设计题目

某小型燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计

二、 设计资料

当地大气压：101.86 KPa

1） 锅炉型号：FG-35/3.82-M型（35t蒸气/h）； 2） 设计耗煤量： 392.3 kg/h； 3） 排烟温度：160℃；

4） 空气过剩系数：α= 1.2 ； 5） 烟气密度（标态）：1.37kg/m3 6） 室外空气平均温度；4℃； 7） 锅炉出口前烟气阻力：1200Pa； 8） 烟气其他性质按空气计算；

9） 燃煤组成： C=53.9% H=4.08% S=0.51% N=0.77% O=16.26% 水分

=19.03% 灰分=5.46% ，排灰系数28%； 10）

按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准执行：

标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3。

三、 设计目的

根据所学的知识，通过这次的设计对课程系统的理解与充分的消化。能更好的运用到理论上学到的知识，来解决此次的课程设计问题。并且通过设计，了解到了工程中的设计内容、方法与步骤，再加上大量的翻阅书籍来帮助我们更加的系统的完成计算，绘图、编写设计书，提高了自我的能力。

四、 设计要求

（一）编制一份设计说明书，主要内容包括：

1) 引言

2) 方案选择和说明（附流程简图） 3) 除尘（净化）设备设计计算

4) 附属设备的选型和计算（集气罩、管道、风机、电机）

2

5) 设计结果列表 6) 设计结果讨论和说明 7) 注明参考文献和设计资料

（二）绘制除尘（净化）系统平面布置图、立面布置图、轴测图 （三）绘制除尘（净化）主体设备图

五、设计内容

5.1 引言

目前，在国内把大气污染与空气污染往往当作同一词使用，即指厂房内部或其他劳动场所和活动场所的空气污染问题。随着经济的快速发展，人类在大量消耗能源的同时，将大量废气、烟尘杂质排入环境大气，严重影响了大气环境的质量，尤其在人口稠密的城市和大规模排放源的附近区域更为突出。

在燃煤的电厂中，生产性粉尘是指在生产中形成的，能较长时间飘浮在作业场所空气中的固体微粒。主要有输煤系统作业场所漂浮的煤尘，锅炉运行中产生的、锅炉检修中接触的锅炉尘，干式除尘器运行、干灰输送系统及粉煤灰综合利用作业场所的粉尘，电焊操作产生的电焊尘，采用湿法、干法脱硫工艺的制粉制浆系统产生的石灰、石灰石粉尘及石膏干燥系统、脱硫废渣利用抛弃系统产生的粉尘。对于其中产生的粉尘分散度越高，即粉尘粒径越小，其在空气中的稳定性越高，在空气中悬浮越持久，工人吸入的机会越多，对人体危害越大。呼吸性粉尘可沉淀在呼吸性的支气管壁和肺泡壁上。长期吸入生产性粉尘易引起以肺组织纤维化为主的全身性疾病。

本设计为某燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计。 5.2方案选择和说明

5.2.1 除尘器性能指标

3

表5-2除尘器性能指标

适用的粒径

除尘器名称 惯性除尘器 旋风除尘器 水浴除尘器 电除尘器 袋式除尘器 文丘里除尘器

范围（m）

20-50 5-15 1-10 0.5-1 0.5-1 0.5-1

效率（%） 50-70 60-90 80-95 90-98 95-99 90-98

阻力（Pa）

300 800 600 1000 50 1000

设备费 少 少 少 多 中上 少

运行费 少 中 中下 中上 大 大

除尘器的主要性能指标还包括了除尘效率、压力损失、处理气体量与负荷适应性等几个方面。

5.2.2 除尘器的选择

在选择除尘器时，要先完全考虑以下方面：

（1）除尘器的除尘效率（各种除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率见表2）； （2）选用的除尘器是否满足排放标准规定的排放浓度；

（3）注意粉尘的物理特性（例如黏性、比电阻、润湿性等）对除尘器性能 有较大的影响

另外，不同粒径粉尘的除尘器除尘效率有很大的不同；

（4）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 的出净化设备，去除粗大粉尘，以使设备更好地发挥作用； （5）气体温度和其他性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素； （6）所捕集粉尘的处理问题；

（7）设备位置，可利用的空间、环境条件等因素；

（8）设备的一次性投资（设备、安装和施工等）以及操作和维修费用等经 济因素。

综合考虑对除尘效率的要求、燃煤的性质及经济成本等宜选用袋式除尘器。 5.3设计依据

（1）《除尘器手册》 （ 张殿印 王纯 主编---化工工业出版社）

4

（2）《除尘工程设计手册》（ 张殿印 王纯 主编---化工工业出版社） 5.4 设计计算和配套设备的选择

5.4.1概述

燃煤电站烟气处理系统设计计算包括：各设备管道压力损失及布置，除尘器，风机等处理系统的相关设计。

5.4.2设计计算

（1）基本数据

燃煤电站日输入配合煤392.3吨。从锅炉排出煤气经冷凝洗涤除去焦油，奈，苯，氨等物质，经过换热器后进入燃烧室进行燃烧，产生烟气。煤气的组成（质量比）如下：C=53.9% H=4.08% S=0.51% N=0.77% O=16.26% 水分=19.02% 灰分=5.46%，空气过剩系数为1.2，煤气燃烧后的烟气温度为160℃。 （2）烟气排放量以及组成

表5-4 烟气排放量及组成

各组分 C H O N S H2O 灰分

体积（×103m3）

539 40.8 162.6 7.7 5.1 190.2 .60

需氧量（m3）

44.92 40.80 10.16 0.55 0.16 10.57

产生烟气量（m3）

44.92 10.2 -5.08125

0 0.16 0

产生烟气量

CO2

44.92 0 0 0 0 0

H2O

0 20.4 0 0 0 10.57

SO2

0 0 0 0 0.16 0

N2

0.00 0.00 0.00 0.28 0.00 0.00

理论需氧量：44.92+10.2+（-5.08）+0.16=50.19m3 理论空气量：50.19×（3.76+1）=238.93m3 实际空气量：238.93×1.2=286.72m3 过剩空气量：286.72－238.93=47.79m3

理论烟气量：44.92+30.97+0.16+0.28+188.7=265.04m3 总烟气量: (265.04+47.79)22.40.001=7.01m3 乘以用煤量：7.01392.3=2750m3/h=0.76m3/s

5

1kg烟气中的灰分 ：400.28203.8=2282.56g/h=0.63g/s 烟气含尘浓度：

1.672.32 0.765.4.4确定除尘器、烟囱的计算及管道的计算和布置

（1）管道计算

粉尘的性质为粉煤灰。工艺流程图如下：

燃煤电站工艺流程图

已知在锅炉中的温度为160℃，即T=433.15 K 情况下。 煤气总流量为：Q2750m3/h0.76m3/s 所以煤气在标况下： 管段（1-2） Q120.76433.151.205m3

273.11.20Q0.357m 根据=3.1412v查设计手册取管道中气速v=12m/s，可得 d1-2=

实际管道情况，管道内为气体如果速度小于12m,则有粉尘堵塞管道，为保证速度不小于12，取d1-2 =0.34m 实际流速 V实4Q41.20513.28m/s 22d3.140.34423.151.177m3

273.15管段（3-4） 标况下温度为1,150℃，即T=423.15 K Q340.76

6

管道中气速v=12m/s，可得 d3-4=41.20Q0.357m 根据实际管道情=

v3.1412况， 取d3-4 =0.34m 实际流速 V4Q41.177实d23.140.34212.97m/s 管段（5-6） 标况下温度为130℃，即T=403.15 K Q403.15560.76273.151.122m3

管道中气速v=14m/s，可得 d4Q41.2055-6=v=

3.14120.357m况，

取d5-6 =0.34m 实际流速 V4Q实d241.1223.140.34212.36m/s 管段（7-8） 标况下温度为130℃，即T=403.15 K Q403.15780.76273.151.122m3

管道中气速v=12m/s，可得 d4Q7-8=v=

41.2053.14120.357m况， 取d7-8 =0.34m 实际流速 V实4Qd241.1223.140.34212.36m/s 5.5 管道压力损失的计算

根据已知的数据：煤气在标况下的密度1.37kg/m3

160℃时，烟气密度0.86kg/m3

150℃时，烟气密度0.88kg/m3 130℃时，烟气密度0.93kg/m3 130℃时，烟气密度0.93kg/m3

5.5.1 沿程压力损失

管段1～2，在操作条件下

7

根据实际管道情根据实际管道情

g0.86kg/m3，L10m,d0.34m,v13.28m/s,0.012（镀锌管）

p122Lgv100.8613.2820.01226.8Pa

D20.342

管段3～4在操作条件下

g0.88kg/m3，L15m,d0.34m,v12.97m/s,0.012（镀锌管）

2Lgv150.8812.9720.01239.2Pa

D20.342p34

管段5～6，在操作条件下

g0.93kg/m3 L15m,d0.34m,v12.36m/s,0.012（镀锌管）

p56

管段7～8 在操作条件下

2Lgv150.9312.3620.01237.6Pa

D20.342g0.93kg/m3 L20m,d0.34m,v12.36m/s,0.012（镀锌管）

p562Lgv200.9312.3620.01250.1Pa

D20.342整理数据表格如下：

表5-5管道压力损失

标况下

管段

体积

1-2 3-4

0.76

5-6 7-8

1.37 密度

管道中 体积 1.205 1.177 1.122 1.122

密度 0.86 0.88 0.93 0.93

摩擦阻力系数 0.012 0.012 0.012 0.012

管道长度 10 15 15 20

气体流速 13.28 12.97 12.36 12.36

摩擦阻力损失 26.8 39.2 37.6 50.1

总摩擦压力损失为：

PP26.839.237.650.1153.7 5.5.2局部压力损失

8

管段1-2 查表可知：集气罩10.11(90)， 弯头20.18(90)

PW12v12220.8613.282(0.110.18)21.99 Pa

2管段3-4 弯头340.18(90) 使用2个

PW342v3420.8812.9720.18226.65 Pa

2管段5-6 弯头560.18(90) 使用2个

PW562v5620.9312.3620.18225.57 Pa

2管段7-8 风帽选h/D0.5, 查表得：71.30

PW782v7820.9312.3621.3092.35 Pa

25.6 袋式除尘器的设计计算 （1）确定烟气温度 为130 ℃ （2）滤料的选择 采用聚丙烯滤料 （3）计算过滤面积： AQ 60vf Q2750m3/h Vf1.0m/min 所以有： A275045.8m2

601.0A45.824.3 DL3.140.23（4）确定过滤袋数 取单个滤袋直径 D200mm 单个滤袋L3m n

为了布置方便取n=25，采用5×5排列，则实际的过滤速度：

vQ0.760.016m/s A253.140.23(5)滤袋的排列和间距

滤袋的排列采用长方形排列，每组5×5排列，滤袋间距选取250mm，边排滤袋和壳体距离也留有800mm宽的人行道。

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(6)确定气体分配室

为保证气体均匀地分配各个滤袋，气体分配室应该有足够的空间，净空高不应小于1000-1200mm.气体分配室的截面积按下式计算：

F（3-8）

Q vivi气体分配室的进口气速。一般取1.5～2.0m/s.此处取1.5m/s

Q袋式除尘器的处理气量。m3/s

F（7）确定排气管直径

0.760.51m2 1.5排气管直径按排气速度为2～5m/s确定。灰斗高度根据粉尘的性质而选取的灰斗倾斜角进行计算确定。取排气管排气速度v02m/s，则排气管直径：

D0Q0.760.38m v02（8）确定袋式除尘器的压力损失

袋式除尘器的压力损失P由通过清洁滤料的压力损失pf和通过粉尘层的压力损失pd和除尘器外壳结果的压力损失pc组成

ppcpfpd

除尘器的PC包括气体通过除尘器时的进出口以及灰斗内挡板等部位所消耗的能量，在正常运行下一般为200～500pa。 所以取PC400Pa

清洁滤料的阻力Pf为为过滤粉尘前的滤料阻力，由于气体速度较低，气体流量属于粘性流所以其阻力和流速成正比：

Pfu

—清洁滤料阻力系数；

—气体动力粘度；

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u—过滤速度；

（使用的滤袋料为涤纶602） 7.2107 2.03105 Vf0.016

pfu7.21072.031050.01623.39pa

滤料上积附的粉尘层的阻力Pd大小与粉尘的性质有关，可取

Pd1000pa，此时需清灰处理。

（9）确定过滤周期：

2PduCit

其中Ci为除尘器进口气体含尘浓度，单位为kg/m3，取=3.210。 从而过滤周期为：

11tpd1000259.2s4.3min

Civ23.210112.321032.031050.0162(10) 除尘器清灰装置选择：机械振动清灰袋式除尘器

这种除尘器是利用机械传动使滤袋振动，致使沉积在滤袋上的粉尘层落入灰斗中。有三种不同的振动方式，（1）滤袋沿垂直方向振动的方式，既可采用定期提升滤袋的吊挂框架的办法，也可利用偏心轮振打框架的方式；（2）滤袋沿水平方向振动的方式，可分为上部摆动和腰部摆动两种，（3）扭转一定角度，使袋上的粉尘层破碎而落入灰斗中。

利用偏心轮垂直振动清灰的袋式除尘器具有构造简单、清灰效果好、清灰耗电小等特点，它适用于含尘浓度不大、间歇性尘源的除尘。当采用多室结构，设阀门控制气路开闭时，也可用于连续性尘源的除尘。

（11）清灰排灰系统设计

排尘是与除灰联系在一起的，排灰设计也是比较重要的。排灰装置不仅要保证顺利排灰，而且还要保持最大限度的气密性，它对除尘器运行及净化效率有很大的影响。

本设计采用星形排灰阀。是因为星形排灰阀是一种连续输送粉尘的排灰装置。它能在密封条件下连续排灰，适用于烟尘排放量大的除尘器上使用。

星形排灰阀用电动机带动，由星形叶轮、电动机、减速装置组成，它的工作

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原理：电动机通过减速器带动星形转子转动，依靠灰尘下落充满上部叶轮间隔，当上部叶轮转到下面，将灰卸下，同时上部叶轮由灰柱密封。 5.7烟囱的设计计算

烟囱本身并不能减少排入大气的污染物的数量，但它能使污染物从局部地区转移到很大的扩散范围，利用大气的自净能力使地面污染物的浓度控制在人们可接受的范围内。烟囱越高，烟气上升能力越强，污染物可以再离地面上扩散，再加上高空风速大，稀释能力强，可使得大气污染程度减轻。

烟囱直径的计算：根据实际生产经验，烟囱底部直径一般取2.5m 烟囱出口内径可按下式计算：

D（3-12）

式中Q通过烟囱的总烟气量， m3/s

4Q vivi按表选取的烟囱出口烟气流速，选定vi=5 m/s

D40.760.44m

3.145此处D=450mm 烟囱底部直径

diD2iH

diD2.50.45H20.5m2i20.05（3-13）

式中 D----烟囱出口直径，m H---烟囱高度，m

i ---烟囱锥度，取 i=0.02，（通常i=0.02～0.3）

则烟囱高度为: H=21m (3)烟囱的抽力

烟囱的抽力取决于烟温、空气温度及烟囱高度，烟温越高，周围空气温度越低，烟囱的抽力越大；烟囱高度越高，其抽力也越大。

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P0.0345H(（3-14）

11)B

273t0273tf式中H—产生抽力的管道高度，m

t0—外界空气温度 ℃

tf—计算管段中烟气的平均温度 ℃ B—当地大气压 Pa

P0.034521(5.8 风机的选择以及计算

（1）风量的计算:

11)10132565Pa

273.1524273.15130 Qf(1K1)Q

式中：Q1为管道系统的总风量，m3/h。

K1安全系数，一般管道取0～0.1，除尘系统取0.1～0.15，

取K1=0.1。

为了保证系统能正常运行，确保安全，因此需要两台风机都能允许通过除尘器之后的系统的最大风量，即753787m3/h

则 Qf=（1+0.1）×2750=3025m3/h

（2）风压的计算：

Pf1K2P1.21423.39166.56651986Pa （3）电功率的计算：

NQfPf3600100012K

式中：N—风机配用电动机的功率，KW。

3

Qf—风机的风量，m/h

Pf—风机的风压，Pa K—电动机轴功率安全系数取1.2

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1—风机运行时的效率，一般为0.5～0.7。

2—机械传动效率，取1.0

则电机功率N302519861.23.34kw

360010000.61.0（4）风机型号的确定；

根据系统要求和计算结果选型号C4-73型排风机除尘常用风机性能见表3-6。

表3-6 除尘风机性能表

风机类型 排尘风机

型号 C4-73

全压/Pa 294～3922

风量/(m3/h ) 20～11100

功率/kW 1.1～22

备注

用于含尘浓度较高的除尘

系统

6.总结

此次设计是针对某燃煤站锅炉烟气的除尘系统进行的，包括除尘器、集气 管道、烟囱及其他附属设备等，从收集到排放，较全面地概括了一个除尘的工艺流程。设计中首先对背景条件和燃煤站锅炉烟气的原始数据条件按照设计要求进行了分析，然后从技术、排放标准及经济等方面来考虑，计算了除尘需要达到的除尘效率，查阅相关书籍手册后，选择了合适的除尘器并确定了型号。第二部分主要对布袋除尘器各部分的尺寸进行了设计计算，确定设计运行参数。第三部分对除尘系统的附属设备等进行了设计计算和选型，包括换热器、管道系统、烟囱管道和风机的设计计算，同时也计算了除尘系统总的阻力损失。做设计的过程中，用到了许多从前学过的知识，因为自己对那些内容掌握的不牢，花费了一些时间去看那些书，但也正是这样让我能够把前后学习的内容融会贯通了，对我们的专业有了进一步的认识。此次课程设计，过程充实，收获颇丰，能完成这次课程设计，要感谢老师们的悉心指导和帮助，希望以后还有机会向老师学习，也希望有更多机会参加到实际的生产和设计工去。

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参考文献

1.陈家庆. 环保设备原理与设计（第二版）. 北京：中国石化出版社，2008. 2.郝吉明，马广大. 大气污染控制工程（第二版）. 北京：高等教育出版社，2002. 3.何争光. 大气污染控制工程及应用实例. 北京：化学工业出版社，2004. 郝吉明，马广大．大气污染控制工程．高等教育出版社，2002年．

4.熊振湖，费学宁，池勇志．大气污染防治技术及工程应用[M]．机械工业出版社． 5.陈家庆．环保设备原理与设计．北京，中国石化出版社.2005年． 6.周敬宣．环保设备及课程设计．化学工业出版社.2007年． 7.郑铭，环保设备原理、设计、应用．化学工业出版社.2007年．

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