SHS35-39型锅炉中硫烟煤烟气旋风除尘系统设计.doc

中北大学2004级课程设计
目 录
1前言………………………………………………………………………………1
2 燃烧计算……………………………………………………………………………2
3 净化系统设计方案………………………………………………………………………4
3.1 旋风除尘器工作原理及特点…………………………………………………………4
3.2 旋风除尘器的设计参数………………………………………………………………4
3.3 净化效率的影响因素………………………………………………………………5
4 除尘设备结构设计计算…………………………………………………………………7
5 烟囱设计计算……………………………………………………………………………9
5.1烟囱几何高度的确定…………………………………………………………………9
5.2烟囱直径的计算……………………………………………………………………10
5.3烟囱阻力的计算……………………………………………………………………11
6 脱硫设计及其效率计算……………………………………………………………12
7 管道阻力计算……………………………………………………………………………13
7.1管径计算……………………………………………………………………………13
7.2阻力计算……………………………………………………………………………13
8 风机电机选择……………………………………………………………………………15
9 总结………………………………………………………………………………………17参考文献……………………………………………………………………………………18

摘要 ：煤炭燃烧排放的烟气，由于燃料成分含量不同，燃烧设施直接排放的烟气中污染物的浓度都不相同。在本次设计中主要是应用旋风除尘法去除烟气中的粉尘及部分。根据煤样的不同成分计算完全燃烧时产生的烟气量，通过烟气量确定旋风除尘器的入口气速及各部分尺寸，计算烟囱直径以及各部分阻力，通过校核选定所需的风机和电机，从而完成整个除尘系统的设计。

1 前言
旋风除尘器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种气—固分离装置
旋风除尘器用于工业生产以来，已有百余年历史。从1880年，旋风除尘器已用于清除气体中的粉尘。到本世纪，它用于收集木工问的锯屑和刨花。十年以后，旋风除尘器开始控制水泥及粉尘，此后不久它首次用于从烟气中消除飞灰。约于1930年才首次公布了预测旋风除尘器性能的研究成果。1940年深入研究了旋风除尘器中的气体流型，导致许多须测旋风防尘器压降和收集效率模型的研制。模拟旋风除尘器性能的研究成果一直持续到现在。
随着环境保护标准的日趋严格，旋风除尘技术在燃煤锅炉上的应用将更加广泛。文中通过对燃烧产生的烟气量、烟尘、二氧化硫浓度的计算以及对旋风除尘系统的机理的了解，并通过设计参数，设计了相适应的旋风除尘器。除尘器的除尘效率是衡量除尘器性能的一个重要的性能参数。通过技术的发展，在实际使用中，旋风除尘器的除尘效率己经可以达到90%以上；另外，从环境保护角度看，除尘器出口含尘浓度是具有更为重要意义的参数，因为除尘效率高并不意味着就一定能够达到排放的标准，只有当出口含尘浓度低于排放标准才能真正满足要求。

2 燃烧计算
设计耗煤量：4.2t/h，煤成分：CY=54.5%，HY=4%，OY=4%，NY=1%，SY=1.5%，AY=23%， WY=12%；VY＝15％；属于中硫烟煤。排烟温度：160℃； 空气过剩系数＝1.25；飞灰率＝29％ ；烟气在锅炉出口前阻力850Pa污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度200m，90°弯头40个。
⑴煤完全燃烧所需理论空气量量：
煤完全燃烧时理论需氧量，如表1-1所示：
表1-1 煤完全燃烧时理论需氧量
煤成分 质量（） 摩尔数（） 需氧量（）
545 45.42 45.42
40 20 10
40 1.25 -1.25
15 0.469 0.469
230
120
所以完全燃烧理论需氧量为：
则所需理论空气量为：
⑵每小时产生烟气量：
煤完全燃烧时产生烟气量：; (2.1)
式中： ——煤完全燃烧的实际空气供应量，；
即 (2.2)
取
——煤中水分和生成水分，；
其中：,;
所以
由条件可知：每小时燃煤为，所以有

⑶烟气中烟尘浓度为：；
⑷烟气中浓度：

3 净化系统设计方案
3.1 旋风除尘器工作原理及特点
旋风式除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气体中分离的装置。由筒体、锥体、进气管、排气管、和排灰口等部分组成。当含尘气体由切向进气口进入旋风除尘器时，气流由直线运动变为圆周运动，旋转气流的绝大部分沿除尘器内壁呈螺旋形向下，朝向锥体流动，通常称此为外旋气流。 含尘气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于气体的粉尘粒子甩向除尘器壁面。粉尘粒子一旦与除尘器壁面接触，便失去径向惯性力而靠向下的动量和重力沿壁面下落，进入排灰管。旋转下降的外旋气流到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。根据旋矩不变原理，其切向速度不断提高，粉尘粒子所受离心力也不断加强。当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从除尘器中部由下反转向上，继续做螺旋形运动，构成内旋气流。最后净化气体经排气管排出，小部分未被捕集的粉尘粒子也随之排出。
旋风式除尘器具有如下特点：
①结构简单，本身无运动部件，不需特殊的附属设备，占地面积小，制造安装投资较少；
②操作、维护简便，压力损失中等，动力消耗不大，运转、维护费用较低；
③操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度、温度限制。
3.2 旋风除尘器的设计参数
①筒体直径 旋风除尘器筒体直径愈小，愈能分离细小尘粒。但过小时易引起粉尘的堵塞，所以筒径一般不小于。为保证除尘效率不致降低太大，筒径一般不大于。如果处理气量大，则考虑采用并联组合型式的旋风除尘器。
②入口尺寸 旋风式除尘器入口断面多为矩形。设宽度为，高度为，面积为，则可用旋风式除尘器类型系数（入口面积与筒体直径的平方之比）表示其特性，即

值一般范围是。蜗壳式进口的值较大，筒体直径相对较小，处理气体能力较大，入口的高度比一般为，即多为狭长型入口。
③排气管直径 排气管直径愈小，除尘效率愈高，压力损失也愈大，一般为左右。
④筒体高度 一般对分离效果影响不大，通常取为宜。
⑤锥体高度与圆锥角 锥体高度增大，对降低阻力和提高除尘效率皆有利，但要和筒体高度一起综合考虑，当，左右时，可以获得满意的除尘效率；若继续增高，效率增加就不明显了。常用旋风除尘器锥体高度，一般取为左右。
圆锥角增大时，气流旋转半径很快变小，切向速度增加很快，增加圆锥内壁磨损，因此圆锥角不宜过大；而过小时又使除尘器高度增加，所以一般为度为宜。
总体来讲，锥体高度和筒体高度要统一考虑，两者总长适当增加对降低压力损失和提高除尘效率皆有利，一般多取+，不超过。
⑥排气管插入深度 排气管插入深度与除尘结构型式有关，一般型式的排气管插至筒体下端，或插至入口下端。具体排气管插入深度视除尘器型式具体由实验决定。
⑦排尘口直径 排尘口直径一般为（）左右。过小会影响粉尘沉降，再次被上升气流带走，同时易被粉尘堵塞，特别是粘性粉尘，最小应使。
3.3 净化效率的影响因素
影响旋风除尘器除尘效果的因素综合起来有：二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操作变量等。
①二次效应 效率曲线与实际的效率曲线是不一致的。造成差异的原因就是二次效应，即被捕集粒子的重新进入气流，在较小粒径区间内，理应浊出的粒子由于聚集或被较大尘粒控向壁画而脱离气流获得捕集，实际效率高于理论效率。；
②比例尺寸 高效旋风除尘器的各个部件都有一定的尺寸比例，这些比例尺寸是基于广泛调查研究的结果。一个比例关系的变动，能影响应旋风除尘器的效率和压力损失。
③旋风除尘器的结构型式很多 XLT型旋风除尘器、XLP型旋风除尘器、XLK型旋风除尘器、多管旋风除尘器等，不同的结构会产生不同的影响。
除尘器下部的严密性也是影响除尘效率的一个重要因素 ，锥体底部也会处于负压状态。如果除尘器下部不严密，漏入外部空气，会把正在落入灰斗的粉尘重新带走，使除尘效率显著下降。

4 除尘设备结构设计计算
设计工艺流程图如图1.1所示

如图1.1 旋风除尘系统工艺流程图
经过计算可知每秒燃煤为：，所以每秒产生烟气量为：
①确定入口尺寸及直径
设计除尘器数量为8筒，取入口流速，则入口总面积。由设计参数可取，所以得，。取，则可有。
采用旋风除尘器类型系数校核： 符合条件。
②排气管直径
③筒体高度
④锥体高度，圆锥角取
⑤排气管插入深度
⑥排尘口直径
采用旋风除尘器阻力校核： (4.1)
式中： ——烟气浓度，；
——局部阻力系数。
其中：
，
所以 符合条件
（局部阻力控制在之间）

5 烟囱设计计算
5.1 烟囱几何高度的确定
由设计任务书上可得锅炉燃煤量为，然后根据锅炉房总容量与烟囱最低允许高度如表1-2所示，取烟囱几何高度为。
表1-2 锅炉房总容量与烟囱最低允许高度关系
锅炉房总容量（） MW 烟囱最低允许高度（）
〈1 〈0.7 20
1～2 0.12～1.4 25
2～4 1.4～2.8 30
4～10 2.8～7 35
10～20 7～14 40
20～40 14～28 45
抬升高度的计算：
(5.1)
式中： ——大气压强，（取）
——实际排烟量，
所以〈
则有： （为烟囱出口处的平均风速）
烟囱有效高度为
校核烟囱几何高度：
地面最大浓度： (5.2)
式中：——地面最大浓度，；
——质量流量，；
——平均风速，；
——烟囱有效高度，；
——常数，一般取0.5~1。
其中：,,
所以 符合标准。
则烟囱几何高度为 ：。
5.2烟囱直径的计算
烟囱出口内经按下式计算： (5.3)
式中： ——通过烟囱的烟气量，；
——烟囱出口烟气流速，。
（取出口流速，一般为）
其中
所以，
烟囱底部直径：
(5.4)
式中： —烟囱高度，；
—烟囱锥角（通常取），此处设计取)。
所以可得
烟囱底部流速： （5.5）
5.3烟囱阻力的计算：
由下式可得
(5.6)
式中： ——烟囱高度，；
——烟囱平均直径，取均值；
——烟气密度，设标况下烟气的密度为： ；
则可得在实际温度下的密度：；
——烟囱中气流平均流速，；（ ）
——摩擦阻力系数。
（实际中对金属管道值取，对砖砌或混凝土管道值可取）。

6 脱硫设计及其效率计算
由上述除尘器设计可知，8个单独的旋风除尘器处理烟气量为：
所以每秒进入旋风除尘器的量为。由烟尘、允许排放浓度（见表1-3）可知，（二类地区），

表1-3 烟尘、允许排放浓度
烟尘浓度
一类地区 二类地区 三类地区 燃煤含硫量 燃煤含硫量〉
100 250 350 1200 1800
由此可知，要求达到的脱硫效率和除尘效率分别为：

所以每秒需要去除的量为.
采用喷淋石灰水的方法脱硫，脱硫机理为：
=

取澄清石灰水进行吸收，石灰水浓度为：，所以理论上需喷淋石灰水量
为：
工程实际中要求过量倍，取倍，则喷淋量。
取每秒为：。喷嘴安装在旋风除尘器上端中，采用32个喷头。
7 管道阻力计算
7.1 管径计算
管道采用钢管，由文献资料查得煤粉灰在管内垂直方向运动速度为，水平方向为。取流速为。所以有管径为：
(7.1)
式中：——管道直径，；
——烟气流量，；
——烟气管道中流速，。
所以，取
校核流速： 符合条件。
7.2 阻力计算
①摩擦阻力损失
(7.2)
式中： ——管道摩擦阻力损失，；
——管道长度，；
——管道直径，；
——烟气密度，
——管中气流平均流速，；
——摩擦阻力系数，取值0.02。
其中： ，，，
所以
② 局部阻力损失
(7.3)
式中： ——局部阻力损失，；
——弯头个数；
——异形管道的局部阻力系数，。
其中：
所以
则管路阻力为。

8 风机电机选择
除尘系统总阻力为：，即

①选择风机的计算风量：
②选择风机的计算风压：
根据上述风量和风压，在通风样本上选择 型离心引风机，风机参数见表1-4为：
表1-4 风机参数
名称 参数
机号传动方式 C
转速（） 1800
工况序号 8
流量() 34800
全压（Pa） 2364
效率/% 87.2
轴功率/KW 695
电动机型号 Y200L2-2
电动机功率/KW 37
为保证风压，所以才用3台引风机串联工作。
复核电动机校核： (8.1)
式中： ——风机工作状态下实际所需功率，；
——安全系数，按表1-5选取；
——风机效率，%；
——机械传动效率，%；按表1-6取。
表1-5 安全系数
电动机功率/ 通风机 引风机
0.5以下 1.5 ——
0.5～1.0 1.4 ——
1.0～2.0 1.3 ——
2.0～5.0 1.2 1.3
5.0以上 1.15 1.3
表1-6 传动方式与效率关系
传动方式 效率%
电机直联传动 1
联轴器直连传动 0.98
三角带传动滚动轴承 0.95
所以有校核效率为： 符合条件。

9 总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
这次课程设计主要是结合课程内容，深入做一些工作量相对较大的练习，使我在自己亲自动手操作的过程中，比较综合性的应用所学过的知识，能够解决一些实际的问题，以弥补课堂教学的局限性。通过对旋风除尘器除尘系统的的设计，培养了我综合分析和细部深入设计的能力，锻炼了我调查研究、文献检索等能力，对科学发展新动向有所了解，同时在设计中，提高图纸表达能力，熟练掌握工具书的应用，以及计算机的应用。
经过几天紧张的课程设计，从中学到了许多在课本上所学不到的东西，而且锻炼了自己的能力，使自己也更深地了解了旋风除尘系统的优点及原理，为以后走上工作岗位奠定了一定的基础。此设计由于时间紧凑，其中难免有许多不足之处，希望老师及各位读者批评知道。

参考文献
[1].周兴求，叶代启.环保设备设计手册—大气污染控制设备，北京：化学工业出版社，2003
[2].刘天齐,三废处理工程技术手册·废气卷.北京：化学工业出版社，1999
[3].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
[4].魏先勋,主编.环境工程设计手册·北京：化学工业出版社，1996
[5].黄学敏，张承中.大气污染控制工程实践教程.北京：高等教育出版社，2003
[6].罗辉.环保设备设计与应用. 北京：高等教育出版社，2003

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