旋風(fēng)除塵器設(shè)計.doc

設(shè)計原始資料： 鍋爐型號：DLP2-13 即，單鍋筒縱置式拋煤機爐，蒸發(fā)量2t/h，出口蒸汽壓力13MPa 設(shè)計耗煤量：360kg/h(按學(xué)號增加5) 設(shè)計煤成分：CY=60.5% HY=3% OY=4% NY=1% SY=1.5% AY=18% WY=12%； VY＝15％；屬于中硫煙煤 排煙溫度：165℃ 空氣過剩系數(shù)＝1.4 飛灰率＝21％ 煙氣在鍋爐出口前阻力650Pa 污染物排放按照鍋爐大氣污染物排放標準中2類區(qū)新建排污項目執(zhí)行。 連接鍋爐、凈化設(shè)備及煙囪等凈化系統(tǒng)的管道假設(shè)長度50m，90彎頭10個。 1. 燃燒計算 1.1 實際耗空氣量的計算 在標準狀況下，以1Kg應(yīng)用煤為基準進行計算，結(jié)果見表1-1。 1Kg該煤完全燃燒時所需要標準狀況下的氧氣的體積為： ＝（50.4+7.5+0.47-1.25）22.4=1279.448 L （1-1） 假設(shè)空氣中氮氧的摩爾數(shù)之比為N/O=3.78，則1Kg低硫煤完全燃燒時所需要的空氣體積為： =（1+3.78）1279.448=6115.953L （1-2） 實際消耗的空氣體積為： =1.4=1.46115.953=8562.333L （1-3） 表1-1 1Kg應(yīng)用煤的相關(guān)計算 成分 質(zhì)量 摩爾數(shù) 燃燒耗氧量 生成氣體量 生成氣體體積 C 605 50.4 50.4 50.4 1128.96 H 30 15 7.5 15 336 O 40 1.25 —— —— 28 N 10 0.36 —— 0.36 7.84 S 15 0.47 0.47 0.47 10.528 水分 120 6.67 —— —— 149.408 灰分 180 —— —— —— —— 1.2 產(chǎn)生煙氣量的計算 1Kg該煤完全燃燒后生成的煙氣量 =149.408+10.528+7.84+336+1128.96+8562.333=10195.069L =10.195 （1-4） 則，在160℃時的實際煙氣體積為為： =(160+273.15)=16.17 （1-5） 該鍋爐一小時產(chǎn)生的煙氣流量為： =16.17360=5821.2 /h=1.617/s （1-6） 1.3 灰分濃度及二氧化硫濃度的計算 煙氣中灰分的質(zhì)量為： =18021％=37.8g=37800mg （1-7） 煙氣中灰分的濃度為： =37800/16.17=2337.662mg/ （1-8） 煙氣中質(zhì)量為： =0.4764=30.08g=30080mg （1-9） 煙氣中的濃度為： =30080/16.17=1860.235mg/ （1-10） 2. 凈化方案設(shè)計及運行參數(shù)選擇 本設(shè)計中采用旋風(fēng)除塵設(shè)備進行凈化處理。 2.1 旋風(fēng)除塵器的工作原理 旋風(fēng)除塵器一般有帶有一錐形的外圓筒，進氣管，排氣管，圓錐觀和貯灰箱的排氣閥組成。當(dāng)含塵氣流以一定的速度（一般在14～25m/s之間，最大不超過35m/s）由進氣管進入旋風(fēng)除塵器后，氣流由直線運動變?yōu)閳A周運動。由于受到外圓筒上蓋及圓筒壁的限流，迫使氣流作自上而下的旋轉(zhuǎn)運動。旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生較大的離心力，塵粒在離心力的作用下，被甩向外筒壁，失去慣性后在重力的作用下，落入貯灰箱中，與氣體分離。而旋轉(zhuǎn)下降的氣流到達錐體時，因錐體收縮的影響，而向除塵器中心匯集，根據(jù)“旋轉(zhuǎn)矩”不變理論，其切向速度不斷升高，氣流下降到一定程度時，開始方向上升，經(jīng)排氣管排出[1]。 2.2 旋風(fēng)除塵器的特點 現(xiàn)在的旋風(fēng)除塵器具有結(jié)構(gòu)簡單；應(yīng)用廣泛；分離效率高可以有效地清除微粒；處理氣體量大且阻力低； 適用于高溫和腐蝕性氣體； 運行費用低；應(yīng)用廣泛等優(yōu)點[2]。 2.3 運行參數(shù)的選擇與設(shè)計 根據(jù)相關(guān)資料及實際運行情況，本設(shè)計中煙氣的入口速度取為。根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定及標準確灰分風(fēng)的最高允許排放濃度為[3]。則本設(shè)中要求達到的除塵效率為： (2-1) 2.4 凈化效率的影響因素 2.4.1旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)尺寸對凈化效率的影響 在旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)尺寸中主要的影響因素有：除塵器的外筒直徑，高度，氣體進口和排氣管形狀和大小。這些部件一般都有一較適宜的尺寸及組合。過大或過小都會降低設(shè)備效率。 2.4.2 操作條件對旋風(fēng)除塵器性能的影響 操作條件應(yīng)控制在一個較適宜的范圍內(nèi)，過大會降低設(shè)備效率，過小會增加阻力損失，兩種情況均不利于設(shè)備的高效運轉(zhuǎn)。 3.設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 3.1 進氣口設(shè)計計算 根據(jù)已有經(jīng)驗及實際運行已確定本設(shè)計中煙氣的入口速度為：?？紤]設(shè)備漏風(fēng)及安全運行等因素，假定實際進入設(shè)備的煙氣量為1.2Q。則進氣口部分的面積為： = =1.21.617/20=0.097 (3-1) 現(xiàn)有旋風(fēng)除塵器的進口有三類：直入切向進入式，蝸殼切向進入式，軸向進入反轉(zhuǎn)式（見圖3-1）。 直入切向進入式 蝸殼切向進入式 軸向進入反轉(zhuǎn)式 圖3-1 現(xiàn)有的幾類進氣管 本設(shè)計中采用蝸殼切向進入式 ，它可減少進口系統(tǒng)對筒體內(nèi)氣流的撞擊和干擾，其處理量大，壓力損失小。其尺寸一般為高寬之比在2～3之間。本設(shè)計中取。則進口的寬度為： (3-2) 進口高為： (3-3) 則實際的高寬比： (在2～3之間) （3-4） 實際進口面積為： （3-5） 實際的入口速度為： （3-6） 3.2 旋風(fēng)除塵器外筒直徑的設(shè)計計算 一般旋風(fēng)除塵器，其進口高，寬分別為旋風(fēng)除塵器外筒直徑的0.4～0.75倍和0.2～0.25倍。本設(shè)計中假定寬為外筒直徑的0.25倍，則高應(yīng)為0.501倍，則旋風(fēng)除塵器的外筒直徑為： （3-7） 3.3 旋風(fēng)除塵器高度的設(shè)計計算 性能較好的旋風(fēng)除塵器，其直筒部分高度一般為其外筒直徑的1～2倍，錐體部分高度為外筒直徑的1～3倍，錐部底角在20～40之間。本設(shè)計中直筒部分高度,錐體部分高度，分別取為旋風(fēng)除塵器外筒直徑的1.4倍及2倍。則： (3-8) (3-9) 旋風(fēng)除塵器的總高度為： (3-10) 3.4 旋風(fēng)除塵器排氣管的設(shè)計計算 現(xiàn)有的排氣管有兩類：底部收縮式和直管式（見圖3-2）。 直管式 底部收縮式 圖3-2 排氣管的類型 無論哪一類排氣管，其管徑一般取為旋風(fēng)除塵器外筒直徑的0.3～0.5倍。本設(shè)計采用直管式，其管徑取為，則排氣管管徑： (3-11) 排氣管插入旋風(fēng)除塵器外筒內(nèi)深度一般與進氣管下緣平齊或稍低。本設(shè)計中為避免氣體短路，伸入長度 取為。即。 3.5 排灰管的設(shè)計計算及卸灰裝置的選擇 旋風(fēng)除塵器的排灰管直徑一般取為外筒直徑的0.25倍，即。結(jié)合實際取為。實際。 底部錐角為： （在20～40之間） (3-12) 卸灰裝置兼有卸灰和密封兩種功能，是影響除塵器的關(guān)鍵部件之一。若有漏風(fēng)現(xiàn)象，不但影響正常排灰，而且嚴重影響除塵器效率。現(xiàn)有的卸灰裝置有兩類：二級翻板式和回轉(zhuǎn)式（見圖3-3）。本設(shè)計采用二級翻板式。 二級翻板式 回轉(zhuǎn)式 圖3-3 現(xiàn)有的兩類卸灰裝置 3.6 流體阻力計算 旋風(fēng)除塵器內(nèi)的壓力損失一般可按下式計算： (3-14) 式中：——煙氣密度，約為； ——除塵器內(nèi)含塵氣體的流速，； ——流體阻力系數(shù)，無量綱； 其中 (3-15) 式中：——旋風(fēng)除塵器的進口截面積，； ——排氣管直徑， 帶入相關(guān)值，得 (3-16) 所以，（在500pa～1500pa之間） 4. 煙囪的設(shè)計計算 由于煙囪有一定的高度，煙囪中的熱氣體受到大氣浮力的作用，而具有一定的幾何壓頭，在煙囪底部造成負壓—“抽力”。如果這種抽力正好能克服氣體在窯爐中流動的各種阻力，就能使窯內(nèi)熱氣體能源源不斷地流入煙囪底部，并通過煙囪排入大氣。 4.1 煙囪直徑的計算 煙囪內(nèi)煙氣的流速選為，則直徑可用下式計算： （4-1） 式中：——煙氣流量，； ——煙氣流速，； 1.2——修正系數(shù)。 所以煙囪的直徑為： （4-2） 取為，則實際煙氣流速為： 4.2 煙囪高度的設(shè)計計算 本設(shè)計中，參照國家標準，確定煙囪高度為，則煙氣抬升高度為： （4-3） 式中：——煙氣的熱釋放功率，； ——地區(qū)環(huán)境溫度， ——煙氣釋放速率，； ——大氣壓強，； ——溫差， 代入相關(guān)值得： 由于<，所以： 所以煙囪的總高度為： （4-4） 4.3 煙囪阻力損失計算 煙囪亦采用鋼管，其阻力可按下式計算： （4-5） 式中：——摩擦阻力系數(shù)，無量綱； ——管內(nèi)煙氣平均流速，； ——煙氣密度，； ——管道長度，； ——管道直徑， 已知鋼管的摩擦系數(shù)為0.02，所以煙囪的阻力損失為： 則地面最大濃度為： 可見地面最大濃度小于國家規(guī)定，煙囪高度設(shè)計合理。 5. 管道系統(tǒng)設(shè)計計算 5.1 管徑的計算 管道采用薄皮鋼管，管內(nèi)煙氣流速為，則管道直徑為： （5-1） 式中：——煙氣流量，； ——煙氣流速，； 1.2——修正系數(shù) 代入相關(guān)值得： 結(jié)合實際情況，取為，則實際煙氣流速為： （5-2） 5.2 摩擦阻力損失計算 根據(jù)流體力學(xué)原理，空氣在任何橫截面形狀不變的管道內(nèi)流動時，摩擦阻力可用下式計算： （5-3） 式中：——摩擦阻力系數(shù)，無量綱； ——管內(nèi)煙氣平均流速，； ——煙氣密度，； ——管道長度，； ——管道直徑，； 對于薄皮鋼管，查閱相關(guān)資料的鋼管的。代入相關(guān)數(shù)值得： 5.3 局部阻力損失計算 煙氣管道局部阻力損失可按下式計算： （5-4） 式中：——彎頭個數(shù)； ——局部阻力系數(shù)，無量綱； ——煙氣密度，； ——管內(nèi)煙氣平均流速，； 在煙氣管道中一般采用的是二中節(jié)二端節(jié)型90彎頭，其局部阻力損失系數(shù)，所以感到局部阻力損失為： （5-5） 總阻力損失為： （5-6） 5.4 風(fēng)機，電機的選擇 引風(fēng)機全壓頭可按下式計算： （5-7） 其中為系統(tǒng)總壓力損失： 所以風(fēng)機的全壓為： 引風(fēng)機的風(fēng)量可按下式計算： （5-8） 式中：——引風(fēng)機的風(fēng)量，； ——引風(fēng)機容積裕度系數(shù)，取為1.1； ——燃料消耗量，； ——每公斤燃料產(chǎn)生的煙氣量，； ——當(dāng)?shù)卮髿鈮海? ——℃引風(fēng)機入口處煙氣溫度，； 代入相關(guān)值得： （5-9） 結(jié)合風(fēng)機全壓及送風(fēng)量，選用Y5-47-6c型離心引風(fēng)機，其性能參數(shù)見表5-1。 表5-1 Y5-47-6c型離心引風(fēng)機性能參數(shù) 機號 NO 功率 Kw 轉(zhuǎn)速 r/min 流量 m3/h 全壓 pa 6c 18.5 2850 8020～15129 3364～2452 電機的效率 式中；Ne—電機功率，kW； Q—風(fēng)機的總風(fēng)量，m3/h； --通風(fēng)機全壓效率，一般取0.5～0.7； --機械傳動效率，對于直聯(lián)傳動為0.95； 代入數(shù)據(jù)得： 電機選擇：電機選用Y280S-4型，其性能參數(shù)見下表： 型號 馬力 HP/KW 電壓V 電流/A 轉(zhuǎn)數(shù)/r/min 效率/% 功率因素 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù) 堵轉(zhuǎn)電流 重量/KG Y280S-4 100/75 380 139.7 1480 92.7 0.88 1.9 7 562 6. 核算 排煙溫度下粉塵濃度為2337.662mg/m3，按旋風(fēng)除塵器除塵效率91.4%計，則粉塵的排放濃度為： ； 本設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定，污染物排放按照鍋爐大氣污染物排放標準中二類區(qū)新建排污項目執(zhí)行。由新污染源大氣污染物排放限值《GWPB3一1999 GBl3271—200lmission standardAir P0uutants for Coal—Baming oil—baming Gas—nred Boiler鍋爐大氣污染物排放標準》查得，煙囪高度為50m時，顆粒物最高允許排放濃度為200mg/m3。比較得出排放濃度和速率都不超標，因而設(shè)計合理，符合標準，所以該氣體經(jīng)處理后可以在國家2級標準下排放。 7. 總結(jié) 之前的學(xué)習(xí)只是書面上的知識，經(jīng)過一周的課程設(shè)計, 對旋風(fēng)除塵器的工作原理有更加清晰地認識，對其性能影響因素有了一個全面的了解，會了初步設(shè)計。知道了設(shè)備的運行過程，認識到設(shè)計是需要進行全面考慮的，各種影響因素對設(shè)備的影響的重要性等。設(shè)計中首先計算鍋爐用煤進行耗空氣量，煙氣流量，煙氣灰分及二氧化硫濃度。然后對旋風(fēng)除塵器各部分的尺寸進行設(shè)計計算。接著是煙囪高度的計算，直徑以及壓力損失等。最后是煙囪的管道設(shè)計計算。 此次設(shè)計中，單獨設(shè)計以及綜合運用所學(xué)知識是很重要的，體會了學(xué)以致用，感受到了付出帶來的充實和愉悅，同時對自己沒有掌握好的知識有了一個比較好的補充。當(dāng)要做設(shè)計的時候發(fā)現(xiàn)自己的知識儲備極其缺乏，更加清晰地認識到自己的狀況，對于以后的學(xué)習(xí)有指導(dǎo)意義。 　　　　　　　　參考文獻 [1]周興求，葉代啟.環(huán)保設(shè)備設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：19 [2]魏先勛，環(huán)境工程設(shè)計手冊[M].湖南：湖南科學(xué)出版社，2002：145 [3]GB3095-82，《大氣質(zhì)量標準》[S].北京：中國標準出版社，2002 16