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论文案例大全-新疆绿华糖厂1号锅炉通风与除尘系统设计

2021-06-10 11:54:36

  随着国内环保意识日益加强,近年来粉尘的危害受到国家的重视,除尘的技术也在不断的提升。基于除尘方式也在这种大环境下逐渐产生。虽然国内的除尘技术还是有很多不足,但是随着环保政策的不断出台,除尘技术也在不断的完善,确保工作人员的人身健康,除尘效率达到最佳。

  本论文设计并实现了一个布袋除尘的全过程,其主要过程有进行粉尘类型的确定、排风罩形式的选择、除尘器的设计、滤料的选用、管道设计与计算、风机与电机选型、烟囱设计、经济概算。重点介绍了排风量计算、除尘器设计计算、管道计算、管道水力计算表。

  除尘器设计计算是研究的重点,在国内外大量文献的基础上,本文针对工业锅炉与除尘的问题。文中对锅炉粉尘的产生、危害,除尘系统选择进行了详细的设计和分析,并对排风量计算、除尘器设计计算和管道计算进行了独特的设计,使绿华糖业锅炉除尘作为这一特定问题的要求。

  绿华糖业有限责任公司位于伊宁市郊区,公司主营白砂糖、甜菜颗粒物,主要有制糖车间、动力车间、颗粒白车间、供排水车间、机修、机关各部门组成。

  随着国家经济建设由粗放热向可持续、绿色环保的转变,本着对生态文明建设的不断推进,对高耗能、高污染企业的监管,督办不断加强,形成的常态化、智能化,全方位无死角监督再次大环境化,我公司相应国家号召,不断加大对环境保护的投资,先后投大量资金建立起了先进的污水处理厂,烟气排放连续监测系统,布袋除尘系统,脱硫脱硝系统。

  绿华糖业动力车间是为糖厂生产提供电、蒸气的自备电厂,由4台锅炉,包括2台20吨链条炉,1台50吨流化床锅炉,1台35吨流化床锅炉组成,1台7000kw汽轮发电机组成,锅炉是通过燃料的燃烧,将燃料的化学能转换成热能,并用转换的热能求工业生产中的余热来加热锅炉的给水,从而获得一定数量,压力和温度的蒸汽和热水的设备。

  1.2糖厂的生产工艺特点

  锅炉设备在运行要完成以下三个工作过程:

  (1)燃料的燃烧过程:煤由皮带输送机达到煤仓储存,然后在煤斗和煤闸板的控制下,滑落由前向后移动的链条炉排或皮带输煤机送入炉膛进行预热,着火、燃烧和燃尽。

  (2)热量的传递过程:煤在炉膛内燃烧生成的高温烟气,首先在炉膛内与四周的水冷壁进行辐射换热,然后依次流过对流管束、蒸气过热器、煤器和空气预热器进行对流换热。

  (3)蒸气的产生过程:主要包括水循环和汽水分离两个过程,经过水处理的锅炉给水由给水泵送入煤器被烟气预热而使水升高温度,然后水进入上锅筒,流入对刘来的和水冷壁中,持续被高温烟气加热至沸腾,并形成汽水混合物,而上升到上锅筒内进行汽水分离,分离后的干饱和蒸气聚集在锅筒上部,如需饱和蒸气,可用蒸气引出管引出供给用户使用,如需过热蒸汽,可将饱和蒸汽在送入蒸汽过热器,继续吸收高温烟气的热量成为过热蒸气。

  1.3粉尘治理现状

  新疆绿华糖业现有三座锅炉,1#炉为215 m3,2#炉为300 m3,3#炉为350 m3,年产糖量为4万吨,供转电,锅炉每天转换汽的时间大于20小时,平均每转换一天汽约生产2.5kg烟尘。其烟尘分散污染范围广,污染时间长,烟气量大。针对此情况,锅炉除尘器引进了正压式布袋除尘器,由于粉尘在进入除尘器之前通过系统风机,致使系统风机叶轮和机壳磨损严重,增加了设备的维修费和生产成本,且除尘效果达不到国家标准。同时该系统存在严重的炉前除尘系统开机率不足的情况,除尘设备常处于一种停运半停运状况,其原因主要是捕集率低、管路堵塞、开机后效果不明显、工人不愿意用的现象,另外设计上有缺陷,影响职工操作。

  绿华糖业自备电厂烟气脱硫脱硝主要采用湿法。湿法采用的脱硫剂主要使用制糖车间制榨糖后排除的废料滤泥(含石灰),偶尔使用片碱,对烟气的吸收效率较高,脱硫反应速度快,应用较普通,烟气脱硝采用的脱销剂主要使用尿素,混入软化水,喷入的锅炉烟道气中,进行脱硝,属于常规脱硝方法。

  2.粉尘污染特点及其危害

  2.1厂区粉尘污染特点

  燃料在炉内的燃烧过程中,由于不完全燃烧,而产生烟尘(煤烟和尘粒)及有害气体(So2和NOx)这些有害气体是大气的主要污染源。因此,必须对锅炉排出烟气中的烟尘和有害气,采取消烟和除尘措施,和锅炉设备配套的过去采用的是湿式除尘器,即麻石除尘器,除尘效率在85%以上。近几年,国家对环保要求越来越严格,对大气排放污染物采取零容纳,绿华糖业先后投入巨资对动力车间千台锅炉进行技术改造,排除污染物不达标的麻石除尘器和烟囱,先后上先进工艺的布袋除尘器装置千套,脱硫塔2套,脱硝装置千套,使绿华糖业公司烟气排放符合国家环保排放要求,即保护了环境,又维护了糖厂的利益。

  2.2粉尘的危害

  2.2.1对人体的危害

  锅炉燃烧主要污染源通常在工作人员呼吸带以下,并且污染源的性质特点是具有分散性,污染范围大,锅炉燃烧时产生的粉尘的粒径较小,极易进入人体内,则会对人体产生严重的伤害,并且此刻所散发出烟尘、一氧化碳以及二氧化硫等有毒有害气体。

  锅炉燃烧时产生的粉尘绝大部分在10μm以下,其粒径决定了其为可吸入性粉尘,容易在人体内存储,对人体造成严重的伤害,如尘肺病、支气管哮喘、粉尘性支气管炎及偏头痛等变态反应病。一直生活在粉尘污染严重的工作人员吸入的大量粉尘可聚集在肺泡组织中,特点是产生一些非正常反应,同时也可通过此粉尘的沉积,发生轻微的纤维化病变,使肺部组织趋向硬化方向,发生一系列的尘肺病。

  (1)煤尘对人体的危害

  锅炉燃烧时产生的粉尘绝大部分在10μm以下,为可吸入性粉尘,在人体内堆积较容易,会造成人体体内巨大的伤害,如支气管哮喘、角膜损伤、湿疹及偏头痛等变态反应性疾病。在粉尘污染源严重的地方工作中的作业人员吸入的大量煤渣尘可沉积在肺组织中,主要产生一般的异物反应,也可继发轻微的纤维化病变,使肺部组织逐渐硬化,发生尘肺病。

  (2)有害气体对人体的伤害

  细粉尘特别是金属氧化物粉尘具有较强的吸附和催化作用,大气中有许多有害气体或元素易被其吸附。如果吸附有害成分的粉尘被人体吸入,更加剧了对人体的危害。锅炉燃烧时,操作区含有较高浓度的有害气体,其中一氧化碳60~213 mg/m3,二氧化硫98~185mg/m3。

  一氧化碳是一种对血液和神经系统毒性很强的污染物。空气中的一氧化碳,通过呼吸系统,进入人体血液内,与血液中的血红蛋白、肌肉中的肌红蛋白、含二价铁的呼吸酶结合,形成可逆性的结合物。一氧化碳与血红蛋白的结合,不仅降低了血球携带氧的能力,而且还抑制、延缓氧血红蛋白的解析和释放,导致机体组织因缺氧而坏死,严重者则可能危及人的生命。

  二氧化硫一般通过呼吸道进入人体,易被湿润的粘膜表面吸收生成亚硫酸、硫酸。它对眼及呼吸道粘膜有强烈的刺激作用。大量吸入可引起肺水肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。长期处于低浓度二氧化硫环境中可有头痛、头昏、乏力等全身症状以及慢性鼻炎、咽喉炎、支气管炎、嗅觉及味觉减退等,少数工人还会有牙齿酸蚀症。

  2.2.2对生产危害

  粉尘的磨损性是指粉尘在运动的过程中,与此外部的物质相互碰撞,相互摩擦所造成的阻碍和损失。当气流速度与含尘浓度达到一定的水平时,粉尘的一系列损失的能量可用材料本身的损失程度来表示。粉尘的磨损性不光与其强硬度有关,还与粉尘自身的重量、形状、密度等因素有关。空气中的粉尘在流动时与机器之间产生的摩擦,可以更快的使机器部件受到损失,同时也会使机器设备整体损坏影响机器设备在工作的精确程度,还会影响所生产出的产品美观,使产品的质量、成效下降,最终会使产品受到严重的损坏。

  此外,严重的大气粉尘污染会导致作业场所中能见度的降低,工作人员在操作时很容易发生错误、出现事故。

  3.除尘系统的选择

  3.1区域概况

  该厂房主要产尘点共有九处,本设计中糖厂的1号锅炉的主要产尘点为出风口、煤渣口和撇渣器三处。其中每个锅炉有两个出风口,每个出风口的管路对应有一个煤渣口,两侧锅炉各配有两个,中间锅炉配有三个锅炉罐。三座锅炉同时燃烧,每个锅炉的两个出风口不同时作业,每座锅炉所对应的锅炉罐也不同时作业。

  3.2除尘系统的分类

  除尘系统特别的多按照不同类型和性质的特点,可分为就地除尘系统、分散除尘系统和集中除尘系统;按除尘器的不同类型,可分为干式除尘系统和湿式除尘系统;按通过除尘器的段数,可分为单段除尘系统和多段除尘系统;按除尘器在系统中所处的位置,可分为正压式除尘系统和负压式除尘系统。

  3.2.1干式除尘系统和湿式除尘系统

  除尘系统按选用不同类型的除尘设备可以分为干式除尘系统和湿式除尘器系统两种类型。

  (1)干式除尘系统

  干式除尘系统可使用干式除尘器,不需要通过水作为除尘的中间产物。在所有除尘系统中干式除尘系统占90%以上。

  干式除尘系统的特点是:

  1)应用的范围广泛,通过使绝大多数除尘对象得到保证,特别是大范围面积的除尘系统,基本上都是使用干式除尘系统;

  2)捕捉收集的粉尘是以干粉状的形态排出来的,有利于整合处理和更多的利用,但处理不恰当时容易造成第二次的扬尘;

  3)处理相对湿润度高的含尘气体或温度较高的气体时,通常运用的办法是预防变为露状态的方式,不然容易造成粉尘相互粘住、阻碍现象;

  4)当气体中存在毒害性的气体时干式除尘系统则不能消除其有毒害性的气体。

  (2)湿式除尘系统

  湿式除尘系统使用以水作为净化中间产物的湿式除尘器,其特点如下所述:

  1)除尘设备其内部构造相对简单,开始的资金相对较低,净化所产生的效果也很高。

  2)可以处理一些湿润度高、有腐蚀性质的含尘气体。为了改变粉尘的相互粘住、阻碍其它气体的现象,通过在管道和除尘器上安装冲洗装置。当含尘气体具有腐蚀性时,除尘设备和管道需要运用抗腐蚀性的原料来生产。

  3)在除尘的同时,同时需要吸入含尘气体中的其余的有害物质,同时会造成气体温度下降。对清理含有害物质的温度较高的含尘气体具有重大的特点。

  4)消耗掉的水比较大,排出柔软泥状的含尘污水。它必须要很多的水源,同时放置含尘污水净化设备。对工业生产中有污水处理的车间(如湿法选糖厂),合适运用湿式除尘系统,其含尘污水需要排入工业生产的污水管道中,集中加以处理。

  5)总共消耗的能量比较高;高效湿式除尘器(如文氏管除尘器)的阻碍程度相对具有共同效果的干式除尘器高得多。

  6)北方地区采用湿式除尘系统,要关注处理冬天寒冷的问题。

  根据厂区概况和产生粉尘的特点,运用干式除尘系统合理。其原因如下:

  1)该生产车间所占的位置较大,要采用大型集中除尘系统;

  2)锅炉燃烧时造成的粉尘多数为无机粉尘,具有再次利用的资源,采用干式除尘系统便于其粉尘的回收;

  3)生产过程中产生毒害性的气体的除尘程度不大,同时气体内繁琐,比较困难有一个具体的量,所以不需要去思考;

  4)该厂没有污水处理车间,并且通过省用水资源的方向思考采用干式除尘系统相对更好;

  5)利用湿式除尘系统大体上消耗掉的相对高,同时伊犁地区冬季温度较低需要思考冬季预防寒冷的原因,所以通过干式除尘系统相对能够节约很多。

  3.2.2就地除尘系统、集中除尘系统和分散除尘系统

  除尘系统按照其本身的状态和所具有的性质特点,可以分为就地除尘系统、

  分散除尘系统和集中除尘系统三种类型。本设计中还需要分析生产过程、生产设备的自身特点、厂房所具备的和除尘排风量的程度等因素,逐步选取。

  (1)就地除尘系统

  就地除尘系统的除尘器通常处于在清理粉尘的位置上,直接吸收、处理含尘气体。就地除尘系统的特点如下所述:

  1)一方面除尘,没有吸尘罩、吸尘管路及卸尘装置,系统方便,摆放比较密,上手容易,维修处理比较简单。

  2)通过除尘器、通风机和电动机等合为整个,构成就地除尘机组。

  3)位于料仓上或推进生产设备上的就地除尘机组也不可以放置排风接口,处理过后的空气直接排放在厂房里面,同时机组需要非常高的处理成效,同时保证充入在室内的空气含尘浓度能够具有国家卫生标准的基本需求。

  4)外部的尺寸小,解决的含尘气体量也小;需要排风量不大的扬尘点。

  (2)集中除尘系统

  产尘点多、比较聚集、不同点的排风量大,同时具有放置大型除尘设备的能力,可将一个或几个紧连的车间或生产过程的除尘排风点放置到大型除尘设备,形成集中除尘系统。

  集中除尘系统的特点如下所述:

  1)解决问题的方面大、紧接的除尘排风点多。集中除尘系统的解决能力每小时可高达几十万立方米乃至上百万立方米,所连接的排风点多达几十个乃至近百个。

  2)合适在配用的布袋除尘器、静电除尘器等高效清理设备,有利于减少对大气环境的污染。

  3)根据除尘设备汇集摆放,排尘量大,更方便粉尘的合并解决和再次使用,同时降低了再次扬尘。通过专职管理人员,采用集中管理,维持比较高的的维修管理状态。

  4)位置需要较广泛,管网和设备的启动资金比较高;运营资金比分散除尘器系统高。

  5)管网非常繁琐,阻碍的相持、运营的改善比较复杂。除尘系统运行后一般需要除尘系统配置和修改。

  (3)分散除尘系统

  分散除尘系统通常应用在相似的工程设备或类别相同的生产过程的几个距离相对近的除尘排风点,其除尘器和通风机通常分别放置在产生粉尘的设备周围,是现在使用很多的除尘系统。

  分散除尘系统的特点如下所述:

  1)运用厂房的空间位置放置除尘设备,对放置点的地方有较好的合理性。

  2)管道比较短,分支管较少,摆放简易,加入一定的调节系统阻碍的能力便可以实现相持平。

  3)系统上手方便,运营结果相对有信服度,同时生产工作人员一起操作,但捕捉采集的粉尘吸入和解决起来都相对繁琐。

  3.2.3单段除尘系统和多段除尘系统

  除尘系统通过运用除尘器的段数,可以分为单段除尘系统和多段除尘系统。

  (1)单段除尘系统

  单段除尘系统构成简单,费用和运用资金比较小,维修管理工作量比较少。在一段除尘器能够实现所需的除尘成效及满足的除尘器选用的方式的情况下,都具备选用单段除尘系统。

  (2)多段除尘系统

  多段除尘系统中,都具有二段或二段以上的除尘设备。其特点如下所述:

  1)如果一段除尘器的成效没有完成这一阶段的除尘成效时,需要采用多段除尘系统。

  2)除尘系统的开始具备的尘粒浓度远远突出了某种除尘器的进入入口含尘浓度时,需要此除尘器前安装预测清理设备,完成多段除尘系统。如电除尘器的入口尘粒浓度超过60 g/m3时,可以造成触电昏迷的现象,导致清理成效,同时需要放入更多预计的除尘装置。

  3)含尘气体中具有磨琢性强的粗粉尘或纤维状物质,更多的容易、较小阻碍程度的预测除尘装置,维持更多的除尘器在通常运行在多段除尘系统中,低效除尘器应造成在高效除尘器之前。

  4)根据锅炉燃烧产生的烟尘的扩散浓度大,粒子粒径较小,选择单段除尘系统可以达到要求,但是从资金方面思考,单段除尘系统资金和运营资金比较少,保持管理工作量比较少。因此,本设计选用单段除尘系统。

  3.2.4负压除尘系统和正压除尘系统

  除尘系统通过除尘器和通风机在生产过程中的相应地方,可以分为负压除尘系统和正压除尘系统。

  (1)负压除尘系统负压除尘系统中,除尘器设置在通风机之前(负压段或吸入段)。其特点如下所述:

  1)根据除尘器放在通风机之前,经过通风机的气体已经通过除尘,含尘浓度低,通风机遭受损失其减少,维持力强,解决开始浓度高的含尘气体时,通常运用负压除尘系统。

  2)除尘器和管道位于通风机的负压段,会吸入空气,产生漏风。负压除尘系统的漏风率为5%~10%,增加了通风机的风量,消耗了更多电。

  3)在负压除尘系统设计中需要运用的方法应更多的减少除尘器和管道的漏风,从此维持了除尘器的正常运转。

  (2)正压除尘系统正压除尘系统中,除尘器设置在通风机之后(正压段或压出段)。其特点如下所述:

  1)根据流过通风机的含尘气体没有除尘器处理,通风机的叶轮和机壳更会造成粉尘损失。所以,正压除尘系统比较合适在气体含尘浓度3g/m 3以下、粉尘损失性比较弱、粉尘粒度小的条件下使用。

  2)除尘器的位置在通风机的正压段,不需要思考除尘器的漏风附加率,通风机消耗电量少。

  3)除尘器的内部结构少,如正压袋式除尘器的围护结构不用采用围住的形式,可以遮挡雨水就行;设备制造,安装简便,造价低。

  4)正压除尘系统中,清理后的气体通过除尘器排入大气,不需要安装烟囱;更加节省除尘系统的面积和启动资金。

  锅炉燃烧产生的粉尘为无机粉尘其可以受到更多的强度、粉尘粒度大,为减少通风机的叶轮和机壳受到粉尘损失,需要运用负压除尘系统。

  4.局部排风罩的设计

  4.1排风罩基本形式

  按照工作原理的不同,局部排风罩可分为以下几种基本形式:

  1)外部吸气罩(包括上吸式、侧吸式、下吸式及槽边排风罩等);

  2)密闭罩(包括局部密闭罩、整体密闭罩、大容积密闭罩);

  3)热源上部接受式排风罩;

  4)柜式排风罩(通风柜,包括吸气式和吹气式两大类);

  5)吹吸式排风罩;

  6)大门空气幕(根据送风形式可分为侧送式空气幕、下送式空气幕、上送式空气幕;根据送出气流温度不同可分为热空气幕、等温度空气幕、冷空气幕)。

  在以上这些局部排风中,外部排风罩和密闭罩是较常用的两种吸气罩,如下是较简易的对这两种排风罩说明:

  外部排风罩:根生产工业的限制,生产设备不可以处于封闭时,通过把排风罩放在具有污染性的附近,运用罩口的抽吸原理,在有害物扩散的地方制造足够的气流运动,然后有害物被吸入罩内。外部罩构造简易,生产便利0,可分为上吸式和侧吸式等。

  密闭罩:将具有污染性的物质所有封闭在罩内,将罩上安置有工作孔,把罩外的空气吸入其内,罩内有害的空气将通过上部排风口排出。其只用较小的排风量就能达到处理污染性物质的扩散,排放罩气流不会被附近的气流所触动。即局部密闭罩是部分具有粉尘的地方通过封闭,产尘设备及传动装置设在罩外,通过观察和维修。罩的盛装量小,排风量少,较实惠。通常粉尘的产生地点扩散小、聚集多、波动小、气流速度低,一直扬尘和即刻增压不大的扬尘点。

  4.2排风罩的设计原则

  1)注意吸收气体的流动方向应尽可能与具有污染性的气体流动方向统一;

  2)应尽可能保护或临近具有污染性的地方,根据有害物局限的特点通过较小的地方,尽可能减小其吸收气体的范畴,有利于捕捉、收集和管理;

  3)通过生产工业特点密切合作,将排风罩的属性与生产工业特点逐步统一,做到对工业生产不阻碍;

  4)排风罩务必做到构造简易、生产费用少,方便工作人员的一系列操作;

  5)具有污染性的吸入气体的气流不能够进入到人所呼吸的区域。与此同时要思考到工作人员所活动的地方与操作人员所处的地方;

  6)通过对干扰气流造成的结果进行思考并对其做出一系列的安全措施。

  局部排风罩的构造较复杂,根据不同因素的不确定性的阻碍,完成上诉的条件有很多阻碍,即应该足够掌握生产工艺、操作特点及现场实际情况。

  4.3主要产尘点集气罩的设计

  4.3.1出风口的集气罩

  出风口从侧面散发尘汽,散发的尘气较大,每个出风口每天出汽约12次,运用上吸式便利于检查、修理和维持护理,同时因为与其他管路相互串联,不容易造成封闭,上吸式外部排风罩比较容易安装。所以,出铁口处运用上吸式外部排风罩便利且合适。

  4.3.2锅炉罐的集气罩

  锅炉罐周围密闭,通过上部散发尘汽,同时出尘含量较大,采用上吸罩将罐口直接吸收罐内产生的粉尘,便利且合适。所以,锅炉罐处采用上吸式外部排风罩便利且合适。

  4.3.3撇渣器的集气罩

  根据撇渣器产生的粉尘特点,粉尘散发量小、波动小,产生尘汽的气体流速较小,即聚集维持的扬尘的地方,通过以上的性质,撇渣器选用半密闭罩,同时方便其中除尘成效更好,吸气罩通过撇渣器的安装地点与其并联,扣在撇渣器上方。

  4.4排风量的计算

  通过以上的阐述可知,本设计锅炉口和锅炉内都设计成上部吸气罩,撇渣器为半密闭罩最合适。

  4.1.1锅炉口的风量计算

  由上述论述可知,锅炉处采用上部吸气罩。上部吸气罩的示意图如下:

  图4-1上吸气排风罩

  Fig.4-1 Updraft hood

  A?a?0.8H m(4-1)

  B?b?0.8H

  P?2?A?B?m

  m(4-2)

  (4-3)

  其中:A—罩口长边,m;

  B—罩口短边,m;

  上部吸气罩外型设计尺寸计算公式为:

  a-工作台长边,m;

  b-工作台短边,m;

  H-罩口距离工作台的高度,m;

  P-罩口周长,m;

  L?PHvx K

  m3/s

  (4-4)

  式中:L—吸气罩的排风量,m3/s;

  P—排风罩敞开面的周长,m;

  H—罩口至有害物源的距离,m;

  Vx—边缘控制点的控制风速,m/s;

  K—考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数,通常K=1.4。

  本设计出风口处工作台长边a为2m,工作台短边b为1.5m,罩口距离工作台的高度H为1.5m,则可得:

  1)罩口尺寸:

  长边:A?a?0.8H?2?0.8?1.5?2.8 m

  短边:B?b?0.8H?1.5?0.8?1.5?2.2 m

  2)罩口周长:

  P?2?A?B??2??3.2?2.7??10m

  根据车间工艺过程和气流运动情况,取控制风速Vx?2m/s。可得:

  排风量:

  L1?PHVx

  K?11.8?1.5?2?1.4?28m/s?100800 m3/h

  4.4.2锅炉罐的风量计算

  本设计锅炉罐工作台长边a为1.5m,工作台短边b为1.5m,罩口距离工作台的高度H为1m,则可得:

  1)罩口尺寸:

  长边:A?a?0.8H?1.5?0.8?1?2.3 m

  短边:B?b?0.8H?1.5?0.8?1?2.3 m

  2)罩口周长:

  P?2?A?B??2??2.3?2.3??9.2m

  可得排风量:L2

  ?PHVx

  K?9.2?1?2?1.4?25.76m/s?92736 m3/h

  4.4.3撇渣器的风量计算

  图4-2半密闭式排风罩

  Fig.4-1 Semi-closed exhaust hood

  本设计的撇渣器采用半密闭罩。将粉尘产生的地点密闭后,还必须从密闭罩内抽吸一定量的空气,使罩内维持一定的负压,以防具有污染特点的物质流失在罩外污染车间环境。

  通过确保罩内具有一定的负压,一定要达到密闭罩内进气和排气量的总体一致。其排气量Q3等于被吸入罩内的空气量Q1和污染源气体量Q2,即Q3?Q1?Q2,但是,理论上计算Q1和Q2是困难的,一般是按经验取Q2为Q1的1/3到2/3之间即可。计算法如下:按生产污染物气体与缝隙面积技术排风量,其计算式如下:

  (4-5)

  式中:K—安全系数,一般取K=1.05~1.1;

  v—通过缝隙或孔口的速度,一般取1~4 m/s;

  ?A—密闭罩开启孔及缝隙的总面积,m2;

  、—污染源气量和总排气量,m3/h。

  根据实际条件,可取K=1.05,v=4m/s,撇渣器的长a为1.5m,宽b为1m,缝隙宽度d为3cm,并取Q2为Q3大小的一半。可计算得:

  密闭罩开启孔及缝隙的总面积:

  ?A=2ad?2bd?4d2=1.5?0.03?2?1?0.03?2?0.03?0.03?4?0.1536 m2

  可得撇渣器的风量为:

  4.4.4生产过程中的总风量的计算

  通过出风口、锅炉罐、撇渣器三处各自的风量计算结果,可得总风量为三座高炉各自的三处共九个产尘点的风量的总和:

  Q?3?L1?L2?Q3?=3?m3/h

  5.除尘器的设计

  除尘器的设计与选型是除尘工程设计中的重中之重的其中一点。除尘器有很多种,主要包括:重力除尘器、惯性除尘器、旋风除尘器、袋式除尘器、电除尘器、湿式除尘器等。

  袋式除尘器是各类除尘器中应用在生产工业中较普遍的一种,根据数量方面,袋式除尘器应用占除尘器总量的百分之八十以上。袋式除尘器应用多的原因在于其除尘效率高,可以响应政府环保的要求;运行稳定,适应能力强,每小时可处理气量从几百立方米到数十万立方米。与静电除尘器相比,它构造简易、资金投入少、运行稳定可靠,再次利用率高比电阻粉尘;

  与旋风除尘器相比,抗磨损性较强,通过锅炉燃烧产生的这种磨损性较高的粉尘其更加适合,且除尘效率更高;与湿式除尘器相比,它耗能较小、节省用水量、可以再次利用干的粉尘,不存在泥浆处理问题,同时防止再次污染。

  根据以上比较,本次设计采用袋式除尘器更加经济合理。

  5.1袋式除尘器的介绍

  5.1.1袋式除尘器的简介

  袋式除尘器是指利用纤维行滤袋捕捉、收集粉尘的除尘设备。滤袋的材质是天然纤维、化学合成纤维、玻璃纤维、金属纤维或其它材料。用这些材料编织成滤布,再把滤布缝制成各种形状的滤袋,如圆形、扇形、波纹型或菱形等。含尘气体通过滤袋分离与过滤完成除尘过程。

  袋式除尘器的突出优点是除尘效率高,是高效除尘器,除尘效率一般大于99%,设备成熟度高,不受风量波动影响,适应性强,不受粉尘的比电阻值限制。所以,是各个企业的首选除尘设备。它的应用数量约占除尘器总量的60%到70%。袋式除尘器的不足之处是对潮解、黏性粉尘的除尘效果不如湿式除尘器。

  袋式除尘器是通过将具有尘粒的气流根据滤料时通过颗粒物与捕捉收收集的装置分别开。在通风除尘系统中使用最多的是纤维织物为滤料的袋式和除尘器,同时也有焦炭、煤渣等颗粒物为滤料的颗粒层除尘器。

  5.1.2袋式除尘器的特点

  优点:

  1)除尘效率高;

  2)构造简易,通过当地的情况运用直接套袋的建议袋式除尘器,也可运用效率更高的脉冲清灰袋式除尘器;

  3)适应性强,可以捕捉收集不同性质的粉尘;

  4)使用广泛,处理风量可由每小时数百立方米到数十万立方米;

  5)工作稳定,便于回收干料,没有污泥处理、腐蚀等问题,维护简单。

  缺点:

  1)应用范围受到滤料耐温、耐腐蚀性能的限制,特别是在耐高温性能方面

  2)不适宜黏性及吸湿性强的粉尘,特别是含尘气体温度低于露点温度时会产生结露,致使滤袋堵塞。

  3)有些种类的袋式除尘器在生产人员工作的条件比较差,检验审查和更新换代滤袋的时候,需要放入箱体内。

  4)阻碍的能力比较高,更新换代滤袋时资金较高;布袋较多时,检查破袋的地方耗时比较久,烟气中水的含量比较高或者油性比较大时,容易造成袋子变糊状,烟气温度达到一定值的时候,可能会造成燃烧袋子的现象。

  5)附带的属性的设备较少,投入的资金少,技能特点需求没有电除尘器的高。

  5.1.3袋式除尘器的分类和命 周

  现代工业的发展,对袋式除尘器的要求越来越高,所以在滤料材质、滤袋构型、处理灰尘、箱体构造等方面不断更新发展。在除尘器中,袋式除尘器类型最多,根据其特点可进行不同分类。

  (1)按除尘器内的压力分类

  按除尘器内的压力分类,可分为负压式除尘器和正压式除尘器两类。

  1)正压式除尘器

  正压式除尘器,风机设置在除尘器之前,除尘器在正压状态下工作,根据附有的尘粒气体首先通过风机,对风机的损失率较高,所以不能用在高浓度、粗颗粒、硬度大、强腐蚀性的粉尘。

  2)负压式除尘器

  负压式除尘器,风机放置在除尘器之后,除尘器在负压状态下工作,根据含尘气体经清洁处理后再进入风机,所以对风机的损失很小,这种方式运用的较多。

  显然,根据金属粉尘磨损性强,本设计适合运用在负压式除尘器。

  (2)按清灰方式分类

  清洁处理灰尘的方法是对袋式除尘器起着决定性作用的机理,它与处理尘粒的效果、作用力损失、过滤风速及滤袋寿命有关系。通过清洁处理灰尘,袋式除尘器可分为机械振动类、分室反吹类、喷嘴反吹类、振动反吹并用类及脉冲喷吹五大类。

  (3)按进气口位置分类

  按进气口位置分,可分为下进风袋式除尘器和上进风袋式除尘器两类。

  1)下进风袋式除尘器

  下进风袋式除尘器,具有粉尘的气体由除尘器下部进入,气体流动的方向从下至上,大颗粒直接落入灰斗,减少了滤袋损失,延长间隔时间,但根据气体流动的方向与粉尘下落方向相反,容易带出部分细微粉尘,减低处理灰尘效果,增加阻力。下进风式除尘器结构简单,成本低,应用广泛。

  2)上进风袋式除尘器

  上进风袋式除尘器,含尘气体由除尘器上部进入。粉尘沉降与气体流动方向一致,有利于粉尘沉降,除尘率高,设备阻力低。

  从保护布袋、防止其磨损、延长其使用寿命及经济角度,本设计选用下进风袋式除尘器。

  4)按过滤方向分类

  按过滤方向分类,可分为内滤式除尘器和外滤式除尘器。

  1)内滤式袋式除尘器

  内滤式袋式除尘器,含有粉尘的气体流动的方向是由内向外,粉尘通过不断的累积在滤袋的内表层上,其具有的优质特性是滤袋外由清理的气体,有利于检验和换袋,以至于不用关闭机器便能检修。一般机械振动、反吹风等清灰方式大多运用内滤式。

  2)外滤式袋式除尘器

  外滤式袋式除尘器,含有粉尘的气体流动方向是由外向内,粉尘通过不断的累积在滤袋的外表层上。则滤袋内部要安置骨架,所以滤袋损失较大。脉冲喷吹、回转反吹等清灰方式大多运用此形式。扁袋式除尘器大部分运用外滤式。

  煤渣磨损性较大,不适合运用外滤式袋式除尘器,并且通过操作检修便利,本设计选用内滤式袋式除尘器。

  (5)按滤袋形状分类

  按滤袋形状分类可分为圆袋式除尘器和扁袋式除尘器两类。

  1)圆袋式除尘器

  圆袋式除尘器滤袋形状为圆形,直径一般为120mm—300mm,最大不超过600mm;高度为2—3m,也有10m以上的。根据圆袋的支撑骨架及连接较容易,清洁处理容易,维修护理管理也比较方便,所以应用非常广泛。

  2)扁袋式除尘器

  扁袋式除尘器滤袋形状为扁平形,厚度及滤袋间隙为25mm—50mm,高度为0.6—1.2m,深度为200mm—500mm。其最大优点的是单位容积的过滤面积大,但由于清灰、检修、换袋较复杂,使其广泛应用受到限制。

  本设计需处理的总风量为每小时三十多万立方米,由于处理风量较大,适合选用大型分室三态反吹袋式除尘器。

  大型分室三态反吹袋式除尘器是一种负压、下进风、内滤式、分室循环反吹风清灰的袋式除尘设备,除尘效率可达99.9%以上。维修保护机理可在除尘

  系统运行时逐室进行检查维修、更新换代。过滤面积为480~18300m2

  该除尘设备由支架灰斗,中箱体、上箱体等部件组成,中箱体为分室或分组结构;上箱体为离线清灰系统。工作时含尘气体由尘气集合管进入灰斗,粗尘粒直接落入灰斗,细微粉尘随气流进入中箱体,同时粉尘不断累积在滤袋外表层上,当该除尘设备实现了内外,根据脉冲控制仪发出信号按预先的程序要求切断气控阀,使该室无气流通过,然后开启脉冲阀用压缩空气进行脉冲喷吹清理灰尘,切断关闭阀的时间完成保证了在喷吹后斗落的粉尘沉降至灰斗,避免了将抖落滤袋表面后的粉尘又随气流附集到相邻滤袋表面的现象,这样依次进行,使滤袋清灰彻底,过滤后的干净气体经出口管排出,粉尘由灰斗排出。

  5.2滤料的选用

  5.2.1滤料的选择依据

  (1)根据粉尘的性质选择

  1)粉尘的可燃性和荷电性

  粉尘燃烧或爆炸火源通常是由摩擦火花、静电火花、炽热颗粒物等引起的,其中荷电性存在最大的危险性,这是因为化纤滤料通常是容易荷电的,如果粉尘同时荷电则极易产生火花,所以对于可燃性和易荷电的粉尘宜选择阻燃型滤料和导电滤料,或者采用阻燃剂浸渍处理。

  本设计的无机粉尘属于二级易燃粉尘,所以设计时要考虑此项因素,通过运用阻燃剂浸渍滤料的方式来解决。

  2)粉尘的润湿性和黏着性以及粉尘的流动性和摩擦性。

  本设计的无机粉尘不属于润湿性、潮解性粉尘,不必考虑由其黏附、潮解所引起的对滤袋的损害,选择滤袋时完全可以不去思考其特性。

  3)粉尘的流动和摩擦性

  粉尘的流动和摩擦性较强时,会直接磨损滤袋,降低其使用寿命。根据损失能力强的粉尘宜选用耐磨性好的滤料。煤渣属于损失性强的粉尘,选择滤料时特别注意此特性,选择耐磨性较强的滤料。

  (2)根据的气体性质选择

  包括气体的温度和湿度和化学性质。通过气体的化学性质以及其物理性质等多种因素的阻碍进行全方位的思考,选择适用的滤料。本设计所处理的粉尘温度约100?C,且该粉尘不属于高湿气体,且化学性质较稳定,所以不用过多考虑此项因素。

  (3)按除尘器的清灰方式选择

  袋式除尘器的清理灰尘的方式是选择滤料结构品种的重要原因,通过不同消除灰尘方式的袋式除尘器的清理灰尘能力、滤袋形态结构的不同,宜选用不同的结构品种的滤料。

  5.2.2滤料的选用原则

  袋式除尘器一般根据含尘气体的性质、粉尘的性质及除尘器的清灰方式进行选择,选择时应注意以下原则:

  1)滤料性能应满足生产条件和除尘工艺的一般情况和特殊要求,如主体和粉尘的温度、酸碱度及有无爆炸危险等。

  2)在上述条件下,应尽可能选择使用寿命长的滤料,这是因为使用寿命长不仅能节省运行费用,而且可以满足气体长期达到标排放的要求。

  3)选择滤料应对各种因素进行经济对比。

  4)在气体性质、粉尘性质和气体处理方式中,应抓住主要影响因素选择滤料,如高温气体、易燃粉尘等。

  5)选择滤料时应对各种滤料排序比较,不应采用一种所谓的“好”滤料去适应各种情况和场合。

  5.2.3本设计滤料的选用

  对于本设计需应用的分室反吹类袋式除尘器,利用阀门逐室切换,形成逆向气流反吹,使滤袋缩瘪或鼓胀清理灰尘的袋式除尘器。清理灰尘次数每小时3—5次,清理灰尘动力来自于除尘器自身的物理性质,特定的地方会配有反吹风动力;其是大大降低清理粉尘的一种,滤料应选用质地柔软、较易产生形变的而尺寸稳定的薄型滤料,该类型除尘器过滤速度与机械振动类除尘器相当。分室反吹类袋式除尘器具有内滤式与外滤式之分,

  针对本设计所选用的大众型除尘器常用圆袋式、无框架;滤袋长径比为(15—40):1;优先选用缎纹(或斜纹)机织滤料;在特殊场合也可选用基布加强的薄型针刺毡滤料,厚1.0—1.5mm,单位面积质量300—400 g/m 2,也可选用纬二重或双重织物滤料。本设计因粉尘为煤尘,对滤袋的损失程度较大。所以,除需要思考滤袋的厚度和单位面积质量,选择质地柔软、较容易产生形变而尺寸稳定的薄型滤料之外,还需考虑滤袋的耐磨性。因此,选择针刺毡滤料较合适。针刺毡采用无纺针刺法生产。用空间交错排列的纤维针刺毡,并经过热定型、轧光等一系列工序制成,形成三维空间结构,表现平整光滑。针刺毡的特点为:孔隙率

  学稳定性强。

  综上所述,本设计选择针刺毡滤料较合适。且由于需要满足质地轻软这项要求,需采用较纤薄的滤料。本设计采用厚度为1.4mm;单位面积质量350 g/m 2;断裂强度取横向、纵向都为100N/5?20cm;断裂伸长率纵向为28,横向为35;连续使用温度为200?C,瞬间短期温度为250?C;耐酸性、耐碱性都为中级的针刺毡滤料,其原料构成是纤维层为涤纶,基布为芳纶线。

  5.3除尘器的选型设计计算

  5.3.1处理气体量

  计算袋式除尘器的处理气体量时,首先要求出工况条件下的气体量,即实际通过袋式除尘器的气体量,并且还要考虑除尘器本身的漏风量。这些数据应根据已有工厂的实际运行经验或检测资料来确定。由于通过除尘器的含尘气体量与生产过程中产生的气体量相差不多,本设计以工业生产中产生的气体量代替通过除尘器的含尘气体量来进行后续计算。则通过除尘器的含尘气体量为Q=342390 m3/h

  (1)总过滤面积

  根据通过除尘器的总气量和选定的过滤速度,按下列计算总过滤面积:

  式中:S—总过滤面积,m2

  S—滤袋工作部分过滤面积,m2;

  S—滤袋清灰部分过滤面积,m2;s

  Q—通过除尘器的总气体量,m3/h;

  v—过滤风速,m/min。

  取滤袋清灰部分过滤面积为工作部分过滤面积的,根据反吹风袋式除尘器的过滤风速的要求及本设计的实际情况需要,本设计取过滤风速为1m/s。

  则计算得

  (2)单条滤袋面积

  单条圆形滤袋的面积,通常用下列计算:

  Sd?D?L(5-2)

  式中:-圆形滤袋的公称面积

  D-滤袋直径,m;

  L-滤袋长度,m

  本设计选用圆袋式除尘器,滤袋直径为160mm,长度为6m。

  则计算得:

  (3)滤袋条数

  滤袋条数按下列计算:

  (5-3)

  式中:N-滤袋条数,条

  A-过滤总面积,

  d-过滤直径,一般取120-300mm

  L—滤袋长度,一般取4—6m。

  则计算得:

  5.3.2除尘室的平面布置

  由上式计算得所需滤袋数是1274条,则本设计共采用1440条滤袋,分成10室,横向放置两排,纵向放置五列。每室放置144条滤袋,横纵各12条。

  设a为滤袋间的中心距,取为a?d?(40~60)mm。则选取a?160?40?200mm 200mm;S为相邻两S?d?(600~800)mm组通道宽度,选取S=160+740=900mm=0.9m,平面布置简图如图5-1

  图5.1箱体平面布置

  Fig.5-1 Case layou

  5.3.3除尘器的尺寸设计

  (1)除尘器的长度和宽度的设计

  设在每个滤室中,靠室壁的滤袋距室壁的间距为50mm,则每个室的长、宽均为0.2?10?0.16?0.05?2?2.26m。设横向室与室的间距为0.2m。纵向室与室的间距为1.0m,则布置后除尘器的总长度为5?2.26?4?0.2?12.1 m,总宽度为2?2.26?1.0?5.52m。横向加上楼梯及检修平台的宽度,本除尘器预设计的长度为24.5米,纵向加检修平台及两侧的进风管的宽度,预设计的除尘器宽度为13米。

  (2)除尘器高度的设计

  除尘室的总高度H可按下面的公式计算:

  m(5-4)

  式中:H-除尘室总高度,m

  -滤袋层高度,一般指滤袋长度加上吊挂件高度,m;

  -灰斗高度,一般保证灰斗壁斜度不小于50°,m;

  -灰斗粉尘出口距地坪高度,一般由粉尘输送设备的高度所决定,m

  本设计吊挂件高度定为2.5m,则滤袋层高度L1=6+2.5=8.5m;为使灰尘能顺利排出,本设计的灰斗壁斜度设为60?,则灰斗高度约为3.4m;为清灰方便,设灰斗粉尘出口距地坪高度为1.1m。

  则除尘室的总高度H计算如下:

  H?L1?h1?h2?8.5?3.4?1.1?13m

  5.3.4检修门的设计

  共设十个检修门,每个检修口高1米、宽0.5米,滤袋的上半部分及下半部分各5个,将各滤袋安放在指定地方,检修人员通过楼梯和检修平台进入检修门对除尘器内部结构进行维护和检修。

  5.3.5除尘器的附属构件

  分室三态反吹袋式除尘器有箱体、灰斗、管道及阀门、排灰装置、平台走梯以及反吹清灰装置等部件组成。具体如下:

  1)箱体内

  箱体内包括吊挂装置、内走台。除尘器的花板上设有滤袋连接短管,滤袋下端与花板上的连接短管用卡箍夹紧;滤袋顶端设有顶盖,用卡箍夹紧并用链条弹簧将顶盖悬吊在滤室上端的横梁上。滤袋内室设有框架结构,避免了滤袋与框架之间的磨擦,可延长滤袋使用寿命。

  2)灰斗内

  灰斗内设有气流导流板,入口粗粒经过碰撞落入底端,具有重力沉降初净化作用,同时会让气流分别流向各滤袋中去。灰斗下端设有振动器,以免粉尘在灰仓内堆积。

  3)管道及阀门

  在除尘器上、下各设有进气管、排气管、反吹管、入口调节阀等部件。

  4)反吹清灰装置

  由切换阀、沉降阀、差压变送器、电控仪表、电磁阀以及压缩空气管道等部件组成。

  图5.2分室三态反吹袋式除尘器

  Fig.5-1 Case layout Compartment three-state cleaning bag filter

  5.3.6除尘器性能参数表

  表5-1除尘器性能参数表

  Table 5-1 Filter performance parameters table

  除尘器型号分室三态反吹袋式除尘器

  滤室数10个

  滤袋数目1440条

  滤袋规格?160?6000mm

  过滤面积3840.6m2

  过滤风速1m/s

  处理风量197517.31 m3

  设备阻力1600Pa

  设备质量480t

  设备尺寸长24.5m;宽13m;高13m

  5.3.7除尘器设计合理性的检验

  除尘器出煤口处空气的含尘浓度为1.5g/,撇渣器处空气的含尘浓度为1.75g/,锅炉罐处空气的含尘浓度为1.6g/。计算得除尘器进口的空气含尘浓度为各产尘点含尘浓度的平均值。

  g/(5-5)

  式中:y—除尘器进口的空气含尘浓度,g/m 3

  —出铁口处空气的含尘浓度,g/m 3

  —撇渣器处空气的含尘浓度,g/m 3

  —铁水罐处空气的含尘浓度,g/m 3

  —出铁口处的风量,m3/h

  —撇渣器处的风量,m3/h

  —铁水罐处的风量,m3/h

  根据公式得除尘器进口的空气含尘浓度为:

  ==1.56g/

  根据行业标准,除尘器处理后合理的粉尘浓度为100mg/m 3。设除尘器的全效率??99%,由上式计算得除尘器进口的空气含尘浓度为1.62 g/m 3。

  (5-6)

  式中:-除尘器的全效率;

  -除尘器进口的空气含尘浓度,mg/;

  -除尘器出口的空气含尘浓度,mg/;

  将y=1.62 g/m 3,??99%带入公式得

  99%?(1?

  y2

  1.62

  )?100%

  计算得除尘器出口的空气含尘浓度y=16.2mg/m3?100mg/m3,符合行业标准,所以选用的除尘器合理。

  6.管路的设计与计算

  通风管道设计的内容有管内气体流动的压力损失计算、管道计算、风压平衡计算、风机选型及附属设备的设计等。设计计算的目的是在保证要求的风量分配前提下,合理确定风管布置和尺寸,使系统的首次资金和运行费用综合最优。管道计算的常用方法是流速控制法,根据管道计算方法进行设计计算,然后根据总风量和总压力损失选择风机和电动机。

  6.1除尘系统设计计算步骤

  1)绘制管网计算草图,为了方便计算可在图上注明节点标号和各管段的风量、管长、局部阻力系数等计算参数。

  2)分析管网的结构特性,建立各环路的组合关系。从主环路(即最不利管路)开始,以“主、次”为序,将各管路的有关计算参数填入风管设计计算表。

  3)通过技术经济分析选择合理的主环路管路内社及风速,并计算主环路中各管路的管径和压力损失值。

  4)用假定流速、反算管径、计算风压损失的方法求出各支环路(管段)的压力损失,并计算出主、支环路在并联节点处的风压平衡率,若在10%内,则认可计算结果,否则重新调整设计风速和管径进行风压平衡计算,直到满足设计要求为止

  5)根据系统的总风量和总压力损失(即主环路总压力损失)选择风机。

  6.2管路计算

  6.2.1摩擦阻力的计算

  空气在风管内流动,通过空气本身的物理性质及其与在管壁的碰撞而产生的这段途径的能量损失,称之为摩擦阻力或沿程阻力.

  粉尘类别粉尘 周称垂直风管水平风管

  其他粉尘煤尘11m?s-1 13m?s-1

  计算各管路的摩擦阻力时,首先由设定的初始速度和已知风量求出管径,然后根据所求结果选取标准管径。

  表6-1除尘风管的最小风速

  Table 6-1 The minimum duct velocity of dust

  初始管道的计算公式为

  (6-1)

  式中:D—圆形管道的管径,mm;

  Q—气体流量,m3/h;

  vg—管道内的气体流速,m/s。

  之后再反求实际风速,再由实际风速和实际管径查表求得单位长度摩擦阻力,继而求得各管段的摩擦阻力。

  (1)管道1的摩擦阻力计算

  由表可知,设定本管路初始速度为13 m/s,管路1的风量为100800 m3/s;根据公式(6-1)可以先进行初始管径的确定。再查通风管道统一规格表[1],取标准管径D=1600mm,反求实际风速。

  ,满足最小风速要求。

  根据实际风速和实际管径可以查通风管道单位长度摩擦阻力线算图[1]

  查的值。查图得其单位长度摩擦阻力为1Pa/m。

  则管路1的摩擦阻力为:Rml?1?30?30Pa

  管道6、管段12的摩擦阻力同管段1。

  (2)管道2的摩擦阻力计算

  确定初始速度vg,由于本管段垂直方向长度较多,设定本管路初始速度为11 m/s,管道2的风量为100800m3/s;根据公式可以先进行初始管道d的确定

  再查再查通风管道统一规格表[1],取标准管径D=340mm,反求实际风速。

  ,满足最小风速要求。

  根据实际风速和实际管径可以查通风管道单位长度摩擦阻力线算图[1],查的值。查图得管道2的单位长度摩擦阻力系数为4.5Pa/m。

  则管道2的摩擦阻力为:Rml?4.5?17?76.5Pa

  管段7、管段13的摩擦阻力同管段2。

  (3)管道3的摩擦阻力计算

  确定初始速度v,设定本管路初始速度为13m/s,管路3的风量为104640.6 m3/s;根据公式可以先进行初始管道d的确定。

  再查再查通风管道统一规格表[1],取标准管径D=1600mm,反求实际风速。

  ,满足最小风速要求。

  则管路3的摩擦阻力为:Rml?1.3?24?31.2Pa

  管段8、管段14的摩擦阻力同管段3。

  (4)管道4的摩擦阻力计算

  确定初始速度v,设定本管路初始速度为13m/s,管路4的风量为92736 m3/s;根据公式可以先进行初始管径d的确定。

  再查再查通风管道统一规格表[1],取标准管径D=1500mm,之后在利用公式,反求实际风速。

  ,满足最小风速要求。

  根据实际风速和实际管径可以查通风管道单位长度摩擦阻力线算图[1],查的值。查图得管道4的单位长度摩擦阻力系数为1.2 Pa/m。

  则管路4的摩擦阻力为:Rml?1.2?25?30 Pa

  管段9、管段15的摩擦阻力同管段4。

  (5)管道5的摩擦阻力计算

  确定初始速度vg,设定本管路初始速度为13m/s,管路5的风量为197376.6m3/s;根据公式可以先进行初始管径d的确定。

  再查再查通风管道统一规格表[1],取标准管径D=1700mm,之后在利用公式,反求实际风速。,满足最小风速要求。

  根据实际风速和实际管径可以查通风管道单位长度摩擦阻力线算图[1],查的值。查图得管道5的单位长度摩擦阻力系数为2.3 Pa/m。

  则管路5的摩擦阻力为:Rml?2.3?79?181.7Pa

  (6)管道10的摩擦阻力计算

  管路10的风量与管路5的相同,其单位长度摩擦阻力系数Rm10为2.3Pa/m

  则管路10的摩擦阻力为:Rml?2..3?6?13.8Pa

  管段16的摩擦阻力同管段10。

  (7)管道11的摩擦阻力计算

  确定初始速度v,设定本管路初始速度为13m/s,管路11的风量为394753.2 m3/s;根据公式可以先进行初始管径d的确定。

  再查再查通风管道统一规格表[1],经验算取此管径不能满足计算要求,需取标准管径=1800mm,之后在利用公式,反求实际风速。,满足最小风速要求。

  根据实际风速和实际管径可以查通风管道单位长度摩擦阻力线算图[1],查的值。查图得其单位长度摩擦阻力Rm11为7Pa/m

  则管路11的摩擦阻力为:Rml?7?75?525Pa

  (8)管道17的摩擦阻力计算

  确定初始速度v,设定本管路初始速度为13m/s,管路17的风量为592129.8m3/s;根据公式可以先进行初始管径d的确定。

  再查再查通风管道统一规格表[1],经验算取此管径不能满足计算要求,需取标准管径,之后在利用公式,反求实际风速。

  ,满足最小风速要求。

  根据实际风速和实际管径可以查通风管道单位长度摩擦阻力线算图[1],查的值。查图得其单位长度摩擦阻力为12Pa/m。

  则管路17的摩擦阻力为:Rml?12?32?384Pa

  (9)管道18的摩擦阻力计算

  确定初始速度v,设定本管路初始速度为11m/s,管路18的风量为633578.886m3/s,根据公式可以先进行初始管径d的确定。

  再查再查通风管道统一规格表[1],取标准管径,之后在利用公式,反求实际风速。

  ,满足最小风速要求。

  根据实际风速和实际管径可以查通风管道单位长度摩擦阻力线算图[1],查的值。查图得管道18的单位长度摩擦阻力系数为12.5 Pa/m。

  则管路18的摩擦阻力为:Rml?12.5?10?125Pa

  (10)管道19的摩擦阻力计算

  管路19为烟囱,采用通风系统摩擦阻力计算方法进行计算。确定初始速度vg,设定本管路初始速度为12m/s,管道19的风量为633578.886m3/s;根据公式可以先进行管径的确定。

  取标准管径,之后在利用公式,反求实际风速。

  ,满足最小风速要求。

  根据实际风速和实际管径可以查通风管道单位长度摩擦阻力线算图[1],查的值。查图为0.85Pa/m

  实际的单位长度摩擦阻力如下计算:

  Rm?Kr Rmo Pa/m(6-2)

  K??Kv?0.25(6-3)

  式中:Rm—实际的单位长度摩擦阻力,Pa/m;

  Rmo—图上查出的单位长度摩擦阻力,Pa/m;

  K—管壁粗糙度,mm;

  Kr—管壁粗糙度修正系数;

  v—管内空气流速,m/s。

  本管路为砖砌体,取粗糙度K为4,则计算得:

  K??Kv?0.25??4?12?0.25?2.63 mm

  Rm?Kr Rmo=2.63?0.85?2.2355Pa/m

  则管路19的单位长度摩擦阻力系数Rm19?2.2355Pa/m

  则管路19的摩擦阻力为:Rml?2.2355?30?67.065Pa

  6.2.2局部阻力的计算

  空气流经风管中的管件及设备时,根据流动的速度和其去向变化以及旋转的流动造成比较聚集的能量损失,称之为局部阻力。

  局部阻力计算公式为:

  (6-4)

  式中:Z—风管内的局部阻力,Pa;

  ?—局部阻力系数;

  ?—空气密度,kg/m3;

  v—风管内空气的平均流速,m/s

  (1)管段1的局部阻力

  有一个圆形伞形罩??60?,查得其局部阻力系数?=0.09[5];有两个90°弯头(R/D=1.25),每个弯头?=0.2[5];

  图6-2三通管路(1)

  Fig.6-2 triple valve(1)

  如图,有一个30°的三通管路,管径D1=1600mm,D2=340mm,D3=1600mm

  满足条件

  ,

  查局部阻力系数表[1],用内差法计算得:直管得局阻力系数系数,支管的局部阻力系数

  管段1的局部阻力系数:

  则管道1的局部阻力

  管段6、管段12的局部阻力同管段1。

  (2)管段2的局部阻力

  有一个密闭罩,查得其局部阻力系数?=1.0[5];有一个90°弯头(R/D=2.0),?=0.15[5]

  合流三通(2?3),由上述计算可得?2?-0.05

  管段2的局部阻力系数:??2?1.0?0.15?0.05?1.1

  则管段2的局部阻力

  管段7、管段13的局部阻力同管段2。

  (3)管段3的局部阻力

  有一个30°三通管路,满足,??30?

  ,查局部阻力系数表[1],

  直管的局部阻力系数;支管的局部阻力系数

  管段3的局部阻力系数:

  则管段3的局部阻力

  管段8、管段14的局部阻力同管段3。

  (4)管段4的局部阻力

  有一个圆形伞形罩??40?,?=0.06[5];有一个90°弯头(R/D=2.0),?=0.15[5];

  合流三通(4?5),由上述计算可得?4?0.05

  管段4的局部阻力系数:??4?0.06+0.15+0.05?0.26

  则管段4的局部阻力

  管段9、管段15的局部阻力同管段4。

  (5)管段5的局部阻力

  有一个90°弯头(R/D=2.0),?=0.15;

  有一个30°三通管路,管径D5=1180mm,D10=1600mm,D11=1600mm,满足条件,,??30?

  ,查局部阻力系数表[1],

  直管的局部阻力系数?5?1.5;支管的局部阻力系数?10?-0.1

  管段5的局部阻力系数:??5?1.5?0.15?1.65

  则管道5得局部阻力

  (5)管段10的局部阻力

  合流三通(10?11),由上述计算可得:

  管段10的局部阻力系数:?10?-0.1

  则管段10的局部阻力

  (6)管段11的局部阻力

  如图,有一个30°三通管路,管径,D16=1700mm,D17=1700mm,

  满足条件,,??30?

  ,查局部阻力系数表[1],

  直管的局部阻力系数;支管的局部阻力系数

  则管段11的局部阻力系数:

  则管道11的局部阻力

  (7)管段16的局部阻力

  合流三通(16?17),由上述计算可得:

  管段16的局部阻力系数

  则管道16的局部阻力为:

  (8)管段17的局部阻力

  如图,有一圆形分流三通管,查局部阻力系数表得??0.60[1]

  此管段有两个90°弯头(R/D=2.0),每个弯头?=0.15[5];

  管段17的局部阻力系数

  则管段17的局部阻力

  6.3管道水力计算表

  本设计的管道水力计算表如下:

  管道编号

  流量/

  长度

  L

  /m

  管径

  D

  /mm

  流速

  ?

  /m·s-1

  局部阻力系数

  局部阻力

  Z

  /Pa

  单位长度摩擦阻力Rm/Pa·s-

  摩擦阻力RmL

  /Pa

  管段阻力RmL+Z

  /Pa

  备注

  2 3250

  (0.90)17 340 11.75 1.1 91.1 4.5 76.5 167.6

  3 104640.6 24 1600 14.46 1.2 150.55 1.3 31.2 181.75

  5 197376.6 79 1700 24.17-0.1 578.3 2.3 181.7 760

  11 394753.2 75 1800 43.11 2 202.8 7 525 727.8

  17 592129.8 32 1900 58 0.9 1816.56 12 384 2200.56

  18 633578.886 10 2000 56 12.5 125

  19 633578.886 30 3300 20 2.2355 67.065

  1 100800 30 1600 14 0.56 65.85 1 30 95.85

  4 92736 25 1500 14.58 0.26 33.2 1.2 30 63.2

  6 100800 30 1600 14 0.56 65.85 1 30 95.85

  7 3250

  (0.90)17 340 11.75

  1.1 91.1 4.5 76.5 167.6

  8 104640.6 24 1600 14.46 1.2 150.55 1.3 31.2 181.75

  9 92736 25 1500 14.58 0.26 33.2 1.2 30 63.2

  10 197376.6 79 1700 24.17-0.1-35 2.3 13.8-21.2

  管道编号流量/

  m3?h-1

  /m3?s?1长度L/m管径

  D

  /mm流速

  ?/m·s-1局部阻力系数

  ??局部阻力Z

  /Pa单位长度摩擦阻力Rm/Pa·s摩擦阻力RmL

  /Pa管段阻力RmL+Z

  /Pa备注

  12 100800 30 1600 14 0.56 65.85 1 30 95.85

  13 3250

  (0.90)17 340 11.75 1.1 91.1 4.5 76.5 167.6

  14 104640.6 24 1600 14.46 1.2 150.55 1.3 31.2 181.75

  15 92736 25 1500 14.58 0.26 33.2 1.2 30 63.2

  16 197376.6 6 1700 24.17-1.5-175.3 2.3 13.8-161.5

  表6-2管道水力计算表

  Tab.6-2 Pipeline hydraulic calculation table

  6.4对并联管路进行阻力平衡

  最不利管路在三个三通点,为了保证阻力平衡,计算三通的阻力平衡。为了保证各送、排风点达到预期的风量,两并联支管的阻力必须保持平衡。除尘系统的两支管的阻力差不应超过10%。

  (1)汇合点A

  ?P1?95.85Pa?P2?167.6 Pa

  为使管段1、2达到阻力平衡,改变管段1的管径,增大其阻力。

  调整管径的方法应按下式计算:

  式中:D'—调整后的管径,mm;

  D—原设计的管径,mm;

  ?P—原设计的支管阻力,Pa;

  ?P'—要求达到的支管阻力,Pa。

  根据公式得:

  根据通风管道统一规格,取。其对应的阻力:

  此时仍处于不平衡状态。由于和要求相差的比较多,如继续减小管径同样处于不平衡状态,因此决定取在运行时辅以阀门调节,消除不平衡。

  (2)汇合点B

  ?P2??P3?167.6+181.75?349.35Pa,?P4?63.2 Pa

  为使管段2、3与管段4达到阻力平衡,改变管段4的管径,增大其阻力

  根据公式得:

  根据通风管道统一规格,取,其对应的阻力:

  此时仍处于不平衡状态。由于和要求相差的比较多,如继续减小管径同样处于不平衡状态,因此决定取D4?1000mm在运行时辅以阀门调节,消除不平衡。

  (3)汇合点E

  为使管段2、3、5与管段7、8、10达到阻力平衡,在运行时辅以阀门调节,消除不平衡。

  (4)汇合点H

  为使管段2、3、5、11与管段13、14、16达到阻力平衡,在运行时辅以阀门调节,消除不平衡。

  同理,汇合点C、F的修正方法同汇合点A,汇合点D、G的修正方法同汇合点B。

  (5)计算系统的总阻力

  本系统的最不利管路为管路1、2、3、4、5、11、17、18、19,则系统的总阻力为:

  6.5风机、电机的选型

  通风机是除尘系统中吸入和排除具有粉尘的气体的设备。它在除尘系统中的功能主要是利用风机自身的压力性质,攻克系统自身的阻碍,将粉尘的起始位置产生的粉尘通过系统管网输送到除尘装置,然后将清理后的气体经排气烟囱排入大气。因此了解通风机的性能并正确选择风机,是除尘设计的重要组成部分,也是确保除尘系统稳定运转的重中之重。

  6.5.1通风机的选型原则

  风机的稳定运转不但可以提高其工作效率,而且能够节省资源,降低运行成本。所以,通风机的选择应依照以下八个原则:

  (1)在选择通风机前,进行对通风机的市场调研,如生产的通风机种类、配置和不同种类的用途,新技术产品的方向和前景等,必须首要思考达到环保指标,以便择优选用风机。

  (2)通过通风机输送气体的物理、化学性质的不同,选择不同种类的通风机。如输送有爆炸和易燃气体的应选防爆通风机;排尘或输送煤粉的应选择排尘或煤粉通风机;输送有腐蚀性气体的应选择防腐通风机;在高温场合下工作或输送高温气体的应选择高温通风机等。

  (3)在通风机选择性能图表上查得有两种以上的通风机可供选择时,应优先选择效率较高、机号较小、调节范围较大的一种,当然还应加以比较,权衡利弊而决定。

  (4)如果选定的风机叶轮直径较原有风机的叶轮直径偏大很多时,为了利用原有电动机轴、轴承及支座等,必须对电动机启动时间、风机原有部件的强度及轴的临界转速等进行核算。

  (5)选择离心式通风机时,当其配用的电机功率小于或等于75KW时,可不装设仅为启动用的阀门。当排送高温烟气或空气而选择离心锅炉引风机时,应设启动用的阀门,以防冷态运转时造成过载。

  (6)对有消声要求的通风系统,应首先选择效率高、叶轮圆周速度低的通风机,且使其在最高效率点工作;还应根据通风系统产生的噪声和振动的传播方式,采取相应的消声和减振措施。通风机和电动机的减振措施,一般可采用减振基础,如弹簧减振器或橡胶减振器等。

  (7)在选择通风机时,应尽量避免采用通风机并联或串联工作。当不可避免时,应选择同型号、同性能的通风机联合工作。当采用串联时,第一级通风机到第二级通风机之间应有一定的管路联结。

  (8)所选用的新风机应考虑充分利用原有设备、适合现场制作安装及安全运行等问题。

  6.5.2通风机的选型的计算

  根据输送气体的性质、系统的风量和阻力可以确定风机的类型。考虑到风管、设备的漏风及阻力计算的不精确,应按下式的风量、风压选择风机。

  Pa(6-5)

  (6-6)

  式中:Pf—风机的风压,Pa;

  L—风机的风量,m3/h;

  Kp—风压附加系数,一般的送排风系统取1.1—1.15;除尘系统取

  1.15—1.20,本设计取1.1;

  KL—风量附加系数,一般的送排风系统取1.1;除尘系统取1.1—1.15,

  本设计取1.1;

  ?P—系统的总阻力,Pa;

  L—系统的总风量,m3/h;

  代入数据得:

  根据计算所得的风机风量和风压,查《除尘工程设计手册》,选用G4-73-11-No.22D型锅炉通风机,该型号风机性能参数如下:

  电动机联轴器(1套)

  机号NO.转速

  /r?min?1全压

  /Pa流量

  /m3?h?1

  效率

  %轴

  功率

  /Kw

  型号

  功率

  /Kw

  ST0 103

  风机轴

  电机轴

  12D

  1450 4655~

  3293 64200~

  107000 88.5~

  84.0 94.9~

  116 Y315 M2-4

  160 240×

  75×

  85

  75

  85

  7.烟囱设计

  7.1烟囱的设计原则

  烟气排放的原则有以下几项:

  (1)排气筒高度除了遵守《大气污染物综合排放标准》排放速率标准值外,还应高出周围200m半径范围的建筑的5m以上;不能达到该要求的排气烟筒,应按其高度对应的排放速率标准值减少50%执行。

  (2)两个排放相同的污染物(不论其是否有同一生产工艺过程产生)的排气烟囱,若其距离小于其集合高度之和,应合并视为一根等效排气烟囱。若有三根以上的近距排气烟囱,且排放同一种污染物时,应以前两根的等效排气烟囱依次与第三、第四根取等效值。

  (3)若某排气烟囱的高度处于本标准列出的两个值之间,其执行的最高允许排放速率以内插法计算;当某排气烟囱的高度大于或小于本标准列出的最大或最小值时,以外推法计算其最高允许排放速率。

  (4)新污染源的排气烟囱一般不应低于15m。若某新污染源的排气烟囱必须小于15m时,其排放速率标准值按外推计算结果再减少50%执行。

  (5)新污染源的无组织排放应达到国家规定的标准值。

  (6)工业生产尾气确需燃烧排放的,其烟气黑度不得超过林格曼1级。

  7.2本设计烟囱的规格

  除尘系统使用的烟囱材质有钢制烟囱、混凝土烟囱和砖砌烟囱等,根据本设计的要求,选用砖砌烟囱较合理。烟囱底部应设检修孔和排水孔,烟囱地面倾斜至排水孔一侧。

  烟囱高度可以不计算,通过相应的政策指标来规范,本设计选用高度为30米的即可满足标准。根据上面计算得本设计烟囱直径为3.3米。

  7.3烟囱的附属设施

  (1)爬梯

  烟囱外部爬梯是为检查和修理烟囱、排放气体监测、避雷设施之用。爬梯位置应设在背风面并与避雷设施的位置相配合;爬梯必须牢固可靠,以保证安全;防止烟气以及风雨侵蚀,应预先涂刷防腐油漆。

  (2)航空信号灯及标志色

  在机场附近为保证飞机夜间航行的安全,30米以上的烟囱顶部和筒身中部的不同高度处,需设置红色信号灯及平台。高度小于30米的无特殊要求也可不设信号灯。本设计烟囱的高度为30米,需设置红色信号灯及平台。

  (3)避雷设施

  非防雷保护范围的烟囱,易受雷击,应装设避雷设施。避雷设施包括避雷针,导线及接地极等。避雷针用直径38mm、长3.5m的镀锌钢管制成,安装时顶部尖端应高出烟囱顶1.8m。避雷针的数量决定于烟囱的高度与直径,导线沿爬梯导致地下,在地面下0.5m处与接地极扁钢带焊接在一起。避雷设施安装完毕后应测试电阻,其值不得大于设计规定。

  7.4烟囱的计算

  除尘系统净化后的气体经烟囱排向大气,烟囱的设计主要包括截面尺寸的计算和高度的选择。

  (1)截面尺寸:

  烟囱出口的截面积可由下式求出:

  (6-7)

  式中:S——烟囱出口截面积,m2;

  Q——烟气量,m3/h;

  vg——烟气自烟囱口排出的速度,m/s;

  系统总烟气量在第四章节已经计算出来;当地的风速约为6m/s,合理的排烟速度与当地的风速之比值是:1.5:1,所以烟囱出口处的排烟速度为。将各数据代入公式,可求:

  烟囱出口的直径为:

  根据通风管道统一规定,取D?2700mm。风机与烟囱之间用直径也为2700mm的较短风管连接,此段阻力可忽略不计。

  8.经济概算

  8.1建立除尘系统的费用

  8.1.1除尘设备费用

  (1)除尘器费用

  由于本设计采用的袋式除尘器是自己设计制造的,根据除尘器设计的构造和所需的钢材、滤袋及灰斗等各附件可计算得本袋式除尘器的成本约为200万元。

  (2)通风机费用

  本系统选用G4-73-11-No.22D型锅炉通风机,参考市场价格约为35万元,配套电机为Y500—54—6型电机一台,价格约为5万元。

  除尘设备总费用S1?2400000?350000?50000?2800000元

  8.1.2排风罩设备费用

  罩体是根通过各个吸气罩的自身属性设计的,包括铁制品的价格和各安装零部件的价格,参考市场价格,成本约为:出铁口处上部吸气罩每个6500元,共6个;撇渣器处半密闭罩每个4500元,共6个;铁水罐处上部吸气罩每个5000元,共7个。

  排风罩设备总费用S2?6500?6?4500?6?5000?7?101000元

  8.1.3烟囱费用

  本系统烟囱为砖砌材质,高30米,直径3.3米,约用500 m3的砖头,共需2万块,每块砖市场价格为0.35元。则共用砖的价格为7000元。烟囱的避雷设施、爬梯、信号灯等附件约为3000元。

  烟囱的费用S3?10000元

  8.1.4管道费用

  除尘管道最常用的材料是Q235钢板,由钢板制作的管道具有坚固、耐用、造价低、易于制作安装等一系列优点。本设计采用此型号钢板自行制作,采用圆形通风管道,根据《除尘工程设计手册》中圆形通风管道规格表可得不同规格管壁的厚度,查表可得,本设计中管径为1600mm和2000mm的管径壁厚为3mm,其余管径厚度均为2mm。

  各管段所需钢管的体积为:

  (8-1)

  式中:V—钢管的体积,m3

  D—钢管的外径,mm

  d—钢管的内径,mm

  L—钢管的长度,m

  按照公式计算得管段1的体积为:

  其余各管段计算方法与管段1相同,则经计算得各段体积的总和为4.3 m3,即所需钢材总体积为4.3 m3。

  钢材质量的计算公式为:

  则计算得共需钢料的质量为35.5吨,Q235钢板的价格为5550元/吨,则铺设管道所需的钢材总价约为197000元,则管道总费用S4=197000元

  8.1.5管部管件费用

  (1)在管路设计中,用到了很多局部管件,如弯头、渐扩管和渐缩管、三通管等,其价格如下:

  (2)弯头:虽然规格不同,但根据市场调查结构,其价格大致相同,本设计共需要17个60元一个的90?弯头和8个50元一个的30?弯头

  (3)三通管:市场上三通管的价格大约50元,本系统共需9个。

  局部管件费用S5?17?60?8?50?4?120?9?50?2350元

  8.1.6人员费用

  此套系统的施工时间预计为60天,有60人参加施工,施工期间包括设备的安装、维修、监管等工作,预计支付工人工资为50元/天。

  人员总费用S6?60?60?50?180000元

  8.1.7其他费用

  在实际除尘系统的建立过程中,难免会遇到各种不可预见的问题,如需添置零部件、需延期完工等,设各种不可预见的费用为5万元。

  本人在做经济预算时,难免有考虑不全面的地方,其他没有考虑到的费用共设为5万元。

  其他费用总额为:S7?50000?50000?100000元

  8.1.8建立除尘器系统的总费用

  建立除尘系统的总费用为各部分所用费用之和。

  S?S1?S2?S3?S4?S5?S6?3390350元

  8.2运行费用

  8.2.1维修费用

  设此系统可应用10年,第一年的维护费用为4万元,之后每年递增1万元。则维修费用共为:S1?4?5?6?7?8?9?10?11?12?13?85万元。

  8.2.2人员费用

  此系统正常运行时预计实行三班二运转式工作制,每班10人,共30人,日平均工资为50元,每人一周休息一个工作日,每年工作日按300天计算,共工作10年。

  则人员费用共为S2?30?50?300?10?450万元

  8.2.3用电费用

  该系统的除尘设备主电机800Kw,6000V,年开机天数360天,每天运行24小时,共运行十年,每度电按0.5元计算。

  则运行电费总额为S3?800?24?360?10?0.5?3456万元

  8.2.4其他费用

  在实际除尘系统的运行过程中,难免有不可预见的情况发生,假设其费用为30万,即S4?30万元。

  8.2.5运行除尘器的总费用

  运行除尘系统的总费用为各部分所用费用之和。