袋式除尘器的设计

大气污染控制工程课程设计

学院：水利与环境学院

专业：环境工程

指导老师：苏青青

学号：2009108103

姓名:沈伟航

时间:2012.6.24

三 峡 大 学

课程设计任务书

2012年春季学期

一、项目概况

1.1袋式除尘器工作原理 1.2袋式除尘器的基本特点 1.3袋式除尘器分类 1.4滤料分类

二、设计资料和依据.

2.1.1设计要求 2.1.2设计参数 2.1.3烟气性质 2.1.4烟尘性质 2.1.5气象条件

2.2净化工艺流程的确定 2.3技术水平的确定

2.4袋式除尘器相关设计依据

三、系统设计部分

3.1袋式除尘器选型 3.1.1选择除尘器的原则： 3.1.2确定除尘器的形式 3.1.3袋式除尘器型号的确定

目录

3.2滤料的选择

3.3袋式除尘器设计计算 3.3.1基础数据

3.3.2过滤面积、滤袋数目的确定 3.3.3除尘室的尺寸： 3.3.4灰斗的计算

3.3.5 滤袋清灰时间的确定 3.3.6 辅助结构计算

3.4除尘器的保温和防腐

3.5安装、调试、运行、维护和检修

3.5.1除尘器的分室 3.5.2除尘器的定期检测 3.5.3滤袋的更换 3.5.4优化清灰频率 3.5.5除尘器启动的控制 3.5.6运行过程中的条件控制

四、除尘系统其它设施设计

4.1烟囱的设计 4.1.1设计的一般规定 4.1.2烟气释放热计算 4.1.3烟囱几何高度 4.1.4烟气抬升高度的计算 4.1.5烟囱的有效高度 4.1.6烟囱直径的计算 4.1.7烟囱草图

4.1.8烟囱设计的几个基本构造

五、净化系统的配套辅助设施设计

5.1管道材料

5.2管道阀门 5.3机械排灰与除灰 5.4管道布置 5.5除尘器的阀门

六、设备投资估算 七、附图

一、项目概况

在我国绝大多数城市中, 粉尘是第一位的污染物, 而燃煤电厂的粉尘排放又占各个行业粉尘排放的首位,针对这题问题，我国最先应用的是静电除尘器，但静电除尘器的处理效果与日益严格的环保要求相比，仍存在着较大的差距。近十年来，袋式除尘器技术的发展很快，尤其是大型脉冲除尘器，加上新的滤料和新的脉冲阀的问世，使袋式除尘器工况的稳定性和设备的可靠性有了充分的保证，更广泛的被用与发电行业。

袋式除尘器也称为过滤式除尘器，凡是利用织物或非织造布制作的袋状过滤原件，用来捕集含尘气体中的固体颗粒的设备，均可称为袋式除尘器。袋式除尘器一般由箱体、滤袋、滤袋架、清灰机构、灰斗、放灰阀等部件构成。 1.1袋式除尘器工作原理

含尘烟气由进风口进入袋式除尘器，烟尘颗粒被机械地收集在滤袋上，过滤可发生在滤袋的纤维上，也可发生在附着在滤袋表层的灰层上，经滤袋及表层灰层过滤后的清洁烟气经排风口排入大气。滤袋表层的灰可通过不同的清灰方式进行清除。 1.2袋式除尘器的基本特点

(1) 除尘效率高， 一般在99 % 以上,，其出口烟气浓度可以达到50mg/m3 以下，甚至达到10mg/m3

(2) 处理气体量范围大, 可处理高浓度的含尘气体； (3) 结构比较简单, 操作维护方便；

(4) 在同样除尘效率下, 其造价和运行费用低于电除尘器； (5) 对粉尘特性不敏感, 不受粉尘比电阻的影响。

1.3袋式除尘器分类

(1)按滤袋形状分，有圆袋式除尘器、扁袋式除尘器及其他袋式除尘器； (2)按过滤方式分，有外滤式袋式除尘器和内滤式袋式除尘器； (3)按进风方式分，有上进气式除尘器和下进气式除尘器； (4)按风机的位置分，有吸入式除尘器和压入式除尘器；

(5)按除尘器的清灰方式分，有机械振动类清灰的除尘器和脉冲清灰袋式除尘器。 1.4滤料分类

滤料材质的发展已逐步向“使用温度高、吸湿率低、耐腐蚀等方面发展，滤料织物结构由二维结构发展成三维交错随机排列针刺。一般的滤料主要是天然滤料、合成纤维和无机纤维，下表是某电厂对袋式除尘器滤料的试验结果。 表1 新南威尔斯州电厂袋式除尘器滤料试验结果

二、设计资料和依据.

2.1.1设计要求

标准状态下袋式除尘器烟气排放浓度≤50mg/m3;除尘效率>99%；漏风率≤2%。 2.1.2设计参数

额定蒸发量为75t/h,煤的成分见表6-13.收到基地位发热量为20350KJ/Kg。 煤的组成成分 单位%

相关数据处理：

（1）理论需氧量：

43.8+8.13—2.47+0.26 =49.72 （mol/Kg煤） （2）理论空气量：

49.72（3.78+1）=237.66 （mol/Kg煤） （3）理论烟气量：

43.8+16.25+8.3+4.24+49.723.78=260.53 （mol/Kg煤） （4）实际烟气量：（取空气过剩系数=1.2） 260.53+0.2237.66=308.062（ mol/Kg煤） （5）标准状况下的实际烟气量：

QS308.062

22.4

=6.09（m3/kg） 1000

（6）标准状况下烟气含尘浓度： C=

156.97.64%

1146(mg/m3)

10006.9

0.2664

2.41(g/m3) 6.9

（7）SO2浓度：

Cso2

2.1.3烟气性质

最大烟气量185900m3/h;烟气最高温度150℃,；烟气最大含尘量15g/m3;烟气露点

温度100℃；烟气压力约3000Pa。 2.1.4烟尘性质

灰尘的成分、粒径分布分别见表 灰尘成分 单位%

粉尘粒径分布

2.1.5气象条件

年平均大气压力101.27kPa；最低温度平均值1.9℃；最高温度平均值36.3℃；冬季室外风速平均值2.4m/s;夏季室外风速平均值1.8m/s;海拔高度6.6m。 2.2净化工艺流程的确定 2.3技术水平的确定

设计的除尘器应符合我国机械行业标准要求 除尘器的主要性能见下表

表2 脉冲喷吹类袋式除尘器主要性能

表3 除尘器的钢材耗量

表4 除尘器主要材料选用表

2.4袋式除尘器相关设计依据

《火电厂大气污染排放标准》（GB13223-2003）; 《锅炉大气污染排放标准》（GB13271-2001）；

《火电厂烟气排放连续监测技术规范》（HJ/T75-2001）; 《袋式除尘器性能测试方法》（GB12138-89）

《袋式除尘器用滤袋框架技术条件》（JB/T 5917-2006） 《袋式除尘器用滤料及滤袋技术条件》（GB12625-2007） 《脉冲喷出类袋式除尘器技术条件》（JB/T 8532-1997） 《袋式除尘器安装技术要求及验收规范》（JB/T 8471-1996）

三、系统设计部分

3.1袋式除尘器选型 3.1.1选择除尘器的原则：

（1）必须满足排放标准规定的排放要求； （2）粉尘颗粒的物理性质对除尘器性能的影响； （3）气体含尘浓度的大小；

（4）烟气温度和其它物理化学性质对除尘器的影响和要求； （5）粉尘的收集问题；

（6）除尘器的设置位置、可利用空间等因素。

3.1.2确定除尘器的形式

本设计选用的除尘器形式是逆喷式（分室）脉冲除尘器（与其它除尘器结构性能对比见附表）。

脉冲袋式除尘器是一种周期性地向滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋上积尘的袋式除尘器，主要优点为：处理风量大、除尘效率高。 选择的具体分析说明：

（1）本设计要求的除尘效率 >99%，由粒径分布表可知，93.6%的灰尘粒径大于5m，则除尘效率可满足要求。

（2）袋式除尘器的理想含尘浓度为0.2~10g/m3，本设计参数中计算得烟气含尘浓度为1.146g/m3，适合用袋式除尘器。

（3）设计的电厂排出烟气的粉尘种类主要为飞灰（煤）、炭黑、还有少量的氧化铁及微量的氧化铅等，查表-袋式除尘器的使用情况（《大气污染控制工程》第二版）知，这几种组成成分确认下来的进气方式为逆气流。

（4）大型高气布比的脉冲袋式除尘器比反吹风等低气布比的袋式除尘器高1.5~2倍，这样不仅减少了过滤面积，还减少了除尘设备的占地面积和设备费用。

（5）脉冲清灰袋式除尘器由于其脉冲喷吹强度和频率可进行调节，清灰时气流速度较快，清灰效果好。

（6）一般袋式除尘器采用分室结构，并在设计中留有裕量，使除尘器可以轮换检修而不影响锅炉的运行。采用分室结构的另一原因是锅炉的烟气量一般较大，不注意气流的分布往往会使气流分布不均，阻力上升快，清灰频率高，滤料容易破坏。 3.1.3袋式除尘器型号的确定

常用的脉冲袋式除尘器型式有四种，按照脉冲喷吹方向与过滤气流的方向不同，脉冲袋式除尘器可分为逆喷式（MC型）、顺喷式（LSB型）和对喷式（LDB型）三种，MC型中QMC为气动、DMC为电动；按照滤袋形式的不同，又有扁带脉冲除尘器（BMC型）。

3.2滤料的选择

本设计选用的滤料为厚的针刺毡。 选择的具体分析说明：

（1）针刺毡的成分及特性

针刺毡纤维主要成分为聚酯或诺梅克斯，具有长期耐高温、吸水率高、耐碱性和耐酸性都较好、强度高、造价低等特点，应用该种滤料能明显提高除尘效率。 （2）针刺毡与其它滤料的比较

滤料织物结构由二维结构的织布发展成三维交错随机排列针刺。这种三维结构无直通孔隙、透气性高、容尘量大、过滤效率大大提高。以涤纶针刺毡与729滤布（涤纶短纤维）相比，（见附表）可以看出：针刺毡的过滤性能明显优于729，在相同的使用条件下，其过滤风速可以提高一倍，即同等过滤面积，可以处理更多的废气量，滤料的寿命也更长。 （3）可达到的除尘效率

对于脉冲式除尘器，当使用工业涤纶208制作滤袋时，效率可达99.6%，当使用厚度为1.5~2的工业毛毡制作滤袋时，效率可达99.9%，满足效率的设计要求。 （4）袋式除尘器清灰的设计

清灰方式为脉冲喷吹清灰，毡制的滤袋常采用脉冲喷吹清灰，相应滤袋为上部开口下部封闭的滤袋，含尘气体通过滤袋时粉尘被阻留于滤袋外表面上，利用压缩空气反吹，压缩空气的脉冲产生冲击波，使滤袋振动，积附在滤袋上的颗粒层脱落。脉冲清灰袋式除尘器处理风量大、除尘效率高，由于其脉冲喷吹强度和频率可进行调节，清灰时气流速度较快，清灰效果好其清灰机构没有运动部件，滤袋不受机械力作用，损伤较小，滤袋使用期长。 3.3袋式除尘器设计计算 3.3.1基础数据

①含尘气流的温度T=150℃，进气流量Q=185900m3/h, 含尘浓度=15g/m3， ②参考《大气污染控制工程》，逆气流反吹清灰的过滤气速vf=0.5～2.0 m/min；选取vf =1.0 m/min。

③参考《大气污染控制工程》，袋式除尘器的压力损失ppfpP，通过清洁滤袋的压力损失pf一般为100～130Pa，当压力损失p接近1000Pa时一般需要对滤袋进行清灰。此处选取pf为120 Pa。

④参考《除尘设备》，锅炉烟气中颗粒的比阻系数Rp=1.50 min/(g·m)

⑤参看《环境工程设计手册》，石灰的堆积密度P=4695Kg/m3，含尘气流达到国家标准的排放浓度

标=50mg/m3

⑥参看《袋式除尘器的设计与应用》，相邻两滤袋安装的中心距为210～250mm，滤袋与花板边界距离为200mm，单元间隔大于相邻两滤袋的间隔。

⑦物理学结论，将物体置于倾斜角大于45°的倾斜板上，物体将向下滑动，故当灰斗倾斜角大于45°时，灰粒可自行落下。

⑧含尘气体进气流速vi为30m/s，净气出口流速vo为10~15m/s 。 3.3.2过滤面积、滤袋数目的确定 处理烟气量Q185900m3/h 清灰方式：逆气流脉冲清灰 过滤速度取 v1.0m/min 滤料：针刺毡滤料

参考《大气污染控制工程》，袋式除尘器的过滤面积A=袋尺寸 直径Φ130mm 长度l7000mm 滤袋数量n

A3100

1088个(取1140个) ld3.140.137

Q1895000

3100m2滤60vf601.0

分为4个除尘室，每个除尘室内安装285条滤袋 每个除尘室内滤袋的布置： 矩形布置 横向：15个滤袋 纵向：19个滤袋 相邻滤袋间隔50mm

3.3.3除尘室的尺寸：

长度L=150.13140.052.65m，取L=3m 宽度D190.13180.053.37m，取D3.5m

3.3.4灰斗的计算 积灰堆积速度：q =灰斗尺寸设计：

进灰口和出灰口均为正方形

进灰口边长4m，出灰口边长为 a0 0.5m 灰斗壁面与出灰口水平夹角为60° 灰斗高度h3

40.5

3.033.10m 2

Q

P



1859001599%

0.588m3/h

4695

积灰高度h取1.5m,估算积灰体积：

a1h12

V=2ha00tan60

3tan6032

11.510.532

=21.50.5tan60=1.46m 

3tan6032排灰时间t排

2V21.46

5 h，故可知每5小时排灰斗排灰一次。 

0.588q

2

2

3.3.5 滤袋清灰时间的确定

袋式除尘器的压力损失：ppfpP —（※）

式中 pf—通过清洁滤袋的压力损失，Pa； pP—通过颗粒层的压力损失，Pa。 参考《除尘设备》： pP=RPvft

式中 Rp—颗粒比阻力系数，min/(g·m) vf—过滤风速，m/min —含尘浓度，g/m3

2

t —清灰时间，min

设p达到1000Pa时清灰一次，将已知数据代入（※）式：

1000 = 120 + 1.50×1.02×15×t 解得：t = 39min = 0.65h 故滤袋运行0.65h清灰一次。 3.3.6 辅助结构计算

便于进气管与灰斗连接，采用方形断面管，断面边长：L1=

Q185900

=1.3m 

3600vi360030

净气出流速度vo取10m/s，出口管道选正方形截面管道，截面边长： L1=

相关参数列表如下：

Q185900

=2.2m 

3600vi360010

3.4除尘器的保温和防腐

除尘器运行时，应保持除尘器内温度高于露点，一般应大于140℃~150℃，对壳体采取保温措施。在启动和停炉时，为防止除尘器内产生水分冷凝，可用加热器使内部任何时间都高于露点，或启动前预热除尘器，也可以在停炉前停止清灰，在滤袋上形成灰尘层，以便在下次启动时保护滤袋。

3.5安装、调试、运行、维护和检修

（1）除尘器的分室

滤袋设计与拟收集的烟尘见会相互作用，同样的滤料由于设计的微小差异可对压力降和电厂的排尘浓度产生明显影响。用于电厂的袋式除尘器通常被分为多个单元室，这样滤袋可在线关闭、维修或更换。 （2）除尘器的定期检测

袋式除尘器需定期检测，及时更换或关闭破袋。即使一个破袋都可能导致排灰浓度迅速升高，气流在通过一个小破洞时会导致该滤袋以及周围邻近的滤袋快速破坏，造成很大的损失。检测滤袋的方法有多种，比如向袋式除尘器的入口喷入荧光粉，用能使荧光粉发光的紫外灯来检测定位破袋。对于脉冲型袋式除尘器的滤袋检漏，是从过滤后的清洁烟气导管中进行的。 （3）滤袋的更换

滤袋的更换有两种方法，即同时更换同一个袋式除尘器中的所有滤袋或者根据要求更换某一单元室。所有滤袋更换时，则运行最坏的单元室控制了整个滤袋的寿命，因此会损失部分滤袋的寿命，但由于全部是新的滤袋，除尘器的启动运行易于控制，气流过大时滤袋损坏的机会要小。如果滤袋在线更换，必须仔细的限制气流，直到

滤袋已经充分调节好。 （4）优化清灰频率

袋式除尘器的运行过程设计对袋式除尘器的运行效果也会产生严重的影响，清灰过于频繁会导致较高的烟尘排放浓度，并会明显缩短滤袋寿命，因此需要在清灰频率和压力降之间进行优化。 （5）除尘器启动的控制

滤袋面对高速气流时运行易损坏，这经常发生在刚刚安装好的新滤袋上，因此必须对新安装或刚更换的滤袋启动进行仔细的控制。 （6）运行过程中的条件控制

清灰效果与进入袋内的清灰能量及附着在袋上灰层的强度有关，运行过程中的某些偏差可能会导致灰层强度的增加。如低温运行可能导致灰层上的酸冷凝，锅炉管道的泄漏可导致烟尘带水造成灰层硬化，燃油时操作不当可导致烟尘带油等。

四、除尘系统其它设施设计

4.1烟囱的设计 （1）设计的一般规定

净化系统的烟囱一般应高出周围建筑物3m。烟囱的高度及拍气速度和温度要有利于气体高空扩散稀释，烟囱的顶部一般不设风帽，为防止雨水进入，可设置偏心弯头或排水口。设计烟囱时应根据使用条件，烟囱高度，地质条件，地震烈度，材料供应和施工条件等因素以确定砖筒壁或钢筋混泥土筒壁。这里我们选用砖筒壁。当烟气温度小于等于150℃时采用空气隔热层

(2) 烟气释放热计算

TsTa1501.8

QH0.35PaQv0.351012.751.66401.3kw

Ts150273

式中：QH—烟气热释放率，kw；

pa—大气压力，取邻近气象站年平均值；

Qv—实际排烟量，m3s

Ts—烟囱出口处的烟气温度，413K；

Ta—环境大气温度，K；

(3)烟囱几何高度

烟囱几何高度取80m

(4)烟气抬升高度的计算

由于QH6401.32100kw且Ts-Ta148.235K

n1Hn2s1 所以烟气抬升高度计算按 Hn0QHu

ms u表示烟囱出口处风速

n0,n1,n2的取值按下表

Hn0QHu10.3326401.30.6800.44.580.8m

(5)烟囱的有效高度 n1Hn2s

HHsH8080.8160.8m

(6)烟囱直径的计算

设烟气在烟囱内的流速为v=16m/s，则烟囱平均截面积为：

QV51.6A3.2m2

v16

则烟囱的平均直径D为D=

校核流速v得： v

(7)烟囱草图如下

4A=2.0m取烟囱直径为DN2000mm. 51.6416.4s 23.142.0

(8)烟囱设计的几个基本构造

爬梯 烟囱外部的爬梯，在施工期间可作为施工人员的辅助通道，烟囱建成后作为修理烟囱，检查和修理信号灯和避雷针之用

信号灯平台和标志色 保证飞机夜间航行的安全

避雷针 防止雷击

五、净化系统的配套辅助设施设计

（1）管道材料

除尘器管道材料包括普通材料和耐磨材料。除尘器管道最常用的普通材料是Q235钢板，具有坚固、耐用、造价低、易于制作安装等特点。

耐磨材料主要包括淬火耐磨钢材、耐热耐磨合金钢、碳化硅耐磨材料、C-T陶瓷复合钢管等。由于在除尘系统和气力输送管道的磨损中主要为磨粒磨损，其磨损程度主要取决于材料本身的硬度，因此耐磨材料的研究主要以提高材料硬度为方向。 根据最高烟气温度为150℃，因此选材时要考虑材料的耐高温性。而且烟气有SO2 存在，所以要考虑到耐腐蚀性。

（2）管道阀门

在除尘器工程中的阀门可分为蝶阀、插板阀、风量调节阀、防暴安全阀、卸料器和换向阀等。阀门的传动方式有手动、气动、液动、电动等多种，它能在某种信号(如压力、温度等)的作用下，按设定程序工作。 阀门可定义为截断、接通流体(含粉体)通路或改变流向、流量及压力值的装置。阀门是透风除尘器系统中必不可少的部件，具有导流、截流、调节、节流、防止倒流、分流或卸压等功能。

（3）机械排灰与除灰

除尘器收集的粉尘，需要从除尘器排出并输送到适当的地点加以储存、口收、利用。因此，排灰与除灰系统是除尘工程设计的一个环节，是大、中型除尘系统不可缺少的组成部分。

袋式除尘器通常使用星形卸灰阀。在排灰口与星形卸灰阀之间应设手动(或气动)插板阀，用于输排灰机械检修时关闭排灰口。星形卸灰阀阀体上或插板阀与卸灰阀之间宜设掏灰孔，用于清除阀体内的杂热物。

（4）管道布置

管道布置的一般原则为：输送不同介质的管道，布置原则不完全相同，取其共性作为管道 布置的一般原则。管道布设分明装和暗设，应尽量明装，以方便检修；管道

尽量集中成列，平行布设，沿墙或沿柱更好；管道与梁柱、墙、设备等应留有足够的距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩的要求。

除尘管道的布设除了应遵守上诉一般原则外，还应满足：除尘管道力求顺直，保证气流通畅。当必须水平布设时，要有足够的流速以防止积尘。对易产生积灰的管道，设置清灰孔；当气体含尘浓度高时（大于3m/s），应将进化装置设在风机的吸入段；分支管与水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入。

（5）除尘器的阀门

脉冲袋式除尘器中主要有三个阀门：脉冲阀、控制阀、泄尘阀。脉冲阀与压缩空气相连，作为喷吹气源开关，先由脉冲控制仪发出脉冲信号，再通过控制阀按程序触发每个脉冲阀从而实现脉冲发喷吹。常用的脉冲阀为QMF-100型；根据控制仪的不同，控制阀可用电磁阀、气动阀、机控阀三种。

六、附图