吉伟-除尘器设计
南京工程学院
课 程 设 计 说 明 书
设计题目: 文丘里湿式除尘器工艺设计
课 程 名 称:除尘与输灰系统及设备 院(系、部): 环境工程学院 专 业: 电力环保 班 级: 姓 名: 吉 伟 学 号: 起 止 日 期:2012.11.19~2012.11.23 指 导 老 师:
目 录
一、 前言……………………………………………………………2 二、 设计任务………………………………………………………3 三、 设计原则………………………………………………………5 四、 设计步骤………………………………………………………6 五、 设计计算………………………………………………………7 (一) 原始数据…………………………………………………7 (二) 计算步骤及结果…………………………………………8
1、 文丘里管尺寸设计……………………………………8 2、 连接管尺寸设计………………………………………8 3、 倒锥形捕滴器尺寸设计………………………………9 (三) 主要设备……………………………………………………11 (四) 设计参数……………………………………………………12 六、 设计结果的讨论说明…………………………………………13 七、 参考文献………………………………………………………14 八、 设计图纸………………………………………………………14
一、前言
湿式除尘器是借含尘气体与液滴或液膜的接触、撞击等作用,使尘粒从气流中分离出来的设备。湿式除尘器按结构与净化机理可分为水膜式除尘器(麻石水膜除尘器)、喷射式除尘器(文丘里除尘器)、板式除尘器(旋流板式除尘器)、冲击式除尘器(冲击水浴式除尘器)、填充式除尘器。根据除尘设备的阻力与耗能可分为低耗能和高耗能除尘器。湿式除尘器的特点是构造简单、净化效率高、本身无运动部件、故障少、适合高温高湿气体除尘,但除尘后有水的处理问题和设备的腐蚀问题。
湿式除尘器要得到较高的除尘效率,必须造成较高的气液相对运动速度和非常细小的液滴,文氏管就是为了适应这个要求而发展起来的。
文氏管是在意大利物理学家文丘里首次研究了收缩管道对流体流动的效率的影响后命名的。文丘里管是在1886年美国科姆斯·霍舍尔为了增加流体的速度从而引起压力的减小而发明的。文氏管除尘器于1946年开始在工业中应用。
文氏管是一种高能耗高效率的湿式除尘器。含尘气体以高速通过喉口,水在喉口处被湍流运动的气流雾化,尘粒与水滴之间相互碰撞使尘粒沉降,这种除尘器结构简单,对0.5-5微米的尘粒除尘效率可达99%以上,但其费用较高。该除尘器常用于高温烟气降温和除尘,也可用于吸收气体污染物。
二、设计任务
1#电厂运行工况 (一) 锅炉技术参数
锅炉型号:超高压一次再热自然循环锅炉 额定蒸发量:670t/h 排渣方式:固态排渣 输灰形式:正压气力输灰 引风机形式:双吸离心式风机 磨煤机型式:MPA170(39t/h)中速磨
煤种:烟煤,产地:渤海湾老石旦煤矿、准格尔煤田 (二) 煤、灰及烟气资料
(三) 现场气象资料 ①海拔高度:22.5m
②当地平均大气压:943.6mbar ③年平均气温:12.3℃ ④最大风载:32kg/㎡ ⑤最大雪载:24kg/㎡
⑥地震烈度:7度
(四) 文丘里除尘器的要求
①除尘器排尘浓度:<30㎎/m3(标); ②除尘效率≥90%。 (五) 注意事项
捕滴器的设计以圆柱形捕滴器和倒锥形捕滴器设计为主,设计具体内容包括文丘里管尺寸、筒体直径、进气蜗壳、出口蜗壳的设计,未能画到图纸中的部件应该于明细表中备注说明。
三、设计原则
1、工作原理
文丘里管的除尘过程,可分为雾化、凝聚和脱水三个环节,前两个环节在文丘里管中进行,后一个环节在脱水器中完成。含尘气体由进气管进入收缩管后流速逐渐增大,在喉管气体流速达到最大值。在收缩管中气液两相之间的相对流速很大。从喷嘴喷射出来的水滴,在高速气流冲击下雾化,能量由高速气流提供。
在喉口处气体和水充分接触,并达到饱和,尘粒表面附着的气膜被冲破,使尘粒被水润湿,发生激烈的凝聚。在扩散管中,气流速度减小,压力回升,以尘粒为凝结核的凝聚作用完成,凝聚成较大的含尘水滴,更易于被捕集。粒径较大的含尘水滴进入脱水器后,在重力、离心力等作用下,干净气体与水尘分离,达到降温及除尘之目的。 2、设计原则
本设计遵循如下原则进行工艺路线的选择及工艺参数的确定: (1) 基础数据可靠,总体布局合理。
(2) 避免二次污染,降低能耗,近期远期结合,满足安全要求。 (3) 采用成熟、合理先进的处理工艺,处理能力符合处理要求。 (4) 投资少、能耗和运行成本低,操作管理简单,具有适当的
安全系数。
(5) 采用耐腐蚀设备及材料,以延长设备的使用寿命。 (6) 废气处理系统的设计考虑事故的排放,设备备用等保护措
施
四、设计步骤
(1) 文丘里湿式除尘器设计要求:
1、除尘器除尘效率达到百分之九十以上。
从这一点展开思路,通过查找资料,得知除尘效率跟文氏管的压力损失有关,而压力损失又与喉管处的气体流速、喉管面积及长度、气体密度有关。所以设计符合要求的除尘器,需要控制流速及相关尺寸等。
2、除尘器排尘浓度要低于30mg/m3,而排尘浓度与效率有关。 (2) 一号工况现有条件:
文丘里管进口烟气流量Q1=80500m³/h、烟气温度t1=175℃、进口烟气含尘浓度Cj=30g/m³(标);根据资料中的相关参数,在进气、出气、喉管处的流速、捕滴器中流速的大概范围内确定具体合适的数值,通过后面的设计计算中判断是否符合条件。
(3) 设计文丘里湿式除尘器主要是设计如下几个设备尺寸:
文丘里管(收缩管、喉管、扩散管)、连接管、捕滴器(进气蜗壳、出气蜗壳、筒体)。根据公式把每一个设备的尺寸计算出来。 (4) 设计的尺寸和工况给定的原始参数:如直径、温度、流速等,
根据这些条件,计算出该文丘里除尘器的除尘效率和排尘浓度,若能达到这两个条件,并且设备尺寸符合实际规格,则认为设计的除尘器符合要求。
(5) 根据设计的设备尺寸,绘制倒锥形文丘里式除尘器的整体设计
图和构造图。
五、设计计算
文丘里湿式除尘器(倒锥形捕滴器)1#工况的设计 (一) 原始数据
文丘里管进口烟气流量Q1=80500m³/h约等于喉管进气流量Qt1; ⑴收缩管的总收缩角α1=20º; ⑵喉管的流速Vh=55m/s;
⑶扩散管的出口烟气流速为20m/s;
⑷文丘里管烟气进出口温差取值为Δt=50℃(175℃、125℃) ⑸文丘里管进气温度为175℃; ⑹扩散管总张角2=8º;
⑺捕滴器中进口烟道中心处筒体内平均上升烟速Vf=6.5m/s; ⑻捕滴器中供水装置处筒体内平均上升烟速Vs=4.5m/s; ⑼湿段高度:H1/Ds=2.0;
 ̄⑽排灰管直径φ400mm,垂直高度为700mm; ⑾进气蜗壳中进气烟速V3=20m/s; ⑿进口短管内侧壁斜切角α3=12º; ⒀蜗壳引出出口速度v4=10m/s; ⒁1#工况下进口烟气含尘浓度30g/m³;
⒂1#工况下当地平均大气压94360pa,年平均气温12.3℃。
(二)计算步骤及计算结果
(三)、主要设备
表1-1 文丘里管
表1-2 捕滴器筒体
表1-3 进气蜗壳
表1-4 出口蜗壳
(四)、设计参数
⑴、文丘里进口烟气流量Q1=80500 m3/h,出气流量Qt2=69718.8 m3/h,捕滴器进口烟气流量Qt2=69718.8 m3/h,出口烟气流量Qt3=72450 m3/h;
⑵、喉管烟气流速范围50 m/s~60 m/s,取Vh=55 m/s ⑶、文丘里烟气进出口温差Δt=50℃; ⑷、扩散管出口烟气流速V2=20 m/s;
⑸、蜗壳进口烟速V1=20 m/s ,出口烟速V4=10 m/s; ⑹、文丘里管,捕滴器各部分尺寸设计。
六、设计结构的讨论说明
根据文丘里湿式除尘器设备尺寸的计算处理,得到喉管流速Vt=50 m/s,喉管面积St=0.447m2,喉管长度L=0.75m,根据一号工g
况年平均气温12.3 ℃和当地平均大气压:943.6 mbar,再结合相关资料上数据得出该工况的烟气密度大约为2.00kg/m。带入公式 ΔP=Vt2tSt0.1333Lg0.78
1.16中得到压力损失为3504pa,
)×100%,得效率为92.1%。 且η=(1-9266P-1.43
除尘器的排尘浓度与初始烟气含尘浓度遵循以下关系:
Cn=Cj(1-
100),带入数据Cj=30mg/m(标)得最终排尘浓度为
3329.7 mg/m<30mg/m。
结合除尘器排尘浓度<30mg/m 3(标)、除尘效率≥90%,以及设计设备的尺寸符合实际工况要求,得出设计的文丘里湿式除尘器(捕滴器为倒锥形捕滴器)符合设计要求。
除文丘里倒锥形除尘器设计外,位于文丘里管中收缩管中的喷嘴采用锥形三线螺旋芯喷嘴,另外,水泵、沉淀池、水槽等设计一并如图。
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七、参考文献
[1] 姜凤有. 工业除尘设备. 北京:冶金工业出版社,2003
[2] 张殿印,张学义. 除尘技术手册. 北京:冶金工业出版社, 2005
[3] 金国淼. 除尘器. 北京:化学工业出版社,1998
[4] 周敬宣. 环保设备及课程设计. 北京:化学工业出版社,2002
[5] 周兴求. 环保设备设计手册. 北京:化学工业出版社,1999
八、设计图纸
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