某烧结厂8m2球团竖炉烟气除尘工程

某烧结厂8m2球团竖炉烟气除尘工程
前言
由于我国严重的大气污染，致使我国的呼吸道疾病发病率很高。

慢性障碍性呼吸道疾病，包括肺气肿和慢性气管炎，是最主要的致死原因，其疾病负担是发展中国家平均水平的两倍多。

疾病调查已发现暴露于一定浓度污染物（如空气中所含颗粒物和二氧化硫）所导致的健康后果，诸如呼吸道功能衰退、慢性呼吸疾病、早亡以及医院门诊率和收诊率的增加等。

1989年，研究人员对北京的两个居民区作了大气污染与每日死亡率。

大气污染对农业生态环境的影响和危害是人们极为关注的问题，已成为工业“三废”之首。

各种形式的大气污染达到一定程度时，直接影响农作物、果树、蔬菜、饲料作物、绿化作物的正常生长；畜禽因摄入含污染物过多的饲料后，致病或死亡，导致农业生产的经济损失。

大气污染物进入农业环境后，不仅直接影响农业生产，进入农用水域、土壤的污染物又间接危害植物、动物及微生物的生长。

据《中国环境状况公报》显示，1997年，我国城市空气质量仍处在较重的污染水平，北方城市重于南方城市。

二氧化硫年均值浓度在3～248微克/米3范围之间，全国年均值为66微克/米3。

一半以上的北方城市和三分之一强的南方城市年均值超过国家二级标准（60微克/米3）。

北方城市年均值为72微克/米3；南方城市年均值为60微克/米3。

以宜宾、贵阳、重庆为代表的西南。

目录
第一章设计任务书
1.1毕业设计目的 (3)
1.2 设计课题 (3)
1.3 相关参数及基础资料…………………………………………………………3.
1.4 设计内容和深度要求 (3)
1.5 提交的设计成果………………………………………………………………3.
1.6设计参考资料 (4)
第二章设计说明书
2.1 某烧结厂8m2球团竖炉烟气除尘工程概况 (4)
2.2 除尘方案选择的原则 (4)
2.3 除尘系统方案的选择和确定 (4)
2.4 选用方案简介 (8)
2.5 电除尘器的设备选型 (8)
第三章设计计算书
3.1管道系统的计算 (10)
3.2风机、电机的选择 (11)
3.3烟囱高度的计算 (13)
第四章设计概算书
4.1一次性投资费 (14)
4.2设备运行费用 (16)
致谢 (17)
参考资料 (17)
第一章设计任务书
1.1 毕业设计目的：
1．将所学的理论知识应用实践，在实践中巩固理论知识，为以后的工作打下基础；
2．学会看工程图纸和绘制工程图图纸，提高看、绘工程图纸的能力；
3．了解工程设计的一般步骤，进行工程设计计算与概预算的基本训练，提高利用已学到的基本知识解决工程问题的动手能力。

1.2设计课题：
某烧结厂8m2球团竖炉烟气除尘工程
1.3 相关参数及基础资料
1．竖炉产生的烟气量为：260000m3/h
烟气温度：100ºC 最高达240ºC
2．竖炉产生的烟气含尘浓度：5~15g/Nm3,一般为10 g/Nm3左右。

烟气温度高，露点温度高，水份含量为10%。

废气成分：烟气中含有O2、N2及SO2等气体。

比电阻：2.92 Ω.cm3
堆积密度：2.62g/cm3
3.粉尘粒径分布：
4. 年平均气温：17℃
5．年平均风速：2.17m/s
6．主导风向：东南风
7．地面TSP浓度：0.25mg/m3
1.4 设计内容和深度要求：
1．除尘系统方案论证。

包括除尘器的选择及除尘基本工艺路线的确定，除尘工艺流程和主要设备的选型。

方案比较主要进行方案的技术比较，如处理效果、技术合理性和先进性；同时进行经济比较，如一次性投资、运行管理费用及运行管理的复杂程度。

2．除尘系统工艺设计计算。

3．除尘系统总体平面布置图和系统立面图。

（除尘罩采用伞形罩）
4. 最后成果必须打印订成册（用Word）,毕业设计答辩时用幻灯片汇报毕业设计成果。

1.5 提交的设计成果：
1.设计说明书，计算书一份；
2.设计图纸：除尘系统工艺流程图，系统总平面布置图、立面图、左视图（右视图）主要设备构筑图、系统轴测图各一张。

1.6 设计参考资料：
《钢铁企业采暖通风设计手册》冶金工业出版社
《空气污染控制工程》
《采暖通风设计手册》
《炼铁工艺》及相关资料
指导老师：刘子国
二零零六年五月十五日
第二章设计说明书
2.1 某烧结厂8m2球团竖炉烟气除尘工程概况
铁矿粉和石灰，皂土，焦粉等添加剂混合造球，利用竖炉进行焙烧，生产球团矿，有利于强化冶炼过程。

在球团竖炉生产中，由于球团互相挤压，摩擦和少量生球爆破，产生粉尘及低浓度so2等有害物，被竖炉内上升的烟气夹带，由炉顶外逸，污染周围环境。

2.2 除尘方案选择的原则
除尘系统一般由集气装置、抽风管道、净化装置、风机排气管道（包括烟囱）、管道附近排尘设备等几个部分组成。

它是将生产设备产生的粉尘通过集气装置、管道送至除尘器内净化，气体经排气管道（烟囱）排至大气。

除尘方案的设计和选择遵循基本原则:
（1）技术上可行，经济上合理，运行管理方便；
（2）能够达到预期的处理效果，满足环境保护的要求；
（3）除尘方案的占地面积小，对生产不会造成不利的影响。

2.3 除尘系统方案的选择和确定
由初始浓度（C=10g/ m³）和中华人民共和国国家标准《工业炉窑大气污染物排放标
准》(GB13271-2001)二类区Ⅱ时段标准排放标准(200mg/ m ³)计算得：
η=1- C0/C=1-150/1000=98.5% 式中：C--烟排放浓度（mg/m 3
）
C 0—竖炉烟气允许浓度（mg/m 3
）
2.3.1 净化工艺方案
在大气污染控制方面，除尘设计可采用湿式和干式两种方式。

由工程特点分析可知道，湿法除尘会带来污水处理问题和水污染问题外，在球团竖炉烟气除尘中又会引起SO2腐蚀，因此一般采用干法除尘。

据此提出以下三个方案： 方案一、
方案二、
方案三、
管道排放
干尘回收
2.3.2 方案比较
1、方案一 采用袋式除尘器的除尘系统
优点：
⑴干式高效率除尘器，可用于净化dp>0.1μm的气体，效率可达到99% 。

⑵适应性强，可以回收不同性质的粉尘。

如对于高电阻粉尘，采
用袋式除尘器就优于电除尘器。

此外，入口含尘浓度在一相当大的范
围内变化时，对除尘器的效率和阻力的影响都不大。

⑶使用灵活，处理风量可由每小时数百万立方米。

可以做成直接
装置设置于室内或设备附近的小型机组也可以做成大型的除尘器室，
即所谓“袋房”。

⑷结构简单，可以因地制宜采用简单的所谓“土布袋除尘器”，在条件允许下也可以采
用效率高的脉冲喷吹式除尘。

⑸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：
⑴袋式除尘器的应用范围主要受滤料的耐腐蚀性的限制，特别是
在耐高温方面，目前常用的滤料如涤纶，适用于120-130℃，而玻璃纤维等可耐250℃左右，烟气温度更高时，或者要采用造价高的特殊滤料或者采用烟气降温措施。

其结果会导致除尘系统复杂化，造价也高。

⑵不适用于粘结性强及吸湿性强的粉尘，特别是烟气温度不能低
露点温度，否则会产生结露，致使滤袋堵塞。

⑶处理风量大时，占地面积大。

⑷劳动条件及换袋困难也要克服。

2、方案二采用旋风除尘器和双级蜗旋除尘器的二级净化系统
A.旋风除尘器
优点：
⑴结构简单，造价便宜，体积小，操作维修简便，压力损失中等
力消耗不大，除尘效率高，可用于各种材料制造，适用于粉尘负荷大的气体，性能较好，能用于高温，高压及腐蚀性气体的除尘
⑵可直接回收用干粉尘，无运行部件，运行管理简便。

⑶技术成熟，一般可捕集5---15μm以上的尘粒，效率就达80%。

缺点：
⑴不宜用于风量波动较大的场合。

⑵不宜净化粘结性强粉尘。

⑶要特别注意防止器体下部分漏风，效率急剧下降。

B.双级蜗旋除尘器
优点：
⑴双级蜗壳除尘器除尘效率高,可达 90% 左右。

⑵阻力较小,体积小,金属消耗量少。

缺点：
⑴这种除尘器低负荷适应性差,在 70%以下负荷时,效率明显下降 ; 固定叶片和壳体容易磨损,且固定叶片易积灰和堵塞。

3、方案三采用电除尘器的除尘设备
优点：
1) 除尘器效率高 , 一般大于 99%;
2) 适用于处理大的烟气量及高温烟气 ;
3) 阻力小 , 一般在 300Pa ;
4) 维修工作量小 , 运行和维修费用较低 ;
5) 能捕集腐蚀性粉尘 , 对不同粉尘有分类富集作用。

缺点 :
1) 受粉尘比电阻的限制 ( 一般不小于 104和大于 5 ×10 Ω/cm)
2) 受含尘浓度的影响 , 操作条件可变范围小 ;
3) 对制造、安装要求高 ;
4) 耗钢材多 , 一次性投资高 ;
5) 占地面积大。

2.3.3 性能比较
方案一：优点：净化效率高，是一种高效除尘器，结构简单、投资少、运行稳定，还可以回收高比电阻粉尘，动力消耗小，回收的干粉尘便于综合利用。

可达95%以上，所收干尘用于净化粘结性强，吸湿式强的含尘气体，压力损失大。

缺点：只适用于净化腐蚀性小，温度低于300°C的气体，压力损失大。

方案二：优点：采用二级除尘系统，净化效率高，能耗低，适用广。

缺点：对安装要求高，气温低时容易使烟气结露从而造成叶片堵塞和器壁腐蚀，对于极细粒径粉尘除尘效率差，从而不能很好达到满足的除尘要求。

方案三：优点：除尘效率高，适用已经广，阻力损失低，自动化程度高。

缺点：一次性投资费用高，占地面积大，应用范围受粉尘比电阻限制，难以适应操作条件的变化，此外，对制作，安装质量要求较高。

2.3.4经济比较
除尘器的经济性包括除尘器的设备费用和运行费用，它是评定除尘器性能指标之一。

由以上的比较可知，方案三，一次性投资费用最高，占地面积与方案一相当；方案一，投资中等，占地面积与方案三相当；方案二，投资最低，占地面积最小。

但由于使用电除尘器后每年可多回收粉尘数千吨，使总的年收益提高，并减少了大气污染，改善了车间的操作条件和附近居民的环境质量。

2.4选用方案简介
根据上述分析，在运行管理费用方面，方案一、方案二的运行管理费用，电除尘器运行管理费用最低。

经上述对除尘器优缺点比较和在经济上分析，在本设计中采用方案三。

它运行管理方便，运行费用适中，较其它两种方案经济合理。

2.4.1卧式电除尘器的工作原理
该装置是在针状负电极(电晕电极)和板状正电极(集尘电极)之间加上 6OKV 的高压电,针状电极附近就产生电晕放电,气体被电离为正负离子,这些离子极性和放电极相反者(即正离子)立即消失,相同者(负离子),由于电场力的作用而移向板状正电极。

当含尘气流通过电场时,气流中的尘粒在电场中与向板状正电极移动的负离子相遇,尘粒荷电,并受电场力作用也移向板状正电极,从而使尘粒在板状正电极处被捕集下来。

当积尘板表面的尘粒沉积到一定厚度时 , 用机械振动方法将其除掉。

为了保证除尘器在高效率下运行,必须使粉尘粒荷电、粒子捕集和清灰等过程进行得十分有效,才能收到好的除尘效果。

2.5电式除尘器的设备选型
2.5.1除尘设备的选择依据
1、根据要求，选用处理能力及容许烟气量相当的设备。

2、注意烟气处理两的变化对除尘效率及压力损失的影响。

3、必须考虑设备的位置，可利用的空间和环境条件等因素。

4、必须考虑除尘设备的价格及运行费用。

2.5.2选型的基本依据
1、除尘效率满足要求。

2、压力损失较小。

3、型式的各个部分尺寸合理。

2.5.3资料收集
1、含尘浓度，气体特性（成分，湿度，温度，腐蚀性，流量等）
2、被分离的粉尘特性（浓度，成，。

密度，粉尘，粒径，粘度，含水率，纤维性和爆炸性）
3、除尘要求（除尘效率和压力损失等）
4、尘粒回收的方式和经济价值。

5、各种除尘器的特征（效率，压力损失，价格，金属耗量，运行费用及维修管理程度等）本设计选用XWD型电式除尘器，此除尘器分为数种型号，本设计选用XWD70×3型，它与其它的除尘器相比，具有较大的处理风量的能力，比较适合本设计的应用。

其主要性能参数如下表：
XWD型电除尘器的各主要性能参数
第三章 设计计算书
3.1管道系统的计算
3.1.1管径的计算（管道长均为假设）
根据粉尘特性可取直管风速u=15 m/s
管段1-2,由《设计任务书》知Q= 260000m 3
/h,经选取u=25 m/s,据式
d=18.8×
Q
u
=18.8×260000
25
=1917.23㎜
式中:d —管道内径,㎜ Q —流体体积流量, m 3
/h u —管内气体的平均流速, m/s
查管子的规格取d 1-2=2000㎜,K=0.15,λ =0.0116,λ/d = 0.0116
2 =0.0058
管内实际流速：
u 1—2=Q A =260000×4
3600×(2)²×π
=23m/s 3.1.2阻力损失计算
（1）管段沿程阻力损失为：
△PL1-2=λρu 2
L/2d
=15×0.0058×2.62×23²/2
=60.3Pa
式中: λ--摩擦阻力系数
d —管道内径,m L —直管段长, m
u —管内气体的平均流速, m/s
ρ—流体密度,㎏/m 3
管段3-4，5-6气体流量与管段1-2中的流量相同,即Q3-4=Q1-2,故两管径
d3-4=d1-2=2000㎜,则λ/d =0.0058,u3-4u1-2=23 m/s ，同理可得：
△PL3-4=10×0.0058×2.62×23²/2=40.2Pa △PL5-6=53×317.8×0.0058=97.7Pa (2)计算局部阻力损失
管道弯头 , ︒=90α，共5个,R/d = 1.5，由《供暖通风设计手册》(下称“手册”)，查得18.0=ξ，则有：
△ Pm3-4=∑ξρu ²/2=5×0.18×2.62×23²/2=623.8 Pa 集气罩，闸阀全开ξ=0，ξ=0.19(展开角为90)。

△ Pm=∑ξρu ²/2=0.19×2.62×23²/2=131.7 Pa 风帽，h/D 0=1.5 查表ξ=0.13
△Pm=∑ξρu ²/2=0.13×317.8=41.3 Pa
管段2-3没有局部阻力损失，电除尘器压力损失为290 Pa 把上述结果填入下表:
3.2风机 、电机的选择 3.2.1选择的基本要求
在选用引风机时，有时可能出现引风机的性能不能正好同管网的风量和阻力相吻合的情况，这时应调整管网计算，并另选通风机，以便得到管网和通风机的风量及风压比较吻合的工作状态，但这种计算往往比较繁杂，一般差别不大时根据不同的情况采取相应的措施，在
实际运行中，一般选风机的风量和风压大于计算出的风量和风压。

3.2.2风机计算
(1)引风机风量计算
Q 0 = Q(1+k 1) =260000× (1+0.12) = 291200（m 3
/h ） 式中：Q 0--风机风量,m 3
/h
Q —管道系统的总风量, m 3
/h,为260000 m 3
/h
K 1--考滤系统漏风时的安全系数，取为0.12
(2)引风机的风压计算：
△P0=△P （1+k2） ρ。

ρ=1153×（1+0.2）0.745
0.945
= 1090.8Pa 式中：△P 0--风机风压,Pa
△P--管道系统的总阻力损失,为886.5 Pa
K 2--安全系数取K 2为0.2
根据计算的风量和风压,由引风机样本上选择Y4-73-11NO.22D 型锅炉引风机。

其有关性能参数如下表：
复核电动机功率:
2
110003600ηη⨯∆=
K
P Q N o o e
则Ne=291200×1090.8×1.3/（3600×1000×0.65×0.98）
=234.1KW<240KW
式中：N e --电机功率；kw
K--电机备用系数；取K=1.3 η1--风机的全压效率，η1取0.5。

η2--机械传动效率，该风机为轴联器连接η2取0.98
因此所选风机与电动机均能满足净化系统的要求。

3.3烟囱高度的计算
确定烟囱高度的依据是保证该污染源造成的地面TSP 浓度不超过大气环境质量标准规定的浓度限值。

所以,应该首先知道各种气象条件下烟源高度和地面浓度的关系,再根据允许的地面浓度计算烟囱高度。

在本工程中按地面最大浓度的计算方法计算，大气稳定度采用D 级。

3.3.1烟云抬升高度计算:
因大气稳定度为D 级,为中性气体条件,故采用霍兰德公式求烟云抬升高度∆H :
)7.25.1(d T T T u d v H s
a
s s -+=
∆ 式中:V s —烟气出口流速，m/s ； d —烟囱出口内径，m ；
T s —烟囱出口处的烟气温度，K ； T a —环境大气温度，K ；
u —烟气出口处的平均风速, m/s
式中V s =23m/s ，T s =373K ，T a =290K ，对于u ，根据黄石市气象资料统计，年平均风速为2.17m/s, d=2m
代入上式中
)7.25.1(d T T T u d v H s
a
s s -+=
∆ =23×22.17 (1.5+2.7373-290
373 ×2)
≈57 m
3.3.2烟囱几何高度计算
采用地面污染物最大浓度计算法设计,即
H s=22Qσ
z
πeu(C o-C b)σy
-ΔH
=22×10833.33×0.5
3.14×2.718×2.17×0.05
-ΔH
=108.9-57≈51.9m
式中： Hs—烟囱几何高度，m；
Q—连续点源源强，mg/s；
C o—大气环境质量标准中规定的浓度，mg/m3；
C b—本地浓度，mg/m3；
σzσy—扩散系数，取σz/σy=0.5
烟尘排放浓度经除尘器后小于150mg/m3，烟气量为260000m3/h,则粉尘排放量为Q=150 mg/m3×260000 mg/h ≈ 10833.33mg/s.
C b=0.25mg/m3，
C o按《环境空气质量标准》(GB3095-1996)二级标准C o=0.3mg/m3
考虑当地的气候条件,因此烟囱取 53m。

第四章设计概算书
4.1一次性投资费
4.1.1设备投资费
由管道系统的计算知管道总长为78 m,所有管道管径为2000mm，按壁厚5mm设算，则整个系统管道体积为：
V=78∏×（2.012-22）/4=2.46 m3
则管道总重为：m=2.46×7.8×103 kg/m3≈19.19吨
每吨钢材的市场价为2800元，把运输费，制造费算入其中，每吨钢材价格按5000元/吨计，则管材费为：5000×19.19≈9.6万元。

设备投资费用见下表：
4.1.2其它费用
4.1.3一次性总投资费用:
G一投=171.6+13.5=185.1万元
4.2设备运行费用
4.2.1设备折旧费
按相关规定,设备折旧费按设备费的10%计算,即150×10%=15万元
4.2.2设备维修费用
维修费用包括运行维护及大、中、小检修所用的各种材料，件等易损费用，每年的维修费用可按初投资的2—10%来计算，本工程按2％计算。

G维修=185.1×2%=3.7（万元/年）
4.2.3维修人员工资
本工程中，检修人员定为3名，月工资为1000元。

G工资=3×12×1000=3.6(万元/年)
4.2.4电费
电机每年耗电量按下式计算：
G=NTk0（元/年）
式中：G—年耗电费，元/年；
N—电机的功率，kw ；
k0—每千瓦时工业用电费，元/ kw·h.
①引风机的电动机所耗电费：
G风机= 240×300×24×0.4
= 70万元/年
②电式除尘器耗电费：
G电 = 40×300×24×0.4
= 11.5(万元/年)
4.2.5每年总运行管理维修费用
G总=15+3.7+3.6+70+11.5=103.8万元
4.2.6每年工程回收粉尘的收益：
每年回收粉尘2832.4t,每t粉尘按50元计，
故每年总收益为：G粉=2832.4×50=14.2万元
4.2.7该工程最终总费用：G =18
5.1+103.8-14.2=274.7
致谢
在这三年里我一直对这门外人称为冷门的学科抱着浓厚的兴趣，但是由于各方面的原因，学习只是一般，在出去找工作的日子里我也还是一直期望着能找到一份本专业的工作。

在环境工作方面尽力做出自己的贡献和努力。

经过大学三年对环境工程专业的学习，我掌握的不再是如同中学时期一般的浅易知识理论，环境工程看似不同别的工科如建筑、机电那般有着复杂的理论与深奥的技术知识，然而经过努力深入的学习后才发现它包含着多方面的知识，是一门让人类与环境和谐共处，保证人类社会持续发展的学科
由于回来时间比较仓促，加上多日不曾温习课本，毕业设计是在最近几日忙下来的，在毕业设计的成果中肯定有非常多这样的那样的问题，本着最后一次接受老师指教的心态和在今后工作中少犯错误的意向，希望老师能尽量多地指出其中的不足与缺陷，再次感谢指导老师老师。

另外，在整个毕业设计的设计过程中，同组的同学给与我不少启发和帮助，这里一并表示感谢
参考资料：
《钢铁企业采暖通风设计手册》冶金工业出版社
《空气污染控制工程》
《采暖通风设计手册》
《炼铁工艺》及相关资料。