(燃煤锅炉房)环境工程课程设计资料解读.doc

环境工程专业课程设计（一） 课程设计任务书一、课程设计的题目某燃煤锅炉房烟气除尘系统设计二、课程设计的目的通过课程设计进一步消化和巩固专业课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤、培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。三、设计原始资料锅炉型号：KZL413型，共4台锅炉蒸发量：单台4t/h计算耗煤量：600kg/h·台排烟温度：160烟气密度（标准状态下）：1.34kg/m3空气过量系数：1.4排烟中飞灰占煤中总灰分的比例：16烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压力：97.86kPa空气温度：20空气含水（标准状态下）按0.01293 kg/m3取用烟气其他性质按空气计算煤的元素分析值：CY = 68% HY = 4% SY = 1% OY = 5%NY = 1% WY = 6% AY = 15% VY = 13%按锅炉大气污染物排放标准（GB132712001）中二 类区标准执行。烟尘浓度排放标准（标准状态下）：200mg/m3二氧化硫排放标准（标准状态下）：900mg/m3净化系统布置场地如图1 所示的锅炉房北侧15m以内。四、设计内容和要求1. 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算。净化系统布置区域（距锅炉房15m以内）图1 锅炉房平面布置图图2 剖面图2. 净化系统设计方案的分析确定。3. 除尘器的比较和选择：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。4. 管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。5. 风机及电机的选择设计：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的功率。6. 编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写、包括方案的确定，设计计算、设备选择和有关设计的简图等内容。课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺、内容正确完整，书写工整、装订成册。7. 图纸要求除尘系统平面、剖面布置图各1张（均为1号图），如图1 和图2 。图中设备管件应标注编号，布置图应按比例绘制。锅炉房及锅炉的绘制可以简化，但应能表明建筑外形和主要结构型式。在平面布置图中应有方位标志（指北针）。五、主要参考书目(1) 郝吉明，马广大主编. 大气污染控制工程. 北京：高等教育出版社，2002.(2) 钢铁企业采暖通风设计手册. 北京：冶金工业出版社，2000.(3) 同济大学等编. 锅炉及锅炉房设备. 北京：中国建筑工业出版社，1986.(4) 航天部第七研究设计院编. 工业锅炉房设计手册. 北京：中国建筑工业出版社，1986.(5) 陆耀庆主编. 供暖通风设计手册. 北京：中国建筑工业出版社，1987.(6) 风机样本. 各类风机生产厂家.(7) C.H. 莫强主编. 杨文学，徐希平等译. 唐宗炎校. 锅炉设备空气动力计算（标准方法）. 北京：电力工业出版社，1981.（二） 课程设计指导书一、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算1. 标准状态下理论空气量 (m3/ kg)式中 CY，H Y，S Y，O Y分别为煤中各元素所含的质量分数。2.标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3） (m3/ kg)式中 标准状态下理论空气量，m3/ kg； WY煤中水分所占质量分数，%； NY煤中N元素所占质量分数，%。3. 标准状态下实际烟气量 (m3/ kg)式中 空气过量系数； 标准状态下理论空气量，m3/ kg； 标准状态下理论空气量，m3/ kg；注意：标准状态下烟气流量以计，因此，×设计耗煤量。4. 标准状态下烟气含尘浓度 (kg/m3)式中 排烟中飞灰占煤中总灰分的比例； AY煤中灰分的质量分数； 标准状态下实际烟气量，m3/kg。5. 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 (mg/m3)式中 SY煤中硫的质量分数； 标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/kg。二、系统中烟气温度的变化当烟气管道较长时，必须考虑烟气温度的降低。除尘器、风机、烟囱的烟气流量应按各点的温度计算。1. 烟气在管道中的温度降 ()式中 标准状态下烟气流量，m3/h； F管道散热面积，m2； CV标准状态下烟气平均比热容（一般为1.352 1.357 kJ/m3 · ）； 管道单位面积散热损失。 室内4187 kJ/(m2 · h)室内5443 kJ/(m2 · h)2. 烟气在烟囱中的温度降 ()式中 H烟囱高度，m； D合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h； A温降系数，可由下表查得。烟囱温降系数烟囱种类钢烟囱（无衬筒）钢烟囱（有衬筒）砖烟囱（H50m）壁厚小于0.5m砖烟囱壁厚大于0.5mA20.80.40.2三、除尘器的选择1. 除尘器应达到的除尘效率式中 C标准状态下烟气含尘浓度，mg/m3； Ch标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3。2. 应达到的脱硫效率式中 标准状态下烟气中二氧化硫浓度，mg/m3； CS标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值，mg/m3。3. 除尘器的选择根据实际工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘及脱硫效率确定脱硫除尘器的种类、型号及规格。确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失、捕集粉尘量等。四、确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置1. 各装置及管道布置的原则根据锅炉运行情况和锅炉房现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定了各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。对各装置及管道的布置应力求简单，紧凑，管路短，占地面积小，并使安装、操作和检修方便。2. 管径的确定 (m)式中 实际工况下管内烟气流量，m3/s； 烟气流速，m/s，（可查有关手册确定，对于锅炉烟气10 15 m/s）。 (m3/h)式中 标准状态下烟气流量，m3/s； 实际工况下烟气温度，K； T标准状态下温度，273K。管径计算出以后，要进行圆整（查手册），再用圆整后的管径计算出实际烟气流速。实际烟气流速要符合要求。五、烟囱的设计1. 烟囱高度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量(t/h)，然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（下表）确定烟囱的高度。锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力/(t/h)11 22 66 1010 2026 35烟囱最低高度/m2025303540452. 烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算 （m）式中 通过烟囱的总烟气量，m3/h，即为4台锅炉实际工况下烟气量的总和； 按下表选取的烟囱出口烟气流速，m/s。烟囱出口烟气流速 / (m/s)通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风10 204 5自然通风6 102.5 3烟囱底部直径d1 = d2 + 2· i · H (m)式中 d2烟囱出口直径，m； H烟囱高度，m； i烟囱锥度，通常取i0.02 0.03。3. 烟囱的抽力 (Pa)式中 H烟囱高度，m； tK外界空气温度，； ty烟囱内烟气平均温度，； 标准状态下空气密度，kg/m3； 标准状态下烟气密度，kg/m3。六、系统阻力的计算1. 摩擦压力损失对于圆管 (Pa)式中 L管道长度，m； d管道直径，m； 烟气密度，kg/m3； 管中气流平均流速，m/s； 摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度的函数。可以查手册得到（实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌或混凝土管道值可取0.04）。2. 局部压力损失 (Pa)式中 异形管件得局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获得； 与相对应的断面平均气流速率，m/s； 烟气密度，kg/m3。七、风机和电动机选择及计算1. 风机风量的计算 (m3/h)式中 1.1风量备用系数； 标准状态下风机前风量，m3/h； tp风机前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度； B当地大气压力，kPa。2. 风机风压的计算 (Pa)式中 1.2风压备用系数； 系统总阻力，Pa； Sy烟囱抽力，Pa； tp风机前烟气温度，； ty风机性能表中给出的试验气体温度，； y标准状态下烟气密度，1.34kg/m3。计算出风机风量Qy和风机风压Hy后，可按风机产品样本给出的性能曲线或表格选择所需风机的型号。3. 电动机功率的计算 (kW)式中 Qy风机风量，m3/h； Hy风机风压，Pa； 风机在全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）；机械传动效率，当风机与电机直联传动时1，用联轴器连接时0.95 0.98，用V形带传动时0.95；电动机备用系数，对引风机，1.3。根据电动机效率，风机的转速，传动方式选择电动机型号。（三） 课程设计实例一、课程设计题目某燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计二、课程设计的目的通过课程设计进一步消化和巩固专业课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力、三、设计原始资料锅炉型号：SZL413型，共4台锅炉蒸发量：单台4t/h计算耗煤量：600kg/h （台）排烟温度：160标准状态下烟气密度：1.34kg/m3空气过量系数：1.4排烟中飞灰占煤中总灰分的比例：16烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压力：97.86kPa空气温度：20标准状态下空气含水按0.01293 kg/m3烟气其他性质按空气计算煤的元素成分分析：CY = 68% HY = 4% SY = 1% OY = 5%NY = 1% WY = 6% AY = 15% VY = 13%按锅炉大气污染物排放标准（GB132712001）中二类区标准执行。标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3标准状态下二氧化硫排放标准：900mg/m3净化系统布置场地为锅炉房北侧15m以内。四、设计计算1. 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算（1） 标准状态下理论空气量 (m3/kg)式中 CY，H Y，S Y，O Y分别为煤中各元素所含的质量分数。(m3/kg)（2）标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3） (m3/kg)式中 标准状态下理论空气量，(m3/kg)； WY煤中水分所占质量分数； NY煤中N元素所占质量分数。(m3/kg)(3) 标准状态下实际烟气量(m3/kg)式中 空气过量系数； 标准状态下理论烟气量，(m3/kg)； 标准状态下理论空气量，(m3/kg）；(m3/kg)每小时标准状态下烟气流量应以计，因此，×设计耗煤量×设计耗煤量 10.25×600 6150(m3/h)(4) 标准状态下烟气含尘浓度的计算 (kg/m3)式中 排烟中飞灰占煤中总灰分的比例； AY煤中灰分的质量分数； 标准状态下实际烟气量，m3/kg。(kg/m3) (mg/m3)(5) 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算(mg/m3)式中 SY煤中硫的质量分数； 标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/kg。(mg/m3)2. 除尘器的选择（1）除尘效率式中 C标准状态下烟气含尘浓度，mg/m3； Ch标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3。（2）脱硫效率式中 标准状态下烟气中二氧化硫浓度，mg/m3； CS标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值，mg/m3。（3）除尘器的选择实际工况下烟气流量 (m3/h)式中 标准状态下烟气流量，m3/h； 实际工况下烟气温度，K； T标准状态下温度，273K。(m3/h)=2.7(m3/s) 根据实际工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘及脱硫效率确定脱硫除尘器：从某锅炉设备制造有限公司所提供的“XDCG型陶瓷多管高效脱硫除尘器”中选取XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器。产品性能规格见表1，设备外形结构尺寸见表2。表1 XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器产品性能规格型号配套锅炉容量/(t/h)处理烟气量/(m3/h)除尘效率/%排烟黑度设备阻力/Pa脱硫效率/%质量/kgXDCG4412000>981级林格曼黑度800 1400>852800表2 XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外形结构尺寸（见图1）HH1H2H3ABCDEF446029854235700140014003003003501000 图1 XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外形结构尺寸3. 确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。(1) 各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况及锅炉现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。对各装置及管道的布置应力求简单、紧凑、管路短、占地面积小，并使安装、操作和检修方便。(2) 管径的确定 (m)式中 实际工况下管内烟气流量，m3/s； 烟气流速，m/s，（对于锅炉烟气10 15 m/s）。取14 m/s则 (m)圆整并选取风道外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm500±12内径d15002×2496 (m)由公式可计算出实际烟气流速： (m/s)4. 烟囱的设计(1) 烟囱高度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量 (t/h)，然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表3）确定烟囱的高度。表3 锅炉烟囱的高度锅炉总额定出力/(t/h)11 22 66 1010 2026 35烟囱最低高度/m202530354045锅炉总额定出力：4×416 (t/h)故选定烟囱高度为40m。(2) 烟囱直径的计算烟囱出口内径的计算 （m）式中 通过烟囱的总烟气量，m3/h，即为4台锅炉实际工况下烟气量的总和； 按表4 选取的烟囱出口烟气流速，m/s。表4 烟囱出口烟气流速 / (m/s)通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风10 204 5自然通风6 102.5 3选定15m/s (m) 圆整取d1.0m。烟囱底部直径d1 = d2 + 2 · i · H (m)式中 d2烟囱出口直径，m； H烟囱高度，m； i烟囱锥度，通常取i0.02 0.03。取i0.02，d1 = 1.0 + 2×0.02×402.6 (m)(3) 烟囱的抽力 (Pa)式中 H烟囱高度，m； tK外界空气温度，取tK20； ty烟囱内烟气平均温度，取ty160； 标准状态下空气密度，kg/m3，取1.293 kg/m3； 标准状态下烟气密度，kg/m3，取1.34 kg/m3。(Pa)5. 系统阻力的计算(1) 圆形长管的阻力对于圆管 (Pa)式中 L管道长度，m，取L9.5m； d管道直径，m，取d0.496m； 管中气流平均流速，m/s，取14.0 m/s； 摩擦阻力系数，查手册得到金属管道值可取0.02。烟气密度，kg/m3； (kg/m3)式中 标准状态下烟气密度，取1.34 kg/m3； ty烟气平均温度，取ty160。(kg/m3) (Pa)(2) 图2中一为渐缩管，其阻力图2 除尘器入口前管道示意图20 60°时，查手册0.1取45°，14.0m/s(Pa)(m)(3) 图2中二为30°Z形弯头，其阻力h2.985-2.39-0.50.095(m)h/D = 0.095/0.5 = 0.19Z形弯头的阻力系数为：由手册中查得：没有圆曲边急转弯，1.4； 30°急转弯，B0.15； 截面为圆形时，C1.0； 弯头串联布置与两个单独弯头阻力系数比值，当h/D=0.19时，0.5。 (Pa) (4) 图2 中三为渐扩管，其阻力l3 = 0.93(m) 查手册：按A1/A2 = 0.55查得jK0.25；按查得0.8。(Pa)(5) 图3 中a为渐缩管，其阻力图3 除尘器出口至风机入口段管道示意图a段长度l：l0.93 (m) 查手册：按，查得0.1。(Pa)(6) 图3 中b、c均为90° 弯头，其阻力D500，取RD，查手册：0.27，B1.0，C1.0；则则(Pa)两个弯头(Pa)图4所示为引风机出口烟气进入共用烟道及由共用烟道的烟气进入通往烟囱的烟道。此为两个合流三通组成。图4 引风机出口至烟囱入口段管道示意图 (7) 由引风机出口至共用烟道合流三通的阻力单个支管与总管截面比：单个支管与总管流量比：单个支管流速：14.0 (m/s)总管流速： (m/s)查手册得：4.4， 0.4 (Pa)(8) 由共用烟道通往烟囱烟道合流三通的阻力5.4 m/s， 10.8 m/s。速度比：/= 0.5截面比：A2/A31.0查手册得：4.0， 0.4(Pa)(9) 系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800 Pa，除尘器阻力为1400 Pa）为 (Pa)6. 风机和电动机选择及计算(1)风机风量的计算 (m3/h)式中 1.1风量备用系数； 标准状态下风机前风量，m3/h，取6150 m3/h； tp风机前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度； B当地大气压力，kPa，取B97.86kPa(m3/h)2. 风机风压的计算 (Pa)式中 1.2风压备用系数； 系统总阻力，Pa； Sy烟囱抽力，Pa； tp风机前烟气温度，； ty风机性能表中给出的试验气体温度，取ty250； y标准状态下烟气密度，( = 1.34kg/m3)。(Pa)根据Qy和Hy选定Y547136.5C工况序号为2的引风机，性能表如下：机号传动方式转速/(r/min)工况序号流量/(m3/h)全压/Pa6.5 C26202119302992(3) 电动机功率的计算 (kW)式中 Qy风机风量，m3/h； Hy风机风压，Pa； 风机在全压头时的功率（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）；机械传动效率，当风机与电机直联传动时1，用联轴器连接时0.95 0.98，用V形带传动时0.95；电动机备用系数，对引风机，1.3。(kW)根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定Y180M2型电动机。7. 系统中烟气温度的变化(1) 烟气在管道中的温度降 ()式中 标准状态下烟气流量，m3/h，取6150 m3/h； F管道散热面积，m2； CV标准状态下烟气平均比热容，一般为1.352 1.357 kJ/(m3 · )； 管道单位面积散热损失。 室内4187 kJ/(m2 · h)室外5443 kJ/(m2 · h)室内管道长：L12.180.60.121.46 (m)(m2)室外管道长：L29.51.468.04 (m)(m2)()(2) 烟气在烟囱中的温度降 ()式中 H烟囱高度，m； D合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h； A温降系数，可由下表查得。烟囱温降系数烟囱种类钢烟囱（无衬筒）钢烟囱（有衬筒）砖烟囱（H50m）壁厚小于0.5m砖烟囱壁厚大于0.5mA20.80.40.2 ()总温度降 ()五、绘制图纸锅炉烟气除尘系统平面布置图和剖面图分别见图5和图6。六、主要参考书目（略）图5 锅炉烟气除尘系统平面布置图图6 锅炉烟气除尘系统剖面图