颗粒污染物控制课程设计实例.docx

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1、颗粒污染物控制课程设计一、 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本能课程所学内容，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台设计耗煤量：600kg/h(台)排烟温度：160标准状态下烟气密度：1.34kg/m空气过剩系数：=1.4排烟中飞灰占煤中不可燃烧成分的比例：16%烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压：97.8

2、6kPa冬季室外空气温度：-1标准状态下空气含水按0.01293kg/m烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：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（GB 13271-2001）中二类区标准执行。标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m标准状态下二氧化硫排放标准：900mg/m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 标准状态下理论空气量 Qa=4.76（1.867CY+5.56 HY +0.7 SY -0.7 OY）（m/kg） 式中 CY, H

3、Y, SY, OY分别为煤中各元素所含的质量分数。 Qa = 4.76(1.8670.68+5.560.04+0.70.01-0.70.05) = 6.97（m/kg） 标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/mQs=1.867（CY+0.375 SY）+11.2 HY+1.24 WY+0.016 Qa +0.79 Qa +0.8 NY（m/kg） 式中 Qa标准状态下理论空气量，m/kg； WY煤中水分的质量分数； NY N元素在煤中的质量分数。Qs = 1.867（0.68+0.3750.01）+11.20.04+1.240.06+0.0166.97+0.796.97+0.80.0

4、1 = 7.42（m/kg） 标准状态下实际烟气量 Qs= Qs+1.016（-1）Qa（m/kg） 式中 空气过剩系数； Qs标准状态下理论烟气量，m/kg； Qa标准状态下理论空气量，m/kg。 标准状态烟气流量Q应以m/h计，因此，Q=Qs设计耗煤量 Qs=7.42+1.016（1.4-1）6.97=10.25（m/kg） Q = Qs设计耗煤量 = 10.25600 =6150（m/h） 烟气含尘浓度 C = (kg/m)式中 dsh排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数； AY煤中不可燃成分的含量； Qs标准状态下实际烟气量，m/kg。C = =2.3410-3 (kg/m) =2.3

5、4103 （mg/m) 标准状态下烟气中二氧化硫的浓度计算 CSO2 = 106 （mg/m)式中 SY煤中硫的质量分数； Qs标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m/kg。 CSO2 = 106 =1.91103 （mg/m) 2、除尘器的选择 除尘效率 =1- 式中 C标准状态下烟气含尘浓度，mg/m； Cs标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/ m。 =1- = 91.45% 除尘器的选择 工况下烟气流量 (m/h) 式中 Q 标准状态下的烟气流量，m/h； T 工况下烟气温度，K； T标准状态下温度，273K。 Q= = 9754 (m/h) 则烟气流量为 = =2.7(m/s) 根据

6、工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定尘器：由陕西蓝天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”（国家级科技成果重点推广计划项目）中选取XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器。产品性能规格见表3-3-1，设备外形结构尺寸见表3-3-2。表3-3-1 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/(J/H)处理烟气量/(m/h)除尘效率/%排烟黑度设备阻力/Pa脱硫效率 /% 质量 /kgXDGC4 412000981级林格曼黑度8001400 85 2800 表3-3-2 XDGC4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸HH1H2H3ABCDEF44

7、602985423570014001400300503501000 图3-3-1 XDCG1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。并计算各管道的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。 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。 管径的确定 (m) 式中 Q工况下管道内的烟气流量，m/s； 烟气流速，m/s（对于锅炉烟尘u=1015 m/s）。 取=14 m/s 则d = =

8、 0.49 ( m ) 圆整并查圆形通风管道规格选取风道 外径D/mm 钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm 5001 0.75 内径=d1=500-20.75=495.5（mm） 由公式 d= 可计算出实际烟气流速： = = = 13.8 ( m/s ) 4、烟囱的设计 烟囱高度的确定 首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总蒸发量（t/h）,然后根据锅炉大气污染物排放标准中（表3-3-3）的规定确定烟囱的高度。表3-3-3 锅炉烟囱的高度锅炉总额定出力（t/h）112266101020 2635烟囱最低高度/m 20 25 30 35 40 45锅炉总额定出力：44=16（t/h）故选定烟囱高

9、度为40m。 烟囱直径的计算 烟囱出口内径可按下式计算：d = 0.0188( m )式中 Q通过烟囱的总烟气量，(m/h)； 按表3-3-4选取的烟囱出口烟气流速，m/s。表3-3-4 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102045自然通风6102.53选定= 4 m/s d = 0.0188= 1.83 （ m ） 圆整取d=1.8 m。烟囱底部直径 d1 = d2 + 2iH （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i=0.020.03），取 i=0.02。 d1 = 1.83+20.0240=3.5（m） 烟囱的

10、抽力 Sy = 0.0342H(-)B (Pa) 式中 H烟囱高度，m； tk外界空气温度，； tp烟囱内烟气平均温度，； B当地大气压，Pa。 Sy = 0.034240（-）97.86103 = 183 （Pa）5、系统阻力的计算 摩擦压力损失对于圆管 pL = (Pa) 式中 L管道长度，m ； d管道直径，m ；烟气密度，kg/ m3；管中气流平均速率，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）。 a、对于500管道 L=9.5m =n = 1.34= 0.84 (kg/m3) p

11、L = 0.02= 30.4 (Pa) b、对于砖砌拱形烟道（参见图3-3-2） A = 2D2 =B2 + （ ）2 D=500mm故 B=450 mm 则 R = 式中，A为面积，X为周长。 局部压力损失 p=(Pa) 式中 异形管件的局部阻力系数，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)。图3-3-3中一为渐缩管。 图3-3-3 除尘器入口前管道示意图 45时，=0.1 取= 45，=13.8 m/s (Pa) 1=0.05tan 67.5 = 0.12 （m） 图3-3-2中二为30Z形弯头 h = 2.985 - 2.39

12、= 0.595 = 0.6 （m） h/D = 0.6/0.5 = 0.12,取=0.157 =Re 由手册查得Re=1.0 =1.00.157=0.157 (Pa)图3-3-3中三为渐扩管 查大气污染控制工程附表十一，并取=30 则=0.19 (Pa) 3=tan15= 0.93(m) 图3-3-4中为渐扩管 图3-3-4 除尘器出口至风机入口段管道示意图45时，=0.1 取= 30，=13.8 m/s (Pa) L=0.93（m）图3-3-4中b、c均为90弯头D=500，取R=D，则=0.23则 (Pa)两个弯头p= 2p = 218.4=36.8(Pa) 对于如图3-3-5所示T形三通

13、管 图3-3-5 T形三通管示意图= 0.78(Pa) 对于T形合流三通 = 0.55 (Pa)系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1400Pa）为h=30.4+84.1+8.0+12.6+15.2+8.0+36.8+62.4+44+800+1400 =2601.5(Pa)6、风机和电动机的选择及计算 标准状态下风机风量的计算 式中 1.1风量备用系数 Q 标准状态下风机前风量，m/h； tp 当地大气压，kPa。 （m/h） 风机风压的计算(Pa) 式中 1.2 风压备用系数； h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

14、试用气体温度，； y 标准状态下烟气密度，（=1.34kg/ m）。 (Pa)根据Qy和Hy选定Y5-47-136.5C工况号为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/( m/h)全压/Pa内效率/%内功率/ kw所需功率/ kw6.5C2620 2 11930 2992 78.612.6117.66 电动机功率的计算 (KW)式中 Qy风机风量，m/h； Hy风机风压，Pa； 1风机在全压时的效率（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）； 2机械传动效率，当风机与电机直联传动时2=1，用连轴器连接时2=0.950.98，用V形带传动时2=0.95； 电动机备用系

15、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Y180M-2型电动机。7、系统中烟气温度的变化 烟气在管道中的温度降式中 Q标准状态下烟气流量，m/h； F管道散热面积，； Cv标准状态下烟气平均比热容，一般为1.3521.357kJ/(m)； q管道单位面积散热损失。 室内q=4187kJ/(/h) 室外q=5443 kJ/(/h 室内管道长：L=2.18-0.6-0.12=1.46（m） F=LD=3.141.460.5=2.29（） 室外管道长：L=9.5-1.46=8.04（m） F=LD=3.148.040.5=12.62（） 烟气在烟囱中的温度降 （

16、） 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，可由表3-3-5查得。 表 3-3-5 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0.5mA 2 0.8 0.4 0.2 （）总温度降 t = t1 + t2 = 9.4 + 4 = 13.4（）五、绘制图纸 锅炉烟气除尘系统平面布置和剖面图分别见图纸。六、主要文献1 中华人民共和国国家标准，环境空气质量标准GB 3095-19962 中华人民共和国国家标准，大气污染物综合排放标准 GB 16297-19963 中华人民共和国国家标准，锅炉大气污染排放标准 GB 13271-20014 蒋展鹏 主编. 环境工程学（第二版）. 北京：高等教育出版社，19925 郑铭 主编. 环保设备-原理、设计、应用. 北京：化学工业出版社，20066 郝吉明，马广大主编. 大气污染控制工程（第二版）. 北京：高等教育出版社，19967 马广大等主编. 大气污染控制工程. 北京：中国环境科学出版社，19988 刘宏，赵如金主编. 工业环境工程. 北京:化学工业出版社，20049 周迟竣，王连军主编. 实用环境工程设备设计. 北京：兵器出版社， 10