大气污染控制工程课程设计实例.docx

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大气污染控制工程课程设计实例

大气污染控制工程课程设计实例

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

通过课程设计使学生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，培养学生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，使学生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：

SZL4-13型，共4台

设计耗煤量：

600kg/h（台）

排烟温度：

160℃

烟气密度：

Nm3

空气过剩系数：

=

排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：

16%

烟气在锅炉出口前阻力：

800Pa

当地大气压力：

冬季室外空气温度：

-1℃

空气含水按Nm3

烟气其他性质按空气计算

煤的工业分析值：

=68%，=4%，=1%，=5%，

=1%，=6%，=15%，=13%

按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准执行：

烟尘浓度排放标准：

200mg/Nm3

二氧化硫排放标准：

900mg/Nm3

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）理论空气量

式中：

、、、分别为煤中各元素所含的质量百分数。

（2）理论烟气量（设空气含湿量m3N）

（m3N/kg）

式中：

—理论空气量（m3N/kg）

—煤中水分所占质量百分数；

—N元素在煤中所占质量百分数

（3）实际烟气量

（m3N/kg）

式中：

—空气过量系数。

—理论烟气量（m3N/kg）

—理论空气量（m3N/kg）

烟气流量Q应以m3N/h计，因此。

设计耗煤量

（4）烟气含尘浓度：

（kg/m3N）

式中：

—排烟中飞灰占煤中不可燃成分的百分数；

—煤中不可燃成分的含量；

—实际烟气量（m3N/kg）。

（5）烟气中二氧化硫浓度的计算

（mg/m3N）

式中：

—煤中含硫的质量分数。

—燃煤产生的实际烟气量（m3N/kg）

2．除尘器的选择

（1）除尘效率

式中：

C—烟气含尘浓度，mg/m3N；

Cs—锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3N。

（2）除尘器的选择

工况下烟气流量：

（m3/h）；

式中，—标准状态下的烟气流量，m3/h；

—工况下烟气温度，k；

—标准状态下温度273k。

根据工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定除尘器：

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1，设备外型结构尺寸见表2。

表1XDCG4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（m3/h）

除尘效率（%）

排烟黑度

设备阻力（Pa）

脱硫效率（%）

重量（kg）

XDGC4

4

12000

>98

≦1级林格曼黑度

800-1400

>85

2800

表2XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸（见图1）

H

H1

H2

H3

A

B

C

D

E

F

4460

2985

4235

700

1400

1400

300

50

350

1000

图1XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸

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，—工况下管道内的烟气流量（m3/s）；

—烟气流速（m/s）（对于锅炉烟尘=10-15m/s）。

取=14m/s，

（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（mm）

500

1

内径=d1==

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锅炉烟囱高度表

锅炉总额定出力（t/h）

<1

1~<2

2~<6

6~<10

10~20

26~<35

烟囱最低高度（m）

20

25

30

35

40

45

锅炉总额定出力：

44=16（t/h）

故选定烟囱高度为40m。

（2）烟囱直径的计算

烟囱出口内径可按下式计算：

（m）

式中：

Q—通过烟囱的总烟气量（m3/h）

ω—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

10~20

4~5

自然通风

6~10

~3

选定ω=4m/s

圆整取d=

烟囱底部直径

（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=~）。

取i=，

d1=+=。

（3）烟囱的抽力

（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）。

5.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）；

ρ—烟气密度（kg/m3）；

υ—管中气流平均速率（m/s）；

λ—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λ值可取，对砖砌或混凝土管道λ值可取）。

a．对于φ500圆管

L=

b．

图2砖砌拱型烟道示意图

对于砖砌拱型烟道

则

式中，A为面积，X为周长。

（2）局部压力损失

（Pa）

式中：

ξ—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；

υ—与ξ相对应的断面平均气流速率（m/s）；

ρ—烟气密度（kg/m3）。

图3除尘器入口前管道示意图

图3中一为减缩管

α≤45℃时，ξ=

取α=45℃、υ=s

图3中二为30℃Z型弯头

，取

由《通风》817页表18-17得=

图3中三为渐扩管

查《大气污染控制工程》附表十一，并取

则

图4除尘器出口至风机入口段管道示意图

图4中a为渐扩管

取

图4中b、c均为90o弯头

则

两个弯头

对于如图5所示T型三通管：

图5T型三通管示意图

对于T型合流三通：

系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1400Pa）：

6．风机和电动机选择及计算

（1）风机风量的计算

（m3/h）

式中：

—风量备用系数；

Q—风机前风量（m3N/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：

—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用气体温度（℃）；

ρy—标况下烟气密度（γ=m3N）。

根据选定工况序号为2的引风机，性能表为：

机号传动方式

转速（r/min）

工况序号

流量（m3/h）

全压（Pa）

内效率（%）

内功率（kw）

所需功率（kw）

2620

2

11930

2992

（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）；

η1—风机在全压头时的效率（一般风机为，高效风机约为）；

η2—机械传动效率，当风机与电机直联传动时η2=1，用联轴器连接时

η2=~`，用三角皮带传动时η2=；

β—电动机备用系数，对引风机，β=。

（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

（1）烟气在管道中的温度降

（℃）

式中：

Q—烟气流量（m3N/h）

F—管道散热面积（m2）

CV—烟气平均比热（一般C=~m3N•℃）；

Q—管道单位面积散热损失。

室内q=4187kJ/m2•h

室外q=5443kJ/m2•h

室内管道长：

L=室外管道长L=（℃）

（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，可由表5查得。

表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（H<50m）

壁厚小于

砖烟囱

壁厚大于

A

2

（℃）

总温度降（℃）

五、主要参考书目（略）