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
、课程设计题目
某燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计
、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容、法及步骤,培养学生确定大气污染控制系统的设计案、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:
160C
烟气密度:
1.34kg/Nm3
空气过剩系数:
=1.4
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:
97.86kPa
冬季室外空气温度:
-1C
空气含水按0.01293kg/Nm3
烟气其他性质按空气计算
煤的工业分析值:
CY=68%,
HY=4%,
sY=1%,
°=5%,
ny=1%,
wY=6%,
AY=15%,
V,=13%
按锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2001
中二类区标准执行:
净化系统布置场地为锅炉房北侧15m以。
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
Qa4.761.867Cy5.56Hy0.7Sy0.7Oy(m3n/kg)
式中:
cy、hy、sy、oy分别为煤中各元素所含的质量百分数。
Qa'4.76(1.8670.685.560.040.70.010.70.05)
6.97(m3N/kg)
(2)理论烟气量(设空气含湿量12.93g/m3n)
Qs1.867(Cy0.375Sy)11.2HY1.24Wy0.016Qa0.79Qa0.8Ny
(m3N/kg)
式中:
Qa—理论空气量(m3N/kg)
Y
W—煤中水分所占质量百分数;
Y
N—N兀素在煤中所占质量百分数
Qs'1.867(0.680.3750.01)11.20.041.240.06
0.0166.970.796.970.80.01
3
7.42(mN/kg)
(3)实际烟气量
QsQs1.016
(1)Qa(m3N/kg)
式中:
一空气过量系数。
Qs—理论烟气量(m3N/kg)
Qa—理论空气量(m3N/kg)烟气流量Q应以m3N/h计,因此。
QQs设计耗煤量
Qs7.421.016(1.41)6.97
10.25(m3N/kg)
QQs设计耗煤量
10.25600
615(m3N/h)
(4)
烟气含尘浓度:
式中:
dsh—排烟中飞灰占煤中不可燃成分的百分数;
Y
A—煤中不可燃成分的含量;
Qs—实际烟气量(m3N/kg)。
c0.160.15
10.25
2.34103(kg/m3N)
33
2.3410(mg/mn)
(5)
烟气中二氧化硫浓度的计算
式中:
SY—煤中含硫的质量分数。
Qs—燃煤产生的实际烟气量(m3N/kg)
1.91103(mg/m3N)
2•除尘器的选择
(1)除尘效率
Cs
C
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。
200
2.34103
91.45%
(2)除尘器的选择
(m3/h);
m3/h;
QT'
工况下烟气流量:
Q'
T
式中,Q—标准状态下的烟气流量,
T'—工况下烟气温度,k;
T—标准状态下温度273k。
Q'6150(273160)
273
9754(m3/h)
Q'97543,、
2.7(m/s)36003600
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:
由蓝天锅炉设备制
造有限公司所提供的“XDCG型瓷多管高效脱硫除尘器”(《级科技成果重点推广计划》项目)中选取XDCG4型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)
XDGC
4
4
12000
>98
三1级林
格曼黑度
800-1400
>85
2800
表2XDCG4型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、操作和检修便。
(2)
管径的确定
(m)
式中,Q—工况下管道的烟气流量(m3/s);
=10-15m/s)。
—烟气流速(m/s)(对于锅炉烟尘
取=14m/s,
圆整并选取风道:
钢制板风管
外径D(mm)
外径允偏差(mm)
壁厚(mm)
500
1
0.75
由公式d
4Q可计算出实际烟气流速:
径=d1=500-20.75=495.5mm
4
.烟囱的设计
(1)烟囱高度的确定
t/h),然后根据锅炉大气污染物排放
首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量(
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
烟囱出口径可按下式计算:
(m)
式中:
Q—通过烟囱的总烟气量(m3/h)
3—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
2.5~3
选定3=4m/s
49754
d0.0188.1.83m
V4
圆整取d=1.8m
烟囱底部直径
d1d22iH(m)
式中:
d2—烟囱出口直径(m);
H—烟囱高度(m);
—烟囱锥度(通常取i=0.02~0.03)。
取i=0.02,
di=1.83+20.0240=3.5m。
(3)烟囱的抽力
式中,H—烟囱高度(m);
tk—外界空气温度(C)tp—烟囱烟气平均温度(C);
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,
式中,L—管道长度(m)
d—管道直径(m);
P—烟气密度(kg/m3);u—管中气流平均速率(m/s);
K
入—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
d
册得到(实际中对金属管道入值可取0.02,对砖砌或混凝土管道入值可取0.04)。
a.对于$500圆管
2732733
n1.340.84(kg/m3)
273160443
Pl
9.50.8413.82
0.02-
0.52
b.对于砖砌拱型烟道
A2-D2B2-(|)2
D500mm
故I450mm
A
则R—
X
式中,A为面积,X为长。
(2)局部压力损失
30.4(Pa)
图2砖砌拱型烟道示意图
(Pa)
式中:
E—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;
u—与E相对应的断面平均气流速率(m/s);
p—烟气密度(kg/m3)。
度
图3除尘器入口前管道示意图
图3中一为减缩管
aW45C时,E=0.1
取a=45°C>u=13.8m/s
2
0.8413.8
2
l10.05tan67.50.12(m)
图3中二为30CZ型弯头
h2.9852.390.5950.6(m)
hD°.%50.12,取'0.157
Re
由《通风》817页表18-17得Re=1.0
1.00.1570.157
图3中三为渐扩管
则0.19
45o时,0.1
取30o,13.8m/s
图4中b、c均为90o弯头
D500,取RD,则0.23,
2
0.8413.8
2
两个弯头P'2P218.436.8(Pa)
对于如图5所示T型三通管:
v3i3
图5T型三通管示意图
0.78
2
0.8413.82
P0.78
2
2
对于T型合流三通:
0.55
2
2
0.8413.8
P0.55
2
2
系统总阻力(其中锅炉出口前阻力为
h
30.484.1
62.4(Pa)
44(Pa)
800Pa,除尘器阻力1400Pa)
8.012.615.28.036.8
62.444800
1400
2601.5(Pa)
6•风机和电动机选择及计算
(1)风机风量的计算
273tp101.3253
Qy1.1Q(m3/h)
273B
式中:
1.1—风量备用系数;
Q—风机前风量(mf/h);
tp—风机前烟气温度(C),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)o
273160101.325
Qy1.16150-
27397.86
3
11109.8m/h
(2)风机风压的计算
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试验用气体温度(C)
Py—标况下烟气密度(百1.34kg/m3N)。
273160101.3251.293
Hy1.2(2601.5183)
27325097.861.34
2400(Pa)
机号传动
式
转速(r/min)
工况序
号
流量
(m3/h)
全压(Pa)
效率(%)
功率(kw)
所需功率
(kw)
6.5C
2620
2
11930
2992
78.6
12.61
17.66
根据Qy和Hy选定Y5-47-136.5C
工况序号为2的引风机,性能表为:
(3)电动机功率的计算
式中:
Qy—风机风量(m3/h);
Hy—风机风压(Pa);
n—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);
n2—机械传动效率,当风机与电机直联传动时n2=1,用联轴器连接时
“=0.95~'0.98,用三角皮带传动时n2=0.95;
电动机备用系数,对引风机,B=1.3。
Ne
1110924001.3
360010000.60.95
根据电动机的功率、风机的转速、传动式选定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=1.352~1.357kJ/m3n?
C);
Q—管道单位面积散热损失。
tl
室q=4187kJ/m2?
h
室外q=5443kJ/m2?
h
室管道长:
L=2.18-0.6-0.12=1.46m
FlD3.141.460.52.29m2
室外管道长L=9.5-1.46=8.04m
2
FlD3.148.040.512.62m
丄q1F1q2F2
t1
QCvQCv
qFq2F2
QCv
(41872.29544312.62)
6.501.354
=9.4(C)
(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0.5m
砖烟囱
壁厚大于0.5m
A
2
0.8
0.4
0.2
400.4
t2矿T4(C)
总温度降tt1t29.4413.4(C)
五、主要参考书目(略)
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