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：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：-1℃ 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% ， OY=5%， NY=1%， WY=6%， AY=15%， VY=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

页脚内容

大气污染课程设计

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

4.761.867CY5.56HY0.7SY0.7OY (m3N/kg) Qa式中：C、HY、S、O分别为煤中各元素所含的质量百分数。

YY

YQa'4.76(1.8670.685.560.040.70.010.70.05)6.97(m3N/kg)

（2）理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3N）

1.867(CY0.375SY)11.2HY1.24WY0.016Qa0.79Qa0.8NYQs（m3N/kg）

—理论空气量（m3N/kg） 式中：Qa W—煤中水分所占质量百分数；

YNY—N元素在煤中所占质量百分数

Qs'1.867(0.680.3750.01)11.20.041.240.060.0166.970.796.970.80.017.42(m3N/kg)（3）实际烟气量

1.016(1)Qa （m3N/kg） QsQs式中： —空气过量系数。

—理论烟气量（m3N/kg） Qs—理论空气量（m3N/kg） Qa烟气流量Q应以m3N/h计，因此。QQs设计耗煤量

Qs7.421.016(1.41)6.9710.25(m3N/kg)QQs设计耗煤量10.256006150（m3N

/h)（4） 烟气含尘浓度：

页脚内容

大气污染课程设计 dshAY C （kg/m3N）

Qs式中：dsh—排烟中飞灰占煤中不可燃成分的百分数； AY—煤中不可燃成分的含量；

Qs—实际烟气量（m3N/kg）。

C0.160.1510.252.34103(kg/m3N) 2.34103(mg/m3N)（5） 烟气中二氧化硫浓度的计算

CSO2Y

2SY106 （mg/ m3N） QS式中：S — 煤中含硫的质量分数。

QS— 燃煤产生的实际烟气量（m3N/kg）

CSO220.010.98106 10.251.91103(mg/m3N)2．除尘器的选择 （1）除尘效率

1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。

1（2）除尘器的选择

20091.45%

2.34103工况下烟气流量：Q'QT' （m3/h）； T式中，Q—标准状态下的烟气流量，m3/h； T'—工况下烟气温度，k； T—标准状态下温度273k。

页脚内容 大气污染课程设计 Q'6150(273160)273 9754(m3/h)Q'97542.7(m3/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1 XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器产品性能规格

配套锅炉容量型号 （J/H） （m3/h） （%） ≦1级林XDGC4 4 12000 >98 格曼黑度 800-1400 >85 2800 处理烟气量除尘效率排烟黑度 （Pa） （%） （kg） 设备阻力脱硫效率重量表2 XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸（见图1）

H 4460 H1 2985 H2 4235 H3 700 A 1400 B 1400 C 300 D 50 E 350 F 1000 图1 XDCG4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

页脚内容 大气污染课程设计 积小，并使安装、操作和检修方便。

（2）管径的确定

d4Q （m）

式中，Q—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=10-15 m/s）。 取=14 m/s，

d圆整并选取风道：

42.70.49 （m）

3.1414钢制板风管 外径D（mm） 外径允许偏差（mm） 500 壁厚（mm） 0.75 1 内径=d1=500-20.75=495.5mm 由公式d4Q可计算出实际烟气流速：

4．烟囱的设计

4Q42.713.8 （m/s） 22d3.140.4955（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） 烟囱最低高度（m） <1 20 1~<2 25 2 ~ <6 30 6 ~ <10 35 10~20 40 26 ~<35 45 锅炉总额定出力：44=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：

页脚内容 大气污染课程设计 d0.0188Q （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

运 行 情 况 通 风 方 式 全负荷时 机 械 通 风 自 然 通 风 10~20 6~10 最小负荷 4~5 2.5~3 选定ω=4m/s

d0.0188497541.83m 4圆整取d=1.8m 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i=0.02~0.03）。

取i=0.02，

d1=1.83+20.0240=3.5m。 （3）烟囱的抽力

11 Sy0.0342H273t273tpk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）。

页脚内容 B （Pa） 大气污染课程设计 Sy0.034240(183(Pa)5. 系统阻力的计算 （1）摩擦压力损失

11)97.86103 2731273160L2 对于圆管， PL. （Pa）

d2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

K的函数。可以查手d册得到（实际中对金属管道λ值可取0.02，对砖砌或混凝土管道λ值可取0.04）。

a． 对于φ500圆管

L=9.5m

n2732731.340.84(kg/m3)

2731604439.50.8413.82PL0.0230.4(Pa)

0.52b． 对于砖砌拱型烟道

A24D2B2

B()2

22D500mm故B450mm则RA X 图2 砖砌拱型烟道示意图 式中，A为面积，X为周长。 （2）局部压力损失

P22 （Pa）

页脚内容 大气污染课程设计 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）。 一二度三 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=0.1 取α=45℃、υ=13.8m/s

0.8413.82P0.18.0(Pa)

222l10.05tan67.50.12(m)

图3中二为30℃Z型弯头

h2.9852.390.5950.6(m)

hD0.60.50.12，取'0.157

Re'

由《通风》817页表18-17得Re=1.0

1.00.1570.157

0.8413.82P0.15712.6(Pa)

22图3中三为渐扩管

2A1A20.3511.79

0.498523.144页脚内容 大气污染课程设计 查《大气污染控制工程》附表十一，并取30 则0.19

o0.8413.82P0.1915.2(Pa)

222l3(10.4985)tan15o0.93(m) 2除尘器出口度弯头风机 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

45o时，0.1

取30,13.8m/s

o0.8413.82P0.18.0(Pa) 22l0.93(m)图4中b、c均为90o弯头

2D500,取RD,则0.23,

则P2220.230.8413.818.4(Pa)

2两个弯头P'2P218.436.8(Pa) 对于如图5所示T型三通管：

页脚内容 大气污染课程设计 图5 T型三通管示意图

0.78

0.8413.82P0.7862.4(Pa)

22对于T型合流三通：

20.55

0.8413.82P0.5544(Pa)

22系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1400 Pa）：

2h30.484.18.012.615.28.036.862.4448001400

2601.5(Pa)

6．风机和电动机选择及计算

（1）风机风量的计算 Qy1.1Q273tp273101.325 （m3/h） B式中：1.1—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）。

Qy1.1615011109.8m3/h（2）风机风压的计算

273160273101.32597.86

页脚内容 大气污染课程设计 Hy1.2(hSy)273tp273ty101.3351.293 （Pa） BY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（℃）； ρy—标况下烟气密度（γ=1.34kg/m3N）。

Hy1.2(2601.5183)2400(Pa)273160101.3251.29327325097.861.34

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：

机号传动转速（r/min） 方式 6.5C 2620 号 2 11930 2992 78.6 12.61 工况序流量（m3/h） 全压（Pa） 内效率（%） 内功率（kw） （kw） 17.66 所需功率（3）电动机功率的计算 NeQyHy3600100012 （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0.6，高效风机约为0.9）； 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=0.95~`0.98，用三角皮带传动时η2=0.95； β—电动机备用系数，对引风机，β=1.3。

Ne1110924001.316.9（kw）

360010000.60.95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

页脚内容 大气污染课程设计 （1）烟气在管道中的温度降 t1qF （℃）

QCV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•℃）； 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=2.18-0.6-0.12=1.46m

FlD3.141.460.52.29m2

室外管道长L=9.5-1.46=8.04m

FlD3.148.040.512.62m2

t1q1F1qF22QCvQCv

q1F1q2F2QCv(41872.29544312.62)6.501.354=9.4（℃）

（2）烟气在烟囱中的温度降： t2HAD （℃）

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

钢烟囱 烟囱种类 （无衬筒） （有衬筒） 页脚内容 钢烟囱 砖烟囱（H<50m） 壁厚小于0.5m 砖烟囱 壁厚大于0.5m 大气污染课程设计 A 2 0.8 0.4 0.2 t2400.4444（℃）

总温度降tt1t29.4413.4（℃）

五、主要参考书目（略）

页脚内容