大气污染控制工程课程设计实例.docx

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1、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

2、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： Y O=5%， C=68%，Y H=4%，Y S=1% ，Y Y V=13% N=1%，Y W=6%，Y A=15%，Y 按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2022）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 ()Y Y Y Y a

3、 O S H C Q 7.07.056.5867.176.4-+= /kg)(m N 3 式中：Y C 、Y H 、Y S 、Y O 分别为煤中各元素所含的质量百分数。 ) /(97.6)05.07.001.07.004.056.568.0867.1(76.43kg m Q N a =?-?+?+?= （2）理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m 3N ） Y a a Y Y Y Y s N Q Q W H S C Q 8.079.0016.024.12.11)375.0(867.1+= （m 3N /kg ） 式中：a Q 理论空气量（m 3N /kg ） Y W 煤中水分所占质量百分数；

4、 Y N N 元素在煤中所占质量百分数 /kg) (m 42.701.08.097.679.097.6016.006.024.104.02.11)01.0375.068.0(867.1N 3=?+?+?+?+?+?+?=s Q （3）实际烟气量 a s s Q Q Q -+=)1(016.1 （m 3N /kg ） 式中： 空气过量系数。 s Q 理论烟气量（m 3N /kg ） a Q 理论空气量（m 3N /kg ） 烟气流量Q 应以m 3N /h 计，因此。?=s Q Q 设计耗煤量 /h) （m 615060025.10/kg)(m 25.1097.6)14.1(016.142.7N

5、3N 3=?=?=?-?+=设计耗煤量s s Q Q Q （4） 烟气含尘浓度： s Y sh Q A d C ?= （kg/m 3N ） 式中：sh d 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； s Q 实际烟气量（m 3N /kg ） 。 ) (mg/m 1034.2)(kg/m 1034.225 .1015 .016.0N 33N 33?=?=?= -C （5） 烟气中二氧化硫浓度的计算 61022 ?=S Y SO Q S C （mg/ m 3N ） 式中：Y S 煤中含硫的质量分数。 S Q 燃煤产生的实际烟气量（m 3N /kg ） ) (mg/m 10

6、91.11025 .1098 .001.02N 336 2?=?= SO C 2除尘器的选择 （1）除尘效率 C C s - =1 式中：C 烟气含尘浓度，mg/m 3N ； C s 锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m 3N 。 3 200 191.45%2.3410=- =? （2）除尘器的选择 工况下烟气流量：T QT Q = （m 3/h ）； 式中，Q 标准状态下的烟气流量，m 3/h ； T 工况下烟气温度，k ； T 标准状态下温度273k 。 /s)(m 7.23600 9754 3600/h)(m 9754273 ) 160273(615033=+?= Q Q 根据工况下的烟气

7、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 型号 配套锅炉容量（J/H ） 处理烟气量（m 3/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2 XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸（见图1） H H 1 H

8、2 H 3 A B C D E F 4460 2985 4235 700 1400 1400 300 50 350 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、占地面积小，并使安装、操作和检修方便。 （2）管径的确定 Q d 4= （m ） 式中，Q 工况下管道内的烟气流量（m 3/s ）； 烟

9、气流速（m/s ）（对于锅炉烟尘=10-15 m/s ）。 取=14 m/s ， 49.014 14.37 .24=?= d （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 0.75 内径=d 1=500-2?0.75=495.5mm 由公式 Q d 4= 可计算出实际烟气流速： 8.134955 .014.37 .2442 2=?= d Q （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

10、 锅炉总额定出力（t/h ） 1 12 2 6 6 10 1020 26 35 烟囱最低高度（m ） 20 25 30 35 40 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： ? Q d 0188 .0= （m ） 式中：Q 通过烟囱的总烟气量（m 3/h ） 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 1020 45 自 然 通 风 610 2.53 选定=4m/s m d 83.14 9754 40188 .0=?

11、= 圆整取d=1.8m 烟囱底部直径 H i d d ?+=221 （m ） 式中：d 2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， d 1=1.83+2?0.02?40=3.5m 。 （3）烟囱的抽力 B t t H S p k y ? ? ? ?+-+=2731 27310342.0 （Pa ） 式中，H 烟囱高度（m ）； t k 外界空气温度（）； t p 烟囱内烟气平均温度（）； B 当地大气压（Pa ）。 ) (1831086.97)160 2731 12731(400342.03 Pa S y =?+-?=

12、5. 系统阻力的计算 （1）摩擦压力损失 对于圆管， 2 .2 d L P L =? （Pa ） 式中， L 管道长度（m ） d 管道直径（m ）； 烟气密度（kg/m 3）； 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 d K 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圆管 L=9.5m )/(84.0443 273 34.11602732733m kg n =?=+= )(4.302 8.1384.05.05.902.02 Pa P L =?=? b 对于砖砌拱型烟道 222)2 (2

13、4 2B B D A + =? = m m B m m D 450500=故 则X A R = 式中，A 为面积，X 为周长。 （2）局部压力损失 2 2 ? =?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/m 3）。 度 一 二 三 图3 除尘器入口前管道示意图 图3中一为减缩管 45时，=0.1 取=45、=13.8m/s )(0.82 8.1384.01.022 2 Pa P =?=? )(12.05.67tan 05.01m l =?= 图3中二为30Z 型弯头 )(6.0595.039.

14、2985.2m h =-= 12.05 .06 .0=D h ，取157.0= Re = 图2 砖砌拱型烟道示意图 由通风817页表18-17得Re =1.0 157.0157.00.1=?= )(6.122 8.1384.0157.022 2 Pa P =?=? 图3中三为渐扩管 79.14 4985.014.31 35.02 2 1 =? ?=A A 查大气污染控制工程附表十一，并取o 30= 则19.0= )(2.1528.1384.019.022 2 Pa P =?=? )(93.015tan 2 ) 4985.01(3m l o =?-= 风机 度弯头 除尘器出口 图4 除尘器出口至

15、风机入口段管道示意图 图4中a 为渐扩管 1.045=时，o 取s m o /8.13,30= ) (93.0) (0.82 8.1384.01.022 2 m l Pa P =?=? 图4中b 、c 均为90o 弯头 ,23.0,500=则取D R D 则)(4.182 8 .1384.023.02 2 2Pa P =? =? 两个弯头 )(8.364.1822Pa P P =?=?=? 对于如图5所示T 型三通管： 图5 T 型三通管示意图 78.0= )(4.622 8.1384.078.022 2 Pa P =?=? 对于T 型合流三通： 55.0= )(442 8.1384.055.

16、022 2 Pa P =?=? 系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa ，除尘器阻力1400 Pa ）： +=?1400800444.628.360.82.156.120.81.844.30h )(5.2601Pa = 6风机和电动机选择及计算 （1）风机风量的计算 B t Q Q p y 325 .101273 2731.1? +? = （m 3/h ） 式中：1.1风量备用系数； Q 风机前风量（m 3N /h ）； t p 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 ）。 /h m 8.1110986.97325 .101273 160273

17、61501.13=? +?=y Q （2）风机风压的计算 ? ? +-?=Y y p y y B t t S h H 293 .1335.101273273) ( 2.1 （Pa ） 式中： 1.2风压备用系数； ?h 系统总阻力（Pa ） S y 烟囱抽力（Pa ）； t p 风机前烟气温度 t y 风机性能表中给出的试验用气体温度（）； y 标况下烟气密度（=1.34kg/m 3N ）。 ) (240034.1293.186.97325.101250273160273)1835.2601(2.1Pa H y =? ?+-= 根据y y H Q 和选定Y5-47-136.5C 工况序号为2的

18、引风机，性能表为： 机号传动方式 转速（r/min ） 工况序号 流量（m 3/h ） 全压（Pa ） 内效率（%） 内功率（kw ） 所需功率（kw ） 6.5C 2620 2 11930 2992 78.6 12.61 17.66 （3）电动机功率的计算 2 110003600?= y y H Q Ne （kw ） 式中：Q y 风机风量（m 3/h ）； H y 风机风压（Pa ）； 1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）； 2机械传动效率，当风机与电机直联传动时2=1，用联轴器连接时 2=0.950.98，用三角皮带传动时2=0.95； 电动机备用系数，对引风机

19、，=1.3。 9.1695 .06.010* .1240011109=?= Ne （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 V C Q F q t ?= ?1 （） 式中：Q 烟气流量（m 3N /h ） F 管道散热面积（m 2） C V 烟气平均比热（一般C =1.3521.357kJ/m 3N ?）； Q 管道单位面积散热损失。 室内q =4187kJ/m 2?h 室外q =5443kJ/m 2?h 室内管道长：L=2.18-0.6-0.12=1.46m 229.25.046.114.3m D l

20、 F =?=?= 室外管道长L=9.5-1.46=8.04m 262.125.004.814.3m D l F =?=?= 354 .150.6) 62.12544329.24187(2 2112 2111?+?= ?+=?+?=?v v v C Q F q F q C Q F q C Q F q t =9.4（） （2）烟气在烟囱中的温度降： D A H t ?= ?2 （） 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（H50m ） 壁厚小于0.5m 砖烟囱 壁厚大于0.5m A 2 0.8 0.4 0.2 44 44.0402=?= ?t （） 总温度降4.1344.921=+=?+?=?t t t （） 五、主要参考书目（略）