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1、大气污染掌握工程课程设计实例、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稳固本能课程所学内容，并使所学的学问系统化，培育学生运用所学理论学问进展净化系统设计的初步力量。通过设计，使学生了解工程设计的内容、方法及步骤，培育学生确定大气污染掌握系统的设计方案、进展设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的力量。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 C烟气密度：1.34kg/Nm3 空气过剩系数：=1.4排烟中飞灰占煤中不行燃成分的比例： 烟气在锅炉出口前阻力： 800Pa当地
2、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16%煤的工业分析值：CY=68%,KN| YHY=4%,|A/ YS=1% ,Y。丫=5%,=1% ,VV =6% ,A =15% ,“=13%按锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2023 )中二类区标准执行:烟尘浓度排放标准：200mg/ Nm 3二氧化硫排放标准： 900mg/ Nm 3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Qa 4.76 1.867CY 5.56H Y 0.7SY 0.7OY
3、(m 3/kg)N式中：CY、H Y、SY、OY 分别为煤中各元素所含的质量百分数。Qa” 4.76 (1.867 0.68 5.56 0.04 0.7 0.01 0.7 0.05)N6.97(m3/ kg)(2) 理论烟气量(设空气含湿量12.93g/m3N)Qs 1.867(CY 0.375SY) 11.2H Y 1.24WY 0.016Qa 0.79Qa 0.8NY(m3N/kg)式中：Qa 理论空气量(m3N/kg)WY煤中水分所占质量百分数;YN N 兀素在煤中所占质量百分数Qs” 1.867 (0.68 0.375 0.01)0.016 6.97 0.79 6.97 0.8 0.0
4、111.2 0.04 1.24 0.06N7.42(m(3) 实际烟气量3/kg)QsQs 1.016(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 mj/h 计，因此。Q Qs 设计耗煤量Qs7.42 1.016 (1.4 1) 6.97N10.25(m3 /kg) Q Qs 设计耗煤量10.25 600N615( m3 /h)(4) 烟气含尘浓度:dAQ shs(kg/m3N)式中：dsh 排烟中飞灰占煤中不行燃成分的百分数;A煤中不行燃成分的含量;Qs 实际烟气量m3N/kg 。C 0.16 0.15
5、10.25N2.3410 (3kg/m)3N2.3410 (mg/m)(5) 烟气中二氧化硫浓度的计算Q2S YC SO2s106(mg/ m3N)式中：SY 煤中含硫的质量分数。Qs 燃煤产生的实际烟气量m3N/kg2 0.01 0.9810.25N1.91 103(mg/m3 )1062 除尘器的选择1 除尘效率式中：C烟气含尘浓度，mg/m 3N ；Cs锅炉烟尘排放标准中规定值,200mg/m3N。1(2)除尘器的选择2.3410391.45%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。6150 (273Q”2
6、739754(m 3/h) Q” 975436003600(m3/h);m3/h；160)s)3、2.7(m /依据工况下的烟气量、烟气温度及要求到达的除尘效率确定除尘器: 由陕西蓝天锅炉设备制造所供给的“ XDCG 型陶瓷多管高效脱硫除尘器”国家级科技成果重点推广打算工程)中选取 XDCG4 型陶瓷多管高效脱硫除尘器。产品性能规格见构尺寸见表 2。表 1,设备外型结表 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处理烟气量除尘效率设备阻力脱硫效率型号排烟黑度(J/H)(m3/h)重量(kg)(%)(Pa)(%)XDGC441202398三 1 级林格曼黑度800-1400
7、852800表 2 XDCG4 型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型构造尺寸(见图 1)HH1H2H3ABCDEF44602985423570014001400300503501000图 1 XDCG4 型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型构造尺寸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依据锅炉运行状况及锅炉现场的实际状况确定各装置的位置。一旦确定各装置的位置， 管道的布置也就根本可以确定了。对各装置及管道的布置应力求简洁、紧凑、管路短、占地面 积小，并使安装、操作和检修便利。(2) 管径确实定(m)式中，Q 工况下管道
8、内的烟气流量(m3/s)；烟气流速(m/s)(对于锅炉烟尘取=14 m/s,=10-15 m/s)。圆整并选取风道:4 2.73.14 140.49(m)外径 D (mm)钢制板风管外径允许偏差mm壁厚mm50010.75内径=di =500-20.75=495.5mm由公式 d 4Q 可计算出实际烟气流速：4Q4. 烟囱的设计d23.14 0.4955213.8(m/s)1烟囱高度确实定首先确定共用一个烟囱的全部锅炉的总的蒸发量标准中的规定表 3确定烟囱的高度。t/h,然后依据锅炉大气污染物排放表 3 锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力t/h烟囱最低高度m120122526306 10351020
9、4026 3545锅炉总额定出力：4 4=16 t/h 应选定烟囱高度为 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/h3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运行状况通风方式全负荷时最小负荷机械通风自然通风1020610452.53选定 3 =4m/s4 9754d 0.0188. - 1.83m V 4圆整取 d=1.8m烟囱底部直径d1 d22 i H(m)式中：d2烟囱出口直径m;H 烟囱咼度m;i烟囱锥度通常取 i=0.020.03 。取 i=0.02, di=1.83+2 0.02 40=3.5m。3烟囱的抽
10、力Sy0.0342H-一273 tk1273 tp(Pa)式中，H 烟囱高度m;tk外界空气温度C;tp 烟囱内烟气平均温度CB当地大气压 (Pa)。Sy 0.0342 183(Pa)5. 系统阻力的计算1摩擦压力损失140(273 12797 8610.P对于圆管,L式中，L 管道长度m)(Pa)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入一摩擦阻力系数，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0.04 )。0.02 ,对砖砌或混凝土管道入值可取a. 对于$ 500 圆管L=9.5m1.342730.84(kg/m )
11、273 16044339.50.84 13.82P0.02 -30.4(Pa)L0.52b. 对于砖砌拱型烟道D 500mm故 I 450mmA则 R X式中，A 为面积，X 为周长。A 2 -D2 B2-(|)22局部压力损失图 2 砖砌拱型烟道示意图(Pa)E异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过试验获得;u与 E 相对应的断面平均气流速率p烟气密度kg/m3。m/s;图 3 中一为减缩管a 45C 时，E =0.1取 a =45 C、u =13.8m/s图 3 除尘器入口前管道示意图0.1l10.05 tan67.50.84 13.820.12(m)28.0(Pa)图 3 中
12、二为 30C Z 型弯头h 2.985 2.390.5950.6(m)%.520.1570，取Re由通风817 页表 18-17 得 Re =1.01.0 0.157220.1570.15784 13&212.6(Pa)图 3 中三为渐扩管A0.35 1A20.4985 3.141.792查大气污染掌握工程则 0.19附表十一，并取30o0.19084 13&15.2(Pa)2I(1W 叫3图 4 中a 为渐扩管45时,0.1图 4 除尘器出口至风机入口段管道示意图取30o,2 l 0.93(m)13.8m/s0.1 0.84 13.88.0( Pa)图 4 中b、c 均为 90弯头D 500
13、,取 R D,则 0.23,2230.84 13.8厂。218.4(Pa)两个弯头 P” 2 P 2 18.436.8(Pa)对于如图 5 所示 T 型三通管：0.78图 5 T 型三通管示意图0.84 13.820.7862.4( Pa)对于 T 型合流三通:0.5520.550.84 13.82244(Pa)系统总阻力(其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力 1400 Pa):h 30.4 84.1 8.0 12.615.2 8.0 36.8 62.4 44 8002601.5(Pa)6 风机和电动机选择及计算(1)风机风量的计算273 tp 101.3253Qy 1.1Q(m3/h)
14、273B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(C)，假设管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度;B当地大气压力(kPa)。1400Qy 1.1 6150 - 11109.8m 3/h273 160273101.32597.86(2)风机风压的计算y h S )273 tp101.3351.293Hy1.2(273 t(Pa)y式中：1.2风压备用系数;h 系统总阻力PaS/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CPy标况下烟气密度Y =1.34kg/m 3N。273 160101.3251.293273 25097.861.3
15、4Hy 1.2(2601.5 183) 2400(Pa)Q H3600 1000yyNe1 2依据 Qy 和 H y 选定 Y5-47-136.5C 工况序号为(kw)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kw6.5C2620211930299278.612.6117.663电动机功率的计算式中：Qy风机风量m3/h;Hy风机风压Pa;n 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;n 2机械传动效率，当风机与电机直联传动时 nn 2=0.95”0.98，用三角皮带传动时 n2=0.95;2=1,用联轴器
16、连接时电动机备用系数，对引风机，B.11109 2400 1.3 一=1.3。Ne3600 1000 0.6 0.9516.9 kw依据电动机的功率、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t1-Q Cv(C)式中：Q烟气流量m3N/hF 管道散热面积m2CV 烟气平均比热一般C=1.3521.357kJ/m3N?C；Q 管道单位面积散热损失。1 烟气在管道中的温度降室内 q =4187kJ/m2?h室外 q =5443kJ/m2?h室内管道长：L=2.18-0.6-0.12=1.46mF l D 3.14 1.46 0.5室外管道长 L=9.5-1.46=8
17、.04m2.29m2F l D 3.14 8.04 0.512.62m 2q Fq Ft1122丄v1Q C Q CvqF q2 F2Q Cv(4187 2.295443 12.62)6.50 1.354=9.4 (C)(2)烟气在烟囱中的温度降：(C)t H2DA式中：H 烟囱高度m;D 合用同一烟囱的全部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钢烟囱烟囱种类无衬筒有衬筒A20.8砖烟囱H50m壁厚小于 0.5m 0.4砖烟囱壁厚大于 0.5m 0.240 0.4tT2 矿总温度降 t t1 t24 (C)9.4413.4 (C)五、主要参考书目(略)