大气污染控制工程课程设计实例

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1、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：a=1.4 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比

2、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： =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

3、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12.93g/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：a —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：

4、 （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

5、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（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

6、>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 H1 H2 H3 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

7、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=10-15 m/s）。 取=14 m/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 0.75 内径=d1=500-20.75=495.5mm 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

8、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）

9、 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 2.5~3 选定ω=4m/s 圆整取d=1.8m 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=0.02~0.03）。 取i=0.02， d1=1.83+20.0240=3.5m。 （3）烟囱的抽力 （Pa） 式中，H—烟囱高度（m）； tk—外界空气

10、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 图2 砖

11、砌拱型烟道示意图 b． 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=0.1 取α=45℃、υ=13.8m/s 图3中二为30℃Z型弯头 ，取 由《通风》817页表18-17得=1.0 图3中三为渐扩管 查《大气污染控

12、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5 T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1400 Pa）： 6．风机和电动机选择及计算 （1）风机风量的计算 （m3/h） 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

13、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： 1.2—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=1.34kg/m3N）。 根据选定Y5-47-136.5C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（%）

14、 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 （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。 （kw） 根据电动

15、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=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 室外管道长L=9.5-1.46=8.04m =9.4（℃） （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 （℃） 总温度降（℃） 五、主要参考书目（略）