大气污染控制工程课程设计实例

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：=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：YC=68%，YH=4%，YS=1%，YO=5%，YN=1%，YW=6%，YA=15%，YV=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．燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算（1）理论空气量2YYYYaOSHCQ7.07.056.5867.176.4/kg)(mN3式中：YC、YH、YS、YO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(76.4'3kgmQNa（2）理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3N）YaaYYYYsNQQWHSCQ8.079.0016.024.12.11)375.0(867.1（m3N/kg）式中：aQ—理论空气量（m3N/kg）YW—煤中水分所占质量百分数；YN—N元素在煤中所占质量百分数/kg)(m42.701.08.097.679.097.6016.006.024.104.02.11)01.0375.068.0(867.1'N3sQ（3）实际烟气量assQQQ)1(016.1（m3N/kg）式中：—空气过量系数。sQ—理论烟气量（m3N/kg）aQ—理论空气量（m3N/kg）烟气流量Q应以m3N/h计，因此。sQQ设计耗煤量/h)（m615060025.10/kg)(m25.1097.6)14.1(016.142.7N3N3设计耗煤量ssQQQ（4）烟气含尘浓度：sYshQAdC（kg/m3N）式中：shd—排烟中飞灰占煤中不可燃成分的百分数；YA—煤中不可燃成分的含量；3sQ—实际烟气量（m3N/kg）。)(mg/m1034.2)(kg/m1034.225.1015.016.0N33N33C（5）烟气中二氧化硫浓度的计算61022SYSOQSC（mg/m3N）式中：YS—煤中含硫的质量分数。SQ—燃煤产生的实际烟气量（m3N/kg）)(mg/m1091.11025.1098.001.02N3362SOC2．除尘器的选择（1）除尘效率CCs1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。3200191.45%2.3410（2）除尘器的选择工况下烟气流量：TQTQ''（m3/h）；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。/s)(m7.2360097543600'/h)(m9754273)160273(6150'33QQ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4构尺寸见表2。表1XDCG4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）XDGC441200098≦1级林格曼黑度800-1400852800表2XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸（见图1）HH1H2H3ABCDEF44602985423570014001400300503501000图1XDCG4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Qd4（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=10-15m/s）。取=14m/s，49.01414.37.24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10.755内径=d1=500-20.75=495.5mm由公式Qd4可计算出实际烟气流速：8.134955.014.37.24422dQ（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锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力（t/h）11~22~66~1010~2026~35烟囱最低高度（m）202530354045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：Qd0188.0（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通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风10~204~5自然通风6~102.5~3选定ω=4m/smd83.14975440188.0圆整取d=1.8m烟囱底部直径Hidd221（m）式中：d2—烟囱出口直径（m）；6H—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BttHSpky273127310342.0（Pa）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）。)(1831086.97)160273112731(400342.03PaSy5.系统阻力的计算（1）摩擦压力损失对于圆管，2.2dLPL（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dK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)/(84.044327334.11602732733mkgn)(4.3028.1384.05.05.902.02PaPL7b．对于砖砌拱型烟道222)2(242BBDAmmBmmD450500故则XAR式中，A为面积，X为周长。（2）局部压力损失22P（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）。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α≤45℃时，ξ=0.1取α=45℃、υ=13.8m/s)(0.828.1384.01.0222PaP)(12.05.67tan05.01ml图3中二为30℃Z型弯头)(6.0595.039.2985.2mh12.05.06.0Dh，取157.0''Re图2砖砌拱型烟道示意图8由《通风》817页表18-17得Re=1.0157.0157.00.1)(6.1228.1384.0157.0222PaP图3中三为渐扩管79.144985.014.3135.0221AA查《大气污染控制工程》附表十一，并取o30则19.0)(2.1528.1384.019.0222PaP)(93.015tan2)4985.01(3mlo风机度弯头除尘器出口图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1.045时，o取smo/8.13,30)(93.0)(0.828.1384.01.0222mlPaP图4中b、c均为90o弯头,23.0,,500则取DRD9则)(4.1828.1384.023.0222PaP两个弯头)(8.364.1822'PaPP对于如图5所示T型三通管：图5T型三通管示意图78.0)(4.6228.1384.078.0222PaP对于T型合流三通：55.0)(4428.1384.055.0222PaP系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1400Pa）：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BtQQpy325.1012732731.1（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，可以近似取锅炉排烟温度；B—当地大气压力（kPa）。/hm8.1110986.97325.10127316027361501.13yQ10（2）风机风压的计算YypyyBttShH293.1335.101273273)(2.1（Pa）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）。)(240034.1293.186.97325.101250273160273)1835.2601(2.1PaHy根据yyHQ和选定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（%）内功率（kw）所需功率（kw）6.5C2620211930299278.612.6117.66（3）电动机功率的计算2110003600yyHQNe（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。9.1695.06.0100036003.1240011109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VCQFqt1（℃）11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