某沸腾炉烟气除尘系统中的烟囱设计

课程设计题目某沸腾炉烟气除尘系统中的烟囱设计学院资源与环境学院专业环境工程姓名吴运鹏学号20122122186指导教师卫静二O一四年12月25日目录1.绪论........................................................................................21.1烟囱的作用..........................................................................21.2烟囱的分类与材料..............................................................21.3烟囱的防腐..........................................................................41.4烟囱设计的一般原则..........................................................51.5烟囱的设计目的及要求......................................................61.5.1设计目的...........................................................................61.5.2设计要求...........................................................................62.除尘系统设计的原始资料....................................................73.烟囱设计计算........................................................................83.1烟囱出口处烟气速度的计算..............................................83.2烟囱内经与烟囱高度的计算..............................................84.风机的选择............................................................................94.1通风机风量...........................................................................94.2通风机风压..........................................................................94.3选型......................................................................................95.课程设计小结..........................................................................10参考文献.....................................................................................101.绪论在“十二五”节能减排的影响下，对各种工业排放要求也在不断提高。因而对烟囱的要求也在不断的改善。而烟囱的主要作用是产生一定的抽力，使烟气在炉内不断流动，并将烟气向高空排放，以减少烟气对环境的污染。所以，烟囱的设计是非常必要的。烟囱可由砖、钢或混凝土制成。在下面我们会介绍计算、结构等内容。1.1烟囱的作用烟囱的主要作用是拔火拔烟，排走烟气，改善燃烧条件。高层建筑内部一般设置数量不等的楼梯间、排风道、送风道、排烟道、电梯井及管道井等竖向井道，当室内温度高于室外温度时，室内热空气因密度小，便沿着这些垂直通道自然上升，透过门窗缝隙及各种孔洞从高层部分渗出，室外冷空气因密度大，由低层渗入补充，这就形成烟囱效应。烟囱效应是室内外温差形成的热压及室外风压共同作用的结果，通常以前者为主，而热压值与室内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比。这说明，室内温度越是高于室外温度，建筑物越高，烟囱效应也越明显，同时也说明，民用建筑的烟囱效应一般只是发生在冬季。就一栋建筑物而言，理论上视建筑物的一半高度位置为中和面，认为中和面以下房问从室外渗入空气，中和面以上房间从室内渗出空气。1.2烟囱的分类与材料一般有砖烟囱、钢筋混凝土烟囱和钢烟囱三类。其材质一般分为几种：砖头砌筑、铁质、石棉、陶质，这几种一般用在小的场所，如家庭、办公室等。工业用烟囱多为圆柱体，上细下粗，一般用在工业的大厂房，如大锅炉、冶炼厂、电厂等；我国农村地区的土灶和北方土炕的烟囱多为砖砌方形。钢烟囱砼烟囱水泥烟囱方烟囱筒壁材质为钢材的烟囱钢筋混凝土烟囱筒壁材质为钢筋混凝土的烟囱砖烟囱筒壁材质为砖砌体的烟囱。自立式钢烟囱筒身在不加任何附加受力支撑条件下，与基础一起构成一个稳定结构的钢烟囱。拉索式钢烟囱筒身与拉索共同组成稳定体系的钢烟囱。塔架式钢烟囱筒身与塔架共同组成稳定体系的钢烟囱。单筒式烟囱内衬分段支承在筒壁上的普通烟囱。套筒式烟囱筒壁内设置一个排烟筒的烟囱。多管式烟囱两个或多个排烟筒共用一个筒壁或塔架组成的烟囱。1.3烟囱的防腐方案1采用乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥衬里,有较好的防腐性能,但适应温度比较低,使用寿命较短;由于采用进口乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥,使得防腐工程投资偏高,施工周期较长。方案2为耐腐蚀砖板衬里,具有良好的防腐性能,在国外电厂烟囱防腐中有着优良的业绩,使用寿命较长。但是,由于采用进口砖板和胶泥等材料,使得防腐工程投资高,施工周期长。另外,此方案采用38mm厚的防腐砖,荷载较大,需要采用圈梁支撑,对于老烟囱的改造难以实现。同时,由于防腐层较厚,烟囱出口内径缩小较多,增加烟气流动阻力,使得烟囱正压运行区域增加。方案3采用系列专用防腐材料,可以同时满足耐温和防腐要求,用它来做防腐整体面层,其整体性好,强度高,使用寿命长,在国内石油化工行业高温腐蚀环境中有着广泛的应用。同时,由于是3mm厚的喷涂,适合于老烟囱的防腐改造。施工中可采用自上而下的程序,在烟囱顶部设辘轳、卷扬机、外部设升降平台和罗茨风机即可进行施工,简便可行。方案4涂刷烟囱防腐涂料ZS,烟囱防腐涂料成膜物质：制成以无机聚合物为主的互穿网络聚合物作为成膜物质。志盛威华烟囱防腐涂料主要成分采用纳米微粉、陶瓷微珠、碳化硅、氮化硼、细晶氧化铝、超细氧化锌、氧化钛等，制成金属陶瓷功能填料提高涂层的耐磨，防蚀性能。使用无机纤维，增强涂层的抗冲击性。配以适当的颜料、溶剂、助剂和加入耐磨增强剂。长效防腐：极好的耐蚀性，抗烟气中H2S等介质腐蚀。超强的附着力：涂层与基体结合力极强，志盛涂料组合物中含有的金属氧化物纳米材料和稀土氧化物超微粉体，帮助涂层形成一个致密的界面过渡层，使其综合热力学性质与基体相匹配。耐高温：本产品的基料和填料均有耐高温的无机物组成，耐热600℃.耐磨：多种组分组成的陶瓷功能填料，相互协同赋予了涂层优异的耐磨、防腐性能。涂料使用寿命长：涂层使用寿命长，烟囱防腐耐久性好，损坏的涂层可以方便地进行修补。在制备、涂装和形成涂层过程中对环境无污染。1.4烟囱设计的一般原则1本规范采用以概率论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，以荷载、材料性能等代表值、结构重要性系数、分项系数、组合值系数的设计表达式进行计算。2整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态对应于烟囱可分为下列两类：⑴承载能力极限状态：这种极限状态对应于烟囱结构的内力达到其最大承载力；⑵正常使用极限状态：这种极限状态对应于烟囱的应力和裂缝分别达到正常使用和耐久性能的规定限值，并满足本规范各章有关规定。3对于承载能力极限状态，烟囱应按荷载效应和地震作用效应的基本组合进行设计。对于正常使用极限状态，应按荷载效应标准组合进行设计。1.5烟囱的设计目的及要求1.5.1设计目的1.课程设计的目的在于进一步巩固和加深课程理论知识，并能结合实践，学以致用。2.工程设计的基本方法、步骤，技术资料的查找与应用。3.基本计算方法及绘图能力的训练。4.运用课本知识及其有关课程的理论知识解决工程中的实际问题。1.5.2设计要求1、根据烟气量、烟气性质以及当地气候条件等数据确定烟气出口速、烟囱高度，直径；2、选择风机；3、完成风机、烟囱的位置及管道布置4、按照工程制图要求绘制一张烟囱和系统A3图。2.除尘系统设计的原始资料锅炉类型：沸腾炉；排放的干烟气中，颗粒物占10.0%，烟气温度450K，流量8000m3/min。烟气粘度：2.4×10－5pa.s允许压力损失：1000pa烟气密度：1.19kg/m3烟气真密度：2.2g/cm3空气过剩系数：a=1.4烟尘浓度排放标准（标准状况下）：200㎎/L环境温度：-5℃当地气压：99KPa净化系统布置场地在锅炉房北侧30-45米以内3.烟囱设计计算3.1烟囱出口处烟气速度的计算排气筒出口处烟气速度νs不得小于风速uc的1.5倍。uc=u(2.303)k/1/Г(1+1/k)k=0.74+0.19u式中：u-----排气筒出口高度处环境风速的多年平均风速k-----韦伯斜率Г(λ)-----Г函数,λ=1+1/k，按附录进行查询:按照以下公式算出表中未列出的函数值：Г(λ+1)=λГ(λ)由原始资料得：u=4m/s，根据上式计算得：k=0.74+0.19*4=1.5λ=1+1/k=1+1/1.5=1.67由Г(λ+1)=λГ(λ)得：Г(2.76)=1.67Г(1.67)=1.5085，所以Г（1.67）=0.9033uc=）（303.2uk/1/Г(1+1/k)=7.72m/sνs=us*1.5=11.58m/s3.2烟囱内经与烟囱高度的计算按保证大气污染物的地面最大浓度不超过国家标准规定的浓度限值来确定烟囱的高度。烟气排放流量Q=8000m3/h，烟气出口处的烟流温度Ts=450k，环境背景浓度b=4mg/m3，y/z=0.8环境大气温度Ta=-5℃=268k,国家标准规定的浓度限值0=5mg/m3，所以：烟囱出口内径：D=s/4VQ)3600*58.11*/(8000*4=0.49m烟囱抬升高度：△H=usDV(1.5+2.7TsTaTsD)=11.58*0.49/4(1.5+2.7*450268450*0.49)=2.89m烟囱高度计算公式：Hs≥yzbueQ)0(2—△H=16.46m取烟囱高度H=17m烟囱入口内径：Dd=2H+D=1.17m--系数，一般取0.01～0.03.设计中取0.02根据计算以及查阅资料确定本设计中的烟囱为钢筋混凝土烟囱，烟囱高度为17m，筒壁厚为0.25m，出口内径与入口内径分别为0.49m和1.17m。4.风机的选择4.1通风机风量已知：系统计算的总风量qv=8000m3/h考虑系统漏风的安全系数k1，一般取k1=0.1～0.15，设计中取k1=0.12则通风机风量：qv，0=（1+k1）qv=（1+0.12）*8000=8960m3/h4.2通风机风压已知：管道计算的总阻力损失△p=437pa安全系数k2，一般取k2=0.15～0.2，设计中取k2=0.18；通风机性能表中给出的标定状态的空气、压力、温度分别为0=1.2kg/m3,p0=101.325kpa,T0=20℃运行工况下进入风机时的气体密度、压力、温度分别为=1.19kg/m3，p=99kpa，T=177℃则通风机风压：