颗粒污染物控制课程设计实例

1颗粒污染物控制课程设计一、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，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养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℃标准状态下烟气密度：1.34kg/m³空气过剩系数：α=1.4排烟中飞灰占煤中不可燃烧成分的比例：16%烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压：97.86kPa冬季室外空气温度：-1℃标准状态下空气含水按0.01293kg/m³烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：CY=68%HY=4%SY=1%OY=5%NY=1%WY=6%AY=15%VY=13%按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准执行。标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m³标准状态下二氧化硫排放标准：900mg/m³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⑴标准状态下理论空气量Q’a=4.76（1.867CY+5.56HY+0.7SY-0.7OY）（m³/kg）式中CY,HY,SY,OY——分别为煤中各元素所含的质量分数。Q’a=4.76×(1.867×0.68+5.56×0.04+0.7×0.01-0.7×0.05)=6.97（m³/kg）⑵标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m³Q’s=1.867（CY+0.375SY）+11.2HY+1.24WY+0.016Q’a+0.79Q’a+0.8NY（m³/kg）式中Q’a——标准状态下理论空气量，m³/kg；WY——煤中水分的质量分数；2NY——N元素在煤中的质量分数。Q’s=1.867×（0.68+0.375×0.01）+11.2×0.04+1.24×0.06+0.016×6.97+0.79×6.97+0.8×0.01=7.42（m³/kg）⑶标准状态下实际烟气量Qs=Q’s+1.016（α-1）Q’a（m³/kg）式中α——空气过剩系数；Q’s——标准状态下理论烟气量，m³/kg；Q’a——标准状态下理论空气量，m³/kg。标准状态烟气流量Q应以m³/h计，因此，Q=Qs×设计耗煤量Qs=7.42+1.016×（1.4-1）×6.97=10.25（m³/kg）Q=Qs×设计耗煤量=10.25×600=6150（m³/h）⑷烟气含尘浓度C=dsh·AYQs(kg/m³)式中dsh——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；AY——煤中不可燃成分的含量；Qs——标准状态下实际烟气量，m³/kg。C=0.16×0.1510.25=2.34×10-3(kg/m³)=2.34×103（mg/m³)⑸标准状态下烟气中二氧化硫的浓度计算CSO2=2SYQs×106（mg/m³)式中SY——煤中硫的质量分数；Qs——标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m³/kg。CSO2=2×0.01×0.9810.25×106=1.91×103（mg/m³)2、除尘器的选择⑴除尘效率η=1-CsC式中C——标准状态下烟气含尘浓度，mg/m³；Cs——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m³。η=1-2002.34×103=91.45%⑵除尘器的选择工况下烟气流量TTQQ(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；3T——标准状态下温度，273K。Q′=6150×(273+160)273=9754(m³/h)则烟气流量为Q′3600=97543600=2.7(m³/s)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3-3-1，设备外形结构尺寸见表3-3-2。表3-3-1XDCG4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/%质量/kgXDGC441200098≤1级林格曼黑度800～1400852800表3-3-2XDGC4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸HH1H2H3ABCDEF44602985423570014001400300503501000图3-3-1XDCG1型陶瓷多管高效脱硫除尘器外形结构尺寸3、确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。并计算各管道的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。⑴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。⑵管径的确定4Qd4(m)式中Q——工况下管道内的烟气流量，m³/s；ν——烟气流速，m/s（对于锅炉烟尘u=10～15m/s）。取ν=14m/s则d=4×2.73.14×14=0.49(m)圆整并查圆形通风管道规格选取风道内径=d1=500-2×0.75=495.5（mm）由公式d=4Qπν可计算出实际烟气流速：ν=4Qπd2=4×2.73.14×0.49552=13.8(m/s)4、烟囱的设计⑴烟囱高度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总蒸发量（t/h）,然后根据锅炉大气污染物排放标准中（表3-3-3）的规定确定烟囱的高度。表3-3-3锅炉烟囱的高度锅炉总额定出力（t/h）11～22～66～1010～2026～35烟囱最低高度/m202530354045锅炉总额定出力：4×4=16（t/h）故选定烟囱高度为40m。⑵烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算：d=0.0188Qω(m)式中Q——通过烟囱的总烟气量，(m³/h)；ω——按表3-3-4选取的烟囱出口烟气流速，m/s。表3-3-4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/sd=0.01884×97544=1.83（m）外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm500±10.755圆整取d=1.8m。烟囱底部直径d1=d2+2·i·H（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+2×0.02×40=3.5（m）⑶烟囱的抽力Sy=0.0342H(1273+tk-1273+tp)·B(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。Sy=0.0342×40×（1273-1-1273+160）×97.86×103=183（Pa）5、系统阻力的计算⑴摩擦压力损失对于圆管ΔpL=λLd·ρν22(Pa)式中L——管道长度，m；d——管道直径，m；ρ——烟气密度，kg/m3；ν——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Kd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Ф500管道L=9.5mρ=ρn273273+160=1.34×273443=0.84(kg/m3)ΔpL=0.02×9.50.5×0.84×13.822=30.4(Pa)b、对于砖砌拱形烟道（参见图3-3-2）6A=2×π4D2=B2+π2（B2）2D=500mm故B=450mm则R=AX式中，A为面积，X为周长。⑵局部压力损失Δp=ξ·ρν22(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；ν——与ξ相对应的断面平均气流速率，m/s；ρ——烟气密度，(kg/m3)。图3-3-3中一为渐缩管。图3-3-3除尘器入口前管道示意图а≤45°时，ξ=0.1取а=45°，ν=13.8m/s0.828.1384.01.0222p(Pa)ι1=0.05×tan67.5=0.12（m）图3-3-2中二为30℃Z形弯头h=2.985-2.39=0.595=0.6（m）h/D=0.6/0.5=0.12,取ξ′=0.157ξ=ξReξ′由手册查得ξRe=1.0ξ=1.0×0.157=0.1576.1228.1384.0157.0222p(Pa)7图3-3-3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а=30°则ξ=0.192.1528.1384.019.0222p(Pa)ι3=(1-0.4985)2×tan15°=0.93(m)图3-3-4中а为渐扩管图3-3-4除尘器出口至风机入口段管道示意图а≤45°时，ξ=0.1取а=30℃，ν=13.8m/s0.828.1384.01.0222p(Pa)L=0.93（m）图3-3-4中b、c均为90°弯头D=500，取R=D，则ξ=0.23则4.1828.1384.023.0222p(Pa)8两个弯头△p′=2△p=2×18.4=36.8(Pa)对于如图3-3-5所示T形三通管图3-3-5T形三通管示意图ξ=0.784.6228.1384.078.0222p(Pa)对于T形合流三通ξ=0.554428.1384.055.0222p(Pa)系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1400Pa）为∑△h=30.4+84.1+8.0+12.6+15.2+8.0+36.8+62.4+44+800+1400=2601.5(Pa)6、风机和电动机的选择及计算⑴标准状态下风机风量的计算BtQQp325.1012732731.1式中1.1——风量备用系数Q——标准状态下风机前风量，m³/h；tp——当地大气压，kPa。8.1110986.97325.10127316027361501.1Q（m³/h）⑵风机风压的计算293.1335.101273273)(2.1BttShHp(Pa)9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用气体温度，℃；ρy——标准状态下烟气密度，（γ=1.34kg/m³）。240084.1293.186.97335.101250273160273)1835.2601(2.1H(Pa)根据Qy和Hy选定Y5-47-136.5C工况号为2的引风机，性能表如下：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/kw6.5C2620211930299278.612.6117.66⑶电动机功率的计算2110003600HQNe(KW)式中Qy——风机风量，m³/h；Hy——风机风压，Pa；η1——风机在全压时的效率（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，用连轴器连接时η2=0.950.98，用V形带传动时η2=0.95；β——电动机备用系数，对引风机，β=1.3。9.1695.06.0100036003.1240011109eN(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⑴烟气在管道中的温度降式中Q——标准状态下烟气流量，m³/h；F——管道散热面积，㎡；Cv——标准状态下烟气平均比热容，一般为1.3