1、大气污染控制工程课程设计某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计专业 环境工程班级 姓名学号教师 时间 2016/1/15目录前言 1第一章 设计依据 21.1 设计任务书 21.2 煤的工业分析 2第二章 烟气量和烟气浓度的计算 22.1 计算烟气量的产生 22.2 烟气浓度 3第三章 除尘器的选择 43.1 除尘器的比较和选择 .43.2 除尘效率 .53.3 除尘器的选择 .63.4 旋风除尘器 .6第四章 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 84.1 各装置及管道布置的原则 .84.2 管径的确定 .84.3 烟道的设计计算 .9第五章 系统阻力的计算 105.1 摩擦压力损失 .105
2、.2 总阻力损失 11第六章 风机和电动机选择及计算 116.1 标准状态下风机风量的计算 116.2 风机风压的计算 .126.3 电动机功率的计算 .126.4 风机和电机的选择 .13第七章 烟囱的设计 137.1 烟囱高度的确定 .137.2 烟囱直径的计算 .147.3 烟囱的抽力 .15第八章 设计说明书 158.1 设计工艺流程图 .158.2 网管布局图（见附图） .168.3 相关附表 .16第九章 设计总结 18参考文献 181前言按照国际标准化组织(1SO)作出的定义， “空气污染：通常系指由于人类活动和自然过程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，
3、并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。 ”大气污染物的种类非常多，根据其存在状态，可将其概括为两大类：气镕胶状态污染物和气体状态污染物。所谓气溶胶，在物理、化学中概括为：几分散介质为气体的胶体物系。在大气污染中，ISO 提出了明确的定义， “气溶胶：系指沉降速度可以忽略的固体粒子、液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。 ”从大气污染控制的角度，按照气溶胶的物理性质，可将其分为如下几种：(1)粉尘；（2）烟；（3）飞灰： (4)黑烟(smoke)：(5)液滴(droPlet)：(6)轻雾或霓mist)：（7）雾；（8）降尘；（9）飘尘；（10）总悬浮颗粒气体状态污染物种类极多
4、，主要有五个方面：以二氧化硫为主的含硫化合物、以氧化氮和二氧化氮为主的台氮化合物、碳的氧化物、碳氢化合物及卤素化合物等。大气污染控制工程课程设计是废气污染控制工程课程的重要实践性环节，是环境工程专业学生在校期间第一次较全面的废气污染控制设计能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。任务与目的：通过本课程学习，掌握废气处理设施设计与运行课程各基本原理和基本设计方法的应用，培养环境工程专业学生解决实际问题的能力。结合前续课程废气处理设施设计与运行的内容，本课程内容为，运用各种污染物的不同控制、转化、净化原理和设计方法，进行除尘、除硫、脱氮等废气污染控制工程设计，使学生在废气污染控制工程方面得
5、到工程训练。通过课程设计实践，培养综合运用废气污染控制设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决废气污染控制设计问题的能力。2第一章 设计依据1.1 设计任务书锅炉型号：SZL4-13 型，共 3 台（2.8MW4）注：该锅炉为抛煤机炉设计耗煤量：750kg/台排烟温度：180 当地大气压力：970hPa烟气密度：1.50kg/m 3；空气含水：0.01293kg/m 3 注：标准状况下，假定烟气的其余性质和空气一致1.2 煤的工业分析煤的工业分析如下：C: 68% H: 4% S:1% O:5% N:1% War:6% Aar:15% 注：假定灰分有 60进入到烟气中，锅炉烟气出
6、口处阻力为 1000Pa该锅炉排放污染物标准（GB13271-2001）中二类区标准执行，需要达到指标：烟尘浓度排放标准：200mg/m 3。净化系统布置场地有附件给出。第二章 烟气量和烟气浓度的计算2.1 计算烟气量的产生以 1kg 煤燃烧为基础，则：表 2-1 煤的成分分析质量/g 煤的成分物质的 量/mol 理论需氧量 /molC 680 56.67 56.67H 40 40.00 10.003S 10 0.31 0.31O 50 3.13 -1.56N 10 - -水分 60 3.33 0.00灰分 150 - -理论需氧量：56.67+10.00+0.31-1.56=65.42mol
7、/kg（煤）理论空气量：65.42（1+3.78）=312.71 mol/kg（煤）即 312.7122.41000=7.00 mn3/kg理论空气量条件下烟气组成（mol）为：CO2:56.67，H 2O:20+3.33=23.33SO2：0.31，N 2：65.423.78=247.29理论烟气量为：56.67+23.33+0.31+247.29=327.60mol/kg （煤）即 327.6022.41000=7.34mN3/kg表 2-2 各种锅炉过量空气系数折算值锅炉类型 折算项目 过剩空气系数 烟尘初始排放浓度 1.7燃煤锅炉烟尘、二氧化硫排放浓度1.8燃油、燃气锅炉 烟尘、二氧化
8、硫、氮氧化物排放浓度1.2所以选择空气过剩系数 =1.7 时，实际烟气量为：7.34+7.000.7=12.24mN3/kg标准状态下烟气流量 以 m3/h 计，Q1 台机器实际烟气量 Q=12.24750=9180 m3/h总产生实际烟气量 Q=91803=27540 m3/h42.2 烟气浓度标准状态下烟气含尘浓度 farshVAdC)/(3mkg式中 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；shd煤中不可燃成分的含量；arA标准状态下实际烟气量，m 3/kg；sQC =7.3510-3(kg/ m3)=7.35103（mg/m 3）24.1%5*60第三章 除尘器的选择3.1 除尘器的比较
9、和选择选 择 除 尘 器 时 必 须 全 面 考 虑 有 关 因 素 ， 如 除 尘 效 率 、 压 力 损 失 、 一 次投 资 、 维 修 管 理 等 ， 其 中 最 主 要 的 是 除 尘 效 率 。以 下 问 题 要 特 别 引 起 注 意 ：1 选 用 的 除 尘 器 必 须 满 足 排 放 标 准 规 定 的 排 放 要 求 对 于 运 行 状 况 不稳 定 的 系 统 ， 要 注 意 烟 气 处 理 量 变 化 对 除 尘 效 率 和 压 力 损 失 的 影 响 。 如旋 风 除 尘 器 除 尘 效 率 和 压 力 损 失 ， 随 处 理 烟 气 量 增 加 而 增 加 ； 但
10、大 多 数除 尘 器 (如 电 除 尘 器 )的 效 率 却 随 处 理 烟 气 量 的 增 加 而 下 降 。2 粉 尘 颗 粒 的 物 理 性 质 对 除 尘 器 性 能 具 有 较 大 影 响 粘 性 大 的 粉 尘 容易 粘 结 在 除 尘 器 表 面 ， 不 宜 采 用 干 法 除 尘 ； 比 电 阻 过 大 或 过 小 的 粉 尘 ，不 宜 采 用 电 除 尘 ； 纤 维 性 或 憎 水 性 粉 尘 不 宜 采 用 湿 法 除 尘 。 不 同 的 除 尘器 对 不 同 粒 径 颗 粒 的 除 尘 效 率 是 完 全 不 同 的 ， 选 择 除 尘 器 时 必 须 首 先 了解 欲
11、捕 集 粉 尘 的 粒 径 分 布 ， 再 根 据 除 尘 器 除 尘 分 级 效 率 和 除 尘 要 求 选 择5适 当 的 除 尘 器 。 表 列 出 了 典 型 粉 尘 对 不 同 除 尘 器 进 行 试 验 后 得 出 的 分 级效 率 ， 可 供 参 考 。 试 验 用 的 粉 尘 是 二 氧 化 硅 尘 ， 密 度 。32.7/Pgcm表 3-1 除尘器的分级效率3 气 体 的 含 尘 浓 度 含 尘 浓 度 较 高 时 ， 在 静 电 除 尘 器 或 袋 式 除 尘 器 前应 设 置 低 阻 力 的 预 净 化 设 备 ， 去 除 较 大 尘 粒 ， 以 使 设 备 更 好 地
12、发 挥 作 用 。例 如 ， 降 低 除 尘 器 人 口 的 含 尘 浓 度 ， 可 以 提 高 袋 式 除 尘 器 过 滤 速 度 ， 防止 电 除 尘 器 产 生 电 晕 闭 塞 。 对 湿 式 除 尘 器 则 可 减 少 泥 浆 处 理 量 ， 节 省 投资 及 减 少 运 转 和 维 修 工 作 量 。 一 般 说 ， 为 减 少 喉 管 磨 损 及 防 止 喷 嘴 堵 塞 ，对 文 丘 里 、 喷 淋 塔 等 湿 式 除 尘 器 ， 希 望 含 尘 浓 度 在 10g m3以 下 ， 袋式 除 尘 器 的 理 想 含 尘 浓 度 为 0 2 一 10g m3， 电 除 尘 器 希 望
13、 含 尘 浓 度在 30g m3 以 下 。 4 烟 气 温 度 和 其 他 性 质 是 选 择 除 尘 设 备 时 必 须 考 虑 的 因 素 对 于 高 温 、高 湿 气 体 不 宜 采 用 袋 式 除 尘 器 。 如 果 烟 气 中 同 时 含 有 SO： 、 NO 等 气 态污 染 物 ， 可 以 考 虑 采 用 湿 式 除 尘 器 ， 但 是 必 须 注 意 腐 蚀 问 题 。5 选 择 除 尘 器 时 ， 需 考 虑 收 集 粉 尘 的 处 理 问 题 有 些 工 厂 工 艺 本 身 设有 泥 浆 废 水 处 理 系 统 ， 或 采 用 水 力 输 灰 方 式 ， 在 这 种 情
14、况 下 可 以 考 虑 采用 湿 法 除 尘 ， 把 除 尘 系 统 的 泥 浆 和 废 水 纳 入 工 艺 系 统 。63.2 除尘效率 CS1式中 标准状态下烟气含尘浓度， ；C3/mg标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值， 。S 3/g=97.27%7350213.3 除尘器的选择工况下烟气量 TQ)/(3hm式中 标准状态下的烟气流量， ；Q/3工况下烟气温度，K；T标准状态下温度，273K。 74.1523273)80(91Q)/(3hm2.)/(3s根据 、 查资料后选用 XLP/B-10.6 型旋风除尘器（X 型） ，XLP/B型（原为 CLP/B 型）是带有旁路的干式高效旋风除尘
15、器。该除尘器主要适用于清除非粘固灰尘、煤炭、泥沙、烟尘及其它粉尘等。尺寸见表 4-1。表 3-2型号规格进口风速 sm/2处理风量 h/3阻力pa效率%外形尺寸（长宽高）mm重量kgXLP/B- 12-278370-13980 294- 85-99149513455232 578710.6 8823.4 旋风除尘器旋 风 除 尘 器 内 气 流 与 尘 粒 的 运 动 普 通 旋 风 除 尘 器 是 由 进 气 管 、 筒 体 、锥 体 和 排 气 管 等 组 成 ， 气 流 流 动 状 况 如 图 2-1 所 示 。 含 尘 气 流 进 人 除尘 器 后 ， 沿 外 壁 由 上 向 下 作
16、旋 转 运 动 ， 同 时 有 少 量 气 体 沿 径 向 运 动 到 中心 区 域 。 当 旋 转 气 流 的 大 部 分 到 达 锥 体 底 部 后 ， 转 而 向 上 沿 轴 心 旋 转 ，最 后 经 排 出 管 排 出 。 通 常 将 旋 转 向 下 的 外 圈 气 流 称 为 外 涡 旋 ， 旋 转 向 上的 中 心 气 流 称 为 内 涡 旋 ， 两 者 的 旋 转 方 向 是 相 同 的 。 气 流 作 旋 转 运动 时 ， 尘 粒 在 离 心 力 作 用 下 逐 步 移 向 外 壁 ， 到 达 外 壁 的 尘 粒 在 气 流 和 重力 共 同 作 用 下 沿 壁 面 落 人 灰
17、 斗 。 气 流 从 除 尘 器 顶 部 向 下 高 速 旋 转 时 ， 顶部 的 压 力 下 降 ， 一 部 分 气 流 带 着 细 小 的 尘 粒 沿 筒 壁 旋 转 向 上 ， 到 达 顶 部后 ， 再 沿 排 出 管 外 壁 旋 转 向 下 ， 最 后 到 达 排 出 管 下 端 附 近 被 上 升 的 内 涡旋 带 走 并 从 排 出 管 排 出 ， 这 股 旋 转 气 流 称 上 涡 旋 。 对 旋 风 除 尘 器 内 气 流运 动 的 测 定 发 现 ， 实 际 的 气 流 运 动 是 很 复 杂 的 ， 除 了 切 向 和 轴 向 运 动 外 ，还 有 径 向 运 动 。 如
18、在 外 涡 旋 ， 少 量 气 体 沿 径 向 运 动 到 中 心 区 域 ； 在 内 涡旋 ， 也 存 在 着 离 心 的 径 向 运 动 。为 研 究 方 便 ， 通 常 把 内 外 涡 旋 气 体 的 运 动 分 解 成 为 三 个 速 度 分 量 ： 切向 速 度 、 径 向 速 度 和 轴 向 速 度 。8图 3-1 旋 风 除 尘 器 的 结 构 及 内 部 气 流第四章 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置4.1 各装置及管道布置的原则根据锅炉运行情况和锅炉房现场实际情况确定各装置的位置。一旦确定了各装置的位置，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
19、凑，管路短，占地面积小，并使安装、操作和检修方便。4.2 管径的确定 vQd4)(m式中 工况下管道内的烟气流量， ；Qs/3烟气流速，m/s（对于锅炉烟尘 =10-15 m/s） 。v v取 =12m/s，9670.124.3d)(m直径取整 670mm查表，取标准 d=670mm，管道参数见下表 5-2表 4-1 管道参数钢制板风管外径 D/mm外径允许偏差/mm 壁厚/mm670 1 1.0内径= =670-21.0=668(mm)1d由公式 可计算出实际烟气流速vQ407.1268.1432d)/(sm对于总烟气量来讲由公式 计算出总管烟气直径vQd4m157.0.2*14.369直径
20、取整 1200mm内径=d 2=1200-21.0=1198(mm) 26.198.1432 dQv)/(sm104.3 烟道的设计计算烟道采用拱形，图形如下图 4-1 所示：图 4-1 管道形状由图可以看出，烟道流过的最大烟气量是锅炉烟气量的 2 倍，再加上烟气系统的漏风率（设为 1.1） ，则烟道内最大烟气流量为： 03.5174.123.Qhm/查数据可知，砖制烟道的最适合烟速是 6-8 m/s，初定烟速为 7 m/s，则烟道面积为 2.7360.5/VA 而 .1)2(B则 B=977.24mm 圆整取 B= 980mm则 A=1.34 2m校正气速 ，在范围内。95.634.1052
21、vsm/第五章 系统阻力的计算5.1 摩擦压力损失对于圆管11(Pa)2vdLP式中 管道长度，m；L管道直径，m；d烟气密度， ；3/kg管中气流平均速率，m/s；v摩擦阻力系数，式气体雷诺数 Re 和管道相对粗糙度 的函 dK数。可以查手册得到（实际对金属管道 可取 0.02，对砖砌或混凝土管道 可取 0.04） 。对于 670 金属圆管已知：管道长43+13=25， ， , , =1.5（kg/m 3md67.0 02.)/(7.1smv）= =0.904kg/m31823*5.=49.14(pa)07.2*94.67.0.Lp对于 1200 金属圆管已知：管道长3， ， , , =1.
22、5（kg/m 3）md2.102.)/(6.1smv=2.87(pa) .*943*02Lp由题可知锅炉烟气出口处阻力为 1000Pa查得资料知 XLP/B 的进口截面阻力系数 0=5.52。12当温度为 20 C，97hPa 下旋风除尘器的压力损失为P= 0V 02/2=9.80.90412.072/2=645.32Pa5.2 总阻力损失因为忽略局部阻力损失，所以总阻力损失即为摩擦阻力损失与出口损失及旋风除尘器压力损失之和。a3.16972.451087.24.9PP第六章 风机和电动机选择及计算6.1 标准状态下风机风量的计算 BtQpr 3.10271.hm/)(式中 1.1风量备用系数
23、；标准状态下风机前风量， ；h/3风机前烟气温度，若管道不长，可以近似取锅炉排烟pt温度；当地大气压力，kPa。B48.290367.1238074.153. rQ )/(3hm6.2 风机风压的计算 yyyShH293.1)(2.1Pa13式中 1.2风压备用系数；系统总阻力， ；hPa烟囱抽力， ；yS标准状态下烟气密度， （ =1.34 ） 。y3/mkg7.259604.1)39.8.167(2. yHPa6.3 电动机功率的计算 21036yHQNe)(kw式中 风机风量， ；yQhm/风机风压， ；yHPa风机在全压头时的效率（一般风机为 0.6） ；1机械传动效率，用 V 形带传
24、动时 =0.95；2 2电动机备用系数，对引风机， =1.3。7,495.061360317248.9Ne )(kw6.4 风机和电机的选择根据风量 =29036.48 ， =2596.77 ，查资料后选择 4-72，yQhm/3yHPa配对电机型号为 Y160M2-214第七章 烟囱的设计7.1 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 5-1） ，确定烟囱的高度。表 7-1 锅炉烟囱的高度锅炉总额出力(t/hj)1122661010202635烟囱最低高度/m20253035 40 45锅炉总额出力：34=12 (t/
25、h)故选定烟囱的高度为 40m。7.2 烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算： Qd018.)(m式中 通过烟囱的总烟气量， ；Qh/3按表 4-2 选取的烟囱出口烟气流速，m/s。表 7-2 烟囱出口烟气流速/(m/s)15运行情况通风方式全负荷时 最小负荷机械通风 1020 45自然通风 610 2.53选定 4 m/s则 1,247.153.018. d m圆整取 2.m烟囱底部直径 Hid21式中 烟囱出口直径，m；2d烟囱高度，m；H烟囱锥度（通常取 =0.020.03） 。i i取 =0.025，则 = 2.2 + 20.02540=4.2(m) 1d7.3 烟囱的抽力(Pa)B
26、ttHSpky )2731(0342.式中 烟囱高度，m；外界空气温度，；kt16烟囱内烟气平均温度，；pt当地大气压，Pa。B(Pa) 39.1840.97)182357(4032. yS第八章 设计说明书8.1 设计工艺流程图烟气 烟气收集管道 旋风除尘器 风机 排放烟囱卸灰图 8-1 工艺设计流程图178.2 网管布局图（见附图）8.3 相关附表18堵转转矩堵转电流最大转矩额定功率 额定电流 转速 效率 功率因数 额定转矩额定电流额定转矩型 号kW A r/min % COS 倍 倍 倍Y80M2-2 1.1 2.5 2830 77.0 0.86 2.2 7.0 2.3Y90S-2 1.
27、5 3.4 2840 78.0 0.85 2.2 7.0 2.3Y90L-2 2.2 4.8 2840 80.5 0.86 2.2 7.0 2.3Y100L-2 3 6.4 2880 82.0 0.87 2.2 7.0 2.3Y112M-2 4 8.2 2890 85.5 0.87 2.2 7.0 2.3Y132S1-2 5.5 11.1 2900 85.5 0.88 2.0 7.0 2.3Y132S2-2 7.5 15 2900 86.2 0.88 2.0 7.0 2.3Y160M1-2 11 21.8 2930 87.2 0.88 2.0 7.0 2.3Y160M2-2 15 29.4 2
28、930 88.2 0.88 2.0 7.0 2.3Y160L-2 18.5 35.5 2930 89.0 0.89 2.0 7.0 2.2Y180M-2 22 42.2 2940 89.0 0.89 2.0 7.0 2.2Y200L1-2 30 56.9 2950 90.0 0.89 2.0 7.0 2.2Y200L2-2 37 69.8 2950 90.5 0.89 2.0 7.0 2.2Y225M-2 45 84 2970 91.5 0.89 2.0 7.0 2.2Y250M-2 55 103 2970 91.5 0.89 2.0 7.0 2.2Y280S-2 75 139 2970 92
29、.0 0.89 2.0 7.0 2.2Y280M-2 90 166 2970 92.5 0.89 2.0 7.0 2.2Y315S-2 110 203 2980 92.5 0.89 1.8 6.8 2.2Y315M-2 132 242 2980 93.0 0.89 1.8 6.8 2.219第九章 设计总结通过这次课程设计，我学到了很多东西，不仅知识面拓宽，综合素质也得到较大提高。巩固了所学的理论知识，把理论知识和实践结合起来，培养了解决实际工程问题的能力。我对我们环境工程专业的任务及目前的形势有了更深刻的了解。通过这次课程设计，通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟，尤其是分
30、析问题和解决问题的实践能力。作为整个学习体系的有机组成部分，课程设计虽然安排在两周内进行，但并不具有绝对独立的意义。它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作中。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。对于我们本科生来说，专业知识还不够硬，还需要不断的学习，而课程设计就是我们学习的最好途径，通过课程设计，我们进一步的消化和巩固课堂上所学到的知识，并把所学到的理论和实践。通过此次课程设计，让我对除尘器的知识进行了一次实际应用并且加深了对这方面的了解，和以前学过的知识融会贯通，获得了不少收获。参考文献1童志权主编. 大气污染控制工程. 北京：机械工业出版社，20062同济大学等编. 锅炉及锅炉房设备. 北京：中国建筑工业出版社，19863航天部第七设计院编. 工业锅炉房设计手册. 北京：中国建筑工业出版社，19864陆耀庆主编. 供暖通风设计手册. 北京：中国建筑工业出版社，1987
