大气课程设计,锅炉除尘系统

为大二课程设计

目 录

1 设计课程任务书..........................................................1

1.1设计题目........................................................... 1 1.2设计目的........................................................... 1 1.3设计原始材料....................................................... 1 1.4设计内容和要求..................................................... 2 1.5主要参考书目....................................................... 3 2 烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算..........................................4

2.1标准状态下理论空气量............................................... 4 2.2标准状态下理论烟气量............................................... 4

2.3标准状态下实际烟气量............................................... 4 2.4标准状态下烟气含尘浓度............................................. 5 2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算................................. 5 3 除尘器的选择............................................................6 3.1除尘器应该达到的除尘效率........................................... 6 3.2除尘器的选择....................................................... 6 4 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置................................8

4.1各装置及管道布置的原则............................................. 8 4.2管径的确定......................................................... 8 5烟囱的设计 ..............................................................9 5.1烟囱高度的确定..................................................... 9

5.2烟囱直径的计算..................................................... 9 5.3烟囱的抽力........................................................ 10 6 系统阻力计算...........................................................11

6.1摩擦压力损失...................................................... 11 6.2局部压力损失...................................................... 12 7 系统中烟气温度的变化...................................................15

7.1烟气在管道中的温度降.............................................. 15 7.2烟气在烟囱中的温度降.............................................. 15 8 风机和电动机的选择及计算...............................................16 8.1标准状态下风机风量计算............................................ 16 8.2风机风压计算...................................................... 17 8.3电动机功率计算.................................................... 18 9 通风除尘系统布置图.....................................................19 10小结及参考文献 ........................................................22

10.1小结............................................................. 22 10.2参考文献......................................................... 22

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2. 烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算

2.1标准状态下理论空气量 建立煤燃烧的假定： 1、煤中固定氧可用于燃烧； 2、煤中硫主要被氧化为 SO2； 3、不考虑NOX的生成；

4、煤中的N在燃烧时转化为N2。 标准状态下理论空气量

'YYYY3Q 4.76(1.867C 5.56H 0.7S 0.7O)(m/kg) a

式中 C ，H ，S ，O——分别为煤各元素所含的质量分数。

YYYY

CSOH代入＝72% ，＝4%，＝1%，＝5%，

YYYY

'3Q(m/kg) a 得=4.76 (1.8670.72+5.560.04+0.70.01-0.70.05)=7.32

2.2标准状态下理论烟气量 （设空气含湿量为12.93(m

3

/kg)）

''QS' 1.867(CY 0.375SY) 11.2HY 1.24WY 0.016Qa 0.79Qa 0.8NY(m3/kg)

'

Qa式中——标准状态下理论空气量，(m/kg)；

3

W——煤中水分所占质量分数，％；

YN ——N元素在所占质量分数，％；

Y

'3Q(m/kg),WY=6%,NY=1%, a代入=7.32

'Q得S＝1.867 (0.72+0.375 0.01)+11.2 0.04+1.24 0.06+(0.016+0.79)

3

(m/kg) 7.32+0.8 0.01=7.78

2.3标准状态下实际烟气量

QS QS' 1.016( 1)Qa' (m3/kg)

式中

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——空气过剩系数,取1.4

3m/h计，因此，Q QS 设计耗煤量 注意：标准状态下烟气流量Q以

''3

(mQQ(m/kg)Sa代入＝7.78 ，＝7.32

3

/kg)，

得QS=7.78+1.016 0.4 7.32＝10.75(m

3

/kg)

Q QS 设计耗煤量=10.75 600 =6450 m3/h

Q——标准状态下实际烟气量 2.4标准状态下烟气含尘浓度

标准状态下烟气含尘浓度：

dsh AY

C

QS (kg/m3)

式中dsh——排烟中飞灰占不可燃成分的质量分数； A——煤中不可燃成分的含量；

3

Q(m/kg)。 S ——标准状态下实际烟气量，

Y

代入dsh＝16%,A=11%,QS＝10.75(m

Y

3

/kg),

3

(kg/m)

得C=0.11 0.16/10.75=0.00164

2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

CSO2

Y

2SY 1063

(mg/m) QS

式中S——煤中可燃硫的质量分数

(m代入S＝1%,QS＝10.75

Y

3

/kg),

3

得

CSO2

3

=20000/10.75＝1.86 10(mg/m)

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3. 除尘器的选择

3.1除尘器应该达到的除尘效率

CS

1

C

Cs——标准状态下烟气含尘浓度，mg/m3；

C——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m。

代入C=1637,

3

CS=200,

得 ＝1-200/1637=0.8778=87.78%

3.2除尘器的选择

工况下烟气流量：

'T3

Q' Q m/h

T

3

Q(m/h) 式中——标准状态下的烟气流量，

T'——工况下烟气温度，K T——标准状态下温度，273 K

Q’=6450 （273+160）/273 = 10230 m

总的烟气流速Q’/3600=10230/3600=2.84m/s

3

3

/h

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：选择XLD-4型多管式旋风除尘器，产品性能规格见表3.1

表3.1除尘器产品性能规格

表3.2 除尘器外型结构尺寸（见图3.1）

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图3.1 除尘器外型结构尺寸

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4. 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。 4.2管径的确定

d

式中 Q——工况下管内烟气流量，m

3

/s；

v——烟气流速，(对于锅炉烟尘 =10-15 m/s)取 =14 m/s

d

0.508 m 圆整并选取风道:

表4.5 风道直径规格表

内径 :

d1 500-2³0.75=498.5(mm)

由公式

d

可计算出实际烟气流速：

4Q

(m)

V=14.6 (m/s)

符合锅炉烟尘 =10-15 m/s

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5. 烟囱的设计

5.1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5.1 锅炉烟囱的高度

5.2烟囱直径的计算

烟囱出口内径可按下式计算：

d m)

式中

Q——通过烟囱的总烟气量，m3/

h；

——按表5.2选取的烟囱出口烟气流速，m/s

表5.2烟囱出口烟气流速/ (m/s)

选定=4m/s

d 圆整取d=1.9 m。

烟囱底部直径

d1 d2 2 i H(m)

式中

d2——烟囱出口直径，m；

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H——烟囱高度，m；

i——烟囱锥度（通常取i=0.02-0.03）。

d1 1.90 2 0.02 40 3.5(m)

5.3烟囱的抽力

11

Sy 0.0342H( )B(Pa)

273 tk273 tp

式中 H——烟囱的高度，m； tk——外界空气温度，-1℃；

tp——烟囱内烟气平均温度，160℃； B——当地大气压，97860Pa。 Sy 0.0342 40 (

11

) 97860 183(Pa) 273 1273 160

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6. 系统阻力计算

6.1摩擦压力损失 （1）对于圆管：

L v2

PL (Pa)

d2

式中

——摩擦阻力系数（实际中对金属管道可取0.02.对砖砌或混凝土管道可取0.04）。

d——管道直径,m

——烟气密度，kg/m3

——管中气流平均速率, m/s

L——管道长度,m.

对于直径500mm圆管：

L=9.5m

n

结果为:

273273

1.34 0.84

273 160443

（kg/m3）

= n

PL 34.0(Pa)

（2）对于砖砌拱形烟道（见图6.1）

S 2

4

D2 B2

B

(222

D=500 mm

式中 S为面积， 结果为：

B=450 mm

S=0.2820m2

图6.1 砖砌拱形烟道

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∵R

A X

式中，A为面积，X为周长 X= 2³B+

B3.14 0.45=2³0.45+ = 1.6065m 22

∴ R=0.2820/1.6065=0.1755m L为18.45m , λ=0.04

L v218.450.84 14.62

PL 0.04 =91.1(pa)

d24 0.17552

6.2局部压力损失

P

式中

v2

2

(Pa)

——异形管件的局部阻力系数，

——与 相对应的断面平均气流速率，m/s

——烟气密度，kg/m3

图6.2中一为渐缩管。

图6.2 除尘器入口前管道示意图

≦45度时， =0.1，

取 =45度， =14.6m/s

结果为：

p 8.95（Pa）

L1=0.05³tan67.5=0.12（m）

图6.2中二为30度Z形弯头

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H=2.985-2.39=0.595=0.6（m）

H/D=0.6/0.5=1.2

取 '=0.157

= Re '=0.157 （ Re=1.0）

结果为：

p 14.01（Pa）

图6.2中三为渐阔管

0.35 1

15.2

0.49853.14

4

（1 0.495）l3 tan15 0.93

2

图6.3中a为渐扩管

A2 A1

(Pa)

（m）

图6.3 除尘器出口至风机入口段管道示意图

≦45度时， =0.1，

取 =30度，

=14.6m/s

结果为：

p 8.95（Pa）

L=0.93(m)

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图6.3中b、c均为90度弯头

D=500，取R=D 则 =0.23

结果为：

p 20.6（Pa）

两个弯头

P' 2 P 2 20.0 41.2(Pa)

对于如图6.4中所示T形三通管

=0.78

p 69.8（Pa）

对于T形合流三通 =0.55 结果为：

p 49.2（Pa）

系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1128Pa）为:

h 34.0 91.1 8.95 14.01 15.2 8.95 41.2 69.8 49.2 800 1128 2260.4(Pa)

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7. 系统中烟气温度的变化

7.1烟气在管道中的温度降

t1

式中

q FQ CV

（℃）

3

Q——标准状态下烟气流量，m/h

F——管道散热面积，m2

CV——标准状态下烟气平均比热容（一般为1.352—1.357KJ/(m3²°C）

q——管道单位面积散热损失 KJ/(m3²h)

室内q=4187 KJ/(m3²h) 室外q=5443 KJ/(m3²h)

室内管道长：

L=2.18-0.6-0.12=1.46 F=∏L²D=2.29 (m2)

室外管道长

L=9.5-1.46=8.04 (m) F=∏L²D=12.69 (m2)

t1

q1F1qF

22 9.4（ C）Q CvQ Cv

7.2烟气在烟囱中的温度降

t2

式中

H——烟囱高度，m。

H A

D

( C)

A——温度系数，可由表7-2-1查得。

D——合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h；

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表7.1 烟囱温降系数

总温度降：

tHA2

D

4（ C）

t t1 t2 13.4（ C）

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8. 风机和电动机的选择及计算

8.1标准状态下风机风量计算

273 tp101.325

Qy 1.1Q

273B

式中 1.1——风量备用系数；

Q——标准状态下风机前表风量；

tp——风机前烟气温度，若管道不太长，可以进似取锅炉排烟温度； B——当地大气压，kPa。

Qy 1.1 6450

8.2风机风压计算

273 160101.3253 11651.7 m/h 27397.86

273 tp101.3251.293

273 tyB y

Hy 1.2( h Sy)

式中 1.2——风量备用系数； h——系统总阻力，Pa； Sy——烟囱抽力，Pa；

tp——风机前的烟气温度，℃；

ty——风机性能表中给出的试验用气体温度，℃；（参考德惠风机选型系统）

y——标准状况下烟气密度，1.34 kg/m3。

Hy 1.2(2260.4 183)

273 160101.3251.293 2490.6(Pa)

273 16097.861.34

根据Hy和Qy，选定Y5-47Ⅱ型No.7c的引风机，Y5-47Ⅱ型引风机是在原Y5-47Ⅱ型引风机性能基础上改进的产品，该引风机最佳工况点的全压内效率为85.6%，与原Y5-47Ⅱ型引风机相比较，由于进行了一系列改进，使噪声值有显著降低，噪声指标为12.5dB。性能表如下。

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表8.2 引风机性能表

8.3电动机功率计算

Ne

式中 Qy——风机风量； Hy——风机风压；

QyHy 3600 1000 12

1——风机在全压头时的效率,0.81（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）； 2——机械传动效率，当风机与电动机直连传动时 2=0.95； ——电动机备用系数，对风机， =1.3。

Ne

11651.7 2483.9 1.3

13.6(kW)

3600 1000 0.81 0.95

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。

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9. 通风除尘系统布置图

锅炉烟气除尘系统布置图和立面图分别见图9.1和9.2。

图9.1 锅炉烟气除尘系统立面图

A-A侧面图

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设计说明见下页

图9.2 锅炉烟气除尘系统布置图

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设计说明 烟道为砖烟道，导角为 45 度，与圆管连接处采取密封措施，所有器件接口处均用法兰 盘连接 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 名称 烟道 人孔 导流板 烟道 圆管 V 形带 风机 电动机 弯头 天圆地方 降尘器 弯头 锅炉 5 4 4 8 12 4 4 4 XLD-4 型 30 度 Z 型 SZL4-13 Y5-47Ⅱ型 No.7C Y180-2 90 度圆形，直径 500 个数 1 1 1 1 1000×1000 外径直径 500,壁厚 0.75 砖烟道 钢制 规格型号H=40m 上径直径 800,下径直径 500,厚 300

备注 砖烟道

500×400

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10.

10.1小结

小结及参考文献

本次大气污染控制工程课程设计主要设计了一燃煤电厂的某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统。通过本次课程设计，我们不但回顾了课本中学习的内容、巩固了知识，另一方面，也对当前环保产业的发展有了直观的认识，特别是除尘设备的发展现状。从风量计算，浓度计算，除尘效率到管线布置，我们初步将学过的知识统合地应用了一遍，为以后的工作大下了一定基础。由于是第一次设计，其中难免有些不足甚至错误，还望老师批评指正。 10.2参考文献

(1)郝吉明，马广大主编．《大气污染控制工程》．北京：高等教育出版社，2002 (2)《钢铁企业采暖通风设计手册》．北京：冶金工业出版社，2000

(3)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，1986 (4)航天部第七研究设计院编．《工业锅炉房设计手册》．北京：中国建筑工业出版社，1986

(5)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 (6)风机样本．《各类风机生产厂家》 (7)《工业锅炉旋风除尘器指南》．1984

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nrg1.html