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大气污染控制工程课程设计37801

1 设计背景资料

1.1 工程概况

目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要表现有温室效应、臭氧层破

坏和酸雨。而大气污染可以说主要是由于人类活动造成的，大气污染对人体健康的危害包括对人的正常生活和生理方面的影响。现在，大气污染已经直接影响到人们的身体健康。燃煤电厂的大气污染物主要是颗粒污染物，而且排放量比较大，所以必须通过有效的措施来进行治理，不至于影响到人们的健康生活。

1.2 原始资料

锅炉规格：SZL4-13型，共4台设计耗煤量： 600kg/h·4台烟气出口温度：150℃ 空气过剩系数：α=1.4

排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比列为：18% 烟气出口前阻力：800pa 室外温度：0℃

当地大气压：97.86kpa

空气中含水（标准状态）按：0.01293kg/m 3 烟气其它性质按空气计算

煤的工业分子成分：C68% 、 H4% 、 O5% 、 N1% 、 S1% 、 H 2O6% 、不可燃15%

排放标准：GB13271-2001二类地区标准执行

烟尘浓度排放标准（标准状态）：200mg/m 3 SO 2浓度排放标准（标准状态）：900mg/m 3 净化场地布置：

锅炉出气口管径为600mm ，其中心线高程为2.39m ，其长度为600mm ，所有管道总长为9.5m ，室内锅炉距外墙2.18m 。

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

)/)(7.07.056.5867.1(76.43kg m O S H C Q Y Y Y Y a -++='

=4.76(1.867*68%+5.56*4%+0.7*1%–0.7*5%)(m 3/kg) =6.97(m 3/kg)

式中Y C 、Y

H 、Y S 、Y O 分别为煤中各元素所含的质量分数；

2.2 标准状态下理论烟气量

)/(8.079.0016.024.12.11)375.0(867.13kg m N Q Q W H S C Q Y a a Y Y Y Y

s +'

+'++++='

=1.867(68%+0.375*1%)+11.2*4%+1.24*6%+0.016*6.97+0.79*6.97+0.8*1%

=7.42(m 3/kg)

式中 '

a Q ——标准状态下理论空气量，m 3/kg ；(设计空气含湿量12.93g/m 3)

Y N ——N 元素在煤中所占质量分数，%；

Y W ——煤中水分所占质量分数，%；

2.3标准状态下实际烟气量 )/()1(016.13kg m Q Q Q a s s '-+'=α

=7.42+1.016(1.2 –1)* 6.97 =8.84(m 3/kg)

式中 α——空气过量系数；

s Q ——标准状态下实际烟气量，m 3/kg ； '

s Q ——标准状态下理论烟气量，m 3/kg ； '

a Q ——标准状态下理论空气量，m 3/kg ；

标准状态下烟气流量Q 以m 3/h 计，因此，Q =设计耗煤量?s Q

=8.84*600 =5302(m 3/h)

2.3 标准状态下烟气含尘浓度

)/(3m kg Q A d C s

sh ?=

.8%

15*%18=

=0.0031(kg/ m 3)

式中 sh d ——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；

Y A ——煤中不可燃成分的含量；

s Q ——标准状态下实际烟气量，m 3/kg ；

2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

)/(102362

m mg Q S C s

Y so ?= 61084

.8%

1*2?=

=2.3*103(mg/m 3)

式中 Y S ——煤中含可燃硫的质量分数；

s Q ——标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m 3/kg ；

3. 除尘器的选择

3.1除尘器应达到的除尘效率

C C s -

=1η

2340

200

= =91.45%

式中 C ——标准状态下烟气含尘浓度，mg/m 3；

C ——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m 3

3.2除尘器应达到的除二氧化硫效率

C s

so -

=12

η 1950

900

= =53.85%

式中 C ——标准状态下烟气含SO 2浓度，mg/m 3；

C ——标准状态下锅炉SO 2排放标准中规定值，mg/m 3；

3.3除尘器的选择

根据烟尘的粒径分布或种类、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的种类、型号及规格。确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失、捕集粉尘量等。

工况下烟气流量 Q' =

QT '

=273

)

150273(*5302+

=8215.19 (m 3/h) 式中 Q ——标准状态下烟气流量，m 3/h ； T’ ——工况下烟气温度，K ； T ——标准状态下温度，273K ；则烟气流速为：

3600'Q =3600

.8215=2.3(m 3/s) 根据工况下烟气流量、烟气流速及要求达到的除尘效率确定除尘器，“XD --Ⅱ型多管旋风除尘器”中选取XD-Ⅱ-4型多管旋风除尘器。产品性能规格见表2-1，设备外形结构

尺寸见表2-2。

表2-1 XD-Ⅱ-4型多管旋风除尘器性能规格

表2-2 XD-Ⅱ-4型多管旋风除尘器外形尺寸结构（图2-1）

4. 确定除尘器，风机和烟囱的位置及管道的位置

4.1各装置及管道的布置原则

根据锅炉运行情况和锅炉房现场的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

)(4m V

Q d π=

式中 Q--工况下管内烟气流量，m 3/s ；

V--烟气流速，m/s ， (可查有关手册确定，对于锅炉烟尘s m V /15~10=)；取V=13m/s

则 d 13

*14.33600

/19.8215*4=

= 0.47m 圆整 d=0.50m 查手册得知壁厚为0.75mm

则内径 d 1=500-2*0.75=498.5mm

由公式

)(4m v Q d π=

可算出实际烟气流速

v =

4985

.0*4985.0*14.33600

/19.8215*4=11.7m/s

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下表确定烟囱的高度。

锅炉烟囱高度表

锅炉总额定出力/(t/h) < 1 1~2 2~6 6~10 10~20 26~35 烟囱最低高度/m

锅炉总的蒸发量4*4=16(t/h)，则选烟囱高度为40m 。

5.2烟囱直径的确定

烟囱出口内径可按下式计算

)(0188

.0m v Q d =

式中 Q ——通过烟囱的总烟气量，m 3/h ； v ——按表4-2选取的烟囱出口烟气流速，m/s ；

选v=4m/s d 4

.8215*40188

.0=

=1.70 (m) 烟囱底部直径

)(221m H i d d ??+=

=1.70+2*0.025*40 =3.70(m) 式中 2d ——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;

5.3烟囱的抽力

)

()2731

2731(

0342.0a p

k y P B t t H S ?+-+=

97860*)150

2731

02731(

40*0342.0+-+=

=174(pa) 式中 H ——烟囱高度，m ；

k t ——外界空气温度，℃ ； p

t ——烟囱内烟气平均温度，℃ ；

B ——当地大气压，Pa ；

6.系统阻力的计算

6.1摩擦压力损失

对于圆管

)

(22

Pa v d L p L ρλ?=?

式中 L ——管道长度，m ；

d ——管道直径，m ；

ρ——烟气密度，kg/m 3 ；

v ——管中气流平均速率，m/s ；

λ——摩擦阻力系数，是气体雷诺数e R 和管道相对粗糙度d K /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；

ρ=150

273273

34.1+=0.86kg/m 3

9.13*86.0*5.05.9*02.02

=?L p =31.5(pa)

6.2局部压力损失

)

Pa v p ρε?

)(2

Pa v ρε?

式中 ε——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； v ——与ε相对应的断面平均气流速率，m/s ；

ρ——烟气密度，kg/m 3;

图中一为渐缩管。

α≤45℃时，ζ=0.1 取α=45℃，v =13.9m/s

9.13*84.0*1.02

=?p

=8.1(pa)

l 1=0.05*tan67.5=0.12(m)

图中二为30°Z 形弯头

查ζ'=0.157

ζ=ζ

Re ζ

' 由手册查得ζ

Re =1.0

ζ=1.0*0.157=0.157

9.13*84.0*157.02

=?p =12.7(pa)

图中三为渐扩管

查手册得ζ=0.19

9.13*84.0*19.02

=?p =15.4(pa)

l 3=

15tan /2

)

4985.01(-°

=0.93(m)

图除尘器出口至风机入口段管段示意图

图中a 为渐扩管。

α≤45℃时，ζ=0.1

取α=30℃，v =13.9m/s

9.13*84.0*1.02

=?p =8.1(pa)

L=0.93(m)

图5-2中b 、c 均为90°弯头

查表得ζ=0.23

9.13*84.0*23.02

=?p =18.7(pa)

两个弯头p ?'=2p ?=2*18.7=37.4(pa)

图 T 形三通管示意图

对于如图所示T 形三通管 ζ=0.78

9.13*84.0*78.02

=?p =63.3(pa)

对于T 形合流三通 ζ=0.55

9.13*84.0*55.02

=?p =44.6(pa)

系统总阻力(其中锅炉出口前阻力为800 pa ，除尘器阻力为1400 pa)

∑?h =30.8+183+8.1+12.7+15.4+8.1+37.4+63.3+44.6+800+1400

=2603.4 (pa)

7.风机及电动机的选择及计算

7.1风机风机量的计算

)/(325.101273

2731.13

h m B t Q Q p

y ?

.97325

.1012731502735302*1.1?

= =9356.67m 3/h)

式中 1.1——风量备用系数；

Q ——标准状态下风机前表态下风量，m 3/h ； p

t ——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 ；

7.2风机风压的计算

)(293

.1325.101273273)

(2.1Pa B t t S h H y

p y y ρ??

++-?=∑

.1293

.186.97325.101200273150273)

1744.2603(2.1?

?++-= =2604 (pa)

式中 1.2——风压备用系数；

∑?h ——系统总阻力，Pa ；

y S ——烟囱抽力，Pa ；

p t ——风机前烟气温度，℃ ；

t ——风机性能表中给出的试验用气体温度，℃ ； y

ρ——标准状况下烟气密度，1.34kg/m 3 ；根据Q y 和H y 选定型号为Y5-50-12 No6C 的引风机，其性能如表6-1

表7-1 Y5-50-12 No6C 型引风机性能

7.3电动机功率的校核计算

)(100036002

1kW H Q N y y e ηηβ?=

.0*6.0*100036003

.1*2604*67.9356?=

=15.4(kw)

式中

Q ——风机风量，m 3/h ；

H ——风机风压，Pa ；

1η——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) ；

2η——机械传动效率，当风机与电机直联传动时2η=1，用联轴器连接时2η=0.95~0.98，用V 形带传动时2η=0.95 ；

β——电动机备用系数，对引风机，β=1.3 ；

根据电动机的功率，风机的转速， Y160L-2B3型电动机基本可以满足要求。

8. 系统中烟气温度的变化

8.1烟气在管道中的温度降

)(0

1C C Q F q t v

??=

? 式中 Q ——标准状态下烟气流量，m 3/h ；

F ——管道散热面积，m 2 ；

v C ——标准状态下烟气平均比热容(一般为1.352~1.357 kJ/m 3·℃) ；

q ——管道单位面积散热损失；

室内q =4187 kJ/m 2·h ；室外q =5443 kJ/m 2·h ；

室内管道长：L =2.18-0.12-0.6=1.46 (m) F =πL·D =3.14*1.46*0.5=2.29(m 2) 室外管道长：L =9.5-1.46=8.04 (m) F =πL·D =3.14*8.04*0.5=12.62(m 2) v

C Q F q t ??=

?111+v C Q F q ??2

2 =

354

.1*615062

.12*544329.2*4187+

=9.4(℃)

8.2烟气在烟囱中的温度降

)(02C D A H t ?=

式中 H ——烟囱高度，m ；

D ——合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h ；

A ——温降系数，可由表3-2-1查得；

表3-2-1 烟囱温降系数

烟囱种类

钢烟囱 (无衬筒)

钢烟囱 (有衬筒) 砖烟囱(H <50m) 壁厚< 0.5m

砖烟囱壁厚> 0.5m A

0.8

0.4

0.2

4.0*402=

?t =4 (℃)

总温降 t ?=1t ?+2t ?=9.4+4=13.4 (℃)