某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计方案

1 某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计方案 一、 题目 某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计 二、 目的 通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，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，培养学生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： ，共 4 台（ 4） 排烟温度： 160 烟气密度（标准状态下）： 气过剩系数： =烟 中飞灰占煤中不可燃成份的比例： 16% 烟气在锅炉出口前阻力： 800地大气压力： 季室外空气温度： 空气含水 （标准状态下）：按 气其他性质按空气计算 煤的工业分析值： 设计耗煤量： 500kg/h（台） % 按锅炉大气污染物标准（ 二类 区标准执行。 2 烟尘浓度排放标准 （标准状态下）： 200mg/氧化硫排放标准（标准状态下）： 900mg/化系统布置场地如图 1 所示的锅炉房北侧 15m 以内。 四、 设计内容和要求 1、 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算。 2、 净化系统设计方案的分析确定。 3、 除尘器的比较和选择：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。 4、 管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置，并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。 5、 风机及电机的选择设计：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选 择风机种类、型号机电动机的种类、型号和功率。 编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写，包括方案的确定、设计计算、设备选择和有关设计的简图等内容。课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、顺畅、内容正确完整，书写工整、装订成册。 6、 图纸要求 （ 1） 除尘系统图一张（ 2 号图）。系统图应标出设备、管件编号，并附明细表。 （ 2） 除尘系统平面、剖面布置图各 1 张（ 2 号或 3 号图），如图 1 和图 2。布置图应按比例绘制，图中设备、管件应标注编号，编号应与系统图对应。在平面布置图中应有方位标志（指北针）。 3 锅炉房平面布置图 4 图 2 面图 五、 主要参考书目 1童志权主编 . 大气污染控制工程 . 北京：机械工业出版社， 2006 2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 3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，1986 4陆耀庆主编 . 供暖通风设计手册 . 北京：中国建筑工业出版社， 1987 5风机样本 . 各类风机生产厂家 6工业锅炉旋风除尘器指南， 1984 5 课程设计成绩评定表 课程设计评分（按下表要求评定） 评分项目 设计说明书质量 （ 50 分） 图纸质量 （ 30 分） 任务完成情况 （ 10 分） 学习态度 （ 10 分） 合计 （ 100 分） 得分 指导教师评语 指导老师签名： 年 月 日 教研室主任审核意见 教研室主任签名： 年 月 日 6 目 录 前 言 . 1 第 1 章 烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 .准状态下理论空气量 . 2 准状态下理论烟气量 . 2 准状态下实际烟气量 . 2 准状态下烟气含尘浓度 . 3 准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 . 3 第 2章 除尘器的选择 . 4 尘器的选择 . 4 第 3 章 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 . 7 装置及管道布置的原则 . 7 径的确定 . 7 道的设计计算 . 8 第 4 章 烟囱的设计 . 9 囱高度的确定 . 9 囱直径的计算 . 9 囱的抽力 . 10 第 5 章 系统阻力的计算 .擦压力损失 .部阻力损失 . 12 的阻力损失 . 13 第 6 章 系统中烟气温度的变化 . 15 气在管道中的温度降 . 15 气在烟囱中的温度降 . 15 第 7 章 风机和电动机选择及计算 . 17 准状态下风机风量的计算 . 17 7 机风压的计算 . 17 动机功率的计算 . 17 机和电机的选择 . 18 第八章 小结 .九章 参考文献 . 20 1 前 言 按照国际标准化 组织（ 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，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。 随着工业的发展，能源的消耗量逐步上升，大气的污染物的排放量相应增加。就现在我国的经济和技术发展水平级能源的结构来看，一煤炭为主要能源的状况在人的生存每时每刻都离不开空气，大气质量与人类生存环境息息相关，所以对大气的修复比较困难。虽然人们 在大气环境整治方面坐了大量的工作，但目前的空气质量仍然不尽人意，因此防止污染、改善空气环境成为当今迫切的环境任务。燃煤锅炉排放的二氧化硫严重地污染了我们赖以生存的环境。我国的大气是以煤烟型污染为主，其中尘与酸雨危害最大。因此，净化燃煤烟气中的粉尘和二氧化硫是我过改善大气空气质量、减少酸雨的关键问题。 粉尘的危害：粉尘的危害，不仅取决于它的暴露浓度，还在很大程度上取决于它的组成成分、，理化性质、粒径和生物活性等。粉尘的成分和理化性质是对人体危害的主要因素。有毒的金属粉尘和非金属粉尘（铬、锰、镐、铅、汞、砷等） 进入人体后，会引起中毒以至死亡。无毒性粉尘对人体亦有危害。例如含有游离二氧化硅的粉尘吸，入人体后，在肺内沉积，能引起纤维性病变，使肺组织际渐硬化，严重损害呼吸功能，发生“矽肺”病。 二氧化硫的危害：二氧化硫为一种无色的中等强度刺激性气体。在低浓皮下，二氧化硫主要影响是造成呼吸道管腔缩小，最初呼吸加快，每次呼吸曼减少。浓度较高时，喉头感觉异常，并出现咳嗽、喷嚏、咯痰、声哑、胸痛、呼吸困难、呼吸道红肿等症状，造成支气管炎、哮喘病，严重的可以引起肺气肿，甚至致人于死亡。 大气控制的综合措施主要包括：严格的环境管理 ；以环境规划为中心，实行综合防治；制大气污染的技术政策；控制环境污染的经济政策；高烟囱扩散；绿化造林；安装废气净化装置；加强环境科学研究，检测和教育。 2 第 1 章 烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 煤燃烧的假设： （ 1）煤中固定氧可用于燃烧； （ 2）煤中硫主要被氧化成二氧化硫； （ 3）不考虑氮氧化物的生产； （ 4）煤中的氮在燃烧时转化为氮气。 准状态下理论空气量 )%( =3 准状态下理论烟气量 00 %) 2 9 % =3 准状态下实际烟气量 00 )1( 3 由设计原始资料可知 ，设计耗煤量为 500 kg/h（台） 所以，标准状态下的排烟量为 设计耗煤量Q （台）h/m 3 3 准状态下烟气含尘浓度 )/( 3 排灰中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数； 煤中不可燃成分的含量； 标准状态下实际烟气量， 3 。 4 . 9 2 %16% C 3/准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 1式中 C 标准状态下烟气含尘浓度， 3/ 标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值， 3/ % 001 3 3( / )尘器的选择 工况下烟气量 )/(3 式中 Q 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， 273K。 25273 )160273( 66 Q )/( 3 )/( 3 根据 、 Q 查手册后选用 旁路式旋风除尘器，。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。其性能和尺寸分别见表22 表 2路式除尘器性能 型号规格 进口风速 2 处理风量 阻力 率 % 外形尺寸 （ 直径高） 量 422 59509350 8002160 800 3450 325 5 表 2路式旋风除尘器的尺寸 型号 D 2 H 2 A B M d h 质量/00 894 400 3448 1064 2280 510 232 640 200 180 6 图 3旁路式旋风 除尘器 7 第 3 章 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 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，紧凑，管路短，占地面积小，并使安装、操作和检修方便。 径的确定 )(m 式中 Q 工况 下管道内的烟气流量， ； v 烟气流速， m/s（对于锅炉烟尘 v =10m/s）。 取 v =12 m/s， =取整 d=450管径手册相关参数，取标准 d=450 道参数见下表 3 3道参数 外径 D/制板风管 外径允许偏差 /厚 /50 1 径 = 1d =450由公式 可计算出实际烟气流速 224 4 1 . 9 2 4 1 2 . 1 8 53 . 1 4 0 . 4 4 8 5Qv d )/( 式中 Q 工况下管内烟气流量， m3/s； 8 v 烟气流速， m/s（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘 v=10 15 m/s）。 管径计算出来后，要进行圆整（查手册），再用圆整后的管径计算出实际烟气流速。实际 烟气流速要符合要求。 道的设计计算 烟道采用拱形，图形如下图 3示： 由系统图可以看出，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，则烟道内最大烟气流量为： 1 . 1 2 6 9 2 5 . 9 4 1 5 2 3 7 . 0 6 8Q 查表可知，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 1 5 2 3 7 . 0 6 8/ 0 . 6 0 53 6 0 0 7A Q V 烟 烟而 22( ) 0 . 6 0 522 则 B=659 圆整取 B= 650 A=m 校正气速 1 5 2 3 7 . 0 6 8 7 . 1 9 83 6 0 0 0 . 5 8 8v ，在范围内。 9 第 4 章 烟囱的设计 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 4确定烟囱的高度。 表 4炉烟囱的高度 锅炉总额出力 (t/1 1 2 2 6 6 10 10 20 26 35 烟囱最低高度 /m 20 25 30 35 40 45 锅炉总额出力： 4 4=16 (t/h) 故选定烟囱的高度为 40m。 囱直径的计算 烟囱出口内径可按下式计算： )(m 式中 Q 通过烟囱的总烟气量， ； 按表 4取的烟囱出口烟 气流速， m/s。 表 4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 20 4 5 自然通风 6 10 3 10 选定 4 m/s 则24 1 . 1 6 9 2 5 . 9 40 . 0 1 8 8 1 . 6 44d m 圆整取2 221 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 = 取 i = 则 1d = 2 40=m) 囱的抽力 )273 1273 1(0 3 4 (3110 . 0 3 4 2 4 0 ( ) 9 7 . 8 6 1 0 1 8 3 . 0 02 7 3 1 2 7 3 1 6 0 (式中 H 烟囱高度， m； 外界空气温度，； 烟囱内烟气平均温度，； B 当地大气压， 11 第 5 章 系统阻力的计算 擦压力损失 对于 圆管 22 (式中 L 管道长度， m； d 管道直径， m； 烟气密度， 3/ v 管中气流平均速率， m/s； 摩擦阻力系数，式气体雷诺数 管道相对粗糙度以查手册得到（实际对金属管道 可取 砖砌或混凝土管道 a对于 450 圆管 L=73 n )/( 329 . 3 0 . 8 4 1 2 . 1 8 50 . 0 2 1 1 . 6 00 . 5 2 )(b对于砖砌拱形烟道 22 )(式中， L 为四个锅炉出口最远距离的一半，为 9.9 m； 为 周边 2/)(3 3 . 1 4 0 . 6 53 0 . 6 5 ( ) 2 . 9 7 12 m 12 0 . 5 8 8 0 . 1 9 82 . 9 7 1 又 ， ，代入上式： 得 20 . 0 4 0 . 8 4 7 . 1 9 89 . 9 1 0 . 8 84 0 . 1 9 8 2 部阻力损失 22 )(式中 异形管件的局部阻力系数，可在相关手册中查到，或通过实验获得； v 与 相对应的断面平均气流速率， m/s； 烟气密度， 3/ 个渐缩管 ， 查表，取 =45 ，则 =0 . 8 4 1 2 . 1 8 52 0 . 1 1 2 . 4 72 )(个 90弯头，查表，取 =0 . 8 4 1 2 . 1 8 50 . 2 3 1 4 . 3 42 )( 4 1 4 . 3 4 5 7 . 3 7P )(个渐扩管，2210 . 4 0 . 5 6 5 1 . 4 30 . 4 4 8 53 . 1 44查表，取 =30，得 =0 . 8 4 1 2 . 1 8 50 . 0 7 4 . 3 72 )( e 为渐缩管，查表，取 =45，则 = 13 20 . 8 4 1 2 . 1 8 50 . 1 0 6 . 2 42 )( 形三通如图 5示： 烟道通往烟囱图 5T 形三通管 查表，得 =0 . 8 4 1 2 . 1 8 50 . 7 8 4 8 . 6 42 )( 形三通合流管如图 5示： 风机出口管烟道5T 形合流三通 查表，得 =0 . 8 4 1 2 . 1 8 50 . 5 5 3 4 . 3 02 )(的阻力损失 其中锅炉出口前阻力为 800 尘器阻力为 800 14 则 1 1 . 6 0 1 0 . 8 8 1 2 . 4 7 5 7 . 3 7 4 . 3 7 6 . 2 4 4 8 . 6 4 3 4 . 3 0 8 0 0 8 0 0P )(图 5除尘器入 口管道示意图 图 5尘器出口至风机入口段管道示意图 15 第 6 章 系统中烟气温度的变化 气在管道中的温度降 1（） 式中 Q 标准状态下烟气流量， ； F 管道散热面积， 2m ； 标准状 态下烟气平均比热容（一般为 3/）； q 管道单位面积散热损失， )/( 3 。 室内 1q =4187 )/( 3 ； 室外 2q =5433 )/( 3 。 室内管道长： L )(m 11 3 . 1 4 1 . 4 8 0 . 4 5 2 . 0 9F L D )( 2 L )(m 22 3 . 1 4 1 1 . 0 2 0 . 4 5 1 5 . 5 7F L D )( 21 1 2 21 4 1 8 7 2 . 0 9 5 4 3 3 1 5 . 5 7 = 1 6 . 1 21 . 3 2 6 4 3 6 6 . 7 1 . 3 2 6q F q （） 气在烟囱中的温度降 2（） 16 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 5得。 表 5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 50 m） 壁厚小于 0.5 m 砖烟囱 壁厚大于 0.5 m A 2 16 t （） 总温度降： 12 1 6 . 1 2 4 2 0 . 1 2t t t （） 17 第 7 章 风机和电动机选择及计算 准状态下风机风量的计算 12 7 32 7 )( 3 2 7 3 1 6 0 1 0 1 . 31 . 1 4 3 6 6 . 7 7 8 8 6 . 3 42 7 3 9 7 . 8 6 )/(3 式中 风量备用系数； Q 标准状态下风机前风量， ； 风机前烟气温度，若管道不长，可以近似取锅炉排烟温度； B 当地大气压力， 机风压的计算 1 . 2 9 31 . 2 ( 1 7 8 5 . 8 7 1 8 3 . 0 0 ) 1 8 5 5 . 9 81 . 3 4 式中 风压备用系数； h 系统总阻力， 烟囱抽力， y 标准状态下烟气密度，（ =）。 动机功率的计算 2110003600 ( 18 7 8 8 6 . 3 4 1 8 5 5 . 9 8 1 . 3 9 . 2 73 6 0 0 1 0 0 0 0 . 6 0 . 9 5 )(式中 风机风量， ； 风机风压， 1 风机在全压头时的效率（一般风机为 2 机械传动效率，用 V 形带传动时 2 = 电动机备用系数，对引风机， = 机和电机的选择 根据风量 ， 查表后选择 对电机型号为 体参数如下表所示： 表 7所选风机及 型号参数 转速 r/压 量 h 电动机 重量 /质温度 / 型号 功率 920 2308 8158 258 200 19