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空气污染控制课程设计设计计算说明书专业：环境工程姓名：初骁宇学号：101530指导老师：羌宁 环境科学与工程学院2013年12月1目 录1设计任务11.1 项目名称11.2 设计要求11.3 设计依据11.4 设计主要参考资料12设计原始资料22.1 建筑与结构22.2 地理、气象资料22.3 地形情况22.4 环境状况22.5 工艺资料23设计内容与计算33.1 颗粒物控制流程方案33.2 颗粒物控制设备选型及计算33.2.1 颗粒物控制设备选型43.2.2 效率复核及设备出口负荷浓度计算53.3 管道布置、阻力计算及风机选型53.3.1 风机预选53.3.2 控制系统的管道布置63.3.3 系统管道阻力的计算73.3.4 计算示例83.3.5 风机复核93.4 烟囱高度计算及颗粒物最大落地浓度校核93.4.1 烟囱高度与内径设计93.4.2 烟气抬升高度计算103.4.3 颗粒物最大落地浓度校核11附表141设计任务1.1 项目名称上海某厂锅炉房颗粒物控制系统设计。1.2 设计要求根据所给的资料，完成该锅炉房颗粒物控制系统的设计，要求确定含尘气体处理的流程，净化设备的型号、规格和主要尺寸，确定控制系统的布局，最后绘制控制系统平面布置图，必要的剖面图和系统图（轴测图），达到初步设计的深度，并简要的写出一份设计计算说明书。1.3 设计依据（GB 3095-1996）环境空气质量标准：大气环境中总悬浮颗粒物浓度二级标准的日均浓度限值为0.3mg/Nm3；（GB 13271- 2001）锅炉大气污染物排放标准：二类地区安装的锅炉其最高允许烟尘排放浓度为200mg/Nm3。1.4 设计主要参考资料1工业锅炉除尘设备 中国环境科学出版社 19922锅炉房实用设计手册 第2版 机械工业出版社 20013空气污染控制工程 季学李、羌宁 化学工业出版社 20054工业锅炉房实用设计手册 机械工业出版社 19915工业锅炉房常用设备手册 机械工业出版社 19936全国通用通风管计算表 中国建筑工业出版社 19777全国通用通风管的配件表 中国建筑工业出版社 19792设计原始资料2.1 建筑与结构该锅炉房为独立式单层建筑，总面积为292平方米，其中包括锅炉房、风机及除尘器室、水泵室和值班室，各室在建筑总体上的布置见电子版蓝图文件。2.2 地理、气象资料该锅炉房所在工厂位于上海东北的某工业居民混合区，地理位置为东经12126,北纬3110；冬季主导风向NW, 平均风速2.7m/s,主要稳定度等级为D级；夏季主导风向SSE,平均风速3.3m/s,主要的稳定度等级为D级。注：气象数据摘自上海气象局提供的气象资料。2.3 地形情况该厂处于平原地区，周围无高层建筑。2.4 环境状况该地区大气中，已有的总悬浮颗粒物浓度为0.12mg/m3,附近无集中排放尘源。2.5 工艺资料锅炉房内设置两台KZL-4-13 型卧式快装锅炉。锅炉省煤器的出口尺寸为 500600（h），省煤器压力损失按800Pa计。锅炉蒸汽参数：蒸汽压力为13大气压（表）。蒸发量为4 t/h。单台锅炉排烟参数：烟气流量12000 m3/h（热态），排烟温度473K，含尘浓度2100mg/Nm3，烟气密度0.784kg/m3，粘度=2.45310-5 Pas。通常除尘器出口烟气温度约在425-448 K的范围。建议管道计算全程按425K计算。锅炉及其附件布置如蓝图（见电子文件）所示。锅炉房的生产时间为三班制，夏季使用一台，冬季两台同时使用。3设计内容与计算3.1 颗粒物控制流程方案本项目的颗粒物控制流程设计如下：换热除尘装置引风机烟囱省煤器排入大气尘粒锅炉排烟烟气自锅炉排出，经省煤器换热后进入除尘装置，使颗粒物从气流中分离出来，落入灰斗。经净化后的气体由管道排出，利用引风机的抽吸作用，将气体从管道抽入烟囱，并最终排入大气。3.2 颗粒物控制设备选型及计算工业锅炉烟气除尘设备的型式很多，各种设备都有自己的特点和使用范围。除尘器按其作用原理可分为：机械式除尘器：重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器；湿式除尘器：冲击式除尘器、泡沫除尘器、文氏管水膜除尘器、喷雾式除尘器；过滤式除尘器：袋式除尘器、颗粒层除尘器；静电除尘器。根据我国国情和技术经济条件，目前在工业锅炉上广泛使用的是机械式和湿式除尘装置，而静电除尘和过滤除尘，正在逐步推广使用。除尘器的选择，应根据当地的锅炉烟尘排放标准，选择价格低廉、运转和维护管理方便、节省能源又能满足锅炉排放标准要求的除尘器。本次设计中烟气的排烟温度473K，温度较高容易对布袋滤料造成损伤，同时布袋除尘的阻力相对较大。静电除尘的效果受颗粒物的湿度、温度等因素的影响较大，同时造价高，投资大。旋风除尘器构造简单，制造、使用和维修都比较方便，体积也不大，也具有较好的去除效果。因此，本设计采用高效、低阻、低钢耗和价廉的旋风除尘器。旋风除尘器广泛应用于工业锅炉的烟气除尘中，具有结构简单、投资省、除尘效率较高、适应性强（粉尘浓度高低、运行负荷大小）、运行操作管理方便等优点。在通常情况下，旋风除尘器能够捕集5m以上的尘粒，其除尘效率可达90%以上。3.2.1 颗粒物控制设备选型本设计选用XD-型多管旋风除尘器。这种除尘器的效率可达 95%以上，除尘器本体阻力低于900Pa，用现有的锅炉引风机就能保证锅炉正常运行。本除尘器负荷适应性好，在70%负荷时，除尘效率在94%以上。XD-型多管旋风除尘器内的旋风子是采用铸铁或陶瓷制造的，厚度大于6mm，因此有良好的耐磨性能。它是工业锅炉烟气除尘和其他粉尘治理的理想设备。本设计中，单台锅炉排放的烟气流量为12000m/h，故选用XD-4型多管旋风除尘器。其技术性能如下：XD-4型多管旋风除尘器配用锅炉：4 t/h本体阻力： 95%重量： 1900 kg其外形安装尺寸如下图表所示：外形尺寸：3.2.2 效率复核及设备出口负荷浓度计算(1)效率复核根据国标锅炉大气污染物排放标准GB 13271-2001（二类地区安装的锅炉其最高允许烟尘排放浓度为200mg/Nm），该锅炉厂排放烟气中含尘浓度为2100 mg/Nm，则要求除尘器除尘的最低效率为：=（2100-200）/2100=90.5% 。XD-4型多管旋风除尘器的除尘效率可达95%以上，能够满足设计要求。(2)设备出口负荷浓度计算若XD-4型多管旋风除尘器的除尘效率按95%计，则除尘器出口负荷浓度为：C=2100(1-95%)=105 mg/Nm200 mg/Nm。3.3 管道布置、阻力计算及风机选型3.3.1 风机预选风机的选择，必须保证锅炉中的气体产物能够及时排出，并且风机所提供的风压能克服系统的全部阻力。在本设计中，锅炉蒸汽蒸发量为4t/h，对于这类小型锅炉可以考虑只使用引风机。全系统总压降包括省煤器（压降按800Pa计）、旋风除尘器（压降按900Pa计）、管道、烟囱的局部阻力损失与沿程阻力损失之和。引风机单炉布置时，风量的富裕量一般为10%，风压的富裕量一般为20%，集中配置风机时，引风机应设置两台。假设管道及烟囱的阻力损失为前两者压降之和的20%，估算风机所需要的全压及风量。 风压：p=(800+900) (1+20%)(1+20%)=2448 Pa；风量：Q=12000(1+10%)=13200 m/h。根据估算的风压和风量，初步选定Y5-47-12 No7C型高效低噪声离心引风机。其主要技术参数如下：Y5-47-12 No7C型引风机主要技术参数主轴转速(r/min)全压(Pa)流量(m/h)效率(%)内功率(kW)所需功率(kW)220026281351783.611.8016.15电动机滑轨高度滑轨代号V 带带轮代号型号功率(kW)主轴电动机Y180M-418.5607644B-160050-B5-18548-B5-2833.3.2 控制系统的管道布置根据计算管径及空间分布确定管道尺寸。控制系统的具体布置如下图。管道、弯头尺寸见系统管道阻力计算表（附表）。3.3.3 系统管道阻力的计算在管道阻力计算时，按压损最大的管道路线进行计算，即从距离烟囱较远的除尘系统算起。在计算中，应充分考虑管道内风速的大小，一方面要避免风速过小而发生粉尘沉积，减少管材消耗，降低一次性投资的费用；另一方面要控制一定的风速，防止风速过大产生噪音，增加系统的压损。对于常用金属制风管，风速宜控制在10-15 m/s范围内，烟速宜控制在10-15 m/s范围内。根据系统轴测图，计算管道阻力。(1) 流动过程的压损 H=pl+pf式中， H 风机作用压头（Pa）； pl 沿程压损（Pa）；pf 局部压损（Pa）。(2) 局部压损 pf=g2g2式中， 局部阻力系数。(3) 沿程压损pl=l4rhg2g2pl=Rfl Rf=4rhg2g2，称为比摩阻（Pa/m）式中，l 直管长度（m）；g管内气体流速（m/s）； g气体密度（kg/m）,按最不利情况计，即0.784kg/m； 管道摩阻系数； rh管道的水力半径（m）。 (4) 公式中参数的确定 管道摩阻系数 管道摩阻系数代入公式求得。 圆断面管道的水力半径 rh=d4式中，d 圆管直径(m) 。 矩形断面管道的水力半径 rh=ab2(a+b) 式中，a 和b矩形断面的边长（m）。矩形断面管道当量直径d = 4rh。 参数修正本工程中单台锅炉烟气排放流量为12000m3/h（热态），根据全国通用通风管计算表选取通风管道，参数如下：本设计中的烟气温度全程采用425K，密度=0.784kg/m3，粘度=2.45310-5Pas，运动粘性系数v=3.12910-5m2/s，与全国通用通风管计算表中所采用的温度、密度和粘度不同，因此需要对比摩阻进行密度、粘度、温度修正。（1）温度修正系数：（2）密度与粘度修正系数：3.3.4 计算示例(1) 计算管道沿程阻力损失以DE 500500水平管段为例： 425K情况下，=0.0176，l=0.30m，g=0.784kg/m g=120003600(0.50.6)=11.11m/sd=4rh=4ab2(a+b)=40.50.62(0.5+0.6)=0.545m pl=l4rhg2g2=0.01760.30.54511.1120.7842=0.47Pa(2) 计算管道局部阻力损失 以AB 500600 90矩形弯头为例： g=120003600(0.50.6)=11.11m/s 查局部阻力系数表得到90矩形弯头的局部阻力系数=0.29pf=g2g2=0.2911.1120.7842=14.03Pa其余计算均同计算示例。系统的管道阻力损失计算结果详见附表。 3.3.5 风机复核(1)风压复核系统管道总阻力的计算结果为2137.11Pa，所选Y5-47-12 No7C型引风机的全压为2628Pa，满足要求。(2)风量复核所选风机的风量为13517m3/h，满足要求。(3)电机功率复核风机所需功率: Ne=Qp3600103fc，取系数c=0.98则: Ne=Qp3600103fc=12000262836001030.8360.98=10.6911.80kW电动机功率：N=NeKd=10.691.100.9=13.1kW35K；实际排烟：Qv=24000/3600=6.67m3/s。烟气热释放率： 式中： Pa大气压力，hPa，取邻近气象站年平均值； Qv实际排烟率，m3/s； T烟气出口温度与环境温度差，K； Ts烟气出口温度，K。烟气抬升高度：式中，V0排气筒出口烟气排出速度，单位为m/s；U排气筒出口处的平均风速，单位为m/s；D烟囱出口直径，单位为m。得：（冬季）（2）夏季烟气温度与环境温度（30）差值：T=Ts-Ta=473-303=170K35K；实际排烟：Qv=12000/3600=3.33m3/s。烟气热释放率： 烟气抬升高度：（夏季）由以上计算可知，冬季的有效源高为H=35+20.7=55.7m，夏季的有效源高为H=35+13.6=48.6m。3.4.3 颗粒物最大落地浓度校核（1）冬季根据GB/T 13201-91制定地方大气污染物排放标准的技术方法，假定最大地面浓度点至排放源的水平距离xmax在1-10km范围内，再按D级稳定度查表得：横向扩散系数的相关参数为，；纵向扩散系数的相关参数为，。参数修正：则颗粒物最大落地浓度点与排放点距离：冬季的有效源高H=55.7m则：xmax=H222122=55.722.4060.4001672120.632023=1230.3m1000m所以原假定的xmax范围与计算结果相符。横向扩散参数：y=1x1=0.1805711230.30.888723=100.65竖向扩散参数： z=2x2=0.4001671230.30.632023=35.91源强：q=QT0Tc1-=24000360027347321001-95%=404.0mg/s颗粒物最大落地浓度：Cmax=0.117quxyz=0.117404.02.7100.6535.91=0.0048mg/m31000m所以原假定的xmax范围与计算结果相符。横向扩散参数：y=1x1=0.1805711014.50.888723=84.80竖向扩散参数： z=2x2=0.4001671014.50.632023=31.79源强：q=QT0Tc1-=12000360027347321001-95%=202.0mg/s颗粒物最大落地浓度：Cmax=0.117quxyz=0.117202.03.384.8031.79=0.0026mg/m30.3-0.12=0.18mg/m3因此，夏季颗粒物的地面浓度达标。综上，本设计的烟囱高度达到要求，总悬浮颗粒物浓度达到排放标准。16附表上海某厂锅炉房颗粒物控制系统管道阻力计算表序号管段编号管段类型流量Q(m3/s)管径D/m管长L/m流速vg(m/s)d(m-1)动压vgg22(Pa)沿程压损Pldvgg22L(Pa)局部阻力系数局部压损Pfvgg22(Pa)总压损P(Pa)1A省煤器3.33-11.1148.40-800.002AB500*600 90矩形弯头3.330.545-11.1148.400.2914.0314.033BC500*600 矩形管3.330.5451.14311.110.01760.032348.401.78-1.784CD500*600 90矩形弯头3.330.545-11.1148.400.2914.0314.035DE500*600 矩形管3.330.5450.30011.110.01760.032348.400.47-0.476EF500*6001810*320渐扩管3.33-11.1148.400.167.747.747F除尘器3.33-900.008FG260*1090600*600渐扩管3.33-11.7654.230.021.081.089GH600*600 90矩形弯头3.330.600-9.2633.610.289.419.4110HI600*600700天方地圆3.33-9.2633.610.000.000.0011IJ700 圆形管道3.330.7000.8348.660.01730.024729.410.61-0.6112JK700 90弯头3.330