大气课程设计：某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计

课程设计说明书课程设计说明书 某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计 学院学院 部部 化学工程学院化学工程学院 专业专业班班级级 学生姓名 学生姓名 指指导导教教师师 20122012 年年 1212 月月 3030 日日 长春工业大学 1 目目 录录 1 概述 2 1 1 设计目的 2 1 2 设计依据及原则 2 1 3 锅炉房基本概况 2 1 4 通风除尘系统的主要设计程序 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 风机和电动机的选择及计算 15 7 1 标准状态下风机风量计算 15 7 2 风机风压计算 16 7 3 电动机功率计算 16 8 系统中烟气温度的变化 17 8 1 烟气在管道中的温度降 18 8 2 烟气在烟囱中的温度降 18 9 通风除尘系统布置图 19 参考文献 21 长春工业大学 2 1 1 概述概述 1 11 1 设计目的设计目的 通过设计进一步消化和巩固本能课程所学内容 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 1 21 2 设计依据及原则设计依据及原则 严格按照锅炉大气污染物排放标准 GB13271 2001 中二类区标准 烟尘浓度排 放标准 二氧化碳排放标准进行设计计算 1 31 3 锅炉房基本概况锅炉房基本概况 锅炉型号 SZL4 13 型 共 4 台 2 8MW 4 设计耗煤量 760kg h 台 排烟温度 160 C 烟气密度 标准状态下 1 34kg m3 空气过剩系数 a 1 4 烟气在锅炉出口前阻力 800 Pa 当地大气压 97 86 Pa 冬季室外空气温度 1 C 空气含水 标准状态下 按 0 01293kg m3 设空气含湿量 12 93g m3 烟气其他性质按空气计算 煤的工业分析值 CY 68 HY 4 SY 1 OY 5 NY 1 WY 6 AY 15 VY 13 按锅炉大气污染物排放标准 GB13271 2001 中二类区标准执行 烟尘浓度排放标准 标准状态下 200mg m3 二氧化碳排放标准 标准状态下 900mg m3 净化系统布置场地如图所示的锅炉房北侧 15m 以内 1 41 4 通风除尘系统的主要设计程序通风除尘系统的主要设计程序 1 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化碳浓度的计算 长春工业大学 3 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 并计算各管道的管径 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 型号及电动机的种类 型号和功率 6 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类容 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 通顺 内容正确完整 装订成册 7 图纸要求 1 除尘系统图一张 2 除尘系统平面图 剖面布置图 2 3 张 图中设备管件应标注编号 编号应与系 统图对应 长春工业大学 4 2 2 烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算 2 12 1 标准状态下理论空气量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 7 07 056 5 867 1 67 4 3 kgmOSHCQ YYYY a 式中 68 4 1 5 分别为煤中各元素所含的质量分数 Y C Y H Y S Y O 结果为 6 97 a Q 3 kgm 2 22 2 标准状态下理论烟气量标准状态下理论烟气量 标准状态下理论烟气量 8 0 79 0 016 0 24 1 2 11 375 0 867 1 3 s kgmNQQWHSCQ Y aa YYYY 式中 标准状态下理论空气量 a Q kgm 3 煤中水分所占质量分数 6 Y W N 元素在煤中所占质量分数 1 Y N 结果为 7 42 s Q 3 kgm 2 32 3 标准状态下实际烟气量标准状态下实际烟气量 标准状态下实际烟气量 1016 1 3 ass kgmQQQ 式中 长春工业大学 5 空气过量系数 标准状态下理论烟气量 s Qkgm 3 标准状态下理论空气量 a Qkgm 3 标准状态下烟气流量应以计 因此 Q hm3 设计耗煤量 s QQ 结果为 10 25 s Q 3 kgm 设计耗煤量 7790 s QQ76025 10 3 hm 2 42 4 标准状态下烟气含尘浓度标准状态下烟气含尘浓度 标准状态下烟气含尘浓度 式中 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数 16 sh d 煤中不可燃成分的含量 15 Y A 标准状态下实际烟气量 s Qkgm 3 结果为 C 0 00234 2340 3 mkg 3 mmg 2 52 5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 10 2S 36 s Y 2 mmg Q Cso 式中 煤中含可燃硫的质量分数 1 Y S 标准状态下燃煤产生的实际烟气量 s Qkgm 3 结果为 1910 2 so C 3 mmg d 3 s sh mkg Q A C Y 长春工业大学 6 3 3 除尘器的选择除尘器的选择 3 13 1 除尘器应该达到的除尘效率除尘器应该达到的除尘效率 C Cs 1 标准状态下烟气含尘浓度 s C 3 mmg 标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值 C 3 mmg 结果为 45 91 3 23 2 除尘器的选择除尘器的选择 工况下烟气流量 hm T QT Q 3 式中 标准状态下的烟气流量 Q 3 hm 工况下烟气温度 K T 标准状态下温度 273 K T 结果为 12356 273 1602737790 Qhm 3 4 3 3600 12356 3600 Q sm 3 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 6 型多管式旋风除尘器 产品性能规格见表 3 1 长春工业大学 7 表 3 1XLD 6除尘器产品性能规格 型号配套锅炉容量 j H 处理烟气量 m3 h 除尘效率 设备阻力 Pa分割粒径 d 50um 质量 kg XLD 641800092 95932 11283 06 3 32369 表 3 2 XLD 6除尘器外型结构尺寸 见图 3 1 ABCDEFGHIJ 17701718297726283792150050616763061576 KLMNm1n1 m2n2m3n3 1504155615010014312137410116 m4n4 P 116324960 图 3 1 除尘器外型结构尺寸 长春工业大学 8 4 4 确定除尘器 风机和烟囱的位置及管道的布置确定除尘器 风机和烟囱的位置及管道的布置 4 14 1 各装置及管道布置的原则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 24 2 管径的确定管径的确定 管道直径 4 m Q d 式中 工况下管道内烟气流量 Q sm 3 烟气流速 m s 对于锅炉烟尘 10 15 m s 取 14 m s 结果为 m56 0 14 4 34 d 圆整并选取风道 表 4 5 风道直径规格表 钢制板风管外径 D mm 外径允许偏差 mm壁厚 mm 560 11 内径 560 2 1 558 m s 1d 由公式 4 m Q d 可计算出实际烟气流速 13 9 m s 22 558 014 3 4 344 d Q v 长春工业大学 9 5 5 烟囱的设计烟囱的设计 5 15 1 烟囱高度的确定烟囱高度的确定 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 锅炉总额定出力 t h 11 22 66 1010 2026 35 烟囱最低高度 m 202530354045 锅炉总额定出力 4 4 16 t h 故选定烟囱高度为 40 m 5 25 2 烟囱直径的计算烟囱直径的计算 烟囱出口内径可按下式计算 0188 0 m Q d 式中 通过烟囱的总烟气量 Q hm 3 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 运行情况 通风方式 全负荷时最小负荷时 机械通风 10 204 5 自然通风 6 102 5 3 选定 4m s 结果为 2 09m 4 123564 0188 0 d 圆整取 d 2 m 烟囱底部直径 2 21 mHidd 式中 长春工业大学 10 烟囱出口直径 m 2 d 烟囱高度 m H 烟囱锥度 通常取 i 0 02 0 03 i 取 i 0 02 结果为 d 1 3 6 m 4002 0 22 5 35 3 烟囱的抽力烟囱的抽力 273 1 273 1 0342 0 PaB tt HS pk y 式中 烟囱高度 m H 外界空气温度 C k t 烟囱内烟气平均温度 C p t 当地大气压 Pa B 结果为 183 paSy 长春工业大学 11 B 6 6 系统阻力计算系统阻力计算 6 16 1 摩擦压力损失摩擦压力损失 1 对于圆管 2 2 Pa d L pL 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 管道直径 m d 烟气密度 kg m3 管中气流平均速率 m s 管道长度 m L 对于直径 500mm 圆管 L 9 5m 3 n kg84 0 443 273 34 1 160273 273 m 结果为 Pa 5 27 2 9 1384 0 56 0 5 9 02 0 2 L P 2 对于砖砌拱形烟道 见图 6 1 222 2 24 2 B BDS D 560 mm 式中 S 为面积 结果为 B 595 mm 图 6 1 砖砌拱形烟道 长春工业大学 12 6 26 2 局部压力损失局部压力损失 2 2 Pap 式中 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 13 8m s 结果为 1 8 2 9 1384 0 1 0 2 a PP L1 0 05 tan67 5 0 12 m 图 6 2 中二为 30 度 Z 形弯头 H 2 985 2 39 0 595 0 6 m H D 0 6 0 5 0 12 取 0 157 1 57 1 0 Re Re 结果为 长春工业大学 13 7 12 2 9 1384 0 157 0 2 a PP 图 6 2 中三为渐阔管 43 1 4 558 0 14 3 135 0 2 2 1 Pa A A 查 大气污染控制工程 附表十一 并取 30 度 则 19 0 4 15 2 9 1384 0 19 0 2 22 Pap m 82 0 75tan 2 558 01 3 o d 图 6 3 中 a 为渐扩管 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 13 9m s 结果为 1 8 2 9 1384 0 1 0 2 a PP L 0 82 m 长春工业大学 14 图 6 3 中 b c 均为 90 度弯头 D 500 取 R D 则 0 23 结果为 7 18 2 9 1384 0 23 0 2 a PP 两个弯头 4 37 7 1822Papp 对于如图 6 4 中所示 T 形三通管 0 78 3 63 2 9 1384 0 78 0 2 22 Pap 对于 T 形合流三通 0 55 结果为 6 44 2 9 1384 0 55 0 2 22 Pap 系统总阻力 其中锅炉出口前阻力为 800Pa 除尘器阻力 1128Pa 为 6 22161128800 6 44 3 63 4 371 8 4 157 121 8 5 71 5 27Pah V1l1V2l2 V3l3 T 形三通管示意图 长春工业大学 15 7 7 风机和电动机的选择及计算风机和电动机的选择及计算 7 17 1 标准状态下风机风量计算标准状态下风机风量计算 325 101 273 273 1 1 3 y hm B t QQ p 式中 1 1 风量备用系数 标准状态下风机前表态下风量 m3 h Q 风机前烟气温度 若管道不太长 可以近似取锅炉排烟温度 C p t 当地大气压 kP B 结果为 m3 h 4 14072 88 97 325 101 273 160273 79901 1 Qy 7 27 2 风机风压计算风机风压计算 293 1 325 101 273 273 2 1 y Pa Bt t ShH yy p y 式中 1 2 风机备用系数 系统总阻力 Pa h 烟囱抽力 Pa y S 风机前烟气温度 C p t 风机性能表中给出的试验用气体温度 C y t 标准状态下烟气密度 kg m3 y 结果为 2019 34 1 293 1 86 97 325 101 250273 160273 183 2216 6 1 2 HyPa 根据根据 H Hy y和和 Q Qy y 选定 选定 4 684 68 型型 No 6 3cNo 6 3c 的引风机的引风机 长春工业大学 16 表 7 2 4 684 68 型型引风机性能表 机号传 动方式 工况序号转速 r min 流量 m3 h 全压 Pa 内效率 内功率 kw 所需功 率 kw 6 3C222401451131087912 42 17 21 7 37 3 电动机功率计算电动机功率计算 10003600 21 kW HQ Ne yy 式中 风机风量 m3 h y Q 风机风压 Pa y H 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 1 机械传动效率 当风机与电机直联传动时 1 用联轴器连接时 2 2 0 95 0 98 用 V 型带传动时 0 95 2 2 电动机备用系数 对引风机 1 3 0 18 95 0 6 010003600 3 120194 14072 kwNe 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 长春工业大学 17 8 8 系统中烟气温度的变化系统中烟气温度的变化 8 18 1 烟气在管道中的温度降烟气在管道中的温度降 1 C CQ Fq t V 式中 标准状态下烟气流量 m3 h 管道散热面积 m2 F 标准状态下烟气平均比热容 一般为 1 352 1 357KJ m3 C V C 管道单位面积散热损失 KJ m3 h q 室内 4187 KJ m3 h q 室外 5443 KJ m3 h q 室内管道长 L 2 18 0 6 0 12 1 46 F L D 3 14 1 46 0 56 2 57 m2 室外管道长 L 9 5 1 46 8 04 m F L D 3 14 8 04 0 56 14 14 m2 1 8 354 17790 14 14544357 24187 2211 1 C QC Fq QC Fq t o vv 8 28 2 烟气在烟囱中的温度降烟气在烟囱中的温度降 2 C D AH t 式中 烟囱高度 m H 温度