大气污染控制工程

课程设计课程名称： 大气污染控制工程 设计题目： 燃 煤 锅 炉 除 尘 系 统 设 计 学生姓名： 学 号： 学 院： 班 级： 指导教师： 2014 年5月5至5月17日目 录引 言3第1章 概 述41.1大气污染控制工程课程设计任务书41.2 设计依据61.2.1大气质量标准61.2.2烟尘排放浓度61.2.3锅炉烟囱高度应根据锅炉房总设计确定71.2.4燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值8第2章 工艺流程的参数设计92.1燃煤锅炉排烟量及烟尘量和二氧化硫浓度的计算92.1.1标准状态下理论空气量92.1.2 标准状况下理论烟气量92.1.3 标准状况下实际烟气量92.1.4 标况下烟气含尘浓度92.1.5 标况下二氧化硫浓度92.1除尘器的选择92.2.1 除尘效率92.2.2 除尘器的选择102. 3 确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置112.3.1管径的确定112.4 烟囱的设计122.4.1 烟囱的高度的确定122.4.2 烟囱直径的计算122.4.3 烟囱的抽力132.5 系统阻力的计算132.5.1 摩擦阻力损失132.5.2 局部阻力损失142.6 风机和电动机的选择及计算172.6.1 标准状态下风机风量的计算172.6.2 风机风压的计算172.6.3 电动机功率的确定182.7 系统中的烟气温度的变化182.7.1 烟气在管道中的温度降182.7.2 烟气在烟囱中的温度降19第3章 预 算203.1 土建投资203.2 设备及材料费用203.3 间接费203.4 工程总造价21总 结21致 谢22参 考 文 献22引 言现代工业发展很迅速，大气污染已经变成了一个全球性的问题，而燃煤锅炉烟气中由于含尘浓度高且含有二氧化硫等污染物质，对人们的生活环境与健康带来了严重的不良影响，因此，对燃煤锅炉烟气的处理的要求也越来越高，现在社会上运用的烟气除尘设备种类很多，包括过滤式除尘器、湿式除尘器、电除尘器、机械除尘器等。但这些单一除尘器对二氧化硫的去除效果并不是很理想，均需要另设脱硫设备，这增加了设备的投资与管理费用。本次设计采用的是锅炉通引风机GY6-41型风机GY6-41型锅炉离心引风机，是为适应燃用各种煤质并配有消除尘烟装置的0.5t/h10t/h工业锅炉而设计、最高全压效率高于80%的新系列低噪音风机，凡进气条件相当，性能相通者均可选用。风机的特点GY6-41系列离心式通风机，是锅炉通、引风机的换代产品。GY6-41系列通风机所用的设计方法：选择合适的风机型式，合理的风机工况，优选流型，合理组织气源，精心设计叶型，增大风舌间隙，适当降低风机转速，改进蜗壳设计，净化来流及尽量减少二次流损失等设计原则，采用有限差分法计算进风口和叶轮轮盖型线，并以叶轮进口处气流顺畅均匀作为优化判据进行了风口优化设计。再结全原有的风机叶轮、蜗壳等优化设计方法，综合叶轮、蜗壳、进风口三者一体化的优化设计程度，得出气动略图曲线，实践证明，它既能保证风压、风量，又能保证较高的效率、较低的比噪声和较小的风机尺寸。第1章 概 述1.1大气污染控制工程课程设计任务书指导教师： 一、 题目燃煤锅炉除尘系统设计二、 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1、锅炉型号：ZDFR型（2）锅炉型号：ZDFR-2M型，外形尺寸577034605000mm，额定蒸发量2t/h，设计耗煤量：300kg/h（台），共4台；2、排烟温度：160 烟气密度（标准状态下）：1.34kg/m3空气过剩系数：=1.4排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：800Pa当地大气压力：97.86kPa冬季室外空气温度：-1空气含水（标准状态下）：按0.01293kg/m3烟气其他性质按空气计算3、煤的工业分析值：（2）Car=58.20% Har=4.36% Sar=1.20% Oar=5% Nar=1.12% War=5.2% Aar=24.92% Var=23.2%4、 其他要求按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区、时段标准执行。烟尘浓度排放标准（标准状态下）：ZDFR-1M型锅炉120mg/m3，其他型号锅炉200mg/m3二氧化硫排放标准（标准状态下）：900mg/m3净化系统布置场地如图1所示的锅炉房北侧20m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、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）。1.2 设计依据1.2.1大气质量标准当地大气质量执行大气环境质量标准“GB13271-2001”中的二级标准。按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区、时段标准执行。1.2.2烟尘排放浓度执行大气环境质量标准“GB13271-2001”中的二级标准。本标准按锅炉建成实用年限分为两个阶段，执行不同的大气污染物排放标准：时段：2000年12月31日前建成使用的锅炉。时段：2001年1月1日起建成使用的锅炉（含在时段立项未建成或未运行使用的锅炉、建成使用锅炉中需要扩建、改建的锅炉）见下表。1.2.3锅炉烟囱高度应根据锅炉房总设计确定新建锅炉烟囱周围半径200m的距离内有建筑物时，烟囱高度应高出最高建筑物3m以上，达不到此要求时，锅炉烟尘排放浓度限值及黑度按“GB13271-2001”中的二类区域的浓度标准执行。烟囱的高度由锅炉蒸发量确定见下表。1.2.4燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值根据锅炉销售出厂时间按下表的时间短规定执行第2章 工艺流程的参数设计2.1 燃煤锅炉排烟量及烟尘量和二氧化硫浓度的计算2.1.1标准状态下理论空气量Qa = 4.76 ( 1.867 Car5.56 Har + 0.7 Sar - 0.7 Oar ) (m3/kg)Qa = 4.76(1.86758.2% + 5.564.36% + 0.71.2% - 0.75%)=6.199 (m3/kg)2.1.2 标准状况下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）Qs = 1.867(Car+0.375 Sar)+11.2Har +1.24War +0.0166Qa +0.79 Qa+0.8 Nar = 1.867(58.2% +0.375 x 1.2%)+11.24.36% +1.245.2% + 0.0166.199 + 0.796.199 +0.81.12% = 6.653 (m3/kg)2.1.3 标准状况下实际烟气量 Qs = Qs+1.106（-1）Qa = 6.653+ 1.106(1.4 - 1 )6.199 = 9.172 m3/kg 标准状态下烟气流量Q应以m3/h计，因此，Q总= QS设计耗煤量 Q总 = 9.172300 = 2751.6 m3/h 2.1.4 标况下烟气含尘浓度 C = d sh AarQs = 16 % 24.92 %9.172 = 0.00435 kg/m3 2.1.5 标况下二氧化硫浓度 Cso2 = 2 SarQs106 = 21.2 %9.172 106 =2616.659 mg/m32.1除尘器的选择2.2.1 除尘效率= 1- CsC式中，C 标准状况下烟气含尘浓度，mg/m3； Cs 标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3。 =( 1 - 2004350 )100%= 95.4 %2.2.2 除尘器的选择工况下烟气流量 Q = QTT （m3/h） 式中，Q 标准状态下的烟气流量，m3/h； T 工况下烟气温度，K； T 标准状态下温度，273K。Q = 2751.6（273+160）273= 4364.26（m3/h）考虑到从锅炉到除尘器的管道漏风率为10 %，Q = 4801则烟气流速为 Q3600 = 48013600 = 1.33（m3/s）根据工况下的烟气量1.33m3/s、烟气温度160及要求达到的除尘效率=95.4%确定除尘器：选用HQ-24型气环反吹袋式除尘器。产品性能规格见表1，设备外形结构尺寸见表2表1 HQ-24型气环反吹袋式除尘器产品性能规格型号过滤面积/m2压力损失/Pa除尘效率/%含尘浓度/(g/m3)过滤气速/(m/min)处理气量/(m3/h)反吹气量/(m3/min)质量/kgQH-2423100012009951546576082907201170 表2 HQ-24型气环反吹袋式除尘器外形结构尺寸 mm型号ABCDEFIKa1a2b1b2m1m2n1n2HQ-2412842251773112010007269301100480400129144431412图1 HQ-24型气环反吹袋式除尘器外形尺寸结构2. 3 确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。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。各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况及锅炉现场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、管道短、占地面积小，并使安装、操作和检修方便。2.3.1 管径的确定（m）式中 Q工况下管内烟气流量，m3/s； v烟气流速，m/s（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘v=1015 m/s）。取 v = 14 m/s则 =0.348（m）圆整并选取风道表3 风管规格外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm36010.60 圆整后取d =360 mm取钢制板风管壁厚 = 0.60 mm内径d1 = 360 - 0.62 = 358.8 mm实际烟气流速 u = 4Q /d2=41.33/( 3.14 0.35882 ) = 13.16 m/s2.4 烟囱的设计2.4.1 烟囱的高度的确定 首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总蒸发量（t / h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表2）确定烟囱的高度。表 4 锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力/（t/h）1122661010202635烟囱最低高度/m202530354045锅炉总额定出力：42 = 8（t/h）故选定烟囱高度为35 m2.4.2 烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算d =式中 Q 通过烟囱的总烟气量，m3/s； w 烟囱出口烟气流速，m/s（按表5 选取）。表 5 烟囱出口烟气流速 / ( m / s )通风方式运 行 情 况全负荷的最小负荷的机械通风10-204-5自然通风 6-102.5-3选定 w = 4 m / s d = 1. 303 m圆整后 取d=1.3 m 烟囱底部直径d1=d2 + 2iH式中 d2 烟囱出口直径，m； H 烟囱高度，m； i 烟囱锥度 （通常取i=0.020.03）。取 I = 0.02d1 = 1.30 + 20.0235 = 2.7 m2.4.3 烟囱的抽力（Pa）式中 H 烟囱高度，m； tk 外界空气温度，； tp 烟囱内烟气平均温度，； B 当地大气压，Pa。 Sy =0.034235()97.86103 =160（Pa）2.5 系统阻力的计算2.5.1 摩擦阻力损失对于圆管 pL = （Pa）式中：L 管道长度，m； d 管道直径，m； 烟气密度，kg/m3 v 管道中气流平均速率，m/s； 摩擦阻力系数。（实际中对金属管道 值可取0.02，对砖砌或混凝土管道 值可取0.04）。a. 对于直径为360 m的圆管 L = 9.5 m=h = 1.34 = 0.84（kg/m3） pL = 0.02 = 38.39（Pa）b对于砖砌拱形烟道 A = 24D2 = B2 + 2（B2）2 D = 360mm故B = 322mmR=0.122m x=1.413+1.8=3.213图2 砖砌拱形烟道示意图2.5.2 局部阻力损失（Pa）式中： 异型管件的局部阻力系数； v 与对应的断面平均气流速度，m/s； 烟气密度，kg/m3。图3 除尘器入口前管道示意图图3中一为渐缩管45时，= 0.1取= 45，v = 13.16 m/s= 0.1= 7.27（Pa）l1=0.05tan67.5 = 0.12 （m）图3中二为30Z型弯头h=2.9852.39 = 0.6（m）h/H = 0.6/0.5 = 0.12取= 0.157=Re由手册查得Re =1.0= 1.00.157 = 0.157= 0.157= 11.42（Pa）图3中三为渐扩管A1A2 = 0.3513.140.498524 = 1.79查大气污染控制工程附表十一，并取=30则= 0.19= 0.19= 13.82（Pa）l2 = tan15= 0.93（m）图4 除尘器出口至风机入口段管道示意图 图4中a为渐扩管45时，= 0.1取= 30，v = 13.16 m/s= 0.1= 7.27（Pa）L=0.93（m）图4中b、c均为90弯头D = 500，取 R = D，则 = 0.23= 0.23= 16.73（Pa）=2= 216.73 = 33.46（Pa）图5 T形三通管示意图 = 0.78= 0.78= 56.71（Pa）对于T形合流三通 = 0.55= 0.55= 39.99（Pa）系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力为1400Pa）为h = 38.3984.17.2711.4213.827.2733.4656.7139.998001200=2292.43（Pa）2.6 风机和电动机的选择及计算2.6.1 标准状态下风机风量的计算Qy = 1.1Q (m3/h)式中 1.1 风量被用系数； Q 标准状态下风机前风量，m3/h； tp 风机前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度；Qy = 1.12751.6= 4970.67(m3/h)2.6.2 风机风压的计算Hy = 1.2(h-Sy) (Pa)式中： 1.2 风压备用系数； h 系统总阻力，Pa; Sy 烟囱抽力，Pa; tp 风机前烟气温度， ty 风机性能表中标出的实验用气体温度， y 标准状态下烟气密度（=1.34kg/m3）。Hy = 1.2(2292.43-160) = 2116.64 (Pa)根据Qy和Hy选定GY6-41 5.4C的引风机，性能如下表风机型号机号转速/（r/min）风压/Pa风量/(m3/h)效率/q%电机功率/kwGY6-415.4C26002002260439007980807.52.6.3 电动机功率的确定Ne=式中：1 风机在全压头时的效率（一般风机为0.6）； 2 机械传动效率，用V形带传动（一般为0.95）； 电动机备用系数（1.3）。Ne = =6.67（kW）根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定Y160M1-2型电动机。同步转速3000 r/min，2级电动机型号额定功率/kW满载转速/(r/min)堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩质量/kgY160M1-21129302.02.31172.7 系统中的烟气温度的变化2.7.1 烟气在管道中的温度降 t1 = （）式中： Q 标准状态下烟气流量，m3/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/( m3)； q 风机前烟气温度，室内 q = 4187 kJ/( m2h)室外 q = 5443 kJ/( m2h)室内管道长 L1 = 2.180.60.12 = 1.46m F 1 =L1D = 3.141.460.36 = 1.65（m2） 室外管道长 L2 = 9.51.46 = 8.04mF 2 =L2D = 3.148.040.36 = 9.09（m2）t1= = = 8.672.7.2 烟气在烟囱中的温度降t2 =（）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 温度系数，可由表查得表6 烟囱温度系数烟囱种类钢烟囱（无衬筒）钢烟囱（有衬筒）砖烟囱（H50m）壁厚小于0.5m砖烟囱壁厚大于0.5mA20.80.40.2t2 = =4.95（）总温度降 t = t1t2 =8.674.95=13.62第3章 预 算3.1 土建投资 A1序号123名称烟囱（砖）炉膛地基价格（万元）0.90.50.5A1 = 0.90.50.5 = 1.9万元3.2 设备及材料费用A2序号123456名称电除尘器省煤器引风机电动机电控柜钢管、管夹、阀门价格（万元）1.40.60.90.60.60.8A2 = 1.40.60.90.60.60.8 = 4.9万元3.3 间接费设计费用B1 =（A1A2）6% （1.94.9）6% = 0.408 万元设备管道电气安装费B2 = A212% = 4.912% = 0.588 万元设备运杂费B3 = A23% = 4.93% = 0.147万元系统调试费B4 = A24% = 4.94% = 0.196万元不可预见费B5 = A210% = 4.910% = 0.49万元税金 B6 = （A1A2B1B2B3B4B5）3.86% = （1.94.90.4080.5880.1470.1960.49）3.86%= 0.333万元B = B1B2B3B4B5B6 = 0.4080.5880.1470.1960.490.333= 2.162万元3.4 工程总造价总造价 = A1A2B = 1.94.92.162 = 8.962万元以上价格由全国统一安装工程算定额、全国建筑工程定额、湖南省建筑工程综合预算定额、湖南省省单位估价表查得。总 结历时两周，终于完成了本次的课程设计。由于本人的知识能力与工程实践经验有限，时间紧迫，而此次设计所涉及的内容与要求也较多，所以，设计的成果存在很多不足之处，譬如说：烟囱的设计、管道的敷设以及设计计算等都存在考虑不周全的问题。通过这次课程设计，我对所学知识进行了巩固和深化，我感觉就像亲身经历了一个现实中工程的设计，并从中学到了很多东西，特别是资料的查询与整理，这是平时很少锻炼过的。课程设计过程中能够独立应用所学知识来分析、解决问题的感觉真好：设计中会遇到各类问题，通过查资料或咨询老师或与同学们一起讨论分析，问题便迎韧而解。通过这次课程设计，使我明白专业知识固然重要