大气污染课程设计说明书

郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计环境治理课程设计说明书课程设计题目：郑州航院南校区燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计指导教师：彭伟功院系：土木建筑工程学院业：环境工程名：张建强号：070508136期：2010-12-10第1页 共23页郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计概述随着经济和社会的发展，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。由于中国燃料结构以煤为主的特点，致使中国目前大气污染仍以煤烟型污染为主，其中尘和酸雨危害最大，且污染程度还在加剧。因此，控制燃煤烟尘的SO2对改善大气污染状况至关重要。高温气体净化主要包括脱硫和除尘两部分，此外还须脱除HCL、HF和碱金属蒸汽等有害杂质。在常规工艺中，脱硫和除尘作为独立的单元操作分别在各自的装置中完成。而在脱硫除尘一体化工艺过程中，将脱硫和除尘两个单元操作结合起来，即在一个操作单元中既达到除尘的目的又满足脱硫的要求。脱硫除尘一体化操作可以简化工艺流程，节约设备投资。因而，研究开发适合于我国燃煤锅炉烟气脱硫除尘一体化设备具有重要的使用价值。目前烟气脱硫除尘一体化装置主要是通过工艺改造和设备优化组合来实现脱硫除尘的目的，很少有人来通过改良脱硫除尘剂的配方来实现这一目的。假如能够在现有的成熟的高效率脱硫工艺的基础上，在投资成本和运营成本都不高的情况下，通过一些工艺的改良和脱硫药剂的改善来提高其除尘效率，使得该脱硫除尘一体化装置既有良好的脱硫效果，又能获得较高的除尘效率。这种技术的研制和开发一定会有很好的推广价值，产生良好的社会效益和经济效益。第2页 共23页郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计大气污染控制工程课程设计任务书一、课程设计的题目某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计二、课程设计的目的《大气污染控制工程》课程设计是大气污染控制工程课程的重要实践性环节，本课程设计是环境工程专业学生在校期间第一次较全面的大气污染控制设计能力的训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。本课程设计旨在使学生通过这一环节，掌握《大气污染控制工程》课程各基本原理和基本设计方法的应用，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，使学生受到大气污染控制工程设计的基本训练，为学生以后从事本工程领域的设计打下基础。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，培养学生运用所学理论知识进行大气污染控制系统方案设计的初步能力。结合前续课程《大气污染控制工程》的内容，运用各种污染物的不同控制、转化、净化原理和设计方法，进行除尘、除硫、脱氮等大气污染控制工程设计，从课程设计的目的出发，通过设计工作的各个环节，达到以下教学要求：第3页 共23页郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计.通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用大气污染控制设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决大气污染控制设计问题的能力；.学习大气污染控制设计的一般方法、步骤，掌握大气污染控制设计的一般规律，重点掌握除尘技术的基本理论，学会正确选用除尘设备、设计除尘系统；气态污染物净化的基本原理，主要污染物的典型净化工艺流程和设备；设计、选择和运行大气污染净化系统；.进行大气污染控制设计基本技能的训练：例如设计计算、绘图工程图、查阅资料和手册、运用标准和规范；编写设计说明书。三、课程设计原始资料.应用行业或者领域：水泥建材行业、冶金行业、焦炭行业、采暖通风、工业与民用建筑等。.运行工况：处理风量：32000m3/h排烟温度：140℃流体密度（标准状态下）：1.34kg/m3颗粒真密度：1.31X103kg/m3流体介质粘度：1.27X103空气过剩系数：1.4排烟中飞灰占煤中不可染成分比例：16%烟气在锅炉出口前阻力：800Pa煤的工业分析值：第4页 共23页郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计Cy=68%Hy=4% Sy=1% Oy=5%Ny=1% Wy=6% Ay=16% Vy=13%.工作地点水文气象资料（以便做好防潮防冻等相关防护措施）：周围风速：6m/s年降水量：60cm3风向:西北风当地大气压力：98kPa空气湿度：0.0129kg/m3（标准状态）最低气温：-3℃露点：-9℃结点：-4℃.土建基础情况〔以便考虑基础是否承重环保设备自重等因素〕；.地下水位距地面1.0〜2.0m,对设备基础无侵蚀性，水位年变化约2m左右；.生产废气单位的排气量年度变化情况，在附近约5公里处有无较大型社区，周围无教育、科研等科教文化区；.附近水源及自来水供应状况〔尤其对于湿式除尘很有必要〕；.收集到的粉尘如何处理运输；.设备服役期限等相关数据资料；.执行标准：按照锅炉大气污染物排放标准（6813271-2001）中二类区标准执行。烟尘浓度排放标准（标准状态下）：200mg/m3第5页 共23页

郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计二氧化硫排放标准（标准状态下）：900mg/m312.净化系统布置场地如图1、图2所示的锅炉房南侧15m以内。I图1锅炉房平面布置图四、课程设计内容及要求.燃煤锅炉排烟量以及烟尘和二氧化硫浓度的计算。.净化系统设计方案的分析确定。.除尘器的比较和选择：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主第6页 共23页郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计要运行参数。.管网布置及计算：计算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（即压降）。.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、系统总阻力等计算风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。.编写设计说明书：设计说明书按照设计程序编写，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、通顺、内容正确完整，格式工整、装订成册。.图纸要求（1）除尘系统图一张（2号图或者3号图）。系统图应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。系统图需要在标题栏区域注明各部件编号、图号；根据各部件图详细情况，对各部件继续进行拆分，画出相应零件图，具体数量依据零部件标示清晰状况而定；标准件和外购件需要在总装配图上注明，并在标题栏区。标准件指螺栓螺母垫圈等，外购件是指风机、电机等配套设备。（2）除尘系统平面、剖面布置图2〜3张（3号图或者4号图）。图中设备管件应标注编号，编号应与系统图对应。布置图应按比例绘制。（3）绘制设备零件图纸。.设计成果提交形式：设计说明书要力求文字通顺、简明扼要，图表要清楚整齐，每个图、表都要有名称和编号，并与系统图中内容一致。课程设计图纸应第7页 共23页郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计能较好地表达设计意图，图面布局合理、正确清晰、符合制图标准及有关规定。最后成果及图表要字体工整，合订时，设计说明书在前，附表和附图分别集中，依次放在后面。五、主要参考书目.郝吉明，马广大主编.大气污染控制工程.北京：高等教育出版社,2002.钢铁企业采暖通风设计手册.北京：冶金工业出版社,2000.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.航天部第七研究设计院编.工业锅炉房设计手册.北京:建工出版社.陆耀庆主编.供暖通风设计手册.北京:建工出版社,1987.陈庆佳主编.最新风机产品样本设计参数与风机应用机产品技术标准使用手册.当代中国音像出版社，2007.工业锅炉旋风除尘器指南.1984.黄学敏,张承中主编.大气污染控制工程实践教程.北京：化工出版社,2003.张殿印，王纯主编.除尘工程设计手册，北京:化学工业出版社,2003第8页 共23页郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计课程设计计算书1.烟量气、烟尘和二氧化硫浓度的计算（1）标准状态下理论空气量Q=4.76(1.867Cy+5.56Hy+0.7Sy-0.7Oy)(m3/kg)a式中Cy，Hy，Sy，Oy——分别为煤中各元素所含的质量分数。Q=4.76x(1.867义0.65+5.56义0.05+0.7义0.01—0.7义0.05)a=7.0(m3/kg)（2）标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）Q=1.867(Cy+0.375Sy)+11.2Hy+1.24Wy+0.016Qf+0.79Qf+0.8Ny(m3/kg)S a a式中 Q——标准状态下理论空气量，(m3/kg)；aWy——煤中水分所占质量分数，%；Ny——N元素在煤中的质量分数，%。Q=1.867x(0.65+0.375x0,01)+11.2x0.05+1.24x0.06+0.016x7.0+0.79x7.0+0.8x0.01s-7.5(m3/kg)(3)标准状态下实际烟气量Q-Q'+1.016（a—1）Q'（m3/kg）s s a式中a——空气过剩系数；Q——标准状态下理论烟气量，m3/kg；sQ——标准状态下理论空气量，m3/kg。a标准状态下烟气流量Q应以m3/h计，因此，Q-Qx设计耗煤量。第9页 共23页

郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计Qs=7.50+1.016x(1.4-1)x7.0=10.34(m3/kg)Q二Qsx设计耗煤量=10.34x550=5687(m3/h)(4)标准状态下烟气含尘浓度(4)标准状态下烟气含尘浓度--d•Ay.C-Th (kg/m3)s式中dsh式中dsh排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数;Ay——煤中不可燃成分的含量;Ay——煤中不可燃成分的含量;Qs——标准状态下实际烟气量，m3/kg。"0.16x0.16C- 10.34-2.48x10-3(kg/m3)-2.48x103(mg/m3)(5)标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算(5)标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算式中2Sy_ ,、Cx10式中2Sy_ ,、Cx106(mg/m3)2Q

sS——煤中含可燃硫的质量分数；Q——标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/kg。C-3x106s。2 10.34-1.93x103(mg/m3)2.除尘器的选择(1)除尘器应达到的除尘效率式中C——标准状态下烟气含尘浓度，mg/m3；Cs——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值,mg/m3。第10页 共23页郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计1 200“二1-郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计1 200“二1- 2.48x103=0.9193=91.93%(2)除尘器工况烟气流量,QTf八Q=T(m3/h)式中Q——标准状况下的烟气流量，m3/h；T——工况下烟气温度，K；T——标准状态下的温度，273K。〜QT'5687x(140+273)Q=-T= 273 =8603.4(m3/h)则烟气流速为:Q

36008603.43600=2.39(m3/s)（3）除尘系统选择方案净化系统的布置要考虑到占地面积小，沿程损失少，一次投资小、维修管理方便以及系统总除尘效率高等。在净化系统处理烟气过程中不能产生二次污染，要做好系统的密封性和处理烟气的高效率。该燃煤厂锅炉排放烟量不大，但其烟气含尘浓度及含硫浓度都比较大，选择除尘器时应该考虑除尘效率、处理烟气流量、脱硫效率等。烟尘浓度排放标准规定的排放量是200mg/m3，二氧化硫排放标准规定的二氧化硫排放量要达到900mg/m3。本工艺方案是按锅炉大气污染排放标准（GB13271-2001）中的二类区标准进行设计。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。本设计确定除尘器为无锡市四方锅炉设备制造有限公司生产的ZST-4旋风水膜脱硫除尘器（按Q/320211ARQ01-2002《旋第11页 共23页

郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计风水膜脱硫除尘器》和Q/320283JUHF01-2002《高效脱硫消烟水膜除尘器》标准进行制造、试验和验收。)。其生产性能规格见表1,设备外形架构尺寸见图-1。表--1ZST-4型旋风水膜脱硫除尘器性能规格表型号配套锅炉容量(t/h)处理烟气量(myh)除尘效率(%)排烟黑度设备阻力(Pa)脱硫效率(%)ZST-4412000>98林格曼黑度＜1<1200>82.——1140———750.A B图-1ZST-4型旋风水膜脱硫除尘器外形结构尺寸3.确定除尘器、风机很烟囱的位置及管道的布置(1)各装置及管道布置的原则根据锅炉运行情况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，紧第12页 共23页

郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计凑，管路短，占地面积，并使安装、操作和检修方便。本方案的管道确定如图2所示。（2）管径的确定式中Q——工况下管道内的烟气流量，m3/s;v——烟气流速，m/s,（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘丫=10—15!^$）。取v=14m/s取整d=4 48603V36003.14140.466(m)表-2管道参数外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm500土10.75则管的内径为：d150020.75498.5mm由公式d由公式d号任）计算实际烟气流速4Q"d2486034Q"d24860336003.140.4985212.3m/s郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计.烟囱的设计（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（表-3）确定烟囱的高度。表-3锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力/（t/h）<11〜22〜66〜1010〜2026〜35烟囱最低高度/m202530354045锅炉总的蒸发量/（t/h）：4x4=16，则烟囱最低高度为40m。（2）烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算：d=0.0188,2（m）式中Q——通过烟囱的总烟气量，m3/h；V——按表4选取的烟囱出口烟气流速，m/s。取v=4m/s（见表-4）d=0.0188x、;4X4603=0.0188x92.75=1.74m表--4烟囱出口烟气流速通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风10〜204〜5自然通风6〜82.5〜3则圆整取d=1.7m。第14页 共23页

郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计烟囱底部直径:d1=d2+2•i•H(m)式中 d2——烟囱出口直径，m；H——烟囱高度，m；i——烟囱锥度，通常取1=0.02-0.03。取i=0.02d1=1.74+2x0.02x40=3.34m(3)烟囱的抽力S=0.0342S=0.0342H273+11273+1)•B(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，P。。1 1 ,S=0.0342x40x( - )x97.86x103y 273—1273+140=168.03(Pa).系统阻力的计算(1)摩擦压力损失对于圆管 AP=九—・Ev2(Pa)ld2式中L 管道长度，m；d——管道直径，m；P 烟气密度，kg/m3；v——管中气流平均速率，m/s；九一一摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度K/d的函数。第15页 共23页

郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计可以查手册得到（实际中对金属管道九值可取0.02,对砖砌或混凝土管道入值可取0.04）。1）对于圆形管道直径为500mm的管道L=a1+a2+a3+a4+a5=2680+815+500+500+1500+3650+1800（mm）=11.45m273273+140密度换算:=1.34273x 413=0.886(密度换算:=1.34273x 413=0.886(kg/m3)摩擦压力损失:八Pl=0.02x11.450.50.886x12.322=30.69(Pa)2）对于砖砌拱形烟道（如图-3）A=2x二D2=B2+—(B)

4 22D=500mm；故8=531!^；则r=A（其中A为面积，X为周长）;

X图-3砖砌拱形烟道示意图兀因A=0.3925m2X=2B+aB=1.8957mA_0.3925A_0.3925X―1.89570.2070第16页 共23页郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计L=L=9990x2+(3200—500 3940二20960mm=20.96二20960mm=20.96m九二0.04也竺x0.886x⑵32二67.86Pa4x0.2070（2）局部压力损失△p=W•P-2（Pa）2式中占——异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到;v——与自像对应的断面平均气流速率，m/s；P 烟气密度，kg/m3。1）进气管部分局部水头损失的计算a）渐缩管（如附图-4）a<45。时，0=0.1,（取a=45。，v=12.3m/s）寸-=W寸-=W=°」X0.886x12.32 =6.70Pa则11则11=0.05xtan67.5。=0.12mb)90°弯头弯管两个圆形90°弯头圆管直径D=0.5m,取曲率半径R=D,查表得0=0.23Ap2=2Ap2=20PV2"T"=2x0.23x0.886x12.322=30.83Pac）渐扩管4=0.39x。.64 =1.28A3.14x(0.4985/2)2第17页 共23页

郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计查《三废处理工程技术手册一废气卷》625页表17-23部分管件局部阻力系数，取a=30°,得q=0.07"3=007*0.886x12.32 =4.69Pa=0.26m0.64=0.26m xtan7522）出气管部分局部水头损失的计算a）90°弯头弯管（如附图-5）三个圆形90°弯头圆管直径D=0.5m，取曲率半径R=D，查表得C=0.23则AP4=3qpv2则AP4=3q=3x0.23x =46.23Pab）三通管vjl Vj/jAi=Ai哂-图-6T型三通管示意图a.对于图-6所示的三通管，q=0.780.886x12.32则AP=0.78x =52.28Pa2b.对于T形合流三通管，q=0.550.886x12.32则AP=0.55x =36.86Pa2（3）系统总阻力计算（其中锅炉出口前阻力800Pa，除尘器阻力1200Pa）第18页 共23页

郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计ZAh=APL+AP0+AP1+AP2+AP+AP4+AP+AP6+800+1200=30.69+67.86+6.70+30.83+4.69+46.23+52.28+36.86+2000=2276.14Pa.风机和电动机的选择及计算(1)标准状态下风机风量的计算273+1 101.355Q=1.1Q273px一b一(m3/h)式中1.1——风量备用系数;Q——标准状态下风机前风量，ms式中1.1——风量备用系数;Q——标准状态下风机前风量，ms/h；风机前烟气温度，℃。若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度;当地大气压力，kPa。273+当地大气压力，kPa。273+140 xQy=1.1x5687x273二9799m3/h101.32597.86(2)风机风压的计算H=1.2QAh-(2)风机风压的计算H=1.2QAh-S之上x也坐x史y273+1y(Pa)式中1.2——风压备用系数;ZAh——系统总压力，Pa；Syt-pt-Syt-pt-ypy烟囱抽力，Pa；风机前烟气温度;风机性能表中给出的试验用气体温度，标准状况下烟气密度，1.34kg/ms。Hy=1.2Hy=1.2x(2276.14-168.03)=2206.83Pa273+140101.3251.293x x x 273+200 97.86 1.34根据Qy和Hy的值，选定Y5-50-12.6C型号的风机，其性能规格如下表-5所示。表-5Y5-50-12.6C型引风机性能表型号转速(r/min)流量(m'h)全压(Pa)有效功率(KW)全压效率(%)Y5-50-12.6C25001063第19页共26页7.68383.8郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计(3)电动机功率的计算(kW)Ne二(kW)3600xi000qn12式中Qy 风机风量，ms/h；Hy——风机风压，Pa；n1——风机在全压头时的效率(一般风机为0.6,高效风机为0.9)；n2——机械传动效率，当风机与电机直接传动时n2=i,用联轴器连接时n2=0.95〜0.98,用V形带传动时n2=0.95；B——电动机备用系数，对引风机，B=1.3。… 9799x2206.83x1.3Ne二 3600x1000x0.6x0.95=13.69KW根据电动机的功率Ne,选定与Y5-50-12.6C型引风机配套的Y160M2-2B3型号电动机。其性能表如下表-6所示。表-6Y160M2-2B3型电动机的性能表电动机转速(r/min)功率(KW)Y160M2-2B3293015.系统中烟气温度的变化当烟气管道较长时，必须考虑烟气温度的降低。除尘器、风机、烟囱的烟气流量应按各点的温度计算。(1)烟气在管道中的温度降At=~q~F~(0C)1Q-CV式中Q——标准状态下烟气流量，ms/h；管道散热面积，m2；第20页 共23页郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院环境工程专业环境治理课程设计CV——标准状态下烟气平均比热容（一般为1.352~1.357kJ/m3・℃）；Q——管道单位面积散热损失。室内q=4187kJ/（m2-h）室外q=5443kJ/（m2-h）、室内管道长度及面积:L1=2.18—0.6—0.12=1.46mF1=兀L1D=3.14