大气污染控制工程课程设计实例,一、课程设计题目 某燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计 二、课程设计的目的 通过课程设计使学生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 养学生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，使学生了解工程设计的 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：SZL4-13 型，共 4 台 设计耗煤量：600kg/h(台) 排烟温度：160 烟气密度：1.34kg/Nm3 空气过剩系数：=1.4 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：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 空气含水按 0.01293kg/ Nm3 烟气其他性质按空气计算 煤的工业分析值：,1,CY =68%，,H Y =4%，,SY =1% ，,OY =5%，,NY =1%，W Y =6%，AY =15%，V Y =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：200mg/ Nm3 二氧化硫排放标准：900mg/ Nm3 净化系统布置场地为锅炉房北侧 15m 以内。 四、设计计算 1燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 （1）理论空气量,2,YYYY,a,Q 4.761.867 C 5.56 H 0.7S 0.7O ,(m3 N /kg),式中： CY 、 H Y 、 SY 、OY 分别为煤中各元素所含的质量百分数。 Qa 4.76 (1.867 0.68 5.56 0.04 0.7 0.01 0.7 0.05) 6.97(m3 N / kg) 理论烟气量（设空气含湿量 12.93g/m3 ） N Q 1.867 (CY 0.375 SY ) 11.2H Y 1.24W Y 0.016Q 0.79Q 0.8NY saa （m3 /kg） N 式中： Qa 理论空气量（m3 /kg） N W Y 煤中水分所占质量百分数； NY N 元素在煤中所占质量百分数 Qs 1.867 (0.68 0.375 0.01) 11.2 0.04 1.24 0.06 0.016 6.97 0.79 6.97 0.8 0.01 7.42(m3 N /kg) 实际烟气量,（m3 /kg） N,Qs Qs 1.016( 1)Qa 式中： 空气过量系数。,s,N,Q 理论烟气量（m3 /kg）,a,N,Q 理论空气量（m3 /kg）,烟气流量 Q 应以 m3 /h 计，因此。Q Qs 设计耗煤量 N Qs 7.42 1.016 (1.4 1) 6.97 10.25(m3 N /kg) Q Qs 设计耗煤量 10.25 600 6150（m 3 N /h) （4） 烟气含尘浓度：,d AY,C sh Qs,N,（kg/m3 ）,式中： d sh 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的百分数； AY 煤中不可燃成分的含量；,Qs 实际烟气量（m3 /kg）。 N C 0.16 0.15 10.25 2.34 10 3 (kg/m 3 N ) 2.34 10 3 (mg/m 3 N ) （5） 烟气中二氧化硫浓度的计算,6,2,10,S,Q,2SY,CSO,（mg/ m3 ） N,式中： SY 煤中含硫的质量分数。 QS 燃煤产生的实际烟气量（m3 /kg） N,10.25, 2 0.01 0.98 10 6,SO2,C, 1.9110 3 (mg/m 3 N ) 2除尘器的选择 （1）除尘效率,C, 1 Cs,式中：C烟气含尘浓度，mg/m3 ； N Cs锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3 。 N,200, 1, 91.45%,2.34103,（2）除尘器的选择,T,工况下烟气流量： Q QT ,（m3/h）；,36003600,3, 9754 2.7(m3 /s),Q,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 6150 (273 160 ) 273 9754 (m3 /h),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：由陕西蓝天锅炉设 备制造有限公司所提供的“XDCG 型陶瓷多管高效脱硫除尘器”（国家级科技成果重点推广 计划项目）中选取XDCG4 型陶瓷多管高效脱硫除尘器。产品性能规格见表 1，设备外型结,构尺寸见表 2。 表 1 XDCG4 型陶瓷多管高效脱硫除尘器产品性能规格,表 2 XDCG4 型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸（见图 1）,图 1 XDCG4 型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸 确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。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 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。 管径的确定,4Q ,d ,（m）,式中， Q 工况下管道内的烟气流量（m3/s）； 烟气流速（m/s）（对于锅炉烟尘 =10-15 m/s）。 取 =14 m/s，, 0.49,4,3.14 14,4 2.7,d ,（m）,圆整并选取风道：,内径=d1=500-2 0.75=495.5mm,由公式d ,4Q 可计算出实际烟气流速：, 13.8,4Q4 2.7,d 23.14 0.4955 2, ,（m/s）,4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：4 4=16（t/h） 故选定烟囱高度为 40m。 （2）烟囱直径的计算 烟囱出口内径可按下式计算：,Q ,d 0.0188,（m）,式中：Q通过烟囱的总烟气量（m3/h） 按表 4 选取的烟囱出口烟气流速（m/s） 表 4烟囱出口烟气流速 m/s,选定=4m/s,4,5,4 9754 1.83m,d 0.0188,圆整取 d=1.8m 烟囱底部直径,（m）,d1 d2 2 i H 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=0.02， d1=1.83+2 0.02 40=3.5m。 （3）烟囱的抽力,k, B,p , 273 t273 t,11,S y 0.0342 H ,（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）。,11,y,) 97.86 10 3,273 1273 160,S 0.0342 40 (, 183(Pa) 5. 系统阻力的计算 （1）摩擦压力损失,对于圆管，,2,L 2,PL d .,（Pa）,式中，L管道长度（m） d管道直径（m）； 烟气密度（kg/m3）； 管中气流平均速率（m/s）； 摩擦阻力系数，是气体雷诺数 Re 和管道相对粗糙度 K 的函数。可以查手 d 册得到（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500 圆管 L=9.5m, 1.34 273 0.84(kg / m3 ) 443,273 n 273 160, ,2,6, 30.4(Pa),9.50.84 13.82,PL 0.02 0.5 ,2 2,B 2,b 对于砖砌拱型烟道 A 2 D2 B2 (),4 D 500 mm 故B 450 mm,A X,则 R ,式中，A 为面积，X 为周长。 （2）局部压力损失,2, 2,P ,（Pa）,式中：异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获得； 与相对应的断面平均气流速率（m/s）； 烟气密度（kg/m3）。,一,二 度,三,图 3 除尘器入口前管道示意图 图 3 中一为减缩管 45时，=0.1 取=45、=13.8m/s,22, 8.0(Pa), 0.1, 20.84 13.82,P ,l1 0.05 tan 67.5 0.12(m) 图 3 中二为 30Z 型弯头 h 2.985 2.39 0.595 0.6(m) h D 0.60.5 0.12，取 0.157 Re ,图 2 砖砌拱型烟道示意图,7,由通风817 页表 18-17 得Re =1.0 1.0 0.157 0.157,22, 12.6(Pa), 0.157 , 20.84 13.82,P ,图 3 中三为渐扩管,4,2, 1.79,3.14 ,A1 0.35 1 A0.4985 2,查大气污染控制工程附表十一，并取 30o 则 0.19,22, 15.2(Pa),0.84 13.82, 0.19 , 2,P ,2,3,l (1 0.4985 ) tan15o 0.93(m),风机,度弯头,除尘器出口,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 45o 时， 0.1 取 30 o , 13.8m / s,22,8, 8.0(Pa), 0.1, 20.84 13.82,P ,l 0.93(m) 图 4 中 b、c 均为 90o 弯头 D 500,取R D,则 0.23,22,2,2, 18.4(Pa),则P 0.23 0.84 13.8,两个弯头P 2P 218.4 36.8(Pa) 对于如图 5 所示 T 型三通管：,图 5 T 型三通管示意图, 0.78,2,2, 62.4(Pa),0.84 13.82, 0.78 , 2,P ,对于T 型合流三通： 0.55,22,0.84 13.82, 0.55 44(Pa), 2,P ,系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为 800Pa，除尘器阻力 1400 Pa）： h 30.4 84.1 8.0 12.6 15.2 8.0 36.8 62.4 44 800 1400 2601.5(Pa) 6风机和电动机选择及计算 （1）风机风量的计算,B,101.325,273,273 t p,Qy 1.1Q ,（m3/h）,式中：1.1风量备用系数； Q风机前风量（m3 /h）； N 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； B当地大气压力（kPa）。,97.86,9,273, 11109 .8m3 /h, 101.325,y,Q 1.1 6150 273 160,（2）风机风压的计算,Y,y,B,101.335 1.293,273 t p,H y 1.2(h Sy ) 273 t ,（Pa）,式中： 1.2风压备用系数； h 系统总阻力（Pa）