锅炉废气大气专业课程设计.doc

某工厂燃煤锅炉除尘系统课程设计阐明书一、原始数据及条件设计耗煤量：800kg/h煤炭类型：烟煤燃煤构成：含C：75.2、H：4.1、S：0.62、N：0.85、O:6.6、水分：9.92、灰分：2.71。排烟温度：500空气过剩系数：28烟气密度（标态）：1.34g/m室外空气平均温度：5锅炉出口烟气阻力：1000Pa排灰系数：28二、锅炉房平面图锅炉房平面图目 录摘要1核心词11 前言22 解决单元设计计算22.1 烟气排放量计算22.2 粉尘和二氧化硫浓度及除尘器除尘所需效率计算32.3 除尘和除硫设备选型42.4 换热器选型42.5 烟囱设计52.5.1 烟囱高度拟定52.5.2 烟囱直径计算52.5.3 烟囱抽力计算53 管道计算及风机选型53.1 管道部设53.2 管道沿程阻力计算63.2.1 管道1-4段沿程阻力计算63.2.2 管道5-6段沿程阻力计算73.2.3 管道7-11段沿程阻力计算73.2.4 管道11-12段沿程阻力计算83.2.5 管道总沿程阻力损失93.3 局部阻力计算93.4 系统总阻力损失及风机选型104 设备和管道一览表10附录1 CLS型立式旋风水膜除尘器重要性能表12附录2 燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低容许高度(GB 13271-)12参照文献13某燃煤锅炉烟气除尘系统设计摘要本设计以某工厂燃煤锅炉为对象，设计了锅炉烟气解决系统。重要涉及换热器选型、除尘器选型、风机选型、管道部设和烟囱设计。设计出了一种烟尘和二氧化硫同步解决尾气解决系统。核心词：锅炉；烟气；旋风水膜除尘器1 前言工业锅炉所排放出来烟尘是导致大气污染重要污染源之一，由黑烟和灰尘构成。由于它们哦发生过程、性质和粒径不同，因而解决办法也不同。黑烟重要成分为碳、氢、氧及其化合物，可以通过改造锅炉、进行合理燃烧调节，使其在炉膛内燃烧掉办法解决，同步也减少了排尘原始浓度；灰尘重要是碳粒和灰分等颗粒物，可以通过加装除尘器办法解决。工业锅炉烟气除尘中，所采用各种各样除尘装置，就是运用不同作用力（涉及重力、惯性力、离心力、扩散、附着力、电力等）以达到将尘粒从烟气中分离和捕集目。工业锅炉所采用各种除尘装置按烟尘从烟气中分离出来原理，可以分为4大类：机械式除尘器、电除尘器、过滤式除尘器和湿式除尘器。本设计是工业燃煤锅炉烟气净化系统设计，该锅炉燃烧煤品种为烟煤。设计中除了要考虑到除尘外，还要考虑到烟煤燃烧释放出二氧化硫解决。结合课堂知识和现实条件，设计出一套经济、合理燃煤锅炉烟气解决系统。2 解决单元设计计算2.1 烟气排放量计算本除尘系统共服务4台锅炉，每台锅炉耗煤量800kg/h，4台锅炉总耗煤量为：（kg/h）。设有该锅炉燃烧所用烟煤1000g，则：表2-1 1000g烟煤需氧量和烟气量计算表元素质量（g）物质量（mol）需氧量（mol）烟气量（mol）C75262.66762.66762.667H414110.2520.5S6.20.1940.1940.194N8.50.60700.304O664.125-2.06250H2O99.25.11105.511灰分27.10由表2-1知，燃烧该煤1kg需氧量为：（mol）燃烧该煤1kg实际需空气量为：（mol）。由于排烟温度为500，水在此温度下为气态，空气过剩系数，因而燃烧该煤1kg表所排放出来原则状况下烟气量为：（mol）锅炉排烟温度为500，500(即773K)下燃烧1kg该烟煤排烟量为每台锅炉排烟量：（m3/h）总烟气量：（m3/h）2.2 粉尘和二氧化硫浓度及除尘器除尘所需效率计算由表2-1可知，燃烧煤1kg该烟煤产生灰分质量为27.1g，排放二氧化硫0.194mol；从原始条件中可知，该锅炉排灰系数为28；由2.1计算可知，燃烧1kg该烟煤在500下排放烟气量为24.745m3。由此可知：500下烟气粉尘浓度为：（g/m3）500下烟气二氧化硫浓度为：（g/m3）由于该锅炉为工业锅炉，执行锅炉大气污染物排放原则（GB13217-）中二类区原则，烟尘可容许排放浓度为200mg/Nm3，二氧化硫容许排放浓度为900mg/Nm3。换算为500摄氏度下，烟尘可容许排放浓度为70.63mg/m3，二氧化硫容许排放浓度为317.85mg/Nm3。因而，除尘设备除尘效率最小值为：；除硫效率最小值为：。2.3 除尘和除硫设备选型查除尘设备选型资料可得，重力沉降室、旋风除尘器除尘效率可达50-80；重力喷雾除尘器、湿式洗涤除尘器、文丘里除尘器除尘效率可达80-95；文丘里除尘器、袋式除尘器、电除尘器除尘效率可达95以上。由2.2计算可知，本设计除尘效率最低规定为76.99，可采用重力沉降室或旋风除尘器除尘。由2.2计算可知，本设计除硫效率最低规定仅为36.86，脱硫规定并不高，可采用旋风水膜除尘器同步脱硫和除尘。由于旋风水膜除尘器解决烟气量偏小，因而为每台锅炉配备一台旋风水膜除尘器和一台换热器，共采用4台旋风水膜除尘器和4台换热器。500下，每台燃煤锅炉排出烟气量为19795.9m3/h。使烟气换热器将烟气从773K降至343K，则t1=420K;冷却水温度从298K升至353K，则t2=45K。此时，烟气温度为343K，水位液态，烟气为干烟气，烟气流量为：（m3/h）查CLS型立式旋风水膜除尘器重要性能表（详见附录）可选用D730-CLS型X型立式旋风水膜除尘器，进口气速21m/s，压力损失760Pa。D730-CLS型X型立式旋风水膜除尘器详细尺寸可查看附图2。2.4 换热器选型采用逆流方式设计换热器，换热器将烟气从773K降至343K，冷却水温度从298K升至353K。则换热器进出口平均温度为285，tm=167.89K。查烟气物性参数表得：285时，烟气比定热容cp=1.118KJ/(kgK)。则热负荷：（KJ/h）即J/s依照试差法，三次循环计算，取K=125W/(m2 )，安全系数为1.1，依照Q=KAtm得：A=23.94m2。查换热器工艺参数表，选用FA-400-25-40-2型浮头式管壳换热器，实际面积24m3，管子数138根，管长3m，压力损失Pa。2.5 烟囱设计2.5.1 烟囱高度拟定烟囱可分为砖烟囱、钢筋混凝土烟囱和钢板烟囱。本设计从设计需要和经济角度考虑，拟采用砖烟囱，其高度由环境卫生规定来拟定。本设计锅炉耗煤量为3200kg/h，热效率为75，低位发热量为2093KJ/kg，水蒸发热为2570.8KJ/kg。锅炉蒸汽量：查燃煤、燃油锅炉房烟囱最低容许高度和以上计算可知，本设计烟囱最低容许高度为40m，设计烟囱高为40m。2.5.2 烟囱直径计算4台锅炉除尘后总流量：Q=48198m3/h=32792m3/h=9.11m3/s采用机械通风，全负荷是流速10-20m/s，取u=12m/s；出口内径：（m）烟囱底部直径：取i=0.02（0.02-0.03）：（m）2.5.3 烟囱抽力计算3 管道计算及风机选型3.1 管道部设除尘系统部设不得超过锅炉房15m，按照经济原则，部设管道如下图3-1、3-2所示。图3-1 管道布置图1图3-2 管道布置图23.2 管道沿程阻力计算3.2.1 管道1-4段沿程阻力计算管道内烟气温度：500；管道内烟气流量：Q=19795.9m3/h=5.499m3/s。原则状况下，烟气密度为1.34kg/m3，依照PV=nRT和mV=可得，500摄氏度下烟气密度为：（kg/m3）本设计为锅炉烟气解决系统设计，为减少沿程阻力损失，选用圆管作气体流通管道，采用机械通风，管道材料为钢板，该管沿程阻力系数=0.2。查管道内各种气体流速范畴表可知，管道内烟气流速范畴为10-15m/s。取管道内流速为u=11m/s。管道截面积：（m2）；管道直径：(m)，选用外径800mm，壁厚1.0mm钢管，实际流速为：（m/s）；由图3-1可知，管道1-4段总长：（m）；沿程阻力损失：（Pa）3.2.2 管道5-6段沿程阻力计算管道内烟气温度：343；管道内烟气流量：Q=2.277m3/s。原则状况下，烟气密度为1.34kg/m3，依照PV=nRT和mV=可得，343摄氏度下烟气密度为：（kg/m3）。本设计为锅炉烟气解决系统设计，为减少沿程阻力损失，选用圆管作气体流通管道，采用机械通风，管道材料为钢板，该管沿程阻力系数=0.2。查管道内各种气体流速范畴表可知，管道内烟气流速范畴为10-15m/s。取管道内流速为u=11m/s。管道截面积：（m2）；管道直径：(m)，选用外径500mm，壁厚0.75mm钢管，实际流速为：（m/s）；由图3-1可知，管道5-6段总长：（m）；沿程阻力损失：（Pa）3.2.3 管道7-11段沿程阻力计算管道内烟气温度：343；管道内烟气流量：Q=2.277m3/s。原则状况下，烟气密度为1.34kg/m3，依照PV=nRT和mV=可得，343摄氏度下烟气密度为：（kg/m3）。本设计为锅炉烟气解决系统设计，为减少沿程阻力损失，选用圆管作气体流通管道，采用机械通风，管道材料为钢板，该管沿程阻力系数=0.2。查管道内各种气体流速范畴表可知，管道内烟气流速范畴为10-15m/s。取管道内流速为u=11m/s。管道截面积：（m2）；管道直径：(m)，选用外径500mm，壁厚0.75mm钢管，实际流速为：（m/s）；由图3-1可知，管道7-11段总长：（m）；沿程阻力损失：（Pa）3.2.4 管道11-12段沿程阻力计算管道内烟气温度：343；管道内烟气流量：Q=4.55m3/s。原则状况下，烟气密度为1.34kg/m3，依照PV=nRT和mV=可得，343摄氏度下烟气密度为：（kg/m3）。本设计为锅炉烟气解决系统设计，为减少沿程阻力损失，选用圆管作气体流通管道，采用机械通风，管道材料为钢板，该管沿程阻力系数=0.2。查管道内各种气体流速范畴表可知，管道内烟气流速范畴为10-15m/s。取管道内流速为u=11m/s。管道截面积：（m2）；管道直径：(m)，选用外径700mm，壁厚0.75mm钢管，实际流速为：（m/s）；由图3-2可知，管道11-12段总长：（m）；沿程阻力损失：（Pa）管道12-13段由于管长与管径比太低，管道沿程阻力可忽视不计。3.2.5 管道总沿程阻力损失综合3.2.1-3.2.5计算可得，管道总沿程阻力损失为：(Pa)表3-6管道压力损失计算表管段流量(m3/s)烟气密度（kg/m3）摩擦阻力系数管道长度（m）管道直径（mm）气体流速（m/s）摩擦阻力损失（Pa）1-45.4990.4730.25.8110001141.6562.2771.0670.21.550011.6743.67112.2771.0670.213.58550011.67394.811124.551.0970.23.3370011.8971.83.3 局部阻力计算由图3-1、3-2可知，1-4段内共有90度弯头2个，渐缩管或渐扩管1个，阀门1个； 4-11段内共有90度弯头5个，渐缩管或渐扩管2个，阀门2个，三通1个，换热器1台，除尘器1台，风机1台；11-13段内共有渐缩管或渐扩管1个，阀门2个，三通2个。查水件局部阻力系数表可知，90度弯头局部阻力系数为0.30，渐缩管和渐扩管局部阻力系数为0.10，阀门局部阻力系数为1.5，三通局部阻力系数为1.0。本设计所选用除尘器为D730-CLS型X型立式旋风水膜除尘器，压力损失为760Pa。本设计所选用换热器为FA-400-25-40-2型浮头式管壳换热器，压力损失为Pa。锅炉自身压力损失为1000Pa。1-4段局部阻力损失：（Pa）4-11段局部阻力损失：（Pa）；11-13段局部阻力损失：（Pa）烟囱压力损失为：（Pa）综上所述，本设计除尘系统总局部压力损失为：(Pa)3.4 系统总阻力损失及风机选型系统总阻力损失为：(Pa)烟囱抽力为94.5Pa，则风机所需抽力为：5491.3-94.5=5396.8（Pa）查除尘惯用风机性能表，选用YB-39型锅炉风机，该风机风量2500-26000m3/h，功率3-37kW，全压2136-5762Pa。4 设备和管道一览表表4-1设备一览表序号名称规格数量设计参数1换热器浮头管壳换热器FA60013025（4）1解决气量19795.9m3/h实际面积24m2压力损失Pa2烟囱砖筑烟囱H=40m1烟气出口流速u=12m/s3风机YB-39型锅炉风机1额定功率3-37kW流量2500-26000m3/h全压2136-5762Pa5除尘器D730-CLS型X型立式旋风水膜除尘器4进口气速21m/s解决气量8198m3/h用水量0.3L/s喷嘴数6压力损失760Pa表4-2 管道一览表管道标号管道材质管道直径mm管道壁厚mm管道长度mPQ1001a钢800127PQ1001b钢800127PQ1001c钢800127PQ1001d钢800127PQ1002a钢80012.11PQ1002b钢80012.11PQ1002c钢80012.11PQ1002d钢80012.11PQ1003a钢80011PQ1003b钢80011PQ1003c钢80011PQ1003d钢80011PQ1004a钢5000.751.5PQ1004b钢5000.751.5PQ1004c钢5000.751.5PQ1004d钢5000.751.5PQ1005a钢5000.751.3PQ1005b钢5000.751.3PQ1005c钢5000.751.3PQ1005d钢5000.751.3PQ1006a钢5000.754.125PQ1006b钢5000.754.125PQ1006c钢5000.754.125PQ1006d钢5000.754.125PQ1007a钢5000.750.6PQ1007b钢5000.750.6PQ1007c钢5000.750.6PQ1007d钢5000.750.6PQ1008a钢5000.756.66PQ1008b钢5000.756.66PQ1009a钢100013.33PQ100b钢100013.33PL1001a钢10636.66PL1001b钢10636.66PL1001c钢10636.66PL1001d钢10636.66PL1002a钢10636.66PL1002b钢10636.66PL1002c钢10636.66PL1002d钢10636.66附录1 CLS型立式旋风水膜除尘器重要性能表型号进口气速（m/s）解决气量（m3/h）用水量（L/s）喷嘴数X型压力损失/PaY型压力损失/PaD3151821160019000.14355765068D4421821320037000.204550760500680D5701821450052500.245550760500680D6341821580068000.276550760500680D7301821750087500.306550760500680D79318219000104000.336550760500680D888182111300132000.366550760500680附录2 燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低容许高度(GB 13271-)锅炉房装机总容量MW0.70.7-1.41.4-2.82.8-77-1414-28t/h11-22-44-1010-2020-40烟囱最低容许高度（m）202530354045参照文献1 郑铭.环保设备原理设计与应用M.化学工业出版社2 刘新旺.锅炉房工艺与设备M.科学出版社3 郝吉明，王书肖，陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册M.北京：化学工业出版社环境科学与工程出版中心，4 黄学敏，张承中.大气污染控制工程实践教程M.北京：化学工业出版社，5 宋瑞祥.中华人民共和国环保产业高新技术应用和发展M.环保，19996 王玉彬.大气环境工程师实用手册M.北京：中华人民共和国环境科学出版社，7 郭静，阮宜纶.大气污染控制工程M.北京：化学工业出版社教材出版中心，8 航天部第七研究设计院编.工业锅炉房设计手册M.北京，中华人民共和国建筑工业出版社，19869 奚士光等主编.锅炉及锅炉房设备M.北京，中华人民共和国建筑工业出版社，199410 金国淼主编.除尘设备设计M.上海科学技术出版社，198511 鹿政理主编.环保备选用手册大气污染控制设备.大连市环境科学设计研究院组织编写12 刘天齐，黄小林，邢连壁等.三废解决工程技术手册废气卷M.北京:化学工业出版社，199913 郝吉明，马广大.大气污染控制工程M.北京：高等教诲出版社，14 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原则使用手册.当代中华人民共和国音像出版社，