大气污染控制综合重点工程优秀课程设计.doc

大气污染控制工程

课程设计

题 目 SZL4-13型燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计
班 级 环境N121
学 号 45849533
学生姓名 顾丹阳
指导老师 王成贤
完成日期 6月7日

目 录
序言·······································································1
第1章大气污染控制工程课程设计任务书·······································2
1.1设计题目···························································2
1.2设计任务···························································2
1.3原始资料···························································2
第2章烟气量烟尘和二氧化硫浓度计算·········································3
2.1标准状态下理论空气量···············································3
2.2标准状态下理论湿烟气量·············································3
2.3标准状态下实际烟气量···············································3
2.4标准状态下烟气含尘浓度·············································4
2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度计算·································4
第3章除尘装置选择设计···················································4
3.1除尘装置应达成净化效率···········································4
3.2除尘器选择·······················································5
3.2.1除尘况烟气流量··················································5
3.2.2除尘器型号确实定················································5
第4章确定除尘设备风机和烟囱位置及管道部署································6
4.1各装置及管道部署标准··············································6
4.2管径确实定··························································6
第5章烟囱设计····························································7
5.1烟囱高度确实定······················································7
5.2烟囱直径计算······················································7
5.3烟囱抽力··························································8
第6章系统阻力计算························································8
6.1摩擦压力损失························································8
6.2局部压力损失························································9
6.3各管段压力损失计算··················································9
第7章风机和电动机选择及计算················································12
7.1风机风量计算·······················································12
7.2风机风压计算························································12
7.3选择风机型号及参数··················································· 13
7.4电动机功率计算·····················································13
7.5选择电机型号及参数···················································14
第8章总结··································································15
第9章参考文件······························································15

前 言

通常能使空气质量变差物质全部是大气污染物。大气污染物已知约有100多个。有自然原因（如森林火灾、火山爆发等）和人为原因（如工业废气、生活燃煤、汽车尾气等）两种，而且以后者为关键原因，尤其是工业生产和交通运输所造成。关键过程由污染源排放、大气传输、人和物受害这三个步骤所组成。
影响大气污染范围和强度原因有污染物性质（物理和化学），污染源性质（源强、源高、源内温度、排气速率等），气象条件（风向、风速、温度层结等），地表性质（地形起伏、粗糙度、地面覆盖物等）。
防治方法很多，根本路径是改革生产工艺，综合利用，将污染物消亡在生产过程之中；另外，全方面计划，合理布局，降低居民稠密区污染；在高污染区，限制交通流量；选择适宜厂址，设计合适烟囱高度，降低地面污染 ；在最不利气象条件下，采取方法，控制污染物排放量。
中国已制订《中国环境保护法》，并制订国家和地域“废气排放标准”，以减轻大气污染，保护人民健康。
大气污染物按其存在状态可分为两大类。一个是气溶胶状态污染物，另一个是气体状态污染物。气溶胶状态污染物关键有粉尘、烟液滴、雾、降尘、飘尘、悬浮物等。气体状态污染物关键有以二氧化硫为主硫氧化合物，以二氧化氮为主氮氧化合物，以一氧化碳为主碳氧化合物和碳、氢结合碳氢化合物。大气中不仅含无机污染物，而且含有机污染物。
大气污染控制工程课程设计任务书
第1章 而且伴随人类不停开发新物质，大气污染物种类和数量也在不停改变。就连南极和北极动物也受到了大气污染影响！

1.1设计题目
SZL4-13型燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计
1.2设计任务
燃煤锅炉燃烧过程排放烟气中含有大量烟尘和二氧化硫，如不采取有效治理方法，将会对周围大气环境及居民健康造成严重影响和危害。所以，本设计结合燃煤锅炉烟气排放特点，依据所提供原始参数及资料，拟设计一套燃煤采暖炉房烟气除尘系统。要求设计净化系统效果好、操作方便、投资省，且出口烟气浓度达成锅炉大气污染物排放标准（GB13271-）中二类区标准，即：烟尘排放浓度≤200mg/Nm3。
1.3原始资料
锅炉型号：SZL4-13型，额定蒸发量2.8MW/h
锅炉台数：3台
设计耗煤量：650 kg/(h·台）
排烟温度：160℃
烟气密度（标准状态下）：1.34kg/m3
空气过剩系数：α＝1.4
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
烟尘排放因子：25%
烟气其它性质按空气计算。
排烟中飞灰占煤中灰分（不可燃成份）百分比：
表1 燃煤煤质（按质量百分含量计，%）
CY
HY
SY
OY
NY
WY
AY
VY
68
4
1.6
5
1
6
14.4
13

第2章 烟气量、烟尘和二氧化硫浓度计算
2.1标准状态下理论空气量
Qa’=4.76×(1.867CY+5.56HY+0.7SY-0.7OY) (m3/kg)
式中：CY, HY, SY, OY －分别为煤中各元素所含质量分数。

2.2标准状态下理论湿烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）
Q’s=1.867(CY+0.375SY)+11.2HY+1.24WY+0.016Q’a+0.79Q’a+0.8NY (m3/kg)
式中：Q’a－标准状态下理论空气量，m3/kg；
WY－煤中水分所占质量分数，%；
NY－N元素在煤中所占质量分数，％。

2.3标准状态下实际烟气量
Qs=Q’s+1.016(a-1) Q’a (m3/kg)
式中： a－空气过量系数
Q’s－标准状态下理论烟气量，m3/kg；
Q’a－标准状态下理论空气量，m3/kg。

标准状态下烟气流量Q以m3/h计，所以，Q= Qs×设计耗煤量

2.4标准状态下烟气含尘浓度
(kg/m3)
式中：dsh－排烟中飞灰占煤中灰分（不可燃成份）质量分数，排放因子，％；
AY－煤中灰分（不可燃成份）含量，％；
Qs－标准状态下实际烟气量，m3/kg。

2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度计算
(mg/m3)
式中：SY－煤中含可燃硫质量分数；
0.8－燃料中硫转化为SO2转化率％，通常取80%。
Qs－标准状态下燃煤产生实际烟气量，m3/kg。

第3章 除尘装置选择设计
3.1除尘装置应达成净化效率：

式中：C－标准状态下烟气含尘，mg/m3；
Cs－标准状态下锅炉烟尘排放标准中要求值，mg/m3。
烟气浓度达成锅炉大气污染物排放标准（GB13271-）中二类区标准，即：烟尘排放浓度≤200mg/Nm3。

3.2除尘器选择
3.2.1 除尘器工况烟气流量

式中 ——标准情况下烟气流量，；
——工况下烟气温度，K；
——标准状态下温度，273K；

则烟气流速为：
3.2.1除尘器型号确实定
按设计任务要求选择文丘里湿式除尘器，查询相关资料选择WC型低压文丘里除尘器，是北京有色冶金设计研究总院参考国外设备和相关资料进行研究和设计一个高效湿式除尘器。是DW型改善产品。其具体型号参数见下表：
表2 WC型低压文丘里除尘器型号参数
型号
额定风量m3/h
阻力 mm
除尘效率%
外型尺寸
(长*宽*高)mm
入口尺寸mm
出口尺寸mm
设备重量kg
WC-0.5
5000
127
＞98
1064×860×2600
300×860
Φ500
688
WC-1.0
10000
2100×860×3700
580×860
Φ850
1306
WC-1.5
15000
2100×1240×3700
580×1240
Φ1100
1410
WC-2.0
0
2100×1620×3700
580×1620
Φ1100
1959
WC-2.5
25000
2100××3700
580×
Φ1100
2195
WC-3.0
30000
2100×2380×3700
580×2380
Φ1200
2718
WC-4.0
40000
2100×3140×4000
580×3140
Φ1390
3829
WC-5.0
50000
2100×3900×3700
580×3900
Φ1390
5600
注：1、许可风量波动±20%。
2、自流运行耗水量5m3/10000风量，为省水量可循环运行。
3、经合适组合，处理风量可达成10-240000m3/h或更大
依据烟气工况流量选择wc-1.5型低压文丘里湿式除尘器
第4章 定除尘设备、风机和烟囱位置及管道部署
4.1各装置及管道部署标准
依据锅炉运行情况和锅炉房现场实际情况确定各装置位置。一旦确定了各装置位置，管道部署也就基础能够确定了。对各装置及管道部署应努力争取简单，紧凑，管路短，占地面积小，并使安装、操作和检修方便。
4.2管径确实定
（m）
式中：Q－工况下管内烟气流量，m3/s；
v－烟气流速，m/s，（可查相关手册确定，对于锅炉烟尘v＝10～15m/s）。
v烟气流速取13m/s

则
对圆管进行圆整，查《全国通用通风管道计算表》则
表3 圆断面风管统一规格

外径/mm
钢板通风管
外径许可偏差/mm
壁厚/mm
650

2.0
内径
依据公式计算出实际烟气流速：

第5章 烟囱设计
5.1烟囱高度确实定
用一个烟囱全部锅炉总蒸发量为

表4 锅炉烟囱高度表
锅炉房装机总容量
MW
<0.7
0.7~<1.4
1.4~<2.8
2.8~<7
7~<14
14~<28
t/h
<1
1~<2
2~<4
4~<10
10~<20
20~<40
烟囱最低许可高度
m
20
25
30
35
40
45
查表可得
5.2烟囱直径计算
烟囱出口内径可按下式计算
（m）
式中：Q－经过烟囱总烟气量，m3/h；
u－按表3选择烟囱出口烟气流速，m/s。

表5 烟囱出口烟气流速（m/s）
通风方法
运行情况
全负荷时
最小负荷
机械通风
10～20
4～5
自然通风
6～10
2.5～3
取则
烟囱底部直径：
(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i=0.02～0.03。
取 则
5.3烟囱抽力：
（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，℃；
P－当地大气压，Pa。
则
第6章 系统阻力计算
6.1摩擦压力损失
对于圆管： （Pa）
式中：L－管道长度，m；
d－管道直径，m；
ρ－烟气密度，kg/m3；
u－管中气流平均速率，m/s；
λ－摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度函数。能够查手册得到（实际中对金属管道λ值可取0.02，对砖砌和混凝土管道λ值可取0.04）。
取管长L=1.524+1.401+0.692+0.577+1.61+3.801+2.028=11.633（m）=12（m）
取λ=0.02，则

6.2 局部压力损失

（Pa）
式中：ξ－异形管件局部阻力系数，可在相关手册中查到，或经过试验取得；
u－和ξ相对应断面平均气流速率，m/s；
ρ－烟气密度，kg/m3。
(1) 二个渐扩管，查表，取=30°，得=0.7

(2) 三个90°弯头，查表，取=0.25

（3）一个T型合流三通管，=0.55

系统总阻力（其中锅炉出口阻力为800Pa，除尘器阻力1244.6Pa）为

6.3各管段压力损失计算
管段1：依据查“计算表”得实际流速,动压
摩擦压力损失为:

各部件局部压力损失：
集气罩，弯头，直流三通
=0.12+0.25+0.78=1.15

管段3：依据，查“计算表”得d=530mm,,动压=109.368pa，v=13.5m/s

摩擦压力损失为:
局部压力损失为合流三通对应总管动压损失，，除尘器压力损失为1244.6pa

管段4：气体流量同管段3，即依据，查“计算表”得d=530mm,,动压=109.368pa，v=13.5m/s
摩擦损失压力为：
该管段有弯头两个，查表得
则局部压力损失
管段5：气体流量同管段:4，即依据，查“计算表”得d=530mm,,动压=109.368pa，v=13.5m/s
摩擦损失压力为：
该管段局部压力损失关键包含通风机进出口及排风口伞型风帽压力损失，通风机进口压力损失不计，出口，伞型风帽，
则局部压力损失
管段2：依据查“计算表”得实际流速,动压
摩擦损失压力为
该管段 集气罩，弯头，合流三通

并联管路压力平衡：

10%
节点压力不平衡，采取调整管径方法，进行压力平衡调整。

取,则v=15m/s，符合10~15m/s

总压力损失210.027+1290.32+71.52+193.535=1633.8201(pa)

管段编号
1
2
3
4
5
2
流量

5286.21
5286.21
10572.42
10572.42
10572.42
5286.21
管长l/m
10
5
10
5
12
5
管径d/mm
360
360
530
530
530
300
流速 m/s
14.6
14.6
13.5
13.5
13.5
15

0.0491
0.0491
0.0308
0.0308
0.0308
0.0614
动压

127.988
127.988
109.368
109.368
109.368
135.044
摩擦压力损失

62.84
31.42
33.69
16.84
40.42
41.46
局部压力损失系数

1.15
0.57
0.11
0.25
1.4
0.57
局部压力损失

147.187
72.95
1256.63
54.68
153.115
76.97
管段总压力损失

210.027
104.37
1290.32
71.52
193.535
118.43
管段总压力累计

1633.8201
备注

压力不平衡

第7章 风机和电动机选择及计算
7.1风机风量计算
（m3/h）
式中：K1－考虑系数漏风所附加安全系数。通常管道取K=0.1；除尘管道取K=0.1～0.15；（取0.1）
Q－标准状态下风机前标态下风量，m3/h；
tp－风机前烟气温度，℃，若管道不太长，能够近似取锅炉排烟温度；
P－当地大气压力，kPa。

7.2风机风压计算
（m3/h）
式中：K2－考虑管道计算误差及系统漏风等原因所采取安全系数。通常管道取K=0.1～0.15，除尘管道取K=0.1～0.2；（取K=0.2）
∑△h－系统总阻力，Pa；
Sy－烟囱抽力，Pa；
ρ0、p0、T0－风机性能表中给出标准状态空气密度、压力、温度。通常说，p0=101.3kPa，对于引风机T0=200℃，ρ0=0.745kg/m3。
ρ、p、T－运行工况下进入风机时空气密度、压力、温度。

7.3选择风机型号及参数
选择4—72 型离心式通风机，其性能见下表
表6 4—72 型离心式通风机性能表（摘录）

7.4电动机功率计算
（kW）
式中：Qy－风机风量，m3/h；
△py－风机风压，Pa；
η1－风机在全压头时效率（通常风机为0.6，高效风机约为0.9）；
η2－机械传动效率，当风机和电动机直联传动时η2＝1，用连轴器时η2＝0.95～0.98，用V形带传动时η2＝0.95；
β－电动机备用系数。对引风机，β＝1.3。

7.5选择电机型号及参数
依据风量=12052.0059， =2824.34，查表后选择Y5-47Ⅱ型锅炉引风机，配对电机型号为Y225S-4，具体参数以下表8所表示：

表7 所选风机及型号参数
机号
转速r/min
全压Pa
流量m/h
电动机
最高温度/℃
型号
功率kw
№9C
1800
2461
30111
Y225S-4
37
250
2197
32247
第8章 总结
这次大气污染控制工程课程设计我关键设计SZL4-13型燃煤采暖锅炉烟气除尘系统。这次课题让我能够综合利用所学到大气污染控制工程知识，分析多种除尘器优缺点来确定除尘器选择，熟练掌握管网设计方法来部署管道关键是确定烟尘浓度计算，除尘器设计和管网部署。因为所学知识不足，我们对这类污染处理关键技术了解甚少，对于实际设计计算缺乏实践，对于部分常规设计计算有很多不合理地方。尽管已经利用多种渠道搜集了部分资料，但仍然稍嫌不足，而且能够利用资料也比较少还望老师能够见谅。期望能得到老师宝贵提议。
第9章 参考文件

9.1课程设计教材
郝吉明，马广大等编著. 大气污染控制工程. 第3版.北京：高等教育出版社，
9.2关键参考资料
①蒲恩奇，任爱玲等编.大气污染治理工程. 北京：高等教育出版社，
②张殿印，王纯主编.除尘工程设计手册.化学工业出版社，3.9
③黄学敏等主编。《大气污染控制工程实践教程》，化学工业出版社，
④除尘设备设计安装.运行维护及标准规范操作指南(上)(中)(下).吉林音像出版社,.9
⑤罗辉主编. 环境保护设备设计和应用. 北京：高等教育出版社，1997
⑥钢铁企业采暖通风设计手册.北京：冶金工业出版社，
⑦陆耀庆主编.供暖通风设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1987
⑧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
⑨风机样本.各类风机生产厂家