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燃煤供热锅炉烟气除尘系统设计

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2020年4月19日
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一、 燃煤锅炉房烟气除尘系统设计

设 计 任 务 书

一、课程设计的题目
燃煤锅炉烟气除尘系统设计
二、课程设计的目的
燃煤供热锅炉烟气除尘系统设计，包括集气罩、管路系统、净化设备、风机电机和烟囱几部分，主要强化学生对燃烧参数计算、燃煤烟气参数计算、净化系统计算和设备选型、管路系统和烟囱参数计算等方面的训练。经过课程设计进一步消化和巩固本课程有关颗粒污染物净化技术所学内容，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。经过该部分的课程设计，了解颗粒污染物净化系统设计的内容、方法及步骤，自主确定大气污染控制系统的设计方案、各部分设计计算、工程图纸绘制、参考文献阅读、编写设计说明书。从而培养学生利用所学知识独立分析问题和解决问题的能力。
三、设计原始资料
锅炉型号：SZL10.5—13型，共4台
设计耗煤量：600kg/h（台）
排烟温度：190℃
烟气密度（标准状态下）：1.34kg/m3
空气过剩系数：a=1.55
排烟中飞灰占不可燃成分的比例：16%
烟气在锅炉出口前阻力：800Pa
当地大气压力：100k Pa
冬季室外温度：-1℃
空气含水（标准状态下）按0.01293kg/m3
烟气其它性质按空气计算
煤的工业分析值：
CY=68% HY=4% SY=1% OY=5%
NY=1% WY=6% AY=15% VY=13%
按锅炉大气污染物排放标准（GB 13271— ）中二类区标准执行。
二氧化硫排放标准（标准状态下）：900mg/m3
烟尘浓度排放标准（标准状态下）：200 mg/m3
净化系统布置场地如图1-1所示的锅炉房北侧20m以内。
四、设计内容和要求
1． 燃煤理论和实际空气量和烟气量计算、烟尘和二氧化硫浓度的计算。
2． 净化效率的计算，净化系统设计方案的对比分析和优选。
3． 除尘系统的比较和选择：确定除尘器类型、型号、及规格，并确定其主要运行参数。
4． 管路系统布置及参数计算：确定各装置的相对位置及管路布置，并确定各管段的长度和流速、计算各管段的管径、烟囱高度和出口内径，各管段的压力损失计算和并联管路的阻力平衡，以及系统总阻力的计算。
5． 风机及电机的选择：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等参数计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。
6． 编写设计说明书：设计说明书按设计步骤编写，包括烟气量各项参数计算、净化效率的计算、除尘方案的确定，设计计算、设备选择和有关局部构件设计简图等内容。
7． 图纸要求
（1） 除尘系统图一张；
（2） 除尘系统平面图1张，基于图1-1和图1-2。
五、设计说明书参考设计提纲
1 燃煤烟气参数计算
1.1 标准状态下理论空气量
1.2 标准状态下理论烟气量
1.3 标准状态下实际烟气量
1.4 标准状态下烟气含尘浓度
1.5 标准状态下烟气二氧化硫浓度
2 除尘器的选择
2.1 除尘效率的确定
2.2 除尘器的选择
3 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道布置
3.1 各装置及管道布置的原则
3.2 管径的确定
4 烟囱的设计
4.1 烟囱高度的确定
4.2 烟囱直径的确定
4.3 烟囱的抽力
5 系统阻力的计算
5.1 摩擦压力（沿程压力）损失
5.2 局部压力损失
6 系统烟气温度的变化
6.1 烟气在管道中的温度降
6.2 烟气在烟囱中的温度降
7 风机和电动机的选择及计算
7.1 标准状态下风机风量计算
7.2 风机风压计算及风机选型
7.3 电动机功率计算及电机选型
8 通风除尘系统布置示意图
六、主要参考书目
1 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，1989
2 王丽萍, 陈建平主编，大气污染控制工程，徐州：中国矿业大学，
3 黄学敏, 张承中主编，大气污染控制工程实践教程，北京：化学工业出版社，
4 孙一坚主编，工业通风，中国建筑工业出版社，1994
5 航天部第七研究设计院编，工业锅炉房设计手册，北京，中国建筑工业出版社，1986
6 奚士光等主编，锅炉及锅炉房设备，北京，中国建筑工业出版社，1994
7 金国淼主编。除尘设备设计，上海科学技术出版社，1985

二 课 程 设 计 指 导 书

某燃煤供暖锅炉烟气除尘系统设计

一、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算
1． 标准状态下理论空气量Q`a=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的质量分数。
2． 标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）
Q`S=1.867(CY+0.375SY)+11.2HY+1.24WY+0.16Q`a+0.79 Q`a+0.8NY（m3/kg）
式中：
Q`a——标准状态下理论空气量，
WY——煤中水分所占质量分数，%；
NY——N元素在煤中所占质量分数，%
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；
QS——标准状态下理论烟气量，m3/kg；
Q`S——标准状态下理论空气量，m3/kg。
注意：标准状态下烟气流量Q=QS×设计耗煤量，m3/h；
4． 标准状态下烟气含尘浓度

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；
QS——标准状态下实际烟气量，m3/kg
5． 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

式中：
SY——煤中含可燃硫的质量分数；
QS——标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/kg；
二、系统中烟气温度的变化
1． 烟气在管道中的温度降

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/m2.℃）；
Q——管道单位面积散热损失。
室内：q=4187kJ/(m2.h)
室外：q=5443kJ/(m2.h)
2． 烟气在烟囱中的温度降

式中：
H——烟囱高度；
D——合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h；
A——温降系数。
三、除尘器的设计
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。
2． 除尘器的选择
根据粉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。确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失等。
四、确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置
1． 各装置及管道布置的原则
根据锅炉运行情况和锅炉房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能够确定了。对各装置及管道的布置应力求简单，紧凑，管路短，占地面积省，并使安装、操作和检修方便。
2． 管径的确定

式中：
Q——工况下管内烟气流量，m3/s
v——烟气流速，（可查有关手册确定）m/s
五、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确定定烟囱的高度。
2． 烟囱直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算

式中：
Q——经过烟囱的总烟气量，m3/h；
v——按通风方式和运行方式选取的烟囱出口烟气流速，m/s
烟囱底部直径

式中：
d2——烟囱出口直径，
H——烟囱高度，m
i——烟囱锥度，一般取i=0.02—0.03。
3． 烟囱的抽力

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
六、系统阻力的计算
1． 摩擦压力损失
对于圆管

式中：
L——管道长度（不包括管件、阀门自身尺寸大小），m
d——管道直径，m
ρ——烟气密度，kg/m3
ν——管中气流平均速率，m/s
λ——摩擦阻力系数
2． 局部压力损失

式中：
ξ——异形管件的局部阻力系数，查有关手册；
ν——与ξ相对应的断面平均气流速率，m/s；
ρ——烟气密度，kg/m3；
七、风机和电动机选择及计算
1． 风机风量的计算

式中：
1.1——风量备用系数；
Q——标准状态下风机前风量，m3/h
tp——风机前烟气温度，℃
B——当地大气压力，
2． 风机风压的计算

式中：
1.2——风压备用系数；
——系统总阻力，Pa
Sy——烟囱抽力，Pa
tp——风机前烟气温度；℃
ty——风机性能表中给出的试验用气体温度，℃
ρy——标准状态下烟气密度，1.34kg/m3。
3． 电动机功率的计算

式中：
Qy——风机风量，m3/h
Hy——风机风压，Pa
η1——风机在全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）
η2——机械传动效率；
β——电动机备用系数，对于引风机，β=1.3。