某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计-毕业论文.doc

重庆工商大学课程设计

课程设计任务书

燃煤采暖锅炉烟气处理系统设计

学院(部)： 环境与生物工程学院
专业班级： 环境工程2班

21

目 录
1 概述 2
1.1设计目的 2
1.2设计任务 2
1.2设计依据及原则 2
1.3锅炉房基本概况 2
1.4通风除尘系统的主要设计程序 3
2 烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算 4
2.1标准状态下理论空气量 4
2.2标准状态下理论烟气量 4
2.3标准状态下实际烟气量 4
2.4标准状态下烟气含尘浓度 5
2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 5
3 除尘器的选择 6
3.1除尘器应该达到的除尘效率 6
3.2除尘器的选择 6
4 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 8
4.1各装置及管道布置的原则 8
4.2管径的确定 8
5烟囱的设计 9
5.1烟囱高度的确定 9
5.2烟囱直径的计算 9
5.3烟囱的抽力 10
6 系统阻力计算 11
6.1摩擦压力损失 11
6.2局部压力损失 12
7 系统中烟气温度的变化 15
7.1烟气在管道中的温度降 15
7.2烟气在烟囱中的温度降 15
8 风机和电动机的选择及计算 17
8.1标准状态下风机风量计算 17
8.2风机风压计算 17
8.3电动机功率计算 18
参考文献 19
致 谢 21

1 概述
1.1设计目的
通过设计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，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养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。
1.2设计任务
运用所学知识设计某一燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统。
1.2设计依据及原则
按《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）中的在用锅炉标准设计。
锅炉房尺寸10m×26m，屋顶标高6.5m。
1.3设计原始资料：
某燃煤采暖锅炉房，概况如下：
锅炉型号：SHL4-13型（额定热功率2.8MW），共3台
设计耗煤量：600 kg/h·台
排烟温度：200℃
空气过剩系数：1.2
排烟中飞灰占煤不可燃成分的比例：16%
锅炉阻力：800Pa
当地大气压：98kPa
煤的工业分析值：
CY=68% HY=4% SY=1% OY=5%
NY=1% WY=6% AY=15% VY=13%
锅炉外形尺寸：4866×3660×2550
锅炉烟囱尺寸：φ600
锅炉烟尘中的颗粒物粒度分布如下表：
粒度范围（μm）
平均粒径（μm）
质量百分数（%）
<5
3
5
5-10
7.5
7
10-30
20
22
30-60
45
35
60-80
70
18
>80
90
13

1.4通风除尘系统的主要设计程序
1. 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化碳浓度的计算。
2. 净化系统设计方案的分析确定。
3. 除尘器的比较和选择：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。
4. 管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。并计算各管道的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。
5. 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类容。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，装订成册。
7. 图纸要求
1) 除尘系统图一张。
2) 除尘系统平面图、剖面布置图2-3张。图中设备管件应标注编号，编号应与系统图对应。
2 烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算
ç÷
2.1标准状态下理论空气量
建立煤燃烧的假定：
1. 煤中固定氧可用于燃烧；
2. 煤中硫主要被氧化为 SO2；
3. 不考虑NOX的生成；
4. 煤中的N在燃烧时转化为N2。
标准状态下理论空气量：
æö

式中
=68%，=4%，=1%，=5%——分别为煤中各元素所含的质量分数。
结果为
=6.97
2.2标准状态下理论烟气量
标准状态下理论烟气量：

式中
——标准状态下理论空气量，；
——煤中水分所占质量分数，6%；
——N元素在煤中所占质量分数，1%。
结果为
=7.42
2.3标准状态下实际烟气量
标准状态下实际烟气量：

式中
——空气过量系数；
——标准状态下理论烟气量，；
——标准状态下理论空气量，；
标准状态下烟气流量应以计，因此，

结果为
=8.84
=5304
2.4标准状态下烟气含尘浓度
标准状态下烟气含尘浓度：

式中
——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数，16%；
——煤中不可燃成分的含量；15%
——标准状态下实际烟气量，。
结果为
C=0.00271 =2710
2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

式中
——煤中含可燃硫的质量分数；1%
——标准状态下燃煤产生的实际烟气量, 。
结果为 =2220
3 除尘器的选择
3.1除尘器应该达到的除尘效率

——标准状态下烟气含尘浓度，；
——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，。
结果为

3.2除尘器的选择
工况下烟气流量：

式中
——标准状态下的烟气流量，
——工况下烟气温度，K
——标准状态下温度，373 K
结果为

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：选择XLD-4型多管式旋风除尘器，产品性能规格见表3.1
表3.1除尘器产品性能规格
型号
配套锅炉容量/(j/H)
处理烟气量/(m3/h)
除尘效率/%
设备阻力/Pa
分割粒径d/(50um)
质量/kg
XLD-4
3
9000
92-95
932-1128
3.06-3.3
2369
表3.2 除尘器外型结构尺寸（见图3.1）
A
B
C
D
E
F
G
H
M
N
1400
1400
300
50
350
1000
2985
4460
700
4235

图3.1 除尘器外型结构尺寸

4 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置
4.1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。
4.2管径的确定
管道直径：

式中
——工况下管道内烟气流量，
——烟气流速 m/s (对于锅炉烟尘=10-15 m/s)取=14 m/s
结果为
d=0.46 (m)
圆整并选取风道:
表4.5 风道直径规格表
外径D/mm
钢制板风管
外径允许偏差/mm
壁厚/mm
500
±1
0.75
内径 :
500-2×0.75=498.5(m/s)
由公式

可计算出实际烟气流速：
V=12.0 (m/s)
5烟囱的设计
5.1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5.1）确定烟囱的高度。
表5.1 锅炉烟囱的高度
锅炉总额定出力/(t/h)
<1
1-2
2-6
6-10
10-20
26-35
烟囱最低高度/m
20
25
30
35
40
45
锅炉总额定出力：4×3=12（t/h）,故选定烟囱高度为40 m
5.2烟囱直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算：

式中
——通过烟囱的总烟气量，；
——按表5.2选取的烟囱出口烟气流速，m/s
表5.2烟囱出口烟气流速/ (m/s)
通风方式
运行情况
全负荷时
最小负荷时
机械通风
10-20
4-5
自然通风
6-10
2.5-3
选定=4m/s
结果为 :
d=1.50（m）
圆整取d=1.50 m。
烟囱底部直径：

式中
——烟囱出口直径，m；
——烟囱高度，m；
——烟囱锥度（通常取i=0.02-0.03）。
取i=0.02
结果为:
d1=3.09（m）
5.3烟囱的抽力

式中
——烟囱高度，m；
——外界空气温度， °C
——烟囱内烟气平均温度，°C
——当地大气压，Pa。
结果为:
Sy=183（Pa）

6 系统阻力计算
6.1摩擦压力损失
（1）对于圆管：

式中
——摩擦阻力系数（实际中对金属管道可取0.02.对砖砌或混凝土管道可取0.04）。
——管道直径,m
——烟气密度，kg/m3
——管中气流平均速率, m/s
——管道长度,m
对于直径500mm圆管：
L=9.5m

B
结果为:

（2）对于砖砌拱形烟道（见图6.1）

D=500 mm
式中 S为面积，
结果为：
B=450 mm
图6.1 砖砌拱形烟道
6.2局部压力损失

式中
——异形管件的局部阻力系数，
——与相对应的断面平均气流速率，m/s
——烟气密度，kg/m3
图6.2中一为渐缩管。

图6.2 除尘器入口前管道示意图
≦45度时，=0.1，
取=45度，=13.8m/s
结果为：
8.0（Pa）
L1=0.05×tan67.5=0.12（m）
图6.2中二为30度Z形弯头
H=2.985-2.39=0.595=0.6（m）
H/D=0.6/0.5=0.12
取=0.157
==1.57 （=1.0）
结果为：
12.6（Pa）
图6.2中三为渐阔管

图6.3中a为渐扩管

图6.3 除尘器出口至风机入口段管道示意图
≦45度时，=0.1，
取=30度，
=13.8m/s
结果为：
8.0（Pa）
L=0.93(m)
图6.3中b、c均为90度弯头
D=500，取R=D
则=0.23
结果为：
18.4（Pa）
两个弯头

对于如图6.4中所示T形三通管
V1l1
V2l2
V3l3
T形三通管示意图

=0.78
62.4（Pa）
对于T形合流三通=0.55
结果为：
44（Pa）
系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1128Pa）为:

7 系统中烟气温度的变化
7.1烟气在管道中的温度降

式中
——标准状态下烟气流量，m3/h
——管道散热面积，m2
——标准状态下烟气平均比热容（一般为1.352—1.357KJ/(m3·°C）
——管道单位面积散热损失 KJ/(m3·h)
室内=4187 KJ/(m3·h)
室外=5443 KJ/(m3·h)
室内管道长：
L=2.18-0.6-0.12=1.46
F=∏L·D=2.29 (m2)
室外管道长
L=9.5-1.46=8.04 (m)
F=∏L·D=12.69 (m2)

7.2烟气在烟囱中的温度降

式中
——烟囱高度，m。
——温度系数，可由表7-2-1查得。
——合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h；
表7.1 烟囱温降系数
烟囱种类
钢烟囱（无衬筒）
钢烟囱（有衬筒）
砖烟囱（H<50m，壁厚小于0.5m）
砖烟囱（壁厚大于0.5m）
A
2
0.8
0.4
0.2

总温度降：

8 风机和电动机的选择及计算
8.1标准状态下风机风量计算

式中
1.1——风量备用系数，
——标准状态下风机前表态下风量，m3/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, °C
——当地大气压，kP
结果为
Qy=11109.8 （m3/h）
8.2风机风压计算

式中
1.2——风机备用系数；
——系统总阻力，Pa；
——烟囱抽力，Pa
——风机前烟气温度，°C
——风机性能表中给出的试验用气体温度，°C
——标准状态下烟气密度，kg/m3
结果为
Hy=2400 (Pa)
根据Hy和Qy，选定Y5-47Ⅱ型No.7c的引风机，Y5-47Ⅱ型引风机是在原Y5-47Ⅱ型引风机性能基础上改进的产品，该引风机最佳工况点的全压内效率为85.6%，与原Y5-47Ⅱ型引风机相比较，由于进行了一系列改进，使噪声值有显著降低，噪声指标为12.5dB。性能表如下。
表8.2 引风机性能表
机号传动方 式
转速
/r/min
流量
/m3/h
全压
/Pa
内效率/%
内功率/kw
所需功率/kw
C式
2320
11663
3030
79
12.42
17．00

8.3电动机功率计算

式中
——风机风量，m3/h
——风机风压，Pa
——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）
——机械传动效率，当风机与电机直联传动时=1，用联轴器连接时=0.95—0.98，用V型带传动时=0.95
——电动机备用系数，对引风机，=1.3
Ne=16 (kW)
根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定Y180M-2型电动机。

参考文献
[1] 孙一坚主编.工业通风. 北京：中国建筑工业出版社,1994
[2] 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
[3] 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
[4] 中国石化集团上海工程有限公司，金国淼.石油化工设备设计选用手册—除尘器设计.北京：化学工业出版社，2008
[5] 孙研，通风机选型使用手册.北京：中国建筑工业出版社，2000

致 谢
感谢杨老师在百忙之中辅导我的课程设计，让我的设计能圆满完成。杨老师工作认真、一丝不苟，虽然工作繁忙，但还是抽出时间指导我和同学们的设计，我的设计中有很多错误和缺陷，杨老师都一一指出，不辞辛苦的帮我修改，让我看到一个真正的科研人员的做事态度和敬业精神，非常佩服。每次去老师的办公室一待就是一两个小时，都会让我的设计有所提高，更加完善，符合设计的要求。在这几个星期的课程设计中，让我认识到自己专业知识的不足，做事态度和能力的欠缺，在此非常感谢老师的帮助，自己以后一定加倍努力，端正做事的态度，扎实自己的专业知识，不负杨老师的辛苦。