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燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计

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目录
1前言 3
2设计原始资料 4
3除尘工艺系统设计与计算 5
3．1燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 5
3．1.1标准状态下理论空气量 5
3．1.2标准状态下理论烟气量 5
3．1.3标准状态下实际烟气量 6
3．1.4标准状态下烟气含尘浓度 6
3．1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 6
3．2管径的确定 7
3．3温降的计算 7
3．3．1烟气在管道中的温度降 7
3．3.2烟囱高度的确定 8
3．3.3烟气在烟囱中的温度降 8
3．4净化系统设计方案的分析确定 9
3．4．1除尘器应达到的除尘效率 9
3．4．2除尘脱硫设备选择 9
3．5烟囱的设计 10
3．5．1烟囱直径的计算 10
3．5．2烟囱底部直径的计算 10
3．5．3烟囱的抽力 10
3．6系统阻力的计算 11
3．6．1摩擦压力损失 11
3．6．2局部压力损失 11
3．7风机和电动机选择及计算 12
3．7．1风机风量的计算 12
3．7．2风机风压的计算 12
3．7．3电动机功率的计算 13
4．小结 14
5参考文献: 15
6附录 16
6．1除尘器入口管道连接 16
6．2风机入口管道连接 16
6.3 T型三通管 16

1前言
随着社会经济的发展, 城市化与工业化进程的加速, 以及煤、 油为主的能源框架, 环境污染越来越严重。而在中国的能源结构中以燃煤为主, 众所周知煤炭在燃烧过程中会产生较多的污染物, 特别是向大气中排放酸性污染物, 在大气迁移过程中形成酸性沉降物, 即酸雨, 而酸雨控制又得广泛关注。
本设计是某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计, 主要目的就是除尘与烟气脱硫, 以达到污染物排放标准, 其中主要包括除尘器的选择、 烟气管网的布置及风机及电机的选择设计。

2设计原始资料
锅炉型号: SZL4—13型, 共4台( 2.8MW×4)
设计耗煤量: 600kg/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: 1.4
排烟中飞灰占煤中不可燃成份的比例: 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( 标准状态下) 按0.01293kg/ m3计
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( GB13271— ) 中二类区标准执行:
烟尘浓度排放标准( 标准状态下) : 200mg/ m3
二氧化硫排放标准( 标准状态下) : 900 mg/ m3
净化系统布置场地如下图所示的锅炉房北侧15m以内。

3除尘工艺系统设计与计算
3．1燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算
3．1.1标准状态下理论空气量

式中 CY, HY, Sy, OY — 分别为媒中各元素所含的质量分数。
已知煤中各种成分的质量分数为: 煤的工业分析值:
CY=68% HY=4% Sy=1% OY=5%
NY=1% WY=6% AY=15% VY=13%
各数值带入上式可得理论空气量:
Q＝4.78×(1.867×0.68+5.56×0.04+0.7×0.01-0.7×0.05)＝6.9977 m/kg
3．1.2标准状态下理论烟气量
Qs’=1.867( CY+0.375 Sy) +11.2H+1.24W+0.16Q+0.79Q+0.8N (m/kg)
式中 Q: 标准状态理论空气量,
WY: 煤中水分子所占质量分数,
NY: N元素在媒中所占质量分数.
设空气含湿量12.93g/m3,将上面数值代入公式
同理可求得标准状态下理论烟气量
Qs’=1.867×(0.68+0.375×0.01)+11.2×0.04＋1.24×0.06+(0.16+0.79)×6.9977+0.8×0.01=8.455 m/kg

3．1.3标准状态下实际烟气量

已知空气过剩系数为1.4,
可求出标准状态下实际烟气量
QS＝8.455＋1.106×(1.4-1)×6.9977=11.30m3/kg
注意: 标准状态下烟气流量Q以m3/h计, 因此:

已知设计耗煤量: 600kg/h(台)
则标准状态下烟气流量Q=11.30×600×4=27120m3/h
3．1.4标准状态下烟气含尘浓度

式中 dsh—排烟中飞灰占媒中不可燃成分的质量分数;
AY —煤中不可燃成份的含量;
Qs —标准状态下实际烟气量, m3/kg。
已知: dsh=16% QY=15% Qs=11.30m3/kg
代入上式求得标准状态下烟气含尘浓度

3．1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

式中Sy—煤的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
已知: Sy =1% , Qs=11.30 m3/kg 代入上式可得CSO2 =1.77×103mg/m3
3．2管径的确定

式中 Q—工况下管内烟气流量
v—烟气流速, m/s, ( 可查有关手册确定, 对于锅炉烟尘 v =10～15m/s) 。
已知: 每台锅炉的烟气流量Q=6780m3/h, 取v=12m/s,可得d=0.45m
圆整后取d=0.45m,可算得v=11.85m/s。
3．3温降的计算
当烟气管道较长时, 必须考虑烟气温度的降低。除尘器、 风机、 烟囱的烟气流量应按各点的温度计算。
3．3．1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1.352～1.375kJ/m3.℃)
q—管道单位面积散热损失。
室内q=4187kJ/(m2.h); 室外q=5443kJ(m2.h), Q＝6780m3/h,取Cv=1.360kJ/m3.℃,而F=LS=∏LD
已知室内两段:L1＝0.68m,D1=0.6m;L2=1.4m,D2=0.45m
室外:墙到除尘器进口管道距离L3=3.29m,直径计D3=0.45m;
除尘器到风机的管道距离L4=4.2m, 直径计D4=0.45m;
风机到烟道入口的管道距离L5=2.2m, 直径计D5＝0.45m;
烟道入口到烟囱底部的烟道距离L6=12.79m,F=0.64m2;
则⊿t1＝0.58℃,⊿t2=1.99℃,⊿t3=2.74℃,⊿t4=3.5℃,⊿t5=1.83℃,
⊿t6=4.83℃
风机进口前温度降⊿t=⊿t1+⊿t2+⊿t3+⊿t4 =8.81℃
风机前温度t1=T-⊿t=160-8.81=151.2℃
到达烟囱入口温度将⊿t’=⊿t1+⊿t2+⊿t3+⊿t4+⊿t5+⊿t6=15.47℃
因此到达烟囱入口烟气温度t2=T－⊿t’＝160－15.47＝144.53℃
3．3.2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1) 确定烟囱的高度。

表 1 锅炉烟囱高度表
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
20
25
30
35
40
45

根据上表,由锅炉总额定出力为16t/h,选烟囱高度为44m.
3．3.3烟气在烟囱中的温度降

式中 H—烟囱高度, m;
D—合用一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和, t/h;
A—降温系数, 可由表2查得:

表2 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
根据锅炉型号可知D=16t/h; 选择砖烟囱壁厚小于0.5m,取0.3m;因H=44,A＝0.4,由上公式可得⊿t2=4.4℃,而烟囱得进气温度为:144.53℃,那么烟囱的出口温度为144.53-4.3=140.23℃
3．4净化系统设计方案的分析确定
3．4．1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.
已知: Cs =200 mg/m3; C=2124 mg/m3 , 可得h=90.6%
3．4．2除尘脱硫设备选择
综合上各因素可选出XDCG4型陶瓷夺冠高效脱硫除尘器, 详情如下:

图1 除尘脱硫设备结构图

表3 XDCG4型陶瓷夺冠高效脱硫除尘器产品性能规格
型号
配套锅炉容量/ t/h
处理烟气量/ m3/h
除尘效率/ %
排烟黑度
设备阻力/Pa
脱硫效率/%
质量kg
XDGC4
4
1
>98
£1级林格曼黑度
800～1400
>85
2800

表4 XDCG4型陶瓷夺冠高效脱硫除尘器外形结构尺寸
H
H1
H2
H3
A
B
C
D
E
F
4460
2985
4235
700
1400
1400
300
50
350
1000
3．5烟囱的设计
3．5．1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;
υ—按表5选取的烟囱出口烟,m / s。
表5 烟囱出口烟气流速
通风方式
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
由烟气总流量Q=27120m3/h, 取υ=12m/s,可得烟囱出口内d=0.89m

3．5．2烟囱底部直径的计算
烟囱底部直径

式中 d2—烟囱出口直径, m ;
H—烟囱高度, m ;
i—烟囱锥度, 一般取 i=0.02～0.03。
取i=0.02,已知d2=0.89m,H=44m
则d1＝0.89+2×0.02×44=2.65m
3．5．3烟囱的抽力

式中 H—烟囱高度,
tk—外界空气温度,
tp—烟囱内烟气平均温度,
B—当地大气压,
已知H=44m, tk =-1℃, tp =140.23℃, B=97860Pa; 则Sy＝185.0Pa
3．6系统阻力的计算
3．6．1摩擦压力损失
对于圆管:

式中 L—管道长度值;钢管和砖砌的长度
d—管道直径,
ρ—烟气密度
v—管中气流平均速率
λ—摩擦阻力系数, 是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度K/d的函数。能够查手册得到( 实际中对金属管道λ值可取0.02, 对砖砌或混凝土管道λ值可取0.04) 。
已知管道长L=2.18+0.6+1.19+0.4+1.6+1.8+2.2=9.97m, d=0.45m
λ=0.02,v=11.85m/s, ρ=1.34 k g/m3
则代入上面公式有⊿pL=41.68Pa
3．6．2局部压力损失

式中: ξ—异形管件的局部阻力系数, 可在有关手册中查到, 或经过实验获得;
v—与ξ相对应的断面平均气流速率, m/s;
ρ—烟气密度, k g/m3
已知90°弯头ξ＝1.1; 30°Z形管ξ＝0.16; 天圆地方分别为:
ξ＝0.19与ξ＝0.13; T形三通: 合流管ξ＝0.78;
分流管ξ＝0.55; v=11.85m/s, ρ=1.34kg/m3
代入上面公式有△p=273.78Pa
有＝41.68Pa＋273.78Pa＋1400Pa＝1715.46Pa
3．7风机和电动机选择及计算
3．7．1风机风量的计算

式中 1.1—风量备用系数;
Q—标准状态下风机前表态下风量, m3 / h ;
tp—风机前烟气温度, ℃, 若管道不太长, 能够近似去锅炉排烟温度;
B—当地大气压力, kPa。
已知Q=6780m3/h; tp＝151.2℃; B＝97.86kPa
代入上述公式得Qy=1.120×104m3/h

3．7．2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—标准状况下烟气密度,
已知: ＝1715.46Pa, tp＝151.2℃, ρy＝1.34kg/m3;
Sy＝185.0Pa, B＝97.86kPa,查得ty＝250℃
代入上式Hy= 1488.25 Pa

由上面计算出风机风量Q y和风机风压H y, 所选风机的型号如下表:
名称
型号
风压范围mmH2O
风量范围m3/h
功率范围Kw
锅炉离心通风机
Y4-70-12
40～187
890～18100
1.5～5.5

3．7．3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, 当风机与电机直联传动时η2=1, 用联轴器连接时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
已知Qy =1.120×104m3/h, Hy = 1488.25 Pa, η1＝0.9, η2 =0.95
代入上式得Ne＝7.04Kw
根据计算得的电动机的功率, 传动方式选择电动机型号为:
J2-61小型鼠笼型电动机

4．小结
经过这个课程设计巩固大气污染控制工程所学内容, 使所学的知识系统化, 了解了工程设计的内容、 方法及步骤、 经过亲自动手查阅大量的参考书目和数据资料, 了解了许多燃煤采暖锅炉房烟气除尘设计的类型及其各自采用的设计数据, 使自己具备编写设计说明书的初步能力。经过画高程图复习了机械制图即工程制图的基本要求, 经过画平面图熟悉了计算机绘图的基本操作, 对工程设计的流程有了一个全面的认识, 当然在设计过程中也遇到了很多问题, 比如对于工具书的使用不熟练, 有些参数甚至不会查, 这主要是平时不对工具书进行钻研, 对工具书接触少的结果, 鉴于现在学生的特点, 希望老师能在以后大气课程讲授的过程中突出工具书的使用, 因为作为工科学生这些都是必要的。

5参考文献:
( 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, .
( 2) 钢铁企业采暖通风设计手册,北京: 冶金工业出版社, .
( 3) 同济大学等编。锅炉及锅炉房设备,北京中国建筑出版社, 1986.
( 4) 航天部第七研究设计院编。工业锅炉房设计手册。北京中国建筑出版社, 1986.
( 5) 陆耀庆主编, 供暖通风设计手册, 北京中国建筑出版社, 1987
( 6) 风机样本, 各类风机生产厂家
( 7) 工业锅炉旋风除尘器指南. 1984

6附录
6．1除尘器入口管道连接

附图1 除尘器入口管道连接示意图
6．2风机入口管道连接

附图2 风机入口管道连接示意图
6.3 T型三通管

附图3 T型三通管示意图