大气课程设计说明书.doc

环境工程专业

课 程 设 计 说 明 书

题目：(SZL4-13锅炉除尘系统设计)

姓 名：
丁政可
班 级：
环境工程13-1班
学 号：
01
指导教师：
刘彦飞
课程名称：
大气污染控制工程
设计时间：
2016/5/23～2016/6/03

目 录
任务书……………………………………………………………………………………(1)
摘要………………………………………………………………………………………(3)
除尘系统计算……………………………………………………………………………(4)
一、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度计算………………………………………………(4)
二、除尘器选型…………………………………………………………………………(6)
三、除尘器设计计算……………………………………………………………………(8)
四、烟囱设计……………………………………………………………………………(11)
五、系统阻力计算………………………………………………………………………(12)
六、系统中烟气温度的变化……………………………………………………………(14)
七、风机的计算与选用…………………………………………………………………(15)
结论………………………………………………………………………………………(16)
参考文献…………………………………………………………………………………(16)

颗粒污染物控制课程设计任务书
适用专业 环境工程
一、课程设计题目
某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统的设计
二、课程设计的目的
通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行除尘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，培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、CAD绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。
三、设计原始资料
锅炉型号：SZL4—13型，共4台(2.8MW4)
设计耗煤量：680Kg/h／台
排烟温度：160℃
烟气密度(标准状态下)：1.34 kg /m3
空气过剩系数：=1.4
排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16%
烟气在锅炉出口前的阻力：800 Pa
当地大气压力：97.86 Kpa
冬季室外温度：-20℃
空气中含水(排标准状态下)10g/kg
烟气其它性质按近似空气计算
煤的工业分析值：
=68% =4% =1% =5%
=1% =6% =15% =13%
按锅炉大气污染物排放标准(GB13271—2001)中二类一时段标准执行。
锅炉房及场地布置见图。
四、计划安排
1、资料查询0.5天
2、及设计计算（4.5天）
3、说明书编制及绘图（5天）
五、设计内容和要求
1、燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度计算
2、净化系统设计方案的分析确定
3、除尘器的选择和比较：确定除尘器的类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。
4、管布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。并计算各管段的管径、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、系统阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类和功率。
六、成果
1、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(工艺管网简图和设备外形图)等内容。课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等内容，书写工整或打印输出，装订成册。
2、图纸
(1)除尘器图一张(2号图)。系统图应按比例绘制、标出设备部件编号，并附明细表。
(2)除尘系统平面布置图、剖面布置图各一张(1号或2号)，可以有局部放大图(3号)。布置图应按比例绘制。锅炉房及锅炉的绘制可以简化，但能表明建筑的外形和主要结构形式。在在图上中应有指北针方位标志。
七、主要参考资料
(1)郝吉明，马广大主编。大气污染控制工程。北京高教出版社，2002。
(2)吴忠标主编。大气污染控制工程。北京科学技术出版社，2002。
(3)胡传鼎著。通风除尘设备设计手册。北京化学工业出版社，2003。
(4)张殿印，王纯主编。除尘工程设计手册。北京化学工业出版社，2003。
(5)工业锅炉房设计手册。
(6)风机样本

指导教师： 教研究室主任：

2016年 月 日 2016 年 月 日

摘 要
一、 除尘器设计
本次设计的除尘器的是立式多管旋风除尘器。
根据任务书给出的相关数据计算出锅炉的实际烟气量，进而计算出相关的其他因素，即包括旋风除尘器中旋风子的数量，多管旋风除尘器的外壳尺寸，以及进气口、出气口距地面的高度和大小。根据所得数据可粗略的画出旋风除尘器的结构与布置。
二、烟气管道的布置
由上计算出的实际烟气量和烟气流速计算出排烟管道的直径，设计出管道的大致布置图，根据自己的想法涉及管路的铺设，已达到管道的铺设路径越短，阻力损失越小为宜，再根据除尘手册里查找相关弯管的阻力系数，计算弯管的局部阻力损失。同时，计算出圆管与除尘器进、出口连接处的管道天方地圆的角度、长度以及通过手册查出的阻力系数计算出阻力损失，根据所得的具体尺寸绘制出锅炉房烟气管道的布置图。
三、风机的计算和选型
由上可以得出的结论是弯管以及天方地圆的局部压力损失，和烟道铺设的沿程压力损失，进一步求得总的压力损失。根据已知公式所得数据可计算出风机的风量，风机的风压以及电动机功率。最后根据所得的三个数据在相关书籍中选出适合的风机型号。最后求得电动机功率，看其是否满足风机功率的要求，若符合要求，则设计成功，若不符合，则还需要重新选择风机的型号。

一、除尘系统计算
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
由煤质中 =68%，=4%，=1%，=5%，可得

式中 ，，，----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
由已知知：
空气的含湿量为10g/kg，则：

式中 ----分别为煤中水分和N元素的质量分数，则
3、 标准状态下的实际烟气量
式中 ：空气过剩系数为1.4，则

4、 标准状态下烟气含尘浓度
由于：

式中 ----分别为排烟中飞灰占煤中不可燃成分和煤中不可燃成分的含量的质量分数，则

则：

标准状态下烟气中二氧化硫浓度计算：由知：
,则

5、实际工况下的实际烟气量
因为：

5、 工况下烟气流量

二、除尘器的选择
根据烟尘的粒径分布、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、捕集粉尘量等。选型过程中要通过分级效率进行总除尘效率的校正。
除尘应达到的总效率

式中 分别为除尘器进口和出口的烟气中颗粒物的流量(kg/h)。
查得大气污染物排放标准(GB13271—2001)中二类区一时段的排放标准为，其中
，则

三、除尘器总除尘效率的校正
根据文献（1）中表18-2不同燃烧方式烟尘的颗粒分散度查得

粒 径
＜5
5～10
10～20
20～30
30～47
47～60
60～74
＞74
分散度
3.1
5.4
11.3
8.8
11.7
6.9
6.3
46.5

得到新粒径分布区间的颗粒分散度
粒 径
＜5
5～10
10～20
20～30
30～40
40～50
50～60
60～70
＞70
分散度%
3.1
5.4
11.3
8.8
9.1
5.9
4.2
3
49.2

并查得分级效率
粒径分布
＜5
5～10
10～20
20～30
30～40
40～50
50～60
60～70
＞70
分级效率%
36.93
66.58
85.55
94.72
97.93
94.95
99.64
99.84
99.93

故总除尘效率＞，所以能实现达标排放。
四、除尘器设计计算及管道的布置
1、各装置及管道布置的原则
锅炉运行情况和锅炉房现场的实际情况确定装置的位置。一旦确定了各装置的位置，管道的布置也就基本确定了。对各装置入管道的布置应力求简单，紧湊，管路短，占地面积小，并使安装、操作和检修方便。
2、除尘器旋风子的数量
（1）工况下烟气流量（第一部分计算已得出）

(2)旋风子个数
=Q/q（个）
式中 q——每个旋风子的工作流量，可有（旋风子的工作流量表）查的。
旋风子
直径毫米）
烟气导向装置
允许含尘浓度（）
旋风子的工作流量（）
旋风子的阻力系数
型 式
叶 片
倾斜角
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
最 大
最 小
250
花瓣型

200
75
33
735/765
865/900
630/655
740/770
85
65
表—1 旋风子的工作流量表
取旋风子直径=250mm， 叶片倾角=30°， 旋风子的工作流量q=865，=85
则：n′=Q/q=11050/750=14.74
根据计算的确定纵横向的旋风子的排数及,则实际采用的旋风子数量n为
=（纵向旋风子数）×（横向旋风子数）
15=53（一般取15,16,20,25）

3、除尘器的外壳尺寸
　a　深度（烟气纵向）S：

b、宽度（烟气横向）N：

式中 ——纵（横）向旋风子中心线间距，mm（=280mm）；
——旋风子中心线至除尘器壳体内壁间距，mm（=1７５mm）。

4、 除尘器进气室高度
（1）进气室上沿指旋风子导流器上沿的高度

式中 ——除尘器进口管内烟气的平均流速(米/秒)；
当＜6时，≤10米/秒
当＞6时，≤14米/秒； （取=10m/s）
——旋风子的内管直径（mm）； （查表取=133mm）
——相邻旋风子的中心线间距（mm）。 （=175mm）

（2）进口法兰宽
mm
（3）进口法兰高
mm， ,试取8m/s

进气室高度：
mm
5、除尘器集气室高度
（1）出口法兰宽
mm

（2）出口法兰高
mm， ,试取8m/s
（3）则除尘器集气室高度为：
mm(上角铁与出口法兰重合)
6、集尘斗高度
mm
7、除尘器支腿高
灰斗距地面高一般为800mm~1000mm，此处取800mm
mm
则，除尘器总高为：mm
8、管径的确定

式中----烟气流速（m/s）；
管内流速试取为１２m/s，则
mm，取整后得D=550mm
经核算
m/s，因此除尘器出口实际流速 m/s
五、系统中烟气温度的变化
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。
1、烟气在管道中的温度降
(℃)
式中 --标准状态下的烟气流量，（m3/h）；
--标准状态下烟气的比热容(1.352 ～1.357kJ/m3)；
—烟道散热面积，(m2)；
烟道单位面积散热损失(室内4187kj.h,室外5443kJ.h)。
℃
2、烟气在烟囱中的温度降
(℃)
式中 H---烟囱高度(m);
D---合用同一个烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，(t/h)
A –降温系数，可由表--1查得。

表—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<0.5 m)
砖烟囱
(H<壁厚>0.5 m)
A
2
0.8
0.4
0.2

则：℃
六、烟囱的设计
1、烟囱的高度
首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总蒸发量D(t/h)，然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定(见表—2)确定烟囱的高度。
表—2 锅炉烟囱高度表(H)
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

由表可知烟囱的高度H=40m
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—3选取的烟囱出口流速，（m/s）。
表—3 烟囱出口烟气流速（m/s）
运行情况
全负荷
最小负荷
机械通风
10～20
4～5
自然通风
6～10
2.5～3
由表可知烟囱出口流速取最小负荷4m/s，则
m
烟囱底部直径

式中 --烟囱出口直径，(m)；
--烟囱锥度，通常取 =0.02～0.03，则
m
3、烟囱的抽力

式中----外界空气温度，(℃)；
----烟囱内烟气平均温度，(℃)；
----当地大气压，(Pa)，
pa
七、 系统阻力计算
1、局部压力损失
(Pa)
式中 --异形管件的局部阻力系数；
--管气流速（m/s）；（= 12.24m/s）

（1）90°圆管弯头处的局部阻力损失：
选取弯头半径与圆管半径的比值为1:1，查表可得= 0.33
则 P=(0.22×0.84×13.41×13.41)/2=16.62(Pa)。
由设计流程图可知，管道共存在2处90°圆管弯头，则
P=16.62×2=33.24（Pa）
（2）锅炉的局部阻力损失
（3）省煤器的局部阻力损失 150Pa
（4）旋风除尘器的局部阻力损失 800Pa
综上可得总的局部阻力损失:
P总=33.24＋800＋150＋800
= 1783.24(Pa)
2.磨擦压力损失（沿程阻力损失）
对于圆管(Pa)；
式中 —管道长度，(m)；
—管道直径，(m)；
--烟气密度，（kg/m3)；（= 0.84 kg/m3）
--当地大气压力，(Pa)；
--管中气流平均速度（m/s）；(= 12.24m/s)
--磨擦阻力系数，可查手册，(一般对于金属管道 可取0.02，水泥和砖砌管道可取0.04)（取= 0.02）
由设计流程图可知：
L=7.16m
则：
即 Pl= 20.01Pa
则总的阻力损失 = －Sy= 1783.24+20.01-220=1583.25(Pa)

八、风机的计算与选用
1、风机风量的计算

式中----管道漏风系数，一般在0.1~0.15之间，取值0.1；
----标态下烟气流量，（m3/h）；
----风机前温度，管道不长时可取锅炉排烟温度(℃)；
m3/h
2、风机风压的计算

式中----安全系数，除尘管道在0.15~0.20之间，取值0.2；
----系统总阻力；
----风机性能表中给出的试验气体温度(℃)，4-47系列为200℃；
----标准状态下烟气的密度，1.34(kg/m3)。
pa
根据风机的风量和风压，查文献（6）中附录八常用风机规格型号，选择风机的型号为G4-73-11 No8D型。

3、电动机功率的计算

式中----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，皮带传动时为0.95；
----电机备用系数，对引风机为1.3。

根据电动机的功率，风机的转速，传动方式在参考资料（6）中常用除尘通风机附表中选择电动机型号为，转速1450r/min，传动方式为G型。
九、 结论通过设计计算可得以下结论：
1、计算选用立式多管除尘器，而且其除尘效率满足所需要求。
2、旋风除尘器旋风子的个数为15个（纵向个数×横向个数=n1×n2=5×3）。
3、旋风除尘器的总高度为35685mm。
4、管路总阻力损失为=1583.25Pa
5、选择风机的型号为：G4-73-11型锅炉离心引风机，电动机型号为：J02-62-4型
十、参考文献
(1)郝吉明，马广大主编。大气污染控制工程。北京高教出版社，2002。
(2)吴忠标主编。大气污染控制工程。北京科学技术出版社，2002。
(3)胡传鼎著。通风除尘设备设计手册。北京化学工业出版社，2003。
(4)张殿印，王纯主编。除尘工程设计手册。北京化学工业出版社，2003。
(5)工业锅炉房设计手册。
(6)风机样本