大气课程设计.doc

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 4
2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 4
3 除尘器的选择和比较 5
3.1除尘效率 5
3.2除尘器的选择 5
4 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 6
4.1各装置及管道布置的原则 6
4.2管径的确定 6
5烟囱的设计 6
5.1烟囱高度的确定 6
5.2烟囱直径的计算 6
5.3烟囱的抽力 7
6 系统阻力计算 7
6.1摩擦压力损失 7
6.2局部压力损失 8
7 系统中烟气温度的变化 10
7.1烟气在管道中的温度降 11
7.2烟气在烟囱中的温度降 13
8 通风除尘系统布置图 14
参考文献 14

一 概述
1.1课程设计题目
某燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计
1.2课程设计的目的
通过课程设计使学生进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养学生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，使学生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、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。
1.3设计原始资料
锅炉型号：手烧炉，共4台
设计耗煤量：1000kg/h(台)
排烟温度：160℃
烟气密度：1.34kg/Nm3
空气过剩系数如下表示：
炉子的空气过剩系数
燃烧方式
烟煤
无烟煤
手烧炉
1.3—1.5
1.3—2.0
取空气过剩系数为α=1.4
排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16%
烟气在锅炉出口前阻力：800Pa
当地大气压力：97.86kPa
冬季室外空气温度：-1℃
空气含水按0.01293kg/ N
烟气其他性质按空气计算
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）中二类区标准执行：
烟尘浓度排放标准：200mg/ Nm3
二氧化硫排放标准：900mg/ Nm3
净化系统布置场地为锅炉房北侧15m以内。
1.4设计计算
二，燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算
2.1 理论空气量

式中：、、、分别为煤中各元素所含的质量百分数。

2.2 理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3N）
（m3N/kg）
式中：—理论空气量（m3N/kg）
—煤中水分所占质量百分数；
—N元素在煤中所占质量百分数

2.3 实际烟气量
（m3N/kg）
式中：a —空气过量系数。
—理论烟气量（m3N/kg）
—理论空气量（m3N/kg）
烟气流量Q应以m3N/h计，因此。设计耗煤量

2.4 烟气含尘浓度
（kg/m3N）
式中：—排烟中飞灰占煤中不可燃成分的百分数；
—煤中不可燃成分的含量；
—实际烟气量（m3N/kg）。

2.5 烟气中二氧化硫浓度的计算
（mg/ m3N）
式中： — 煤中含硫的质量分数。
— 燃煤产生的实际烟气量（m3N/kg）
在标准大气压下：

三．除尘器的比较和选择
3.1 除尘效率

式中：C—烟气含尘浓度，mg/m3N；
Cs—锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3N。

3.2 除尘器的选择
工况下烟气流量：（m3/h）；
式中，—标准状态下的烟气流量，m3/h；
—工况下烟气温度，k；
—标准状态下温度273k。

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：YDT型圆体立式多管陶瓷除尘器（旋风子数为7）。产品性能规格见表1。结构图见图3-1
表1 YDT型圆体立式多管陶瓷除尘器
型号
配套锅炉容量（J/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（%）
重量（kg）
YDT
4
14000
>98
≦1级林格曼黑度
900-1600
>86
2900

四，确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。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
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
（m）
式中，—工况下管道内的烟气流量（m3/s）；
—烟气流速（m/s）（对于锅炉烟尘=10-15 m/s）。
取=14 m/s，
（m）
圆整并选取风道：
外径D（mm）
钢制板风管
外径允许偏差（mm）
壁厚（mm）
640
1
1.00
内径=d1=640-21.00=638.00mm
由公式可计算出实际烟气流速：
（m/s）
五，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3）确定烟囱的高度。
表3 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（m）
20
25
30
35
40
45
锅炉总额定出力：44=16（t/h） 故选定烟囱高度为40m。
5.2 烟囱直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算：
（m）
式中：Q—通过烟囱的总烟气量（m3/h）
ω—按表4选取的烟囱出口烟气流速（m/s）
表4 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
自 然 通 风
6~10
2.5~3
选定ω=4m/s

圆整取d=2.4m
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i=0.02，
d1=2.40+20.0240=4m。
5.3 烟囱的抽力
（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（℃）；
B—当地大气压（Pa）。

六. 系统阻力的计算
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）；
υ—管中气流平均速率（m/s）；
λ—摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度的函数。可以查手册得到（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）。
a． 对于φ500圆管
L=9.5m

图2 砖砌拱型烟道示意图

b． 对于砖砌拱型烟道

则
式中，A为面积，X为周长。

代入数据得：=87.77（pa）
6.2 局部压力损失
（Pa）
式中：ξ—异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获得；
υ—与ξ相对应的断面平均气流速率（m/s）；
ρ—烟气密度（kg/m3）。

图3 除尘器入口前管道示意图
图3中一为减缩管
α≤45℃时，ξ=0.1
取α=45℃、υ=14.1m/s

图3中二为30℃Z型弯头

，取

由表得=1.0

图3中三为渐扩管

并取 则

图4 除尘器出口至风机入口段管道示意图
图4中a为渐扩管

取

图4中b、c均为90o弯头

则
两个弯头
对于如图5所示T型三通管：

图5 T型三通管示意图

对于T型合流三通：

系统总阻力(∑)（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1600 Pa）：

七，系统中烟气温度的变化
7.1 烟气在管道中的温度降
（℃）
式中：Q—烟气流量（m3N/h）
F—管道散热面积（m2）
CV—烟气平均比热（一般C=1.352~1.357kJ/m3N•℃）；
Q —管道单位面积散热损失。
室内q =4187kJ/m2•h
室外q =5443kJ/m2•h
室内管道长：L=2.18-0.6-0.12=1.46m

室外管道长L=9.5-1.46=8.04m

=7（℃）
7.2 烟气在烟囱中的温度降：
（℃）
式中：H—烟囱高度（m）；
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，可由表5查得。

表5 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（℃）

八.通风除尘系统布置图

8.1.设计说明
烟道为砖烟道，导角为45度，与圆管连接处采取密封措施，所有器件接口处均用法兰盘连接

8.2.说明书

设计说明
烟道为砖烟道，导角为45度，与圆管连接处采取密封措施，所有器件接口处均用法兰盘连接

序号
名称
个数
规格型号
备注
1
烟道
1
H=40m上径直径800，下径直径500，厚300
砖烟道
2
人孔
1
500×400

3
导流板
1

4
烟道
1
1000×1000
砖烟道
5
圆管

外径直径500，壁厚0.75
钢制
6
V形带
5

7
除尘器
4
XLD-4型

8
弯头
4
30度Z型

9
锅炉
4
手烧炉

五．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，2002
2，钢铁企业采暖通风设计手册，北京冶金工业出版社2000
3，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
4，航天部第七研究设计院编。工业锅炉房设计手册。北京 中国建筑工业 出版社1986

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