大气污染控制工程课程设计设计说明书+设计计算书.docx

大气污染控制工程
课程设计
设
计
说
明
书

《大气污染控制工程》课程设计说明书

前言 : 在目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。而大气污染可以说主要是人类活动造成的，大气污染对人体的舒适、健康的危害包括对人体的正常生活和生理的影响。目前，大气污染已经直接影响到人们的身体健康。该燃煤电厂的大气污染物主要是颗粒污染物，而且排放量比较大所以必须通过有效的措施来进行处理，以免污染空气，影响人们的健康生活。
所以,做为一名环境工程专业的学生，应该有处理烟尘的能力，此课程设计就是针对燃煤锅炉的尾气处理所制定的一份方案。

设计原始资料如下：

直吹式煤粉炉，3台
设计耗煤量：36.4t/h（台）
锅炉额定蒸发量10t/h（台）
主蒸汽压力9.8Mpa
锅炉排烟量44000 m3/h
排烟温度：140～150℃，本设计取150℃
排烟中飞灰占煤中不可燃成分比例：15%
空气过剩系数a=1.8
烟气在锅炉出口前阻力：800Pa
当地大气压力：100kPa
冬季室外空气温度：－1℃
空气含水（标准状态下）按0.01293kg
烟气其他性质按空气计算
飞灰化学成分 质量分数（％） 飞灰化学成分 质量分数（％）
SiO2 55.56～62.8 Al2O3 15.79～19.38
Fe2O3 7.0～12.2 CaO 2.0～4.0
MgO 1.2～4.4 K2O 2.3～3.3
Na2O 0.8～2.2 SO2 1.0～2.7
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（标准状态下）：200mg/m3
净化系统布置场地如图1、图2所示,在锅炉房南侧20m以内

一、设计原则
除尘净化系统通过降低烟尘排放量，极大地改善了大气环境质量。好的除尘净化系统不仅除尘效果好，投资省，而且达到排放标准。设计除尘净化系统时，通常遵循以下原则：
1.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。
2.管道应尽量集中成列，平行敷设，与柱、墙、设备及管道之间应留有足够距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩要求。
3.除尘管道力求顺直，当必须水平敷设时，要有一定的坡度和足够的流速以防止积尘。
4.为减轻风机磨损，特别当含尘浓度较高时（大于3g/m3时），应将净化装置设在风机的吸入段。
5.分支管与水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入；几个分支管汇合于同一主干管时，汇合点最好不设在同一断面上。
6.三通管的夹角一般不大于300。
二、设计步骤
1. 净化方案的确定；
由于本处理工艺要求处理烟尘量较大，且除尘效率较高，因此需要一种除尘效率在很高的除尘器才可以达到效果，基本流程如下图所示：

2. 除尘器的选择：
静电除尘器和布袋除尘器目前应用比较广泛，根据两种除尘器在性能上的差异以及实际应用情况，结合环保要求、污染物排放费用的征收情况，针对静电除尘器和布袋式除尘器两种除尘器在实际应用中的基本性能做以下对比。
2.1除尘效率
            布袋除尘器对人体有严重影响的重金属粒子及亚微米级尘粒的捕集更为有效，除尘效率比静电除尘器更高。通常除尘效率可达99.99以上，排放烟尘浓度能稳定低于50mg/Nm3，甚至可达10mg/Nm3以下，几乎实现零排放。
            从目前电力行业燃煤锅炉应用的情况来看，布袋除尘器的排放能保证在30mg/Nm3以下。呼和浩特电厂两台200MW机组的锅炉烟气净化采用了袋式除尘器，从CEMS系统长期自动监测的结果和权威检测单位的测试人员人工采样测试的结果来看，排放浓度均低于27mg/Nm3。

            随着国家环保标准的进一步提高和越来越多的电厂燃用低硫煤（或者经过了高效脱硫），就电除尘器而言，即使达标也变得越来越困难。而布袋除尘器其高效的过滤机理决定了它不受燃烧煤种物化性能变化的影响，具有稳定的除尘效率。针对目前国家环保的排放标准和排放费用的征收办法，布袋除尘器所带来的经济效益是显而易见的。

2.2煤种、风量、温度、气流等因素对除尘器的影响
            燃煤电厂的煤种相对稳定，但也不能避免遇到煤种或煤质发生变化的时候；锅炉系统是一个经常变动和调节的系统，因此从锅炉中出来的烟气物化性能、烟尘浓度、温度等参数也不能保证不发生变化。这一系列的变化，针对不同的除尘器会引起明显不同的变化。下面从主要的几个方面进行对比：
2.2.1送、引风机风量不变，锅炉出口烟尘浓度变化
            对布袋除尘器：烟尘浓度的变化只引起布袋除尘器滤袋负荷的变化，从而导致清灰频率改变（自动调节）。烟尘浓度高滤袋上的积灰速度快，相应的清灰频率高，反之清灰频率低，而对排放浓度不会引起变化。对静电除尘器：烟尘浓度的变化直接影响粉尘的荷电量，因此也直接影响了静电除尘器的除尘效率，最终反映在排放浓度的变化上。通常烟尘浓度增加除尘效率提高，排放浓度会相应增加；烟尘浓度减小除尘效率降低，排放浓度会相应降低。
2.2.2锅炉烟尘量不变，送、引风机风量变化
            对布袋除尘器：由于风量的变化直接引起过滤风速的变化，从而引起设备阻力的变化，而对除尘效率基本没有影响。风量加大设备阻力加大，引风机出力增加；反之引风机出力减小。
            对静电除尘器：风量的变化对设备没有什么太大影响，但是静电除尘器的除尘效率随风量的变化非常明显。若风量增大，静电除尘器电场风速提高，粉尘在电场中的停留时间缩短，虽然电场中风扰动增强了荷电粉尘的有效驱进速度，但是这不足以抵偿高风速引起的粉尘在电场中驻留时间缩短和二次扬尘加剧所带来的负面影响，因此除尘效率降低非常明显；反之，除尘效率有所增加，但增加幅度不大。
2.2.3温度的变化
            对布袋除尘器：烟气温度太低，结露可能会引起“糊袋”和壳体腐蚀，烟气温度太高超过滤料允许温度易“烧袋”而损坏滤袋。但是如果温度的变化是在滤料的承受温度范围内，就不会影响除尘效率。引起不良后果的温度是在极端温度（事故/不正常状态）下，因此对于布袋除尘器就必须设有对极限温度控制的有效保护措施。
            对静电除尘器：烟气温度太低，结露就会引起壳体腐蚀或高压爬电，但是对除尘效率是有好处的；烟气温度升高，粉尘比电阻升高不利于除尘。因此烟气温度直接影响除尘效率，且影响较为明显。
  2.2.4烟气物化成分（或燃烧煤种）变化
            对布袋除尘器：烟气的物化成份对布袋除尘器的除尘效率没有影响。但是如果烟气中含有对所有滤料都有腐蚀破坏的成分时就会直接影响滤料的使用寿命。
            对静电除尘器：烟气物化成份直接引起粉尘比电阻的变化，从而影响除尘效率，而且影响很大。烟气中硫氧化物的含量对脱硫除尘器的影响最为直接，通常硫氧气化物的含量越高，粉尘比电阻越低，粉尘越容易捕集，除尘效率就高；反之，除尘效率就低。另外烟尘中的化学成分（如硅、铝、钾、钠等含量）的变化也将引起除尘效率的明显变化。
2.2.5气流分布
            对布袋除尘器：除尘效率与气流分布没有直接关系，即气流分布不影响除尘效率。但除尘器内部局部气流分布应尽量均匀，不能偏差太大，否则会由于局部负荷不均或射流磨损造成局部破袋，影响除尘器滤袋的正常使用寿命。
            对静电除尘器：静电除尘器非常敏感电场中的气流分布，气流分布的好坏直接影响除尘效率的高低。在静电除尘器性能评价中，气流分布的均方根指数通常是评价一台静电除尘器的好坏的重要指标之一。
 2.2.6空气预热器及系统管道漏风
            对布袋除尘器：对于耐氧性能差的除尘布袋会影响布袋寿命，比如：RYTON滤料，但是除尘效率不受影响。由于混入冷风系统风量增加导致系统阻力增加。
            对静电除尘器：设备阻力无明显变化，但是系统风量增加提高了电场风速对除尘效率有影响。
对于本工艺，根据工况下的烟气量44000 m3/h
烟气温度及要求达到的除尘效率 99.35%
确定除尘器：选择LCPM型脉冲除尘器，属于袋式除尘器的一种

3. 烟囱高度和出口内径的确定；
烟囱出口直径：
① d=0.0188(Q/v)1/2 d=3.1 v=5m/s
烟囱底部直径
d1=d2 + 2iH =6.5m i—取0.02～0.03
②烟囱高度确定
按GB13271－2001锅炉烟囱高度表查找。
H=45m
4. 管径和烟气流速的确定；
管径确定 πd2 v/4 =Q 锅炉烟尘v＝10～15m/s
先估算流速，v=14m/s
再计算管径d=898mm
再比照标准管径
计算实际流速:v=12.48m/s
5. 系统阻力的计算：
分别计算摩擦压力损失和局部压力损失，
然后求和: =pa
6. 风机和电机的选择及计算：
根据计算的风量、风压选择合适的风机；根据电动机的功率、风机转速、传动方式选择相应的电动机；
根据和选定4-68 No.12.5C型工况序号为5的引风机,
根据电动机的功率，风机的转速、传动方式选定JO293-4型电动机。
三、参考文献
［1］郝吉明.马广大等编.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
［5］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
［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
［8］熊振湖等.大气污染防治技术及工程应用.北京：机械工业出版社,2003
附 录锅炉烟气除尘系统平面布置图和锅炉烟气除尘系统剖面图

大气污染控制工程
课程设计
设
计
计
算
书

《大气污染控制工程》课程设计计算书
一．设计原始资料
见说明书
二.设计计算
2.1燃煤锅炉烟气量

------工况下理论烟气量,
Q-----标准状态下烟气流量,
-----工况下烟气温度,K
T------标准状态下温度,273K

2.1.2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
-------煤中不可燃成分的含量
------标准状态下实际烟气量, ()
2.2除尘器的选择
2.2.1除尘效率

=99.35%
式中C------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,
2.2.2除尘器的选择
则烟气流速为
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LCPM型脉冲除尘器 。型号为：LCPM320-20-2700。技术性能见表1。
表1 LCPM320-20-2700除尘器技术性能
型号
处理烟气量/(m3·h-1）
过滤风速（）
滤袋尺寸
（mm）
除尘器阻力/（KPa）
除尘器效率/(％)
LCPM320-20-2700
19200-57600
1-3
2700
0.6-1.2
>99.5
设备安装尺寸见表2。
表2 LCPM320-20-2700除尘器安装尺寸
型号
外形尺寸
进口尺寸
出口尺寸
接口标高
长
宽
高
A
B
N1
n
f
e
H1
H2
H3
LCPM320-20-2700
4139
4042
4399
2700
3839
500
1090
190
140
2715
2965
10599

2.3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。
2.3.1各装置及管道布置的原则
根据锅炉运行情况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，并使安装，操作方便。
2.3.2管径的确定

（m）
式中Q —— 工作状态下管道内的烟气流量，
——烟气流速 取 14
圆整并选取风道
外径
钢制板风管

外径允许偏差/
壁厚/
900

1.0
内径=d=900-2×1.0=898()
由公式可计算出实际烟气流速：
（）
2.4 烟囱的设计
2.4.1 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，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:10×3=30(t/h)
故选定烟囱高度为45m。
2.4.2 烟囱直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算：

Q——通过烟囱的总烟气量，
——按表4选取的烟囱出口烟气流速，。
表4 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
选定=5

圆整取d=3.1m
烟囱底部直径

式中 ——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)本设计取 i=0.03

2.4.3烟囱的抽力

=202.0
式中 H——烟囱高度，m
——外界空气温度，
——烟囱内烟气平均温度，
B——当地大气压，
2.5系统阻力的计算
2.5.1 摩擦压力损失

式中L——管道长度，m
d——管道直径，m
——烟气密度，
——管中气流平均速率
——摩擦阻力系数
a.对于φ900圆管
L=2.0+0.7+11.6+1.0=15.3（m）

b.对于砖拱形烟道
L=2×10.0=20.0m
=1.27（）
D=900mm
故B=712mm
则R=
式中,A为面积,X为周长

c.对风机后的方形风道
L=3×2.0=6.0m
尺寸：1250mm×800mm，
则：R=
式中,A为面积,X为周长

2.5.2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；
v——与ξ像对应的断面平均气流速率,m/s
ρ——烟气密度,
(1)除尘器入口前管道的计算 （附图1）
图中一为渐扩管
查表取α=30℃
则：ξ=0.27

图中二为30℃Z形弯头

由手册查得
ξ=1.0×0.15=0.15

L2=h/tan30=0.58/ tan30=1.004m
图中三为天圆地方
连接φ900圆管和500mm×1050mm方管
设ξ=0.26 长L=0.70m
则
(2)除尘器出口至风机入口段管道的计算（附图2）
a为天圆地方
连接190mm×140mm和方管φ900圆管
设ξ=0.30 长L=0.8m
则
b、c均为90°弯头
D=900mm，取R=D，则ξ=0.24

两个弯头
(3)T形三通管
ξ=0.76

对于T形合流三通
ξ=0.58

系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa,除尘器阻力1200Pa）

2.6风机和电动机选择及计算
2.6.1标准状态下风机风量的计算

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，C°,如管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度；
B——当地大气压力，kPa

2.6.2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，C°。
ty——风机性能表中给的试验用气体温度，C°。
——标准状态下烟气密度，（γ=1.34kg/m3）

根据和选定4-68 No.12.5C型工况序号为5的引风机，性能表如下
机号传动方式
转速/(t/min)
工况序号
流量/(m3/h)
全压/Pa
内效率/％
内功率/kW
所需功率/kW
12.5C
1120
5
79342
1770
92.0
65.06
78.75
2.6.3电动机 功率的计算

式中Qy——风机分量，m3/h；
Hy——风机风压，Pa；
η1——风机在全压头是的效率(一般风机为0.6，高效风机约为0.9)；
η2——机械传动效率，当风机与电机直连传动是η2=1，用联轴器连接是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=1.2.

根据电动机的功率，风机的转速、传动方式选定JO293-4型电动机。
2.7系统中烟气温度的变化
2.7.1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。
室外q1=4187 kJ/(m2·℃)
室内q2=5443 kJ/(m2·℃)
室内管道长：L=2.18-0.6-1.49=0.09(m)
F2=L·D=3.14×0.09×1.40=0.40(m2)
室外管道长：L=2.0-0.09=1.91（m）
F1=L·D=3.14×2.63×1.40=11.56(m2)

2.7.2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查的。
表5 烟囱温度系数
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
三、参考文献
［1］郝吉明.马广大等编.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
［5］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
［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
［8］熊振湖等.大气污染防治技术及工程应用.北京：机械工业出版社,2003