DLP4-13型锅炉高硫无烟煤烟气旋风除尘系统设计.doc

大气课程设计说明书
摘要
大气污染系指由于人类活动或自然过程使得某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境。随着现代工业的发展、城市人口的密集、煤及石油燃料的燃烧增长大气污染变得日益严重。在我国，大气污染以煤烟型为主，其主要污染物是S02与烟尘，它们成了我国大气污染的主要来源。再者，由于我国是煤炭资源十分丰富的国家，一次能源构成中燃煤占75％左右，随着经济建设的持续性快速发展，以煤炭为主要构成的能源消耗也在持续增长，使排放到大气中的烟尘也日益增多，导致我国大气污染逐步递增。国家环保局统计，到1997年，我国烟尘排放总量为1 565×10 t，其中燃煤排放占排放总量的80％ 以上，在世界各国的排放量中位于前列，这已经成为制约我国经济和社会持续发展的重要环境因素。所以，改善我国大气环境质量是迫在眉睫的首要任务，也是全国人民都要十分关心的事情，更是环保人员大力发展与继续研究的主导方向。因此，根据中国国情与经济现况，加大研究、引进先进技术才是我国的长远之计、强国之策。
旋风除尘器应用最广泛，其特点是结构简单，除尘效率较高操作简易，价格低廉。为了提高除尘效率，降低阻力，已出现各种型式的旋风除尘器如螺旋型、蜗旋型、扩散型、旁路型、旋流型和多管式除尘器等。目前在粉尘粒子较粗、含尘浓度较大、要求除尘效率不太严格和高温高压条件下旋风除尘器仍不失为良好的除尘设备。对数微米以上(如＞5)的尘粒使用小型高效旋风分离器有着良好的性能，对大气量可以采用数个至数十个并联设置的多管式除尘器。

目录
1计算书………………………………………………………………………………1
1.1设计原始资料……………………………………………………………………1
1.2 烟气计算…………………………………………………………………………1
1.3 按设计耗煤量计算………………………………………………………………2
2 旋风除尘器设计……………………………………………………………………3
2.1 旋风除尘器工作原理……………………………………………………………3
2.2 旋风除尘器运行概况……………………………………………………………3
2.3 影响旋风除尘器效率的因素……………………………………………………3
2.4 进口风速计算……………………………………………………………………4
2.5 进口截面计算……………………………………………………………………4
2.6 除尘器选型………………………………………………………………………4
2.7 处理后烟尘浓度计算……………………………………………………………5
3烟囱的设计…………………………………………………………………………6
3.1烟囱直径的计算…………………………………………………………………6
3.2 烟囱高度的计算…………………………………………………………………6
3.3 烟囱阻力的计算…………………………………………………………………7
4 管道设计计算………………………………………………………………………9
4.1 各装置及管道布置的原则………………………………………………………9
4.2 管径的计算………………………………………………………………………9
4.3 系统阻力的计算…………………………………………………………………9
4.4 系统总阻力的计算 ……………………………………………………………10
5 风机和电动机选择与计算 ………………………………………………………11
5.1 风机风量的计算 ………………………………………………………………11
5.2 风机风压的计算 ………………………………………………………………11
参考文献 ……………………………………………………………………………12
结束语 ………………………………………………………………………………13
附图……………………………………………………………………………………
1 燃烧计算
设计煤成分：CY=54.5% HY=4% OY=3% NY=1% SY=1.5% AY=18% WY=18%；VY＝15％,属于中硫烟煤；
排烟温度：160℃；
空气过剩系数＝1.2；
飞灰率＝35％ 。
解：以1kg该煤燃烧为基础，则
表1.1烟气成分
成分
质量/g
物质的量/mol
消耗O2的量/mol
生成物
生成物的量/mol
C
540
45.4
45.4
CO2
45.4
H
40
40
10
H2O
20
O
30
1.875
-0.932

N
10
0.714

S
15
0.4687
0.4687
SO2
0.4687
W
180
9.6

H2O
9.6
A
180

理论需氧量为

假定干空气中氮和氧的摩尔比（体积比）为3.78，则1kg该煤完全燃烧所需要的理论空气量为

空气过剩系数=1.35，则实际空气量为

理论烟气量为

160C时实际烟气体积为

设计煤耗量下的排烟烟气体积为

烟气含尘质量为

烟气含尘质量浓度为

生成SO2的质量为

排烟温度下的SO2的浓度为

烟气密度计算:
有上述式子：

根据：

2 净化方案设计
2.1 旋风除尘系统重要组成
旋风除尘器由带锥行的外圆筒、进气筒、排气筒（内圆筒）、圆锥筒和贮灰箱及排灰阀等组成。排气管插入外圆筒形成内圆筒，进气管与外圆相切，外圆筒下部是圆锥筒，圆锥筒下部是贮灰箱。
2.2 旋风除尘器原理
含尘气流以14~25m/s的速度由进管官沿切线方向进入旋风除尘器后，气流将由直线运动变为圆周运动。由于受到外圆筒盖及内圆筒壁的限流，迫使气流沿器壁由上而下作旋转运动，这股旋转向下的气流称为外旋气流。气流在旋转过程中产生较大的离心力，，尘粒在惯性离心力推动下，逐渐被甩向外壁，接触到外壁的尘粒失去惯性而在重力作用下沿壁面下落，进入贮灰箱。旋转向下的外旋气流到达锥体时，因受到圆锥行收缩的影响而向除尘器汇集。根据“旋转矩”不变原理，其切向速度不断提高，气流下降到一定程度时，开始返回向上，从底部转而沿轴心向上旋转运动，即内旋气流。内旋气流不含大颗粒粉尘，所以比较干净，经排气管向大气排出。见图1.

图1
2.3 旋风除尘器的影响因素
2.3.1 工作条件
(1)进口速度增大，则切向速度增大，dcp减小，效率增大。但不能过大，过大会影响气流运动的方向（剧烈、方向混乱），破坏了正常的涡流运动，另外阻力会加大，故常选用V=12~25m/s。
(2)除尘器的结构尺寸
一般而言，直径越小，Ft越大，则效率越小，过小易逃逸。出口管直径减小，则r0减小，减少了内涡旋，则效率增大。但dpp减小阻力会增大，故不能太小。
筒体长度增大，则效率增大，但过大阻力会增大，所以，筒体长度不大于5倍筒体直径。另外，希望锥体长度大一点，这样会使切向速度大和距器壁短。
旋风器斜放对效率影响不大。
2.3.2 流体性质
对于气体而言，μ增大对除尘不利，dcp增大，效率减小。温度增大，则μ增大，温度高或μ增大都会使效率减小。
粉尘粒径与密度：离心力跟粒径的三次方成正比，向心力跟粒径的一次方成正比。综合来说，dp增大则效率增大，
2.3.3 分离器的气密性
漏风率：0% 、 5% 、 15%
η： 90%、 50%、 0
要求保证旋风器的严密性。
旋风器一般：用于粒子较大（>10μm）的场合，除尘效率不太高，浓度较高时作为初级处理，可串联使用。
2.4 旋风式除尘器的选型
2.4.1 选型原则
(1) 旋风式除尘器净化气体量应与实际需要处理的含尘气体量一致。选择旋风式除尘器直径时应尽量小些，如果要求通过的风 量较大，可采用几个小直径的旋风除尘器并联为宜。
(2)旋风式除尘器入口风速要保持18~23m/s，过低时除尘效率下降：过高时阻力损失及耗电量 均要增加，且除尘效率提高不明显。
(3)所选择的旋风式除尘器的阻力损失小，动力消耗少，且结构简单、维护简便。
(4)旋风式除尘器能捕集到的最小粉尘粒子应稍小于被处理气 体中的粉尘粒度。
(5)含尘气体温度很高时旋风式除尘器应设有保温设施，以避 免水分在其内凝结而影响除尘效果。
(6)旋风式除尘器的密封要好，确保不漏风。
(7)气体中含有易燃易爆粉尘时旋风式除尘器应设有防爆装置。
2.4.2 选型步骤
(1)首先通过计算来确定需要处理的气体量。当气体温度。密 度、水蒸气含量等变化较大时，要对气体量进行换算，以便确定 除尘器直径。
(2)根据需要处理的气体量确定除尘器进口气流速度。进 而确定旋风式除尘器是否并联使用。
(3)按给定条件计算旋风式除尘器的分离界面粉尘粒径和预期达到的除尘效率。或直接按照“旋风式除尘器主要技术性能”表选 择；或将性能数据与计算结果核对。
(4)旋风式除尘器必须设置气密性好的卸尘阀，以防除尘器 本体下部漏风、保证除尘效果。
(5)并联时旋风式除尘器必须是同型号、同规格，并需要合理地设计连接风管，使每个除尘器处理的气体量相等，以免除尘器之间产生串流现象而降低除尘效率。
3 除尘器设备结构计算
采用旁路式式（XLP型）旋风除尘器(图2)

图2 旋风器结构示意图　　　　　　　　　　　　　　　
3.1 实际烟气流量计算
烟气处理量为

考虑到实际情况，漏风、清灰维修等因素影响，附加以120%来计算烟气流量为

3.2 各部分尺寸计算
⑴. 进口截面积
(3-1)
式中：A——进口截面积，m2；
Q——烟气流量，m3/h；
u——进口气流速度，m/s；
n——旋风除尘器的个数，取n=6。
代入数据得：
⑵. 矩形进气管尺寸
(3-2)
式中：A——进口截面积，m2；
b——进气管宽度，m；
h——进气管高度，m。
代入数据得：

⑶．主体各部分尺寸如下：
筒体直径 D=3.33b=0.577m
排气筒直径
筒体长度 L=1.7D=1m
锥体长度
灰口直径

3.3 旋风除尘器阻力计算
(3-3)
式中：P——旋风除尘器压力损失，Pa；
ξ——XLK旋风除尘器阻力系数；取(ξ=5.8);
ρ——气体密度，kg/m3；取(ρ=1.34 kg/m3);
u——流体平均流速，m/s；
代入数据得：
4 烟囱尺寸计算
锅炉的蒸发量为，污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中Ⅱ类区新建排污项目执行，可以确定烟囱的高度为50。
⑴. 烟囱截面积：
（4-1）
式中： S——烟囱截面积，m2；
QV——烟气流量，m3/s；
v ——烟气出口流速，取12m/s。
代入数据得：

⑵. 烟囱直径：
（4-2）
式中： D ——烟囱直径，m；
S——烟囱截面积，m2。
代入数据得：

⑶．烟气热释放率：
（4-3）
式中： QH——烟气热释放率，kW；
QV——烟气流量，m3/s；
Pa——大气压力，取本地900，Pa；
TS——烟囱出口处的烟气温度，K；
Ta——环境大气温度，K。
代入数据得：

⑷．烟气抬升高度：
（4-4）
式中：△H——烟气抬升高度，m；
QH——烟气热释放率，Kw；
D ——烟囱直径，m；
v ——烟气出口流速，m/s；
——烟囱出口处平均风速，m/s。
代入数据得：

⑸．烟囱高度：
（5-5）
式中： H ——烟囱的有效高度，m，设为50 m；
△H——烟气抬升高度，m；
HS——烟气几何高度，kW；
代入数据得：

⑹．烟囱阻力：
（5-6）
式中： P——烟囱阻力，Pa；
D——烟囱直径，m；
λ——摩擦阻力系数；
u——烟囱内流体平均流速，m/s；
l——烟囱高度，m。
代入数据得：

⑺．校核地面最大浓度：
（5-7）
式中： ——取值；

根据国家地面最大允许浓度为，实际计算浓度小于国家允许浓度，因此校核合格

5 管道系统设计
5.1 管道、管径计算
⑴. 管道内流体流速的选择
管道设计的计算任务为:确定管道的管径和管道系统的压力损失可选水平管速为V=12m/s
⑵. 管道直径的确定
在已知流量和确定流速以后，管道直径可按下式计算：
(5.1)
式中：D——管道直径，m；
Q——流体体积流量，m³/h；
u——管内流体平均流速，m/s。
代入数据得：

5.2 阻力计算
⑴. 管道内流体的压力损失
对于直径为D的圆形风管，摩擦阻力计算公式可写为：
(5.2)
式中：Pm——摩擦阻力，Pa；
D——管道直径，m；
λ——摩擦阻力系数；
u——管内流体平均流速，m/s；
l——风管长度，m。
代入数据得：

⑵. 局部阻力损失
(5.3)
式中：Pj——局部压力损失，Pa；
ξ——局部阻力系数；
ρ——气体密度，kg/m3；
u——管内流体平均流速，m/s；
n——弯头个数。
代入数据得：

⑶．管道的总阻力
(5.4)
式中：P1——管道阻力，Pa；
Pj——局部压力损失，Pa；
Pm——摩擦阻力，Pa；
代入数据得：

⑷．总阻力计算
总阻力=锅炉阻力+设备阻力+管道阻力+烟囱阻力

6 风机与电机的选择
标准状态下风机风量的计算
引风机全压头可按下式计算：
(6-5)
所以风机的全压为：

引风机的风量可按下式计算：
（6-6）
式中：——引风机的风量，；
——引风机容积裕度系数，取为1.1；
——燃料消耗量，；
——每公斤燃料产生的烟气量，；
——当地大气压，；
——引风机入口处烟气温度，℃；
代入相关值得：
（6-7）
表1.1 G4-73型锅炉离心通风机
机号
转速r/min
全 压(Pa)
流 量(m3/h)
功率(KW)
电机型号
10D
1450
3295-4636
33100-61600
55
Y250M-4

7除尘设备的效率核算
查表新污染源头的污染物排放限值，颗粒物排放最高限度为 ；
在排烟温度下，粉尘排放浓度
当转换成标况下时，∵
∴

设除尘效率为，
∴ 除尘后
∵；
＞；
∴ 本设计符合排放要求。
从排放速率考虑效率核算

查表新污染源头的污染物排放限值，颗粒物最高排放速率为
∵ ＞
∴ 本设计符合排放要求。
由上综合考虑，可知本设计除尘合格。

总结
通过本次课程设计使学生进一步熟悉、掌握旋风除尘器设计原理与基本知识；综合训练各组成部分的实际应用净化设备的工作原理及特点、除尘设备结构设计计算、烟囱设计计算、管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择等方面进行深入细致的分析与理性的构思，从而初步学会从理论计算到构想图设计的基本过程、方法和思路。
通过本次课程设计，使我们对从理论计算到构想图设计的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识。它相当于实际工作设计工作的模拟。在课程设计过程中，基本能按照规定的程序进行，先针对相关资料进行收集、调查有关资料，然后进入草案阶段，其间与指导教师进行几次方案的讨论、修改，再讨论、再修改，最后定案，进行正式图规划阶段。设计方案确定后，又在老师指导下进行扩初详细设计，并画出若干能够清楚表达自己设计意图的局部效果图。整个过程周密有序，有利于按时高质完成全部课程设计,为今后的设计积累经验。
过本次设计使我更加了解大气污染控制工程这门学科和CAD的制图方法，了解了旋风除尘器的设计过程丰富了我的知识量和本专业的优越性。
我国是个燃煤大国，随之产生的烟气量也会越来越大，烟气的处理量也会逐渐增大。但是，本设计的设计方法完全能被工程实际应用，对我国中小型锅炉的烟气处理具有一定的意义。

参考文献
1.郝吉明，马广大.大气污染控制工程.第二版.北京：高等教育出版社，2002
2. 黄学敏，张承中.大气污染控制工程实践教程.北京：高等教育出版社，2003
3.刘天齐.三废处理工程技术手册·废气卷.北京：化学工业出版社，1999
4. 张殿印.除尘工程设计手册. 北京：化学工业出版社，2003
5. 童志权.工业废气净化与利用. 北京：化学工业出版社，2003
6.周兴求，叶代启.环保设备设计手册—大气污染控制设备，北京：化学工业出版社，2003
7.罗辉.环保设备设计与应用. 北京：高等教育出版社，2003

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