环境工程采暖锅炉房旋风水膜除尘器除尘系统设计.doc

环境工程采暖锅炉房旋风水膜除尘器除尘系统设计

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2

个人收集整理 勿做商业用途
东 北 石 油 大 学

课 程 大气污染控制工程课程设计
题 目 3。0t/h燃煤量的采暖锅炉房旋风水膜除尘器除尘系统设计
学 院 环境工程学院
专业班级 环境工程
学生姓名
学生学号
指导教师
课 程 设 计

2009年 12 月 23 日

大庆石油学院课程设计任务书

课程 大气污染控制工程课程设计
题目 3.0t/h燃煤量的采暖锅炉房除尘旋风水膜除尘器系统设计

专业 环境工程 姓名 学号
主要内容、基本要求、主要参考资料等
主要内容：
1。 每人需完成除尘器及除尘工艺课程设计书一份；
2。 每人按要求，对除尘器的尺寸和除尘工艺的各项参数进行设计计算；
3。 每人按规定格式编制设计计算说明书一份；
基本要求：
1。 严格要求自己，自信但不固执,独立完成课程设计任务；
2. 认真领会课程设计的题目,读懂课程设计指导书的要求，学会设计的基本方法与步骤，积极认真地做好准备工作；
3。 按《大庆石油学院课程设计撰写规范》的要求书写或打印课程设计说明书并装订成册；
主要参考资料：
1。《大气污染控制工程》，郝吉明、马广大编著，高等教育出版社，2002年。
2.《大气污染控制工程及应用实例》，何争光主编，化学工业出版社，2004年。
3.《大气污染控制工程》， 林肇信编著,高等教育出版社，1991年。
完成期限 2009.12.23
指导教师
专业负责人
年 月 日

目录
一、设计背景资料 3
1、设计题目 3
2、设计任务 3
3、原始资料 3
二、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 5
1、标准状态下理论空气量 5
2、标准状态下理论烟气量 6
3、标准状态下实际烟气量 6
4、标准状态下烟气含尘浓度 6
5、标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 6
三、 除尘器的选择 7
1、除尘器应达到的除尘效率 7
2、 除尘器应达到的除SO2效率 7
3、除尘器的选择 8
四、 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 11
1、各装置及管道布置的原则 11
五、 烟囱的设计 12
1、烟囱高度的确定 12
2、烟囱直径的计算 13
3、烟囱的抽力 14
六 、系统阻力的计算 14
1、摩擦压力的损失 14
2、局部压力损失 15
七、 风机和电动机选择及计算 18
1、风机风量的计算 18
2、风机风压的计算 18
3、电动机功率的校核计算 19
八、 系统中烟气温度的变化 20
1、烟气在管道中的温度降 20
2、烟气在烟囱中的温度降 21
九、绘制图纸 22
参考文献 23
附录 24

一、设计背景资料
1、设计题目
3.0t/h燃煤量的采暖锅炉房旋风水膜除尘器除尘系统设计
2、设计任务
燃煤锅炉燃烧过程中排放的烟气中含有大量的烟尘和二氧化硫,如果不采取有效地治理措施，将会对周围大气环境及居民健康造成严重影响与危害。因此，本设计结合燃煤锅炉烟气排放特点，根据所提供的原始参数及资料，拟设计一套燃煤采暖锅炉房旋风水膜除尘系统.要求设计的净化系统效果好、操作方便等,且出口烟气浓度达到锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准，即：烟尘排放浓度≤200mg/m³、SO2 排放浓度≤900mg/m³.
3、原始资料
锅炉型号民：SZL4-13型,共4台（2。8MW×4)
设计耗煤量:根据设计题目定
排烟温度:160℃
烟气密度（标准状态下）：1。34kg/m3
空气过剩系数: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：97。86kPa
冬季室外空气温度：－1℃
空气含水（标准状态下）按0.01293 kg/m3
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(GB13271－2001）中二类区标准执行.
烟尘浓度排放标准(标准状态下）：200 mg/m3
二氧化硫排放标准(标准状态下）900 mg/m3
净化系统布置场地在锅炉房北侧15m以内。
锅炉出气口管径为600mm，其中心线高程为2。39m,其长度为600mm，所有管道总长为9。5m，室内锅炉距外墙2。18m.

锅炉房平面布置图

剖面图

二、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
Q′a =4.76（1.867CY+5.56HY+0。7SY—0。7OY)(m3/kg)
=4。76（1。867*68％+5.56*4％+0.7＊1%–0.7*5%)(m3/kg)
=6968(m3/kg)
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
Q′s=1.867（CY+0。375SY)+11.2HY+1.24WY+0。016Q′a +0.79 Q′a +0.8NY（m3/kg）
=1.867(68％+0。375＊1%）+11。2＊4％+1。24＊6%+0。016＊6。97+0。79*6.97+0。8*1% =7.423(m3/kg）
式中Q′a—-标准状态下理论空气量，m3/kg；（设计空气含湿量12。93g/m³）

22

NY——N元素在煤中所占质量分数，％;
WY-—煤中水分所占质量分数，％;
3、标准状态下实际烟气量
QS= Q′s+1.016(α—1) Q′a（m3／kg)
=7.42+1.016(1.4–1）＊ 6.97
=10.25（m3/kg）
式中α—-空气过量系数；
QS——标准状态下实际烟气量，m3/kg；
Q′s——标准状态下理论烟气量，m3/kg；
Q′a——标准状态下理论空气量，m3/kg;
注意 :标准状态下烟气流量Q以m3/h计，因此,Q=QS×设计耗煤量。 Q=10。25＊3000 =30750（m3/h)
四台锅炉的平均烟气流量 `Q=30750⁄4=7687.5（m3/h）
4、标准状态下烟气含尘浓度
(kg/m3)

=0。00234(kg/ m3）
式中 dsh-—排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；
AY—-煤中不可燃成分的含量；
QS-—标准状态下实际烟气量，m3/kg。
5、标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

=1。95＊103(mg/m3）
式中 —-煤中含可燃硫的质量分数；
——标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/kg；

三、 除尘器的选择

1、除尘器应达到的除尘效率

=91。45%
式中 --标准状态下烟气含尘浓度，mg/m3;
——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值,mg/m3；
2、 除尘器应达到的除SO2效率

=53.85％
式中 C-—标准状态下烟气含SO2浓度,mg/m3；
Cs-—标准状态下锅炉SO2排放标准中规定值,mg/m3;
3、除尘器的选择
根据烟尘的粒径分布或种类、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.
每台锅炉工况下烟气流量：
`Q′=
=7687。5*
=12193 (m3/h)
式中 Q ——标准状态下烟气流量，m3/h；
T′ ——工况下烟气温度,K；
T ——标准状态下温度，273K。
则烟气流速为==3。4（m3/s)
卧式旋风水膜除尘器的型号及性能：
型号
9
10
11
风量
m³/h
额定气量
20000
25000
30000
使用范围
16500~21000
21000～26000
25000~33000
耗水量
及
供水量
定期

供水
T，h
2。34
2。86
3.77
d1 （Dg）
40
40
40
d2（Dg）
65
65
65
连续

供水
T，h
0。56
0。64
0.70
d1 （Dg）
25
25
25
D电磁阀
1′′
1′′
1′′

图号
CT 531（九）
CT 531(十）
CT 531（十一）
主要

尺寸

L
4155
4740
5320
D
1656
1808
1958
H
4333
4560
4898
A
925
1000
1075
B
1660
1700
1890
C
556
608
658
E
720
800
880
F
272
296
321
G
1180
1340
1580
压力损失Pa

＜115
＜120
＜125
除尘器质量Kg

1605
2481
2926
旋风
脱水
图号
CT531（十四）
CT531(十五）
CT531（十六
主要

尺寸
L
4235
4760
5200
D
1656
1808
1958
H
3598
3790
4083
C
556
608
658
E
700
800
880
F
272
296
321
φ1
850
900
1000
A
925
1000
1075
压力损失Pa
＜110
＜115
＜120
质量Kg
1504
2264
2636
根据条件选择型号是9号.

四、 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置

1、各装置及管道布置的原则
根据锅炉运行情况和锅炉房现场的实际情况确定各装置的位置.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。
2、管径的确定

式中 Q——工况下管内烟气流量，m3/s；
——烟气流速,m/s， （可查有关手册确定，对于锅炉烟尘）；取=13m/s d =
圆整 d=0。55m
查手册得知壁厚为0。75mm
则内径 d1=550-2＊0。75=548。5mm
由公式 可算出实际烟气流速

v= =14。3m/s

五、 烟囱的设计

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5—1）确定烟囱的高度.

表5-1 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/m
20
25
30
35
40
45

锅炉型号民：SZL4—13型，共4台(2。8MW×4）
锅炉总的蒸发量4＊4=16(t/h)，
则选烟囱高度为40m。
2、烟囱直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算：

式中 Q—-通过烟囱的总烟气量,m3/h ；
V—-按表5—2选取的烟囱出口烟气流速，m/s ；

表5-2 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
机 械 通 风
10~20
4。0～5。0
自 然 通 风
6。0～10
2.5~3。0
选v=4m/s
d =2。08(m)

烟囱底部直径

=2。08+2＊0.025＊40
=4.08(m）
式中 d2——烟囱出口直径,m ;
—-烟囱高度，m ；
—-烟囱锥度,通常取 =0.02～0.03 ;
3、烟囱的抽力

=183(pa)
式中 ——烟囱高度，m ；
——外界空气温度，℃ ；
-—烟囱内烟气平均温度，℃ ；
——当地大气压，Pa ;

六 、系统阻力的计算

1、摩擦压力的损失
对于圆管：

式中 ——管道长度，m ；
—-管道直径，m ;
——烟气密度，kg/m3 ；
——管中气流平均速率，m/s ；
——摩擦阻力系数，是气体雷诺数和管道相对粗糙度的函数。可以查手册得到（实际中对金属管道值可取0。02，对砖砌或混凝土管道值可取0。04) ;
= =0。84 kg/m3
=29。7（pa)

2、局部压力损失

式中 ——异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到；
——与相对应的断面平均气流速率，m/s ；
-—烟气密度,kg/m3 ；

图6-1 除尘器入口前管道示意图
图6-1中一为渐缩管。
α≤45℃时，ζ=0.1
取α=45℃,=14.3m/s

=8。6(pa）
l1=0。05*tan67.5=0.12(m)

图6-1中二为30°Z形弯头
查ζ'=0。157
ζ=ζReζ’ 由手册查得ζRe=1.0
ζ=1。0*0.157=0.157
=13。5（pa）

图6—1中三为渐扩管
查手册得ζ=0.19
=16.3(pa) l3= °=1。03（m)

图6-2 除尘器出口至风机入口段管段示意图

图6-2中a为渐扩管.
α≤45℃时,ζ=0.1
取α=30℃，=14.3m/s
=8。6（pa)
L=0。93(m）
图5-2中b、c均为90°弯头
查表得ζ=0。23 =19.8(pa）
两个弯头'=2=2＊19.8=39。6(pa)

图6—3 T形三通管示意图

对于如图6—3所示T形三通管 ζ=0。78
=67。0（pa）
对于T形合流三通 ζ=0。55
=47。2(pa）
系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800 pa,除尘器阻力为1400 pa）
=29。7+208+8。6+13.5+16。3+8.6+39.6+67.0+47.2+800+1400
=2638.5 (pa)

七、 风机和电动机选择及计算

1、风机风量的计算

= 13887.19（m3/h)
式中 1.1——风量备用系数 ；
--标准状态下风机前表态下风量，m3/h ；
--风机前烟气温度，℃，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度 ;
——当地大气压力,kPa ；
2、风机风压的计算

=2694.96（pa）
式中 1。2——风压备用系数 ;
——系统总阻力，Pa ；
——烟囱抽力，Pa ；
-—风机前烟气温度，℃ ；
——风机性能表中给出的试验用气体温度,℃ ;
——标准状况下烟气密度，1.34kg/m3 ；
根据Qy和Hy可以选择Y系列(IP44)三相异步电动机。
Y系列(IP44)电动机是我国统一设计的系列产品。具有体积小、重量轻、电气性能良好、经济指标先进等优点,而且结构牢固、使用方便，易于维修、是当前中国最先进的异步电动机、为农业及工矿企业广泛采用的电力拖动设备。
Y系列（IP44）电动机可用于拖动转速及其它性能无特殊要求的机械，如：金属切削机床 、水泵、 鼓风机、矿山机械、农业机械等.由于电动机有较好的起动性能，也适用于需要较高起动转矩的机械。如: 压缩机、搅拌机、传送带等等。
型号：Y160M—4 额定功率:5.5kW 转速：1450r/min 电流(380V）：17。0A
效率：86％ 功率因素:0。78
3、电动机功率的校核计算

=23。7（kw）
式中 ——风机风量,m3/h ；
——风机风压，Pa ;
——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，当风机与电机直联传动时=1,用联轴器连接时=0。95～0。98，用V形带传动时=0.95 ;
——电动机备用系数,对引风机，=1。3 ；
根据电动机的功率，风机的转速，Y5—461-11 NO6。1C型电动机基本可以满足要求。

图7-1 蒸汽机示意图

八、 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 Q—-标准状态下烟气流量，m3/h ；
F——管道散热面积,m2 ;
—-标准状态下烟气平均比热容(一般为1。352～1。357 kJ/m3·℃) ；
——管道单位面积散热损失 ；
室内=4187 kJ/m2·h ；
室外=5443 kJ/m2·h ；
室内管道长 ：L=2.18-0.12—0。6=1.46 (m）
F=πL·D=3.14*1。46＊0.5=2.29（m2)
室外管道长 ：L=9。5-1.46=8。04 （m）
F=πL·D=3。14＊8。04＊0.5=12。62（m2）
+
=
=7。5(℃)
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3-2—1查得 ；
表8—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（〈50m)
壁厚〈 0.5m
砖烟囱
壁厚〉 0。5m

2
0.8
0.4
0.2

=4 (℃)
总温降 t==7。5+4=11.5(℃)
九、绘制图纸
图纸见附录