锅炉废气大气专业课程设计.doc

某工厂燃煤锅炉除尘系统课程设计阐明书

一、原始数据及条件
设计耗煤量：800kg/h
煤炭类型：烟煤
燃煤构成：含C：75.2％、H：4.1％、S：0.62％、N：0.85％、O:6.6％、水分：9.92％、灰分：2.71％。
排烟温度：500℃
空气过剩系数：28％
烟气密度（标态）：1.34g/m³
室外空气平均温度：5℃
锅炉出口烟气阻力：1000Pa
排灰系数：28％
二、锅炉房平面图

锅炉房平面图

目 录

摘要 1
核心词 1
1 前言 2
2 解决单元设计计算 2
21 烟气排放量计算 2
2.2 粉尘和二氧化硫浓度及除尘器除尘所需效率计算 3
2.3 除尘和除硫设备选型 4
2.4 换热器选型 4
2.5 烟囱设计 5
2.5.1 烟囱高度拟定 5
2.5.2 烟囱直径计算 5
2.5.3 烟囱抽力计算 5
3 管道计算及风机选型 5
3.1 管道部设 5
3.2 管道沿程阻力计算 6
3.2.1 管道1-4段沿程阻力计算 6
3.2.2 管道5-6段沿程阻力计算 7
3.2.3 管道7-11段沿程阻力计算 7
3.2.4 管道11-12段沿程阻力计算 8
3.2.5 管道总沿程阻力损失 9
3.3 局部阻力计算 9
3.4 系统总阻力损失及风机选型 10
4 设备和管道一览表 10
附录1 CLS型立式旋风水膜除尘器重要性能表 12
附录2 燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低容许高度(GB 13271-) 12
参照文献 13

某燃煤锅炉烟气除尘系统设计

摘要

本设计以某工厂燃煤锅炉为对象，设计了锅炉烟气解决系统。重要涉及换热器选型、除尘器选型、风机选型、管道部设和烟囱设计。设计出了一种烟尘和二氧化硫同步解决尾气解决系统。

核心词：锅炉；烟气；旋风水膜除尘器

1 前言
工业锅炉所排放出来烟尘是导致大气污染重要污染源之一，由黑烟和灰尘构成。由于它们哦发生过程、性质和粒径不同，因而解决办法也不同。黑烟重要成分为碳、氢、氧及其化合物，可以通过改造锅炉、进行合理燃烧调节，使其在炉膛内燃烧掉办法解决，同步也减少了排尘原始浓度；灰尘重要是碳粒和灰分等颗粒物，可以通过加装除尘器办法解决。
工业锅炉烟气除尘中，所采用各种各样除尘装置，就是运用不同作用力（涉及重力、惯性力、离心力、扩散、附着力、电力等）以达到将尘粒从烟气中分离和捕集目。工业锅炉所采用各种除尘装置按烟尘从烟气中分离出来原理，可以分为4大类：机械式除尘器、电除尘器、过滤式除尘器和湿式除尘器。
本设计是工业燃煤锅炉烟气净化系统设计，该锅炉燃烧煤品种为烟煤。设计中除了要考虑到除尘外，还要考虑到烟煤燃烧释放出二氧化硫解决。结合课堂知识和现实条件，设计出一套经济、合理燃煤锅炉烟气解决系统。
2 解决单元设计计算
2.1 烟气排放量计算
本除尘系统共服务4台锅炉，每台锅炉耗煤量800kg/h，4台锅炉总耗煤量为：（kg/h）。
设有该锅炉燃烧所用烟煤1000g，则：
表2-1 1000g烟煤需氧量和烟气量计算表
元素
质量（g）
物质量（mol）
需氧量（mol）
烟气量（mol）
C
752
62.667
62.667
62.667

H
41
41
10.25
20.5
S
6.2
0.194
0.194
0.194
N
8.5
0.607
0
0.304
O
66
4.125
-2.0625
0
H2O
99.2
5.111
0
5.511
灰分
27.1
—
0
—
由表2-1知，燃烧该煤1kg需氧量为：
（mol）
燃烧该煤1kg实际需空气量为：（mol）。
由于排烟温度为500℃，水在此温度下为气态，空气过剩系数，因而燃烧该煤1kg表所排放出来原则状况下烟气量为：
（mol）
锅炉排烟温度为500℃，500℃(即773K)下燃烧1kg该烟煤排烟量为

每台锅炉排烟量：（m3/h）
总烟气量：（m3/h）
2.2 粉尘和二氧化硫浓度及除尘器除尘所需效率计算
由表2-1可知，燃烧煤1kg该烟煤产生灰分质量为27.1g，排放二氧化硫0.194mol；从原始条件中可知，该锅炉排灰系数为28％；由2.1计算可知，燃烧1kg该烟煤在500℃下排放烟气量为24.745m3。由此可知：
500℃下烟气粉尘浓度为：
（g/m3）
500℃下烟气二氧化硫浓度为：
（g/m3）
由于该锅炉为工业锅炉，执行锅炉大气污染物排放原则（GB13217-）中二类区原则，烟尘可容许排放浓度为200mg/Nm3，二氧化硫容许排放浓度为900mg/Nm3。换算为500摄氏度下，烟尘可容许排放浓度为70.63mg/m3，二氧化硫容许排放浓度为317.85mg/Nm3。
因而，除尘设备除尘效率最小值为：；除硫效率最小值为：。
2.3 除尘和除硫设备选型
查除尘设备选型资料可得，重力沉降室、旋风除尘器除尘效率可达50％-80％；重力喷雾除尘器、湿式洗涤除尘器、文丘里除尘器除尘效率可达80％-95％；文丘里除尘器、袋式除尘器、电除尘器除尘效率可达95％以上。由2.2计算可知，本设计除尘效率最低规定为76.99％，可采用重力沉降室或旋风除尘器除尘。
由2.2计算可知，本设计除硫效率最低规定仅为36.86％，脱硫规定并不高，可采用旋风水膜除尘器同步脱硫和除尘。
由于旋风水膜除尘器解决烟气量偏小，因而为每台锅炉配备一台旋风水膜除尘器和一台换热器，共采用4台旋风水膜除尘器和4台换热器。
500℃下，每台燃煤锅炉排出烟气量为19795.9m3/h。
使烟气换热器将烟气从773K降至343K，则Δt1=420K;冷却水温度从298K升至353K，则Δt2=45K。
此时，烟气温度为343K，水位液态，烟气为干烟气，烟气流量为：
（m3/h）
查CLS型立式旋风水膜除尘器重要性能表（详见附录）可选用D730-CLS型X型立式旋风水膜除尘器，进口气速21m/s，压力损失760Pa。D730-CLS型X型立式旋风水膜除尘器详细尺寸可查看附图2。
2.4 换热器选型
采用逆流方式设计换热器，换热器将烟气从773K降至343K，冷却水温度从298K升至353K。则换热器进出口平均温度为285℃，Δtm=167.89K。
查烟气物性参数表得：285℃时，烟气比定热容cp=1.118KJ/(kg•K)。
则热负荷：
（KJ/h）
即J/s
依照试差法，三次循环计算，取K=125W/(m2 •℃)，安全系数为1.1，依照Q=KAΔtm得：A=23.94m2。查换热器工艺参数表，选用FA-400-25-40-2型浮头式管壳换热器，实际面积24m3，管子数138根，管长3m，压力损失Pa。
2.5 烟囱设计
2.5.1 烟囱高度拟定
烟囱可分为砖烟囱、钢筋混凝土烟囱和钢板烟囱。本设计从设计需要和经济角度考虑，拟采用砖烟囱，其高度由环境卫生规定来拟定。
本设计锅炉耗煤量为3200kg/h，热效率为75％，低位发热量为2093KJ/kg，水蒸发热为2570.8KJ/kg。
锅炉蒸汽量：

查《燃煤、、燃油锅炉房烟囱最低容许高度》和以上计算可知，本设计烟囱最低容许高度为40m，设计烟囱高为40m。
2.5.2 烟囱直径计算
4台锅炉除尘后总流量：
Q=4×8198m3/h=32792m3/h=9.11m3/s
采用机械通风，全负荷是流速10-20m/s，取u=12m/s；
出口内径：
（m
烟囱底部直径：取i=0.02（0.02-0.03）：
（m）
2.5.3 烟囱抽力计算

3 管道计算及风机选型
3.1 管道部设
除尘系统部设不得超过锅炉房15m，按照经济原则，部设管道如下图3-1、3-2所示。

图3-1 管道布置图1

图3-2 管道布置图2
3.2 管道沿程阻力计算
3.2.1 管道1-4段沿程阻力计算
管道内烟气温度：500℃；管道内烟气流量：Q=19795.9m3/h=5.499m3/s。
原则状况下，烟气密度为1.34kg/m3，依照PV=nRT和mV=ρ可得，500摄氏度下烟气密度为：
（kg/m3）
本设计为锅炉烟气解决系统设计，为减少沿程阻力损失，选用圆管作气体流通管道，采用机械通风，管道材料为钢板，该管沿程阻力系数λ=0.2。查管道内各种气体流速范畴表可知，管道内烟气流速范畴为10-15m/s。取管道内流速为u=11m/s。
管道截面积：（m2）；
管道直径：(m)，选用外径800mm，壁厚1.0mm钢管，实际流速为：（m/s）；
由图3-1可知，管道1-4段总长：（m）；
沿程阻力损失：
（Pa）
3.2.2 管道5-6段沿程阻力计算
管道内烟气温度：343℃；管道内烟气流量：Q=2.277m3/s。
原则状况下，烟气密度为1.34kg/m3，依照PV=nRT和mV=ρ可得，343摄氏度下烟气密度为：（kg/m3）。
本设计为锅炉烟气解决系统设计，为减少沿程阻力损失，选用圆管作气体流通管道，采用机械通风，管道材料为钢板，该管沿程阻力系数λ=0.2。查管道内各种气体流速范畴表可知，管道内烟气流速范畴为10-15m/s。取管道内流速为u=11m/s。
管道截面积：（m2）；
管道直径：(m)，选用外径500mm，壁厚0.75mm钢管，实际流速为：（m/s）；
由图3-1可知，管道5-6段总长：（m）；
沿程阻力损失：
（Pa）
3.2.3 管道7-11段沿程阻力计算
管道内烟气温度：343℃；管道内烟气流量：Q=2.277m3/s。
原则状况下，烟气密度为1.34kg/m3，依照PV=nRT和mV=ρ可得，343摄氏度下烟气密度为：（kg/m3）。
本设计为锅炉烟气解决系统设计，为减少沿程阻力损失，选用圆管作气体流通管道，采用机械通风，管道材料为钢板，该管沿程阻力系数λ=0.2。查管道内各种气体流速范畴表可知，管道内烟气流速范畴为10-15m/s。取管道内流速为u=11m/s。
管道截面积：（m2）；
管道直径：(m)，选用外径500mm，壁厚0.75mm钢管，实际流速为：（m/s）；
由图3-1可知，管道7-11段总长：（m）；
沿程阻力损失：
（Pa）
3.2.4 管道11-12段沿程阻力计算
管道内烟气温度：343℃；管道内烟气流量：Q=4.55m3/s。
原则状况下，烟气密度为1.34kg/m3，依照PV=nRT和mV=ρ可得，343摄氏度下烟气密度为：（kg/m3）。
本设计为锅炉烟气解决系统设计，为减少沿程阻力损失，选用圆管作气体流通管道，采用机械通风，管道材料为钢板，该管沿程阻力系数λ=0.2。查管道内各种气体流速范畴表可知，管道内烟气流速范畴为10-15m/s。取管道内流速为u=11m/s。
管道截面积：（m2）；
管道直径：(m)，选用外径700mm，壁厚0.75mm钢管，实际流速为：（m/s）；
由图3-2可知，管道11-12段总长：（m）；
沿程阻力损失：
（Pa）
管道12-13段由于管长与管径比太低，管道沿程阻力可忽视不计。
3.2.5 管道总沿程阻力损失
综合3.2.1-3.2.5计算可得，管道总沿程阻力损失为：
(Pa)
表3-6管道压力损失计算表
管段
流量
(m3/s)
烟气密度
（kg/m3）
摩擦阻力
系数
管道长度（m）
管道直径（mm）
气体流速（m/s）
摩擦阻力
损失（Pa）
1-4
5.499
0.473
0.2
5.81
1000
11
41.6
5—6
2.277
1.067
0.2
1.5
500
11.67
43.6
7—11
2.277
1.067
0.2
13.585
500
11.67
394.8
11—12
4.55
1.097
0.2
3.33
700
11.89
71.8
3.3 局部阻力计算
由图3-1、3-2可知，1-4段内共有90度弯头2个，渐缩管或渐扩管1个，阀门1个； 4-11段内共有90度弯头5个，渐缩管或渐扩管2个，阀门2个，三通1个，换热器1台，除尘器1台，风机1台；11-13段内共有渐缩管或渐扩管1个，阀门2个，三通2个。
查水件局部阻力系数表可知，90度弯头局部阻力系数为0.30，渐缩管和渐扩管局部阻力系数为0.10，阀门局部阻力系数为1.5，三通局部阻力系数为1.0。
本设计所选用除尘器为D730-CLS型X型立式旋风水膜除尘器，压力损失为760Pa。
本设计所选用换热器为FA-400-25-40-2型浮头式管壳换热器，压力损失为Pa。
锅炉自身压力损失为1000Pa。
1-4段局部阻力损失：
（Pa）
4-11段局部阻力损失：

（Pa）；
11-13段局部阻力损失：
（Pa）
烟囱压力损失为：
（Pa）
综上所述，本设计除尘系统总局部压力损失为：
(Pa)
3.4 系统总阻力损失及风机选型
系统总阻力损失为：
(Pa)
烟囱抽力为94.5Pa，则风机所需抽力为：
5491.3-94.5=5396.8（Pa）
查除尘惯用风机性能表，选用YB-39型锅炉风机，该风机风量2500-26000m3/h，功率3-37kW，全压2136-5762Pa。
4 设备和管道一览表
表4-1设备一览表
序号
名称
规格
数量
设计参数
1
换热器
浮头管壳换热器
FA—600—130—25—（4）
1
解决气量19795.9m3/h
实际面积24m2
压力损失Pa
2
烟囱
砖筑烟囱
H=40m
1
烟气出口流速u=12m/s
3
风机
YB-39型锅炉风机
1
额定功率3-37kW
流量2500-26000m3/h
全压2136-5762Pa
5
除尘器
D730-CLS型X型立式旋风水膜除尘器
4
进口气速21m/s
解决气量8198m3/h
用水量0.3L/s
喷嘴数6
压力损失760Pa

表4-2 管道一览表
管道标号
管道材质
管道直径mm
管道壁厚mm
管道长度m
PQ1001a
钢
800
1
2．7
PQ1001b
钢
800
1
2．7
PQ1001c
钢
800
1
2．7
PQ1001d
钢
800
1
2．7
PQ1002a
钢
800
1
2.11
PQ1002b
钢
800
1
2.11
PQ1002c
钢
800
1
2.11
PQ1002d
钢
800
1
2.11
PQ1003a
钢
800
1
1
PQ1003b
钢
800
1
1
PQ1003c
钢
800
1
1
PQ1003d
钢
800
1
1
PQ1004a
钢
500
0.75
1.5
PQ1004b
钢
500
0.75
1.5
PQ1004c
钢
500
0.75
1.5
PQ1004d
钢
500
0.75
1.5
PQ1005a
钢
500
0.75
1.3
PQ1005b
钢
500
0.75
1.3
PQ1005c
钢
500
075
1.3
PQ1005d
钢
500
0.75
1.3
PQ1006a
钢
500
0.75
4.125
PQ1006b
钢
500
0.75
4.125
PQ1006c
钢
500
0.75
4.125
PQ1006d
钢
500
0.75
4.125
PQ1007a
钢
500
0.75
0.6
PQ1007b
钢
500
0.75
0.6
PQ1007c
钢
500
0.75
0.6
PQ1007d
钢
500
0.75
0.6
PQ1008a
钢
500
0.75
6.66
PQ1008b
钢
500
0.75
6.66
PQ1009a
钢
1000
1
3.33
PQ100b
钢
1000
1
3.33
PL1001a
钢
106
3
6.66
PL1001b
钢
106
3
6.66
PL1001c
钢
106
3
6.66
PL1001d
钢
106
3
6.66
PL1002a
钢
106
3
6.66
PL1002b
钢
106
3
6.66
PL1002c
钢
106
3
6.66
PL1002d
钢
106
3
6.66

附录1 CLS型立式旋风水膜除尘器重要性能表
型号
进口气速
（m/s）
解决气量
（m3/h）
用水量
（L/s）
喷嘴数
X型压力损失/Pa
Y型压力损失/Pa
D315
18
21
1600
1900
0.14
3
55
76
50
68
D442
18
21
3200
3700
0.20
4
550
760
500
680
D570
18
21
4500
5250
0.24
5
550
760
500
680
D634
18
21
5800
6800
0.27
6
550
760
500
680

D730
18
21
7500
8750
0.30
6
550
760
500
680
D793
18
21
9000
10400
0.33
6
550
760
500
680
D888
18
21
11300
13200
0.36
6
550
760
500
680
附录2 燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低容许高度(GB 13271-)
锅炉房装机总容量
MW
<0.7
0.7-1.4
1.4-2.8
2.8-7
7-14
14-28
t/h
<1
1-2
2-4
4-10
10-20
20-40
烟囱最低容许高度（m）
20
25
30
35
40
45

参照文献
[1] 郑铭.环保设备原理设计与应用[M].化学工业出版社 
[2] 刘新旺.锅炉房工艺与设备[M].科学出版社 
[3] 郝吉明，王书肖，陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册[M].北京：化学工业出版社环境科学与工程出版中心， 
[4] 黄学敏，张承中.大气污染控制工程实践教程[M].北京：化学工业出版社， 
[5] 宋瑞祥.中华人民共和国环保产业高新技术应用和发展[M].环保，1999
[6] 王玉彬.大气环境工程师实用手册[M].北京：中华人民共和国环境科学出版社， 
[7] 郭静，阮宜纶.大气污染控制工程[M].北京：化学工业出版社教材出版中心， 
[8] 航天部第七研究设计院编.工业锅炉房设计手册[M].北京，中华人民共和国建筑工业出版社，1986 
[9] 奚士光等主编.锅炉及锅炉房设备[M].北京，中华人民共和国建筑工业出版社，1994 
[10] 金国淼主编.除尘设备设计[M].上海科学技术出版社，1985 
[11] 鹿政理主编.环保备选用手册——大气污染控制设备.大连市环境科学设计研究院组织编写 
[12] 刘天齐，黄小林，邢连壁等.三废解决工程技术手册废气卷[M].北京:化学工业出版社，1999
[13] 郝吉明，马广大.大气污染控制工程[M].北京：高等教诲出版社， 
[14] 陈庆佳主编.最新风机产品样本设计参数与风机应用机产品技术原则使用手册.当代中华人民共和国音像出版社，