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大气污染控制工程课程设计实例

一、课程设计题目
某燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计
二、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能课程所学内容，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。
三、设计原始资料
锅炉型号：SZL4-13型，共4台
设计耗煤量：600kg/h(台)
排烟温度：160℃
烟气密度：1.34kg/Nm3
空气过剩系数：a=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/ Nm3
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。
四、设计计算
1．燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算
（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）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

（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

（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）。

（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）

2．除尘器的选择
（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。

（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：由陕西蓝天锅炉设备制造有限公司所提供的“XDCG型陶瓷多管高效脱硫除尘器”（《国家级科技成果重点推广计划》项目）中选取XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器。产品性能规格见表1，设备外型结构尺寸

见表2。
表1 XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器产品性能规格
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）
XDGC4
4
12000
>98
≦1级林格曼黑度
800-1400
>85
2800
表2 XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸（见图1）
H
H1
H2
H3
A
B
C
D
E
F
4460
2985
4235
700
1400
1400
300
50
350
1000

图1 XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸
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
（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。
（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）
500
1
0.75

内径=d1=500-20.75=495.5mm
由公式可计算出实际烟气流速：
（m/s）
4．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。
（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
机 械 通 风
10~20
4~5
自 然 通 风
6~10
2.5~3
选定ω=4m/s

圆整取d=1.8m
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=1.83+20.0240=3.5m。
（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）。

5. 系统阻力的计算
（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。
（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=13.8m/s

图3中二为30℃Z型弯头

，取

由《通风》817页表18-17得=1.0

图3中三为渐扩管

查《大气污染控制工程》附表十一，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1400 Pa）：

6．风机和电动机选择及计算
（1）风机风量的计算
（m3/h）
式中：1.1—风量备用系数；
Q—风机前风量m3N/h）；
tp—风机前烟气温度（℃），若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度；
B—当地大气压力（kPa）。

（2）风机风压的计算
（Pa）
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
ty—风机性能表中给出的试验用气体温度（℃）；
ρy—标况下烟气密度（γ=1.34kg/m3N）。

根据选定Y5-47-136.5C工况序号为2的引风机，性能表为：
机号传动方式
转速（r/min）
工况序号
流量（m3/h）
全压（Pa）
内效率（%）
内功率（kw）
所需功率（kw）
6.5C
2620
2
11930
2992
78.6
12.61
17.66
（3）电动机功率的计算
（kw）
式中：Qy—风机风量（m3/h）；
Hy—风机风压（Pa）；
η1—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）；
η2—机械传动效率，当风机与电机直联传动时η2=1，用联轴器连接时
η2=0.95~`0.98，用三角皮带传动时η2=0.95
β—电动机备用系数，对引风机，β=1.3。
（kw）
根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定Y180M-2型电动机。
7、系统中烟气温度的变化
（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

=9.4（℃）
（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（℃）
五、主要参考书目（略）

（注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）