某燃煤锅炉房烟气净化系统设计.doc

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。
随着我国经济的高速发展，我国的二氧化硫污染越来越严重，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。
一、 题目
某燃煤锅炉房烟气净化系统设计
二、 目的
通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学的内容，并使所学的知识系统化，培养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，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、查阅有关设计手册、编写设计说明书的能力。
三、 原始资料
锅炉型号：SZL6－1.25－AII型，共2台（每台蒸发量为6t/h）
所在地区：二类区。2006年新建。
锅炉热效率：75%，所用的煤低位热值：20939kJ/kg，水的蒸发热：2570.8kJ/kg
锅炉出口烟气温度：160℃
烟气密度：（标准状态下）1.34kg/m3
空气过剩系数：α=1.3
排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：15%
烟气在锅炉出口前阻力：800Pa
当地大气压力：98kPa
平均室外空气温度：15℃
空气含水率(标准状态下)按0.01293kg/m3
烟气的其它性质按空气计算
煤的工业分析：
C：65%　　　H：4%　　　S：1%　　　O：4%
N：1%　　　W：7%　　　A：18%
净化系统布置场地如图1所示的锅炉房北侧20m以内。图2为锅炉立面图。

图1 锅炉房平面布置图　　 　图2 锅炉房立面图

四、 设计计算
(一)、用煤量计算
每台锅炉的所需热量为：Q＝蒸发量×水的蒸发热
=6×10×2570.8=1.54×10kJ/h
所需的煤量为：==982.2kg/h
　　Hn——煤的低位热值
　　η热——锅炉的热效率
二)、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算
以1kg煤燃烧为基础，则
重量（g） 摩尔数（mol） 产物摩尔数（mol） 需氧数(mol)
C 650　　　54.167　　　 CO:54.167 54.167
H 40 40 HO: 20 10
S 10 0.3125 SO: 0.3125 0.3125
O 40 2.5 O: 1.25 -1.25
N 10 0.714 N: 0.357 0
W 70 3.889 HO: 3.889 0
标准状态理论需氧数
54.167+10+0.3125-1.25=63.23mol/kg=1.4163 m/kg
空气中含水量：=0.01609(体积分数)
1.标准状态下理论空气量
=1.4163×4.78=6.77 m/kg（干空气）
==6.88 m/kg （湿空气）
2.标准状态下理论烟气量
CO: 54.167 mol/kg
SO: 0.3125 mol/kg
N:0.357+3.78×65.17=246.70 mol/kg
HO: 20+3.889+0.016096.77= 24.0 mol/kg
==7.28 m/kg
3.标准状态下实际烟气量
=+(α-1)= 7.28+6.77×（1.3-1）=9.311 m/kg
标准状态下每台锅炉烟气流量
=设计耗煤量 =9.311982.2=9145.26 m/h
4.标准状态下烟气中含尘浓度
===2.9010 mg/m
5．标准状态下烟气中二氧化硫浓度
===2.15×10 mg/m
(三)、净化设备的选择
1. 设备应达到的净化效率

式中 ρs——标准状态下锅炉烟所排放标准中的规定值，mg/m3；
ρ——标准状态下烟气污染物浓度，mg/m3；
由于锅炉厂所在地区为：二类地区、2006年新建
根据锅炉表1锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟气黑度限值可知道:
锅炉类别
适用区域
烟尘排放浓（mg/m3)
烟气黑度

Ⅰ时段
Ⅱ时段
燃
煤
锅
炉
自然通风锅炉
（<0.7MW(1t/h)）
一类区
100
80
1
二、三类区
150
120
其它锅炉
一类区
100
80
1
二类区
250
200
三类区
350
250
燃
油
锅
炉

轻柴油、煤油
一类区
80
80
1
二、三类区
100
100
其它燃料油
一类区
100
80*
1
二、三类区
200
150
燃气锅炉
全部区域
50
50
1
表1 锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟气黑度限值
I时段：2000年12月31日前建成使用的锅炉;
II时段：2001年1月1日起建成的使用的锅炉（含在I时段立项未建成或未使用的锅炉和建成使用的锅炉中需要扩建、改造的锅炉）。
由于锅炉厂所在地区为：二类地区、2006年新建，所以烟尘最高允许排放浓度为200 mg/m3
故=1-=93.10%
2．除尘器的选择
工况下的烟气量
m/h=4.029m/s
锅炉出口烟气温度：160℃
设备应达到的净化效率η=93.10%
压力降（阻力）=800Pa
确定除尘器的种类、型号及规格
表2 WDL-Ⅱ型湿式烟气脱硫除尘净化器产品性能规格
型号
吨位/(t/h)
处理烟气量/()
除尘效率/%
脱硫效率/%
氮氧化物去除率/%
阻力损失(pa)
林格曼黑度(级)
烟尘排放浓度(mg/m3)
耗水量(t/h)
WDL-11
6
18000
95-99
60-80
60-80
<=1200
<1
<200
0.039
表3 WDL-Ⅱ型湿式烟气脱硫除尘净化器外型结构尺寸
吨位/(t/h)
外型尺寸
L*F*H
进烟口内径尺寸a*b
出烟口内径尺寸a*b
进烟口高度H
通风机(47NO)
电机功率(KW)
重量(t)
6
1700*1600*3720
630*630
700*700
3210
8C
30
4.5

表4 WDL-Ⅱ型湿式烟气脱硫除尘净化器基础尺寸
吨位/(t/h)
E
E
F
F
6
1700
2100
1600
2000

1—汇风室 2—主机体 3—洗涤反应槽 4—水箱 5—排污系统 6—烟气入口 7—烟气出口 8—观察口 9—支架 10—基础
图3　WDL-Ⅱ型湿式烟气脱硫除尘净化器外型结构尺寸
第Ⅱ时段燃煤锅炉二氧化硫最高允许排放浓度为900mg/m3
所以，设备应达到的脱硫效率：
＝1-=58.14%
式中 ρ——标准状态下锅炉SO所排放标准中的规定值，mg/m3；
——标准状态下烟气中二氧化硫浓度
(四)、确定设备、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；
v——烟气流速，m/s；（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘v=10~15m/s ,取v=12.5m/s）
对管径进行圆整：
表5 圆断面风管统一规格

外径/mm
钢板通风管
外径允许偏差/mm
壁厚/mm
650

2.0
内径d=650-22.0=646 (mm)
计算出实际烟气流速：
v===12.30 (m/s)
(五)、烟囱的设计
1.烟囱高度的确定
一个烟囱的所有锅炉的总蒸发量为12t/h
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
烟囱最低高度
m
20
25
30
35
40
45
表6 燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低允许高度
查上表可得：
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——按表选取的烟囱出口烟气流速，m/s(取4.5m/s)。
表7　　　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
5~10
2.5~3
烟囱底部直径

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。(选0.025)
3.烟囱的抽力

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。
(六)、系统阻力的计算
1.摩擦阻力损失
kg/m3
取管长L=1.524+1.401+0.692+0.577+1.61+3.801+2.028=11.633m
对于圆管　　　　
=
式中　L——管道长度，m；
d——管道直径，m；
ρ——烟气密度，kg/m3；
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，对砖彻或混凝土管道λ可取0.04）。
2.局部压力损失

一处渐扩管：
则
二处渐缩管：
则
两个90°标准弯头：

三处渐缩管：
则
三个90°标准弯头：

T形三通管 T形合流三通管

系统总阻力（其中锅炉出口阻力为800Pa，除尘器阻力1200Pa）为
22.74+101.09+150.21+84.51+800+1200=2358.55Pa
式中　——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——与相对应的断面平均气流速率，m/s；
ρ——烟气密度，kg/m3。
(七)、风机和电动机的选择及计算
1.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，℃，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

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，℃；引风机为200℃
计算出风机风量Q和风机风压H后，可按风机产品样本给出的性能曲线或表格选择所需风机的型号。计算结果，选择了由浙江省上虞市建设风机厂生产的HL3—2A NO.11 A 1450 工况序号为5的高效排烟风机，其性能表如下：
机号传动
方式
转速/（r/min）
工况序号
流量/
全压/Pa
11A
1450
5
57081
2682

3.电动机功率的计算

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0.5-0.7，高效分机为0.9）；
η2——机械传动效率，当风机与电动机直联传动时η2＝1，用联轴器连接时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＝1.3。
根据电动机的功率，风机的转速，传动方式选择电动机型号。
经查阅有关资料，由风机厂家所给的参数指标，得配套电机性能参数如下：
表9：配套电机性能参数
功率（KW）
型号
噪音dB（A）
75
Y280s—4
94

五．总结
这次大气污染控制工程课程设计我们主要设计一燃煤电厂的燃煤锅炉烟气除尘系统，通过这次课程设计我们进一步消化和巩固课本中所学的内容, 这次课题让我们可以综合利用所学到的大气污染控制工程的知识，分析各种除尘器的优缺点来确定除尘器的选择，熟练掌握管网设计的方法来布置管道主要是确定烟尘浓度计算，除尘器设计和管网的布置。尽管已经利用各种渠道搜集了一些资料，但仍然稍嫌不足，而且能够利用的资料也比较少，所以在计算和设计时可能会出现一些难以避免的错误，还望老师能够见谅。