锅炉废气大气课程设计Word下载.docx
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5℃
锅炉出口的烟气阻力：
1000Pa
排灰系数：
二、锅炉房平面图
锅炉房平面图
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，设计了锅炉的烟气处理系统。
主要包括换热器选型、除尘器选型、风机选型、管道部设和烟囱设计。
设计出了一个烟尘和二氧化硫同步处理的尾气处理系统。
关键词：
锅炉；
烟气；
旋风水膜除尘器
1前言
工业锅炉所排放出来的烟尘是造成大气污染的主要污染源之一，由黑烟和灰尘组成。
由于它们哦发生过程、性质和粒径不同，因此解决的方法也不同。
黑烟的主要成分为碳、氢、氧及其化合物，可以通过改造锅炉、进行合理的燃烧调节，使其在炉膛燃烧掉的方法解决，同时也降低了排尘的原始浓度；
灰尘主要是碳粒和灰分等颗粒物，可以通过加装除尘器的办法解决。
工业锅炉烟气除尘中，所采用的各种各样除尘装置，就是利用不同的作用力（包括重力、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的目的。
工业锅炉所采用的各种除尘装置按烟尘从烟气中分离出来的原理，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，该锅炉燃烧的煤品种为烟煤。
设计中除了要考虑到除尘外，还要考虑到烟煤燃烧释放出的二氧化硫处理。
结合课堂知识和现实条件，设计出一套经济、合理的燃煤锅炉烟气处理系统。
2处理单元的设计计算
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台锅炉的总耗煤量为：
（kg/h）。
设有该锅炉燃烧所用烟煤1000g，则：
表2-11000g烟煤需氧量和烟气量计算表
元素
质量（g）
物质的量（mol）
需氧量（mol）
烟气量（mol）
C
752
62.667
H
41
10.25
20.5
S
6.2
0.
N
8.5
0.607
0.304
O
66
4.125
-2.0625
H2O
99.2
5.111
5.511
灰分
27.1
—
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，因此燃烧该煤1kg表所排放出来的标准状况下的烟气量为：
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：
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，该锅炉的排灰系数为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：
由于该锅炉为工业锅炉，执行锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准，烟尘可允许排放浓度为200mg/Nm3，二氧化硫允许排放浓度为900mg/Nm3。
换算为500摄氏度下，烟尘可允许排放浓度为70.63mg/m3，二氧化硫允许排放浓度为317.85mg/Nm3。
因此，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要求为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要求仅为36.86％，脱硫要求并不高，可采用旋风水膜除尘器同时脱硫和除尘。
由于旋风水膜除尘器处理烟气量偏小，因此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，每台燃煤锅炉排出的烟气量为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：
查CLS型立式旋风水膜除尘器主要性能表（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具体尺寸可查看附图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。
查烟气的物性参数表得：
285℃时，烟气的比定热容cp=1.118KJ/（kg•K）。
则热负荷：
（KJ/h）
即J/s
根据试差法，三次循环计算，取K=125W/（m2•℃），安全系数为1.1，根据Q=KAΔtm得：
A=23.94m2。
查换热器工艺参数表，选取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2000Pa。
2.5烟囱设计
2.5.1烟囱高度的确定
烟囱可分为砖烟囱、钢筋混凝土烟囱和钢板烟囱。
本设计从设计的需要和经济角度考虑，拟采用砖烟囱，其高度由环境卫生要求来确定。
本设计锅炉耗煤量为3200kg/h，热效率为75％，低位发热量为2093KJ/kg，水的蒸发热为2570.8KJ/kg。
锅炉蒸汽量：
查《燃煤、、燃油锅炉房烟囱最低允许高度》和以上计算可知，本设计烟囱最低允许高度为40m，设计烟囱高的为40m。
2.5.2烟囱直径的计算
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；
出口径：
（m）
烟囱底部直径：
取i=0.02（0.02-0.03）：
2.5.3烟囱的抽力计算
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
管道烟气温度：
500℃；
管道烟气流量：
Q=19795.9m3/h=5.499m3/s。
标准状况下，烟气密度为1.34kg/m3，根据PV=nRT和mV=ρ可得，500摄氏度下烟气密度为：
（kg/m3）
本设计为锅炉烟气处理系统设计，为降低沿程阻力损失，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。
查管道各种气体的流速围表可知，管道烟气流速围为10-15m/s。
取管道流速为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
343℃；
Q=2.277m3/s。
标准状况下，烟气密度为1.34kg/m3，根据PV=nRT和mV=ρ可得，343摄氏度下烟气密度为：
（kg/m3）。
（m），选用外径500mm，壁厚0.75mm钢管，实际流速为：
由图3-1可知，管道5-6段总长：
3.2.3管道7-11段沿程阻力计算
由图3-1可知，管道7-11段总长：
3.2.4管道11-12段沿程阻力计算
Q=4.55m3/s。
（m），选用外径700mm，壁厚0.75mm钢管，实际流速为：
由图3-2可知，管道11-12段总长：
管道12-13段由于管长与管径比太低，管道沿程阻力可忽略不计。
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：
表3-6管道压力损失计算表
管段
流量
（m3/s）
烟气密度
摩擦阻力
系数
管道长度（m）
管道直径（mm）
气体流速（m/s）
损失（Pa）
1-4
5.499
0.473
0.2
5.81
1000
11
41.6
5—6
2.277
1.067
1.5
500
11.67
43.6
7—11
13.585
394.8
11—12
4.55
1.
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段共有90度弯头2个，渐缩管或渐扩管1个，阀门1个；
4-11段共有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2000Pa。
锅炉本身压力损失为1000Pa。
1-4段局部阻力损失：
4-11段局部阻力损
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