大气课程设计文档格式.docx
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WY=5%；
AY=14%；
VY=11%；
按锅炉大
气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准执行：
标准状态下烟尘浓度排放标准：
200mg/m3；
标准状态下SO2排放标准：
900mg/m3；
标准状态下
氮氧化物排放标准：
400mg/m3。
1.2设计原始参数
1.2.1锅炉参数
锅炉型号:
FG-45/3.82-M型
4
额定蒸发量：
35t/h
燃煤量：
543.5kg/h
排烟温度：
160℃
1.2.2污染源强相关参数
烟气密度（标准状态）：
1.37kg/m3烟气在锅炉出口的阻力：
1200Pa排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：
18％
当地大气压：
101.325×
（273+4）/273=102.81KPa
室外空气温度：
4℃
空气过剩系数：
α=1.4
1.2.3煤的工业分析值
C=68%；
H=4%；
S=3%；
O=5%；
N=3%；
W=5%；
A=14%；
V=11%
1.2.4按锅炉大气污染排放标准（GB13271—2001）中二类区标准执行
烟尘浓度排放标准（标准状况下）：
200mg/m3
二氧化硫排放标准（标准状况下）：
5
900mg/m3
氮氧化物排放标准（标准状况下）：
400mg/m3
1.3设计内容
1、计算污染源强、锅炉排烟量等相关参数；
2、选择适当的处理装置；
3、除尘器的比较和选择，确定除尘器类型、
型号及规格，并确定主要运行参数；
4、确定装置的位置及管道布置，计算各管
段的管径、长度、烟囱高度和出口内径、系统总阻力等；
5、风机及电机的选择设计：
根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率；
6、编制工艺流程图和平面布置图；
二．设计方案确定
2.1除尘
2.1.1旋风除尘器工作原理
旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心
力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘装置。
它具有结构简单，体积较小，不需特殊的附属设备，
6
造价较低．阻力中等，器内无运动部件，操作维
修方便等优点。
旋风除尘器一般用于捕集5-15微米以上的颗粒．除尘效率可达80％以上，近年来经改进后的特制旋风除尘器．其除尘效率可达5％以上。
旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于
5微米的效率不高．
旋风除尘器内气流与尘粒的运动概况：
旋转气流的绝大部分沿器壁自圆简体，呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。
旋转下降的气流在到达圆锥体底部后．沿除尘器的轴心部位转而向上．形成上升的内旋气流，并由除尘器的排气管排出。
自进气口流人的另一小部分气
流，则向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达到排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从诽气管排出，分散在其中的尘粒也随同被带走。
旋风式除尘器工作过程
如图所示，旋风式除尘器由筒体1、锥体2，
7
进气3、排气管4和排灰口5等组成。
当
含尘气体由切向进气口进入旋风除尘器时，气流由直线运动变为圆周运动，旋转气流的绝大部分沿除尘器内壁呈螺旋形向下、朝向锥体流动，通常称此为外旋气流。
含尘气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于气体的粉尘粒子甩向除尘器壁面。
粉尘粒子一旦与除尘器壁面接触，便失去径向惯性力而靠向下的动量和重力沿壁
面下落，进入排灰管。
旋转下降的外旋气流到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。
根据旋矩不变原理，其切向速度不断提高，粉尘粒子所受离心力也不断加强。
当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从除尘器中部由下反转向上，继续做螺旋形运动，构成内旋气流。
最后净化气体经排气管排出，小部分未被捕集的粉尘粒子也随之排出。
8
图1旋风式除尘器的组成及内部气流
1-筒体；
2-锥体；
3-进气管；
4-排气管；
5-排灰口；
6-外旋流；
7-内旋流；
8-二次流；
9-回流区
旋风除尘器的主要优点如下：
（1）旋风除尘器内部没有运动部件。
维护方
便。
（2）制作、管理十分方便。
（3）处理相同风量的情况下体积小，结构简
单，价格便宜。
（4）作为预除尘器使用时，可以立式安装，使
用方便。
（5）处理大风量时便于多台并联使用，效率阻
力不受影响。
（6）可耐400℃高温，如采用特殊的耐高温材
料，还可以耐受更高的温度。
9
（7）除尘器内设耐磨内衬后，可用以净化含高
磨蚀性粉尘的烟气。
（8）可以干法清灰，有利于回收有价值的粉
尘。
但其也有几个缺点，主要如下：
（1）卸灰阀如果漏损会严重影响除尘效率。
（2）磨损严重，特别是处理高浓度或磨损性大
的粉尘时，入口处和锥体部位都容易磨坏。
（3）除尘效率不高（对捕集粒径小于5um的微细粉尘和尘粒密度小的粉尘，效率较低），单独使用有时满足不了含尘气体排放浓度的要求。
（4）由于除尘效率随筒体直径增加而降低，因而单个除尘器的处理风量受到一定限制。
2.2脱硫脱氮
电子射线辐射法烟气脱硫技术
电子射线辐射法烟气脱硫技术由烟气冷却、加氨、电子束照射、粉体捕集四道工序组成，其工艺流程是温度约为150℃左右的烟气经预除尘后再经冷却塔喷水冷却到60～70℃左右，在反应室前端根据烟气中SO2及NOX的浓度调整加入氨的量，然后混合气体在反应器中经电子束照
10
射，排气中的SO2和NOX受电子束强烈作用，在很短时间内被氧化成硫酸和硝酸分子，被与周围的氨反应生成微细的粉粒（硫酸铵和硝酸铵的混合物），粉粒经集尘装置收集后，洁净的气体排入大气。
该工艺能同时脱硫脱硝，具有进一步满足我国对脱硝要求的潜力；
系统简单，操作方便，过程易于控制，对烟气成分和烟气量的变化具有较好的适应性和跟踪性；
副产品为硫铵和硝铵混合肥，对我国目前硫资源缺乏、每年要进口硫磺制造化肥的现状有一定的吸引力，但在是否存在SO2污染物转移、脱硫后副产物捕集等问题上有
待进一步讨论。
电子束法烟气脱硫工艺大致由烟气预除尘、烟气加湿冷却、喷氨、电子束照射、副产品收集、副产品处置六道工序组成。
11
图2电子束烟气处理流程
主要工艺设备有：
1.冷却塔:
冷却塔将烟气冷却至适合于电子束反应的温度。
2.反应设备:
反应设备由反应器、二次烟气冷却装置、窗箔装置及附着物排出装置组成。
反应器的形状应有利于减少电子束接触反应器表面引起的能量损耗,提高电子束的利用率。
3.电子束发生装置:
电子束发生装置由发生电子束的直流高压电源、电子加速器及窗箔冷却装置组成。
电子在高真空的加速管里通过高电压加速。
加速后的电子通过保持高真空的扫描管透射过一次窗箔及二次窗箔（均为30~50μm的金
12
属箔）照射烟气。
窗箔冷却装置是向窗箔间喷射空气进行冷却,控制因电子束透过的能量损失引起的窗箔温度的上升。
4.副产品收集设备
5.供氨设备:
供氨设备由液氨贮罐、氨气化器及蓄能器组成。
贮罐的液氨通过气化器气化,并经蓄能器向反应器供氨。
6.副产品造粒设备:
副产品粉末造粒（压缩-打散）后,包装入库。
7.升压风机:
处理后的烟气经风机升压后排入烟囱。
三．设计计算
3.1燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算
以1kg煤来计算
成
含量
Mol数
需氧量
烟气量
分
C
68%
56.67
H
4%
40
20
S
3%
0.94
O
5%
3.125
1.5625
13
N
2.143
W5%
A14%V11%
3.1.1标准状态下理论空气量
V0
0=56.67+10+0.94-1.5625+2.143=68.19mol/kg=1.5
3（m3/kg）
Va0=4.78x68.19=325.95mol/kg=7.29（m3/kg）
3.1.2标准状态下理论烟气量
Vfg
0=56.67+20+0.94+2.143+3.78x68.19+5%x100018=340.29mol/kg=7.62（m3/kg）
3.1.3标准状态下实际空气烟气量
Vfg=Vfg0+（α-1）Va0（m3/kg）=7.62+（1.4-1）x7.29=10.54（m3/kg）
标准状态下烟气流量V应以m3/h计,因
此,VVfg设计耗煤量
VVfg设计耗煤量=10.54×
543.5=5728.49（m3/h）=1.59（m3/s）
14
3.1.4烟气含尘浓度
Cdsh?
A（kg/m3）
C0.180.142.39103（kg/m3）=2.39×
103（mg/m3）
10.54
式中dsh------排烟中飞灰占煤中不可燃成分的
质量分数
A------煤中不可燃成分的含量
Vfg------标准状态下实际烟气量（m3/kg）
3.1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算
CSO2
2S
106
Cso2
0.03106
5.69103（mg/m3）
式中S------煤中硫的质量分数
Vfg-----标准状态下燃煤产生的实际烟气
量（m3/kg）
3.1.6标准状态下烟气中二氧化氮浓度的计算
CNo2
2N
106（mg/m3）
Vfg
CNo2
5.69103（mg/m3）
式中S-----煤中硫的质量分数
Vfg------标准状态下燃煤产生的实际
烟气量（m3/kg）
15
3.2主要构筑设备计算
3.2.1旋风除尘器计算
设计选取XZT-90型旋风除尘器
取入口速度
113m/s，处理气体量qv1.59（m3
/s），
T=433K,P1.37kg/m3
涡
流
指
数
n1（10.67D0.14）（T）0.3
1（10.67
0.90.14）（433）0.3
0.61
283
气流在交界面上的切向速度
t013（
0.9
）0.62m/s24.92m/s
0.7
0.45
外涡旋气流的平均径向速度
qv
1.59
r
0.62m/s
2r0h0
23.140.70.2252.58
局部阻力系数
16A/de2
16
9.66
130.452
旋
风
除
尘
器的
压
力
损
失
P
1
PV1
21
9.661.37
132
1118.29Pa
3.2.2电子射线辐射装置
电子射线辐射法烟气脱硫技术由烟气冷
却、加氨、电子束照射、粉体捕集四道工序组成。
脱硫、脱氮反应大致可分为三个过程进行，这三个过程在反应器内相互重叠，相互影响：
a）在辐射场中被加速的电子与分子/离子发生非弹性碰撞，或者发生分子/离子之间的碰撞生成氧化物质和活性基团。
烟气中含有O2、H2O、N2、CO2、SO2、NO、NO2等成分，当电子束照射烟气时,在辐射场中被加速的电子与烟气中气
体分子如O2及水分子发生非弹性碰撞，生成具有化学反应活性的活性基团或氧化性物质，可表示为：
O2、H2O+e*=HO、HO2、HO2·
、H、
O2、O2、e
O+O2+M=O3+M（M为N2等分子）
b）活性基团与气态污染物发生反应。
活性基团或氧化性物质氧化烟气中的SO2生
成SO3，可表示为：
SO2+*OH=HSO3
SO2+O=SO3
HSO3+·
OH=H2SO4
SO2+O2+M=SO4+M
SO4+e*=SO3
17
生成的SO3和高价态氮氧化物与水反应生成H2SO4和HNO3。
c）硫酸铵和硝酸铵的生成。
生成的H2SO4和HNO3与加入的NH3进行中和反应，分别生成硫酸铵和硝酸铵微粒，荷电后被捕集。
此外，还可能有尚未反应的SO2和NH3，SO2与NH3反应生成硫酸铵。
反应为：
H2SO4+2NH3=（NH4）2SO4
HNO3+HN3=NH4NO3
SO2+2NH3+H2O+1/2O2=（NH4）2SO4
经过电子射线辐射处理排放的烟气符合二氧化硫和氮氧化物排放标准。
3.3管道的设计
3.3.1内径的计算
管道内径计算公式：
d18.8
Q
v
式中：
Q――体积流量，m3/s
V――管道内平均流速，m/s；
计算得d=202mm
取d=0.3m
3.3.2压力损失和各管道的数据计算
排烟量5728.49m3/h风速控制在5～30m/s，
18
kg/m3
设计的管道直径0.3m，
管段①
管道材质选普通钢材，=0.02流量Q1=1400
m3/h
沿程压力损失
Py
L
d2
式中L——管道长度，m
d——管道直径，m
——烟气密度，
——管中气流平均速率
——摩擦阻力系数
沿程阻力损失
Py1
R0Ld300
1400
A
πd2
3.140.32
5.5m/s
3600
0.02
1.37
5.5
0.3
1013.81Pa
局部压力损失
（Pa）
式中——异形管件的局部阻力系数可查
到
19
——与相对应的断面平均气流速
率,m/s
——烟气密度,kg/m3
管件局部压力损失系数
=0.12，90°
弯头R/d1.5，=0.25，30°
直流三通=0.12
10.120.250.120.49
Pm1
0.49
5.52
10.15Pa
管段②
流量Q2
=1400m/h，=5.5m/s，动压=
=20.72Pa
Py2
20.07
6.91Pa
集气罩=0.12,90°
弯头R/d1.5,=0.25,
20.120.250.36
Pm2220.720.3620.727.46Pa
管段③
流量Q3=Q1+Q2=2800m3/h,
Q2800
2800
11.0m/s
Aπd2
3.14
0.32
动压
11.02
82.88Pa
沿程阻力
Py3
82.88
1055.25Pa
30°
Pm3
0.12
9.94Pa
管段④、⑥、⑧与管段②相同
管段⑤
Q5=Q3+Q4=4200m3/h，
4200
16.51m/s
16.512
186.72Pa
沿程阻力Py5
0.02186.7210124.48Pa
=0.12
Pm5
186.72
22.41Pa
管段⑦
Q7=Q5+Q6=5600m3/h
5600
22.02m/s
22.022
332.14Pa
Py7
332.14
221.43Pa
局部压力损失Pm77332.140.12332.1439.86Pa
并联管路压力平衡
Pm
P1
13.81
10.51
23.96Pa
P2
Py2
Pm2
6.91
7.46
14.37Pa
P3
55.25
9.94
65.19Pa
P4
P6
P8
P214.37Pa
P5
Py5
124.4822.41146.89Pa
P7
Py7
Pm7
221.4339.86261.29Pa
由于管段○2、④、⑥情况相同，且和管段①并联，只要算管段①和○2的压力平衡就可以了，
P1P223.9614.37
P23.96
40.02%10%
故节点压力不平衡，采用调整管径方法，进行压力平衡调节
22
0.225
d2d1
0.323.96
336mm
14.37
压力损失
23.9614.3765.1914.37146.89261.29=526.07Pa
3.4风机和电机的选择
通风机的风量计算公式：
Q风=Q*（1+K1）（m3/h）
Q——管道计算的总风量，
m3/h
K1――考虑系统漏风所附加的安全系数。
一般除尘管道取0.1～0.15，此次计算取0.15。
Q风=1384.6×
（1+0.15）=1592.29选择通风机的风压计算公式：
P0=（1+K2）×
ΔP×
ρ0/ρ=（1+K2）×
ΔP
×
（TP0/T0/P）
P――管道计算的总压力损失，Pa；
K2――考虑管道计算误差及系统
漏风等因素所采用的安全系数，一般管道取0.1～0.15除尘管道取0.15～0.2，本次计算取0.15。
23
P0=（1+0.15）×
3621.30×
（160×
101.3/20×
101.3）
=33315.96Pa
ρ0、P0、T0——通风机性能表中给出的标定状态的空气密度、压力、温度。
一般来说，P0=101.3kPa，对于通风机
对于引风机
t
t=20C，ρ=1.2kg/m
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