锅炉废气大气课程设计.docx
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锅炉废气大气课程设计
某工厂燃煤锅炉除尘系统课程设计说明书
一、原始数据及条件
设计耗煤量：
8０0kg/ｈ
煤炭类型:
烟煤
燃煤组成：
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℃
锅炉出口的烟气阻力:
１000Pa
排灰系数：
28%
二、锅炉房平面图
锅炉房平面图
摘要ﻩ１
关键词ﻩ１
１前言２
2 处理单元的设计计算2
2．１ 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ﻩ3
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ﻩ5
2.５.1烟囱高度的确定5
2.5.2 烟囱直径的计算５
３.１管道部设5
3.2管道沿程阻力计算ﻩ6
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
3.2.５管道总沿程阻力损失ﻩ9
３.3局部阻力计算9
3.４系统总阻力损失及风机选型ﻩ１0
4设备和管道一览表ﻩ10
附录1ＣLS型立式旋风水膜除尘器主要性能表１2
附录２燃煤、燃油（轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低允许高度（GB１３２７1-2０01）ﻩ12
参考文献ﻩ1３
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,使其在炉膛内燃烧掉的方法解决，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2-１ 1000g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
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
因此燃烧该煤1kg表所排放出来的标准状况下的烟气量为：
（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：
（g/m3）
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:
（m3/ｈ）
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；
出口内径:
（ｍ）
烟囱底部直径:
取ｉ=0.02（0.02-０.0３）：
（m）
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
管道内烟气温度:
500℃；管道内烟气流量:
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。
查管道内各种气体的流速范围表可知,管道内烟气流速范围为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。
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）。
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。
查管道内各种气体的流速范围表可知,管道内烟气流速范围为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。
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）。
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。
查管道内各种气体的流速范围表可知,管道内烟气流速范围为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。
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）。
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。
查管道内各种气体的流速范围表可知,管道内烟气流速范围为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:
（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200０Ｐa。
锅炉本身压力损失为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）
查除尘常用风机性能表,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
处理气量1979５.9m３/h
实际面积24m２
压力损失2000Pa
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
处理气量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
0．7５
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1CLS型立式旋风水膜除尘器主要性能表
型号
进口气速
（m/s）
处理气量
（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）锅炉房烟囱最低允许高度（ＧB13271-20０1）
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
烟囱最低允许高度（m）
20
25
30
35
40
45
参考文献
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