大气控制工程课程设计.docx

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大气控制工程课程设计

大气控制工程课程设计

——某燃煤采暖锅炉房烟气除尘脱硫系统设计

系别：

XXXXX

专业：

XXXXX

班级：

XXXXX

学号：

XXXXX

姓名：

XXXXX

前言

燃煤锅炉燃烧过程排放的烟气中含有大量的烟尘和二氧化硫，如不采取有效的治理措施，将会对周围大气环境及居民健康造成严重影响与危害。

因此，本设计结合燃煤锅炉烟气排放特点，根据所提供的原始参数及资料，拟设计一套燃煤采暖炉房烟气除尘系统。

要求设计的净化系统效果好、操作方便、投资省，且出口烟气浓度达到锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准，即：

烟尘排放浓度≤200mg/Nm3、SO2排放浓度≤900mg/Nm3。

其他还应要符合下列要求：

　　一、应能有效地燃烧所采用的燃料；

　　二、应有较高的热效率，并使锅炉的出力、台数和其他性能适应热负荷变化的需要；

　　三、应有利于环境保护；

　　四、应使基建投资和运行管理费用较低；

　　五、宜选用容量和燃烧设备相同的锅炉，当选用不同容量和不同类型的锅炉时，其容量和类型不宜超过两种。

编者

2011年6月

目录

1设计背景资料……………………………………………………1

2烟气量、烟尘、二氧化硫浓度的计算…………………………2

3除尘器的选择……………………………………………………3

4确定除尘器、风机、烟囱的位置和管道的布局………………6

5烟囱的设计………………………………………………………7

6系统阻力的计算…………………………………………………8

7风机及电动机的选择和计算……………………………………9

8其他说明…………………………………………………………12

10个人小结………………………………………………………12

11参考文献………………………………………………………12

、设计背景资料

设计题目

某燃煤采暖锅炉房烟气除尘脱硫系统设计。

设计任务

燃煤锅炉燃烧过程排放的烟气中含有大量的烟尘和二氧化硫，如不采取有效的治理措施，将会对周围大气环境及居民健康造成严重影响与危害。

因此，本设计结合燃煤锅炉烟气排放特点，根据所提供的原始参数及资料，拟设计一套燃煤采暖炉房烟气除尘系统。

要求设计的净化系统效果好、操作方便、投资省，且出口烟气浓度达到锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准，即：

烟尘排放浓度≤200mg/Nm3、SO2排放浓度≤900mg/Nm3。

原始资料

锅炉型号：

SZL4-13型，额定蒸发量2.8MW/h；

设计耗煤量：

学号

锅炉台数（台）

设计耗煤量kg/（h·台）

烟尘的排放因子（％）

煤质组别

28

2

650

26

（3）

燃煤煤质如下表所示

组别

CY

HY

SY

OY

NY

WY

AY

VY

（3）

68

4

1.4

5

1

6

14.6

13

排烟温度：

160℃；

烟气密度（标准状态下）：

1.34kg/m3；

空气过剩系数：

α＝1.4；

排烟中飞灰占煤中灰分（不可燃成分）的比例:

26%。

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（标准状态下）按0.01293kg/m3；

烟气其它性质按空气计算。

图1锅炉房平面布置图

图2锅炉房剖面图

系统布置场地如图1所示的锅炉房北侧20m以内。

2、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算

（1）标准状态下理论空气量

Qa’=4.76×（1.867CY+5.56HY+0.7SY-0.7OY）（m3/kg）

式中：

CY,HY,SY,OY－分别为煤中各元素所含的质量分数。

Qa’=4.76×（1.867×0.68+5.56×0.04+0.7×0.014-0.7×0.05）=7（m3/kg）

（2）标准状态下理论湿烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）

Q’s=1.867（CY+0.375SY）+11.2HY+1.24WY+0.016Q’a+0.79Q’a+0.8NY（m3/kg）

式中：

Q’a－标准状态下理论空气量，m3/kg；

WY－煤中水分所占质量分数，%；

NY－N元素在煤中所占质量分数，%。

Q’s=1.867（0.68+0.375×0.014）+11.2×0.04+1.24×0.06+0.016×7+0.79×7+0.8×0.01=7.45（m3/kg）

（3）标准状态下实际烟气量

Qs=Q’s+1.016（a-1）Q’a（m3/kg）

式中：

a－空气过量系数

Q’s－标准状态下理论烟气量，m3/kg；

Q’a－标准状态下理论空气量，m3/kg。

Qs=7.45+1.016（1.4－1）×7.45=10.48（m3/kg）

Q=10.48×650×2=13624（m3/h）

（4）标准状态下烟气含尘浓度

（kg/m3）

式中：

dsh－排烟中飞灰占煤中灰分（不可燃成分）的质量分数，排放因子，%；

AY－煤中灰分（不可燃成分）的含量，%；

Qs－标准状态下实际烟气量，m3/kg。

（kg/m3）=3620（mg/m3）

（5）标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

（mg/m3）

式中：

SY－煤中含可燃硫的质量分数；

Qs－标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/kg。

3、除尘脱硫装置的选择设计

（1）除尘脱硫装置应达到的净化效率：

式中：

C－标准状态下烟气含尘、SO2浓度，mg/m3；

Cs－标准状态下锅炉烟尘、SO2排放标准中规定值，mg/m3。

对于：

=

对于粉尘：

=

（2）除尘设计：

根据烟尘的粒径分布和种类、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的种类、型号及规格。

可选用气环反吹袋式除尘器，参考数据如下：

图3气环反吹袋式除尘器技术性能

根据计算的数据可知，在160℃时，烟气量为21069m3/h，除尘效率为94.5%，故而选用型号为QH-72的气环反吹袋式除尘器可以满足实际需求，其滤袋面积、滤袋条数以及设备尺寸在上图中可以查到。

（3）脱硫设计：

关于烟气脱硫，其效率要达到58%，因此适合选用石灰石膏法进行脱硫。

一来，石灰石膏法的脱硫效率普遍可以达到70%以上；二来，石灰石膏法脱硫设备的投资及运行成本费用较低，与氨法脱硫相比可以节约相当一部分资金；三来，脱硫副产品—石膏，可综合利用

图4脱硫塔

反应原理：

在水中，气相SO2被吸收并经下列反应离解，

SO2（气）+H2O→SO2（液）+H2OSO2（液）+H2O→H++HSO3-→2H++SO32-由于H+被OH-中生成H2O使得这一平衡向右进行，OH-离子是由水中溶解的石灰石形成的，且鼓入得气体可将生成的CO2带走。

CaCO3→Ca2++CO32-CO32-+H2O→OH-+HCO3-→2OH-+CO2（液）CO2（液）+H2O→CO2（气）+H2O鼓入的空气也可用来氧化HSO3-和SO32-离子，最后生成石膏沉淀物。

HSO3-+1/2O2→SO42-+H+,SO32-+1/2O2→SO42-+Ca2+→CaSO4

4、确定除尘脱硫设备、风机和烟囱的位置及管道的布置

4.1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。

4.2管径的确定

（m）

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）。

管径计算出以后，要进行圆整（查手册），再用圆整后的管径计算出实际烟气流速。

实际烟气流速要符合要求。

取整D=800mm

风道直径规格表

外径D/mm

钢制板风管

外径允许偏差值/mm

厚度/mm

800

±1

1

图5净化系统管道布置图

5、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（GB13271－2001）中的规定（见表2）确定烟囱的高度。

表2锅炉烟囱高度表

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

锅炉总的蒸发量：

2×2.8=5.6MW则烟囱高度为35m

（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；

u－按表3选取的烟囱出口烟气流速，m/s。

表3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

当u=5m/s时，

，圆整后d2=1.3m

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。

（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，℃；

P－当地大气压，Pa。

6、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；

u－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，对砖砌和混凝土管道λ值可取0.04）。

L=120+1700+900+3000+3000+3000=11720mm

11.7m

（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；

u－与ξ相对应的断面平均气流速率，m/s；

ρ－烟气密度，kg/m3。

①进气管部分局部阻力损失：

a）

=0.1（取

=45

，

=15m/s）

b）两个90°的弯管

=0.23

图690℃弯管

②出气管部分压力损失：

三通管

=0.78

对于T形合流三通管

=0.55图7T型三通管

3）系统总阻力：

（其中锅炉前阻力为800Pa,除尘器阻力为1200Pa）

7、风机和电动机选择及计算

（1）风机风量的计算

（m3/h）

式中：

K1－考虑系数漏风所附加的安全系数。

一般管道取K=0.1；除尘管道取K=0.1～0.15；

Q－标准状态下风机前标态下风量，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；

P－当地大气压力，kPa。

（2）风机风压的计算

（Pa）

式中：

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K=0.1～0.15，除尘管道取K=0.1～0.2；

∑△h－系统总阻力，Pa；

Sy－烟囱抽力，Pa；

ρ0、p0、T0－风机性能表中给出的标准状态的空气密度、压力、温度。

一般说，p0=101.3kPa，对于引风机T0=200℃，ρ0=0.745kg/m3。

ρ、p、T－运行工况下进入风机时的空气密度、压力、温度。

ρ=ρ0

计算出风机风量Qy和风机风压△py后，可按风机产品样本给出的性能曲线或表格选择风机的型号。

如下图，从计算数据看，

h，

因而选用Q-72型号C类传动方式转动为1600r/min，

它的处理风量在17920~31000m3/h之间，全压为1814~2472Pa，符合设计条件，能够高效率运转。

图8气环反吹袋式除尘器型离心风机性能

（3）电动机功率的计算

（kw）

式中：

Qy－风机风量，m3/h；

△py－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，当风机与电动机直联传动时η2＝1，用连轴器时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。

根据电动机的功率，风机的转速，传动方式选择电动机型号，则选择Y200L2-2型号的电动机。

8、其他说明：

（1）工艺流程示意图、平面布置图、锅炉烟气除尘脱硫系统图、主要除尘脱硫设备剖面图，在附录图中；

（2）运行设计参数主要选自《除尘设备》工具书，由于处理烟气量比较大，采用反吹袋式除尘器比较妥当，设备性能良好；

（3）关于烟气的净化，采用先除尘、后脱硫，两步进行，清洗方便、净化效率高；

（4）在实际建造时，烟囱的高度可以是40m或者更高些，在锅炉房周围进行绿化美化，这样不仅美观，而且更加环保，对居民和工作人员有利无害。

小结

我一直都对这样的课程设计比较感兴趣,主要是能够对我所感兴趣的事物进行研究,这对于正处在比较压抑的期末考试的气氛中无疑是一种非常奇妙的感觉,就如同泥中莲花,有不染凡俗之感。

我的课程设计是某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计。

就是针对某燃煤采暖锅炉房排出大量烟尘及有害气体对周围环境和居民健康造成危害的情况来设计烟气除尘系统。

通过前几个学期的理论学习，现在真正动手设计起来还是莫不找头脑，便与小组成员探讨研究，尽管内容可能有些相同，但是我还是想坚持自己道路，我有自己的选择。

一边忙于复习考试，一边搜集了大量资料。

在整个设计过程中计算量比较大，许多参数需要查阅相关手册。

在选定除尘器后，上网、去图书馆、去学校外面的书店阅读相关书籍，查找参数。

最后是画图的任务，需要耐心，要注意准确，不能抱敷衍态度。

虽然本专业没有开设CAD科目，但我在空余时间曾经自学过，总算是功夫不负苦心人，我的一技之长可以有用武之地了。

毕竟是自学，有很多功能还是不能熟练的操作，在学过CAD其他专业同学的帮助下，终于完成了最艰巨的画图任务，同时也加深了对CAD的认识，增强了自己的技术能力。

在这次设计过程中通过同学的帮助、老师的指导和自己的努力，我学到了许多东西，锻炼了解决实际问题的能力。

课程设计要有耐心，既要独立思考又要勤于请教，要学会利用网络资源和图书馆资源解决实际问题。

这次课程设计让我受益良多。

参考文献

1、课程设计教材

郝吉明，马广大等编著.大气污染控制工程.第1版.北京：

高等教育出版社，1989

2、主要参考资料

①蒲恩奇，任爱玲等编.大气污染治理工程.北京：

高等教育出版社，2002

②张殿印，王纯主编.除尘工程设计手册.化学工业出版社，20003.9

③黄学敏等主编。

《大气污染控制工程实践教程》，化学工业出版社，2003

陆耀庆主编.供暖通风设计手册.北京：

中国建筑工业出版社，1987

同济大学等编.锅炉及锅炉房设备.北京：

中国建筑工业出版社，1986

附录图1工艺流程示意图

附录图2石灰石法脱硫系统图

附录图3锅炉房热力系统图M1：

100

附录图4反吹袋式除尘器剖面图