颗粒污染物控制课程设计实例.docx
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颗粒污染物控制课程设计实例
颗粒污染物控制课程设计
一、课程设计题目
某燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计
二、课程设计的目的
通过课程设计进一步消化和巩固本能课程所学内容，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、编写设计说明书的能力。
三、设计原始资料
锅炉型号：
SZL4—13型，共4台
设计耗煤量：
600kg/h（台）
排烟温度：
160℃
标准状态下烟气密度：
1.34kg/m³
空气过剩系数：
α=1.4
排烟中飞灰占煤中不可燃烧成分的比例：
16%
烟气在锅炉出口前阻力：
800Pa
当地大气压：
97.86kPa
冬季室外空气温度：
-1℃
标准状态下空气含水按0.01293kg/m³
烟气其他性质按空气计算
煤的工业分析值：
CY=68%HY=4%SY=1%OY=5%
NY=1%WY=6%AY=15%VY=13%
按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准执行。
标准状态下烟尘浓度排放标准：
200mg/m³
标准状态下二氧化硫排放标准：
900mg/m³
净化系统布置场地为锅炉房北侧15m以内。
四、设计计算
1、燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算
⑴标准状态下理论空气量
Q’a=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。
Q’a=4.76×（1.867×0.68+5.56×0.04+0.7×0.01-0.7×0.05）
=6.97（m³/kg）
⑵标准状态下理论烟气量（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——煤中水分的质量分数；
NY——N元素在煤中的质量分数。
Q’s=1.867×（0.68+0.375×0.01）+11.2×0.04+1.24×0.06+
0.016×6.97+0.79×6.97+0.8×0.01
=7.42（m³/kg）
⑶标准状态下实际烟气量
Qs=Q’s+1.016（α-1）Q’a（m³/kg）
式中α——空气过剩系数；
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。
标准状态烟气流量Q应以m³/h计，因此，Q=Qs×设计耗煤量
Qs=7.42+1.016×（1.4-1）×6.97=10.25（m³/kg）
Q=Qs×设计耗煤量
=10.25×600
=6150（m³/h）
⑷烟气含尘浓度
C=
（kg/m³）
式中dsh——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；
AY——煤中不可燃成分的含量；
Qs——标准状态下实际烟气量，m³/kg。
C=
=2.34×10-3（kg/m³）
=2.34×103（mg/m³）
⑸标准状态下烟气中二氧化硫的浓度计算
CSO2=
×106（mg/m³）
式中SY——煤中硫的质量分数；
Qs——标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m³/kg。
CSO2=
×106
=1.91×103（mg/m³）
2、除尘器的选择
⑴除尘效率
η=1-
式中C——标准状态下烟气含尘浓度，mg/m³；
Cs——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m³。
η=1-
=91.45%
⑵除尘器的选择
工况下烟气流量
（m³/h）
式中Q——标准状态下的烟气流量，m³/h；
T′——工况下烟气温度，K；
T——标准状态下温度，273K。
Q′=
=9754（m³/h）
则烟气流量为
=
=2.7（m³/s）
根据工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定
尘器：
由陕西蓝天锅炉设备制造有限公司所提供的“XDCG型
陶瓷多管高效脱硫除尘器”（《国家级科技成果重点推广计
划》项目）中选取XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器。
产品
性能规格见表3-3-1，设备外形结构尺寸见表3-3-2。
表3-3-1XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器产品性能规格
型号
配套锅炉
容量/（J/H）
处理
烟气量
/（m³/h）
除尘效率
/%
排烟黑度
设备阻力
/Pa
脱硫效率
/%
质量
/kg
XDGC4
4
12000
>98
≤1级
林格曼黑度
800～1400
>85
2800
表3-3-2XDGC4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸
H
H1
H2
H3
A
B
C
D
E
F
4460
2985
4235
700
1400
1400
300
50
350
1000
图3-3-1XDCG1型陶瓷多管高效脱硫除尘器外形结构尺寸
3、确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。
并计算各管道的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。
⑴各装置及管道布置的原则
根据锅炉运行情况及锅炉现场的实际情况确定各装置的位置。
一旦确定各装置的位置，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。
⑵管径的确定
（m）
式中Q——工况下管道内的烟气流量，m³/s；
ν——烟气流速，m/s（对于锅炉烟尘u=10～15m/s）。
取ν=14m/s
则d=
=0.49（m）
圆整并查圆形通风管道规格选取风道
外径D/mm
钢制板风管
外径允许偏差/mm
壁厚/mm
500
±1
0.75
内径=d1=500-2×0.75=495.5（mm）
由公式d=
可计算出实际烟气流速：
ν=
=
=13.8（m/s）
4、烟囱的设计
⑴烟囱高度的确定
首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总蒸发量（t/h）,然后根据锅炉大气污染物排放标准中（表3-3-3）的规定确定烟囱的高度。
表3-3-3锅炉烟囱的高度
锅炉总额定出力
（t/h）
<1
1～2
2～6
6～10
10～20
26～35
烟囱最低高度/m
20
25
30
35
40
45
锅炉总额定出力：
4×4=16（t/h）
故选定烟囱高度为40m。
⑵烟囱直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算：
d=0.0188
（m）
式中Q——通过烟囱的总烟气量，（m³/h）；
ω——按表3-3-4选取的烟囱出口烟气流速，m/s。
表3-3-4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
选定ω=4m/s
d=0.0188
=1.83（m）
圆整取d=1.8m。
烟囱底部直径d1=d2+2·i·H（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），取i=0.02。
d1=1.83+2×0.02×40=3.5（m）
⑶烟囱的抽力
Sy=0.0342H（
-
）·B（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，℃；
B——当地大气压，Pa。
Sy=0.0342×40×（
-
）×97.86×103
=183（Pa）
5、系统阻力的计算
⑴摩擦压力损失
对于圆管ΔpL=λ
·
（Pa）
式中L——管道长度，m；
d——管道直径，m；
ρ——烟气密度，kg/m3；
ν——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，对砖砌或混凝土管道λ值可取0.04）。
a、对于Ф500管道L=9.5m
ρ=ρn
=1.34×
=0.84（kg/m3）
ΔpL=0.02×
×
=30.4（Pa）
b、对于砖砌拱形烟道（参见图3-3-2）
A=2×
D2=B2+
（
）2
D=500mm
故B=450mm则R=
式中，A为面积，X为周长。
⑵局部压力损失
Δp=ξ·
（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；
ν——与ξ相对应的断面平均气流速率，m/s；
ρ——烟气密度，（kg/m3）。
图3-3-3中一为渐缩管。
图3-3-3除尘器入口前管道示意图
а≤45°时，ξ=0.1
取а=45°，ν=13.8m/s
（Pa）
ι1=0.05×tan67.5=0.12（m）
图3-3-2中二为30℃Z形弯头
h=2.985-2.39=0.595=0.6（m）
h/D=0.6/0.5=0.12,取ξ′=0.157
ξ=ξReξ′
由手册查得ξRe=1.0
ξ=1.0×0.157=0.157
（Pa）
图3-3-3中三为渐扩管
查《大气污染控制工程》附表十一，并取а=30°
则ξ=0.19
（Pa）
ι3=
×tan15°=0.93（m）
图3-3-4中а为渐扩管
图3-3-4除尘器出口至风机入口段管道示意图
а≤45°时，ξ=0.1
取а=30℃，ν=13.8m/s
（Pa）
L=0.93（m）
图3-3-4中b、c均为90°弯头
D=500，取R=D，则ξ=0.23
则
（Pa）
两个弯头△p′=2△p=2×18.4=36.8（Pa）
对于如图3-3-5所示T形三通管
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