环境工程课程设计：某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计定稿.

课程设计任务燃煤采暖锅炉烟气处理系统设计学院(部)：环境与生物工程学院专业班级：环境工程2班学生姓名：张苒指导教师：杨海林老师2015年6月24日目录1概述 21.1设计目的 21.2设计任务 21.2设计依据及原则 21.3锅炉房基本概况 21.4通风除尘系统的主要设计程序 32烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算 42.1状态下理论空气量 42.2标准状态下理论烟气量 42.3标准状态下实际烟气量 42.4标准状态下烟气含尘浓度 52.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 53除尘器的选择 63.1除尘器应该达到的除尘效率 63.2除尘器的选择 64确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 84.1各装置及管道布置的原则 84.2管径的确定 85烟囱的设计 95.1烟囱高度的确定 95.2烟囱直径的计算 95.3烟囱的抽力 106系统阻力计算 116.1摩擦压力损失 116.2局部压力损失 127系统中烟气温度的变化 157.1烟气在管道中的温度降 157.2烟气在烟囱中的温度降 158风机和电动机的选择及计算 178.1标准状态下风机风量计算 178.2风机风压计算 178.3电动机功率计算 18参考文献 19致谢 211概述1.1设计目的通过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、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。1.2设计任务运用所学知识设计某一燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统。1.2设计依据及原则按《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）中的在用锅炉标准设计。锅炉房尺寸10m×26m，屋顶标高6.5m。1.3设计原始资料：某燃煤采暖锅炉房，概况如下：锅炉型号：SHL4-13型（额定热功率2.8MW），共3台设计耗煤量：600kg/h·台排烟温度：200℃空气过剩系数：1.2排烟中飞灰占煤不可燃成分的比例：16%锅炉阻力：800Pa当地大气压：98kPa煤的工业分析值：CY=68%HY=4%SY=1%OY=5%NY=1%WY=6%AY=15%VY=13%锅炉外形尺寸：4866×3660×2550锅炉烟囱尺寸：φ600锅炉烟尘中的颗粒物粒度分布如下表：粒度范围（μm）平均粒径（μm）质量百分数（%）<5355-107.5710-30202230-60453560-807018>8090131.4通风除尘系统的主要设计程序1. 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化碳浓度的计算。2. 净化系统设计方案的分析确定。3. 除尘器的比较和选择：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。4. 管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。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。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. 编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写、包括方案的确定，设计计算、设备选择和有关设计的简图等类容。课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分、文字应简明、通顺，内容正确完整，装订成册。7. 图纸要求1) 除尘系统图一张。2) 除尘系统平面图、剖面布置图2-3张。图中设备管件应标注编号，编号应与系统图对应。2烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算2.1标准状态下理论空气量建立煤燃烧的假定：1. 煤中固定氧可用于燃烧；2. 煤中硫主要被氧化为SO2；3. 不考虑NOX的生成；4. 煤中的N在燃烧时转化为N2。标准状态下理论空气量：式中=68%，=4%，=1%，=5%——分别为煤中各元素所含的质量分数。结果为=6.972.2标准状态下理论烟气量标准状态下理论烟气量：式中——标准状态下理论空气量，；——煤中水分所占质量分数，6%；——N元素在煤中所占质量分数，1%。结果为=7.422.3标准状态下实际烟气量标准状态下实际烟气量：式中——空气过量系数；——标准状态下理论烟气量，；——标准状态下理论空气量，；标准状态下烟气流量应以计，因此，结果为=8.84=53042.4标准状态下烟气含尘浓度标准状态下烟气含尘浓度：式中——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数，16%；——煤中不可燃成分的含量；15%——标准状态下实际烟气量，。结果为C=0.00271=27102.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算式中——煤中含可燃硫的质量分数；1%——标准状态下燃煤产生的实际烟气量,。结果为=22203除尘器的选择3.1除尘器应该达到的除尘效率——标准状态下烟气含尘浓度，；——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，。结果为3.2除尘器的选择工况下烟气流量：式中——标准状态下的烟气流量，——工况下烟气温度，K——标准状态下温度，373K结果为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除尘器：选择XLD-4型多管式旋风除尘器，产品性能规格见表3.1表3.1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/%设备阻力/Pa分割粒径d/(50um)质量/kgXLD-43900092-95932-11283.06-3.32369表3.2除尘器外型结构尺寸（见图3.1）ABCDEFGHMN14001400300503501000298544607004235图3.1除尘器外型结构尺寸4确定除尘器、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。4.2管径的确定管道直径：式中——工况下管道内烟气流量，——烟气流速m/s(对于锅炉烟尘=10-15m/s)取=14m/s结果为d=0.46(m)圆整并选取风道:表4.5风道直径规格表外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm500±10.75内径:500-2×0.75=498.5(m/s)由公式可计算出实际烟气流速：V=12.0(m/s)5烟囱的设计5.1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中的规定（表5.1）确定烟囱的高度。表5.1锅炉烟囱的高度锅炉总额定出力/(t/h)<11-22-66-1010-2026-35烟囱最低高度/m202530354045锅炉总额定出力：4×3=12（t/h）,故选定烟囱高度为40m5.2烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算：式中——通过烟囱的总烟气量，；——按表5.2选取的烟囱出口烟气流速，m/s表5.2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时机械通风10-204-5自然通风6-102.5-3选定=4m/s结果为:d=1.50（m）圆整取d=1.50m。烟囱底部直径：式中——烟囱出口直径，m；——烟囱高度，m；——烟囱锥度（通常取i=0.02-0.03）。取i=0.02结果为:d1=3.09（m）5.3烟囱的抽力式中——烟囱高度，m；——外界空气温度，°C——烟囱内烟气平均温度，°C——当地大气压，Pa。结果为:Sy=183（Pa）6系统阻力计算6.1摩擦压力损失（1）对于圆管：式中——摩擦阻力系数（实际中对金属管道可取0.02.对砖砌或混凝土管道可取0.04）。——管道直径,m——烟气密度，kg/m3——管中气流平均速率,m/s——管道长度,m对于直径500mm圆管：L=9.5m结果为:（2）对于砖砌拱形烟道（见图6.1）D=500mm式中S为面积，结果为：B=450mm 图6.1砖砌拱形烟道6.2局部压力损失式中——异形管件的局部阻力系数，——与相对应的断面平均气流速率，m/s——烟气密度，kg/m3图6.2中一为渐缩管。图6.2除尘器入口前管道示意图≦45度时，=0.1，取=45度，=13.8m/s结果为：8.0（Pa）L1=0.05×tan67.5=0.12（m）图6.2中二为30度Z形弯头H=2.985-2.39=0.595=0.6（m）H/D=0.6/0.5=0.12取=0.157==1.57（=1.0）结果为：12.6（Pa）图6.2中三为渐阔管图6.3中a为渐扩管图6.3除尘器出口至风机入口段管道示意图≦45度时，=0.1，取=30度，=13.8m/s结果为：8.0（Pa）L=0.93(m)图6.3中b、c均为90度弯头D=500，取R=D则=0.23结果为：18.4（Pa）两个弯头对于如图6.4中所示T形三通管=0.7862.4（Pa）对于T形合流三通=0.55结果为：44（Pa）系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1128Pa）为:7系统中烟气温度的变化7.1烟气在管道中的温度降式中——标准状态下烟气流量，m3/h——管道散热面积，m2——标准状态下烟气平均比热容（一般为1.352—1.357KJ/(m3·°C）——管道单位面积散热损失KJ/(m3·h)室内=4187KJ/(m3·h)室外=5443KJ/(m3·h)室内管道长：L=2.18-0.6-0.12=1.46F=∏L·D=2.29(m2)室外管道长L=9.5-1.46=8.04(m)F=∏L·D=12.69(m2)7.2烟气在烟囱中的温度降式中——烟囱高度，m。——温度系数，可由表7-2-1查得。——合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h；表7.1烟囱温降系数烟囱种类钢烟囱（无衬筒）钢烟囱（有衬筒）砖烟囱（H<50m，壁厚小于0.5m）砖烟囱（壁厚大于0.5m）A20.80.40.2总温度降：8风机和电动机的选择及计算8.1标准状态下风机风量计算式中1.1——风量备用系数，——标准状态下风机前表态下风量，m3/h——风机前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度,°C——当地大气压，kP结果为Qy=11109.8（m3/h）8.2风机风压计算式中1.2——风机备用系数；——系统总阻力，Pa；——烟囱抽力，Pa——风机前烟气温度，°C——风机性能表中给出的试验用气体温度，°C——标准状态下烟气密度，kg/m3结果为Hy=2400(Pa)根据Hy和Qy，选定Y5-47Ⅱ型No.7c的引风机，Y5-47Ⅱ型引风机是在原Y5-47Ⅱ型引风机性能基础上改进的产品，该引风机最佳工况点的全压内效率为85.6%，与原Y5-47Ⅱ型引风机相比较，由于进行了一系列改进，使噪声值有显著降低，噪声指标为12.5dB。性能表如下。表8.2引风机性能表机号传动方式转速/r/min流量/m3/h全压/Pa内效率/%内功率/kw所需功率/kwC式23201166330307912.4217．008.3电动机功率计算式中——风机风量，m3/h——风机风压，Pa——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）——机械传动效率，当风机与电机直联传动时=1，用联轴器连接时=0.95—0.98，用V型带传动时=0.95——电动机备用系数，对引风机，=1.3Ne=16(kW)根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定Y180M-2型电动机。参考文献[1] 孙一坚主编.工业通风.北京：中国建筑工业出版社,1994[2] 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[3] 郝吉明，马广大主编.大气污染控制工程.北京：高等教育出版社，2002[4] 中国石化集团上海工程有限公司，金国淼.石油化工设备设计选用手册—除尘器设计.北京：化学工业出版社，2008[5] 孙研，通风机选型使用手册.北京：中国建筑工业出版社，2000 致谢感谢杨老师在百忙之中辅导我的课程设计，让我的设计能圆满完成。杨老师工作认真、一丝不苟，虽然工作繁忙，但还是抽出时间指导我和同学们的设计，我的设计中有很多错误和缺陷，杨老师都一一指出，不辞辛苦的帮我修改，让我看到一个真正的科研人员的做事态度和敬业精神，非常佩服。每次去老师的办公室一待就是一两个小时，都会让我的设计有所提高，更加完善，符合设计的要求。在这几个星期的课程设计中，让我认识到自己专业知识的不足，做事态度和能力的欠缺，在此非常感谢老师的帮助，自己以后一定加倍努力，端正做事的态度，扎实自己的专业知识，不负杨老师的辛苦。