大氣污染控制工程課程設(shè)計實例

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1、大氣污染控制工程課程設(shè)計實例 一、課程設(shè)計題目 某燃煤采暖鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計 二、課程設(shè)計的目的 通過課程設(shè)計使學(xué)生進一步消化和鞏固本能課程所學(xué)內(nèi)容，并使所學(xué)的知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)理論知識進行凈化系統(tǒng)設(shè)計的初步能力。通過設(shè)計，使學(xué)生了解工程設(shè)計的內(nèi)容、方法及步驟，培養(yǎng)學(xué)生確定大氣污染控制系統(tǒng)的設(shè)計方案、進行設(shè)計計算、繪制工程圖、使用技術(shù)資料、編寫設(shè)計說明書的能力。 三、設(shè)計原始資料 鍋爐型號：SZL4-13型，共4臺 設(shè)計耗煤量：600kg/h(臺) 排煙溫度：160℃ 煙氣密度：1.34kg/Nm3 空氣過剩系數(shù)：a=1.4 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比

2、例：16% 煙氣在鍋爐出口前阻力：800Pa 當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ?7.86kPa 冬季室外空氣溫度：-1℃ 空氣含水按0.01293kg/ Nm3 煙氣其他性質(zhì)按空氣計算 煤的工業(yè)分析值： =68%， =4%， =1% ， =5%， =1%， =6%， =15%， =13% 按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-2001）中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行： 煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)：200mg/ Nm3 二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)：900mg/ Nm3 凈化系統(tǒng)布置場地為鍋爐房北側(cè)15m以內(nèi)。 四、設(shè)計計算 1．燃煤鍋爐排煙量

3、及煙塵和二氧化硫濃度的計算 （1）理論空氣量 式中：、、、分別為煤中各元素所含的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。 （2）理論煙氣量（設(shè)空氣含濕量12.93g/m3N） （m3N/kg） 式中：—理論空氣量（m3N/kg） —煤中水分所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)； —N元素在煤中所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù) （3）實際煙氣量 （m3N/kg） 式中：a —空氣過量系數(shù)。 —理論煙氣量（m3N/kg） —理論空氣量（m3N/kg） 煙氣流量Q應(yīng)以m3N/h計，因此。設(shè)計耗煤量 （4） 煙氣含塵濃度：

4、 （kg/m3N） 式中：—排煙中飛灰占煤中不可燃成分的百分?jǐn)?shù)； —煤中不可燃成分的含量； —實際煙氣量（m3N/kg）。 （5） 煙氣中二氧化硫濃度的計算 （mg/ m3N） 式中： — 煤中含硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 — 燃煤產(chǎn)生的實際煙氣量（m3N/kg） 2．除塵器的選擇 （1）除塵效率 式中：C—煙氣含塵濃度，mg/m3N； Cs—鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值，mg/m3N。 （2）除塵器的選擇 工況下煙氣流量： （m3/h）； 式中，—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣流

5、量，m3/h； —工況下煙氣溫度，k； —標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度273k。 根據(jù)工況下的煙氣量、煙氣溫度及要求達到的除塵效率確定除塵器：由陜西藍天鍋爐設(shè)備制造有限公司所提供的“XDCG型陶瓷多管高效脫硫除塵器”（《國家級科技成果重點推廣計劃》項目）中選取XDCG4型陶瓷多管高效脫硫除塵器。產(chǎn)品性能規(guī)格見表1，設(shè)備外型結(jié)構(gòu)尺寸見表2。 表1 XDCG4型陶瓷多管高效脫硫除塵器產(chǎn)品性能規(guī)格 型號 配套鍋爐容量（J/H） 處理煙氣量（m3/h） 除塵效率（%） 排煙黑度 設(shè)備阻力（Pa） 脫硫效率（%） 重量（kg） XDGC4 4 12000

6、>98 ≦1級林格曼黑度 800-1400 >85 2800 表2 XDCG4型陶瓷多管高效脫硫除塵器外型結(jié)構(gòu)尺寸（見圖1） H H1 H2 H3 A B C D E F 4460 2985 4235 700 1400 1400 300 50 350 1000 圖1 XDCG4型陶瓷多管高效脫硫除塵器外型結(jié)構(gòu)尺寸 3．確定除塵器、風(fēng)機、煙囪的位置及管道布置。并計算各管段的管徑、長度、煙囪高度和出口內(nèi)徑以及系統(tǒng)總阻力 （1）各裝置及管道布置的原則 根據(jù)鍋爐運行情況及鍋爐現(xiàn)場的實際情況確定各裝置的位置。一旦確定各裝置的位置，管道的

7、布置也就基本可以確定了。對各裝置及管道的布置應(yīng)力求簡單、緊湊、管路短、占地面積小，并使安裝、操作和檢修方便。 （2）管徑的確定 （m） 式中，—工況下管道內(nèi)的煙氣流量（m3/s）； —煙氣流速（m/s）（對于鍋爐煙塵=10-15 m/s）。 取=14 m/s， （m） 圓整并選取風(fēng)道： 外徑D（mm） 鋼制板風(fēng)管 外徑允許偏差（mm） 壁厚（mm） 500 1 0.75 內(nèi)徑=d1=500-20.75=495.5mm 由公式可計算出實際煙氣流速： （m/s） 4．煙囪的設(shè)計 （1）煙囪高度的確

8、定 首先確定共用一個煙囪的所有鍋爐的總的蒸發(fā)量（t/h），然后根據(jù)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定（表3）確定煙囪的高度。 表3 鍋爐煙囪高度表 鍋爐總額定出力（t/h） <1 1~<2 2 ~ <6 6 ~ <10 10~20 26 ~<35 煙囪最低高度（m） 20 25 30 35 40 45 鍋爐總額定出力：44=16（t/h） 故選定煙囪高度為40m。 （2）煙囪直徑的計算 煙囪出口內(nèi)徑可按下式計算： （m） 式中：Q—通過煙囪的總煙氣量（m3/h） ω—按表4選取的煙囪出口煙氣流速（m/s）

9、 表4 煙囪出口煙氣流速m/s 通 風(fēng) 方 式 運 行 情 況 全負荷時 最小負荷 機 械 通 風(fēng) 10~20 4~5 自 然 通 風(fēng) 6~10 2.5~3 選定ω=4m/s 圓整取d=1.8m 煙囪底部直徑 （m） 式中：d2—煙囪出口直徑（m）； H—煙囪高度（m）； i—煙囪錐度（通常取i=0.02~0.03）。 取i=0.02， d1=1.83+20.0240=3.5m。 （3）煙囪的抽力 （Pa） 式中，H—煙囪高度（m）； tk—外界空氣

10、溫度（℃）； tp—煙囪內(nèi)煙氣平均溫度（℃）； B—當(dāng)?shù)卮髿鈮海≒a）。 5. 系統(tǒng)阻力的計算 （1）摩擦壓力損失 對于圓管， （Pa） 式中， L—管道長度（m） d—管道直徑（m）； ρ—煙氣密度（kg/m3）； υ—管中氣流平均速率（m/s）； λ—摩擦阻力系數(shù)，是氣體雷諾數(shù)Re和管道相對粗糙度的函數(shù)?？梢圆槭謨缘玫剑▽嶋H中對金屬管道λ值可取0.02，對磚砌或混凝土管道λ值可取0.04）。 a． 對于φ500圓管 L=9.5m 圖2 磚

11、砌拱型煙道示意圖 b． 對于磚砌拱型煙道 則 式中，A為面積，X為周長。 （2）局部壓力損失 （Pa） 式中：ξ—異形管件的局部阻力系數(shù)，可在有關(guān)手冊中查到，或通過實驗獲得； υ—與ξ相對應(yīng)的斷面平均氣流速率（m/s）； ρ—煙氣密度（kg/m3）。 圖3 除塵器入口前管道示意圖 圖3中一為減縮管 α≤45℃時，ξ=0.1 取α=45℃、υ=13.8m/s 圖3中二為30℃Z型彎頭 ，取 由《通風(fēng)》817頁表18-17得=1.0 圖3中三為漸擴管 查《大氣污染控

12、制工程》附表十一，并取 則 圖4 除塵器出口至風(fēng)機入口段管道示意圖 圖4中a為漸擴管 取 圖4中b、c均為90o彎頭 則 兩個彎頭 對于如圖5所示T型三通管： 圖5 T型三通管示意圖 對于T型合流三通： 系統(tǒng)總阻力（其中鍋爐出口前阻力為800Pa，除塵器阻力1400 Pa）： 6．風(fēng)機和電動機選擇及計算 （1）風(fēng)機風(fēng)量的計算 （m3/h） 式中：1.1—風(fēng)量備用系數(shù)； Q—風(fēng)機前風(fēng)量（m3N/h）； tp—風(fēng)機前煙氣溫度（℃），若管道不太長，可

13、以近似取鍋爐排煙溫度； B—當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ╧Pa）。 （2）風(fēng)機風(fēng)壓的計算 （Pa） 式中： 1.2—風(fēng)壓備用系數(shù)； —系統(tǒng)總阻力（Pa） Sy—煙囪抽力（Pa）； tp—風(fēng)機前煙氣溫度 ty—風(fēng)機性能表中給出的試驗用氣體溫度（℃）； ρy—標(biāo)況下煙氣密度（γ=1.34kg/m3N）。 根據(jù)選定Y5-47-136.5C工況序號為2的引風(fēng)機，性能表為： 機號傳動方式 轉(zhuǎn)速（r/min） 工況序號 流量（m3/h） 全壓（Pa） 內(nèi)效率（%）

14、 內(nèi)功率（kw） 所需功率（kw） 6.5C 2620 2 11930 2992 78.6 12.61 17.66 （3）電動機功率的計算 （kw） 式中：Qy—風(fēng)機風(fēng)量（m3/h）； Hy—風(fēng)機風(fēng)壓（Pa）； η1—風(fēng)機在全壓頭時的效率（一般風(fēng)機為0.6，高效風(fēng)機約為0.9）； η2—機械傳動效率，當(dāng)風(fēng)機與電機直聯(lián)傳動時η2=1，用聯(lián)軸器連接時 η2=0.95~`0.98，用三角皮帶傳動時η2=0.95； β—電動機備用系數(shù)，對引風(fēng)機，β=1.3。 （kw） 根據(jù)電動

15、機的功率、風(fēng)機的轉(zhuǎn)速、傳動方式選定Y180M-2型電動機。 7、系統(tǒng)中煙氣溫度的變化 （1）煙氣在管道中的溫度降 （℃） 式中：Q—煙氣流量（m3N/h） F—管道散熱面積（m2） CV—煙氣平均比熱（一般C=1.352~1.357kJ/m3N?℃）； Q —管道單位面積散熱損失。 室內(nèi)q =4187kJ/m2?h 室外q =5443kJ/m2?h 室內(nèi)管道長：L=2.18-0.6-0.12=1.46m 室外管道長L=9.5-1.46=8.04m =9.4（℃） （2）煙氣在煙囪中的溫度降： （℃） 式中：H—煙囪高度（m）； D—合用同一煙囪的所有鍋爐額定蒸發(fā)量之和（t/h）； A—溫降系數(shù)，可由表5查得。 表5 煙囪溫降系數(shù) 煙囪種類 鋼煙囪 （無襯筒） 鋼煙囪 （有襯筒） 磚煙囪（H<50m） 壁厚小于0.5m 磚煙囪 壁厚大于0.5m A 2 0.8 0.4 0.2 （℃） 總溫度降（℃） 五、主要參考書目（略）