大气课程设计

目 录

1 概述 ........................................ 错误!未定义书签。 1.1设计目的 ................................ 错误!未定义书签。 1.2设计任务 ................................ 错误!未定义书签。 1.2设计依据及原则 .......................... 错误!未定义书签。 1.3锅炉房基本概况 .......................... 错误!未定义书签。 1.4通风除尘系统的主要设计程序 .............. 错误!未定义书签。 2 烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算 ............ 错误!未定义书签。 2.1标准状态下理论空气量 .................... 错误!未定义书签。 2.2标准状态下理论烟气量 .................... 错误!未定义书签。 2.3标准状态下实际烟气量 .................... 错误!未定义书签。 2.4标准状态下烟气含尘浓度 .................................. 4 2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 ...................... 4 3 除尘器的选择和比较 .......................................... 5 3.1除尘效率 ................................................ 5 3.2除尘器的选择 ............................................ 5 4 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 .................... 6 4.1各装置及管道布置的原则 .................................. 6 4.2管径的确定 .............................................. 6 5烟囱的设计 .................................................. 6 5.1烟囱高度的确定 .......................................... 6 5.2烟囱直径的计算 .......................................... 6 5.3烟囱的抽力 .............................................. 7 6 系统阻力计算 ................................................ 7 6.1摩擦压力损失 ............................................ 7 6.2局部压力损失 ............................................ 8 7 系统中烟气温度的变化 ...................................... 10 7.1烟气在管道中的温度降 ................................... 11 7.2烟气在烟囱中的温度降 ................................... 13 8 通风除尘系统布置图 ......................................... 14 参考文献 ..................................................... 14

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一 概述 1.1课程设计题目

某燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计 1.2课程设计的目的

通过课程设计使学生进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养学生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，使学生了解工程设计的内容、方法及步骤，培养学生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。 1.3设计原始资料

锅炉型号：手烧炉，共4台 设计耗煤量：1000kg/h(台) 排烟温度：160℃

烟气密度：1.34kg/Nm3 空气过剩系数如下表示：

炉子的空气过剩系数 燃烧方式 烟煤 无烟煤 手烧炉 1.3—1.5 1.3—2.0 取空气过剩系数为α=1.4

排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16% 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℃ 空气含水按0.01293kg/ Nm3 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： 烟尘浓度排放标准：200mg/ Nm3 二氧化硫排放标准：900mg/ Nm3

净化系统布置场地为锅炉房北侧15m以内。

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1.4设计计算

二，燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 2.1 理论空气量

4.761.867CY5.56HY0.7SY0.7OY (m3N/kg) Qa式中：CY、HY、SY、OY分别为煤中各元素所含的质量百分数。

Qa'4.76(1.8670.685.560.040.70.010.70.05)6.97(m3N/kg)

2.2 理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3N）

1.867(CY0.375SY)11.2HY1.24WY0.016Qa0.79Qa0.8NYQs

（m3N/kg）

—理论空气量（m3N/kg） 式中：Qa WY—煤中水分所占质量百分数；

NY—N元素在煤中所占质量百分数

Qs'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(m3N/kg)

2.3 实际烟气量

 （m3N/kg） QsQs1.016(1)Qa式中： —空气过量系数。 Qs—理论烟气量（m3N/kg）

—理论空气量（m3N/kg） Qa烟气流量Q应以m3N/h计，因此。QQs设计耗煤量

Qs7.421.016(1.41)6.9710.25(m3N/kg)QQs设计耗煤量10.25100010250(m3N/h)3 / 15

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2.4 烟气含尘浓度

dshAY C（kg/m3N）

Qs式中：dsh—排烟中飞灰占煤中不可燃成分的百分数； AY—煤中不可燃成分的含量；

Qs—实际烟气量（m3N/kg）。

C0.160.1510.252.34103(kg/m3N) 2.34103(mg/m3N)2.5 烟气中二氧化硫浓度的计算

CSO22SY106 （mg/ m3N） QS式中：SY — 煤中含硫的质量分数。 QS— 燃煤产生的实际烟气量（m3N/kg） 在标准大气压下：

CSO220.010.98106 10.251.91103(mg/m3N)三．除尘器的比较和选择 3.1 除尘效率

1Cs C 式中：C—烟气含尘浓度，mg/m3N；

Cs—锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3N。

120091.45%

2.341033.2 除尘器的选择

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工况下烟气流量：Q'QT'（m3/h）； T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'10250(273160)273 16257(m3/h)Q'162574.5(m3/s)36003600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：YDT型圆体立式多管陶瓷除尘器（旋风子数为7）。产品性能规格见表1。结构图见图3-1

表1 YDT型圆体立式多管陶瓷除尘器

型号 配套锅炉处理烟气除尘效排烟黑容量（J/H） 量（m3/h） 率（%） 度 设备阻力（Pa） 脱硫效重量率（%） （kg） YDT 4 14000 >98 ≦1级林格曼黑度 900-1600 >86 2900

四，确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力

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

d4Q （m）

式中，Q—工况下管道内的烟气流量（m3/s）；

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—烟气流速（m/s）（对于锅炉烟尘=10-15 m/s）。 取=14 m/s，

d44.50.（m）

3.1414圆整并选取风道：

钢制板风管 外径D（mm） 外径允许偏差（mm） 0 1 壁厚（mm） 1.00 内径=d1=0-21.00=638.00mm 由公式d4Q可计算出实际烟气流速：

4Q44.514.1（m/s） 22d3.140.638五，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3）确定烟囱的高度。

表3 锅炉烟囱高度表

锅炉总额定出<1 力（t/h） 烟囱最低高度20 （m） 锅炉总额定出力：44=16（t/h） 故选定烟囱高度为40m。 5.2 烟囱直径的计算

烟囱出口内径可按下式计算：

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1~<2 2 ~ <6 6 ~ <10 10~20 26 ~<35 25 30 35 40 45 大气课程设计

d0.0188Q（m）

式中：Q—通过烟囱的总烟气量（m3/h）

ω—按表4选取的烟囱出口烟气流速（m/s）

表4 烟囱出口烟气流速m/s

运 行 情 况 通 风 方 式 全负荷时 自 然 通 风 选定ω=4m/s

d0.01884162572.40m 4最小负荷 2.5~3 6~10 圆整取d=2.4m 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=2.40+20.0240=4m。 5.3 烟囱的抽力

Sy0.0342H11273tk273tpB （Pa） 式中，H—烟囱高度（m）； tk—外界空气温度（℃）；

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tp—烟囱内烟气平均温度（℃）； B—当地大气压（Pa）。

Sy0.034240(183(Pa)11)97.86103 2731273160六. 系统阻力的计算 6.1 摩擦压力损失

L2 对于圆管， PL. （Pa）

d2式中， L—管道长度（m） d—管道直径（m）； ρ—烟气密度（kg/m3）； υ—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

Kd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φ500圆管 L=9.5m

n2732731.340.84(kg/m3)

2731604439.50.8414.12PL0.0231.73(Pa)

0.52b． 对于砖砌拱型烟道 4D2B2A2B()2 22D500mm故B450mm

8 / 15 图2 砖砌拱型烟道示意图 大气课程设计

则RsA X式中，A为面积，X为周长。

pll4RS22

代入数据得：l=87.77（pa） 6.2 局部压力损失

P22（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；

υ—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 除尘器入口前管道示意图

图3中一为减缩管 α≤45℃时，ξ=0.1 取α=45℃、υ=14.1m/s

0.8414.12P0.18.4(Pa)

22l10.05tan67.50.12(m)

2图3中二为30℃Z型弯头

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h2.9852.390.5950.6(m)

hD0.60.571.05，取'0.157

Re'

由表得Re=1.0 1.00.1570.157

0.8414.12P0.15713.10(Pa)

222图3中三为渐扩管

A1A20.3511.09 20.6383.144并取30o 则0.19

0.8410.92P0.199.5(Pa)

222l3(10.638)tan15o0.48(m) 2

图4 除尘器出口至风机入口段管道示意图

图4中a为渐扩管

45o时，0.1

取30o,14.1m/s

0.8414.12P0.18.4(Pa) 22l0.48(m)2图4中b、c均为90o弯头

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D570,取RD,则0.23,

0.8414.120.2319.2(Pa) 则P222两个弯头P'2P219.238.4(Pa) 对于如图5所示T型三通管： 图5 T型三通管示意图

0.78

0.8414.12P0.7865.1(Pa)

222对于T型合流三通：

0.55

0.8414.12P0.5545.9(Pa)

222

系统总阻力(∑h)（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1600 Pa）：

h31.788.08.413.19.58.438.465.145.98001600

2708.5(Pa)

七，系统中烟气温度的变化

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7.1 烟气在管道中的温度降

t1qF （℃） QCV式中：Q—烟气流量（m3N/h） F—管道散热面积（m2）

CV—烟气平均比热（一般C=1.352~1.357kJ/m3N•℃）； Q —管道单位面积散热损失。 室内q =4187kJ/m2•h 室外q =5443kJ/m2•h

室内管道长：L=2.18-0.6-0.12=1.46m

FlD3.141.460.572.61m2

室外管道长L=9.5-1.46=8.04m

FlD3.148.040.512.62m2

t1q1F1qF22QCvQCvq1F1q2F2QCv(41872.61544314.40)102501.354

=7（℃）

7.2 烟气在烟囱中的温度降：

t2HAD （℃）

式中：H—烟囱高度（m）；

D—合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和（t/h）； A—温降系数，可由表5查得。

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表5 烟囱温降系数

砖烟囱钢烟囱 烟囱种类 （无衬筒） （有衬筒） 壁厚小于0.5m 0.5m 钢烟囱 （H<50m） 壁厚大于砖烟囱 A 2 0.8 0.4 0.2 t2400.393.9（℃） 44总温度降tt1t27.03.910.9（℃）

八.通风除尘系统布置图

8.1.设计说明

烟道为砖烟道，导角为45度，与圆管连接处采取密封措施，所有器件接口处均用法兰盘连接

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8.2.说明书

设计说明 烟道为砖烟道，导角为45度，与圆管连接处采取密封措施，所有器件接口处均用法兰盘连接 序号 名称 个数 规格型号 备注 1 烟道 1 H=40m上径直径800，砖烟道 下径直径500，厚300 2 3 4 5 6 7 8 9 人孔 导流板 烟道 圆管 V形带 除尘器 弯头 锅炉 1 1 1 5 4 4 4 500×400 1000×1000 外径直径500，壁厚0.75 XLD-4型 30度Z型 手烧炉 砖烟道 钢制 五．主要参考书目

1，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

2，钢铁企业采暖通风设计手册，北京冶金工业出版社2000

3，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 4，航天部第七研究设计院编。工业锅炉房设计手册。北京 中国建筑工业 出版社1986

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