大气正式版2010级环境工程课程设

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1、华北水利水电大学 2010级环境工程课程设计大气污染控制工程 第1章 概述1.1设计题目 某燃煤锅炉房烟气除尘系统设计1.2设计目的通过课程设计进一步消化和巩固大气污染控制工程所学内容，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。通过课程设计，了解工程设计的内容、方法及步骤；培养自己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、利用技术资料、编写设计说明书的能力。1.3设计任务和内容1. 系统设计方案的分析确定；2 除尘器的比较和选择；3 管网布置及计算；4 系统阻力计算；5. 风机及电机的选型；6. 绘制除尘系统平面布置图、系统图；7. 编写设计说明书、

2、计算书。1.4设计依据及原则1.4.1设计依据 锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）1.4.2设计原则除尘净化系统通过降低烟尘排放量，极大地改善了大气环境质量。好的除尘净化系统不仅除尘效果好，投资省，而且达到排放标准。设计除尘净化系统时，通常遵循以下原则：1.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。2.管道应尽量集中成列，平行敷设，与柱、墙、设备及管道之间应留有足够距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩要求。3.除尘管道力求顺直，当必须水平敷设时，要有一定的坡度和足够的流速以防止积尘。4.为减轻风机磨损，特别当含尘浓度较高时（大于3g/

3、m3时），应将净化装置设在风机的吸入段。5.分支管与水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入；几个分支管汇合于同一主干管时，汇合点最好不设在同一断面上。6.三通管的夹角一般不大于300。1.5设计原始资料直吹式煤粉炉，3台设计耗煤量：1000kg/h（台）锅炉额定蒸发量6t/h主蒸汽压力9.8Mpa过量空气系数=1.3排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：15%排烟温度：140150烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压力：100kPa冬季室外空气温度：1空气含水（标准状态下）按0.01293kg烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：C:65.7%；S:1.7%；H:3.2%；O:2.3%

4、；灰分:18.1%；水分:9%；含氮量不计。飞灰主要的化学成分如下：飞灰化学成分 质量分数（） 飞灰化学成分 质量分数（）SiO2 55.5662.8 Al2O3 15.7919.38Fe2O3 7.012.2 CaO 2.04.0MgO 1.24.4 K2O 2.33.3Na2O 0.82.2 SO2 1.02.7按锅炉大气污染物排放标准（GB132712001）中二类区标准执行。烟尘浓度排放标准（标准状态下）：200mg/m3净化系统布置场地如图1、图2所示,在锅炉房南侧15m以内。 图1 剖面图 6.50 2.39图2为净化系统平面布置图，见下页。第2章烟气量和烟尘浓度计算2.1理论空气

5、量计算2.1.1燃烧的假定（1）空气仅是由氮和氧组成的，其体积比为79.1/20.9=3.78；（2）煤中固定态氧可用于燃烧； （3）煤中的硫主要被氧化为 SO2； （4）热力型NOx的生成量较小，燃料中含氮量也较低，在计算理论空气量时可以忽略；2.1.2理论空气量Va0 以1000kg/h(1台锅炉)的燃煤量计算 物质 质量 /kg 物质量 /mol 耗氧量/mol生成水量/molC 65754.7510354.75103-S170.531030.53103-H 3232103810316103O231.44103-灰分 181-水分905103-理论需氧量=（54.75+0.53+80.7

6、2）103=62.56103mol理论空气量Va0=62.56103(1+3.78)22.4/1000=6698.42m32.2理论水蒸气体积V 由三部分构成：燃料中氢燃烧后生成的水蒸气体积V1 染料中所含水蒸气体积V2 由供给的理论空气量带入的水蒸气体积V3V1=1610322.4/1000m3V2=510322.4/1000m3V3= Va00.01293/1810322.4/1000m3=4.8110322.4/1000m3V=V1+V2+V3 =(16+5+4.81)10322.4/1000m3 =578.14m32.3理论烟气量Vfg0 Vfg0=(54.75+0.53+62.563

7、.78+16+5+4.81)10322.4/1000m3 =7113.5m32.4标况下实际烟气量Vfg 已知空气过剩系数=1.3 Vfg =Vfg0+Va0(-1)代入数据得：Vfg =Vfg0+Va0(-1) =7113.5+6698.42(1.3-1) =9123.0m3 =2.5标况下烟尘浓度Cs Cs=(100010618.1% 15%)/Vfg = (27.15/9123.0)106mg/m3 =2976mg/m3第3章除尘方案的确定及除尘器的选择3.1除尘方案的确定使来自3台锅炉的烟气分别通过3台旋风除尘器，经过除尘后采用机械排烟的方式，在每台除尘器的后面各安装一台引风机，使除尘

8、后的烟气沿着烟道，经过汇聚后由烟囱排出3.2除尘器的选择3.2.1除尘器应该达到的除尘效率 标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，。 标准状态下烟气含尘浓度， 。按锅炉大气污染物排放标准（GB132712001）中二类区标准执行。烟尘浓度排放标准（标准状态下）：200mg/m3代入数据得除尘效率为：93.28%3.2.2除尘器的选择工作状况下每台锅炉产生的烟气量： 其中 标准状态下的烟气流量， 9123m3/h T、工作状况下烟气温度，423.15K 标准状态下温度， 273.15 K 代入数据得: =9123423.15/273.15 =14132.9m3/h =3.9m3/s根据工作状况下的

9、烟气量Q、=14132.9m3/h、排烟温度140o-150o及要求达到的除尘效率,除尘效率为93.28%来选择除尘器.选择XZD-1150型旋风除尘器，产品性能规格见下表1，表2.表1 XZD旋风除尘器主要性能表2 XZD旋风除尘器外形尺寸表 下图为XZD旋风除尘器的结构形状XZD-1150型旋风除尘器的性能参数表名称进口风速风量XZD-1150型旋风除尘器24m/s14900m3/h第4章管径和烟气流速的确定4.1管径的确定锅炉到除尘器之间的管道采用截面形状为矩形的管道通风机到烟囱之间的管道均采用截面形状为圆形的管道4.1.1锅炉到除尘器之间的管道截面尺寸确定确定（1）烟气流速（2） 确定

10、截面尺寸 管道截面面积设为S=ab,本设计中取v=14m/s则S=ab=Q/v =3.9/14 =0.28m2 表5-1矩形通风管道规格经过与表1对照比选，选择钢板制风道规格为ab=630500(3)烟气流速确定内边长：（630-2）（500-2）=628498则S内=0.31m2所以实际烟气流速：v=Q/s=3.9/0.31=12.6m/s,满足要求。4.1.2通风机到除尘器之间的管道直径确定（1）管径确定 式中 工况下管道内烟气流量，其值为：3.9 烟气流速 m/s， ,对于锅炉烟尘的取值范围为:10-15 m/s,本设计中取=15 m/s代入数据计算得：d=0.58 (m)表5-2圆形通

11、风道规格（其中部分）:与表2对比选择钢板风管外径630mm的圆形通风道，其规格参数如下：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/mm63011.0（2）烟气流速确定内径d1:d1=630-21=628mm由公式可计算出实际烟气流速：V=12.6 (m/s) , 所以符合要求第5章烟囱的设计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GB13271-2001锅炉烟囱高度表确定烟囱的高度。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：36=18（t/

12、h）,介于10-20m之间。故选定烟囱高度为40 m 5.2烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算：d2=0.0188(Q/v)1/2 式中通过烟囱的总烟气量，；v-45m/s，本设计中取5 m/s代入数据得d2=0.0188(Q/v)1/2=0.0188（314132.9/5） =1.7m烟囱底部直径：d1=d2 + 2iH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），本设计中取i=0.03。代入数据得：d1=d2 + 2iH=1.7+20.0340 =4.1m第6章系统阻力计算6.1摩擦压力损失（一个锅炉房的除尘系统）（1）对于截面为矩形的管道 设计锅炉到除

13、尘器之间的直线段长度l1为6m表6-1钢板矩形通风管道计算表（摘取总表中的一部分） 由截面为矩形的管道截面尺寸ab=630500(mm),Q=14132.9m3/h,并查表6-1得单位长度的摩擦压力损失为i i=2.780pa/m截面为矩形管道的摩擦压力损失L1L1=il1=62.780=16.68pa（2）对于截面为圆形的管道 设计通风机到烟囱之间的直线段长度为l2为6m表6-2钢板圆形通风管道计算表（摘取总表中的一部分）由圆形管道的直径D=630mm,Q=14132.9m3/h,并查表6-2，采用插入法计算得单位长度的摩擦压力损失为i i=2.391pa/m截面为圆形管道的摩擦压力损失L2

14、L2=il2=62.391=14.346pa6.2局部压力损失（一个锅炉房的除尘系统）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工况下烟气密度，kg/m3 =Cs 273/(273+150)=0.0029760.65=0.00193kg/m3（1）从锅炉出口到除尘器入口之间管段的局部阻力损失P1该管段采用了1个渐扩管（天圆地方）设其阻力系数为1；2个90o矩形斜接弯头，设其阻力系数为2；1个渐缩管（矩形风道金子塔形），设其阻力系数为3。则，P1=（1+22+3）v2/2 天圆地方 表6-3 D-2矩形风道金子塔形扩散管 计算并查表6-3 得1= 0.29 表6-4矩形风道斜

15、接弯头阻力系数表查表6-4，选取=90o,并用插入法计算得：2=1.16 , 表6-5矩形风道金子塔形扩散管阻力系数表选取=45o,计算并查表6-4阻力系数表得 3=0.7。综上代入数据得：P1=（1+22+3）v2/2 =（0.29+21.16+0.7）0.0019312.62/2=0.507pa(2)从除尘器出口到引风机入口之间的局部阻力损失P2 该管段采用1个渐扩管，设其阻力系数为1；3个圆形斜接弯头，其阻力系数为2 ；1个渐缩管，设其阻力系数为3，则P2=（1+32+3）v2/2 表6-6圆风道锥形扩散管 选取=45o经计算并查表6-6得：1=0.28 表6-7圆风道斜接弯头选取=90

16、o,经计算并查表6-7得：2=0.34 3由查表得为0.7综上代入数据得P2=（1+32+3）v2/2 =（0.28+30.34+0.7）0.0019312.62/2 =0.31pa(3)引风机出口到烟囱之间的局部压力损失p3该管段采用了1个渐扩管（天圆地方），设其阻力系数为1；1个圆形斜接弯头，设其阻力系数2;1个T型三通，设其阻力系数为3； 经计算取3=0.53查表得1为0.29，2为 1.16， 3为0.53p3=（1+2+3）v2/2， =42.4Pa6.3系统总阻力p总烟气在锅炉出口前阻力为800pa除尘器阻力为1817pa则系统总阻力p总=800+1817+L1+L2+p1+p2+

17、p3 =800+1817+16.68+14.35+0.507+0.31+42.4 =2691.2pa第7章引风机和电动机的选择及计算7.1引风机的选用原则和常用引风机的技术参数7.2引风机风压和风量计算 风压： H=p总(1+20%) =2691.1(1+20%) =3229.32Pa风量： Q=14132.9(1+10%) =15546.2m3/h7.3引风机选择 Y6-41-11锅炉引风机性能与选用件表 根据风量和风压从上表中选择引风机Y6-41-11-NO9C* ，其性能参数见下表7-1 表7-1引风机性能表机号转速/r/min流量/m3/h全压/Pa内效率/%有效功率/kw全压效率/%

18、设计工况参数9C*175016780325079.715.15 79.7全压：2988pa流量：18000m3/h 表7-2配用的电动机性能参数型号额定转速/r/min功率/kwY20DL-4B3147030Y6-41-11-NO9C*型引风机外形及安装尺寸图如下：参考文献 1郝吉明.马广大等编.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 5陆耀庆主编.供暖通风设计手册.北京：中

19、国建筑工业出版社，1987 6风机样本.各类风机生产厂家 7工业锅炉旋风除尘器指南.1984 8熊振湖等.大气污染防治技术及工程应用.北京：机械工业出版社,2003 致谢经过该课程设计，我学到了一些课本上没有的知识，丰富了自己的知识面；同时也系统地对大气污染控制工程有了深刻的理解和认识，坚定了我对这门课的喜爱之情。在做课程设计的过程中离不开老师的辛勤指导和同学的热情帮助，在此表示衷心感谢。目录第1章 概述21.1设计题目21.2设计目的21.3设计任务和内容21.4设计依据及原则21.4.1设计依据21.4.2设计原则21.5设计原始资料3第2章烟气量和烟尘浓度计算52.1理论空气量计算52.

20、1.1燃烧的假定52.1.2理论空气量Va052.2理论水蒸气体积V52.3理论烟气量Vfg062.4标况下实际烟气量Vfg62.5标况下烟尘浓度Cs6第3章除尘方案的确定及除尘器的选择73.1除尘方案的确定73.2除尘器的选择73.2.1除尘器应该达到的除尘效率73.2.2除尘器的选择7第4章管径和烟气流速的确定104.1管径的确定104.1.1锅炉到除尘器之间的管道截面尺寸确定确定104.1.2通风机到除尘器之间的管道直径确定11第5章烟囱的设计135.1烟囱高度的确定135.2烟囱直径的计算13第6章系统阻力计算146.1摩擦压力损失146.2局部压力损失166.3系统总阻力p总21第7章引风机和电动机的选择及计算227.1引风机的选用原则和常用引风机的技术参数227.2引风机风压和风量计算227.3引风机选择22参考文献25