大气污染控制工程烟囱设计

目 录

1.总论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.1烟气污染物的危害 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.设计任务书„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.1设计题目 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.2设计目的 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.3设计原始资料 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.4设计要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.设计计算及类型选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.1烟囱设计应注意问题 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.2烟囱内径和出口流速„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.3烟囱管壁厚度„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.4囱高度的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.4.1烟气抬升高度„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.4.2烟囱有效高度„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3.4.3烟囱几何高度计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3.5烟囱材料选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.5.1混凝土材料选择规范„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.6风机计算与选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.6.1选择风机应注意的事项„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.6.2风机通风量计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.6.3通风机风压的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 3.6.4通风机的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 4.样图设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 5. 课程设计小结„„„„„„„„„„„ „„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

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题目

某链条炉烟气除尘系统中的烟囱设计

1.总论

在目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。而大气污染可以说主要是人类活动造成的，大气污染对人体的舒适、健康的危害包括对人体的正常生活和生理的影响。目前，大气污染已经直接影响到人们的身体健康。该燃煤电厂的大气污染物主要是颗粒污染物，而且排放量比较大所以必须通过有效的措施来进行处理，以免污染空气，影响人们的健康生活。

随着工业的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。而就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。大气质量是环境质量的一个重要内容。人的生存每时每刻都离不开空气，大气质量与人类生存环境息息相关，所以对大气污染的治理与控制非常重要。大气流动性强、涉及面广，而且一旦受污染后，修复比较困难。虽然人们在大气环境整治方面做了大量工作，但目前的空气质量仍然不尽如人意，因此防止污染、改善空气环境成为当今迫切的环境任务。

环境问题不是一个单一的社会问题，它是与人类社会的政治经济发展紧密相关的。环境问题在很大程度上是人类社会发展尤其是那种以牺牲环境为代价的发展的必然产物。西方国家已经进入了工业化社会，他们已在偿还工业化起步阶段以来对环境欠下的债务。我国正在进行社会主义现代化建设，正在经历从农业社会向工业社会的过渡。我们决不能走西方国家“先污染，后治理”的老路，而应该提前把环境保护放到一个重要的位置。这既是历史的教训，也是我们面临的必然选择，在环境危机日益深化的情况下一种被动选择。因为环境问题已成为危害人们健康，制约经济发展和社会稳定的重要因素。

1.1烟气污染物的危害

烟气是气体和烟尘的混合物，是污染居民区大气的主要原因。烟气的成分很复杂，气体中包括 SO2 、 CO 、 CO2 碳氢化合物以及氮氧化合物等，烟尘包括燃料的灰分、煤粒、油滴以及高温裂解产物等。因此烟气对环境的污染是多种毒物的复合污染。烟尘对人体的危害性与颗粒的大小有关，对人体产生危害的多是直径小于 10 微米的飘尘，尤其以 1-2.5 微米的飘尘危害性最大。烟尘对空气的污染与气象条件关系密切，风、大气稳定度、湍流等与大气污染状况关系密切，此外光化学、生物化学对烟气的污染亦有一定影响。

烟气污染物对人体的危害一方面取决于污染物质的组成、浓度、持续时间及作用部位，另一方面取决于人体的敏感性。烟气浓度高是可引起急性中毒，表现为咳嗽、咽痛、胸闷气喘、头痛、眼睛刺痛等，严重者可死亡。最常见的是慢性中毒，引起刺激呼吸道粘膜导济南大学课程设计用纸

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致慢性支气管炎等。 1957 年日本的四日市哮喘既是烟气慢性毒害的典型例子。另外烟气尚含有苯丙芘等强烈致癌物质。目前还没有足够的资料说明汽车废气中各种有害成分对人类及其它哺乳动物健康危害的综合作用，多借助个别成分的毒性作用来评价其危害。一氧化碳主要通过与血红蛋白结合使之丧失携氧功能，严重时可引起死亡。氮氧化合物吸入后刺激呼吸道粘膜，引起肺炎。碳氧化合物主要是一些多环芳烃，除具有致癌作用外，尚可刺激皮肤、粘膜，尤其是与氮氧化合物形成光化学烟雾，刺激性更强，重者可危及生命。此外汽车废气中含有铅，可导致慢性铅中毒。要预防其污染可通过以下途径：改革燃料，推广无铅汽油以及寻找石油代用品等；改进汽车发动机构造，使燃料尽可能充分燃烧。同时应加强城市街道环境的监测。

2.设计任务书

2.1设计题目

某链条炉烟气除尘系统中的烟囱设计

2.2设计目的

性质：环境工程专业学生在校期间第一次较全面的大气污染控制设计能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。

任务与目的：通过本课程学习，掌握《大气污染控制工程》课程各基本原理和基本设计方法的应用，培养环境工程专业学生解决实际问题的能力。结合前续课程《大气污染控制工程》的内容，使学生在大气污染控制工程方面得到工程训练。

（1）通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用废气污染控制设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决大气污染控制设计问题的能力。

（2）学习大气污染控制设计的一般方法、步骤，掌握大气污染控制设计的一般规律。 3）进行大气污染控制设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范。

（4）培养学生理论联系实际、科学、严谨、求实的工作作风，踏实苦干、勇于创新的敬业精神。

2.3设计原始资料

锅炉类型：链条炉；排放的干烟气中，颗粒物占30.0%，烟气温度443K，流量5663.37m3/h。 烟气粘度：2.4×10－5pa.s 允许压力损失：2000pa 烟气密度：1.18kg/m3 烟气真密度：2.2g/cm3 空气过剩系数：a=1.4

烟尘浓度排放标准（标准状况下）：200㎎/m3

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环境温度：-7℃ 当地气压：99KPa

净化系统布置场地在锅炉房北侧10-15米以内

2.4设计要求

1、根据烟气量、烟气性质以及当地气候条件等数据确定烟气出口速度，烟囱高度，直径

2、选择风机

3、完成风烟囱的位置及管道布置

4、按照工程制图要求绘制一张烟囱和系统的A3图

3.设计计算及类型选择

3.1烟囱设计应注意问题

1、增加烟气抬升高度的措施锭烟气抬升的主要因素有烟气本身的热力性质、动力性质、气象条件和近地层下垫面等。

（1）影响烟气抬升高度的第一因素是烟气所具有的初始动量和浮力。初始动量的大小取决于烟气出口速度和烟囱口的内径；浮力大小决定于烟气和周围空气的密度差和温度，若烟气与空气因组分不同而产生的密度差异很小时，烟气抬升的浮力大就主要取决于烟气温度Tb与空气温度Ta之差。当风速为5m/s，烟气温度在100~200℃时，Tb与Ta每相差1K，抬升高度约增加1.5m。因此，提高排气温度有利于烟气抬升，所以应注意减少烟道及烟囱的热损失。

（2）烟气与周围空气的混合速率是影响烟气抬升的第二因素，决定混合速率的主要因素是平均风速和湍流强度。平均风速越大，湍流越强，烟气与周围空气混合越快，因此，应选择一个适当的出口速度。

（3）增加排气量对动量抬升和浮力抬升均有利，因此在附近有几个烟囱时采用集合烟囱排气。

2、在进行烟囱高度设计时应注意的问题

（1）对于设计的高烟囱（大于 200 m），若所在地区上部逆温出现频率较高时，则应有上部逆温的扩散模式校核地面污染物浓度。对于设计中小型烟囱，当辐射逆温很强则应按漫烟型扩散模式校核地面污染物浓度

（2）烟流抬升公式的选择也是烟囱设计的重要一环。

（3）关于气象参数的取值方法有两种，一种是取多年的平均值，另一种取值是保证频率值。

（4）烟囱的最低高度应满足各行业大气污染物排放标准的要求。

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3.2烟囱内径和出口流速

先选定烟囱出口内径，根据资料选 D=0.5m 于是根据

qvVs得到

VS4qv D2D24

题中所给数据

qv=5663.37m3/h=1.57m3/s

所以

Vs=

41.57=8m/s

3.140.253.3烟囱管壁厚度

选定烟囱内径后，查阅先关文献可以确定烟囱筒壁的厚度 筒壁的厚度应符合下表要求

筒壁最小厚度

筒壁顶口内径（m） D≤4 4＜D≤6 6＜D≤8 D＞8

本次设计取管壁厚度为140mm

最小厚度（mm） 140 160 180 180+(D-8) ×10 3.4囱高度的计算

3.4.1烟气抬升高度

根据公霍兰德（Holland）公式计算烟气抬升高度

ΔH=

VsDTsTa(1.52.7D) VTs 式中:ΔH—烟气抬升高度，m Vs——烟气出口处流速，m/s

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D—烟囱出口处内径，m v—烟气出口处的风速，m/s Ts——烟气出口处的烟流温度，K Ta—环境大气温度，K 所以根据数据计算： ΔH=

80.432737(1.52.70.5)m 4443 =2.03m

此公式适用于中性大气条件。对于非中性大气条件时，霍兰德建议作如下修正：对不稳定条件，烟气抬升高度增加10%-20%；对于稳定条件，减小10%-20%。普遍认为，霍兰德公式比较保守，特别是当烟囱高，热释放率强时偏差更大。 3.4.2烟囱有效高度

按地面最大浓度的计算方法 该法是保证大气污染物的地面最大浓度不超过国家标准规定的浓度限值来确定烟囱的高度。若设ρ0为国家标准规定的浓度限值，ρb为环境背景值，按证ρ

max

≤ρ0 -ρb ,则得到烟囱高度计算式：

HS2QzH

eu(0b)y式中：σz /σy ——常数，一般取0.5-1。 ——烟尘排放浓度标准值

——环境背景值，本式中取背景值为零

u——烟气出口处风速 计算： HS21.5711800.5-2.03=14.43m

2.723.1440.2为方便计算和设计取 Hs=15m 3.4.3烟囱几何高度计算 烟囱几何高度计算

H=Hs-ΔH=(15-2.03)m=12.97m 为方便设计，烟囱几何高度取 H=13m

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3.5烟囱材料选择

查阅相关文献，烟囱材料可选砖石，混凝土，钢筋和钢材。 本次设计中，烟囱材料选取混凝土。 3.5.1混凝土材料选择规范

1混凝土宜采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥配制，混凝土标号不宜低于200号。

2混凝土的水灰比不宜大于0.5.混凝土的水泥用量不宜超过450Kg/m3。

3混凝土的骨料应坚硬致密。骨料宜采用玄武岩、闪长岩、花岗岩等破碎的碎石或卵石。细骨料宜采用天然砂，也可采用上述岩石经破碎筛分后的产品，但不得含有金属矿物，云母、硫酸化合物和硫化物。

4粗骨料粒径不应超过管壁厚度的1/5和钢筋间距的3/4，同时最大粒径不应超过60mm。 5沿筒壁高度方向宜采用相同标号的混凝土。当烟囱较高（150m以上）时，亦可采用不同标号的混凝土，烟囱下部的混凝土标号应高于上部混凝土标号。 6筒壁顶部第一节和有烟气直接作用的部位，不宜采用石灰石做骨料。

3.5风机计算与选择

3.5.1选择风机应注意的事项

风机选型是一个比较复杂的过程，对技术要求很高。风机的选型方法也很多，例如按对数坐标曲线选型、按无因次特性曲线选型等，还有专业的风机选型软件也可以帮助选型。不管在风机选型时选择何种方法，我们都要把握一些基本原则。

1、风机的用途是决定因素。

风机的用途决定性能，而性能决定厂商，因此风机的用途是选型时要放在第一位考虑的因素。风机的用途和风机输送气体的状态直接相关，气体物理条件和化学性质不同，所采用的风机类型也有很大区别。

风机输送的气体如果有易燃、易爆的特性，则要选择防爆风机;风机输送的气体如果含有大量粉尘或是输送煤粉，要选择排尘、煤粉风机;风机要输送的气体有比较强的腐蚀性时，要选择防腐风机;在高温条件下工作或输送高温气体，要选择耐温风机。

2、风机的制造商选择

风机的用途确定后，可以根据风机的性能要求，首先确定风机的档次，决定是选用国产风机或进口风机。而后，要对特定档次的风机制造商做基本了解，确定风机制造商的生产能力、产品质量、产品规格等信息，还要考虑风机的环保水平。

风机选型过程中，还要考虑制造商的技术实力、维修水平，对风机的后续服务是否及时，能否保证风机的正常使用。另外，风机制造商在新产品开发方面的表现，能体现其技术实力，也应列入选型考虑范围

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3.5.2风机通风量计算 通风量按下式计算

qv,0(1K1)qv（m/h)

2

式中：qv,0——管道计算总风量，m3/h

K1—考虑系统漏风所附加的安全系数。一般管道取K1=0.1；除尘管道取

K1=0.1-0.15. 计算：

qv,0=（1+0.1）5663.37m/h=6229.71 m/h 3.5.3通风机风压的计算 通风机风压按下式计算 ΔP0 =(1K2)P3

3

0TP0 (1K2)PT0P式中：ΔP—管道计算总压力损失，Pa

K2—考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数。一般管道取

K2=0.1-0.15；除尘管道取K2=0.15-0.2;

ρ0,P0,T0-通风机性能表中给出的标定标定状态的空气密度、压力、温度。一般说，P0=101.325Kpa,对于通风机T0=20℃, ρ0=1.2㎏/m ³

ρ,p,T-运行工况下进入通风机时的气体密度、压力、温度。 计算：

ΔP0=（1+0.15）8.6 3.5.4通风机的选择

计算出和后，可按通风机产品样本给出的性能曲线或表格选择所需通风机的型号规格

风机型号规格表

风机型号 流量m3/h 全压 Pa CBL36 6000 7200 8600 所选风机型号为 CBL36

1396 1330 1255 静压 Pa 1195 1060 840 转速 r/min 1750 443101Pa =1593.99Pa

29399济南大学课程设计用纸

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4.样图设计

5. 课程设计小结

本次设计某链条炉烟气除尘系统中的烟囱设计，计算结果为：烟囱高度

果符合要求，基本达到设计目的。

15m,几何高

度13m，烟囱出口内径0.5m，出口烟气速度8m/s，所选风机为CBL36.经过检验计算，结

大气污染控制工程的课程设计做了两个星期，虽然我们小组一起努力，但总体做的

还是比较粗糙，有些地方没有经过细心地检验和调整，但整个设计过程还是使我对大气污染控制工程，特别是除尘技术，有了更加全面、深入的认识。通过此次对某链条炉烟气除尘系统的设计，在消化的同时加固了对专业课程所学的内容，在设计过程中清楚地了解到整个系统流程及其各组成部分所起的作用。这次课题让我们可以综合利用所学到的大气污染控制工程的知识，。尽管已经利用各种渠道搜集了一些资料，但仍然稍嫌不足，而且能够利用的资料也比较少，所以在计算和设计时可能会出现一些难以避免的错误，还望老师能够见谅

在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己对专业知识更加深入的认识，为自己日后的工作明确了方向。

能顺利完成这次课程设计，我要感谢老师的悉心指导，希望以后还有机会向老师学

习，也希望有更多机会参加到实际的生产和设计工作。

参考文献

[1]. 工业防尘专业委员会． 工业防尘手册[M]．北京，劳动人事出版社：1987 [2]. 何争光．大气污染控制工程及应用实例[M]．北京，化学工业出版社：2004 [3]. 郝吉明，马广大．大气污染控制工程[M]．北京，高等教育出版社：2008. [4]. 刘伟，祝凌云．AutoCAD2007中文版自学手册[M]．人民邮电出版社：2007 [5] 艾华. 电炉炼钢车间除尘系统方案设计分析[J]. 西安重型机械研究所报,

2005,09(00):98-02.

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