燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计.概要

除尘系统设计

目录

1 前言 2 概述

2.1 设计目的与任务 2.2 设计依据及原则 2.3 设计锅炉房基本概况

3 排烟量及烟尘和二氧化硫浓度计算

3.1 标准状态下理论空气量 3.2 标准状态下理论烟气量 3.3 标准状态下实际烟气量 3.4 标准状态下烟气含尘浓度

3.5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

4 除尘器的选择

4.1 除尘器应该达到的除尘效率 4.2 除尘器的选择

5 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置

5.1 各装置及管道布置的原则 5.2 管径的确定

6 烟囱的设计

6.1 烟囱高度的确定 6.2 烟囱直径的计算 6.3 烟囱的抽力

7 系统阻力计算

7.1 摩擦压力损失 7.2 局部压力损失

8 附图 9 小结 10 参考文献 1 前言

大气污染控制工程课程设计是大气污染控制工程课程的重要实践性环节， 是 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位置。

目前，越来越多的环境问题出现在了人们的生活中， 其中包括水污染、 环境 污染、大气污染、噪声污染、固体废弃物污染等等，这些污染在有形和无形中对 人们的生活和健康产生了影响。 其中危害性最大、 范围最广就是大气污染， 他是 潜移默化的， 在人们不知不觉中使人们的健康受到影响， 大气污染对人体的的危 害是多方面的， 主要表现在呼吸道疾病与生理机能障碍， 以及眼鼻等粘膜组织受 到刺激而患病。 对于植物而言， 大气污染物尤其是二氧化硫等对植物的危害是十 分严重的。当污染物浓度高时， 会对植物产生急性危害， 使植物叶表面产生伤斑， 或则直接使叶脱落枯萎； 当污染物浓度不高时， 会对植物产生慢性危害， 使植物 叶片退绿， 或则表面上看不见什么危害症状， 但植物的生理机能受到影响， 造成 植物产量下降，品质变坏。

除尘脱硫一体化是将高温煤气中的粉尘颗粒和气态 so2 在一个单独的捕集单 元中脱硫。除尘脱硫一体化装置可概括为干法和湿法两中目前国内外已开发了大 量脱硫除尘一体化装置， 主要有水膜除尘器、 文丘里旋风水膜除尘器、 卧式旋风 水膜除尘器、喷淋塔除尘脱硫装置、冲击式水浴除尘器、自激式除尘器、旋流板 塔脱硫除尘一体化装置以及高压静电滤槽复合型卧式除尘器等湿式处理装置。 由 于除尘脱硫一体化工艺具有投资少、运转费用低、脱硫率适中、操作管理简便、 结构紧凑、占地面积小等优点，近年来已被广泛应用。

2 概述

2.1 设计任务与目的：通过课程学习，运用各种污染物的不同控制、转化、净化 原理和设计方

法，进行除尘、除硫、脱氮等大气污染控制工程设计。运用所学知 识设计某一燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统。 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，树立正确的设计思想， 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。

2.2 设计依据及原则： 严格按照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（标准状况下）： 200mg/m3；二氧化碳排放标 准（标准状况下）：

900mg/m3进行设计计算。

2.3 设计锅炉房基本概况： 锅炉设备主要参数（共两台锅炉）

额定蒸发量 （ t/h ） 主蒸汽压力 （Mpa） 主蒸汽温度 （°C） 燃煤量 （ t/h ） （排烟量 排烟温度 （°C） m /kg ）3250 10.0 550 38.0 450000 150 设计耗煤量： 38000kg/h （台）；烟气密度（标准状态下）： 1.35kg/m 3；空气含 水（标准状态下）按 0.01296kg/m 3

；烟气在锅炉出口前阻力： 850 Pa；排烟中飞灰占煤中不可燃成的比例： 18%； 当地大气压： 97.86 KPa ；冬季室外空气温度： -1 °C；空气过剩系数： a=1.4； 设空气含湿量

=12.93g/m3

烟气其他性质按空气计算

Y Y Y Y Y Y Y

煤的工业分析值： C =68%，H Y =4%，S =1%，O =5% N =1%

W

=6% AY =15% VY=13%应用基灰分： 13.38%；应用基水分： 16.32%；可燃基挥发分：

41.98%；应 用基低位发热量： 16768kj/kg（ 由于煤质波动较大，要求除尘器适应性较好 ）

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（标准状态下）： 200mg/m3 二氧化碳排放标准（标准状态下）： 900mg/m3 净化系统布置场地如图所示的锅炉房北侧 15m以内。

3 排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算

3.1 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。

5. 空气仅是由氮和氧组成，其体积比为 3.78 。 标准状态下理论空气量：

Q'a

＝4.76(1.867CY＋5.56 HY＋0.7 SY－0.7OY)(m /kg) 式中

Y Y Y Y

C

=68%， H =4%， S =1%， O =5%——分别为煤中各元素所含的质量分数。 结果为

Q'

a =6.97

(m3 /kg)

3.2 标准状态下理论烟气量

标准状态下理论烟气量： Q's 1.867(C

Y

0.375S ) 11.2H

YY

1.24W Y 0.016Q'a 0.79Q'a

Y Y Y Y Y 3

0.8NY (m3 /kg)

式中

——标准状态下理论空气量， m /kg； Y

W Y

——煤中水分所占质量分数， 6%；

Y

Q'a

N Y

—— N 元素在煤中所占质量分数， 1%。 结果为

Q'

s =7.42

(m3 /kg)

3.3 标准状态下实际烟气量

标准状态下实际烟气量：

Qs Q's 1.01(6

式中 ——空气过量系数；

Q' s

1)Q'a

(m3 /kg)

——标准状态下理论烟气量， m3 /kg；

——标准状态下理论空气量， m /kg； 标准状态下烟气流量 Q应以m 3/h计，因此， Q Qs

量

设计耗煤

Q' a

结果为

Q

s =10.25

(m3 /kg)

Q

=3500 (m /h)

3.4 标准状态下烟气含尘浓度

标准状态下烟气含尘浓度：

C dsh A

(kg/m3)

Qs

式中

dsh

——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数， 18%；

Y

AY ——煤中不可燃成分的含量； 15%

Qs

——标准状态下实际烟气量， m3/kg 。 结果为

C=0.00263 (kg/ m ) =2630 (mg/m )

3.5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

Cso

式中 S ——煤中含可燃硫的质量分数； 1%

Y

2

2SY 6 10 Q

Qs

(mg/m3)

6 3

Qs

——标准状态下燃煤产生的实际烟气量 , m3/kg 。

结果为

Cso

2 =1951

(mg/ m )

4 除尘器的选择

4.1 除尘器应该达到的除尘效率

C

s

1s

C

Cs

——标准状态下烟气含尘浓度， mg/m ；

C ——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值， mg/m3 。

结果为

η =92.4%

4.2 除尘器的选择

工况下烟气流量：

'Q

'

' QT 3 3m /h

T

式中

3

Q

——标准状态下的烟气流量， (m3 /h)

T

——工况下烟气温度， K ——标准状态下温度， 273 K

结果为

Ｑˊ=603511(m /h) =167.6m3/s

T

除尘器的选择 根据烟尘的粒径分布和种类、工况下的烟气量、烟气温度计要求 达到的除尘效率定除尘器的种类、型号及规格 。确定除尘器的运行参数，如气 流速度、压力损失、捕集粉尘量等，选用多管式旋风除尘器。

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) 300000 除尘效率 /% 92-95 设备阻力 /Pa 932-1128 分割粒径 d/(50um) 3.06-3.3 质量 /kg 2369 4

除尘器外型结构尺寸 A B C D E F 1400 1400 300 50 350 1000 除尘器外型结构尺寸

G H M N 2985 4460 700 4235

5 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置

5.1 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。

5.2 管径的确定

管道直径 由于流量太大我设计把一个锅炉的流量分成 8 个管道排出：

式中

Q

——工况下管道内烟气流量， m3/s

——烟气流速 m/s ( 对于锅炉烟尘 =10-15 m/s) 取 =12 m/s 结果为

d=1.48(m) 圆整并选取风道 :

表 4.5 风道直径规格表

外径 D/mm 外径允许偏差 /mm 1500

钢制板风管 壁厚 /mm 100 ±1 内径 : d1

1500-2 × 100=1300mm

由公式

(m)

可计算出实际烟气流速：

V=11.8(m/s)

6 烟囱的设计

6.1 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 6.1 ）确定烟囱的高度。

表 6.1 锅炉烟囱的高度

锅炉总额定出力 /（t/h） 烟囱最低高度 /m

<1 20 1-2 25 2-6 30 6-10 35 10-20 40 26-35 45 锅炉总额定出力： 250×4=16（t/h ）, 故选定烟囱高度为 45 m 6.2 烟囱直径的计算

烟囱出口内径可按下式计算：

(m)

式中

Q

——通过烟囱的总烟气量， m3 /h；

——按表 5.2 选取的烟囱出口烟气流速， m/s

表 6.2 烟囱出口烟气流速 / （m/s） 运行情况 通风方式 全负荷时 机械通风 自然通风 10-20 6-10 最小负荷时 4-5 2.5-3 选定 =4m/s 结果为 :

d=5.86 （m） 圆整取 d=5.8m。

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；

烟囱锥度（通常取 i=0.02-0.03 ） 取 i=0.03 结果为:

6.3 烟囱的抽力

d1=8.56(m)S1

y 0.0342H (

1 273 tk

273 t p

B (Pa)

式中

H

——烟囱高度， m； tk ——外界空气温度， -1 °C tp ——烟囱内烟气平均温度，B

——当地大气压， 97.86KPa。

结果为:

Sy=198(Pa)

°C 1507 系统阻力计算 7.1 摩擦压力损失

1）对于圆管：

L2

p

L

d2

(Pa)

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 ）。

d

——管道直径 ,m

——烟气密度， kg/m3 ——管中气流平均速率 , m/s

L

——管道长度 ,m

a. 对于 φ1300 圆管

L=9.5m

273 ρ ρn 1.35 n

273 150

b. 对于砖拱形烟道

π

Δp=22.7Pa

A 2 D 2 B2 (

42

2 2 π

D=1300mm

故 B=1376mm 则 R=A X 式中,A为面积,X 为周长

Δp

ρv

2

2

0.1

0.86 20 2

2

17.2(Pa)

7.2 局部压力损失

Δp ξ ρ2v (Pa)

2

l1 0.148 tan67.5 0.36(m)

式中 ξ——异形管件的局部阻力系数可查到

v

——与 ξ像对应的断面平均气流速率 ,m/s

ρ——烟气密度 , kg/m3

1. 除尘器进气管的计算 渐缩管的计算

α≤45℃时 , ξ=0.1

取α =45℃,v=13.0m/s

ρv

2

2

0.1 0.86 13.0

2

2

7.3(Pa)

30℃Z形弯头

h 2.985 2.39 0.595 0.6(m)

h/D 0.6/1.3 0.46,取ξ 0.157

Re

由手册查得 ξRe 1.0

=1.0 ×0.157=0.157

0.86 11.4

8.77(Pa)

渐扩管

A1

A

2

0.35 1

2 1.79

0.49852 3.15

4

查《大气污染控制工程》附表十一 , 并取α=30° 则ξ=0.19

Δp

ρv

2

2

0.19

0.86 13.02

2

13.8(Pa)

2. 除尘器出气管的计算 渐扩管的计算

α≤45℃时, ξ=0.1

取α=30℃,v=20m/s

Δp ξρ2v 0.157

2

Δ p ξ 0.1

2

ρv

2

0.86 13.02 7.3(Pa)

2

设两个均为 90°弯头

D=500，取 0.86 11.4

R=D， v2 p 0.23

2

则ξ=0.23

12.9(Pa)

两个弯头 p 2 p 2 12.9 25.8Pa

3. T 形三通管

=0.78

v0.86 11.4

43.6( Pa ) p 0.78

2

对于 T 形合流三通

=0.55

v 0.86 11.42 2

2

22

p 0.55 30.7 ( Pa )

V1l 1

V2l 2

V3l 3

T 形三通管示意图

系统总阻力(其中锅炉出口前阻力为 850Pa,除尘器阻力 1400Pa)

h 8 4 (17.2 7.3 11.4 13.8 7.3 25.8 43.6 30.7 850 1400)

=77027.2(Pa)

8 附图

工艺流程示意图

9. 小结： 这次大气污染控制工程课程设计我主要设计一燃煤电厂的燃煤锅炉烟气除 尘

脱硫系统，通过这次课程设计我进一步消化和巩固课本中所学的内容 , 这次 课题让我可以综合利用所学到的大气污染控制工程的知识，分析各种除尘器的 优缺点来确定除尘器的选择，熟练掌握管网设计的方法来布置管道主要是确定 烟尘浓度计算，除尘器设计和管网的布置。

10. 参考文献：

《大气污染控制工程》 郝吉明，马广大主编 高等教育 出版社

科学出版社 《除尘设备设计》 化工设备设计全书编辑委员会编著 上海科学

技术出版社

《锅炉房工艺与设备》 社出版社

《环保设备原理设计与应用》 出版社

《环保工作者实用手册》 社

大气污染控制工程》 王丽萍主编刘新旺主编 科学出版

郑铭主编， 陈万金副主编； 化学工业

杨丽芬，李友琥主编 科学出版

煤炭工业出版