環(huán)境工程課程設(shè)計(jì)：某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)定稿

1、重慶工商大學(xué)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)燃煤采暖鍋爐煙氣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院(部)： 環(huán)境與生物工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 環(huán)境工程2班 學(xué)生姓名： 張苒 指導(dǎo)教師： 楊海林老師 2015年 6 月 24 日20目 錄1 概述21.1設(shè)計(jì)目的21.2設(shè)計(jì)任務(wù)21.2設(shè)計(jì)依據(jù)及原則21.3鍋爐房基本概況21.4通風(fēng)除塵系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)程序32 煙氣量煙塵和二氧化硫濃度的計(jì)算42.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量42.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量42.3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量42.4標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度52.5標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計(jì)算53 除塵器的選擇63.1除塵器應(yīng)該達(dá)到的除塵效率63.2除塵器的選擇64 確定除塵器、

2、風(fēng)機(jī)和煙囪的位置及管道的布置84.1各裝置及管道布置的原則84.2管徑的確定85煙囪的設(shè)計(jì)95.1煙囪高度的確定95.2煙囪直徑的計(jì)算95.3煙囪的抽力106 系統(tǒng)阻力計(jì)算116.1摩擦壓力損失116.2局部壓力損失127 系統(tǒng)中煙氣溫度的變化157.1煙氣在管道中的溫度降157.2煙氣在煙囪中的溫度降158 風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的選擇及計(jì)算178.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算178.2風(fēng)機(jī)風(fēng)壓計(jì)算178.3電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算18參考文獻(xiàn)19致 謝211 概述1.1設(shè)計(jì)目的通過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)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(shí)系統(tǒng)化，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力。通過(guò)設(shè)計(jì)，了解工程設(shè)計(jì)的內(nèi)

3、容、方法及步驟，培養(yǎng)確定大氣污染控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制工程圖、使用技術(shù)資料、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的能力。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)某一燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵系統(tǒng)。1.2設(shè)計(jì)依據(jù)及原則按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-2014）中的在用鍋爐標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。鍋爐房尺寸10m×26m，屋頂標(biāo)高6.5m。1.3設(shè)計(jì)原始資料：某燃煤采暖鍋爐房，概況如下：鍋爐型號(hào)：SHL4-13型（額定熱功率2.8MW），共3臺(tái)設(shè)計(jì)耗煤量：600 kg/h·臺(tái)排煙溫度：200空氣過(guò)剩系數(shù)：1.2排煙中飛灰占煤不可燃成分的比例：16%鍋爐阻力：800Pa當(dāng)?shù)卮髿鈮海?8kPa煤的工業(yè)分析

4、值：CY=68% HY=4% SY=1% OY=5% NY=1% WY=6% AY=15% VY=13% 鍋爐外形尺寸：4866×3660×2550鍋爐煙囪尺寸：600鍋爐煙塵中的顆粒物粒度分布如下表：粒度范圍（m）平均粒徑（m）質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（%）<5355-107.5710-30202230-60453560-807018>8090131.4通風(fēng)除塵系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)程序1. 燃煤鍋爐排煙量及煙塵和二氧化碳濃度的計(jì)算。2. 凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的分析確定。3. 除塵器的比較和選擇：確定除塵器類型、型號(hào)及規(guī)格，并確定其主要運(yùn)行參數(shù)。4. 管網(wǎng)布置及計(jì)算：確定各裝置的位置及

5、管道布置。并計(jì)算各管道的管徑、長(zhǎng)度、煙囪高度和出口內(nèi)徑以及系統(tǒng)總阻力。5. 風(fēng)機(jī)及電機(jī)的選擇設(shè)計(jì)：根據(jù)凈化系統(tǒng)所處理煙氣量、煙氣溫度、系統(tǒng)總阻力等計(jì)算選擇風(fēng)機(jī)種類、型號(hào)及電動(dòng)機(jī)的種類、型號(hào)和功率。6. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)按設(shè)計(jì)程序編寫(xiě)、包括方案的確定，設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)備選擇和有關(guān)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)圖等類容。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)有封面、目錄、前言、正文、小結(jié)及參考文獻(xiàn)等部分、文字應(yīng)簡(jiǎn)明、通順，內(nèi)容正確完整，裝訂成冊(cè)。7. 圖紙要求1) 除塵系統(tǒng)圖一張。2) 除塵系統(tǒng)平面圖、剖面布置圖2-3張。圖中設(shè)備管件應(yīng)標(biāo)注編號(hào)，編號(hào)應(yīng)與系統(tǒng)圖對(duì)應(yīng)。2 煙氣量煙塵和二氧化硫濃度的計(jì)算ç÷2.1標(biāo)準(zhǔn)狀

6、態(tài)下理論空氣量建立煤燃燒的假定：1. 煤中固定氧可用于燃燒；2. 煤中硫主要被氧化為 SO2；3. 不考慮NOX的生成；4. 煤中的N在燃燒時(shí)轉(zhuǎn)化為N2。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量：æö式中=68%，=4%，=1%，=5%分別為煤中各元素所含的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。結(jié)果為=6.97 2.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量：式中標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量，；煤中水分所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)，6%；N元素在煤中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)，1%。結(jié)果為=7.42 2.3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量：式中空氣過(guò)量系數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量，；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量，；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量應(yīng)以計(jì)，因此，結(jié)果為 =8.

7、84 =5304 2.4標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度：式中 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，16%；煤中不可燃成分的含量；15%標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量，。結(jié)果為 C=0.00271 =2710 2.5標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計(jì)算式中煤中含可燃硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；1%標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實(shí)際煙氣量, 。結(jié)果為 =2220 3 除塵器的選擇3.1除塵器應(yīng)該達(dá)到的除塵效率標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度，；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值，。結(jié)果為 3.2除塵器的選擇工況下煙氣流量：式中標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣流量，工況下煙氣溫度，K標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度，373 K結(jié)果為根據(jù)工況下的煙氣量、煙氣溫度及

8、要求達(dá)到的除塵效率確定除塵器：選擇XLD-4型多管式旋風(fēng)除塵器，產(chǎn)品性能規(guī)格見(jiàn)表3.1表3.1除塵器產(chǎn)品性能規(guī)格型號(hào)配套鍋爐容量/(j/H)處理煙氣量/(m3/h)除塵效率/%設(shè)備阻力/Pa分割粒徑d/(50um)質(zhì)量/kgXLD-43900092-95932-11283.06-3.32369表3.2 除塵器外型結(jié)構(gòu)尺寸（見(jiàn)圖3.1）ABCDEFGHMN14001400300503501000298544607004235圖3.1 除塵器外型結(jié)構(gòu)尺寸4 確定除塵器、風(fēng)機(jī)和煙囪的位置及管道的布置4.1各裝置及管道布置的原則根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況及鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況確定各裝置的位置。一旦確定各裝置的位置

9、，管道的布置也就基本可以確定了。對(duì)各裝置及管道的布置應(yīng)力求簡(jiǎn)單、緊湊、管路短、占地面積小，并使安裝、操作和檢修方便。4.2管徑的確定管道直徑：式中工況下管道內(nèi)煙氣流量，煙氣流速 m/s (對(duì)于鍋爐煙塵=10-15 m/s)取=14 m/s結(jié)果為d=0.46 (m)圓整并選取風(fēng)道:表4.5 風(fēng)道直徑規(guī)格表外徑D/mm鋼制板風(fēng)管外徑允許偏差/mm壁厚/mm500±10.75內(nèi)徑 :500-2×0.75=498.5(m/s)由公式可計(jì)算出實(shí)際煙氣流速：V=12.0 (m/s)5煙囪的設(shè)計(jì)5.1煙囪高度的確定首先確定共用一個(gè)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

10、物排放標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定（表5.1）確定煙囪的高度。表5.1 鍋爐煙囪的高度鍋爐總額定出力/(t/h)<11-22-66-1010-2026-35煙囪最低高度/m202530354045鍋爐總額定出力：4×3=12（t/h）,故選定煙囪高度為40 m 5.2煙囪直徑的計(jì)算煙囪出口內(nèi)徑可按下式計(jì)算：式中通過(guò)煙囪的總煙氣量，；按表5.2選取的煙囪出口煙氣流速，m/s表5.2煙囪出口煙氣流速/ (m/s)通風(fēng)方式運(yùn)行情況全負(fù)荷時(shí)最小負(fù)荷時(shí)機(jī)械通風(fēng)10-204-5自然通風(fēng)6-102.5-3選定=4m/s結(jié)果為 :d=1.50（m）圓整取d=1.50 m。煙囪底部直徑：式中煙囪出口直徑，m；煙

11、囪高度，m；煙囪錐度（通常取i=0.02-0.03）。取i=0.02結(jié)果為:d1=3.09（m）5.3煙囪的抽力式中煙囪高度，m；外界空氣溫度， °C煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，°C當(dāng)?shù)卮髿鈮?，Pa。結(jié)果為:Sy=183（Pa）6 系統(tǒng)阻力計(jì)算6.1摩擦壓力損失（1）對(duì)于圓管：式中摩擦阻力系數(shù)（實(shí)際中對(duì)金屬管道可取0.02.對(duì)磚砌或混凝土管道可取0.04）。管道直徑,m煙氣密度，kg/m3管中氣流平均速率, m/s管道長(zhǎng)度,m對(duì)于直徑500mm圓管：L=9.5mB結(jié)果為:（2）對(duì)于磚砌拱形煙道（見(jiàn)圖6.1）D=500 mm式中 S為面積，結(jié)果為：B=450 mm圖6.1 磚砌拱形煙

12、道6.2局部壓力損失式中異形管件的局部阻力系數(shù)，與相對(duì)應(yīng)的斷面平均氣流速率，m/s煙氣密度，kg/m3圖6.2中一為漸縮管。 圖6.2 除塵器入口前管道示意圖45度時(shí)，=0.1，取=45度，=13.8m/s結(jié)果為：8.0（Pa）L1=0.05×tan67.5=0.12（m）圖6.2中二為30度Z形彎頭H=2.985-2.39=0.595=0.6（m）H/D=0.6/0.5=0.12取=0.157=1.57 （=1.0）結(jié)果為：12.6（Pa）圖6.2中三為漸闊管圖6.3中a為漸擴(kuò)管圖6.3 除塵器出口至風(fēng)機(jī)入口段管道示意圖45度時(shí)，=0.1，取=30度，=13.8m/s結(jié)果為：8.0

13、（Pa）L=0.93(m)圖6.3中b、c均為90度彎頭D=500，取R=D則=0.23結(jié)果為：18.4（Pa）兩個(gè)彎頭對(duì)于如圖6.4中所示T形三通管V1l1V2l2V3l3T形三通管示意圖=0.7862.4（Pa）對(duì)于T形合流三通=0.55結(jié)果為：44（Pa）系統(tǒng)總阻力（其中鍋爐出口前阻力為800Pa，除塵器阻力1128Pa）為:7 系統(tǒng)中煙氣溫度的變化7.1煙氣在管道中的溫度降式中標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量，m3/h管道散熱面積，m2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣平均比熱容（一般為1.3521.357KJ/(m3·°C）管道單位面積散熱損失 KJ/(m3·h)室內(nèi)=4187 KJ/(

14、m3·h)室外=5443 KJ/(m3·h)室內(nèi)管道長(zhǎng)：L=2.18-0.6-0.12=1.46F=L·D=2.29 (m2)室外管道長(zhǎng)L=9.5-1.46=8.04 (m)F=L·D=12.69 (m2)7.2煙氣在煙囪中的溫度降式中煙囪高度，m。溫度系數(shù)，可由表7-2-1查得。合用同一煙囪的所有鍋爐額定蒸發(fā)量之和，t/h；表7.1 煙囪溫降系數(shù)煙囪種類鋼煙囪（無(wú)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）A20.80.40.2總溫度降：8 風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的選擇及計(jì)算8.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算式中1.1風(fēng)

15、量備用系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)前表態(tài)下風(fēng)量，m3/h風(fēng)機(jī)前煙氣溫度，若管道不太長(zhǎng)，可以近似取鍋爐排煙溫度, °C當(dāng)?shù)卮髿鈮?，kP結(jié)果為Qy=11109.8 （m3/h）8.2風(fēng)機(jī)風(fēng)壓計(jì)算式中1.2風(fēng)機(jī)備用系數(shù)；系統(tǒng)總阻力，Pa；煙囪抽力，Pa風(fēng)機(jī)前煙氣溫度，°C風(fēng)機(jī)性能表中給出的試驗(yàn)用氣體溫度，°C標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣密度，kg/m3結(jié)果為Hy=2400 (Pa)根據(jù)Hy和Qy，選定Y5-47型No.7c的引風(fēng)機(jī)，Y5-47型引風(fēng)機(jī)是在原Y5-47型引風(fēng)機(jī)性能基礎(chǔ)上改進(jìn)的產(chǎn)品，該引風(fēng)機(jī)最佳工況點(diǎn)的全壓內(nèi)效率為85.6%，與原Y5-47型引風(fēng)機(jī)相比較，由于進(jìn)行了一系列改進(jìn)，使

16、噪聲值有顯著降低，噪聲指標(biāo)為12.5dB。性能表如下。表8.2 引風(fēng)機(jī)性能表機(jī)號(hào)傳動(dòng)方 式轉(zhuǎn)速/r/min流量/m3/h全壓/Pa內(nèi)效率/%內(nèi)功率/kw所需功率/kwC式23201166330307912.4217008.3電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算式中風(fēng)機(jī)風(fēng)量，m3/h風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Pa風(fēng)機(jī)在全壓頭時(shí)的效率（一般風(fēng)機(jī)為0.6，高效風(fēng)機(jī)約為0.9）機(jī)械傳動(dòng)效率，當(dāng)風(fēng)機(jī)與電機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)時(shí)=1，用聯(lián)軸器連接時(shí)=0.950.98，用V型帶傳動(dòng)時(shí)=0.95電動(dòng)機(jī)備用系數(shù)，對(duì)引風(fēng)機(jī)，=1.3Ne=16 (kW)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)方式選定Y180M-2型電動(dòng)機(jī)。參考文獻(xiàn)1 孫一堅(jiān)主編.工業(yè)通風(fēng). 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,19942 陸耀慶主編.供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，19873 郝吉明，馬廣大主編.大氣污染控制工程. 北京：高等教育出版社，20024 中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司，金國(guó)淼.石油化工設(shè)備設(shè)計(jì)選用手冊(cè)除塵器設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20085 孫研，通風(fēng)機(jī)選型使用手冊(cè).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000致 謝感謝