大氣控制工程課程設計某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設計

1、大氣控制工程課程設計某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設計系別：XXXXX專業(yè)：XXXXX班級：XXXXX學號：XXXXX姓名：XXXXX前言燃煤鍋爐燃燒過程排放的煙氣中含有大量的煙塵和二氧化硫，如不采取有效的治理措施，將會對周圍大氣環(huán)境及居民健康造成嚴重影響與危害。因此，本設計結(jié)合燃煤鍋爐煙氣排放特點，根據(jù)所提供的原始參數(shù)及資料，擬設計一套燃煤采暖爐房煙氣除塵系統(tǒng)。要求設計的凈化系統(tǒng)效果好、操作方便、投資省，且出口煙氣濃度達到鍋爐大氣污染物排放標準（GB13271-2001）中二類區(qū)標準，即：煙塵排放濃度200mg/Nm3、SO2排放濃度900mg/Nm3。其他還應要符合下列要求： 一、應能有

2、效地燃燒所采用的燃料； 二、應有較高的熱效率，并使鍋爐的出力、臺數(shù)和其他性能適應熱負荷變化的需要； 三、應有利于環(huán)境保護； 四、應使基建投資和運行管理費用較低； 五、宜選用容量和燃燒設備相同的鍋爐，當選用不同容量和不同類型的鍋爐時，其容量和類型不宜超過兩種。 編者 2011年6月目錄1 設計背景資料12 煙氣量、煙塵、二氧化硫濃度的計算23 除塵器的選擇34 確定除塵器、風機、煙囪的位置和管道的布局65 煙囪的設計76 系統(tǒng)阻力的計算87 風機及電動機的選擇和計算98 其他說明1210 個人小結(jié)1211 參考文獻121、設計背景資料1.1設計題目 某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設計。1.2設

3、計任務燃煤鍋爐燃燒過程排放的煙氣中含有大量的煙塵和二氧化硫，如不采取有效的治理措施，將會對周圍大氣環(huán)境及居民健康造成嚴重影響與危害。因此，本設計結(jié)合燃煤鍋爐煙氣排放特點，根據(jù)所提供的原始參數(shù)及資料，擬設計一套燃煤采暖爐房煙氣除塵系統(tǒng)。要求設計的凈化系統(tǒng)效果好、操作方便、投資省，且出口煙氣濃度達到鍋爐大氣污染物排放標準（GB13271-2001）中二類區(qū)標準，即：煙塵排放濃度200mg/Nm3、SO2排放濃度900mg/Nm3。1.3原始資料 鍋爐型號：SZL4-13型，額定蒸發(fā)量2.8MW/h ；設計耗煤量：學號鍋爐臺數(shù)（臺）設計耗煤量kg/(h臺）煙塵的排放因子（）煤質(zhì)組別28265026（

4、3）燃煤煤質(zhì)如下表所示組別CYHYSYOYNYWYAYVY(3)6841.451614.613排煙溫度：160 ；煙氣密度（標準狀態(tài)下）：1.34kg/m3 ；空氣過剩系數(shù)：1.4 ；排煙中飛灰占煤中灰分（不可燃成分）的比例:26% 。煙氣在鍋爐出口前阻力：800Pa ；當?shù)卮髿鈮毫Γ?7.86kPa ；冬季室外空氣溫度：1 ；空氣含水（標準狀態(tài)下）按0.01293kg/m3 ；煙氣其它性質(zhì)按空氣計算。圖1 鍋爐房平面布置圖圖2 鍋爐房剖面圖系統(tǒng)布置場地如圖1所示的鍋爐房北側(cè)20m以內(nèi)。2、煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算（1）標準狀態(tài)下理論空氣量Qa=4.76(1.867CY+5.56HY+

5、0.7SY-0.7OY) (m3/kg)式中：CY, HY, SY, OY 分別為煤中各元素所含的質(zhì)量分數(shù)。Qa=4.76(1.8670.68+5.560.04+0.70.014-0.70.05) =7 (m3/kg)（2）標準狀態(tài)下理論濕煙氣量（設空氣含濕量12.93g/m3 )Qs=1.867(CY+0.375SY)+11.2HY+1.24WY+0.016Qa+0.79Qa+0.8NY (m3/kg)式中：Qa標準狀態(tài)下理論空氣量，m3/kg； WY煤中水分所占質(zhì)量分數(shù)，%； NYN元素在煤中所占質(zhì)量分數(shù)，%。Qs=1.867(0.68+0.3750.014)+11.20.04+1.240

6、.06+0.0167+0.797+0.80.01=7.45(m3/kg)（3）標準狀態(tài)下實際煙氣量Qs=Qs+1.016(a-1) Qa (m3/kg)式中：a空氣過量系數(shù) Qs標準狀態(tài)下理論煙氣量，m3/kg； Qa標準狀態(tài)下理論空氣量，m3/kg。Qs=7.45+1.016(1.41) 7.45=10.48 (m3/kg)Q=10.486502= 13624 (m3/h)（4）標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度 (kg/m3)式中：dsh排煙中飛灰占煤中灰分（不可燃成分）的質(zhì)量分數(shù)，排放因子，%； AY煤中灰分（不可燃成分）的含量，%； Qs標準狀態(tài)下實際煙氣量，m3/kg。(kg/m3)=3620（

7、mg/m3）（5）標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算 (mg/m3)式中：SY煤中含可燃硫的質(zhì)量分數(shù)；Qs標準狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實際煙氣量，m3/kg。3、除塵脫硫裝置的選擇設計（1）除塵脫硫裝置應達到的凈化效率：式中：C標準狀態(tài)下煙氣含塵、SO2濃度，mg/m3； Cs標準狀態(tài)下鍋爐煙塵、SO2排放標準中規(guī)定值，mg/m3。對于：=對于粉塵：=（2）除塵設計：根據(jù)煙塵的粒徑分布和種類、工況下的煙氣量、煙氣溫度及要求達到的除塵效率確定除塵器的種類、型號及規(guī)格?？蛇x用氣環(huán)反吹袋式除塵器，參考數(shù)據(jù)如下： 圖3 氣環(huán)反吹袋式除塵器技術(shù)性能根據(jù)計算的數(shù)據(jù)可知，在160時，煙氣量為21069m3/h，除塵

8、效率為94.5%，故而選用型號為QH-72的氣環(huán)反吹袋式除塵器可以滿足實際需求，其濾袋面積、濾袋條數(shù)以及設備尺寸在上圖中可以查到。（3）脫硫設計：關(guān)于煙氣脫硫，其效率要達到58%，因此適合選用石灰石膏法進行脫硫。一來，石灰石膏法的脫硫效率普遍可以達到70%以上；二來，石灰石膏法脫硫設備的投資及運行成本費用較低，與氨法脫硫相比可以節(jié)約相當一部分資金；三來，脫硫副產(chǎn)品石膏，可綜合利用圖4 脫硫塔反應原理： 在水中，氣相SO2被吸收并經(jīng)下列反應離解，SO2(氣)+H2OSO2(液) +H2O SO2(液)+H2OH+HSO3-2H+SO32- 由于H+被OH-中生成H2O使得這一平衡向右進行，OH-

9、離子是由水中溶解的石灰石形成的，且鼓入得氣體可將生成的CO2帶走。 CaCO3Ca2+CO32- CO32-+H2OOH-+HCO3-2OH-+CO2(液) CO2(液) +H2OCO2(氣) +H2O 鼓入的空氣也可用來氧化HSO3-和SO32-離子，最后生成石膏沉淀物。 HSO3-+1/2O2SO42-+H+ , SO32-+1/2O2SO42-+Ca2+CaSO44、確定除塵脫硫設備、風機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)鍋爐運行情況和鍋爐房現(xiàn)場的實際情況確定各裝置的位置。一旦確定了各裝置的位置，管道的布置也就基本可以確定了。對各裝置及管道的布置應力求簡單，緊湊，管

10、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 （m）式中：Q工況下管內(nèi)煙氣流量，m3/s； v煙氣流速，m/s，（可查有關(guān)手冊確定，對于鍋爐煙塵v1015m/s）。管徑計算出以后，要進行圓整（查手冊），再用圓整后的管徑計算出實際煙氣流速。實際煙氣流速要符合要求。取整D=800mm風道直徑規(guī)格表外徑D/mm鋼制板風管外徑允許偏差值/mm厚度/mm80011圖5 凈化系統(tǒng)管道布置圖5、煙囪的設計（1）煙囪高度的確定首先確定共用一個煙囪的所有鍋爐的總的蒸發(fā)量（t/h），然后根據(jù)鍋爐大氣污染物排放標準（GB132712001）中的規(guī)定（見表2）確定煙囪的高度。表2 鍋爐煙囪高度表鍋爐房

11、裝機總?cè)萘縈W0.70.71.41.42.82.877141428t/h1122441010202040煙囪最低允許高度m202530354045鍋爐總的蒸發(fā)量：22.8=5.6MW 則煙囪高度為35m（2）煙囪直徑的計算煙囪出口內(nèi)徑可按下式計算 （m）式中：Q通過煙囪的總煙氣量，m3/h； u按表3選取的煙囪出口煙氣流速，m/s。表3 煙囪出口煙氣流速（m/s）通風方式運行情況全負荷時最小負荷機械通風102045自然通風6102.53當u=5m/s時， ， 圓整后 d2=1.3m煙囪底部直徑： (m)式中：d2煙囪出口直徑，m； H煙囪高度，m； i煙囪錐度，通常取i=0.020.03。（3

12、）煙囪的抽力： （Pa）式中：H煙囪高度，m；tk外界空氣溫度，；tp煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，；P當?shù)卮髿鈮?，Pa。6、系統(tǒng)阻力的計算(1)摩擦壓力損失對于圓管： （Pa）式中：L管道長度，m；d管道直徑，m； 煙氣密度，kg/m3；u管中氣流平均速率，m/s；摩擦阻力系數(shù)，是氣體雷諾數(shù)Re和管道相對粗糙度的函數(shù)?？梢圆槭謨缘玫剑▽嶋H中對金屬管道值可取0.02，對磚砌和混凝土管道值可取0.04）。 L=120+1700+9 00+3000+3000+3000=11720mm11.7m（2）局部壓力損失 （Pa）式中：異形管件的局部阻力系數(shù)，可在有關(guān)手冊中查到，或通過實驗獲得；u與相對應的斷面平均氣

13、流速率，m/s；煙氣密度，kg/m3。進氣管部分局部阻力損失：a) =0.1（取=45，=15m/s）b)兩個90的彎管 =0.23 圖6 90彎管出氣管部分壓力損失：三通管 =0.78 對于T形合流三通管 =0.55 圖7 T型三通管3）系統(tǒng)總阻力：（其中鍋爐前阻力為800Pa,除塵器阻力為1200Pa）7、風機和電動機選擇及計算（1）風機風量的計算 （m3/h）式中：K1考慮系數(shù)漏風所附加的安全系數(shù)。一般管道取K=0.1；除塵管道取K=0.10.15；Q標準狀態(tài)下風機前標態(tài)下風量，m3/h；tp風機前煙氣溫度，若管道不太長，可以近似取鍋爐排煙溫度；P當?shù)卮髿鈮毫Γ琸Pa。（2）風機風壓的計

14、算（Pa）式中：K2考慮管道計算誤差及系統(tǒng)漏風等因素所采用的安全系數(shù)。一般管道取K=0.10.15，除塵管道取K=0.10.2； h系統(tǒng)總阻力，Pa；Sy煙囪抽力，Pa；0、p0、T0風機性能表中給出的標準狀態(tài)的空氣密度、壓力、溫度。一般說，p0=101.3kPa，對于引風機T0=200，0=0.745kg/m3。、p、T運行工況下進入風機時的空氣密度、壓力、溫度。=0計算出風機風量Qy和風機風壓py后，可按風機產(chǎn)品樣本給出的性能曲線或表格選擇風機的型號。如下圖，從計算數(shù)據(jù)看，h， 因而選用Q-72型號C類傳動方式轉(zhuǎn)動為1600r/min，它的處理風量在1792031000m3/h之間，全壓為

15、18142472Pa，符合設計條件，能夠高效率運轉(zhuǎn)。圖8 氣環(huán)反吹袋式除塵器型離心風機性能（3）電動機功率的計算 （kw）式中：Qy風機風量，m3/h； py風機風壓，Pa； 1風機在全壓頭時的效率（一般風機為0.6，高效風機約為0.9）； 2機械傳動效率，當風機與電動機直聯(lián)傳動時21，用連軸器時20.950.98，用V形帶傳動時20.95； 電動機備用系數(shù)。對引風機，1.3。根據(jù)電動機的功率，風機的轉(zhuǎn)速，傳動方式選擇電動機型號。根據(jù)電動機的功率，風機的轉(zhuǎn)速，傳動方式選擇電動機型號，則選擇Y200L2-2型號的電動機。8、其他說明：（1）工藝流程示意圖、平面布置圖、鍋爐煙氣除塵脫硫系統(tǒng)圖、主要

16、除塵脫硫設備剖面圖，在附錄圖中；（2）運行設計參數(shù)主要選自除塵設備工具書，由于處理煙氣量比較大，采用反吹袋式除塵器比較妥當，設備性能良好；（3）關(guān)于煙氣的凈化，采用先除塵、后脫硫，兩步進行，清洗方便、凈化效率高；（4）在實際建造時，煙囪的高度可以是40m或者更高些，在鍋爐房周圍進行綠化美化，這樣不僅美觀，而且更加環(huán)保，對居民和工作人員有利無害。小結(jié)我一直都對這樣的課程設計比較感興趣,主要是能夠?qū)ξ宜信d趣的事物進行研究,這對于正處在比較壓抑的期末考試的氣氛中無疑是一種非常奇妙的感覺,就如同泥中蓮花,有不染凡俗之感。我的課程設計是某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵系統(tǒng)設計。就是針對某燃煤采暖鍋爐房排出大量

17、煙塵及有害氣體對周圍環(huán)境和居民健康造成危害的情況來設計煙氣除塵系統(tǒng)。通過前幾個學期的理論學習，現(xiàn)在真正動手設計起來還是莫不找頭腦，便與小組成員探討研究，盡管內(nèi)容可能有些相同，但是我還是想堅持自己道路，我有自己的選擇。一邊忙于復習考試，一邊搜集了大量資料。在整個設計過程中計算量比較大，許多參數(shù)需要查閱相關(guān)手冊。在選定除塵器后，上網(wǎng)、去圖書館、去學校外面的書店閱讀相關(guān)書籍，查找參數(shù)。最后是畫圖的任務，需要耐心，要注意準確，不能抱敷衍態(tài)度。雖然本專業(yè)沒有開設CAD科目，但我在空余時間曾經(jīng)自學過，總算是功夫不負苦心人，我的一技之長可以有用武之地了。畢竟是自學，有很多功能還是不能熟練的操作，在學過CAD其他專業(yè)同學的幫助下，終于完成了最艱巨的畫圖任務，同時也加深了對CAD的認識，增強了自己的技術(shù)能力。在這次設計過程中通過同學的幫助、老師的指導和自己的努力，我學到了許多東西，鍛煉了解決實際問題的能力。課程設計要有耐心，既要獨立思考又要勤于請教，要學會利用網(wǎng)絡資源和圖書館資源解決實際問題。這次課程設計讓我受益良多。參考文獻1、課程設計教材