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课程设计

课程名称：

　　　大气污染控制工程　　　

设计题目：

燃煤锅炉除尘系统设计

学生姓名：

学号：

学院：

班级：

指导教师：

2014年5月5至5月18日

引言1

第1章概述2

1.1《大气污染控制工程》课程设计任务书2

1.2设计依据5

1.2.1大气质量标准5

1.2.2烟尘排放浓度5

1.2.3锅炉烟囱高度应根据锅炉房总设计确定6

1.2.4燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值6

第2章工艺流程的参数设计7

2.1燃煤锅炉排烟量及烟尘量和二氧化硫浓度的计算7

2.1.1标准状态下理论空气量7

2.1.2标准状况下理论烟气量7

2.1.3标准状况下实际烟气量7

2.1.4标况下烟气含尘浓度7

2.1.5标况下二氧化硫浓度7

2.1除尘器的选择8

2.2.1除尘效率8

2.2.2除尘器的选择8

2.3确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置9

2.3.1管径的确定9

2.4烟囱的设计10

2.4.1烟囱的高度的确定10

2.4.2烟囱直径的计算10

2.4.3烟囱的抽力11

2.5系统阻力的计算11

2.5.1摩擦阻力损失11

2.5.2局部阻力损失12

2.6风机和电动机的选择及计算15

2.6.1标准状态下风机风量的计算15

2.6.2风机风压的计算15

2.6.3电动机功率的确定16

2.7系统中的烟气温度的变化16

2.7.1烟气在管道中的温度降16

2.7.2烟气在烟囱中的温度降17

第3章预算18

3.1土建投资18

3.2设备及材料费用18

3.3间接费18

3.4工程总造价19

总结20

致谢21

参考文献22

引言

现代工业发展很迅速，大气污染已经变成了一个全球性的问题，而燃煤锅炉烟气中由于含尘浓度高且含有二氧化硫等污染物质，对人们的生活环境与健康带来了严重的不良影响，因此，对燃煤锅炉烟气的处理的要求也越来越高，现在社会上运用的烟气除尘设备种类很多，包括过滤式除尘器、湿式除尘器、电除尘器、机械除尘器等。

但这些单一除尘器对二氧化硫的去除效果并不是很理想，均需要另设脱硫设备，这增加了设备的投资与管理费用。

本次设计采用的是锅炉通引风机GY6-41型风机

GY6-41型锅炉离心引风机，是为适应燃用各种煤质并配有消除尘烟装置的0.5t/h～10t/h工业锅炉而设计、最高全压效率高于80%的新系列低噪音风机，凡进气条件相当，性能相通者均可选用。

风机的特点

GY6-41系列离心式通风机，是锅炉通、引风机的换代产品。

GY6-41系列通风机所用的设计方法：

选择合适的风机型式，合理的风机工况，优选流型，合理组织气源，精心设计叶型，增大风舌间隙，适当降低风机转速，改进蜗壳设计，净化来流及尽量减少二次流损失等设计原则，采用有限差分法计算进风口和叶轮轮盖型线，并以叶轮进口处气流顺畅均匀作为优化判据进行了风口优化设计。

再结全原有的风机叶轮、蜗壳等优化设计方法，综合叶轮、蜗壳、进风口三者一体化的优化设计程度，得出气动略图曲线，实践证明，它既能保证风压、风量，又能保证较高的效率、较低的比噪声和较小的风机尺寸。

第1章概述

1.1《大气污染控制工程》课程设计任务书

指导教师：

一、题目

燃煤锅炉除尘系统设计

二、目的

通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，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，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养学生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。

三、设计原始资料

1、锅炉型号：

ZDFR型

（2）锅炉型号：

ZDFR-2M型，外形尺寸5770×3460×5000mm，额定蒸发量2t/h，

设计耗煤量：

300kg/h（台），共4台；

2、排烟温度：

160℃

烟气密度（标准状态下）：

1.34kg/m3

空气过剩系数：

α=1.4

排烟中飞灰占煤中不可燃成份的比例：

16%

烟气在锅炉出口前阻力：

800Pa

当地大气压力：

97.86kPa

冬季室外空气温度：

-1℃

空气含水（标准状态下）：

按0.01293kg/m3

烟气其他性质按空气计算

3、煤的工业分析值：

（2）Car=58.20%Har=4.36%Sar=1.20%Oar=5%

Nar=1.12%War=5.2%Aar=24.92%Var=23.2%

4、其他要求

按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区、Ⅱ时段标准执行。

烟尘浓度排放标准（标准状态下）：

ZDFR-1M型锅炉120mg/m3，其他型号锅炉200mg/m3

二氧化硫排放标准（标准状态下）：

900mg/m3

净化系统布置场地如图1所示的锅炉房北侧20m以内。

四、设计内容和要求

1、燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算。

2、净化系统设计方案的分析确定。

3、除尘器的比较和选择：

确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。

4、管网布置及计算：

确定各装置的位置及管道布置，并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。

5、风机及电机的选择设计：

根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号机电动机的种类、型号和功率。

编写设计说明书：

设计说明书按设计程序编写，包括方案的确定、设计计算、设备选择和有关设计的简图等内容。

课程设计说明书应有封面、目录、前言、文、小结及参考文献等部分，文字应简明、顺畅、内容正确完整，书写工整、装订成册。

6、图纸要求

（1）除尘系统图一张（2号图）。

系统图应标出设备、管件编号，并附明细表。

（2）除尘系统平面、剖面布置图各1张（2号或3号图），如图1和图2。

布置图应按比例绘制，图中设备、管件应标注编号，编号应与系统图对应。

在平面布置图中应有方位标志（指北针）。

图1锅炉房平面布置图（例图，请根据你的锅炉尺寸和台数修改）

图2A-A剖面图（请根据你的锅炉尺寸修改）

1.2设计依据

1.2.1大气质量标准

当地大气质量执行《大气环境质量标准》“GB13271-2001”中的二级标准。

按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区、Ⅱ时段标准执行。

1.2.2烟尘排放浓度

执行《大气环境质量标准》“GB13271-2001”中的二级标准。

本标准按锅炉建成实用年限分为两个阶段，执行不同的大气污染物排放标准：

Ⅰ时段：

2000年12月31日前建成使用的锅炉。

Ⅱ时段：

2001年1月1日起建成使用的锅炉（含在Ⅰ时段立项未建成或未运行使用的锅炉、建成使用锅炉中需要扩建、改建的锅炉）见下表。

1.2.3锅炉烟囱高度应根据锅炉房总设计确定

新建锅炉烟囱周围半径200m的距离内有建筑物时，烟囱高度应高出最高建筑物3m以上，达不到此要求时，锅炉烟尘排放浓度限值及黑度按“GB13271-2001”中的二类区域的浓度标准执行。

烟囱的高度由锅炉蒸发量确定见下表。

1.2.4燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值

根据锅炉销售出厂时间按下表的时间短规定执行

第2章工艺流程的参数设计

2.1燃煤锅炉排烟量及烟尘量和二氧化硫浓度的计算

2.1.1标准状态下理论空气量

Qa’=4.76（1.867Car＋5.56Har＋0.7Sar－0.7Oar）（m3/kg）

Qa’=4.76×（1.867×58.2%＋5.56×4.36%＋0.7×1.2%－0.7×5%）

=6.199（m3/kg）

2.1.2标准状况下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）

Qs’=1.867（Car＋0.375Sar）＋11.2Har＋1.24War＋0.0166Qa‘＋0.79Qa‘＋0.8Nar

=1.867（58.2%＋0.375×1.2%）＋11.2×4.36%＋1.24×5.2%＋0.016×6.199＋0.79×6.199＋0.8×1.12%

=6.653（m3/kg）

2.1.3标准状况下实际烟气量

Qs=Qs‘＋1.106（α－1）Qa‘

=6.653＋1.106×（1.4－1）×6.199

=9.172m3/kg

标准状态下烟气流量Q应以m3/h计，因此，Q总=QS×设计耗煤量

Q总=9.172×300=2751.6m3/h

2.1.4标况下烟气含尘浓度

=0.00435kg/m3

2.1.5标况下二氧化硫浓度

Cso2=

×106

Cso2=

×106=2616.659mg/m3

2.1除尘器的选择

2.2.1除尘效率

η=1—

式中，C——标准状况下烟气含尘浓度，mg/m3；

Cs——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3。

η=（1－

）×100%

=95.4%

2.2.2除尘器的选择

工况下烟气流量Q’=

（m3/h）

式中，Q——标准状态下的烟气流量，m3/h；

T’——工况下烟气温度，K；

T——标准状态下温度，273K。

Q’=

=4364.26（m3/h）

考虑到从锅炉到除尘器的管道漏风率为10%，则Q’=4801

则烟气流速为

=1.33（m3/s）

根据工况下的烟气量1.33m3/s、烟气温度160℃及要求达到的除尘效率η=95.4%确定除尘器：

选用HQ-24型气环反吹袋式除尘器。

产品性能规格见表1，设备外形结构尺寸见表2

表1HQ-24型气环反吹袋式除尘器产品性能规格

型号

过滤面积/m2

压力损失/Pa

除尘效率/%

含尘浓度/（g/m3）

过滤气速/（m/min）

处理气量/（m3/h）

反吹气量/（m3/min）

质量/kg

QH-24

1000～1200

5～15

4～6

5760～8290

720

1170

表2HQ-24型气环反吹袋式除尘器外形结构尺寸mm

型号

HQ-24

1284

225

1773

1120

1000

726

930

1100

480

400

129

144

图1HQ-24型气环反吹袋式除尘器外形尺寸结构

2.3确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。

计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。

各装置及管道布置的原则根据锅炉运行情况及锅炉现场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、管道短、占地面积小，并使安装、操作和检修方便。

2.3.1管径的确定

（m）

式中Q——工况下管内烟气流量，m3/s；

v——烟气流速，m/s（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘v=10～15m/s）。

取v=14m/s

则

=0.348（m）

圆整并选取风道

表3风管规格

外径D/mm

钢制板风管

外径允许偏差/mm

壁厚/mm

360

±1

0.60

圆整后取d=360mm

取钢制板风管壁厚§=0.60mm

内径d1=360—0.6×2=358.8mm

实际烟气流速u=4Q/πd2=4×1.33/（3.14×0.35882）=13.16m/s

2.4烟囱的设计

2.4.1烟囱的高度的确定

首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表2）确定烟囱的高度。

表4锅炉烟囱高度表

锅炉总额定出力/（t/h）

＜1

1～2

2～6

6～10

10～20

26～35

烟囱最低高度/m

锅炉总额定出力：

4×2=8（t/h）

故选定烟囱高度为35m

2.4.2烟囱直径的计算

烟囱出口内径可按下式计算

式中Q——通过烟囱的总烟气量，m3/s；

w——烟囱出口烟气流速，m/s（按表5选取）。

表5烟囱出口烟气流速/（m/s）

通风方式

运行情况

全负荷的

最小负荷的

机械通风

10-20

4-5

自然通风

6-10

2.5-3

选定w=4m/s

=1.303m

圆整后取d=1.3m

烟囱底部直径

d1=d＋2·i·H

式中d2——烟囱出口直径，m；

H——烟囱高度，m；

i——烟囱锥度（通常取i=0.02～0.03）。

取i=0.02

d1=1.30＋2×0.02×35=2.7m

2.4.3烟囱的抽力

（Pa）

式中H——烟囱高度，m；

tk——外界空气温度，℃；

tp——烟囱内烟气平均温度，℃；

B——当地大气压，Pa。

Sy=0.0342×35×（

）×97.86×103

=160（Pa）

2.5系统阻力的计算

2.5.1摩擦阻力损失

对于圆管△pL=λ

（Pa）

式中：

L——管道长度，m；

d——管道直径，m；

ρ——烟气密度，kg/m3

v——管道中气流平均速率，m/s；

λ——摩擦阻力系数。

（实际中对金属管道λ值可取0.02，对砖砌或混凝土管道λ值可取0.04）。

a.对于直径为360m的圆管

L=9.5m

ρ=ρh

=1.34×

=0.84（kg/m3）

△pL=0.02×

=38.39（Pa）

b．对于砖砌拱形烟道

A=2×

D2=B2＋

D=360mm

故B=322mm

R=0.122m

x=1.413＋1.8=3.213

图2砖砌拱形烟道示意图

2.5.2局部阻力损失

（Pa）

式中：

ξ——异型管件的局部阻力系数；

v——与ξ对应的断面平均气流速度，m/s；

ρ——烟气密度，kg/m3。

图3除尘器入口前管道示意图

图3中一为渐缩管

α≤45°时，ξ=0.1

取α=45°，v=13.16m/s

=0.1×

=7.27（Pa）

l1=0.05×tan67.5=0.12（m）

图3中二为30°Z型弯头

h=2.985－2.39=0.6（m）

h/H=0.6/0.5=0.12取ξ’=0.157

ξ=ξReξ’

由手册查得ξRe=1.0

ξ=1.0×0.157=0.157

=0.157×

=11.42（Pa）

图3中三为渐扩管

=1.79

查《大气污染控制工程》附表十一，并取α=30°

则ξ=0.19

=0.19×

=13.82（Pa）

l2=

×tan15°=0.93（m）

图4除尘器出口至风机入口段管道示意图

图4中a为渐扩管

α≤45°时，ξ=0.1

取α=30°，v=13.16m/s

=0.1×

=7.27（Pa）

L=0.93（m）

图4中b、c均为90°弯头

D=360，取R=D，则ξ=0.23

=0.23×

=16.73（Pa）

’=2

=2×16.73=33.46（Pa）

图5T形三通管示意图

ξ=0.78

=0.78×

=56.71（Pa）

对于T形合流三通

ξ=0.55

=0.55×

=39.99（Pa）

系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力为1400Pa）为

∑△h=38.39＋84.1＋7.27＋11.42＋13.82＋7.27＋33.46＋56.71＋39.99＋800＋1200

=2292.43（Pa）

2.6风机和电动机的选择及计算

2.6.1标准状态下风机风量的计算

Qy=1.1Q·

（m3/h）

式中1.1——风量被用系数；

Q——标准状态下风机前风量，m3/h；

tp——风机前烟气温度，℃，若管道不太长，可以近似取锅

炉排烟温度；

Qy=1.1×2751.6

=4970.67（m3/h）

2.6.2风机风压的计算η

Hy=1.2（∑△h—Sy）×

（Pa）

式中：

1.2——风压备用系数；

∑△h——系统总阻力，Pa;

Sy——烟囱抽力，Pa;

tp——风机前烟气温度，℃

ty——风机性能表中标出的实验用气体温度，℃

y——标准状态下烟气密度（γ=1.34kg/m3）。

Hy=1.2×（2292.43-160）×

=2116.64（Pa）

根据Qy和Hy选定GY6-415.4C的引风机，性能如下表

风机型号

机号

转速/（r/min）

风压/Pa

风量/（m3/h）

效率/q%

电机功率/kw

GY6-41

5.4C

2600

2002～2604

3900～7980

>80

7.5

2.6.3电动机功率的确定

Ne=

式中：

η1——风机在全压头时的效率（一般风机为0.6）；

η2——机械传动效率，用V形带传动（一般为0.95）；

β——电动机备用系数（1.3）。

Ne=

=6.67（kW）

根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定Y160M1-2型电动机。

同步转速3000r/min，2级

电动机

型号

额定功率

/kW

满载转速/（r/min）

堵转转矩

/额定转矩

最大转矩

/额定转矩

质量

/kg

Y160M1-2

2930

2.0

2.3

117

2.7系统中的烟气温度的变化

2.7.1烟气在管道中的温度降

△t1=

（℃）

式中：

Q——标准状态下烟气流量，m3/h；

F——管道散热面积，m2；

Cv——标准状态下烟气平均比热容，一般为1.352~1.357kJ/（m3·℃）；

q——风机前烟气温度，℃

室内q=4187kJ/（m2·h）

室外q=5443kJ/（m2·h）

室内管道长L1=2.18－0.6－0.12=1.46m

F1=πL1·D=3.14×1.46×0.36=1.65（m2）

室外管道长L2=9.5－1.46=8.04m

F2=πL2·D=3.14×8.04×0.36=9.09（m2）

△t1=

＋

﹦

=8.67℃

2.7.2烟气在烟囱中的温度降

△t2=

（℃）

式中：

H——烟囱高度，m；

D——合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h；

A——温度系数，可由表查得

表6烟囱温度系数

烟囱种类

钢烟囱（无衬筒）

钢烟囱（有衬筒）

砖烟囱（H<50m）壁厚小于0.5m

砖烟囱壁厚大于0.5m

0.8

0.4

0.2

△t2=

=4.95（℃）

总温度降△t=△t1＋△t2=8.67℃＋4.95℃=13.62℃

第3章预算

3.1土建投资A1

序号

名称

烟囱（砖）

炉膛

地基

价格（万元）

0.9

0.5

A1=0.9＋0.5＋0.5=1.9万元

3.2设备及材料费用A2

序号

名称

电除尘器

省煤器

引风机

电动机

电控柜

钢管、管夹、阀门

价格（万元）

1.4

0.6

0.9

0.6

0.8

A2=1.4＋0.6＋0.9＋0.6＋0.6＋0.8=4.9万元

3.3间接费

设计费用

B1=（A1＋A2）×6%

=（1.9＋4.9）×6%

=0.408万元

设备管道电气安装费

B2=A2×12%

=4.9×12%

=0.588万元

设备运杂费

B3=A2×3%

=4.9×3%

=0.147万元

系统调试费

B4=A2×4%

=4.9×4%

=0.196万元

不可预见费

B5=A2×10%

=4.9×10%

=0.49万元

税金

B6=（A1＋A2＋B1＋B2＋B3＋B4＋B5）×3.86%

=（1.9＋4.9＋0.408＋0.588＋0.147＋0.196＋0.49）×3.86%

=0.333万元

B=B1＋B2＋B3＋B4＋B5＋B6

=0.408＋0.588＋0.147＋0.196＋0.49＋0.333

=2.162万元

3.4工程总造价

总造价=A1＋A2＋B

=1.9＋4.9＋2.162=8.962万元

以上价格由《全国统一安装工程算定额》、《全国建筑工程定额》、《湖南省建筑工程综合预算定额》、《湖南省省单位估价表》查得。

总结

历时两周，终于完成了本次的课程设计。

由于本人的知识能力与工程实践经验有限，时间紧迫，而此次设计所涉及的内容与要求也较多，所以，设计的成果存在很多不足之处，譬如说：

烟囱的设计、管道的敷设以及设计计算等都存在考虑不周全的问题。

通过这次课程设计，我对所学知识进行了巩固和深化，我感觉就像亲身经历了一个现实中工程的设计，并从中学到了很多东西，特别是资料的查询与整理，这是平时很少锻炼过的。

课程设计过程中能够独立应用所学知识来分析、解决问题的感觉真好：

设计中会遇到各类问题，通过查资料或咨询老师或与同学们一起讨论分析，问题便迎韧而解。

通过这次课程设计，使我明白专业知识固然重要，实践能力、学习能力以及专业精神更是不可或缺。

在设计过程中，我们需要从实践的角度去思考，并带着好学，认真，负责，激情的态度做事。

这也是我在这次设计中的另一收获！

并且为以后参加工程设计奠定了坚实的基础，同时，还了解到了当今工业烟气污染的概况。

在设备搜寻过程中，还对相关厂家进行了查询，了解到了当今除尘设备的情况。

总的来说，这次设计让我从理论向实践跨进了一步。

由于终究不是真正的工业设计，了解的工业概况不够全面，如果能有机会到真正工厂区参观下烟气处理设备，相信我会有更深刻的认识的。

致谢

在本次设计实验中，我要首先要特别感谢我们的指导教师：

****四位老师，感谢他们在之前的课程学习中教给我的专业知识和专业精神，并且在我设计的全过程中给了我无私的帮助和指导，教我把所学零散知识整合到一起并应用于设计中。

同时我要感谢*****等同学，他们在设计的过程中给予了我极大的帮助，在我疑惑的时候和我一起讨论，并且为我提供了很多提示、分享了很多资料并且给了一些很实用的建议。

第三要感谢学委和班长，非常负责，尽心尽力地做着给我们发送通知、购买课程设计用品之类的琐事。

最后，衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本设计的老师们！

参考文献

[1]黄学敏，张承中主编，大气污染控制工程实

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