燃煤锅炉排烟量与烟尘和二氧化硫浓度的计算.docx
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燃煤锅炉排烟量与烟尘和二氧化硫浓度的计算
沈阳**大学
环境工程学》课程设计
题某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计
目:
院环境与安全工程学院
系：
专
业：
班
级：
学生姓
名：
指导教
师：
2012年9月日
1前言
1.1我国大气治理概况
我国大气污染紧张，污染废气排放总量处于较高水平。
为节制和整治大气污染，九五”以来，我国在污染排放节制技能等方面开展了大量研究研发工作，取患了许多新的成果，大气污染的防治也取得重要进展。
在八五”、九五”期间，国家辟出专款开展全球气候变化预先推测、影响和对策研究，在温室气
体排放和温室效应机理、海洋对全球气候变化的影响、气候变化对社会形态经济与自然资源的影响等方面取得很猛进展。
近年来，我国环境监测能力有了很
大提高，初步形成了具有中国特色的环境监测技能和管理系统，环境监测工作
的进展明显。
九五”期间全国主要污染物排放总量节制计划基本完成。
在国内生产总值年均增长8.3%的情况下，在大气污染防治方面，2000年全国二氧化硫、烟尘、工业粉尘等项主要污染物的排放总量比八五”末期分别下降了10〜15%。
结合经济结构调整，国度取缔、关停了8.4万多家技能落后、浪费资源、劣质、污染环境和不切合安全生产条件的污染紧张又没有治理前景的小煤矿、小
钢铁、小水泥、小玻璃、小炼油、小火电等十五小”企业，对高硫煤实行限产，有用地削减了污染物排放总量。
1.2大气污染防治技能
为节制和整治大气污染，九五”以来，我国在石炭洁净加工研发技能、石炭洁净高效燃烧技能、石炭洁净转化技能、污染排放节制技能等方面开展了大量研究和研发，取患了许多新的成果。
如果中国的燃煤电站的烟气排放要达到目前发达国度规定的水平，SO2的
排放量将从每一年680万吨下降至170万吨，NOx的排放量将从100%下降至30%,DO2也将减排2500万吨。
中国节制和整治大气污染任重而道远。
设计尺度主要参考〈大气污染物排放限值》，工艺运行设计达到国度
GB13271--91锅炉大气污染物排放尺度。
除尘脱硫设计原则
（1）脱硫率＞80%。
除尘效率＞97%;
（2）技能较为成熟，运行费用低；⑶投资省；（4）能利用现有设施;（5）建造工期短方便;⑹系统简便，易于操作管理；（7）主体设备的使用寿命＞8a；（8）烟气脱硫以氧化镁为主要吸收剂，并充分利用锅炉排渣水的脱硫容量，达到以废治废，降低运行成本的目的。
2设计任务书
2.1设计题目
某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计
2.2原始资料
锅炉型号：
SZL4-13型，共8台（2.8MW8）
设计耗煤量：
600kg/台
排烟温度：
160C
烟气密度：
1.34kg/m3；
空气过剩系数：
〉=1.4
排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：
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：
-「C
空气含水（标准状态下）：
0.01293kg/m3
烟气其他性质按空气计算
煤的工业分析值：
CY:
68%HY:
4%SY:
1%0Y:
5%NY:
1%WY:
6%AY:
15%
VY=13%
该锅炉排放污染物标准（GB13271-2001）中二类区标准执行，需要达到
指标：
烟尘浓度排放标准（标准状态下）：
200mg/m3。
二氧化硫排放标准（标准状态下）：
900mg/m3
2.3设计目的
通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学的内容，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、查阅有关设计手册、编写设计说明书的能力。
3设计计算过程
3.1.燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算
3.1.1标准状态下理论空气量
Q'a=4.76$1.867Cy+5.56H丫+0.7Sy-0.70y）
式中一一Cy,Hy,Sy,0y分别为煤中各元素所含的质量分数。
Q'a=4.76X（1.867+0.86+5.56X0.04+0.7X0.01-0.7X0.05）
=6.79（m3/kg）
3.1.2标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/kg）
Q's=1.867（Cy+0.375Sy）+11.2Hy+1.24Wy+0.016Q；+0.79Q；+O.8NY（m3/kg）式中Q'a——标准状态下理论空气量，
WY煤中水分的质量分数；
NY——N元素在煤中的质量分数；
Q's=1.867x（0.68+0.375X0.01）+11.2X0.04+1.24X0.06
+0.016X6.97+0.97X6.97+0.8X0.01
=7.42（m3/kg）
3.1.3标准状态下实际烟气量
Qs=q's+1.016（a-1）q's（m3/kg）
式中一一空气过量系数
标准状态下理论烟气量，（m3/kg）
标准状态下理论空气量，（m3/kg）
标准状态下烟气流量Q应以（m3/h）计，因此，Q=Qs设计耗煤量
Qs=7.42+1.016x（1.4-1）X6.97=10.25（m3/kg）
Q=Qs设计耗煤量
6150（m3/h）
3.1.4烟气含尘浓度
dsh*A3、
CsQ^（kg/m）
式中dsh——排烟中飞尘占煤不可燃成分的质量分数；
2Sy
Csq二_qs106（mg/m3）
式中S――煤中硫的质量分数；
Qs――标准状态下燃煤产生的实际烟气量，
CSO=2乎1“0.98106（mg/m3）=1.91103（mg/m3）
3.2除尘器的选择
=1
C
Cs标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，（mg/m3）
式中Q标准状态下的烟气气流量，
T'――工况下烟气温度,K;
T――标准状态下温度,273K
根据工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定除尘器：
由陕
西蓝天锅炉设备制造有限公司所提供的XDCG型陶瓷多管高效脱硫除尘器
（〈国家级科技成果重点推广计划》项目）中选取XDCG4型陶瓷多管高效脱硫除尘器。
产品性能规格见表3-3-1,设备外形结构尺寸见表3-3-2。
表3-3-1XDGC4型陶瓷多管高效脱硫除尘器产品性能规格
型号
配套锅炉容量
/（j/H）
处理烟
气量
/（/h）
除尘效
率/%
排烟黑
度
设备阻
力/
脱硫效
率/%
质量/
XDGC4
8
12000
>98
=1级
800~14
>85
2800
林格曼
00
黑度
表3-3-2XDGC4型陶瓷多管高效脱硫除尘器外型结构尺寸
H
H
H
H
A
B
C
D
E
F
4460
2985
4235
700
1400
1400
300
50
350
1000
4管道的布置与计算
确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。
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。
4.1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
4.2管径的确定
式中Q――工况下管道内的烟气气流量，m3/s；
v——烟气流速，m/s（对于锅炉烟尘=10~15m/s）
取v=14m/s
r「1^27
则d=3414=0.49（m）
圆整并选取风道
外径D/mm
钢制板风管
外径允许偏差/mm
壁厚/mm
500
±1
0.75
内径=d=500-2X0,75=495.5（mm）
由公式d
"程士^13.8（m/s）
■d23.140.49552
5烟囱的设计
5.1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3-3-3）确定烟囱的高度。
表3-3-3锅炉烟囱的高度
锅炉总额定出力
<1
1~2
2~6
6~10
10~20
26~35
/（t/h）
烟囱最低高度/m
20
25
30
35
40
45
锅炉总额定出力：
4X8=32（t/h）
故选定烟囱高度为45m
5.2烟囱直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算：
d=0.0188
式中Q――通过烟囱的总烟气量，m3/h
w――按表3-3-4选取的烟囱出口烟气流速，m/s
3-3-4烟囱出口烟气流速/m/s
通风方式
运行情况
全负荷时
最小负荷
机械通风
10~20
4~5
自然通风
6~10
2.5~3
选定w=4m/s
d2=0.018889754=2.63（m）
4
圆整取d=2.6m
烟囱底部直径
di=d22-i.H（m）
式中d2——烟囱出口；
H烟囱咼度，m;
I――烟囱锥度；（通常取i=0.02~0.03）。
取i=0.02
d=2.6320.0245=4.43（m）
5.3烟囱的抽力
式中H——烟囱高度；m;
tk――外界空气温度，°C
tp――烟囱内烟气平均温度，C
当地大气压，Pa
6.系统阻力的计算
6.1摩擦压力损失
LPv2
对于圆管•巾L「亠-（P.）
d2
式中L——管道长度，m;
d管道直径，m；
'――烟气密度，kg/m2
-——管中气流平均速率，m/s；
K
■――摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度-的函数。
d
可以查手册得到（实际中对金属管道■值可取0.02，对砖砌或混凝土管道，值可取0.04）。
a，对于''500管道
L=9.5m
—n-^=1.34经=0.84（kg/m3）
273+160443
=30.4（巳）
9.50.84X13.82
•：
pL=0.02-
0.52
b.对于砖砌拱形烟道
=B2
兀2
A=2X-D2
4
D=500mm
故B=450mm
则R=—X
式中,A为面积,X为周长。
6.2局部压力损失
■p—（Fa）
2
式中-异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获
得；
V-相对应的断面平均气流速率，m/s
'-烟气密度，kg/m3
--45C时，=0.1
取--45°c，v=13.8m/s
，•。
侃）
22聲Pv「0.84x13.8
.：
p0.1
2
h=0.05tan67.5=0.12（m）
h=2.985-2.39=0.595=0.6（m）
h/D=0.6/0.5=0.12,取'=0.157
由手册查的Re=1.0
=1.00.157=0.157
=0.157
2
0.8413.8
2
=12.6（Pa）
图中三为渐扩管△二0.3511.79
A2门一0.4985
2314-
4
查大气污染控制工程》附表^一,并取:
=30:
则F：
-0.19
一竺“19°.8413・82
2
=15.2（Pa）
22
=15.2（Pa）
仝也=019』如13.8
2
I3
（1一0.4985）tan15：
=0.93（m）
图3-3-4中a为渐扩管
:
<45:
时，=0.1
取a=30°,v=13.8m/s
二兰巾1^^=8.0侃）
L=0.93（m）
图3-3-4中b,c均为90o弯头
D=500,取R=D,则=0.23
22
则—=0.230.8413.8=18.4（巳）
22
两个弯头•巾=2：
p=218.4=36.8（Pa）
对于如图3-3-5所示T形三角管
=0.78
对于T形合流三通
--0.55
&尹Pv20.84X13.82—、
p0.5544（Pa）
22
系统总阻力
（其中锅炉出口前阻力为800Pa,除尘器阻力1400Pa）为
二巾=30.484.18.012.615.28.036.862.4448001400=2601.5（Pa）
7风机和电动机选择及计算
7.1标准状态下风机风量的计算
“1Q273+tpJ。
1.325
273B
=（m3/h）
式中1.1――风量备用系数
Q——标准状态下风机前风量
tp――风机前烟气温度，C,
m3/h
若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温
度;
当地大气压力,kPa
7.2风机风压的计算
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，c
ty――风机性能表中给出的试验用气体温度，c
标准状态下烟气密度
Hy
=1.2（2601.5-183）
273160沁1^.2400Pa）
27325097.861.34
根据和选定丫5-47-136.5C工况号为2的引风机,性能表如下
机号传
转速
工况序
流量
全压/
内效率
内功率
所需功
动方式
/（r/min）
号
/（/h）
/%
率
6.5C
2620
2
11930
2992
78.6
12.61
17.66
7.3电动机功率的计算
式中Qy风机风量，m3/h
Hy风机风压，Pa
风机在全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机约为
0.9）;
2――机械传动效率，当风机与电机直联传动时=1,用联轴器连
接时
2=0.95~0.98,
电动机备用系数,对引风机,=1.3
用V形带传动时2=0.95;
1110924001.3
360010000.60.95
根据电动机的功率、风机的转速。
传动方式选定丫180M-2型电动机
8.系统中烟气温度变化
8.1烟气在管道中的温度降
t^-q^F（T）
Q*Cv
式中Q——标准状态下烟气流量，；
F――管道散热面积，卅；
Cv――标准状态下烟气平均比热容,一般为1.352~1.357q――管道单位面积散热损失。
室内q=4187kJ/（m3/h）
室外q=5443kJ/（m3/h）
室内管道长:
L=2.18-0.6-0.12=1.46（m）
F=LD=3.141.460.5=2.29（m2）
室外管单长：
L=9.5-1.46=8.04（m）
F二虬D=3.148.040.5=12.62（m2）
8.2烟气在烟囱中的温度降
=H^A（C）
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――温降系数，可用表3-3-5查得。
表3-3-5烟囱温降系数
烟囱种类
钢烟囱（无
钢烟囱
砖烟囱（H<50m）壁厚小
砖烟囱壁厚
衬筒）
（有衬
于0.5m
大于0.5m
筒）
A
2
0.8
0.4
0.2
45汽04
I二.=3.18（C）
J4汉8
总温度降't=:
ti=t2=9.43.18二12.6（C）
参考文献
1•郝吉明，马广大主编•大气污染控制工程•北京：
高等教育出版社,2002
2.钢铁企业采暖通风手册.北京：
冶金工业出版社，2000
3•同济大学等编.锅炉及锅炉房设备.北京：
中国建筑工业出版社，1986
4.航天部第七研究设计院编•工业锅炉房设计手册•北京：
中国建筑工业出版社，
1986
5.陆耀庆主编.供暖通风设计手册.北京：
中国建筑工业出版社，1987
6.工业锅炉旋风除尘器指南.1984
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