大气正式版XXXX级环境工程课程设

华北水利水电大学2010级环境工程课程设计《大气污染控制工程》华北水利水电大学第1章概述1.1设计题目某燃煤锅炉房烟气除尘系统设计1.2设计目的通过课程设计进一步消化和巩固《大气污染控制工程》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。通过课程设计，了解工程设计的内容、方法及步骤；培养自己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、利用技术资料、编写设计说明书的能力。1.3设计任务和内容1.系统设计方案的分析确定；2除尘器的比较和选择；3管网布置及计算；4系统阻力计算；5.风机及电机的选型；6.绘制除尘系统平面布置图、系统图；7.编写设计说明书、计算书。1.4设计依据及原则1.4.1设计依据《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）1.4.2设计原则除尘净化系统通过降低烟尘排放量，极大地改善了大气环境质量。好的除尘华北水利水电大学净化系统不仅除尘效果好，投资省，而且达到排放标准。设计除尘净化系统时，通常遵循以下原则：1.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。2.管道应尽量集中成列，平行敷设，与柱、墙、设备及管道之间应留有足够距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩要求。3.除尘管道力求顺直，当必须水平敷设时，要有一定的坡度和足够的流速以防止积尘。4.为减轻风机磨损，特别当含尘浓度较高时（大于3g/m3时），应将净化装置设在风机的吸入段。5.分支管与水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入；几个分支管汇合于同一主干管时，汇合点最好不设在同一断面上。6.三通管的夹角一般不大于300。1.5设计原始资料直吹式煤粉炉，3台设计耗煤量：1000kg/h（台）锅炉额定蒸发量6t/h主蒸汽压力9.8Mpa过量空气系数α=1.3排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：15%排烟温度：140～150℃烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压力：100kPa冬季室外空气温度：－1℃空气含水（标准状态下）按0.01293kg烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：C:65.7%；S:1.7%；H:3.2%；O:2.3%；灰分:18.1%；水分:9%；含氮量不计。华北水利水电大学飞灰主要的化学成分如下：飞灰化学成分质量分数（％）飞灰化学成分质量分数（％）SiO255.56～62.8Al2O315.79～19.38Fe2O37.0～12.2CaO2.0～4.0MgO1.2～4.4K2O2.3～3.3Na2O0.8～2.2SO21.0～2.7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净化系统布置场地如图1、图2所示,在锅炉房南侧15m以内。图1剖面图6.502.39图2为净化系统平面布置图，见下页。华北水利水电大学第2章烟气量和烟尘浓度计算2.1理论空气量计算2.1.1燃烧的假定（1）空气仅是由氮和氧组成的，其体积比为79.1/20.9=3.78；（2）煤中固定态氧可用于燃烧；（3）煤中的硫主要被氧化为SO2；（4）热力型NOx的生成量较小，燃料中含氮量也较低，在计算理论空气量时可以忽略；2.1.2理论空气量Va0以1000kg/h(1台锅炉)的燃煤量计算①理论需氧量=（54.75+0.53+8—0.72）×103=62.56×103mol②理论空气量Va0=62.56×103×(1+3.78)×22.4/1000=6698.42m32.2理论水蒸气体积V物质质量/kg物质量/mol耗氧量/mol生成水量/molC65754.75×10354.75×103-S170.53×1030.53×103-H3232×1038×10316×103O231.44×103--灰分181---水分905×103--华北水利水电大学由三部分构成：①燃料中氢燃烧后生成的水蒸气体积V1②染料中所含水蒸气体积V2③由供给的理论空气量带入的水蒸气体积V3①V1=16×103×22.4/1000m3②V2=5×103×22.4/1000m3③V3=Va0×0.01293/18×103×22.4/1000m3=4.81×103×22.4/1000m3V=V1+V2+V3=(16+5+4.81)×103×22.4/1000m3=578.14m32.3理论烟气量Vfg0Vfg0=(54.75+0.53+62.56×3.78+16+5+4.81)×103×22.4/1000m3=7113.5m32.4标况下实际烟气量Vfg已知空气过剩系数α=1.3Vfg=Vfg0+Va0×(α-1)代入数据得：Vfg=Vfg0+Va0×(α-1)=7113.5+6698.42×(1.3-1)=9123.0m3=2.5标况下烟尘浓度CsCs=(1000×106×18.1%×15%)/Vfg=(27.15/9123.0)×106mg/m3=2976mg/m3华北水利水电大学第3章除尘方案的确定及除尘器的选择3..1除尘方案的确定使来自3台锅炉的烟气分别通过3台旋风除尘器，经过除尘后采用机械排烟的方式，在每台除尘器的后面各安装一台引风机，使除尘后的烟气沿着烟道，经过汇聚后由烟囱排出3.2除尘器的选择3.2.1除尘器应该达到的除尘效率CCs1sC——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，3/mmg。C——标准状态下烟气含尘浓度，3/mmg。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代入数据得除尘效率为：93.28%3.2.2除尘器的选择工作状况下每台锅炉产生的烟气量：hmTQTQ/3''其中Q——标准状态下的烟气流量，)/(3hm9123m3/hT、——工作状况下烟气温度，423.15KT——标准状态下温度，273.15K代入数据得:华北水利水电大学hmTQTQ/3''=9123×423.15/273.15=14132.9m3/h=3.9m3/s根据工作状况下的烟气量Q、=14132.9m3/h、排烟温度140o-150o及要求达到的除尘效率,除尘效率为93.28%来选择除尘器.选择XZD-Φ1150型旋风除尘器，产品性能规格见下表1，表2.表1XZD旋风除尘器主要性能表2XZD旋风除尘器外形尺寸表下图为XZD旋风除尘器的结构形状华北水利水电大学XZD-Φ1150型旋风除尘器的性能参数表名称进口风速风量XZD-Φ1150型旋风除尘器24m/s14900m3/h华北水利水电大学第4章管径和烟气流速的确定4.1管径的确定①锅炉到除尘器之间的管道采用截面形状为矩形的管道②通风机到烟囱之间的管道均采用截面形状为圆形的管道4.1.1锅炉到除尘器之间的管道截面尺寸确定确定（1）烟气流速（2）确定截面尺寸管道截面面积设为S=a×b,本设计中取v=14m/s则S=a×b=Q/v=3.9/14=0.28m2表5-1矩形通风管道规格华北水利水电大学经过与表1对照比选，选择钢板制风道规格为a×b=630×500(3)烟气流速确定内边长：（630-2）×（500-2）=628×498则S内=0.31m2所以实际烟气流速：v=Q/s=3.9/0.31=12.6m/s,满足要求。4.1.2通风机到除尘器之间的管道直径确定（1）管径确定)(4mQd式中Q——工况下管道内烟气流量，sm/3，其值为：3.9sm/3——烟气流速m/s，,对于锅炉烟尘的取值范围为:10-15m/s,本设计中取=15m/s代入数据计算得：d=0.58(m)表5-2圆形通风道规格（其中部分）:与表2对比选择钢板风管外径630mm的圆形通风道，其规格参数如下：华北水利水电大学风道直径规格表（2）烟气流速确定内径d1:d1=630-2×1=628mm由公式)(4mQd可计算出实际烟气流速：V=12.6(m/s),所以符合要求外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm630±11.0华北水利水电大学第5章烟囱的设计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GB13271-2001锅炉烟囱高度表确定烟囱的高度。锅炉烟囱的高度锅炉总额定出力/(t/h)11-22-66-1010-2026-35烟囱最低高度/m202530354045锅炉总额定出力：3×6=18（t/h）,介于10-20m之间。故选定烟囱高度为40m5.2烟囱直径的计算①烟囱出口内径可按下式计算：d2=0.0188(Q/v)1/2式中Q——通过烟囱的总烟气量，hm/3；v---4～5m/s，本设计中取5m/s代入数据得d2=0.0188(Q/v)1/2=0.0188×√（3×14132.9/5）=1.7m②烟囱底部直径：d1=d2+2iH式中2d——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），本设计中取i=0.03。代入数据得：d1=d2+2iH=1.7+2×0.03×40=4.1m华北水利水电大学第6章系统阻力计算6.1摩擦压力损失（一个锅炉房的除尘系统）（1）对于截面为矩形的管道①设计锅炉到除尘器之间的直线段长度l1为6m表6-1钢板矩形通风管道计算表（摘取总表中的一部分）②由截面为矩形的管道截面尺寸a×b=630×500(mm),Q=14132.9m3/h,并查表6-1得单位长度的摩擦压力损失为ii=2.780pa/m③截面为矩形管道的摩擦压力损失L1华北水利水电大学L1=i×l1=6×2.780=16.68pa（2）对于截面为圆形的管道①设计通风机到烟囱之间的直线段长度为l2为6m表6-2钢板圆形通风管道计算表（摘取总表中的一部分）②由圆形管道的直径D=630mm,Q=14132.9m3/h,并查表6-2，采用插入法计算得单位长度的摩擦压力损失为ii=2.391pa/m③截面为圆形管道的摩擦压力损失L2L2=i×l2=6×2..391=14.346pa华北水利水电大学6.2局部压力损失（一个锅炉房的除尘系统）)(22Pap式中——异形管件的局部阻力系数，——与相对应的断面平均气流速率，m/s——工况下烟气密度，kg/m3=Cs×273/(273+150)=0.002976×0.65=0.00193kg/m3（1）从锅炉出口到除尘器入口之间管段的局部阻力损失ΔP1该管段采用了1个渐扩管（天圆地方）设其阻力系数为ξ1；2个90o矩形斜接弯头，设其阻力系数为ξ2；1个渐缩管（矩形风道金子塔形），设其阻力系数为ξ3。则，ΔP1=（ξ1+2ξ2+ξ3）×ρ×v2/2①天圆地方华北水利水电大学表6-3D-2矩形风道金子塔形扩散管计算并查表6-3得ξ1=0.29②表6-4矩形风道斜接弯头阻力系数表查表6-4，选取θ=90o,并用插入法计算得：ξ2=1.16,华北水利水电大学③表6-5矩形风道金子塔形扩散管阻力系数表选取θ=45o,计算并查表6-4阻力系数表得ξ3=0.7。综上代入数据得：ΔP1=（ξ1+2ξ2+ξ3）×ρ×v2/2=（0.29+2×1.16+0.7）×0.00193×12.62/2=0.507pa(2)从除尘器出口到引风机入口之间的局部阻力损失ΔP2该管段采用1个渐扩管，设其阻力系数为ξ1；3个圆形斜接弯头，其阻力系数为ξ2；1个渐缩管，设其阻力系数为ξ3，则ΔP2=（ξ1+3ξ2+ξ3）×ρ×v2/2①表6-6圆风道锥形扩散管华北水利水电大学选取θ=45o经计算并查表6-6得：ξ1=0.28②表6-7圆风道斜接弯头华北水利水电大学选取θ=90o,经计算并查表6-7得：ξ2=0.34ξ3由查表得为0.7综上代入数据得ΔP2=（ξ1+3ξ2+ξ3）×ρ×v2/2=（0.28+3×0.34+0.7）×0.00193×12.62/2=0.31pa(3)引风机出口到烟囱之间的局部压力损失Δp3该管段采用了1个渐扩管（天圆地方），设其阻力系数为ξ1；1个圆形斜接弯头，设其阻力系数ξ2;1个T型三通