环境工程大气课程设计1环境工程些课有课程设计

环境工程大气课程设计1环境工程些课有课程设计 1设计概要 . 1 1.1袋式除尘器的应用状况 . 1 1.2袋式除尘器的原理 . 1 1.3 袋式除尘器的优点. 2 1.4净化系统的方案 . 2 1.5 袋式除尘器的参数. 3 2 锅炉燃烧的相关计算. 3 2.1设计原始 . 3 2.2燃烧组分计算 . 4 2.3理论空气量和烟气量的计算 . 4 3 袋式除尘器结构设计计算. 5 3.1除尘效率的计算 . 8 3.2工况下的烟气流量 . 6 3.3计算总过滤面积 . 6 3.4滤袋尺寸的计算 . 6 3.5除尘器外形尺寸的计算 . 7 3.6灰斗的相关计算 . 7 4 管道的相关计算. 8 5 烟囱的设计计算. 8 5.1烟囱高度的确定 . 8 5.1.2烟气在管道中的温度降 . 9 5.1.3烟气在烟囱中的温度降 . 13 5.1.4系统总温度降?t. 13 5.1.5烟气热释放率QH的计算 . 13 5.1.6烟气抬升高度H的计算 . 14 5.1.7烟囱的有效高度H . 14 5.1.8校核 . 14 5.2烟囱直径的计算 . 15 5.2.1出口内径 . 15 5.2.2底部直径 . 15 6 风机的力的计算. 16 6.1管道阻力的计算 . 16 6.2烟囱阻力的计算 . 16 6.3风机的阻力 . 17 6.4系统总阻力的计算 . 17 7 风机的选择计算. 18 7.1风量的计算 . 18 7.2风压的计算 . 18 7.2.1标况下的风压的计算 . 18 7.2.2工况下的风压 . 19 7.3电机功率的计算 . 19 7.4风机的选择 . 20 8 . 20 9致谢 . 21 _. 19 摘 要 随着环境保护要求的日渐提高，全世界对环境保护的要求都愈来愈严，要达到较高的净化效果，使用多管旋风除尘器或普通的湿式除尘器就有困难了，为此必须安装高效的除尘器。布袋除尘器属高效除尘器。从净化效率来看，布袋除尘器除微细粒尘的效率最好。 本次设计的是QXS65-39型火电厂锅炉后的烟气袋式除尘系统，在设计中利用已知给出的无烟煤的成分首先计算出锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度。其次是分析确定净化系统设计方案，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。再次是袋式除尘设备结构设计计算，计算出过滤面积，过滤袋数，滤室长度和宽度，排气管直径和灰斗高度等。第四是烟囱设计计算，计算出烟囱登几何高度，烟囱的抬升高度，即可得到烟囱的有效高度，计算出烟囱的出口直径和底部直径。第五是管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择；阻力有摩擦压力损失，烟囱阻力，局部阻力损失， 即可得到系统总阻力；根据风压和风量选定9-19锅炉引风机。 1设计概要 1.1袋式除尘器的应用状况 自20世纪六、七十年代开始，随着各国对环保要求的提高，袋式除尘器逐渐得到了广泛的运用。国外如澳大利亚90%的燃煤机组均采用袋式除尘器，从早期的小机组发展到660MW的大机组。欧盟的大部分燃煤机组也都采用袋式除尘器。国内的电厂、水泥行业的高浓度粉尘的处理等也都有采用袋式除尘器的实例，粉尘的排放浓度一般在20mg/Nm3以下,最大不超过35mg/Nm3。目前国内的袋式除尘器在高湿度、高粉尘浓度、高温度工况下的运行已趋于成熟。如台泥集团的袋式除尘器运行时湿度高达20%；水泥行业窑尾粉尘浓度多在1000g/Nm3左右，最高可达1400g/Nm3，袋式除尘器仍能正常运行，排放浓度都可控制在50mg/Nm3下。袋式除尘器当前主要研究领域有：高温、高湿度、高浓度含尘气体的净化；高细粉尘污染的控制以及分离捕集有害气体。可以肯定，随着袋式除尘器在橡塑工业中的长 期应用和理论研究的不断深入，如设计参数、过滤机理、滤料性能、设备结构和清灰方法等工作的进一步研究，袋式除尘器在橡塑工业的生产和环境保护中将发挥更大的作用。 1.2袋式除尘器的原理 袋式除尘器是含尘气体通过滤袋（简称布袋）滤去其中的颗粒的分离捕集装置，是过滤式除尘器的一种。袋式除尘是一种较老的除尘技术，早在18世纪80年代就开始应用。当时只是使用一些挂袋，工作效率较低。1881年德国Betch工厂的机械振动清灰袋除尘器开始商业化生产。1954年HJHersey发明了逆喷型吹气环清灰技术，使得袋式除尘器实现了除尘、清灰连续操作，处理量提高数倍，滤袋压力较稳定。特别是1957年TVReinauer发明的脉喷型（脉冲）袋式除尘器，被认为是袋式除尘技术的一次重大发现，它不但操作和 清灰连续，滤袋压力损失更趋于定，处理气量进一步增大，而且内部无运动部件，滤布寿命更长且结构简单。20世纪70年代以后，袋除尘器技术向大型化发展。美、日、澳及欧州等国家，结合大规模工业生产，相继开发了大型袋式除尘器应用于燃煤电站、干法水泥口转窑窑尾和电炉除尘。单台过滤面积超1000m3的不在少数。 1.3 袋式除尘器的优点 (1)除尘效率高，特别是对微细粉尘也有较高的除尘效率，一般可达99。如果在设计和维护管理时给予充分注意，除尘效率不难达到99.9以上。 (2)适应性强，可以捕集不同性质的粉尘。例如，对于高比电阻粉尘，采用袋式除尘器比电除尘器优越。此外，入口含尘浓度在一相当大的范围内变化时，对除尘效率和阻力的影响都不大。 (3)使用灵活，处理风量可由每小时数百立方米到数十万立方米。可以做成直接安装于室内、机器附近的小型机组，也可以做成大型的除尘器室。 (4)结构简单，可以因地制宜采用直接套袋的简易袋式除尘器，也可采用效率更高的脉冲清灰袋式除尘器。 (5)工作稳定，便于回收干料，没有污泥处理、腐蚀等问题，维护简单。 (6)应用范围受到滤料耐温、耐腐蚀性能的限制，特别是在耐高温性能方面，目前涤纶滤料适用于120130，而玻璃纤维滤料可耐250左右，若含尘气体温度更高时，或者采用造价高的特殊滤料，或者采取降温措施。这会使系统复杂化，造价也高。 (7)不适宜联结性强及吸湿性强的粉尘，特别是含尘气体温度低于露点时会产生结露，致使滤袋堵塞。 (8)处理风量大时，占地面积大，造价高。 (9) 滤料是袋式防尘器中的主要部件，其造价一般占设各费用的10一15左右，滤料需定期更换，从而增加了设备的运行维护费用，劳动条件也差 1.4净化系统的方案 本系统是采用袋式除尘器对锅炉产生的烟气进行除尘，由所给参数可知，由锅炉产生的烟气的温度有160摄氏度，对滤料可能产生不利影响，所以对于产生的烟气要进行降温措施。所以在进入除尘器前加换热器，使降温到120度。在除尘器的滤料的选择上就要用适合这种温度的材料，所以采用的是涤纶。本人设计的是高压脉冲清灰袋式除尘器。在出口外要设置引风机和电支机作为动力补偿，最后从烟囱中排出。 1.5 袋式除尘器的参数 按锅炉大气污染物排放标准（GB13271xx）中二类区标准执行； 标准状态下烟尘浓度排放标准：150mg/m 排放状态下二氧化硫排放标准：900mg/m 33 2 锅炉燃烧的相关计算 2.1设计原始资料 锅炉型号：QXS65-39 即，强制循环室燃炉（煤粉炉），蒸发量65t/h，出口蒸汽压力39MPa 设计耗煤量：8.5t/h 设计煤成分：CY=64.5% HY=3% OY=4% NY=1% SY=1.5% AY=15% WY=11%； VY15；属于中硫烟煤 排烟温度：160 空气过剩系数1.25 飞灰率29 烟气在锅炉出口前阻力900Pa 污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。 连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度250m，90弯头50个。 2.2燃烧组分计算 设有1000g该成份的煤，假设N的产物全部转化生成N2,S全部转化生成SO2。由质量百分比组成确定其摩尔组成 表2.1 成分 C H N S O A V W 质量(g) 645 30 10 15 40 150 150 110 摩尔数(mol) 需氧量（mol） 产物名称 53.75 30 0.71 0.47 2.5 - - 6.11 53.75 7.5 0 0.47 -1.25 - - 0 CO2 H2O N2 SO2 - - - H2O 产物量(mol) 53.75 15 0.355 0.47 - - - 6.11 2.3理论空气量和烟气量的计算 烟气的主要成分是CO2,SO2,H2和H2O 理论需氧量V?53.75?7.5?0.47?1.25?60.47mol/kg煤 假定干空气中氢和氧的摩尔比(体积比)为3.78,则1kg油完全燃烧所需的理论空气量为 60.47?(3.78?1)?289.05mol/kg煤 在理论烟气条件下烟气的组成（mol）为 CO2:53.75 H2O:15+6.11 SO2:0.47 N2:60.47?3.78+0.355 则理论烟气量Vfg?53.75?21.11?0.47?228.93?304.26mol/kg煤 0 ?304.26?即 Vfg 22.4 ?6.82m3/kg煤 1000 空气过剩系数?=1.25,则实际通入烟气量为 6.82?6.47?0.25?8.44m3/kg煤 烟气中SO2的浓度为 900mg/kg) 2.4实际烟气量的计算 烟气中烟尘的重量为1000?15%?29%=43.5g/kg煤,即烟尘的浓度为43500/8.44=5154.03mg/m3(已超标) 则锅炉的烟气量: 8.44m3/kg煤?8500kg/h?71740m3/h 0.47?64 ?3563.98mg/m3(已高于最高允许排放浓度8.44 3 袋式除尘器结构设计计算 本设计采用下进上排外滤式除尘，用脉冲喷吹方式清灰。脉冲清灰的吹气流速VF=2.04.0m/min,取VF=4m/min 3.1除尘效率的计算 计算公式 ?(1? Cs )?100% (3-1) C 式中 -除尘效率 C-标准状态下烟气含尘浓度，mg/m 3； CS-标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m。 200 )?100%?96.12% 5154 3 则 ?(1? 3.2工况下的烟气流量 计算公式 Q=QT/T(m/h) (3-2) 则 Q?71740?3.3计算总过滤面积 120?273 ?103274.1m3/h?28.69m3/s 273 3 计算公式 A? Q (3-3) 60VF Q103274.1 ?430.3m2 60VF60?4 A? 3.4滤袋尺寸的计算 本设计采用圆形滤袋，这种圆形滤袋直径通常在0.10.4m之间。袋长为 26m,袋间距一般为0.050.07m。 取 直径D0.4m， 袋长l6m， 袋间距d=0.05m (1)每条滤袋面积a 计算公式 a?Dl (3-4) a?3.14?0.4?6?7.536m2 (2)滤袋条数n A (3-5) a A430.3 ?57.1?60条 n? a7.536 计算公式 n? (3)对n=28进行校核 Q 60na 103274.1 ?3.8m/min VF? 60?60?7.536 校核 VF? 3.5除尘器外形尺寸的计算 60个袋分成4组,每组3?4矩阵排列,则 除尘室宽6?0.4?0.6?0.06?4?0.2?2?3.64m 除尘室长?8?0.4?0.06?6?0.6?0.2?2?4.56m 如图 : 图3.1 除尘室内袋子的摆放结构 在底部安装支架,高4.3m 在除尘袋上方加净气室,高1.5m 除尘袋与除尘室底部相距0.05m 过滤袋与除尘事顶部的距离0.05m 则除尘器的总高4.3+1.5+6+0.05+0.05=12.9m 3.6灰斗的相关计算 在底部安装灰斗，宽3.64m,长4.56m, 2.03?3.08 灰斗的出灰口是半径为0.5m圆,倾角为600 (1)灰斗的容积 1 计算公式 V?h1?(s1?s2?s1?s2) (3-6) 3 式中 h1灰斗高度 s1上底面积 s2下底面积 1 V?3.08?3.14?0.52?3.64?4.56?31.22m3 3 ?(2)除尘量的计算 V?71740?144?10?6?10.33m3/h 4 管道的相关计算 计算公式 d? 根据经验，锅炉内烟气的流速V1015m/s之间，所以取V=15m/s 则 d? ?0.78m 管道的内径根据表4.1计算 表4.1 内径d1?780?2?0.5?779mm 则实际流速为 V? Q28.69 ?15.06m/s 22 ?d13.14?0.779 5 烟囱的设计计算 5.1烟囱高度的确定 5.1.1烟囱高度的初选 根据一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量(t/h)和锅炉大气污染物排放标准中的规定，由表5.1确定烟囱的高度. 表5.1烟囱高度和锅炉总额定出力的关系 锅炉总额定出力 /(t/h) 12 26 610 1020 2635 25 30 35 40 45 烟囱最低高度 20 由已知条件总额定出力为65(t/h),故先选定烟囱高度需大于45m,取高度60m。 5.1.2烟气在管道中的温度降 设管道室内部分长L1=100m,室外部分长L2=150m 计算公式 t1=q?F/Q?Cv () (5-1) 式中 Q标准状态下烟气流量，m/h； F管道散热面积，m 2 3 ； 3 Cv标准状态下烟气平均比热容，一般为1.3521.357KJ/( m?); q管道单位面积散热损失。 室内q=4187KJ/( m?h) 室外q=5443KJ/( m?h) 22 F1?L1D?3.14?100?0.78?244.92m2 F2?L2D?3.14?150?0.78?367.38m2 则 ?t1? ? q1F1qF ?22 QCvQCv4187?244.925443?367.38 ?31.12 71740?1.35571740?1.355 5.1.3烟气在烟囱中的温度降 计算公式 t2=H?A/D() (5-2) 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，可由表5.2查得。 表5.2烟囱温降系数与烟囱种类的关系 烟囱种类 1/2 钢烟囱(无衬筒) 钢烟囱(有衬筒) 砖烟囱(H 壁厚小于0.5m 0.5m 0.2 A 2 0.8 0.4 取A=0.4 则 ?t2?60?4.7 5.1.4系统总温度降?t ?t?t1?t2 ?t?31.12?4.7?35.82 5.1.5烟气热释放率QH的计算 烟气热释放率 QH?0.35PaQv ?T (5-3) Ts 式中：Pa大气压力，查得近年平均值为906.35hPa； Qv实际排烟量， m3/s; Ts烟囱出口处烟气温度，单位为绝对温度（K）,本设计中 Ts=120+273-35.82=357.18K; QH?0.35?906.35? 71740.273.15?35.82 ?5468.3kw 3600357.18 5.1.6烟气抬升高度H的计算 ?H?2(1.5?sD?0.01QH)? (5-4) 式中 vs烟气出口流速，； D烟囱出口内径，m; QH烟气的热释效率，kw； ?H?2?1.5?4?1.02?0.01?5468.3?2.5 ?48.6m 5.1.7烟囱的有效高度H H?Hs?H (5-5) 式中 ?H烟囱抬升高度，m； Hs烟囱几何高度，m。 H?60?48.6?108.6m 5.1.8校核 查表可知烟尘在以上条件下的最大允许浓度为0.9gm3 ?2Q?y max ?uH2 e? (5-6) z 式中 ?y,?z污染物在y,z方向上的标准差，?zy?0.11； 烟气出口处的平均风速，ms，取2.5s； Q源强，gs； ?max地面最大浓度，m3； 当?zy?0.7时：地面最大浓度模式 ?max? ?z2Q ?2 ?He?y 2?7174033 ?0.7?0.40g/m?0.9g/m 2 3.14?2.5?108.6?2.72 ? 由上校核结果可知,选定的烟囱高35m符合要求. 5.2烟囱直径的计算 5.2.1出口内径 d2?3 式中 Q-通过烟囱的总烟气量，m/h； ?-烟囱出口烟气流速，m/s。 ?的值根据表5.2选取。 表5.3烟囱出口烟气流速/（m/s） 取?4m/s 则 d2?0.0188 ?2.52m 5.2.2底部直径 d1?d2?2?i?H (5-8) 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=0.020.03) 取i=0.2 则d1?2.52?2?0.02?60?4.92m 6 风机的力的计算 6.1管道阻力的计算 确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道的布置。并计算管道的直径、长度、烟囱高度及系统总阻力。各装置及管道布置的原则:根据锅炉运行情况及锅炉现场的实际情况确定各装置的位置。对各装置及管道的布置应力求简单、紧凑、管程短、占地面积小，并使安装、操作及检修方便即可。 计算公式 2 ?l?V ?hf?n? ?d?2 (6-1) ?-摩擦压力损失; l-管道长度,m; -管中气流平均速率,m/s; d?圆管直径,m; ?- 局部阻力系数; 查手册?0.2，对于900弯头，?0.75 2250?15.06 则?hf?0.2?50?0.75?5708.6(Pa) 0.7792? 6.2烟囱阻力的计算 计算公式 L?v2 ?PL? (6-3) d2 式中 ，L管道长度,m； d管道直径，取均值m； ?烟气密度,kg/m3； v管中气流平均流速， m/s； ?摩擦阻力系数 ,取0.02 计算烟气密度? 烟气的质量流量?s ?s? 53.7?54?4 0.?47?641000 2?1.1?118?228.9328 ?2400?22044.kg24h / 则烟气密度 ? ? ?s Qs (6-4) 22044.24 ?0.307kg/m3 71740 273.13 工况下 ? 273.1?3120 273.13 ?0.21kg/m3 ?0.307? 273.13?120 2500.21?15.062 ?32(Pa) 所以可得： ?PL?0.02? 2 2 6.3风机的阻力 根据经验，风机阻力通常在10001200Pa。本设计中阻力取1000Pa。 6.4系统总阻力的计算 系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为900Pa，除尘器阻力为1200 Pa）为： ?h=锅炉出口前阻力+设备阻力+管道阻力+引风机组力+烟囱阻力 =900+1200+5708.6+1000+32=8840.6Pa 7 风机的选择计算 净化系统管网设计计算的目的是根据工艺的特点及管道配置，确定系统的风量，管道尺寸及系统的总阻力后选择匹配的风机。 7.1风量的计算 计算公式 Q0?KQQ (7-1) 式中 Q0选择风机的计算风量，m3/h； Q管网计算确定的抽风量，m3/h； KQ风量附加的安全系数。 经过查表可设KQ=1.15 Q0?1.15?71740?82501m3/h 7.2风压的计算 7.2.1标况下的风压的计算 计算公式 ?P0?Kp?P (7-2) 式中 ?P0选择风机的计算风压，Pa; Kp风压安全系数，取1.2； ?P管网计算的风压，Pa。 ?P0?1.2?8840.6?10608.7Pa 7.2.2工况下的风压 ?P0?P0 TP (7-3) T0P0 式中 ?P0实际工况下的风压，Pa； ?P0标准状态下的风压，Pa； T,P标准状态下的温度和压力K,Pa； T0,P0实际工况下的温度和压力K,Pa； 由计算得系统实际温度降42.8 则 ?P?10608.7? 273.15?101325 393.15?101325?8840.6?6779.2pa7.3电机功率的计算 Ne? Q0?P0Kd 3600?1000? (7-4) 1?2 式中 Ne电机功率，kw； Q30风机的总风量，m； ?P0风机的风压，Pa； Kd电动机备用系数； ?1通风机全压效率； ?2机械传动效率。 经查相关数据得Kd=1.3, ?1=0.6, ?2=1 则 N?6779.2?1.3 e? 825013600?1000?0.6?1 ?121.2kW/h 7.4风机的选择 风机的风量Q=82501m3/h,工况下的风压?P0=6779.2Pa,电机功率 Ne121.2kW,因此选择9-19锅炉引风机，该0.2-20t/h工业锅炉，有C式及D式传动，风压30489222，风量为82441910,功率2.2410kW/h。 8总结 通过本次的课程设计,我们学到了锅炉烟气