某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计

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环境工程大气污染控制工程程程设计

《大气污染控制工程》课程设计任务书

指导教师：王琼宋剑飞

颗粒物污染控制

一、题目

某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计

二、目的

通过课程设计进一步消化和稳定本课程所学内容，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

锅炉型号：SZL4-13型，共4台（2.8MW4）

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

煤的工业分析值：

设计耗煤量：700kg/h（台）

Car=67%Har=3.48%Sar=1.22%Oar=6.78%

Nar=1%War=5.56%Aar=14.96%Var=15.59%

按锅炉大气污染物标准（GB13271-2023）中二类区标准执行。

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

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净化系统布置场地如图1所示的锅炉房北侧15m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、正

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A

A

图1锅炉房平面布置图

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图2A-A剖面图

文、小结及

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目录

前言1

第一章烟气量、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3

1.2标准状态下理论烟气量3

1.3标准状态下实际烟气量3

1.4标准状态下烟气含尘浓度4

1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算4

其次章除尘器的选择5

2.1除尘器的比较和选择5

2.2除尘效率6

2.3除尘器的选择6

2.4旋风除尘器7

第三章确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置9

3.1各装置及管道布置的原则9

3.2管径的确定9

3.3烟道的设计计算10

第四章烟囱的设计11

4.1烟囱高度的确定11

4.2烟囱直径的计算11

4.3烟囱的抽力12

第五章系统阻力的计算13

5.1摩擦压力损失13

5.2局部阻力损失14

5.3总的阻力损失16

第六章系统中烟气温度的变化17

6.1烟气在管道中的温度降17

6.2烟气在烟囱中的温度降18

第七章风机和电动机选择及计算19

7.1标准状态下风机风量的计算19

7.2风机风压的计算19

7.3电动机功率的计算20

7.4风机和电机的选择20

第八章小结21致谢错误！未定义书签。

环境工程大气污染控制工程程程设计

前言

依照国际标准化组织(1SO)作出的定义，“空气污染：寻常系指由于人类活动和自然过程引起某些物质介入大气中，浮现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。〞

大气污染物的种类十分多，根据其存在状态，可将其概括为两大类：气镕胶状态污染物和气体状态污染物。

所谓气溶胶，在物理、化学中概括为：几分散介质为气体的胶体物系。在大气污染中，ISO提出了明确的定义，“气溶胶：系指沉降速度可以忽略的固体粒子、液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。〞从大气污染控制的角度，依照气溶胶的物理性质，可将其分为如下几种：(1)粉尘；（2）烟；（3）飞灰：(4)黑烟(smoke)：(5)液滴(droPlet)：(6)轻雾或霓〔mist)：（7）雾；

（8）降尘；（9）飘尘；（10）总悬浮颗粒

气体状态污染物种类极多，主要有五个方面：以二氧化硫为主的含硫化合物、以氧化氮和二氧化氮为主的台氮化合物、碳的氧化物、碳氢化合物及卤素化合物等。

关于大气污染物的危害，在这里主要介绍粉尘和二氧化硫的危害。

粉尘的危害：粉尘的危害，不仅取决于它的暴露浓度，还在很大程度上取决于它的组成成分、，理化性质、粒径和生物活性等。粉尘的成分和理化性质是对人体危害的主要因素。有毒的金属粉尘和非金属粉尘（铬、锰、镐、铅、汞、砷等）进入人体后，会引起中毒以至死亡。无毒性粉尘对人体亦有危害。例如含有游离二氧化硅的粉尘吸，入人体后，在肺内沉积，能引起纤维性病变，使肺组织际渐硬化，严重损害呼吸功能，发生“矽肺〞病。

二氧化硫的危害：二氧化硫为一种无色的中等强度刺激性气体。在低浓皮下，二氧化硫主要影响是造成呼吸道管腔缩小，最初呼吸加快，每次呼吸曼减少。浓度较高时，喉头感觉异常，并出现咳嗽、喷嚏、咯痰、声哑、胸痛、呼吸困难、呼吸道红肿等病症，造成支气管炎、哮喘病，严重的可以引起肺气肿，甚至致人于死亡。

环境工程大气污染控制工程程程设计

随着经济和社会的发展，燃煤锅炉排放的二氧化硫严重地污染了我们赖以生存的环境。由于中国燃料结构以煤为主的特点，致使中国目前大气污染仍以煤烟型污染为主，其中尘和酸雨危害最大，且污染程度还在加剧。因此，控制燃煤烟尘的SO2对改善大气污染状况至关重要。

高温气体净化主要包括脱硫和除尘两部分，此外还须脱除HCI、HF和碱金属蒸汽等有害杂质。在常规工艺中，脱硫和除尘作为独立的单元操作分别在各自的装置中完成。而在脱硫除尘一体化工艺过程中，将脱硫和除尘两个单元操作结合起来，即在一个操作单元中既达到除尘的目的又满足脱硫的要求。脱硫除尘一体化操作可以简化工艺流程，俭约设备投资。因而，研究开发适合于我国燃煤锅炉烟气脱硫除尘一体化设备具有重要的使用价值。

目前烟气脱硫除尘一体化装置主要是通过工艺改造和设备优化组合来实现脱硫除尘的目的，很少有人来通过改良脱硫除尘剂的配方来实现这一目的。假使能够在现有的成熟的高效率脱硫工艺的基础上，在投资成本和运营成本都不高的状况下，通过一些工艺的改良和脱硫药剂的改善来提高其除尘效率，使得该脱硫除尘一体化装置既有良好的脱硫效果，又能获得较高的除尘效率。这种技术的研制和开发一定会有很好的推广价值，产生良好的社会效益和经济效益。

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第一章烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算

煤燃烧的假设：（1）煤中固定氧可用于燃烧；（2）煤中硫主要被氧化成二氧化硫；（3）不考虑氮氧化物的生产；（4）煤中的氮在燃烧时转化为氮气。

1.1标准状态下理论空气量

Va0(1.866wC5.556wH0.699ws0.7wo)/0.21

(1.8660.675.5560.03480.6990.01220.70.0678)/0.21

6.689m3/kg

1.2标准状态下理论烟气量

Vf01.866wC11.111wH1.24(Va0daww)0.699wS0.79Va00.8wN

1.8660.6711.110.03481.24(6.6890.012930.0556)

0.6990.01220.796.6890.80.01

7.114m3/kg

1.3标准状态下实际烟气量

VfVf0(1)Va01.24(1)Va0da

7.114(1.41)6.6891.24(1.41)6.6890.01293

9.832m3/kg

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由设计原始资料可知，设计耗煤量为700kg/h（台）所以，标准状态下的排烟量为

QVf设计耗煤量

即Q9.8327006882.4m3/h（台）

1.4标准状态下烟气含尘浓度

CdshAar(kg/m3)Vf

式中dsh—排灰中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；

Aar—煤中不可燃成分的含量；

Vf—标准状态下实际烟气量，m3/kg。

C0.160.14962.434103kg/m32.434103mg/m39.832

1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

CSO2

2wSVf20.01222.482103kg/m32.482103mg/m39.832

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其次章除尘器的选择

2.1除尘器的比较和选择

选择除尘器时必需全面考虑有关因素，如除尘效率、压力损失、一次投资、维修管理等，其中最主要的是除尘效率。以下问题要特别引起注意：

1．选用的除尘器必需满足排放标准规定的排放要求对于运行状况不稳定的系统，要注意烟气处理量变化对除尘效率和压力损失的影响。如旋风除尘器除尘效率和压力损失，随处理烟气量增加而增加；但大多数除尘器(如电除尘器)的效率却随处理烟气量的增加而下降。

2．粉尘颗粒的物理性质对除尘器性能具有较大影响粘性大的粉尘简单粘结在除尘器表面，不宜采用干法除尘；比电阻过大或过小的粉尘，不宜采用电除尘；纤维性或憎水性粉尘不宜采用湿法除尘。不同的除尘器对不同粒径颗粒的除尘效率是完全不同的，选择除尘器时必需首先了解欲捕集粉尘的粒径分布，再根据除尘器除尘分级效率和除尘要求选择适当的除尘器。表列出了典型粉尘对不同除尘器进行试验后得出的分级效率，可供参考。试验用的粉尘是二氧化硅尘，密度P2.7g/cm3。

表4除尘器的分级效率

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3．气体的含尘浓度含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的预净化设备，去除较大尘粒，以使设备更好地发挥作用。例如，降低除尘器人口的含尘浓度，可以提高袋式除尘器过滤速度，防止电除尘器产生电晕闭塞。对湿式除尘器则可减少泥浆处理量，节省投资及减少运转和维修工作量。一般说，为减少喉管磨损及防止喷嘴堵塞，对文丘里、喷淋塔等湿式除尘器，希望含尘浓度在10g／m’以下，袋式除尘器的理想含尘浓度为0．2一10g／mj，电除尘器希望含尘浓度在30g／m’以下。

4．烟气温度和其他性质是选择除尘设备时必需考虑的因素对于高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器。假使烟气中同时含有SO：、NO等气态污染物，可以考虑采用湿式除尘器，但是必需注意腐蚀问题。

5．选择除尘器时，需考虑收集粉尘的处理问题有些工厂工艺本身设有泥浆废水处理系统，或采用水力输灰方式，在这种状况下可以考虑采用湿法除尘，把除尘系统的泥浆和废水纳入工艺系统。

2.2除尘效率

1CSC

式中C—标准状态下烟气含尘浓度，mg/m3；

CS—标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3。

1

200100%91.78%32.43410

2.3除尘器的选择

工况下烟气量QQT(m3/h)T

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。

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Q6882.4(273160)10916.04(m3/h)3.032(m3/s)273

根据、Q查手册后选用XLP/B-10.6型旋风除尘器（X型），XLP/B型（原为CLP/B型）是带有旁路的干式高效旋风除尘器。该除尘器主要适用于清除非粘固灰尘、煤炭、泥沙、烟尘及其它粉尘等。尺寸见表2-1。

表2-1

2.4旋风除尘器

旋风除尘器内气流与尘粒的运动普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成，气流滚动状况如图2-1所示。含尘气流进人除尘器后，沿外壁由上向下作旋转运动，同时有少量气体沿径向运动到中心区域。当旋转气流的大部分到达锥体底部后，转而向上沿轴心旋转，最终经排出管排出。寻常将旋转向下的外圈气流称为外涡旋，旋转向上的中心气流称为内涡旋，两者的旋转方向是一致的。气流作旋转运动时，尘粒在离心力作用下逐步移向外壁，到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落人灰斗。气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力下降，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最终到达排出管下端附近被上升的内涡旋带走并从排出管排出，这股旋转气流称上涡旋。对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际的气流运动是很繁杂的，除了切向和轴向运动外，还有径向运动。如在外涡旋，少量气体沿径向运动到中心区域；在内涡旋，也存在着离心的径向运动。

为研究便利，寻常把内外涡旋气体的运动分解成为三个速度分量：切向速度、径向速度和轴向速度。

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图2-1旋风除尘器的结构及内部气流

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第三章确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置

3.1各装置及管道布置的原则

根据锅炉运行状况和锅炉房现场实际状况确定各装置的位置。一旦确定了各装置的位置，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，管路短，占地面积小，并使安装、操作和检修便利。

3.2管径的确定

d4Q(m)v

式中Q—工况下管道内的烟气流量，m3/s；

v—烟气流速，m/s（对于锅炉烟尘v=10-15m/s）。

取v=13m/s，

d43.0320.545(m)3.1413

圆取整560mm

查表，取标准d=560mm，管道参数见下表3-1

表3-1管道参数

内径=d1=560-21.0=558(mm)

由公式d4Q可计算出实际烟气流速v

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v4Q43.03212.405(m/s)d23.140.5582

3.3烟道的设计计算

烟道采用拱形，图形如下图3-2所示：

由系统图可以看出，烟道流过的最大烟气量是锅炉烟气量的2倍，再加上烟气系统的漏风率，则烟道内最大烟气流量为：

Q1.1210916.0424015.29m3/h

查表可知，砖制烟道的最适合烟速是6-8m/s，初定烟速为7m/s，则烟道面积为AQ烟/V烟24015.290.953m236007

B而AB2()20.95322

则B=826mm圆整取B=830mm

则A=0.959m2

校正气速v

24015.297.000m/s，在范围内。36000.959

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第四章烟囱的设计

4.1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4-1），确定烟囱的高度。

表4-1锅炉烟囱的高度

锅炉总额出力：44=16(t/h)

应选定烟囱的高度为40m。

4.2烟囱直径的计算

烟囱出口内径可按下式计算：

d0.0188Q

(m)

式中Q—通过烟囱的总烟气量，m3/h

；

—按表4-2选取的烟囱出口烟气流速，m/s。

表4-2烟囱出口烟气流速/(m/s)

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选定4m/s则d0.018841.110916.042.060m4

圆整取d22.1m

烟囱底部直径

d1d22iH

式中d2—烟囱出口直径，m；

H—烟囱高度，m；

。i—烟囱锥度（寻常取i=0.02~0.03）

取i=0.025，

则d1=2.1+20.02540=4.1(m)

4.3烟囱的抽力

Sy0.0342H(11)B(Pa)273tk273tp

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。

Sy0.034240(11)97.86103183.00(Pa)2731273160

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第五章系统阻力的计算

5.1摩擦压力损失

对于圆管

Lv2

PL(Pa)d2

式中L—管道长度，m；

d—管道直径，m；

—烟气密度，kg/m3；

v—管中气流平均速率，m/s；

—摩擦阻力系数，式气体雷诺数Re和管道相对粗糙度K的函数。d

可以查手册得到（实际对金属管道可取0.02，对砖砌或混凝土管道可取0.04）。

a．对于560圆管

已知：管道长＝10ｍ，d0.56m，30.02,v12.405(m/s),1.34(kg/m)

n2732731.340.84(kg/m3)273160433

100.8412.4052

pL0.0223.01(Pa)0.562

b．对于砖砌拱形烟道(如图5-1)Lv2

pL(Pa)图5-1砖砌拱形烟道RS2

式中，L为四个锅炉出口最远距离的一半，为9.9m；

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为0.04；

RS为截面积与润湿周边的比，即周边

x3B(B)/230.83(3.140.83)3.793m2

0.959RS0.2573.793

又0.04，v7.000m/s，代入上式：

0.040.847.0002

得p