大气污染控制工程课程设计

1 前言
1.1 锅炉烟气的特点
国内锅炉设备所用燃料以煤为主，排出的污染物主要有烟尘和二氧化硫等气体。

1.2 危害
随着我国经济的快速发展，因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。

空气污染以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘。

我国的大气污染已危害了人们的身体健康。

研究表明，在中国引起慢性障碍性呼吸道疾病的主要决定因素是大气污染。

大气污染造成了巨大的经济损失，制约了经济的发展。

1.3 处理现状介绍
根据《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出的环境保护目标，“十一五”期间，减少二氧化硫排放总量的主要工程措施是加快和强化现役及新建燃煤电厂脱硫设施建设与运行监管。

选用高效除尘脱硫工艺对缓解我国使用燃煤锅炉造成的大气污染具有重要意义。

2 设计概况说明
2.1 设计依据
1、《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765- 2010）；
2、《国家大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）；
3、《广东省大气污染物排放标准》（DB44/27-2001）；
4、《采暖通风和空气调节设计规范》（GBJ19-88）；
5、《机械设备安装工程施工及验收规范》（TJ231-78）；
6、《工业管道工程施工及验收规范》（GBJ235-82）；
7、《通风与空调工程施工及验收规范》（GBJ243-82）；
8、《建筑安装工程质量检验评定标准（通风机械设备安装工程）》（TJ305-75）；
9、《低压配电装置及线路设计规范（GBJ54-83）；
10、《通用用电设备配电规范》（GBJ50055-93）；
2.2 设计原则
1、采用成熟可靠的工艺，在保证排放达标的前提下尽可能减少投资、降低成本；
2、外购设备选用国内知名品牌的优良产品，并切实可行；
3、非标设备应符合国家或行业相关规范，并保证性能稳定、外表美观；
4、管道设备应采取必要防腐措施，延长寿命。

2.3 设计范围
根据锅炉的设计参数，承担该工程的工艺初步设计及设计计算。

2.4 设计目标
1、净化后废气排放标准：按《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765- 2010）新建锅炉B区域标准；
2、净化系统持续稳定运行，操作简便、故障率低；
3、整体设计合理可靠，符合过简洁、美观的原则。

3 设计参数
3.1 锅炉设备的主要参数
表3.1 锅炉设备的主要参数
3.2 烟气密度
以下为标准状况：
烟气在锅炉出口的阻力：800Pa；
采用链条炉，排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：dsh=16%；
当地大气压；97.86KPa；
冬季室外空气温度：-1℃；
空气过剩系数：a=1.2；
除尘器阻力1000Pa；
风管内局部总阻力系数ξ总=2.55， ——沿程摩擦阻力系数取0.02。

3.3 煤的工业分析值
C=68%；H=4%；S=1%；W=6%。

3.4 应用基灰分
A=15%，应用基低位发热量：16768Kj/kg。

3.5 执行标准
1、执行标准：按《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765- 2010）新建锅炉B区域标准；
m；
2、烟尘浓度排放标准（标准状况下）：100㎎/ 3
3、净化系统布置场地在锅炉房北侧15米以内。

4 设计计算
4.1 燃煤锅炉排烟量的计算 4.1.1 标准状态下理论空气量
1、燃料与空气中氧完全燃烧的化学反应方程式：
Q
N w z y x zSO O H y xCO N w z y x O w z y x O S H C W Z y x +⎪⎭⎫ ⎝⎛
-+++++→⎪⎭⎫ ⎝
⎛
-+++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++22222
22478.322478.324
2、理论空气量：
()
()kg
m w z y x w z y x w z y x w z y x V a /1632008.112241.1071632008.1122478.44.2230
+++⎪⎭⎫ ⎝⎛
-++=+++⎪⎭⎫ ⎝
⎛-++⨯=
式中x ，y ，z ，w ——分别代表煤中各元素所含的质量分数 3、计算过程：
以1kg 重油燃烧为基础，则：
表4.1 以煤中各元素计算需氧量表
假定空气中N2与O2的摩尔比为3.78(体积比)
则，理论空气量为： ()煤kg m N /18.320178.39825.663
=+⨯
即 煤kg m N /17.71000
4.2218.3203
=⨯
4.1.2 标准状态下理论烟气量
1、理论烟气体积：
在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积以Vfg0表示，烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸气。

干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气； 湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。

水蒸气
干烟气V V V fg +=0
气
理论空气量带入的水蒸燃料中所含的水蒸气气燃料中氢燃烧后的水蒸理论水蒸气V V V V ++=
2、实际烟气体积fg V ：
()0
1a fg fg V V V -+=α
3、烟气体积和密度的校正：
燃烧产生的烟气其T 、P 总高于标态（273K 、1atm ）故需换算成标态。

大多数烟气可视为理想气体，故可应用理想气方程。

设工作状态下：（Ts 、Ps 下）烟气的体积为Vs ，密度为S ρ。

标态下： （TN 、PN 下） 烟气的体积为VN ，密度为N ρ。

标态下体积为：S
N
N S S N T T P P V V ⋅⋅
= 标态下密度为：N
S
S N S N T T P P ⋅⋅
=ρρ 4、标准状态下总烟气流量Q （m3/h ）：
设计耗煤量s ⨯'=a
Q Q 式中a
Q '—— 标准状态下理论空气量 5、计算过程： (1)气理论空气量带入的水蒸V ：
煤煤气理论空气量带入的水蒸g /mol 1638.5mol
/g 18m /1000mol
/4.22kg /mol 1764.320m /g 1001296.03
33k L L V =⨯⨯⨯⨯= (2)理论空气条件下烟气组成（mol ）：
CO 2：56.67 H 2O ：20+3.3333+5.1638 SOx ：0.3125 N 2： 66.9825×3.78
(3) 理论烟气量:
56.67+（20+3.3333+5.1638）+0.3125+66.9825 × 3.78=338.68mol/kg 煤 即煤kg m N /59.71000
4.2268.3383
=⨯
(4)实际烟气量:
()煤Kg m N 3
01.912.117.759.7=-⨯+
(5)标准状态下总烟气流量：
由表3.1可知额定蒸发量为36t 的锅炉的燃煤量为220 kg/（t •h ），则标准状态下总烟气量：
h m N 3
71359.2 362209.01Q =⨯⨯=
4.1.3 烟尘和二氧化硫浓度的计算
1、烟气含尘浓度：
)m /kg (Q A
d C 3s
sh •=
式中sh d -------排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数 A -------煤中不可燃成分的含量
s Q ------标准状态下实际烟气量，(
kg m /3) 2、标准状态下烟气中二氧化硫浓度：
)/(102362m mg Q S
C s
so ⨯=
式中S------煤中硫的质量分数
s
Q ------标准状态下燃煤产生的实际烟气量，(
kg m /3) 3、计算过程： (1)烟气含尘浓度：
3
333/10664.2/10664.201.915
.016.0m mg m kg C ⨯=⨯=⨯=
-
(2) 标准状态下烟气中二氧化硫浓度：
33636/1018.21001
.998.001.02)/(1022m mg m mg Q S C s so ⨯=⨯⨯⨯=⨯=
4.2 除尘器的选择 4.2.1 除尘效率
C
C s
-
=1η 式中C-----标准状态下烟气含尘浓度, 3/m mg
s
C ----标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值, 3/m mg
计算过程： %25.9610
664.2100113=⨯-=-=C C s η 4.2.2 除尘器的选择
1、各装置及管道布置的原则：
（1）根据锅炉运行情况现场的实际情况确定各装置的位置； （2）一旦确定各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了；
（3）对各装置及管道的布置应力求简单紧凑，管路短，占地面积，并使安装操作方便。

2、工作状况下烟气流量：
)h /m (TP
P T Q Q 3'
N
N '=
' 式中Q-----标准状态下烟气流量，)h /m (3 T '-----工况下烟气温度，K
T------标准状态下温度，273K 计算过程：
h m /5.11448286
.97273325
.101)150273(71359.2Q 3=⨯⨯+⨯=
'
则烟气流速为：
)(80.313600
5
.11448236003's m Q == 4.2.3 确定安装位置及管道布置
1、各装置及管道布置的原则：
根据锅炉运行情况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，并使安装，操作方便。

2、管径的确定：
v
Q
d π4=
式中Q —— 工作状态下管道内的烟气流量，s /m 3
ν——烟气在管道内的流速，设为14m/s 计算过程：m Q d 701.114
14.380
.3144'
=⨯⨯=
=
πν
，取1700mm
通过查圆形通风管道规格表，选取的管道规格如表3所示
表4.2 钢制板风管选择
s m d Q v /13.1330
.114.343
.17442
2=⨯⨯==
π 4.3 烟囱的设计 4.3.1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)/(h t ，然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定确定烟囱的高度.锅炉总额定功率:20)/(h t
设选定烟囱高度为 45m 4.3.2 烟囱直径的计算
1、烟囱出口内径可按下式计算：
υQ
d 0188
.0=
式中：Q ——通过烟囱的总烟气量，h m /3
υ——按表三选取的烟囱出口烟气流速，s m /。

表4.3 烟囱出口烟气流速
选定υ=15s m /，即：
mm m d 1642642.115
5
.1144820188
.02=== 整取d=1600mm 。

由公式πν
'
4Q d =
可计算出烟囱内实际烟气流速：
s m d Q v /82.156.114.380
.314422=⨯⨯==
π
2、烟囱底部直径
H i d d ⋅⋅+=221
式中 2d ——烟囱出口直径，mm H ——烟囱高度，mm i ——烟囱锥度，取 i=0.02
计算过程：mm d 3400450002.0216001=⨯⨯+= 3、烟囱的抽力
B
t t H S p
k y ⋅+-+=)2731
2731(
0342.0
3
1086.97)1502731
12731(
540342.0⨯⨯+--⨯⨯=y S
=196(a P ) 式中 H ——烟囱高度，m
k
t ——外界空气温度，C o
p
t ——烟囱内烟气平均温度，C o
B ——当地大气压，
a
P
4.3.3系统阻力的计算
1、摩擦压力损失：
（1）水平管道内：
22
v d L P L ρλ⋅
=∆
式中L ——管道长度，m ；
d ——管道直径，m ；
ρ——烟气密度，3/m kg ；
v ——管中气流平均速率；
λ——摩擦阻力系数；
a.对于φ1700圆管, 取L=10m ，则：
Pa P L 37.92
02.1481.07.11002.02
1=⨯⨯⨯=∆
b.对于砖拱形烟道
222)2
(242B
B D A ππ+=⨯=，D=1250mm
故B=1052mm 则R=
X
A 式中：A 为面积，X 为周长（如采用砖拱形后面自己推算） （2）烟囱内：
22
v d L P L ρλ⋅
=∆
式中：L ——烟囱长度，m
d ——管道直径，m
ρ——烟气密度，3/m kg
v ——管中气流平均速率
λ——摩擦阻力系数
对于φ1600圆管，L=45m ，则：
Pa P L 02.572
82.1581.06.14502.02
=⨯⨯⨯=∆
2、局部压力损失：
风管内局部总阻力系数ξ总=2.55,
2
2
v p ρξΔ•=(Pa)
即：)(47.2582
82.1518.055.222
2Pa v p =⨯⨯==ρξΔ 3、系统总阻力：
其中：锅炉出口前阻力为800Pa ，除尘器阻力1000Pa ； 所以，系统的总阻力：
Sy
-P P 32121∆+∆+∆+∆+∆=∆P P P P L L 总
=9.37+57.02+258.47+800+1000-196 =1928.86 （Pa ）
4.4 风机的选择 4.4.1通风机的风量计算
()()()
h m Q K Q /75.1259305.1144821.011310=⨯+=+=
式中：Q ——管道计算的总风量，m3／h ；
K1——考虑系统漏风所附加的安全系数，一般管道取K ＝0.1，除尘管道取
0.1—0.15；
4.4.2通风机的风压计算
()()P
P
T T P K P
K P N 00202011∆+=∆+=∆ρρ 式中： Δp ——管道计算的总压力损失，Pa
K2 ——考虑计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数,一般管道取K ＝0.1-0.15，除尘管道取0.15—0.20。

ρ0 、p0 、T0——通风机性能表中给出的标定状态的空气密度，对于引风
机为T0=200°C ， ρ0 =0.745kg/m3
ρ 、p 、T ——运行下况下进入风机时的气体密度、压力和温度；
计算过程：()a P P 44.205386
.973
.10147342386.192815.010=⨯⨯⨯+=∆ 4.4.3配电机功率
m
QP
K
N ηη3600=
式中： K ——安全系数； ηm ——机械系数； η——全压系数。

计算过程：kw w QP K
m 22.12484.12421895
.0360070.044
.205375.12593015.136003==⨯⨯⨯⨯==ηηＮ
故: 选用江苏精彩风机制造有限公司Y4-68 系列引风机，型号14D ，转数1450r/min ，所配电机为Y355M2-4,电机功率250KW 。

参考文献
1、郝吉明，马广大《大气污染控制工程（第二版）》高等教育出版社，2002
2、周兴求，叶代启《环保设备设备手册——大气污染控制设备》，化学工业出版社，2003
3、孙一坚《简明通风设计手册》中国建筑工业出版社，1997
4、方中心，孙信梅《建筑热能通风空调》，2005.6
5、冯开平等《画法几何与工程制图》华南理工大学出版社
目录
1 前言 (1)
1.1 锅炉烟气的特点 (1)
1.2 危害 (1)
1.3 处理现状介绍 (1)
2 设计概况说明 (2)
2.1 设计依据 (2)
2.2 设计原则 (2)
2.3 设计范围 (2)
2.4 设计目标 (2)
3 设计参数 (3)
3.1 锅炉设备的主要参数 (3)
3.2 烟气密度 (3)
3.3 煤的工业分析值 (3)
3.4 应用基灰分 (3)
3.5 执行标准 (3)
4 设计计算 (4)
4.1 燃煤锅炉排烟量的计算 (4)
4.1.1 标准状态下理论空气量 (4)
4.1.2 标准状态下理论烟气量 (4)
4.1.3 烟尘和二氧化硫浓度的计算 (6)
4.2 除尘器的选择 (7)
4.2.1 除尘效率 (7)
4.2.2 除尘器的选择 (7)
4.2.3 确定安装位置及管道布置 (7)
4.3 烟囱的设计 (8)
4.3.1烟囱高度的确定 (8)
4.3.2 烟囱直径的计算 (8)
4.3.3系统阻力的计算 (10)
4.4 风机的选择 (11)
4.4.1通风机的风量计算 (11)
4.4.2通风机的风压计算 (11)
4.4.3配电机功率 (12)
参考文献 (13)。