大气课设总报告

某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计
摘要：本次课程设计的题目是某燃煤采暖锅炉烟气除尘系统的设计。

主要设计内容包括根据锅炉生产能力、燃煤量、煤质等数据计算烟气量、烟尘浓度和浓度；根据排放标准论证选择除尘系统和确定旋风除尘器型号，并计算旋风SO
2
除尘器各部分的尺寸；根据粉尘粒径分布数据计算所设计旋风除尘器的分割粒径、分级效率和总效率；确定除尘设备型号，计算设备主要尺寸，计算除尘系统的总除尘效率及粉尘排放浓度，并对锅炉烟气脱硫工艺进行论证选择，其中初步设计要求绘制平面布置图和剖面图各一张，设计深度为一般初步设计深度。

关键词旋风除尘器烟气量除尘效率压力损失
1 引言
从气体中去除或捕集固态或液态微粒的设备称为除尘装臵。

旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力是尘粒从气流中分离的装臵。

它具有结构简单、应用广泛、种类繁多等优点，虽然在除尘原理及结构性能方面的研究很多，但由于旋风除尘器内气流和粒子流动状态复杂，准确测定较困难，至今理论研究仍不够完善。

旋风除尘器的优点是结构简单，造价便宜，体积小，无运动部件，操作维修方便，压力损失中等，动力消耗不大；缺点是除尘效率不高，对于流量变化大的含尘气体性能较差。

旋风除尘器可以单独使用，也可以作多级除尘系统的预级除尘之用。

2 设计任务书
2.1 课程设计的目的
通过课程设计近一步消化和巩固本能课程所学内容，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。

2.2 设计原始资料
锅炉型号：DZL2-13型，共4台
设计耗煤量：350kg/h（台）
排烟温度：160℃
烟气密度（标准状态下）：1.34kg/m3
空气过剩系数：a=1.3
排烟中飞灰占不可燃成分的比例：16%
烟气在锅炉出口前阻力：550Pa
当地大气压力：100k Pa
冬季室外温度：-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：
C Y=65% H Y=4% O Y=2% N Y=1%
S Y=3% A Y=15% W Y=10% V Y＝8％
按锅炉大气污染物排放标准（GB 13271—2001）中二类区标准执行。

二氧化硫排放标准（标准状态下）：900mg/m3
烟尘浓度排放标准（标准状态下）：200 mg/m3
净化系统布置场地如图1-1所示的锅炉房北侧15m以内。

2.3 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．除尘系统的比较和选择：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。

并计算个管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径及系统总阻力。

5．风机及电机的选择：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、型号及电动机的种类、型号和功率。

6．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、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺、内容正确完整，书写工整、装订成册。

7．图纸要求：除尘系统平面图和剖面布置图各1张（3号图纸），如图1-1、1-2。

图中设备、管件应标注编号，并附明细表。

平面布置图中应有方位标志（指北针）。

3 设计计算
3.1 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
Q`a =4.76(1.867C Y +5.56H Y +0.7S Y -0.7O Y )(m 3/kg) 式中：
C Y 、H Y 、、S Y 、O Y ——分别为煤中各元素所含的质量分数。

则:
/kg)6.8684(m 0.02)
0.7-0.030.704.05.560.654.76(1.867Q`3
a =⨯⨯+⨯+⨯= 3.1.2 标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）
Q`S =1.867(C Y +0.375S Y )+11.2H Y +1.24W Y +0.016Q`a +0.79 Q`a +0.8N Y （m 3/kg ） 式中：
Q`a ——标准状态下理论空气量， W Y ——煤中水分所占质量分数，%； N Y ——N 元素在煤中所占质量分数，% 则:
/kg)
7.35(m 0.01
0.86.8684 0.796.86840.0160.11.240.0411.20.03)0.3751.867(0.65Q`3s =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+=3.1.3 标准状态下实际烟气量
Q S =Q`S +1.016(a-1)Q`a （m 3/kg ）
式中：
a ——空气过量系数；
Q S ——标准状态下理论烟气量，m 3/kg ； Q`S ——标准状态下理论空气量，m 3/kg 。

注意：标准状态下烟气流量Q=Q S ×设计耗煤量，m 3/h ； 则：
）
（kg /m 4435.9 6.8684
1)-(1.31.01635.7Q 3
S =⨯⨯+=
)/(225.33053504435.9Q 3h m =⨯==0.9181 m 3/h 3.1.4 标准状态下烟气含尘浓度
式中：
d sh ——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数； A Y ——煤中不可燃成分的含量； Q S ——标准状态下实际烟气量，m 3/kg; 则：
)/(2540)/kg (00254.04435
.916
.015.033m mg m C ==⨯=
3.1.5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算
式中：
S Y ——煤中含可燃硫的质量分数；
Q S ——标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m 3/kg ； 则：
)/(577.6353104435
.903
.02362m mg C SO =⨯⨯=
3.2 除尘器的设计
3.2.1 除尘器应达到的除尘效率
式中：
C ——标准状态下烟气含尘浓度，mg/m 3；
C S ——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m 3。

则：
%13.922540
200
-
1==η 3.2.2 工况下烟气流量
Q ’='
'TP QPT (m 3
/h)= ）（）（h m /81.5311100273273160325.101225.33053=⨯+⨯⨯
式中：
Q ——标准状态下的烟气流量，
)/(3
h m 'T ——工况下烟气温度，K
T ——标准状态下温度，273 K 则烟气的流量为:
)/(4755.13600
81
.53113600'3s m Q == 3.2.3 除尘器的选择及计算
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：选择XD-II 型多管式旋风除尘器，产品性能规格见表3.1
表3.1 除尘器产品性能规格
型号 配套锅炉容量
/(J/H)
处理烟气量/(m3/h) 除尘效率/% 设备阻力/Pa 分割粒径d/(50um)
质量/kg
XD-II-2 2 6000
>95 <900 3.05 960
表3.2 除尘器外型结构尺寸（见图3.1）
A
B C D E F Ho K L
M 930
1290
2248
2780
1560
800
3206
798
1158
45
图3.1 除尘器外型结构
3.3 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置
3.3.1 各装置及管道布置的原则
根据锅炉运行情况和锅炉房的实际情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，占地面积省，并使安装、操作和检修方便。

3.3.2 管径的确定
式中：
Q ——工况下管内烟气流量，m 3/s
v ——烟气流速 m/s （对于锅炉烟尘v=10～15m/s ），取v=12 m/s 则：
m d 3957.012
4755
.14=⨯⨯=
π=0.4m
圆整并选取风值：
表3.3 风道直径规格表
外径D/mm
钢制板风管
外径允许偏差/mm
壁厚/mm 400
±1
0.6
内径d 1=400-2×0.6=398.8mm 由公式)(4m Q d πν
=
得
烟气流速:s m d Q V /998.113957
.04755
.1442
2=⨯⨯==
ππ 由此可知，除尘器中的管径设计合理。

3.4 烟囱的设计
3.4.1 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确定定烟囱的高度。

表3.4 锅炉烟囱高度
锅炉总额蒸发量（t/h ） <1
1～2
2～6
6～10
10～20
20～35
烟囱的最
低高度(m)
20
25
30
35
40
45
由于给定锅炉型号DZL2—13蒸发量为2t/h ，4台锅炉，4×2=8（t/h ）故选定烟囱高度为35m 。

烟囱抬升高度：
Q h =C p V o (T s -T a )
=1.38×0.918×(160+1) =203.96KW 式中：
Q h —烟囱的热排放率
C p —标况下的烟气平均比定压热容，取Cp=1.38kg/m 3K V o —标准状态下的烟气排放量 m 3/s T s —烟气出口温度
T a —当地冬季室外温度 K=-1K 由于203.96KW<2100KW ，则
u
Q VsD h h
01.0152+⨯
=∆
式中：
V s —烟囱出口速度 m/s D —烟囱出口内径 m Q h —烟囱的热排放率
u —烟囱出口的环境平均风速 m/s ，取2.5m/s
s m A Q Vs /25.36
.014.34918.02=⨯⨯==
m h 52.125.296
.20301.06.025.3152=⨯+⨯⨯⨯=∆
烟囱总高度H 为：H=H s +Δh=35+12.52=47.52m 3.4.2 烟囱直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算
式中：
Q ——通过烟囱的总烟气量，m 3/h ；
v ——按通风方式和运行方式选取的烟囱出口烟气流速，选定v=4m/s
表3.5 烟囱出口烟气流速
通风方式
运行情况
全负荷
最小负荷
机械通风 10~20 4~5 自然通风
6~8
2．5~3
m d 37.14
4
81.53110188.0=⨯=，圆整取d=1.4m 烟囱底部直径:
式中：
d 2——烟囱出口直径， H ——烟囱高度，m
i ——烟囱锥度，通常取i=0.02—0.03，此处取0.025。

)(776.352.47025.024.11m d =⨯⨯+= 3.4.3 烟囱的抽力
式中：
H ——烟囱高度，m t k ——外界空气温度, ℃ t p ——烟囱内烟气平均温度, ℃ B ——当地大气压，Pa 则:
Pa Sy 16.22210100)160
2731
12731(
52.470342.03=⨯⨯+--⨯⨯= 3.5 系统阻力的计算
3.5.1 摩擦压力损失
（1）采用砖砌烟囱,对于圆管Ф400，L=10m
式中：
L ——管道长度（不包括管件、阀门自身尺寸大小），m d ——管道直径，d=0.4m ρ——烟气密度，kg/m 3
B
标态下烟气密度为1.34kg/m 3
,160℃时3/845.0160
273273
34.1m kg =+⨯
=ρ
ν——管中气流平均速率，12m/s λ——摩擦阻力系数,0.04 则:
pa p l 84.602
12845.04.01004.02
=⨯⨯⨯=∆
（2）对于砖砌拱形烟道（见图3.2）
2
22)2(24
2B
B D S ππ
+
=⨯
=
D=400 mm
式中 S 为面积， 结果为： B=424.8mm
图3.2 砖砌拱形烟道
3.5.2 局部压力损失
式中：
ξ——异形管件的局部阻力系数，查有关手册，取0.1； ν——与ξ相对应的断面平均气流速率，m/s ； ρ——烟气密度，kg/m 3； 则:
pa p 084.62
12845.01.02
=⨯⨯=∆
一、除尘器进气管的阻力损失计算
图3.3 除尘器入口前管道示意图
如图所示，进气管管道计算如下： （1）渐缩管的计算 α≤45
o
时 ξ=0.1
取α=45o v=12m/s
则：pa p 084.62
12845.01.02
=⨯⨯
=∆ （2）设两个均为90o 弯头
D=400 mm ，取R=1.5D ，则ξ=0.175
294.212
845.012175.02222=⨯⨯⨯==∆v n p ξρ Pa
（3）渐扩管的计算
45.05.03988.014.32
21⨯⨯⨯=
A A =0.50 查《化工原理》附表 则ξ=0.25
Pa v p L 21.152845.01225.0222
=⨯⨯==∆ξρ
L 3=2
5.67tan )4.05.0(︒
⨯-=0.12 m
二、除尘器出气管的阻力损失的计算
图3.4 除尘器出口至风机入口段管道示意图
如图所示，出气管管道计算如下：
（1）渐扩管的计算 α≤45o 时ξ=0.1 取α=30o v=12 m/s
Pa v p 084.62845
.0121.0222
=⨯⨯==∆ξρ
L 4=2
5.67tan )4.05.0(︒
⨯-=0.12 m
（2）两个90o 弯头
D=400 mm ，取Ｒ＝１.５Ｄ，则ξ=0.175
294.212
845.012175.02222=⨯⨯⨯==∆v n p ξρPa
三、对于T 型三通
ξ=0.55
Pa v p 462.332
845.01255.0222
=⨯⨯==
∆ξρ
则系统总阻力[其中锅炉出口前阻力550Pa ，除尘器阻力1400Pa （一般为1200~1500Pa ）]
∑∆h =146.14+6.084+6.084+21.294+15.21+6.084+21.294+33.462+550+1400
=2205.652 Pa
3.6 系统中烟气温度的变化
3.6.1 烟气在管道中的温度降
式中：
Q ——标准状态下烟气流量，m 3/h ； F ——管道散热面积，m 2；
C V ——标准状态下烟气平均比热容（一般为1.352—1.357kJ/m 2.℃）； q ——管道单位面积散热损失。

室内：q=4187kJ/(m 2.h) 室外：q=5443kJ/(m 2.h)
则：
室内管道长度及面积：
V 1l 1
V 2l 2
V 3l 3
T 形三通管示意图
2
1118347.14.046.114.346.112.06.018.2m D L F m
L =⨯⨯===--=π 室外管道长度及面积：
2
221273.104.054.814.354.846.110m
D L F m
L L L =⨯⨯===-=-=π C Cv Q F q F q t 76.14354
.1225.330573
.1054438347.1418722111=⨯⨯+⨯=⋅+=
∆
3.6.2 烟气在烟囱中的温度降
D
A
H t ⋅=
∆2 （℃） 式中：
H ——烟囱高度；
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,可由下表查得。

表3.6 烟囱降温系数
烟囱种类
钢烟囱 （无衬筒）
钢烟囱 （有衬筒）
砖烟囱（H<50m ） 壁厚小于0.5m
砖烟囱 壁厚大于0.5m
A
2
0.8
0.4
0.2
则：
72.64
24
.052.472=⨯⨯=⋅=
∆D A H t （℃） 总温度降为：48.2172.676.1421=+=∆+∆=∆t t t （℃）
3.7 风机和电动机选择及计算
3.7.1 风机风量的计算
式中：
1.1——风量备用系数；
Q ——标准状态下风机前风量，m 3/h t p ——风机前烟气温度，℃ B ——当地大气压力，
则:)/(9958.5842100
325
.101273160273225.33051.13h m Q y =⨯+⨯
⨯= 3.7.2 风机风压的计算
式中：
1.2——风压备用系数；
——系统总阻力，Pa S y ——烟囱抽力，Pa t p ——风机前烟气温度；℃
t y ——风机性能表中给出的试验用气体温度，℃ ρy ——标准状态下烟气密度，1.34kg/m 3。

则：Pa H y 34.213034
.1293
.1100325.101200273160273)16.222625.2205(2.1=⨯⨯++⨯
-⨯=
根据Hy 和Qy 选定Y5-45-12 No5.4C 的引风机，为一般风机，性能表如下:
型号
全压
/（Pa ） 风量/（m 3
/h ） 功率/Kw 转速/（r/min ） Y5-45-12 No5.4C
2090~2900
6084~12176
4.91~7.07
2900
3.7.3 电动机功率的计算
式中：
Q y ——风机风量，m 3/h H y ——风机风压，Pa
η1——风机在全压头时的效率，取0.6（一般风机为0.6，高效风机约为0.9） η2——机械传动效率，用V 形带动传动时取0.95； β——电动机备用系数，对于引风机，β=1.3。

则：
)(89.795
.06.010*******
.134.21309958.5842Kw Ne =⨯⨯⨯⨯⨯=
根据电动机的功率，风机转速，传动方式，选定Y160M1-2B3型电动机（功率是
11 Kw）
性能参数如下:
Y160M1-2B3型电动机性能表
传动皮带（内周功率(Kw) 型号转速r/min 效率(%)
长⨯根数）
11 Y160M1-2B32930 87 B2261⨯3
小结
本次课程设计我的题目是某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计（任务五），通过这段时间的学习，这让我认识到了我还有很大的不足、储备的知识不足、知道的大气的知识肤浅简易的。

不过在这短短一周时间内我还是学会了很多东西，关于烟气除尘系统设计的流程懂了很多。

而且通过这次课程设计，虽然只是一个很小的简易系统设计，但我确实感觉很费力，让我知道了我的不足。

总之，我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。

同时我也深刻的认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，完成一步之后再作下一步，这样才能更加有效。

通过此次设计，我对旋风除尘器的工作原理，性能影响因素有了一个全面的认识，对其各部分尺寸的设计也有了一定的了解。

一周的努力结果可能不尽人意，但是我们付出了。

这几天虽然很辛苦，但很充实，遗忘的知识又重新在头脑中熟悉，通过对此次课程的设计准备，学到了更多新知识。

付出了许多，但是收获的更多。

在此感谢我们的刘老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。

而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。

参考文献
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