锅炉废气大气课程设计

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某工厂燃煤锅炉除尘系统课程设计说明书
一、原始数据与条件
设计耗煤量：800kg/h
煤炭类型：烟煤
燃煤组成：含C：75.2％、H：4.1％、S：0.62％、N：0.85％、O:6.6％、水分：9.92％、灰分：2.71％。

排烟温度：500℃
空气过剩系数：28％
烟气密度〔标态〕：³
室外空气平均温度：5℃
锅炉出口的烟气阻力：1000Pa
排灰系数：28％
二、锅炉房平面图
锅炉房平面图
目录
摘要1
关键词1
1 前言2
2 处理单元的设计计算2
2.1 烟气排放量计算2
2.2 粉尘和二氧化硫浓度与除尘器除尘所需效率计算3
2.3 除尘和除硫设备选型4
2.4 换热器选型4
2.5 烟囱设计5
2.5.1 烟囱高度确实定5
2.5.2 烟囱直径的计算5
2.5.3 烟囱的抽力计算5
3 管道计算与风机选型5
3.1 管道部设5
3.2 管道沿程阻力计算6
3.2.1 管道1-4段沿程阻力计算6
3.2.2 管道5-6段沿程阻力计算7
3.2.3 管道7-11段沿程阻力计算7
3.2.4 管道11-12段沿程阻力计算8
3.2.5 管道总沿程阻力损失9
3.3 局部阻力计算9
3.4 系统总阻力损失与风机选型10
4 设备和管道一览表10
附录1 CLS型立式旋风水膜除尘器主要性能表11
附录 2 燃煤、燃油〔轻柴油、煤油除外〕锅炉房烟囱最低允许高度(GB 13271-2001)12
参考文献12
某燃煤锅炉烟气除尘系统设计
摘要
本设计以某工厂燃煤锅炉为对象，设计了锅炉的烟气处理系统。

主要包括换热器选型、除尘器选型、风机选型、管道部设和烟囱设计。

设计出了一个烟尘和二氧化硫同步处理的尾气处理系统。

关键词：锅炉；烟气；旋风水膜除尘器
1 前言
工业锅炉所排放出来的烟尘是造成大气污染的主要污染源之一，由黑烟和灰尘组成。

由于它们哦发生过程、性质和粒径不同，因此解决的方法也不同。

黑烟的主要成分为碳、氢、氧与其化合物，可以通过改造锅炉、进展合理的燃烧调节，使其在炉膛燃烧掉的方法解决，同时也降低了排尘的原始浓度；灰尘主要是碳粒和灰分等颗粒物，可以通过加装除尘器的方法解决。

工业锅炉烟气除尘中，所采用的各种各样除尘装置，就是利用不同的作用力〔包括重力、惯性力、离心力、扩散、附着力、电力等〕以达到将尘粒从烟气中别离和捕集的目的。

工业锅炉所采用的各种除尘装置按烟尘从烟气中别离出来的原理，可以分为4大类：机械式除尘器、电除尘器、过滤式除尘器和湿式除尘器。

本设计是工业燃煤锅炉烟气净化系统设计，该锅炉燃烧的煤品种为烟煤。

设计中除了要考虑到除尘外，还要考虑到烟煤燃烧释放出的二氧化硫处理。

结合课堂知识和现实条件，设计出一套经济、合理的燃煤锅炉烟气处理系统。

2 处理单元的设计计算
2.1 烟气排放量计算
本除尘系统共服务4台锅炉，每台锅炉耗煤量800kg/h，4台锅炉的总耗煤量为：3200
800
4=
⨯〔kg/h〕。

设有该锅炉燃烧所用烟煤1000g，如此：
表2-1 1000g烟煤需氧量和烟气量计算表
元素质量〔g〕物质的量
〔mol〕
需氧量〔mol〕烟气量〔mol〕
C 752
H 41 41
S 0. 0. 0. N 0
O 66 0 H2O 0
灰分—0 —
由表2-1知，燃烧该煤1kg 需氧量为：
49.071625.0294.105.21067.662=-++〔mol 〕
燃烧该煤1kg 实际需空气量为：()01.3721.176.31049.71=⨯+⨯〔mol 〕。

由于排烟温度为500℃，水在此温度下为气态，空气过剩系数.11=α，因此燃烧该煤1kg 表所排放出来的标准状况下的烟气量为：
2
2222N O SO O H CO g V V V V V V ++++=()()⎪
⎭⎫ ⎝⎛++⨯+-⨯++++=04.376.3176.301.37211.1049.71194.0511.55.20667.6214.390=〔mol 〕
锅炉排烟温度为500℃，500℃(即773K)下燃烧1kg 该烟煤排烟量为
3745.249.24744273773/4.2214.390m L K K mol L mol V ==⨯⨯=
每台锅炉排烟量：9.19795800745.24=⨯〔m 3/h 〕 总烟气量：6.791839.197954=⨯〔m 3/h 〕
2.2 粉尘和二氧化硫浓度与除尘器除尘所需效率计算
由表2-1可知，燃烧煤1kg 该烟煤产生灰分质量为27.1g ，排放二氧化硫0.194mol ；从原始条件中可知，该锅炉的排灰系数为28％；由2.1计算可知，燃烧1kg 该烟煤在500℃3。

由此可知：
500℃下烟气粉尘浓度为：
07.3045
.724281.27=⨯％
〔g/m 3〕
500℃下烟气二氧化硫浓度为：
502.045
.72464
194.0=⨯〔g/m 3〕
由于该锅炉为工业锅炉，执行锅炉大气污染物排放标准〔GB13217-2001〕中二类区标准，烟尘可允许排放浓度为200mg/Nm 3，二氧化硫允许排放浓度为900mg/Nm 3。

换算为500摄氏度下，烟尘可允许排放浓度为33。

因此，除尘设备除尘效率最小值为：
％％9.976100307
.00706
.0307.0=⨯-；除硫效率最小值为：
％％8.636100502
85
.317502=⨯-。

2.3 除尘和除硫设备选型
查除尘设备选型资料可得，重力沉降室、旋风除尘器除尘效率可达50％-80％；重力喷雾除尘器、湿式洗涤除尘器、文丘里除尘器除尘效率可达80％-95％；文丘里除尘器、袋式除尘器、电除尘器除尘效率可达95％以上。

由2.2计算可知，本设计除尘效率最低要求为％，可采用重力沉降室或旋风除尘器除尘。

由2.2计算可知，本设计除硫效率最低要求仅为％，脱硫要求并不高，可采用旋风水膜除尘器同时脱硫和除尘。

由于旋风水膜除尘器处理烟气量偏小，因此为每台锅炉配备一台旋风水膜除尘器和一台换热器，共采用4台旋风水膜除尘器和4台换热器。

500℃下，每台燃煤锅炉排出的烟气量为m 3/h 。

使烟气换热器将烟气从773K 降至343K ，如此Δt 1=420K ;冷却水温度从298K 升至353K ，如此Δt 2=45K 。

此时，烟气温度为343K ，水位液态，烟气为干烟气，烟气流量为：
819814.390511.55.2017733439.19795=⎪⎭⎫
⎝
⎛+-⨯⨯〔m 3/h 〕
查CLS 型立式旋风水膜除尘器主要性能表〔详见附录〕可选用D730-CLS 型X 型立式旋风水膜除尘器，进口气速21m/s ，压力损失760Pa 。

D730-CLS 型X 型立式旋风水膜除尘器具体尺寸可查看附图2。

2.4 换热器选型
采用逆流方式设计换热器，换热器将烟气从773K 降至343K ，冷却水温度从298K 升至353K 。

如此换热器进出口平均温度为285℃，Δt m =167.89K 。

查烟气的物性参数表得：285℃时，烟气的比定热容c p =1.118KJ/(kg •K)。

如此热负荷：
()36.164438934350034.1773
273
9.19795118.1=-⨯⨯⨯⨯
=∆=m P t W c Q 〔KJ/h 〕
即8.456774
=Q J/s 根据试差法，三次循环计算，取K=125W/(m 2•℃)，安全系数为1.1，根据Q=KAΔt m 得：m 2。

查换热器工艺参数表，选取F A -400-25-40-2型浮头式管壳换热器，实际面积24m 3，管子数138根，管长3m ，压力损失2000Pa 。

2.5 烟囱设计
2.5.1 烟囱高度确实定
烟囱可分为砖烟囱、钢筋混凝土烟囱和钢板烟囱。

本设计从设计的需要和经济角度考虑，拟采用砖烟囱，其高度由环境卫生要求来确定。

本设计锅炉耗煤量为3200kg/h ，热效率为75％，低位发热量为2093KJ/kg ，水的蒸发热为2570.8KJ/kg 。

锅炉蒸汽量：
.5t/h 1910.8kJ/kg 257075/20939/32003
=⨯⨯⨯％
kg kJ h kg
查《燃煤、、燃油锅炉房烟囱最低允许高度》和以上计算可知，本设计烟囱最低允许高度为40m ，设计烟囱高的为40m 。

2.5.2 烟囱直径的计算
4台锅炉除尘后总流量：
Q=4×8198m 3/h=32792m 33/s
采用机械通风，全负荷是流速10-20m/s ，取u=12m/s ；
出口径：
8.9012
1
.194u 4=⨯⨯==
ππQ d 〔m 〕 烟囱底部直径：取i=0.02〔0.02-0.03〕：
6.24002.021'=⨯⨯+=d 〔m 〕
2.5.3 烟囱的抽力计算
.5Pa 94101325Pa K 343152731m 400342.0=⨯⎪⎭
⎫ ⎝⎛
-+⨯⨯=℃y S
3 管道计算与风机选型
3.1 管道部设
除尘系统部设不得超过锅炉房15m ，按照经济原如此，部设管道如如如下图3-1、3-2所示。

图3-1 管道布置图1
图3-2 管道布置图2
3.2 管道沿程阻力计算
3.2.1 管道1-4段沿程阻力计算
管道烟气温度：500℃33/s 。

3
，根据PV=nRT 和mV=ρ可得，500摄氏度下烟气密度为：
473.0773
273
34.1=⨯〔kg/m 3〕
本设计为锅炉烟气处理系统设计，为降低沿程阻力损失，选用圆管作气体流通管道，采用机械通风，管道材料为钢板，该管沿程阻力系数λ=0.2。

查管道各种气体的流速围表可知，管道烟气流速围为10-15m/s 。

取管道流速为u=11m/s 。

管道截面积：5.011
499.5===u Q A 〔m 2〕； 管道直径：8.05
.044=⨯=
=π
π
A
d (m)，选用外径800mm ，壁厚1.0mm 钢
管，实际流速为：11798.04
499
.52
=⨯=
π
v 〔m/s 〕
； 由图3-1可知，管道1-4段总长：81.5111.27.2=++=L 〔m 〕； 沿程阻力损失：
6.41798
.0211473.02.081.522
2
4
1,=⨯⨯⨯⨯==∆-d v L p L λρ〔Pa 〕
3.2.2 管道5-6段沿程阻力计算
管道烟气温度：343℃3/s 。

3
，根据PV=nRT 和mV=ρ可得，343摄氏度下烟气密度为：
067.1343
273
34.1=⨯〔kg/m 3〕。

本设计为锅炉烟气处理系统设计，为降低沿程阻力损失，选用圆管作气体流通管道，采用机械通风，管道材料为钢板，该管沿程阻力系数λ=0.2。

查管道各种气体的流速围表可知，管道烟气流速围为10-15m/s 。

取管道流速为u=11m/s 。

管道截面积：207.011
277
.2===u Q A 〔m 2〕；
管道直径：51.0207
.044=⨯=
=
π
π
A
d (m)，
选用外径500mm ，壁厚0.75mm 钢管，实际流速为：67.114983.04
277.22
=⨯=
π
v 〔m/s 〕
； 由图3-1可知，管道5-6段总长：5.1=L 〔m 〕； 沿程阻力损失：
6.434983
.0267.11067.12.05.122
2
6
5,=⨯⨯⨯⨯==∆-d v L p L λρ〔Pa 〕
3.2.3 管道7-11段沿程阻力计算
管道烟气温度：343℃3/s 。

3
，根据PV=nRT 和mV=ρ可得，343摄氏度下烟气密度为：
067.1343
273
34.1=⨯〔kg/m 3〕。

本设计为锅炉烟气处理系统设计，为降低沿程阻力损失，选用圆管作气体流通管道，采用机械通风，管道材料为钢板，该管沿程阻力系数λ=0.2。

查管道各种气体的流速围表可知，管道烟气流速围为10-15m/s 。

取管道流速为u=11m/s 。

管道截面积：207.011
277
.2===u Q A 〔m 2〕；
管道直径：51.0207
.044=⨯=
=
π
π
A
d (m)，
选用外径500mm ，壁厚0.75mm 钢管，实际流速为：67.114983.04
277.22
=⨯=
π
v 〔m/s 〕
； 由图3-1可知，管道7-11段总长：585.1366.65.01125.43.1=++++=L 〔m 〕； 沿程阻力损失：
8.3944983
.0267.11067.12.0585.1322
2
11
7,=⨯⨯⨯⨯==∆-d v L p L λρ〔Pa 〕
3.2.4 管道11-12段沿程阻力计算
管道烟气温度：343℃3/s 。

3
，根据PV=nRT 和mV=ρ可得，343摄氏度下烟气密度为：
067.1343
273
34.1=⨯〔kg/m 3〕。

本设计为锅炉烟气处理系统设计，为降低沿程阻力损失，选用圆管作气体流通管道，采用机械通风，管道材料为钢板，该管沿程阻力系数λ=0.2。

查管道各种气体的流速围表可知，管道烟气流速围为10-15m/s 。

取管道流速为u=11m/s 。

管道截面积：414.011
55
.4===u Q A 〔m 2〕；
管道直径：73.0414
.044=⨯=
=
π
π
A
d (m)，
选用外径700mm ，壁厚0.75mm 钢管，实际流速为：89.11698.04
55.42
=⨯=
π
v 〔m/s 〕
； 由图3-2可知，管道11-12段总长：33.3=L 〔m 〕； 沿程阻力损失：
8.71698
.0289.11067.12.033.322
2
12
11,=⨯⨯⨯⨯==∆-d v L p L λρ〔Pa 〕
管道12-13段由于管长与管径比太低，管道沿程阻力可忽略不计。

3.2.5 管道总沿程阻力损失
综合3.2.1-3.2.5计算可得，管道总沿程阻力损失为：
3.5665.148.718.3946.436.41=++++=∆L P (Pa)
表3-6管道压力损失计算表
管段 流量 (m 3/s) 烟气密度 〔kg/m 3〕
摩擦阻力 系数 管道长度〔m 〕
管道直径〔mm 〕 气体流速〔m/s 〕 摩擦阻力
损失〔Pa 〕 1-4 1000 11 5—6 500 7—11 500 11—12
1.
700
3.3 局部阻力计算
由图3-1、3-2可知，1-4段共有90度弯头2个，渐缩管或渐扩管1个，阀
门1个； 4-11段共有90度弯头5个，渐缩管或渐扩管2个，阀门2个，三通1个，换热器1台，除尘器1台，风机1台；11-13段共有渐缩管或渐扩管1个，阀门2个，三通2个。

查水件局部阻力系数表可知，90度弯头局部阻力系数为0.30，渐缩管和渐扩管局部阻力系数为0.10，阀门局部阻力系数为1.5，三通局部阻力系数为1.0。

本设计所选用除尘器为D730-CLS 型X 型立式旋风水膜除尘器，压力损失为760Pa 。

本设计所选用换热器为F A -400-25-40-2型浮头式管壳换热器，压力损失为2000Pa 。

锅炉本身压力损失为1000Pa 。

1-4段局部阻力损失：
9.622
11473.0)5.11.023.0(2
4
1,=⨯⨯++⨯=∆-w p 〔Pa 〕
4-11段局部阻力损失：
76020002
67.11067.1)20.125.121.053.0(2
11
4,++⨯⨯⨯+⨯+⨯+⨯=∆-w p
8.3246=〔Pa 〕； 11-13段局部阻力损失：
9.5842
89.11067.1)20.125.11.0(2
13
11,=⨯⨯⨯+⨯+=∆-w p 〔Pa 〕
烟囱压力损失为：
4.302
38.3067.18.12.0402
=⨯⨯⨯〔Pa 〕
综上所述，本设计除尘系统总局部压力损失为：
492510004.309.5848.3246
9.62=++++=∆W P (Pa) 3.4 系统总阻力损失与风机选型
系统总阻力损失为：
3.549149253.566
=+=∆+∆=∆W L P P P (Pa ) 烟囱抽力为94.5Pa ，如此风机所需抽力为：
5491.3-94.5=5396.8〔Pa 〕
查除尘常用风机性能表，选用YB-39型锅炉风机，该风机风量2500-26000m 3/h ，功率3-37kW ，全压2136-5762Pa 。

4 设备和管道一览表
表4-1设备一览表
序号
名称
规格 数量
设计参数
1 换热器 浮头管壳换热器 FA —600—130—25—〔4〕
1 3
/h
实际面积24m 2
压力损失2000Pa
2 烟囱 砖筑烟囱 H=40m
1 烟气出口流速u=12m/s 3 风机 YB-39型锅炉风机 1 额定功率3-37kW
流量2500-26000m 3/h 全压2136-5762Pa 5 除尘器
D730-CLS 型X 型立式旋风
水膜除尘器
4
进口气速21m/s
处理气量8198m 3
/h
喷嘴数6 压力损失760Pa
表4-2 管道一览表
管道标号 管道材质 管道直径mm
管道壁厚mm
管道长度m PQ1001a 钢 800 1 2．7 PQ1001b 钢 800 1 2．7 PQ1001c 钢 800 1 2．7 PQ1001d
钢
800 1
2．7
PQ1002a 钢800 1
PQ1002b 钢800 1
PQ1002c 钢800 1
PQ1002d 钢800 1
PQ1003a 钢800 1 1 PQ1003b 钢800 1 1 PQ1003c 钢800 1 1 PQ1003d 钢800 1 1 PQ1004a 钢500
PQ1004b 钢500
PQ1004c 钢500
PQ1004d 钢500
PQ1005a 钢500
PQ1005b 钢500
PQ1005c 钢500
PQ1005d 钢500
PQ1006a 钢500
PQ1006b 钢500
PQ1006c 钢500
PQ1006d 钢500
PQ1007a 钢500
PQ1007b 钢500
PQ1007c 钢500
PQ1007d 钢500
PQ1008a 钢500
PQ1008b 钢500
PQ1009a 钢1000 1
PQ100b 钢1000 1
PL1001a 钢106 3
PL1001b 钢106 3
PL1001c 钢106 3
PL1001d 钢106 3
PL1002a 钢106 3
PL1002b 钢106 3
PL1002c 钢106 3
PL1002d 钢106 3
附录1 CLS型立式旋风水膜除尘器主要性能表
型号
进口气速
〔m/s〕处理气量
〔m3/h〕
用水量
〔L/s〕
喷嘴数
X型压力
损失/Pa
Y型压力
损失/Pa
D315 18 1600 3 55 50
21 1900 76 68
D442
18
21 3200
3700
4
550
760
500
680
D570
18
21 4500
5250
5
550
760
500
680
D634
18
21 5800
6800
6
550
760
500
680
D730
18
21 7500
8750
6
550
760
500
680
D793
18
21 9000
10400
6
550
760
500
680
D888
18
21 11300
13200
6
550
760
500
680
附录2 燃煤、燃油〔轻柴油、煤油除外〕锅炉房烟囱最低允许高度(GB 13271-2001)
t/h <1 1-2 2-4 4-10 10-20 20-40
烟囱最低允许高度〔m〕20 25 30 35 40 45
参考文献
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[2] 新旺.锅炉房工艺与设备[M].科学
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