除尘-《大气污染》课程设计指导书(精)

一、课程设计的目的通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，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。

二、课程设计计算说明1、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 （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。

（2）标准状态下理论湿烟气量（设空气含湿量12.93g/m 3）Q ’s =1.867(C Y +0.375S Y )+11.2H Y +1.24W Y +0.016Q ’a +0.79Q ’a +0.8N Y (m 3/kg)式中：Q ’a －标准状态下理论空气量，m 3/kg ； 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，％。

（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 ’a －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 以m 3/h 计，因此，Q = Q s ×设计耗煤量 （4）标准状态下烟气含尘浓度sYsh Q A d C ∙=(kg/m 3) 式中：d sh －排烟中飞灰占煤中灰分（不可燃成分）的质量分数，排放因子，％； A Y －煤中灰分（不可燃成分）的含量，％；Q s －标准状态下实际烟气量，m 3/kg 。

（5）标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算6108.022⨯⨯=sY SO Q S C (mg/m 3)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 。

2、除尘脱硫装置的选择设计注：可以选择湿式脱硫除尘一体化装置，亦可采用先除尘后脱硫工艺。

（1）除尘脱硫装置应达到的净化效率：CC s-=1η 式中：C －标准状态下烟气含尘、SO 2浓度，mg/m 3；C s －标准状态下锅炉烟尘、SO 2排放标准中规定值，mg/m 3。

（2）除尘器的选择根据烟尘的粒径分布和种类、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的种类、型号及规格。

确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失等。

（3）脱硫装置若采用先除尘后脱硫工艺，本设计建议脱硫设施采用填料塔进行吸收净化，只确定其塔径和填料层高度。

具体步骤如下：①吸收剂的选择。

本设计选用石灰石浆液作为吸收液。

②填料的选择。

填料可为气体液两相提供良好的传质条件。

选用的填料应满足以下基本条件：○1具有较大的比表面积和良好的润湿性；○2具有较高的孔隙率（多在0.45-0.95）；○3对气流的阻力较小；○4尺寸适当。

通常不应大于塔径的81101~；○5耐腐性、机械强度大、造价低、堆积密度小、稳定性好等。

几种填料的特性见表1。

表1 填料特性(二)液泛气速与填料塔的压降液泛气速是填料塔正常操作气速的上限。

当空塔气速超过液泛气速时，填料塔持液量迅速增加，压降急剧上升，气体夹带液沫严重，填料塔的正常操作被破坏。

填料塔的压降影响动力消耗和正常操作费用。

影响压降和液泛气速的因素很多，主要有填料的特性。

气体和液体的流量及物理性质等。

埃克特（Echert ）等人提出的填料塔压降。

液泛和各种因素之间的关系见图1。

图1 填料塔液泛点与压降的通用关系图图中最上方的三条线分别为弦栅、整砌拉西环及各类型乱堆填料的液泛线，三条线左下方的线为等压降线。

图中横坐标为G L L G W W 5.0)(ρρ，纵坐标为LLG g u ρμφψρ2.020 其中，GLW W ——液气比 G ρ、L ρ——气体、液体密度，kg/m 3L μ—— 液体粘度，Pa ·s;φ—— 填料因子，m -1ψ—— 水的密度与液体的密度之比； 0u —— 空塔气速，m/s g —— 重力加速度（三）填料塔塔径的计算填料塔直径D 取决于处理的气体量Q 和适宜的空塔气速0u ，即：D=4u Qπ Q （m 3/s ）一般由生产任务所给定；0u 一般由填料塔的液泛速度确定根据生产经验，0u 取值可由填料塔的液泛速率t u 确定，即0u =0.66~0.80t u ，也可从有关手册中查得。

0u 小则塔径大，动力消耗少，但设备投资高；反之，0u 大则压降大，塔径小，动力消耗大，但是设备投资少。

由上式计算出的塔径应按照国内压力容器公称直径标准（JB-1153-73）圆整，直径在1m 以下时，间隔为100mm ；直径在100mm 以上时，间隔为200mm 。

（四）最小吸收剂用量m in S L 的计算 设化学反应的方程式为C bB A →+物料衡算： )()()(212121A A s B B sG G B C C L C C bL C C G -+-=- 对于快速反应与瞬间反应，)(21A A s C C L -可忽略不计，吸收剂最小用量相当于C B1=0时的吸收剂用量：221min )(B G G B S C b C C G L -=式中 1A C 、2A C —分别为气体入口与出口处溶液中组分A 的摩尔浓度，kmol/m 3;1B C 、2B C —分别为气体入口与出口处溶液中组分B 的摩尔浓度，kmol/m 3; 1G C 、2G C —分别为气体入口与出口处溶液中组分C 的摩尔浓度，kmol/m 3;(五) 伴有化学反应的吸收塔高的计算塔高的推导（详见教材）。

塔高按下式计算：⎰-=12A A P P Ai A AG P P dP aP k G z⎰=12B BC C AiBLL C dC a L z βργ当传质过程由气相控制时，0=Ai P ,由上式得：21ln A A G P P aP k Gz =3、确定除尘脱硫设备、风机和烟囱的位置及管道的布置 （1）各装置及管道布置的原则根据锅炉运行情况和锅炉房现场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，占地面积小，并使安装、操作和检修方便。

（2）管径的确定vQd π4=（m ） 式中：Q －工况下管内烟气流量，m 3/s ；v －烟气流速，m/s ，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘v ＝10～15m/s ）。

管径计算出以后，要进行圆整（查手册），再用圆整后的管径计算出实际烟气流速。

实际烟气流速要符合要求。

4、烟囱的设计 （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（GB13271－2001）中的规定（见表2）确定烟囱的高度。

表2 锅炉烟囱高度表（3）烟囱直径的计算 烟囱出口内径可按下式计算uQd 0188.0= （m ） 式中：Q －通过烟囱的总烟气量，m 3/h ；u －按表3选取的烟囱出口烟气流速，m/s 。

表3 烟囱出口烟气流速（m/s ）烟囱底部直径：H i d d ⋅⋅+=221 (m)式中：d 2－烟囱出口直径，m ； H －烟囱高度，m ；i －烟囱锥度，通常取i=0.02～0.03。

（3）烟囱的抽力：P t t H S pk y )27312731(0342.0+-+= （Pa ）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，℃；P －当地大气压，Pa 。

5、系统阻力的计算 （1）摩擦压力损失对于圆管： 22u d L p L ρλ∙=∆ （Pa ）式中：L －管道长度，m ； d －管道直径，m ； ρ－烟气密度，kg/m 3； u －管中气流平均速率，m/s ；λ－摩擦阻力系数，是气体雷诺数R e 和管道相对粗糙度dK的函数。

可以查手册得到（实际中对金属管道λ值可取0.02，对砖砌和混凝土管道λ值可取0.04）。

（2）局部压力损失22v p ρξ=∆ （Pa ）式中：ξ－异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获得； u －与ξ相对应的断面平均气流速率，m/s ；ρ－烟气密度，kg/m 3。

6、风机和电动机选择及计算 （1）风机风量的计算Pt Q K Q py 325.101273273)1(1⨯+⨯+= （m 3/h ） 式中：K 1－考虑系数漏风所附加的安全系数。

一般管道取K=0.1；除尘管道取K=0.1～0.15； Q －标准状态下风机前标态下风量，m 3/h ；t p －风机前烟气温度，℃，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度；P －当地大气压力，kPa 。

（2）风机风压的计算pT TpS h K S h K p y y y 00202))(1())(1(-∆+=-∆+=∆∑∑ρρ（m 3/h ） 式中：K 2－考虑管道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K=0.1～0.2；∑△h －系统总阻力，Pa ；S y －烟囱抽力，Pa ；ρ0、p 0、T 0－风机性能表中给出的标准状态的空气密度、压力、温度。

一般说，p 0=101.3kPa ，对于引风机T 0=200℃，ρ0=0.745kg/m 3。

ρ、p 、T －运行工况下进入风机时的空气密度、压力、温度。

计算出风机风量Q y 和风机风压△p y 后，可按风机产品样本给出的性能曲线或表格选择风机的型号。

（3）电动机功率的计算2110003600ηηβ⨯∆=y y e p Q N （kW ）式中：Q y －风机风量，m 3/h ； △p y －风机风压，Pa ；η1－风机在全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）；η2－机械传动效率，当风机与电动机直联传动时η2＝1，用连轴器时η2＝0.95～0.98，用V 形带传动时η2＝0.95；β－电动机备用系数。

对引风机，β＝1.3。

根据电动机的功率，风机的转速，传动方式选择电动机型号。

三、课程设计进度安排第1天：分发设计任务书及指导书，明确设计任务；第2天：查阅资料，初步确定设计方案；第3～4天：确定处理工艺，各处理主体设备或构筑物设计计算；第5～7天：编制设计说明书，绘制工艺流程图及主体设备图；四、课程设计考核方法及成绩评定课程设计结束时，要求提交课程说明书1份（附相关图纸）；考核的内容包括：说明书和图纸的质量；完成题目的难度；独立完成设计情况。

成绩评定：一般采用优、良、中、及格、不及格五级记分制。

五、课程设计教材及主要参考资料1、课程设计教材郝吉明，马广大等编著. 大气污染控制工程. 第1版.北京：高等教育出版社，19892、主要参考资料①蒲恩奇，任爱玲等编.大气污染治理工程. 北京：高等教育出版社，2002②张殿印，王纯主编.除尘工程设计手册.化学工业出版社，20003.9③黄学敏等主编。