火力发电厂锅炉烟气治理设计方案

火力发电厂锅炉烟气治理设
计方案
1 概述
1.1设计目的
通过设计进一步消化和巩固本能课程所学容，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，了解工程设计的容、方法及步骤，培养确定工业通风与除尘系统的设计方案、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。

1.2设计任务
运用所学知识设计某燃煤火力发电厂锅炉房烟气除尘系统。

1.3设计依据及原则
严格按照锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准、烟尘浓度排放标准、二氧化碳排放标准进行设计计算。

1.4锅炉房基本概况
锅炉蒸发量为20t/h的燃煤锅炉2台,型号为ＳＨＬ２０－２.４５－ＡII
炉排有效面积２２.１９（m2)，设排烟口为 6.5（ｍ）
锅炉出口直径为3.3m，离地面为6m
烟气密度（标准状态下）：1.34kg/m3
烟气在锅炉出口前阻力：50Pa
当地大气压：101.325 Pa
冬季室外空气温度：-1°C
空气含水（标准状态下）按0.01293kg/m3
设空气含湿量=12.93g/m3
按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准执行。

烟尘浓度排放标准（标准状态下）：150mg/m3
1.5通风除尘系统的主要设计程序
1.燃煤锅炉排烟量的计算。

2.净化系统设计方案的分析确定。

3.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。

并计算各管道的管径、长度、
烟囱高度和出口径以及系统总阻力。

5.风机及电机的选择设计
6.编写设计说明书
7.图纸要求
1)除尘系统流程图一。

2)除尘系统平面图、轴测图。

图中设备管件应标注编号，编号应与系统图对应
1.6火力发电厂污染摘要：火力发电过程产生的烟尘是我国大气污染物的主要构成
部分，必须要达到国家要求的排放标准才能向外排放。

目前火力发电厂、特别是已建成的火电厂的除尘工艺还较多的沿袭单级静电除尘模式。

其存在着功能单一、运转不稳定而难以达到国家排放标准要求的弊端。

针对较典型的300MW火电机组燃煤锅炉烟气除尘过程，可选择二级预除尘与主力静电除尘器组合的工艺设置。

预除尘器选用传统的、性价比较高的、非耗能的重力除尘器承担大粒径烟尘（>30μm）的净化；再经高效静电除尘器净化小粒径烟尘（<30μm）。

对所选传统型多层重力除尘器的工艺结构及其相应尺寸进行了设计计算；对静电除尘器主要进行工艺尺寸的核算以进行了适当的选型。

这一方案对于火电厂烟尘除尘工艺是一有益的改进，特别对已建成的火电厂除尘改造或采取脱硫除尘一体改造与设计，提供了积极的借鉴。

1.7课题背景
火力发电厂燃煤产生的烟尘排放，是我国大气污染物的主要构成部分。

而我国能源资源的特点和经济发展水平，决定了以煤为主的能源结构将会长期存在。

我国火电厂站的建设发展建立在较为落后的工程技术基础上。

虽然近年来已经逐步淘汰技术落后的300MW以下的小型火电，但较多的中型及部分中型以上的火电厂烟尘净化技
术和设备，仍难以符合国家相关排放标准的要求。

况且对于电力日益上升的需求，势必还会导致火力发电规模的稳步提升。

由此导致的烟尘排放量还会持续加大。

随着国家《火电厂污染物排放标准》GB 13223-2003等相应法规不断的修订，节能减排的环保措施日益严格，相应的除尘工艺配置技术也会受到更大的关注。

1.8大气烟尘、灰尘排放与污染简述
目前，我国以燃煤烟尘排放造成的大气污染已相当程度的危害了人们的身体健康，同时也造成了巨大的经济损失。

严重的大气污染状况成为人们对社会不满的因素之一，也在国际上造成了不良的影响，
调查表明，我国大气污染的特点主要是由能源结构决定的，属于煤烟型污染。

我国能源结构中有75%是由煤为原料组成的。

全国城市主要污染物为可吸入颗粒物，全国近2/3的城市可吸入颗粒物年均浓度超过国家二级标准，并且近三成的城市超过国家三级，主要分布在华北北部和西北地区。

这与当地高能耗的产业结构和荒漠化的环境条件有关。

据环保部今年最新公布的信息表明，我国东部的一些城市和地区，由大气中飘尘（<10μm）形成灰霾天气的天数，已占全年总天数的三到五成，呈现日益增多的趋势，严重的影响空气质量及其交通运输等经济活动，对人体的健康也显现出新的危害源。

火电厂排放是大气烟尘、灰霾的重要或主体来源。

地方电厂由于基本上使用的是低效除尘器，吨煤排放烟尘是国家电厂的5~10倍，其排放量占到电厂总排放量的65%。

1.9火电厂除尘系统流程图
2课题信息
2.1设计任务
为某公司火力发电厂锅炉进行烟气治理。

原设计有两台产生烟气量为
85000m3/h,含尘浓度为10g/m3.要求每台排放烟尘浓度小于150mg/m3.除尘系统的除尘效率要达到98.5%，居民区位于工厂的东南面，工厂设在最小频率风向上侧。

2.2设计要求
要求选择适当工艺，除尘器收集的粉尘沉积在集灰斗中，定期开动螺旋排灰机，将灰送到集灰罐中，最后用汽车送到烧结配料仓综合利用。

3 袋式除尘器的选择
3.1滤料的确定
因为烟气的温度达到了150度，所以滤袋材料可选择合成纤维聚四氟乙烯和无机纤维玻璃纤维，因为聚四氟乙烯价格较贵，相比较下，我们选择玻璃纤维作为滤料。

3.2进口流量的确定
根据需处理流量为170000m3/h,
3.3过滤风速的确定
又因为烟囱中灰尘为：上诉粉尘种的第三种，所以选择脉冲喷吹的形式，过滤风速取1.5m/min，
选法2：
取V n=2*1*1**1.1*0.71*1=1.56m/min
3.4过滤面积计算
(1)有效过滤面积：
计算可得：s1=1889m2
S=1889+1889*7%=2021m2
（2）单条滤袋面积（圆形）
取S3=101m3
3.5滤袋数量计算n=S/S3=2021/101=20
3.6除尘器型号的选择
综上，查阅除尘工程设计手册，选择的除尘器是
LFSF-Z/ll-280-3360。

其进出口参数如下：
3．6.1所选袋式除尘器图
3.7排灰系统设计
3.7.1产灰量计算
G=150 *10-3 *170000=25500g/h=22.5kg/h 3.7.2排灰装置的选型与配置
本设计采用螺旋排灰机，集灰罐一套的排灰装置。

螺旋排灰机是一种短距离的螺旋输送机，一般与灰斗相连接进行排尘。

工况下烟气的密度ρ=ρn*273/(273+t)=1.34*273/(273+160)=0.845
V=G/p =22.5/0.845=26.63m3/h
根据下表GX型螺旋输送机参数，选型号为GX300的螺旋排灰机。

GX300型螺旋排灰机性能参数
型号螺旋直径，mm 螺距，mm 转速，r/min 最大输送能力,t/h
GX300 300 240 80 32.5
4 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置
4.1管道布置方案的确定
根据锅炉运行情况及锅炉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、占地面积小，并使安装、操作和检修方便。

选择的方案有两种。

对于方案一：
其阻力计算如下：
方案2：
其阻力计算如下：
方案的确定：虽然方案一阻力比方案二更大，但方案2比方案1所需管材更多，且方案一跟方案二所选的风机都是G,Y4-73型NO.18D 型风机，所以综上，最合适的方
案是方案一。

4.2管径的确定
管道直径：
)
(4m Q
d πν
=
式中
Q ——工况下管道烟气流量，s m /3
ν——烟气流速 m/s (对于锅炉烟尘ν=10-15 m/s)
垂直风管最小风速v=11m/s 水平风管最小风速v=13m/s
阻力平衡：该管路，需对汇合点3进行阻力平衡，
（P 2-3-P 1-3）/P 2-3=((10.1+50+7+15.02)-（10.1+50+7）)/
(10.1+50+7+15.02)=18.3%>10% 阻力不平衡。

所以减小管段1—3的管径。

当其变为1250mm 时：（P 2-3-P 1-3）/P 2-3=((10.1+50+7+15.02)-（10.1+50+12.5）)/(10.1+50+7+15.02)=11.5%》10%。

因为不是大很多，运行时加以阀门调节即可。

4.2.1管道的规格和壁厚
因为除尘系统的管道含有较多的粉尘，且流速高，管道磨损大。

所以除尘管道的壁厚远大于通风管道的壁厚。

另外在管道拐弯处应予以加厚，加厚的幅度在20%-50%。

所以在特殊除尘情况下，除尘管道可以自加工，不采用通风管道统一规格，通过自加工来满足系统良好的运行。

所以控制风速也会相应提高来较少基建投资。

（1）低温烟气管道规格及壁厚如下：
Φ400mm以下，S=3-4mm
Φ400mm-Φ800mm，S=4-5mm
Φ800mm-Φ1500mm，S=5-6mm
Φ1500mm-Φ3000mm，S=6-8mm
（2）高温烟气管道规格及壁厚如下：
Φ400mm-Φ900mm，S=5mm
Φ900mm-Φ2200mm，S=6mm
Φ2200mm-Φ3000mm，S=8mm
（3）通风管道规格及壁厚如下：
Φ1300mm以下，S=4-5mm
Φ1300mm-Φ2800mm，S=5-6mm
Φ2800mm-Φ3500mm，S=6-8mm
Φ3500mm-Φ4500mm，S=8-10mm
Φ4500mm-Φ5000mm，S=12mm
4.2.2管道加固
管道截面可采用圆形或矩形，考虑除尘系统的阻力损失和管道强度，一般情况下均采用圆形管道，对矩形或圆形直径在2000mm，通常需设加强筋对管道进行加固。

圆形管道当气体温度大于150度时加强筋宜取在1500mm处。

4.2.3管道材质
对于烟气温度不高于400℃的管道，一般采用Q235A钢板制作或螺旋焊管，当管道直径小于250mm时可选用螺旋焊管。

4.2.4除尘管道的风速及压力损失
除尘管道的风速
4.3烟囱设计
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（t/h ），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表5.1）确定烟囱的高度。

表5.1 锅炉烟囱的高度
所以选择烟囱高度为45m 4.3.2烟囱直径的计算
烟囱出口径按下式计算：
0.0188()Q
d m v
==2.05m
式中
Q ——通过烟囱的总烟气量，h m /3；
ω——按表5.2选取的烟囱出口烟气流速，m/s
表5.2烟囱出口烟气流速/ (m/s)
通风方式
运行情况
全负荷时
最小负荷时
选定=15m/s 圆整取d= 2m
烟囱底部直径
122()d d i H m =+⨯⨯
式中
2d ——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）。

=2+2*0.02*45=3.8m
4.3.3烟囱的抽力
11
0.0342()()273273y k p
S H B Pa t t =-++
式中 H ——烟囱的高度，m ； k t ——外界空气温度，10℃； p t ——烟囱烟气平均温度，150℃； B ——当地大气压，97860Pa 。

= 0.0342*45*(1/(273+10)-1/(273+150))*97860 =176.14pa
5系统阻力计算
5.1沿程阻力损失
（1）对于圆管：
)
(2
2
Pa
d L p L ρνλ•
=∆
λ——摩擦阻力系数（实际中对金属管道可取0.02.对砖砌或混凝土管道可取0.04）。

d ——管道直径,m ρ——烟气密度，kg/m 3
ν——管中气流平均速率, m/s L ——管道长度,m
对于直径1400mm 圆管：
L=5m
）
（3n
/kg 84
.0443
27334.1160273273m =⨯=+=ρρ=ρn
结果为: 7pa 总沿程阻力：
5.2局部阻力损失
)
(2
2
Pa p ρνξ•
=∆
ξ——异形管件的局部阻力系数，
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
5.3烟囱的阻力计算
经计算，可得：烟囱局部阻力为：
（0.04*45*122/2*2.9）*（273/（273+160））=236.96pa 其局部阻力是一个90度弯头，阻力系数为：0.17
5.4局部阻力构件的计算解析
5.4.1 90度弯头：r/d=1.5，阻力系数=0.17。

5.4.260度三通局部阻力系数=0.15
5.4.3:渐缩管i除尘器进口尺寸为800mm的圆形管。

变径管长度l=1200mm，
所以可得：tga=0.5*（2000-800）/1200=1
a=45。

则局部阻力系数取0.1
5.4.4:渐扩管m除尘器出口尺寸为800mm的圆形管，变径管长度为1200mm.
tga=0.5*（2000-800）/1200=1 a=45
得局部阻力系数为0.9
5.4.5:方变圆k：
tga=0.5*（1550-1250）/400=0.375 a=20.5
得局部阻力系数为0.1
方变圆l：
tga=0.5*（1550-1400）/400=0.00138 a=8
得局部阻力系数为0.1
5.4.6:取带扩散管的伞形风帽：
取局部阻力系数为：0.6
点3处的渐扩管：
tga=0.5*（2000-1250）/1000=0375 a=20
F T/F0=2000/1250=1.6
得局部阻力系数为0.1
5.5:总局部阻力表：
5.6系统总阻力计算：
H= 274.91pa+ 437.58+ 150.00+1700+100= 2512.49
即H=系统局部阻力+系统沿程阻力+风机预留阻力+风机阻力+锅炉出口阻力
6系统中烟气温度的变化
6.1烟气在管道中的温度降
1V
q F t Q C ⨯∆=⨯ （℃）
式中
——标准状态下烟气流量，m 3
/h
F ——管道散热面积，m 2
V
C ——标准状态下烟气平均比热容（一般为1.352—1.357KJ/(m 3·°C ）
q ——管道单位面积散热损失 KJ/(m 3·h) 室q =4187 KJ/(m 3·h) 室外q =5443 KJ/(m 3·h)
室管道长：
流量为85000m 3/h 的有5m*2
流量为170000 m 3/h 的有8.5m
F 1=∏L ·D=3.14*1.25*5+3.14*1.4*5=41.605（m 2) F 2=∏L ·D=3.14*2*8.5=53.38(m 2)
室外管道长
L=16.5(m) F 3=∏L ·D=103.62 (m 2)
1V
q F
t Q C ⨯∆=⨯
=4187*41.605/85000*1.353+4187*53.38/170000*1.353 +5443*103.62/170000*1.353 =4.94℃
6.2烟气在烟囱中的温度降
Q
)
(2C D
A H t ︒•=
∆
式中
H ——烟囱高度，m 。

A ——温度系数，可由表7-2-1查得。

D ——合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h ；
表7.1 烟囱温降系数
)
(2C D A
H t ︒•=
∆
=45*0.4/6.3
=2.86
总温度降=4.94+2.86 =7.8℃
7 风机和电动机的选择及计算
7.1标准状态下风机风量计算：
)
/(325.101273
2731.13y h m B
t Q Q p
⨯+⨯
=
式中
1.1——风量备用系数，
Q ——标准状态下风机前表态下风量，m 3/h
p
t ——风机前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度, °C
B ——当地大气压，kP
因为用的是工况下的，所以计算时直接可以用Q=1.1*Q=187000m 3/h
7.2风机风压计算
)
(293
.1325.101273273)
(2.1y Pa B t t S h H y
y
p y ρ⨯⨯
++-∆=∑
式中
1.2——风机备用系数；
∑∆h ——系统总阻力，Pa ；
y S ——烟囱抽力，Pa
p t ——风机前烟气温度，°C
y
t ——风机性能表中给出的试验用气体温度，°C y
ρ——标准状态下烟气密度，kg/m 3
结果为
H y =2763.74(Pa)
7.3风机的选型
根据以上所得，根据除尘工业手册。

可选定的风机为：
选择：G,Y4-73型锅炉引风机。

选该型号里面的NO.18D 型，
7.4风机具体参数
7.5电动机功率：
)
(100036002
1kW H Q Ne y y ηηβ⨯=
式中
y
Q ——风机风量，m 3/h
y
H ——风机风压，Pa
1η——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）
2η——机械传动效率，当风机与电机直联传动时2η=1，用联轴器连接时2η=0.95—0.98，用V 型带传动时2η=0.95
β——电动机备用系数，对引风机，β=1.3
Ne=326.469 (kW)
根据电动机的功率326.469kw 、风机的转速960r/min 、传动方式用联轴器连接选定
Y355L3-4型电动机。

风机特性曲线：根据风机系统风量Q=187000，p=2784.72，可得
s=p/q 2=2784.72/1870002Q 2=8*10-8Q 2 所以可得管网的特性曲线为：P=8*10-8Q 2。

而风机的数据如下：
7.6风机和管网的特性曲线
如下图所示：
由图可知，该风机是适合该除尘系统的，所以是合适的。

8通风除尘系统布置图
图9.1 锅炉烟气除尘系统立面图
9运行费用计算
9.1运行费用估算
（行费用主要有：电费、水费、维护费用,人工费用等8000小时/年计算）
9.1.1电耗
配电量表
按电费1元/kWh，年运行8000小时计，因为排灰机每小时处理的灰量和除尘器产生的灰量差不多，所以也按8000小时计算。

则总的耗电费用为377*8000*1=301.6万元电源采用380V,50HZ交流电。

9.1.2水费及人工费
系统无需补水，所以无水费。

9.1.3人工费用：3000*2*11=6.6万元
9.1.4维护费用：按总投资的10%计算，为63636
9.1.5总运行费用：3016000++66000+63636= 3145636元
10工程报价
（注：管道，三通，弯头均由Q235A钢版加工制成）
1天圆地方：在锅炉出口处需要设置天圆地方，两个锅炉，所以需要两个天圆地方，管段1-3的重量为113.26kg，管段2-3处的为111.64kg总价格为：832元
2渐扩管：连接管段1-3和3-4处的渐扩管重256.8kg，总价格为950元
3三通：该系统只需要一个三通，重量为142kg，总价格为525元
4弯头：该系统总共需5个弯头，一个重155kg，总造价2868元。

5风机进口处渐缩管：进口处一个重145kg的渐扩管，造价为537元
6风机出口处渐扩管：重量为154.2kg，造价为564元。

7除尘器进口处渐缩管：重量为277.93kg，造价为1028元
8除尘器出口处渐扩管：重量为277.93元，造价为1028元
9管道：总有四段，重量分别为920.37kg，1031.33kg，2065.35kg，3983．18kg，价格分别为：3405元，3816元，7642元，14783元。

10除尘器，风机，电机，螺旋排灰机，集灰罐：根据前面选的，他们的总造价为：354500元。

11地脚螺栓：根据所选风机和电机，分别需要8个地脚螺栓，其中电机需m24*630的螺栓8个，风机需m30*1000的螺栓4个，需m32*800的螺栓4个，他们的总造价为840元。

12风帽：在市场上直接购买，价格为500元。

13砖：烟囱总高为45米，用圆台的公式算的其体积，再算出所需砖的快数，加上风机，电机处的砖，共需32000块，造价12800。

14垫片：两法兰处，天圆地方处需要添加垫片，
15管道支架：因为太高，所以需要特别的加固材料，单价为400元，总需要2400元。

16法兰：该系统有DN1250,DN1400,DN2000三种，总造价为11600元。

17螺栓螺母：一个法兰需要26个螺母，总的法兰需要364个，加上备用的，其他地方的，估算为500个。

造价150元。

18水泥砂浆：用1：3的水泥砂浆，初步估计用20吨，单价为175元一吨，总需3500元
19加工费用:按造价的50%算。

序号设备名称
数量/
重量
（kg）
单
位
详细信息
单价
（元）
总价
（元）产地
1 天圆地方113.26
+111.6
4
千
克
Q235A钢（密度
7.85g/cm3 ）6mm
3700/t 832
天津浩博闻达
钢材销售
11参考文献
[1]一坚主编.工业通风. ：中国建筑工业,1994
[2]陆耀庆主编.供暖通风设计手册. ：中国建筑工业，1987
[3]郝吉明，马广大主编.大气污染控制工程. ：高等教育，2002
[4]集团工程，金国淼.石油化工设备设计选用手册—除尘器设计.：化学工业，2008
[5]研，通风机选型使用手册.：中国建筑工业，2000
12致
感教授在百忙之中辅助我们的课程设计，让我的设计能圆满完成，教授您工作认真，一丝不苟，虽然工作繁忙，但还是抽出时间来知道我和同学们的设计，我在设计中有很多不懂的地方，教授您都一一为我认真解答，不辞辛劳的指点我，让我看到一个真正科研人员的做事态度和敬业精神，非常佩服，每次老师您都会到教室里面来，并且待上好久，真的十分的佩服您，这次的课程设计，让我认识到自己专业知识的不足，做事态度和能力的缺陷，在此，再次感老师的帮助，自己以后一定会加倍努力，扎实自己的专业知识，不辜负教授您的辛苦。