大气课程设计

洛阳理工学院

大气污染控制工程

课 程 设 计

设计题目：某燃煤采暖锅炉房烟气除尘脱硫系统设计 系 别：环境工程与化学系 专 业：环境监测与治理 班 级：Z080701 学 号：Z08070111 姓 名：张露萍 指导老师： 刘琼

目录

前言................................................................................................................................ 1 1总论............................................................................................................................. 2

1.1设计任务书 ......................................................................................................................... 2

1.1.1设计题目 .................................................................................................................. 2 1.1.2设计任务 .................................................................................................................. 2 1.1.3原始资料 .................................................................................................................. 2 1.2设计依据和原则 ................................................................................................................. 3

2主要及辅助设备设计计算......................................................................................... 4

2.1烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 ............................................................................. 4

2.1.1烟气量的计算 .......................................................................................................... 4 2.1.2标准状态下烟气含尘浓度的计算 .......................................................................... 5 2.1.3标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 .............................................................. 5 2.2 除尘脱硫设备、风机和烟囱的位置及管道的布置 ........................................................ 5

2.2.1各装置及管道布置的原则 ...................................................................................... 5 2.2.2管径的确定 .............................................................................................................. 5 2.3硫装置的选择设计 ............................................................................................................. 6

2.3.1尘脱硫设计计算 ...................................................................................................... 6 2.3.2工艺流程 .................................................................................................................. 8 2.4烟囱设计 ............................................................................................................................. 8

2.4.1烟囱高度的确定 ...................................................................................................... 8 2.4.2烟囱直径的计算 ...................................................................................................... 8 2.4.3烟囱的抽力的计算 .................................................................................................. 9 2.5系统阻力的计算 ................................................................................................................. 9

2.5.1摩擦压力损失 .......................................................................................................... 9 2.5.2局部压力损失 ........................................................................................................ 10 2.6电动机选择及计算 ........................................................................................................... 11

2.6.1风机风量的计算 .................................................................................................... 11 2.6.2风机风压的计算 .................................................................................................... 11 2.6.3电动机功率的计算 ................................................................................................ 12

3设备一览表............................................................................................................... 13 小结.............................................................................................................................. 14 主要参考文献.............................................................................................................. 15

大气污染控制工程 某燃煤采暖锅炉房烟气除尘脱硫系统课程设计

前言

随着社会经济的发展，城市化与工业化进程的加速，以及煤、油为主的能源框架，环境污染越来越严重。而在我国的能源结构中以燃煤为主，众所周知煤炭在燃烧过程中会产生较多的污染物，尤其是向大气中排放酸性污染物，在大气迁移过程中形成酸性沉降物，即酸雨，而酸雨对人类产生着最直接、最严重的危害。且随着国民经济的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主。因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和二氧化硫危害的关键问题。

本设计是某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计，主要目的就是除尘与烟气脱硫，以达到污染物排放标准，而其中最主要的是除尘与烟气脱硫系统。

在常规工艺中，脱硫和除尘作为独立的单元操作分别在各自的装置中完成。而在脱硫除尘一体化工艺过程中，将脱硫和除尘两个单元操作结合起来，即在一个操作单元中既达到除尘的目的又满足脱硫的要求。脱硫除尘一体化操作可以简化工艺流程，节约设备投资。但是由于其内部结构复杂，限制因素较多，故本设计采用先除尘后脱硫的常规工艺。

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1总论

1.1设计任务书

1.1.1设计题目

某燃煤采暖锅炉房烟气除尘脱硫系统设计。

1.1.2设计任务

燃煤锅炉燃烧过程排放的烟气中含有大量的烟尘和二氧化硫，如不采取有效的治理措施，将会对周围大气环境及居民健康造成严重影响与危害。因此，本设计结合燃煤锅炉烟气排放特点，根据所提供的原始参数及资料，拟设计一套燃煤采暖炉房烟气除尘系统。要求设计的净化系统效果好、操作方便、投资省，且出口烟气浓度达到锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准，即：烟尘排放浓度≤200mg/Nm3、SO2排放浓度≤900mg/Nm3。

1.1.3原始资料

锅炉型号：SZL4-13型、共2台，额定蒸发量2.8MW/h 设计耗煤量：650kg/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：α＝1.4

排烟中飞灰占煤中灰分（不可燃成分）的比例，20％ 烟气在锅炉出口前阻力：800Pa 当地大气压力：97.86kPa 冬季室外空气温度：－1℃

空气含水（标准状态下）按0.01293kg/m3 烟气其它性质按空气计算。

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燃煤煤质如下表所示。

CY=68% HY=4% SY=1.8% OY=5% NY=1% WY=6% AY=14.2% VY=13%

净化系统布置场地如图1所示的锅炉房北侧20m以内。

1.2设计依据和原则

锅炉设备是燃料的化学能转化为热能，又将热能传递给水，从而产生一定温度和压力的蒸汽和热水的设备。

锅炉型号：SZL4—13型，SZ——双锅筒纵置式，L——链条炉排，4——蒸汽锅炉额定蒸发量为若干t/h 或热水锅炉额定供热量为若干104kcal/h新单位制应为MW。

燃料燃烧就是供给足够的氧气，也就是想炉膛内供给足够的空气。

冬季室外温度：-1℃，设备安装在室外，考虑在冬天设备的防冻措施，以及冬季排气冷凝形成的水雾、烟雾等。

按锅炉大气污染物排放标准（GB 13271—2001）中二类区标准执行，故建地应在二类区：城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。

在设计过程中要考虑各除尘器的除尘效率，设备用费等各项技术经济条件。通过计算，根据工况下的烟气量、烟气温度及达到的除尘效率选择除尘器。

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2主要及辅助设备设计计算

2.1烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算

2.1.1烟气量的计算

（1）标准状态下理论空气量

Qa’=4.76×(1.867CY+5.56HY+0.7SY-0.7OY) (m3/kg)

式中：CY, HY, SY, OY －分别为煤中各元素所含的质量分数。 Qa’=4.76×(1.867×68﹪+5.56×4﹪+0.7×1.8﹪-0.7×5﹪) =7.0 (m3/kg)

（2）标准状态下理论湿烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）

Q’s=1.867(CY+0.375SY)+11.2HY+1.24WY+0.016Q’a+0.79Q’a+0.8NY (m3/kg) 式中：Q’a－标准状态下理论空气量，m3/kg；

WY－煤中水分所占质量分数，%； NY－N元素在煤中所占质量分数，％。

Q’s=1.867×(68﹪+0.375×1.8﹪)+11.2×4﹪+1.24×6﹪+0.016×7.0+0.79×

7.0+0.8×1﹪ = 7.46 (m3/kg)

（3）标准状态下实际烟气量

Qs=Q’s+1.016(a-1) Q’a (m3/kg) 式中：a－空气过量系数

Q’s－标准状态下理论烟气量，m3/kg； Q’a－标准状态下理论空气量，m3/kg。

注意：标准状态下烟气流量Q以m3/h计，因此，Q= Qs×设计耗煤量

Qs=7.46+1.016×(1.4-1)×7.0=10.30 (m3/kg) Q= 10.30×650=6695 (m3/h)

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2.1.2标准状态下烟气含尘浓度的计算

YCdshAQs (kg/m3)

式中：dsh－排烟中飞灰占煤中灰分（不可燃成分）的质量分数，排放因子，％；

AY－煤中灰分（不可燃成分）的含量，％； Qs－标准状态下实际烟气量，m3/kg。 C=20﹪×14.2﹪/10.30 = 2.76×10 (kg/m3)

-3

2.1.3标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

20.8SQsYCSO210 (mg/m)

63

式中：SY－煤中含可燃硫的质量分数；

Qs－标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/kg。

6

2 CSO= 2×0.8×1.8﹪×10/10.30 = 2796.12 (mg/m3)

2.2 除尘脱硫设备、风机和烟囱的位置及管道的布置

2.2.1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。

2.2.2管径的确定

d4Qv （m）

式中：Q－工况下管内烟气流量，m3/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

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际烟气流速要符合要求。

已知标况下Q=6695 (m3/h) ，则工况下的烟气流量为

Q101.32566952(273160)97.8627321990(m/h)

1/2

3取v＝12 m/s则 d = (4×21990/(3600×3.14×12) = 0.81（m）圆整后d =0.80m，

则实际烟气流速为v = 12.16m/s. 单台锅炉的Q = 21990/2 =10995 (m3/h) d=0.57(m)圆整后 d =0.56 m 实际烟气速度为12.41 m/s.

2.3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。 本设计采用先除尘后脱硫工艺。

2.3.1尘脱硫设计计算

（1）除尘脱硫装置应达到的净化效率：

1CsC

式中：C－标准状态下烟气含尘、SO2浓度，mg/m3；

Cs－标准状态下锅炉烟尘、SO2排放标准中规定值，mg/m3。

除尘效率：1-200/2760 = 92.75﹪ 脱硫效率： 1900/2796.12 = 67.81﹪ （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。

本设计选用QMC64-5气箱式脉冲袋式除尘器。其性能参见表1.

表1 QMC64-5气箱式脉冲袋式除尘器性能参数

规格 处理风量(m3/h) 过滤风速(m/min) 总过滤面积净过滤面积(m) 2'除尘器室数 滤袋总数(个） 除尘器阻力(Pa) 承受负压(Pa) 6

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(m) QMC64-5 22300 1.2 310 248 2(个） 5 320 1470-1770 5000 其结构见 图4 QMC64-5气箱式脉冲袋式除尘器。 (3)脱硫装置

烟气脱硫常采用的方法是吸收法。本设计用石灰石浆液剂，在塔内与烟气接触，吸收SO2，生成石膏。该法优点是原料易得，价格低廉。

①吸收塔的直径D ，可由吸收塔出口实际烟气体积流量和烟气流速确定, 烟气流速通常为3. 0-4. 5m/ s, 工程实践表明, 3. 6-4. 2m/ s 是性价比较高的流速区域 , 因此, 本工程的设计烟气流速为3. 6m/ s。吸收塔直径可根据下列公式计算:

D4Q42199036003.63.141.47(m)取1.5m

v②吸收塔高的计算

工程设计中，吸收区的高度一般指烟气进口水平线到喷淋塔层中心线的距离。根据吸收塔高度参考表，吸收区的高度一般为5～15m。烟气接触反应时间一般为2～5s，设计接触反应时间为2s，则吸收区高度h=2×3.4=6.8m，本工程设计值取6.8m。

吸收区一般设置3～6层喷淋塔，每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴，喷淋覆盖率达200%～300%。由于要求脱硫效率不高，本设计设置3个喷淋层，喷淋层间距一般为1.2～2m，为了检修和维护，层间距设为1.5m。；最顶层喷淋层到除雾器的距离一般为1.2～2m，本设计采用1.5m；除雾器高度一般为2～3m，本设计采用2；除雾器到吸收塔出口的距离一般为0.5～1m，本设计采用0.5m。

因此，吸收塔的高度为H=6.8+1.5×2+1.5+2+0.5=13.8m

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吸收塔结构图见图5.

2.3.2工艺流程

锅炉烟气由风机抽出，首先经过袋式除尘器，除尘后的烟气进入吸收塔进行脱硫。即石灰石浆液在配置槽中配置，送入循环槽，由循环泵送到吸收塔顶部喷淋。吸收SO2后，得到含亚硫酸钙和硫酸钙的混合浆液由塔底流回循环槽。将PH值调到4左右由泵送入氧化塔，向氧化塔内鼓入空气，进行氧化得到石膏。所得的石膏浆料经过增稠离心过滤和清洗获得石膏产品。滤液除去杂质后送至石灰石浆液制备槽。脱硫后烟气由排气口排至烟囱。

具体见图2烟气除尘脱硫工艺流程图

2.4烟囱设计

2.4.1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（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

MW <0.7 0.7~<1.4 1.4~<2.8 2.8~<7 锅炉房装机总容量 t/h 烟囱最低允许高度 m <1 20 1~<2 25 2~<4 30 4~<10 35 10~<20 40 20~<40 45 7~<14 14~<28 锅炉房装机总容量：2.8×2=5.6 MW 故选定的烟囱高度H为35m.

2.4.2烟囱直径的计算

烟囱出口内径可按下式计算

d0.0188Qu （m）

式中：Q－通过烟囱的总烟气量，m3/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）

通风方式 8

运行情况 大气污染控制工程 某燃煤采暖锅炉房烟气除尘脱硫系统课程设计

全负荷时 机械通风 自然通风 10～20 6～10 2199051.25(m)

最小负荷 4～5 2.5～3 取烟气流速u = 5 m/s ， 则d0.0188烟囱底部直径：d1d22iH (m) 式中：d2－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。

取i=0.02 ，则 d11.2520.02352.65(m)

2.4.3烟囱的抽力的计算

1273tk1273tpSy0.0342H()P （Pa）

式中：H－烟囱高度，m；

tk－外界空气温度，℃；

tp－烟囱内烟气平均温度，℃； P－当地大气压，Pa。

已知H = 35 m tk = －1℃ P =97.86kPa tp = 160℃ 则

Sy0.034235(1273(1)1273160)97860160(Pa)

2.5系统阻力的计算

2.5.1摩擦压力损失

2对于圆管： pLLdu2 （Pa）

式中：L－管道长度，m；

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d－管道直径，m； ρ－烟气密度，kg/m3；

u－管中气流平均速率，m/s；

λ－摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度

Kd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）。

根据图3 烟气除尘脱硫系统图 计算

管段1-2与管段2-3：根据流量Q = 10995(m3/h) d = 560mm 实际流速为12.41m/s ,动压头为92.6Pa，管道长度L=1.5+1.5=3m.则

pL12pL230.0230.5692.69.92(Pa)

管段2-4 、5-6 、7-8 、 8-9:气流量相同Q = 21990(m3/h) ,d = 800mm,实际流速为12.16m/s ,动压头为89.6Pa,管道长度L=0.5+6.2+10.5+2=19.2m则

pL0.0219.20.8089.643.90(Pa)

2.5.2局部压力损失

2pv2 （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/m3。

管段1-2 与 管段2-3：

吸气罩：ξ=0.12 插板阀全开启： ξ=0

弯头：90° R/d =1.5 查《供暖通风设计手册》得ξ=0.18 直流三通: 30°ξ=0.33

则p12p23(0.120.180.33)92.658.34(Pa) 管段2-4：没有局部压损，袋式除尘器压损为1500 Pa 管段5-6与管段7-8：

弯头2个，90° R/d =1.5 ξ=0.18 则p56p780.18289.632.26(Pa)

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管段8-9渐扩管 查手册ξ=1.59则p781.5989.6142.46(Pa) 总压力损失h9.92×2+43.90×4+58.34×2+1500+32.26×2+142.46

=2019.1(Pa)

2.6电动机选择及计算

2.6.1风机风量的计算

273tp273Qy(1K1)Q101.325P （m3/h）

式中：K1－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，m3/h；

tp－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。

已知Q=6695×2=13390m/h；tp＝160℃；B＝97.86kPa 代入上述公式得

Qy=（1+0.1）×13390×（273+160）×101.325/(273×97.86)=24189 (m/h) 2.6.2风机风压的计算

0Tp0T0p3

3

py(1K2)(hSy)(1K2)(hSy)（Pa）

式中：K2－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

K=0.1～0.15，除尘管道取K=0.1～0.2；

∑△h－系统总阻力，Pa；

Sy－烟囱抽力，Pa；

ρ0、p0、T0－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，p0=101.3kPa，对于引风机T0=200℃，ρ0=0.745kg/m3。 ρ、p、T－运行工况下进入风机时的空气密度、压力、温度。

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py(10.2)(2019.1160)(273160)101.325(273200)97.862114.6(Pa)

根据计算出的风机风量Qy和风机风压△py，查《除尘工程设计手册》选择风机的

型号见表4.

型号 Y4-73-11 名称 锅炉离心引风机 全压（Pa） 362~5424 3风量(m/h) 15900~80000 电机功率（kw） 5.5~1250 2.6.3电动机功率的计算

Qypy3600100012Ne （kW）

式中：Qy－风机风量，m3/h；

△py－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。

Ne241891.32114.6360010000.60.9532.4(kw)

根据电动机的功率，传动方式查《暖通通风设计手册》选择电动机型号见表5. 型号 Y200L2-2

功率（kw） 37 转速（r/min） 2950 效率（％） 90.5 功率因数 0.89 12

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3设备一览表

袋式除尘器型号 处理风量(m3/h) 过滤风速(m/min) 总过滤面积(m) QMC64-5 22300 1.2 名称 锅炉离心引风机 功率（kw） 37 310 248 全压（Pa） 362~5424 2净过滤面积(m) 2除尘器室数 (个） 5 滤袋总数(个） 除尘器阻力(Pa) 承受负压(Pa) 320 1470-1770 5000 引风机型号 Y4-73-11 电动机型号 Y200L2-2

3风量(m/h) 15900~80000 电机功率（kw） 5.5~1250 功率因数 0.89 转速（r/min） 效率（％） 2950 90.5 13

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小结

我一直都对这样的课程设计比较感兴趣,主要是能够对我所感兴趣的事物进行研究,这对于正处在比较压抑的期末考试的气氛中无疑是一种非常奇妙的感觉,就如同泥中莲花,有不染凡俗之感。

课程设计是某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计。就是针对某燃煤采暖锅炉房排出大量烟尘及有害气体对周围环境和居民健康造成危害的情况来设计烟气除尘系统。通过前几个学期的理论学习，现在真正动手设计起来有的还是莫不找头脑，便与同学探讨研究，寻找解决的方法。

通过这个课程设计巩固大气污染控制工程所学内容，使所学的知识系统化，了解了工程设计的内容、方法及步骤、通过亲自动手查阅大量的参考书目和数据资料，了解了许多燃煤采暖锅炉房烟气除尘设计的类型及其各自采用的设计数据，使自己具备编写设计说明书的初步能力。最后是画图的任务，需要耐心，要注意准确，不能抱敷衍态度。在完成了最艰巨的画图任务后，也加深了对CAD的认识，增强了自己的技术能力。

在这次设计过程中通过同学的帮助、老师的指导和自己的努力，我学到了许多东西，锻炼了解决实际问题的能力。课程设计要有耐心，既要独立思考又要勤于请教，要学会利用网络资源和图书馆资源解决实际问题。这次课程设计让我受益良多。

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主要参考文献

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，2002 ②张殿印，王纯主编.除尘工程设计手册.化学工业出版社，20003.9 ③黄学敏等主编。《大气污染控制工程实践教程》，化学工业出版社，2003

④除尘设备设计安装.运行维护及标准规范操作指南(上)(中)(下).吉林音像出版社,2003.9 ⑤罗辉主编. 环保设备设计与应用. 北京：高等教育出版社，1997 ⑥钢铁企业采暖通风设计手册.北京：冶金工业出版社，2000 ⑦陆耀庆主编.供暖通风设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1987 ⑧同济大学等编. 锅炉及锅炉房设备. 北京：中国建筑工业出版社，1986 ⑨风机样本.各类风机生产厂家

⑩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，1989

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