环境工程系大气污染控制工程课程设计

第一章概述第一节设计任务题目、目的和要求1.1设计题目某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计（振动炉排式链条炉+强制送风+600kg/h）。

1.2设计目的通过课程设计进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。

1.3 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。

净化系统布置区域(距锅炉房15m以内)2．净化系统设计方案的分析确定。

3．除尘器的比较和选择：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。

并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。

5．风机及电机的选择设计：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。

第二节设计依据2.1大气质量标准当地大气质量执行《大气环境质量标准》“GB13271-2001”中的二级标准。

2.2 烟尘排放浓度执行《大气环境质量标准》“GB13271-2001”中的二级标准。

本标准按锅炉建成使用年限分为两个阶段，执行不同的大气污染物排放标准：Ⅰ时段：2000年12月31日前建成使用的锅炉。

Ⅱ时段：2001年1月1日起建成使用的锅炉（含在Ⅰ时段立项未建成或未运行使用的锅炉、建成使用锅炉中需要扩建、改建的锅炉）见表1。

表1 燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值2.3锅炉烟囱高度应根据锅炉房总设计确定新建锅炉烟囱周围半径200m的距离内有建筑物时，烟囱高度应高出最高建筑物3m以上，达不到此要求时，锅炉烟尘排放浓度限值及黑度按“GB13271-2001”中的二类区域的浓度标准执行。

烟囱的高度由锅炉蒸发量确定见表2。

表2 锅炉房烟尘最低允许高度注：燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）2.4燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值根据锅炉锅炉销售出厂时间按表3的时间段规定执行。

表3 燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值（≤2.8MW（4t/h））Aar≥25% 2000 1800 1其他锅炉（＞2.8MW(4t/h)）Aar≤25% 2000 18001 Aar≥25% 2200 2000第三节设计原始资料3.1设计参数锅炉：共4台排烟温度：1600C烟气密度(标准状态下)：1.34kg/m3。

排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16%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：一1℃空气含水(标准状态下)按0.01293kg/m。

烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：按锅炉大气污染物排放标准(GB 13271—2001)中二类区标准执行。

烟尘浓度排放标准(标准状态下)：200mg/m3。

二氧化硫排放标准(标准状态下)：900mg/m3。

净化系统布置场地如图1所示的锅炉房北侧15m以内。

图1锅炉房平面布置图图 2 I－I剖面图3.2 煤质表表4 煤质资料煤种低位发热量（KJ/㎏）挥发分% 灰分%水分%干燥无灰基分析（%） CHONS 无烟煤263779.026.5.0 91.7 3.8 2.2 1.3 1.3.3烟气中烟尘颗粒粒径分布表表5第二章 除尘器的选型及计算根据现在环保要求，采用电除尘设备。

第一节 燃烧的计算1.1 燃煤量： 600kg/h 1.2 燃煤的计算：煤成分：粒径间隔µm 0-1 1-5 5-1010-2020-3030-4040-5050-6>6质量频率％32015201610637元素 质量（g ） mol 需氧数mol C 680 56.67 56.67 H 40 20 10 O 50 _ -1.57 S 10 0.31 0.31 N 10 0.71 -理论氧气量： 56.67+10-1.57+0.31=65.41（mol/kg) 理论空气量： ()kg m ol 65.31278.3141.65=+⨯kg m 003.710004.2265.3123=⨯ （标态） 理论烟气量：kg m ol 90.29178.367.5671.031.02067.56=⨯++++ kg m 538.610004.2290.2913=⨯（标态）1.3 确定过剩系数α链条炉（强制送风） 1.5 烟管 0.15 省煤管 0.1除尘器 0.1 炉膛 0.1 过滤器 0.05 空气预热器 0.1 无烟煤 0.12锅炉出口排烟过剩系数（α）=炉膛出口处过量空气系数+对流烟道内部分的漏风系数之和总过剩系数（α）=链条炉（1.5）+省煤管（0.1）+炉膛（0.1） +烟管（0.15）=1.851.4 烟气量的计算实际烟气量： m 912.11322.6185.1538.63=⨯-+=）（N Q m 56.10873.91912.113=⨯运行工况下除尘器需净化的烟气量Q ： PQ nRT =12N Q Q T T =47327356.1087Q= m 31.18843=Q 第二节 烟气浓度及除尘效率2.1 烟尘初始浓度的计算 1．锅炉的飞灰排放量41001008100y i A m A q qM Bj α⎡⎤=⨯+⨯⨯⎢⎥⎣⎦式中 A M ——锅炉的飞灰排放量（h kg ）Bj ——锅炉在额定蒸发量时的耗煤量（h kg ） y A ——燃料含灰量，取26.0%4q ——锅炉款完全燃烧损失，4q =5～12，（取10） i q ——燃料发热量，Kcal 24.62802.426377=m α——烟尘占燃料中灰分的质量分数0.15～0.20 (取0.20)2.0810024.62801001010026600⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯=A M h Kg 51.40=2． 烟尘的初始浓度0OM C Q==36m m g 59.2149831.18841051.40=⨯ 2.2 除尘效率要求达到的除尘效率00100%C CC η-=⨯ 式中 C ——按《锅炉烟尘排放标准》中二类区域规定的浓度限额取值计算，即C 为2003m mg 。

%10059.2149820059.21498⨯-=η%1.99=第三节 含硫浓度的计算燃料中转化为二氧化硫的百分率为100%23122.410so mV M-=⨯⨯⨯ 式中 2so V ——每千克燃料燃烧时产生的二氧化硫的体积 kg Nm 3；m ——每千克燃料中含硫的质量； M ——硫的分子量； 3SO 104.2213290.62-⨯⨯⨯=V kg Nm 1083.433-⨯= 22610so so y V Bj C V =⨯式中 Bj ——锅炉在额定蒸发量时的耗煤量h kg y V ——实际烟气量m 363SO 1048.10886001083.42⨯⨯⨯=-C ppm 24.266= 将ppm 转化为3m mg4.226424.2662SO ⨯=C 3m mg 69.760=根据《烟尘排放标准》GB13271-2001规定，2001年1月1日起立项,新安装和更新的锅炉中，燃煤含硫量小于2%,二氧化硫浓度标准为9003m mg ,由于计算所得的2so C 大于9003m mg 超标。

所以在除尘过程中需要脱硫，需达到的脱硫效率为：%10086.101690086.1016⨯-=η%49.11=第四节 除尘方案的确定及除尘器选型4.1 除尘方案确定依据（1）根据除尘烟气的含尘浓度。

（2）根据除尘器的除尘效率和处理烟气量是否达到设计要求，除尘后排尘浓度是否达到排放标准。

（3）考虑除尘器的造价、安装费、运行费、维护费和使用寿命。

4.2 设计参数根据设计题目锅炉的燃煤量800kg/h ，烟尘的初始浓度3m m g 77.114544，除尘系统要求达到的除尘效率%83.99，允许压力损失：Pa 1000。

4.3 方案比较 方案一：袋式除尘器袋式除尘器是一种干式高效除尘器，可用于净化粒径m 1.0d p μ>的尘土气体。

除尘效率可达99%以上，它是最古老的除尘方法之一。

（1） 袋式除尘器的优点①袋式除尘器对净化含尘微粒和亚微粒数量级的粉尘粒子的气体效率较高，一般可达99%，甚至达到99.9%以上。

②袋式除尘器可以捕集多种干式粉尘，特别是高比电阻粉尘，采用袋式除尘器要比用电除尘器的净化效率高得多。

③含尘气体浓度在相当大的范围内变化对袋式除尘器的效率和阻力影响不大。

④袋式除尘器可以设计制造成适应不同气量的含尘气体的要求，除尘器的处理量可以从1～106m3。

⑤袋式除尘器也可以做成小型的，安装在散尘设备上或散尘设备附近，也可以安装在车上做成移动式袋式过滤器，这种小巧、灵活的袋式除尘器特别适用于分散尘源的除尘。

⑥袋式除尘器运行性能稳定可靠，没有污泥处理和腐蚀等问题，操作维护简单。

（2）袋式除尘器的缺点①袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能影响。

目前常用的滤料可耐250℃左右高温，如采用特别滤料处理高温含尘烟气，将会增大投资费用。

②不适于净化含粘结和吸湿性强的含尘气体。

用袋式除尘器净化烟尘是的温度不能低于零点温度，否则将会产生结露，堵塞布袋滤料的空隙。

③据初步统计，用袋式除尘器净化大于17000hm3含尘气量的投资费用要比电除尘器高，而净化小于17000hm3含尘烟气时投资费用要比电除尘器省。

方案二：电除尘器电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置。

电除尘器与其他除尘器的根本区别在于：除尘过程的分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上。

电除尘器的特点①收集效率高：静电除尘装置可以很方便的通过加长电场长度达到99%以上的除尘效率。

静电除尘器装置还有一个出色的特征，就是收集效率可长期稳定保持不变，这是其他除尘器比不上的。

只有袋式除尘器例外，但袋式除尘器需要经常更换滤袋，才能保持良好的收尘效率。

②烟气阻力小，总的能耗低，电除尘器的能耗主要是由烟气阻力损失、供电装置、电加热保温和震打电机等能耗组成。

由于总的能耗低，有很少更换易损件，所以运行费用比袋式除尘器、文丘里除尘器等要小得多。

③适用范围广：电除尘器可捕集粒径小于m1.0 的粒子，300～400℃的高温烟气。

湿式静电除尘器不仅可以除尘，还可除去烟气中的水雾和酸雾。

这种综合性的能力为用户提供了方便。

当烟气的各项参数发生一定范围内波动时，电除尘器仍然保持良好的捕集性能。

对于高比电阻和低比电阻粉尘的烟尘来说，需要采取烟气调节，但总的看来这种情况不多，绝大多数的烟气净化都可采用电除尘器。

④ 可处理大容量烟气：电除尘器易模块化，因此可以很方便地实现装置的大型化。