大气污染课程设计设计计算书完美版

1.烟量气、烟尘和二氧化硫浓度的计算

（1） 标准状态下理论空气量

式中  CY，HY，SY，OY——分别为煤中各元素所含的质量分数。

（2） 标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）

式中  ——标准状态下理论空气量，() ；

WY——煤中水分所占质量分数，% ；

NY——N元素在煤中的质量分数，% 。

（3） 标准状态下实际烟气量

式中  a——空气过剩系数；

——标准状态下理论烟气量，；

——标准状态下理论空气量，。

标准状态下烟气流量Q应以计，因此，。

（4） 标准状态下烟气含尘浓度

式中  ——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；

AY——煤中不可燃成分的含量；

——标准状态下实际烟气量，。

（5） 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

式中  S——煤中含可燃硫的质量分数；

——标准状态下燃煤产生的实际烟气量，。

2．除尘器的选择

（1） 除尘器应达到的除尘效率

式中  C——标准状态下烟气含尘浓度，；

——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，。

（2） 除尘器工况烟气流量

式中  ——标准状况下的烟气流量，；

      ——工况下烟气温度，K；

      ——标准状态下的温度，273K。

则烟气流速为：      

（3）除尘系统选择方案

净化系统的布置要考虑到占地面积小，沿程损失少，一次投资小、维修管理方便以及系统总除尘效率高等。在净化系统处理烟气过程中不能产生二次污染，要做好系统的密封性和处理烟气的高效率。

该燃煤厂锅炉排放烟量不大，但其烟气含尘浓度及含硫浓度都比较大，选择除尘器时应该考虑除尘效率、处理烟气流量、脱硫效率等。烟尘浓度排放标准规定的排放量是200mg/m3，二氧化硫排放标准规定的二氧化硫排放量要达到900mg/m3。本工艺方案是按锅炉大气污染排放标准（GB13271-2001）中的二类区标准进行设计。

根据烟尘的粒径分布或种类、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。本设计确定除尘器为无锡市四方锅炉设备制造有限公司生产的ZST-4旋风水膜脱硫除尘器（按Q/320211ARQ01-2002《旋风水膜脱硫除尘器》和Q/320283JUHF01-2002《高效脱硫消烟水膜除尘器》标准进行制造、试验和验收。）。其生产性能规格见表-1,设备外形架构尺寸见图-1。

表--1 ZST-4型旋风水膜脱硫除尘器性能规格表

3．确定除尘器、风机很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，并使安装、操作和检修方便。本方案的管道确定如图-2所示。

（2）管径的确定

式中  Q——工况下管道内的烟气流量，； 

——烟气流速，m/s，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘=10～15m/s）。 

取 v = 14 m/s

取整d = 500 mm表-2 管道参数

由公式  计算实际烟气流速

图--2净化系统管道布置图

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中的规定（表-3）确定烟囱的高度。

表-3 锅炉烟囱高度表

（2） 烟囱直径的计算

烟囱出口内径可按下式计算：

式中  Q——通过烟囱的总烟气量，；

——按表4选取的烟囱出口烟气流速，。

取 v=4 m/s （见表-4）

表--4烟囱出口烟气流速

烟囱底部直径：

式中   ——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

（3）烟囱的抽力

式中  H——烟囱高度，m；

——外界空气温度，；

——烟囱内烟气平均温度，；

B——当地大气压，。

5．系统阻力的计算

（1）摩擦压力损失

对于圆管            

式中  L——管道长度，m；

d——管道直径，m；

——烟气密度，；

——管中气流平均速率，m/s；

——摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度K/d的函数。可以查手册得到（实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌或混凝土管道值可取0.04）。

1）对于圆形管道

直径为500mm的管道

密度换算： 

摩擦压力损失： 

2）对于砖砌拱形烟道（如图-3）

D=500mm ；故B=531mm ；则  (其中A为面积，X为周长)；

图-3 砖砌拱形烟道示意图

因   A=0.3925m2   

则   

又   

取   

则   

（2）局部压力损失

(Pa)

式中  ξ——异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到；

v——与ξ像对应的断面平均气流速率，m/s；

ρ——烟气密度，。

1）进气管部分局部水头损失的计算

a)渐缩管（如附图-4）

则 

则  

b)90°弯头弯管

两个圆形90°弯头

圆管直径D=0.5m，取曲率半径R=D，查表得

则 

c)渐扩管

查《三废处理工程技术手册—废气卷》625页表17-23部分管件局部阻力系数，取α=30°，得

则 

则  

2）出气管部分局部水头损失的计算

a)90°弯头弯管（如附图-5）

三个圆形90°弯头

圆管直径D=0.5m，取曲率半径R = D，查表得

则 

b)三通管

图-6 T型三通管示意图

a.对于图-6所示的三通管， 

则 

b.对于T形合流三通管， 

则 

（3）系统总阻力计算（其中锅炉出口前阻力800 Pa，除尘器阻力1200 Pa）

6．风机和电动机的选择及计算

（1）标准状态下风机风量的计算

式中  1.1——风量备用系数；

Q——标准状态下风机前风量，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；

B——当地大气压力，kPa。

（2）风机风压的计算

式中  1.2——风压备用系数；

——系统总压力，Pa；

Sy——烟囱抽力，Pa；

tp——风机前烟气温度；

ty——风机性能表中给出的试验用气体温度，℃；

ρy——标准状况下烟气密度，1.34kg/m3。

表-5  Y5-50-12.6C型引风机性能表

（3）电动机功率的计算

式中  Qy——风机风量，m3/h；

Hy——风机风压，Pa；

η1——风机在全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机为0.9）；

η2——机械传动效率，当风机与电机直接传动时η2=1，用联轴器连接时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Ne，选定与Y5-50-12.6C型引风机配套的Y160M2-2B3型号

电动机。其性能表如下表-6所示。

表-6  Y160M2-2B3型电动机的性能表

当烟气管道较长时，必须考虑烟气温度的降低。除尘器、风机、烟囱的烟气流量应按各点的温度计算。

（1） 烟气在管道中的温度降

式中  Q——标准状态下烟气流量，m3/h；

F——管道散热面积，m2；

CV——标准状态下烟气平均比热容（一般为1.352~1.357kJ/m3•℃）；

Q——管道单位面积散热损失。

室内q=4187kJ/（m2•h）

室外q=5443kJ/（m2•h）、

室内管道长度及面积： 

室外管道长度及面积： 

则                  

（2）烟气在烟囱中的温度降

式中  H——烟囱高度，m；

D——合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之合，t/h；

表-7 烟囱降温系数

则                  

总温度降为

8．绘制图纸

锅炉烟气除尘系统平面布置图和系统剖面图、弯道示意图分别见附图-4、附图-5、附图-7和附图-8所示。

9．主要参考书目

1.郑铭.环保设备原理设计与应用[M].化学工业出版社

2.刘新旺.锅炉房工艺与设备[M].科学出版社

3.郝吉明，王书肖，陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册[M].北京：化学工业出版社环境科学与工程出版中心，2001。

4.黄学敏，张承中.大气污染控制工程实践教程[M].北京：化学工业出版社，2003

5.宋瑞祥.中国环保产业高新技术的应用和发展[M].环境保护，1999。

6.王玉彬.大气环境工程师实用手册[M].北京：中国环境科学出版社，2003

7.郭静，阮宜纶.大气污染控制工程[M].北京：化学工业出版社教材出版中心，2001。

8.航天部第七研究设计院编.工业锅炉房设计手册[M].北京，中国建筑工业出版社，1986

9.奚士光等主编.锅炉及锅炉房设备[M].北京，中国建筑工业出版社，1994

10.金国淼主编.除尘设备设计[M].上海科学技术出版社，1985

11.鹿政理主编.环境保护备选用手册——大气污染控制设备.大连市环境科学设计研究院组织编写

12.刘天齐，黄小林，邢连壁等.三废处理工程技术手册废气卷[M].北京:化学工业出版社，1999。

13.郝吉明，马广大.大气污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2002

14. 陈庆佳主编.最新风机产品样本设计参数与风机应用机产品技术标准使用手册.当代中国音像出版社， 2007