烟囱高度的设计

《大气污染控制工程》

课程设计报告

题    目：   烟囱高度的设计      

院    系：      生 环 学 院      

班    级：      环境工程081      

学生姓名：          周 建 平       

学    号：      200806014126      

指导教师：         王    莉       

日期：  2011   年  12 月  4 日

目录

第1章　总论   ———————————————————————————1

第一节设计任务和内容  ———————————————————————1

第二节基本资料  ——————————————————————————1

第2章　烟囱高度设计的原理和结构 —————————————————1

第1节  烟囱高度设计的原理 ——————————————————————1

第二节影响烟囱设计高度的因素 ———————-————————————2

2.1.1计算公式 ——————————————————————————2

2.1.2气象参数 ——————————————————————————2

2.1.3烟流出口速度VS ———————————————————————2

2.1.4烟气的干、湿沉降 ——————————————————————2

2.1.5烟囱的散热 —————————————————————————2

第三节烟囱高度的基本结构 ——————————————————————3

     3.1主体系统 ———————————————————————————3

第3章　烟囱高度计算和平面结构图 ——————————————————3

第一节 设计说明 ————————————————————————————3

4.1 烟囱高度主要技术参数的确定 ——————————————————3

第2节 烟囱高度尺寸的计算  ——————————————————————3

第3节 平面结构图 ———————————————————————————4

参考文献  ———————————————————————————————4

第一章 总论

    众所周知，烟囱本身并不能减少排气的污染物数量，但它能使污染物从排放源的局部地区转移到很大的范围内扩散，并利用大气的自净能力使地面污染物浓度控制在人们可以接受的范围内。

当今．随着环保事业的发展，工厂的烟囱已经不单纯是一个排烟装置，而发展成为控制大气污染保护环境的一个设备。因而烟囱高度的计算，也不冉单纯从满足工艺生产的需要进行计算，而是还要从环保的要求进行计算确定【1，2】。

第1节 设计任务和内容

    烟囱高度的设计,并画出烟囱示意图。

第二节 基本资料

    地处丘陵的某炼油厂要进行扩建，拟新建一烟囱排放污染物。烟囱排放条件为：出口内径3 m,出口速度15（12、13、14、16） m/s,排放温度140℃，大气温度17℃，H2S排放量7.2 kg/h。离该厂2500 m处有一城镇，大气中H2S的现状浓度为0.5 μg/m3。为使该城镇中H2S浓度低于10μg/m3，要建多高的烟囱才能满足要求？设计风速取1-3 m/s。

第二章 烟囱高度设计的原理和结构

第一节  烟囱高度设计的工艺原理

    高架连续点源的典型代表就是孤立的高烟囱。烟囱的作用除了利用热烟气与环境冷空气之间的密度差产生的自生通风力来克服烟气流动阻力向大气排放外，还要把烟气中的污染物散逸到高空之中，通过大气的稀释扩散能力降低污染物的浓度，使烟囱的周边的环境处于允许的污染程度之下。

事实证明，烟囱愈高，烟气上升力愈强，燃料燃烧也愈好，污染物可以在离地面较高的大气中扩散，再加上高空风速大，稀释能力强，可使大气污染程度减轻。当然，烟囱的高度并非愈高越好，当烟囱高度超过一定的高度后如果再增加其高度，对地面浓度的降低收效就很小，而烟囱造价却随高度增加而急剧增大。

烟气从烟囱排出以后，由于受惯性力(烟速的作用)和浮升力(温度的作用)的综合作用向纵向扩散，即抬升一定的高度：又由于炯气还受大气风力和湍度梯度的作用使炯气横向扩散(见图1)。因此烟囱高度的计算方法分为以下二步：

第一步．计算烟气抬升高度△H。

第二步．依照大气扩散的数学模式以保证大气质量为标准来确定必需的烟囱几何高度HS。

烟囱有效高度H

抬升高度ΔH

烟囱几何高度HS

图1 烟囱高度计算图

烟囱的作用在于使其根部产生足够吸力来克服加热系统阻力(包括分烟道阻力)及下降气流段浮力,使炉内废气排出,空气吸入.炉内上升气流段浮力则有助于气体流动,烟囱根部吸力靠烟囱内热废气的浮力产生,其值高度和热废气与大气密度之差决定的。

烟囱的工艺设计主要是根据加热系统的阻力和浮力确定烟囱根部吸力的需要值,并据此计算烟囱的高度和直径。

烟囱的直径取决于废气通过烟囱的阻力和烟囱的投资费用。烟囱的高度使产生的浮力保证烟囱根部有足够的吸力，并足以克服废气通过烟囱的阻力，还要考虑备用的吸力及根据气压进行必要的校正。

烟囱的设计应合理地确定烟囱高度，做到既减少污染又不浪费。因为高烟囱虽然非常有利于污染物浓度的扩散稀释，但烟囱达到一定高度后，再继续增加高度对污染物落地浓度的降低已无明显作用，而烟囱的造价也近似地与烟囱高度的平方成正比。因此，烟囱高度设计的基本要求是，在排放源造成的地面最大浓度不超过国家规定的数值标准下，使得建造投资费用最小。

第二节影响烟囱设计高度的因素

2.1.1计算公式

烟囱高度设计中，选择适当的计算公式是准确确定烟囱高度的必要条件。除了上述介绍的以外，还有一些计算公式。这些公式对地形地貌及气象条件的依赖性很强，且计算结果差别也很大。

2.1.2气象参数 

主要的气象参数有风速和扩散参数。

近地面的风速是影响大气扩散和烟囱高度的重要因素。，随着风速的增大，一方面增强了大气对污染物扩散稀释的能力，直接使地面最大浓度值减小；另一方面减小了烟流的抬升高度，降低了烟囱有效高度，反而使地面最大浓度值增大。因此，当烟囱的几何高度一定时，地面最大浓度将随风速由小增大而出现最大值。

若按危险风速或地面绝对最大浓度要求设计烟囱高度，实际风速下地面浓度均不会超标，但烟囱高、投资大；若按平均风速或地面最大浓度要求来设计，则烟囱较矮，可节省费用，但风速小于平均风速时，地面浓度可能超标。因此对于不同的地区，应当考虑一个合理的计算风速。

2.1.3烟流出口速度VS

污染物地面最大浓度随烟囱的高度和出口烟气流速的增加而降低。为了保证在烟囱高度处的平均风速u较大的情况下，不因过分降低烟气抬升高度而造成局部污染浓度过高，一般要求vS/u＞1.5。当有几个烟源相距较近时，可采用集合式的单座烟囱以提高vS。考虑到设备运行有先后或启停时的vS不致过低，还可采用多筒集合式烟囱排放。但在集合温度相差较大的烟囱排烟时，要认真考虑。应当注意的是，如果烟流抬升高度主要取决于热力抬升，则过高的vS对烟流抬升的作用并不大，反而增大了烟气流动的阻力。

2.1.4烟气的干、湿沉降

为避免出现烟气的干、湿沉降现象，以及烟流受建筑物背风面涡流区影响，从而增加烟囱附近地区的污染浓度，要求烟囱与附近建筑物相距约20倍烟囱高度的距离，其高度不得低于周围建筑物高度的2.5倍。

2.1.5烟囱的散热

为了提高出口烟气温度，增加进烟气的热力抬升能力，在烟囱设计过程中应考虑尽量减少烟道与烟囱的散热损失。

第三节烟囱高度的基本结构

3.1主体系统

    3.1.1基础：烟囱基础在平面上多采用圆形，当地质条件比较好，地基承载能力比较高

3.1.2筒身，烟囱的筒身可用砖，配筋砖，钢筋混凝土或钢做成

3.1.3筒座

3.1.4筒首

3.1.5相应的附属设施：爬梯，信号灯平台，避雷装置等

第三章 烟囱高度计算和平面结构图

第一节  设计说明

4.1 烟囱高度主要技术参数的确定

4.1.1烟囱出口处的平均风速：取=3m/s

4.1.2烟囱出口流速：取Vs =14m/s

4.1.3烟气H2S排放量：Q=7.2 kg/h=2g/s

4.1.4 2500 m处城镇H2S烟气含量：ρ0-ρb =10-0.5=9.5ug/m³

4.1.5 烟囱出口内径：D=3m

4.1.6烟囱出口处的烟流温度：Ts =413K

4.1.7环境大气温度：Ta  =290K

4.1.气压力：地处丘陵，取一大气的压强，Pa=101.325kpa

4.1.9大气扩散参数

第二节 烟囱高度的计算

2.1 实际排烟率：

  m3/s

2.2 烟气热释放率：

kW

2.3 霍兰德（Holland）公式：

2.4 烟囱高度： 

第三节 平面结构图

抬升高度ΔH=58.32

烟囱出口内径3m

烟囱有效高度H=128.66

烟囱几何高度 HS=70.34

参考文献

1.HJ/T 2.2-1993.环境影响评价技术导则--大气环境

2.环境工作实用手册 1984

3.《大气污染控制工程》，化学工业出版社，2002年

4.《大气污染控制工程实践教程》，2005年