烟气管道布设课程设计计算说明书

大气污染控制课程设计设计计算说明书环境科学与工程学院2019年10月目录1．任务说明 (1)1.1 项目名称 (1)1.2 设计要求 (1)1.3 设计依据 (1)1.4 设计主要参考资料 (1)2．原始资料 (2)2.1 建筑与结构 (2)2.2 地理、气象资料 (2)2.3 地形情况 (2)2.4 环境情况 (2)2.5 工艺资料 (2)3．设计内容与计算 (3)3.1 颗粒物控制流程方案 (3)3.2 颗粒物控制设备选型及计算 (3)3.2.1 颗粒物控制设备选型 (4)3.2.2 效率复核及设备出口负荷浓度计算 (6)3.3 管道布置、阻力计算及风机选型 (7)3.3.1 风机预选 (7)3.3.2 控制系统的管道布置 (8)3.3.3 系统管道阻力的计算 (8)3.3.4 计算示例 (11)3.3.5 风机复核 (11)3.4 烟囱高度计算及颗粒物最大落地浓度校核 (12)3.4.1 烟囱高度与内径设计 (12)3.4.2 烟气抬升高度计算 (13)3.4.3 颗粒物最大落地浓度校核 (14)附表 (17)1．任务说明1.1 项目名称上海某厂锅炉房颗粒物控制系统设计。

1.2 设计要求根据所给的资料，完成该锅炉房颗粒物控制系统的设计，要求确定含尘气体处理的流程，净化设备的型号、规格和主要尺寸，确定控制系统的布局，最后绘制控制系统平面布置图，必要的剖面图和系统图（轴测图），达到初步设计的深度，并简要的写出一份设计计算说明书。

1.3 设计依据(GB 3095-1996)《环境空气质量标准》：大气环境中总悬浮颗粒物浓度二级标准的日均浓度限值为0.3mg/Nm3；(GB 13271- 2001）《锅炉大气污染物排放标准》：二类地区安装的锅炉其最高允许烟尘排放浓度为80mg/Nm3。

1.4 设计主要参考资料1．工业锅炉除尘设备中国环境科学出版社19922．锅炉房实用设计手册第2版机械工业出版社20013．空气污染控制工程季学李、羌宁化学工业出版社20054．工业锅炉房实用设计手册机械工业出版社19915．工业锅炉房常用设备手册机械工业出版社19936．全国通用通风管计算表中国建筑工业出版社19777．全国通用通风管的配件表中国建筑工业出版社19792．原始资料2.1 建筑与结构该锅炉房为独立式单层建筑，建于2013年8月，总面积为292平方米，其中包括锅炉房、风机及除尘器室、水泵室和值班室，各室在建筑总体上的布置见电子版蓝图文件。

2.2 地理、气象资料该锅炉房所在工厂位于上海东北的某工业居民混合区，地理位置为东经121°26’,北纬31°10’；冬季主导风向NW, 平均风速2.7m/s,主要稳定度等级为D级；夏季主导风向SSE,平均风速3.3m/s,主要的稳定度等级为D级。

注：气象数据摘自上海气象局提供的气象资料。

2.3 地形情况该厂处于平原地区，周围无高层建筑。

2.4 环境情况该地区大气中，已有的总悬浮颗粒物浓度为0.04mg/m3,附近无集中排放尘源。

2.5 工艺资料锅炉房内设置两台KZL-4-13 型卧式快装锅炉。

锅炉省煤器的出口尺寸为500×600(h)，省煤器压力损失按800Pa计。

锅炉蒸汽参数：蒸汽压力为13大气压（表）。

蒸发量为4 t/h。

单台锅炉排烟参数：烟气流量12000 m3/h（热态），排烟温度473K，含尘浓度2100mg/Nm3，烟气密度0.784kg/m3，粘度μ=2.453×10-5 Pa·s。

通常除尘器出口烟气温度约在425-448 K的范围。

建议管道计算全程按425K计算。

锅炉及其附件布置如蓝图（见电子文件）所示。

锅炉房的生产时间为三班制，夏季使用一台，冬季两台同时使用。

3．设计内容与计算3.1 颗粒物控制流程方案本项目的颗粒物控制流程设计如下：烟气自锅炉排出，经省煤器换热后进入除尘装置，使颗粒物从气流中分离出来，落入灰斗。

经净化后的气体由管道排出，利用引风机的抽吸作用，将气体从管道抽入烟囱，并最终排入大气。

3.2 颗粒物控制设备选型及计算工业锅炉烟气除尘设备的型式很多，各种设备都有自己的特点和使用范围。

除尘器按其作用原理可分为4个大类，具体参数见下表：表3-1 各类除尘器技术参数序号类别除尘设备型式阻力(PA) 除尘效率(%) 设备费用运行费用1 机械式除尘器重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器多管除尘器50~100100~500400~1300800~150040~6050~7070~9290~97少少少中少少中中换热除尘装置引风烟囱省煤排入大气尘粒锅炉排烟根据我国国情和技术经济条件，目前在工业锅炉上广泛使用的是机械式和湿式除尘装置，而静电除尘和过滤除尘，正在逐步推广使用。

除尘器的选择，应根据当地的锅炉烟尘排放标准，选择价格低廉、运转和维护管理方便、节省能源又能满足锅炉排放标准要求的除尘器。

本次设计中烟气的排烟温度473K，温度较高容易对常用布袋滤料造成损伤。

但相比之下，静电除尘的效果受颗粒物的湿度、温度等因素的影响较大，同时造价高，投资大。

旋风除尘器虽构造简单，制造、使用和维修都比较方便，但满足此次风量的设备除尘效率基本都在95%以下，难以满足排放浓度要求。

因此，本设计采用耐高温滤料布袋除尘器。

3.2.1 颗粒物控制设备选型（1）除尘器本设计选用MC-Ⅱ型脉冲袋式除尘器。

MC型脉冲袋式除尘器工作原理如下：含有粉尘的烟气由除尘器进风口进入中、下箱体的过程中，粉尘被吸附在除尘滤袋上，气体则通过滤袋经过文氏里管进入上箱体，从出风口排出，随着滤袋上粉尘的积累，滤袋压力损失逐渐增加，该压力损失由压力计反馈到控制仪。

控制仪接收并发出指令，按顺序触发各脉冲电磁阀，使气包内的气体瞬时从喷吹管的各孔喷出，经文氏里管喷射到相应的滤袋内，滤袋在气流瞬时的反作用下急速膨胀，使积附在滤袋表面的粉尘脱落，滤袋得到再生重新使用。

MC-Ⅱ型脉冲袋式除尘器是在MC-Ⅰ型的基础上改进的新型脉冲袋式除尘器。

它保留了MC-Ⅰ型净化效率高，处理气体能力大，性能稳定，操作方便，滤袋寿命长，维修工作量小等优点。

同时从结构和脉冲阀两个方面进行改革，解决了露天安放和压缩空气压力低的问题。

适用机械、冶金、橡胶、面粉、化工、制药、碳素、建材、矿山等单位。

本设计中，单台锅炉排放的烟气流量为12000m³/h，故选用MC96-Ⅱ型脉冲袋式除尘器。

除尘效率可达99.5%，除尘器本体阻力为120-150mmH2O，用现有的锅炉引风机可保证锅炉正常运行。

其技术性能如下：表3-2 MC96-Ⅱ型脉冲袋式除尘器性能参数表MC型脉冲袋式除尘器由上、中、下箱体，排灰系统及喷吹系统五部分组成：①上箱体包括可掀起的盖板和出风口；②中箱体内有多孔板、滤袋框架、、滤袋及文氏管；③下箱体由灰斗、进风口及检查门组成;喷吹系统包括控制阀、脉冲电磁阀、喷吹管和气包组成。

其基本构造如下图所示：图3-1 MC96-Ⅱ型脉冲袋式除尘器外形构造（2）耐高温布袋本设计选用芳纶除尘布袋，基本参数如下：表3-3 芳纶除尘布袋性能参数表3.2.2 效率复核及设备出口负荷浓度计算(1) 效率复核根据国标《锅炉大气污染物排放标准》GB 13271-2001（二类地区安装的锅炉其最高允许烟尘排放浓度为80mg/Nm³），该锅炉厂排放烟气中含尘浓度为2100 mg/Nm³，则要求除尘器除尘的最低效率为：η=（2100-80）/2100=96.2% 。

MC96-Ⅱ型脉冲袋式除尘器的除尘效率可达99.5%，能够满足设计要求。

(2) 设备出口负荷浓度计算若MC96-Ⅱ型脉冲袋式除尘器的除尘效率按99.5%计，则除尘器出口负荷浓度为：C=2100×(1-99.5%)=10.5mg/Nm³<80mg/Nm³。

3.3 管道布置、阻力计算及风机选型3.3.1 风机预选风机的选择，必须保证锅炉中的气体产物能够及时排出，并且风机所提供的风压能克服系统的全部阻力。

在本设计中，锅炉蒸汽蒸发量为4t/h，对于这类小型锅炉可以考虑只使用引风机。

全系统总压降包括省煤器（压降按800Pa计）、旋风除尘器（压降按900Pa 计）、管道、烟囱的局部阻力损失与沿程阻力损失之和。

引风机单炉布置时，风量的富余量一般为10%，风压的富余量一般为20%，集中配置风机时，引风机应设置两台。

假设管道及烟囱的阻力损失为前两者压降之和的20%，估算风机所需要的全压及风量。

风压：p=(800+900) ×(1+20%)×(1+20%)=2448 Pa；风量：Q=12000×(1+10%)=13200 m³/h。

根据估算的风压和风量，初步选定Y5-47-12 No7C型高效低噪声离心引风机。

其主要技术参数如下：表3-4 Y5-47-12(No7C) 型引风机主要技术参数根据风机技术参数选择电动机为Y108M-4型，功率18.5kW。

3.3.2 控制系统的管道布置根据计算管径及空间分布确定管道尺寸。

控制系统的具体布置如下图。

管道、弯头尺寸见系统管道阻力计算表（附表）。

●变径管：前后管道直径不同时，需连接变径管；●变形管：前后管道形状不同时，需设置变形管；●法兰或焊接：管道与管道连接时，需加法兰或焊接，设备进出口与外管采用法兰连接，管与管的衔接焊接相连；●软管接头：风机进出口，管道连接处，需设减震器，用软管连接。

图3-2 管道布置示意3.3.3 系统管道阻力的计算在管道阻力计算时，按压损最大的管道路线进行计算，即从距离烟囱较远的除尘系统算起。

在计算中，应充分考虑管道内风速的大小，一方面要避免风速过小而发生粉尘沉积，减少管材消耗，降低一次性投资的费用；另一方面要控制一定的风速，防止风速过大产生噪音，增加系统的压损。

本设计中，粉尘性质为煤灰，由《大气污染控制工程》P329表9.10“含尘气体管内最低流速”可知，此时竖直管最低流速为10m/s，水平管最低流速为12m/s。

对于常用金属制风管，风速宜控制在10-15 m/s范围内，烟速宜控制在10-15 m/s范围内。

以此为依据，并结合设备尺寸和性能，进行管道沿程及局部损失的计算。

(1)流动过程的压损H=∑∆p l+∑∆p f式中，H ——风机作用压头（Pa）；∆p l——沿程压损（Pa）；∆p f——局部压损（Pa）。

(2)局部压损∆p f=ζυg2ρg 2式中，ζ ——局部阻力系数。

(3)沿程压损∆p l=λl4r h∙υg2ρg2∆p l=R f lR f=λ4r h∙υg2ρg2式中，R f——比摩阻（Pa/m）；l ——直管长度（m）；υg——管内气体流速（m/s）；ρg——气体密度（kg/m³）,按最不利情况计，即0.784kg/m³；λ ——管道摩阻系数；r h——管道的水力半径（m）。