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1、設(shè)計原始資料：鍋爐型號：DLP2-13 即，單鍋筒縱置式拋煤機爐，蒸發(fā)量2t/h，出口蒸汽壓力13MPa設(shè)計耗煤量：360kg/h(按學號增加5)設(shè)計煤成分：CY=60.5% HY=3% OY=4% NY=1% SY=1.5% AY=18% WY=12%； VY15；屬于中硫煙煤 排煙溫度：165空氣過剩系數(shù)1.4飛灰率21 煙氣在鍋爐出口前阻力650Pa污染物排放按照鍋爐大氣污染物排放標準中2類區(qū)新建排污項目執(zhí)行。連接鍋爐、凈化設(shè)備及煙囪等凈化系統(tǒng)的管道假設(shè)長度50m，90彎頭10個。1. 燃燒計算1.1 實際耗空氣量的計算在標準狀況下，以1Kg應(yīng)用煤為基準進行計算，結(jié)果見表1-1。1Kg該

2、煤完全燃燒時所需要標準狀況下的氧氣的體積為： （50.4+7.5+0.47-1.25）22.4=1279.448 L （1-1）假設(shè)空氣中氮氧的摩爾數(shù)之比為N/O=3.78，則1Kg低硫煤完全燃燒時所需要的空氣體積為：=（1+3.78）1279.448=6115.953L （1-2）實際消耗的空氣體積為： =1.4=1.46115.953=8562.333L （1-3）表1-1 1Kg應(yīng)用煤的相關(guān)計算成分質(zhì)量摩爾數(shù)燃燒耗氧量生成氣體量生成氣體體積C60550.450.450.41128.96H30157.515336O401.2528N100.360.367.84S150.470.470.47

3、10.528水分1206.67149.408灰分1801.2 產(chǎn)生煙氣量的計算1Kg該煤完全燃燒后生成的煙氣量=149.408+10.528+7.84+336+1128.96+8562.333=10195.069L =10.195 （1-4）則，在160時的實際煙氣體積為為： =(160+273.15)=16.17 （1-5）該鍋爐一小時產(chǎn)生的煙氣流量為：=16.17360=5821.2 /h=1.617/s （1-6）1.3 灰分濃度及二氧化硫濃度的計算煙氣中灰分的質(zhì)量為： =18021=37.8g=37800mg （1-7）煙氣中灰分的濃度為： =37800/16.17=2337.662m

4、g/ （1-8）煙氣中質(zhì)量為： =0.4764=30.08g=30080mg （1-9） 煙氣中的濃度為： =30080/16.17=1860.235mg/ （1-10）2. 凈化方案設(shè)計及運行參數(shù)選擇本設(shè)計中采用旋風除塵設(shè)備進行凈化處理。2.1 旋風除塵器的工作原理旋風除塵器一般有帶有一錐形的外圓筒，進氣管，排氣管，圓錐觀和貯灰箱的排氣閥組成。當含塵氣流以一定的速度（一般在1425m/s之間，最大不超過35m/s）由進氣管進入旋風除塵器后，氣流由直線運動變?yōu)閳A周運動。由于受到外圓筒上蓋及圓筒壁的限流，迫使氣流作自上而下的旋轉(zhuǎn)運動。旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生較大的離心力，塵粒在離心力的作用下，被甩向外筒壁

5、，失去慣性后在重力的作用下，落入貯灰箱中，與氣體分離。而旋轉(zhuǎn)下降的氣流到達錐體時，因錐體收縮的影響，而向除塵器中心匯集，根據(jù)“旋轉(zhuǎn)矩”不變理論，其切向速度不斷升高，氣流下降到一定程度時，開始方向上升，經(jīng)排氣管排出1。2.2 旋風除塵器的特點現(xiàn)在的旋風除塵器具有結(jié)構(gòu)簡單；應(yīng)用廣泛；分離效率高可以有效地清除微粒；處理氣體量大且阻力低； 適用于高溫和腐蝕性氣體； 運行費用低；應(yīng)用廣泛等優(yōu)點2。2.3 運行參數(shù)的選擇與設(shè)計根據(jù)相關(guān)資料及實際運行情況，本設(shè)計中煙氣的入口速度取為。根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定及標準確灰分風的最高允許排放濃度為3。則本設(shè)中要求達到的除塵效率為： (2-1)2.4 凈化效率的影響因素2.

6、4.1旋風除塵器結(jié)構(gòu)尺寸對凈化效率的影響在旋風除塵器結(jié)構(gòu)尺寸中主要的影響因素有：除塵器的外筒直徑，高度，氣體進口和排氣管形狀和大小。這些部件一般都有一較適宜的尺寸及組合。過大或過小都會降低設(shè)備效率。2.4.2 操作條件對旋風除塵器性能的影響操作條件應(yīng)控制在一個較適宜的范圍內(nèi)，過大會降低設(shè)備效率，過小會增加阻力損失，兩種情況均不利于設(shè)備的高效運轉(zhuǎn)。3.設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算3.1 進氣口設(shè)計計算根據(jù)已有經(jīng)驗及實際運行已確定本設(shè)計中煙氣的入口速度為：?？紤]設(shè)備漏風及安全運行等因素，假定實際進入設(shè)備的煙氣量為1.2Q。則進氣口部分的面積為： = =1.21.617/20=0.097 (3-1)現(xiàn)有旋風除

7、塵器的進口有三類：直入切向進入式，蝸殼切向進入式，軸向進入反轉(zhuǎn)式（見圖3-1）。 直入切向進入式 蝸殼切向進入式 軸向進入反轉(zhuǎn)式 圖3-1 現(xiàn)有的幾類進氣管本設(shè)計中采用蝸殼切向進入式 ，它可減少進口系統(tǒng)對筒體內(nèi)氣流的撞擊和干擾，其處理量大，壓力損失小。其尺寸一般為高寬之比在23之間。本設(shè)計中取。則進口的寬度為： (3-2)進口高為： (3-3)則實際的高寬比： (在23之間) （3-4）實際進口面積為： （3-5）實際的入口速度為： （3-6）3.2 旋風除塵器外筒直徑的設(shè)計計算一般旋風除塵器，其進口高，寬分別為旋風除塵器外筒直徑的0.40.75倍和0.20.25倍。本設(shè)計中假定寬為外筒直徑的

8、0.25倍，則高應(yīng)為0.501倍，則旋風除塵器的外筒直徑為： （3-7）3.3 旋風除塵器高度的設(shè)計計算性能較好的旋風除塵器，其直筒部分高度一般為其外筒直徑的12倍，錐體部分高度為外筒直徑的13倍，錐部底角在2040之間。本設(shè)計中直筒部分高度,錐體部分高度，分別取為旋風除塵器外筒直徑的1.4倍及2倍。則： (3-8) (3-9)旋風除塵器的總高度為： (3-10)3.4 旋風除塵器排氣管的設(shè)計計算現(xiàn)有的排氣管有兩類：底部收縮式和直管式（見圖3-2）。 直管式 底部收縮式 圖3-2 排氣管的類型無論哪一類排氣管，其管徑一般取為旋風除塵器外筒直徑的0.30.5倍。本設(shè)計采用直管式，其管徑取為，則排

9、氣管管徑： (3-11)排氣管插入旋風除塵器外筒內(nèi)深度一般與進氣管下緣平齊或稍低。本設(shè)計中為避免氣體短路，伸入長度 取為。即。3.5 排灰管的設(shè)計計算及卸灰裝置的選擇旋風除塵器的排灰管直徑一般取為外筒直徑的0.25倍，即。結(jié)合實際取為。實際。底部錐角為： （在2040之間） (3-12)卸灰裝置兼有卸灰和密封兩種功能，是影響除塵器的關(guān)鍵部件之一。若有漏風現(xiàn)象，不但影響正常排灰，而且嚴重影響除塵器效率。現(xiàn)有的卸灰裝置有兩類：二級翻板式和回轉(zhuǎn)式（見圖3-3）。本設(shè)計采用二級翻板式。 二級翻板式 回轉(zhuǎn)式 圖3-3 現(xiàn)有的兩類卸灰裝置3.6 流體阻力計算旋風除塵器內(nèi)的壓力損失一般可按下式計算： (3-

10、14)式中：煙氣密度，約為； 除塵器內(nèi)含塵氣體的流速，； 流體阻力系數(shù)，無量綱；其中 (3-15)式中：旋風除塵器的進口截面積，； 排氣管直徑，帶入相關(guān)值，得 (3-16)所以，（在500pa1500pa之間）4. 煙囪的設(shè)計計算由于煙囪有一定的高度，煙囪中的熱氣體受到大氣浮力的作用，而具有一定的幾何壓頭，在煙囪底部造成負壓“抽力”。如果這種抽力正好能克服氣體在窯爐中流動的各種阻力，就能使窯內(nèi)熱氣體能源源不斷地流入煙囪底部，并通過煙囪排入大氣。4.1 煙囪直徑的計算煙囪內(nèi)煙氣的流速選為，則直徑可用下式計算： （4-1）式中：煙氣流量，；煙氣流速，；1.2修正系數(shù)。所以煙囪的直徑為： （4-2）

11、取為，則實際煙氣流速為： 4.2 煙囪高度的設(shè)計計算本設(shè)計中，參照國家標準，確定煙囪高度為，則煙氣抬升高度為： （4-3）式中：煙氣的熱釋放功率，；地區(qū)環(huán)境溫度， 煙氣釋放速率，；大氣壓強，；溫差，代入相關(guān)值得：由于，所以： 所以煙囪的總高度為： （4-4）4.3 煙囪阻力損失計算煙囪亦采用鋼管，其阻力可按下式計算： （4-5）式中：摩擦阻力系數(shù)，無量綱；管內(nèi)煙氣平均流速，；煙氣密度，；管道長度，；管道直徑，已知鋼管的摩擦系數(shù)為0.02，所以煙囪的阻力損失為： 則地面最大濃度為： 可見地面最大濃度小于國家規(guī)定，煙囪高度設(shè)計合理。5. 管道系統(tǒng)設(shè)計計算5.1 管徑的計算管道采用薄皮鋼管，管內(nèi)煙氣

12、流速為，則管道直徑為： （5-1）式中：煙氣流量，；煙氣流速，；1.2修正系數(shù)代入相關(guān)值得： 結(jié)合實際情況，取為，則實際煙氣流速為： （5-2）5.2 摩擦阻力損失計算根據(jù)流體力學原理，空氣在任何橫截面形狀不變的管道內(nèi)流動時，摩擦阻力可用下式計算： （5-3）式中：摩擦阻力系數(shù)，無量綱；管內(nèi)煙氣平均流速，；煙氣密度，；管道長度，；管道直徑，；對于薄皮鋼管，查閱相關(guān)資料的鋼管的。代入相關(guān)數(shù)值得： 5.3 局部阻力損失計算煙氣管道局部阻力損失可按下式計算： （5-4）式中：彎頭個數(shù)；局部阻力系數(shù)，無量綱；煙氣密度，；管內(nèi)煙氣平均流速，；在煙氣管道中一般采用的是二中節(jié)二端節(jié)型90彎頭，其局部阻力損失

13、系數(shù)，所以感到局部阻力損失為： （5-5）總阻力損失為： （5-6）5.4 風機，電機的選擇引風機全壓頭可按下式計算： （5-7）其中為系統(tǒng)總壓力損失： 所以風機的全壓為： 引風機的風量可按下式計算： （5-8）式中：引風機的風量，；引風機容積裕度系數(shù)，取為1.1；燃料消耗量，；每公斤燃料產(chǎn)生的煙氣量，；當?shù)卮髿鈮?，；引風機入口處煙氣溫度，；代入相關(guān)值得： （5-9）結(jié)合風機全壓及送風量，選用Y5-47-6c型離心引風機，其性能參數(shù)見表5-1。表5-1 Y5-47-6c型離心引風機性能參數(shù)機號NO功率Kw轉(zhuǎn)速r/min流量m3/h全壓pa6c18.5285080201512933642452電

14、機的效率 式中；Ne電機功率，kW；Q風機的總風量，m3/h；-通風機全壓效率，一般取0.50.7；-機械傳動效率，對于直聯(lián)傳動為0.95；代入數(shù)據(jù)得： 電機選擇：電機選用Y280S-4型，其性能參數(shù)見下表：型號馬力HP/KW電壓V電流/A轉(zhuǎn)數(shù)/r/min效率/%功率因素堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)堵轉(zhuǎn)電流重量/KGY280S-4100/75380139.7148092.70.881.975626. 核算排煙溫度下粉塵濃度為2337.662mg/m3，按旋風除塵器除塵效率91.4%計，則粉塵的排放濃度為： ；本設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定，污染物排放按照鍋爐大氣污染物排放標準中二類區(qū)新建排污項目執(zhí)行。由新污染源大氣污染物排放

15、限值GWPB3一1999 GBl3271200lmission standardAir P0uutants for CoalBaming oilbaming Gasnred Boiler鍋爐大氣污染物排放標準查得，煙囪高度為50m時，顆粒物最高允許排放濃度為200mg/m3。比較得出排放濃度和速率都不超標，因而設(shè)計合理，符合標準，所以該氣體經(jīng)處理后可以在國家2級標準下排放。7. 總結(jié)之前的學習只是書面上的知識，經(jīng)過一周的課程設(shè)計, 對旋風除塵器的工作原理有更加清晰地認識，對其性能影響因素有了一個全面的了解，會了初步設(shè)計。知道了設(shè)備的運行過程，認識到設(shè)計是需要進行全面考慮的，各種影響因素對設(shè)備的

16、影響的重要性等。設(shè)計中首先計算鍋爐用煤進行耗空氣量，煙氣流量，煙氣灰分及二氧化硫濃度。然后對旋風除塵器各部分的尺寸進行設(shè)計計算。接著是煙囪高度的計算，直徑以及壓力損失等。最后是煙囪的管道設(shè)計計算。 此次設(shè)計中，單獨設(shè)計以及綜合運用所學知識是很重要的，體會了學以致用，感受到了付出帶來的充實和愉悅，同時對自己沒有掌握好的知識有了一個比較好的補充。當要做設(shè)計的時候發(fā)現(xiàn)自己的知識儲備極其缺乏，更加清晰地認識到自己的狀況，對于以后的學習有指導(dǎo)意義。 參考文獻1周興求，葉代啟.環(huán)保設(shè)備設(shè)計手冊M.北京：化學工業(yè)出版社，2004：192魏先勛，環(huán)境工程設(shè)計手冊M.湖南：湖南科學出版社，2002：1453GB3095-82，大氣質(zhì)量標準S.北京：中國標準出版社，200216