烟气密度

烟气密度

做文明人-谈谈社会公德

2023年2月19日发(作者：公安个人工作总结)

1

第一章概述

通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学的内容，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的初步能力。通过设计，了解工程设计

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。

燃煤锅炉燃烧过程排放的烟气中含有大量的烟尘和二氧化硫，如不采取有效

的治理措施，将会对周围大气环境及居民健康造成严重影响与危害。因此，本设

计结合燃煤锅炉烟气排放特点，根据所提供的原始参数及资料，拟设计一套燃煤

采暖炉房烟气除尘系统。要求设计的净化系统效果好、操作方便、投资省，且出

口烟气浓度达到锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准，即：

烟尘排放浓度≤200mg/Nm3、SO

2

排放浓度≤900mg/Nm3。

1.3原始资料

设计耗煤量：见附表。

排烟温度：160℃

烟气密度（标准状态下）：/m3

排烟中飞灰占煤中灰分（不可燃成分）的比例，见附表。

烟气在锅炉出口前阻力：800Pa

冬季室外空气温度：－1℃

空气含水（标准状态下）按/m3

烟气其它性质按空气计算。

表1燃煤煤质（按质量百分比含量计，％）及设计基本参数

物质CYHYSYOYNYWYAYVY

含量68451613

锅炉台数（台）设计耗煤量kg/(h·台）烟尘的排放因子（％）

265020

2

第二章烟气概况

2.1烟气量的计算

标准状态下烟气量

（1）标准状态下理论空气量

Q

a

’6×CYHYSYOY)

=×﹙7××××﹚

=(m3/kg)

式中：CY,HY,SY,OY－分别为煤中各元素所含的质量分数。

（2）标准状态下理论湿烟气量（设空气含湿量/m3）

Q’

s

=1.867(CYSYHYWYQ’

a

Q’

a

NY

﹙5×﹚××＋×××

=(m3/kg)

式中：Q’

a

－标准状态下理论空气量，m3/kg；

WY－煤中水分所占质量分数；

NY－N元素在煤中所占质量分数。

（3）标准状态下实际烟气量

Q

s

=Q’

s

+1.016(a-1)Q’

a

=+1.016（1.4-1）×7.00

=(m3/kg)

式中：a－空气过量系数

Q’

s

－标准状态下理论烟气量，m3/kg；

Q’

a

－标准状态下理论空气量，m3/kg。

实际烟气总量

标准状况下烟气流量Q以hm3计，因此，

Q=Q

s

×设计耗煤量

=×650×2=13377（hm3）

烟气含尘浓度

3

标准状态下烟气含尘浓度

s

Y

sh

Q

Ad

C

•



=

29.10

142.02.0

=31076.2(kg/m3)=331076.2mmg

式中：d

sh

－排烟中飞灰占煤中灰分（不可燃成分）的质量分数，排放

因子，按设计要求为20％；

AY－煤中灰分（不可燃成分）的含量；

Q

s

－标准状态下实际烟气量，m3/kg。

烟气二氧化硫浓度

标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

610

8.02

2







s

Y

SOQ

S

C=610

29.10

018.08.02





=310(mg/m3)

式中：SY－煤中含可燃硫的质量分数；

Q

s

－标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/kg。

第三章除尘脱硫装置的设计

净化效率

采用先除尘后脱硫工艺除尘脱硫装置应达到的净化效率：

C

C

s1

=1-

31076.2

200



=9%

C

C

s

s

1

=1-

31080.2

900



%

式中：C－标准状态下烟气含尘、SO

2

浓度，mg/m3；

C

s

－标准状态下锅炉烟尘、SO

2

排放标准中规定值，mg/m3。

除尘器的选择

根据烟尘的粒径分布和种类、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。确定除尘器的运行参数，如气流速度、压

力损失等。

4

烟尘的粒径分布和种类80%；其主要成分是飞灰

工况下的烟气量：hQ3m2196813377

2736.897

43325.3101







＝

工况

烟气温度为160°；要求除尘效率达到92.8%以上

由以上数据选定本设计除尘器LDB-70型对喷式脉冲袋式除尘器

其主要参数如下表：

参

数

过滤面积

A/m2

滤袋数

量/条

处理风量

m3/h

净化效

率/%

除尘压降

/Pa

过滤风速

m/min

数

值

13270

8000

~23700

1200

~1500

1~3

气流速度77.2

13260

21968

60







工况

A

Q

uminm，满足要求

压力损失1200p（Pa）

脱硫装置

本设计脱硫设施采用填料塔进行吸收净化，包括吸收剂和填料的选择。

吸收剂的选择

本设计选用石灰石浆液作为吸收液。

填料的选择

填料可为气体液两相提供良好的传质条件。选用的填料应满足以下基本条

件：○

1

具有较大的比表面积和良好的润湿性；○

2

具有较高的孔隙率（多在

0.45-0.95）；○

3

对气流的阻力较小；○

4

尺寸适当。通常不应大于塔径的

8

1

10

1~；○

5

耐腐性、机械强度大、造价低、堆积密度小、稳定性好等。

为满足以上要求，此处选用25*25*2的陶瓷拉西环（乱堆）

表1几种填料特性对比

填料类别及名义

尺寸

实际尺寸

(外径*高*

厚)

比表面积

(A)/(m2/m3)

孔隙率

/(m2/m3)

堆积密度

（PP）

/(kg/m3)

填料因子

（）

/m-1

陶瓷拉

西环

1515*15*23306901020

2525*25*2190505450

5

（乱

堆）

4

5093457205

陶瓷拉

西环

（整

沏）

50124673

80102962

100100*100*1365930

填料塔的压降

液泛气速是填料塔正常操作气速的上限。当空塔气速超过液泛气速时，填料

塔持液量迅速增加，压降急剧上升，气体夹带液沫严重，填料塔的正常操作被破

坏。

填料塔的压降影响动力消耗和正常操作费用。影响压降和液泛气速的因素很

多，主要有填料的特性。气体和液体的流量及物理性质等。埃克特（Echert）等

人提出的填料塔压降。液泛和各种因素之间的关系见图1。

图1填料塔液泛点与压降的通用关系图

图中最上方的三条线分别为弦栅、整砌拉西环及各类型乱堆填料的液泛线，

三条线左下方的线为等压降线。

6

图中横坐标为

G

L

L

G

W

W

5.0)(





，纵坐标为

L

LG

g

u



2.02

0

其中，

G

L

W

W

——液气比

G

、

L

——气体、液体密度，kg/m3

L

——液体粘度，Pa·s;

——填料因子，m-1



——水的密度与液体的密度之比；

0

u——空塔气速，经验数值为m/s

g——重力加速度

代入数值横坐标为1.2，纵坐标为0.0156,由通用关系图读出填料塔压降

p=1500Pa/m

填料塔塔径的计算

填料塔直径D取决于处理的气体量Q和适宜的空塔气速

0

u，即：

D=49.1

5.314.3

36002196844

0









u

Q



m

Q（m3/s）一般由生产任务所给定；

0

u一般由填料塔的液泛速度确定根据生

产经验，取

0

u=/s。

0

u小则塔径大，动力消耗少，但设备投资高；反之，

0

u大则

压降大，塔径小，动力消耗大，但是设备投资少。由上式计算出的塔径按照国内

压力容器公称直径标准（JB-1153-73）圆整后，D=

第四章设备位置和管道布置

4.1各设备及管道布置的原则

根据锅炉运行情况和锅炉房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，占地面积小，并使安装、操作和检修方便。

7

管径的确定

v

Q

d



4

=805.0

1214.3

3600219684







（m）

式中：Q－工况下管内烟气流量，m3/s；

v－烟气流速，m/s，（查有关手册确定，对于锅炉烟尘v＝10～

15m/s）。此处取v＝12m/s。

内径外径钢制板风管

d/mm

mmD/

外径允许偏差/mm

壁厚/mm

80081015

由公式

v

Q

d



4

可计算出实际烟气流速：

sm

d

Q

v15.12

800.014.3

36002196844

22











第五章脱硫装置的附属设备

烟囱的设计

烟囱高度的确定

共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量82

7.0

8.2

（t/h）

根据锅炉大气污染物排放标准（GB13271－2001）中的规定（见表2）确定

烟囱的高度为H=37m

表2锅炉烟囱高度表

锅炉房装机总容

量

MW2.8~<77~<1414~<28

t/h<11~<22~<44~<1010~<2020~<40

烟囱最低允许高

度

m2

烟囱直径的计算

烟囱出口内径可按下式计算

u

Q

d0188.0=14.1

6

21968

0188.0（m）

式中：Q－通过烟囱的总烟气量，m3/h；

8

u－按表3选取的烟囱出口烟气流速，6m/s。

圆整后取md2.1

2



表3烟囱出口烟气流速（m/s）

通风方式

运行情况

全负荷时最小负荷

机械通风10～204～5

自然通风6～102.5～3

烟囱底部直径：

68.23702.022.12

21

Hidd(m)

式中：d

2

－烟囱出口直径，m；

H－烟囱高度，m；

i，此处取i=0.02。

圆整后md7.2

1



烟囱的抽力

97860

120273

1

1273

1

370342.0)

273

1

273

1

(0342.0



























P

tt

HS

pk

y

（Pa）

式中：H－烟囱高度，m；

t

k

－外界空气温度，℃；

t

p

－烟囱内烟气平均温度，℃；

P－当地大气压，97860Pa。

系统阻力的计算

摩擦压力损失

对于圆管：

7.24

2

15.1234.1

80.0

10

02.0

2

22





•

u

d

L

p

L



（Pa）

式中：L－管道长度，10m；

d－管道直径，m；

ρ－烟气密度，kg/m3；

9

u－管中气流平均速率，m/s；

λ－摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度

d

K

的函数。

可以查手册得到（实际中对金属管道λ值可取0.02，对砖砌和混凝土管道λ值可

取0.04）。

局部压力损失

2

2v

p



（Pa）

式中：ξ－异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到；

u－与ξ相对应的断面平均气流速率，m/s；

ρ－烟气密度，kg/m3。

根据系统管道需求，异形管件有：90°弯头两个（），渐缩管（），30°Z形弯头

（ξ=），T形三通管（），T形合流三通（）各一件，则：

202.5

2

15.124.31

5.508.7057.10.1023.20

2

22





＝

总

v

p



（Pa）

系统总阻力

系统总阻力（烟气在锅炉出口前阻力800Pa，除尘器阻力1200Pa）

∑△h=+800+1200＋=（Pa）

风机和电动机选择及计算

风机风量的计算

P

t

QKQp

y

325.101

273

273

)1(

1







=

86.97

325.101

273

160273

133771.01



=2（m3/h）

式中：K

1

－考虑系数漏风所附加的安全系数。一般管道取～0.15；

Q－标准状态下风机前标态下风量，m3/h；

t

p

－风机前烟气温度，℃，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温

度；

P－当地大气压力，kPa。

风机风压的计算

pT

Tp

ShKShKp

yyy

0

0

2

0

2

))(1())(1(





10

=

86.97200

3.101120

2.1402.222715.01





=1490.7（Pa）

式中：K

2

－考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数。一般管

道取K=0.，除尘管道取K=0.；

∑△h－系统总阻力，Pa；

S

y

－烟囱抽力，Pa；

ρ

0

、p

0

、T

0

－风机性能表中给出的标准状态的空气密度、压力、温度。一

般说，p

0

=101.3kPa，对于引风机T

0

=200℃，ρ

0

=/m3。

ρ、p、T－运行工况下进入风机时的空气密度、压力、温度。

结合风机全压及送风量，选用Y8-39-6D型离心引风机，其性能参数见下

表。

Y8-39-8D型离心引风机性能参数

机号

NO

功率

kW

转速

r/min

流量

m3/h

配用电动机

型号

全压

pa

8D22145020200-22640Y180L-41950-2000

电动机功率的计算















95.06.010003600

3.17.14900.24165

10003600

21





yy

e

pQ

N（kW）

式中：Q

y

－风机风量，m3/h；

△p

y

－风机风压，Pa；

η1

－风机在全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）；

η2

－机械传动效率，当风机与电动机直联传动时η2

＝1，用连轴器

时η

2

＝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，风机的转速，传动方式选择电动机型号。

第六章设计小结

我一直都对这样的课程设计比较感兴趣,主要是能够对我所感兴趣的事物进行研究,这

对于正处在比较压抑的期末考试的气氛中无疑是一种非常奇妙的感觉,就如同泥中莲花,有不

11

染凡俗之感。

我的课程设计是某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计。就是针对某燃煤采暖锅炉房排

出大量烟尘及有害气体对周围环境和居民健康造成危害的情况来设计烟气除尘系统。通过前

几个学期的理论学习，现在真正动手设计起来还是莫不找头脑，便与小组成员探讨研究，尽

管内容可能有些相同，但是我还是想坚持自己道路，我有自己的选择。

一边忙于复习考试，一边搜集了大量资料。在整个设计过程中计算量比较大，许多参数

需要查阅相关手册。在选定除尘器后，上网、去图书馆、去学校外面的书店阅读相关书籍，

查找参数。最后是画图的任务，需要耐心，要注意准确，不能抱敷衍态度。虽然本专业没有

开设CAD科目，但我在空余时间曾经自学过，总算是功夫不负苦心人，我的一技之长可以

有用武之地了。毕竟是自学，有很多功能还是不能熟练的操作，在学过CAD其他专业同学

的帮助下，终于完成了最艰巨的画图任务，同时也加深了对CAD的认识，增强了自己的技

术能力。

在这次设计过程中通过同学的帮助、老师的指导和自己的努力，我学到了许多东西，

锻炼了解决实际问题的能力。课程设计要有耐心，既要独立思考又要勤于请教，要学会利用

网络资源和图书馆资源解决实际问题。这次课程设计让我受益良多。

参考文献

1、课程设计教材

郝吉明，马广大等编著.《大气污染控制工程》（第1版）高等教育出版社，

1989

2、主要参考资料

①周兴求。《环保设备设计手册—大气污染控制设备》化学工业出版社

②吴忠标。《实用环境工程手册—大气污染控制工程》化学工业出版社

③刘天齐。《三废处理工程技术手册—废气卷》.化学工业出版社

④《给水排水设计手册（第二版）》（第1册）.中国建筑工业出版社

⑤黄学敏。《大气污染控制工程实践教程》，化学工业出版社，2003

⑥

⑦

⑧田园。《除尘设备设计安装、运行维护及标准规范操作指南》.吉林音像出

版社，2003.9

⑨吴味隆.《锅炉及锅炉房设备》.北京：中国建筑工业出版社，2006