大气污染控制工程烟囱课程设计.docx

《大气污染控制工程烟囱课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气污染控制工程烟囱课程设计.docx（17页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、济南大学课程设计目 录1 绪论11.1 我国大气污染现状11.2 大气污染把握的意义12 概述22.1 设计目的22.2 设计任务及要求22.3环境空气质量标准GB3095-202332.4 SO2 污染现状32.5 SO2 的危害43 烟囱43.1 烟囱的作用43.2 烟囱设计应留意的问题43.3 烟囱材料分类53.3.1 砖石53.3.2 混凝土53.3.3 钢材63.3.4 隔热材料63.4 本设计所选烟囱材料63.4.1 混凝土材料选择标准63.5 烟囱防腐74 烟囱设计相关计算84.1 出口处烟气速度84.2 烟囱内径94.3 烟囱高度104.4 烟囱的厚度104.5 烟囱的压力损失

2、115 课程设计小结11参考文献12济南大学课程设计用纸济南大学课程设计第 1 页 共 13页某供暖锅炉烟气排放烟囱设计1 绪论1.1 我国大气污染现状近年来，中国大气污染物排放总量呈逐年降低态势，局部污染较严峻的城市空气质量有所好转，环境质量劣三级城市比例下降，但空气质量到达二级标准城市的比例也在削减，污染照旧很严峻。中国大气污染的主要来源是生活和生产用煤，主要污染物是颗粒物和 SO2，局部大城市属煤烟与机动车尾气污染并重类型如北京、上海、广州等。颗粒物是影响中国城市空气质量的主要污染物，SO2 污染也保持在较高水平。老问题还远没解决，环境污染问题接踵而来。随着机动车辆迅猛增加，中国局部城市

3、的大气污染特征正在由烟煤型向汽车尾气型转变，NOx、CO 呈加重趋势，有些城市已消灭光化学烟雾现象，全国形成华中、西南、华东、华南多个酸雨区，多地消灭雾霾天气、沙尘暴天气。自 1997 年以来， 虽然城市质量恶化的趋势有所减缓，局部城市空气质量有所改善，但某些城市大气污染仍较严峻，且北方城市重于南方城市。中国酸雨分布区域广泛，成因简洁。酸雨消灭的区域近年来根本稳定， 主要分布在长江以南、青藏高盐以东的宽阔地区及四川盆地。华中、华南、西南以及华东地区存在酸雨污染严峻的区域，北方地区局部区域消灭酸雨。酸雨区面积约占我国国土面积的 30%，酸雨污染照旧严峻，污染程度居高不下。依据中国气象局基于能见度

4、的感测结果说明，2023 年全国平均霾日数为 35.9 天，比上年增加 18.3 天，为 1961 年以来最多。中东部地区雾和霾天气多发，华北中南部至江南北部的大局部地区雾和霾日数范围为 50100 天，局部地区超过 100 天。雾霾天气中，首要污染物以 PM2.5 为主。1.2 大气污染把握的意义世界卫生组织和联合国环境组织发表的一份报告说：“空气污染已成为全世界城市居民生活中一个无法躲避的现实。”假设人类生活在污染格外严济南大学课程设计用纸济南大学课程设计第 2 页 共 13页重的空气里，那就将在几分钟内全部死亡。工业文明和城市进展，在为人类制造巨大财宝的同时，也把数十亿吨计的废气和废物排

5、入大气之中，人类赖以生存的大气圈却成了空中垃圾库和毒气库。因此，大气中的有害气体和污染物到达确定浓度时，就会对人类和环境带来巨大灾难。一、大气污染对人体和安康的损害。大气污染物主要通过三条途径危害人体：一是人体外表接触后受到损害，二是食用含有大气污染物的食物和水中毒，三是吸入污染的空气后患了种种严峻的疾病。二、大气污染危害生物的生存和发育。大气污染主要是通过三条途径危害生物的生存和发育的：一是使生物中毒或枯竭死亡，二是减缓生物的正常发育，三是降低生物对病虫害的抗御力气。三、大气污染对物体的腐蚀。大气污染物对仪器、设备和建筑物等， 都有腐蚀作用。如金属建筑物消灭的锈斑、古代文物的严峻风化等。四、

6、大气污染对全球大气环境的影响。大气污染进展至今已超越国界，其危害普及全球。对全球大气的影响明显表现为三个方面：一是臭氧层破坏， 二是酸雨腐蚀，三是全球气候变暖。2 概述2.1 设计目的（1） 通过课程设计使学生进一步消化和稳固大气污染把握工程这门课程所学内容，并使所学的学问系统化，培育学生运用所学理论学问进展净化系统设计的初步力气。（2） 通过设计，使学生了解工程设计的内容、方法及步骤，培育学生确定大气污染把握系统的设计方案、进展设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的力气。济南大学课程设计用纸（3） 培育学生理论联系实际、科学、严谨、求实的工作作风干、勇于创的敬业精神。踏实苦2.

7、2 设计任务及要求某乡村全年气温在-10-35，距离地面 10m 处的年平均风速为 5m/s。有一供暖锅炉。SO2 排放率为 10g/s,烟气流量为 8m3/s,烟气温度 405K，这一地区的背景浓度为 0.1mg/m3。下风方向 1000m 有一居民区，要求依据环境空气质量标准的一级排放标准来设计烟囱的高度和出口直径 。要求：（1） 完成烟囱高度和口径的设计计算；（2） 确定烟囱所需材料；（3） 计算所烟囱的压力损失；（4） 依据工程制图要求绘制一张烟囱的 A3 图。2.3 环境空气质量标准GB3095-2023表 1. SO2排放浓度限值污染物名称取值时间浓度限值浓度单位一级标准二级标准年

8、平均2060二氧化硫SO2日平均50150ug/m31h 平均1505002.4 SO 污染现状2目前，我国城市大气污染状况照旧格外严峻。2023 年，在国家监测的343 个城市中，到达或优于国家空气质量二级标准、到达三级标准和劣于三级标准的城市约各占 1/3。SO2 平均浓度未到达国家空气质量二级标准的城市约占 22%，其中，超过国家空气质量三级标准的城市约占 8%;南方地区酸雨污染较重，酸雨把握区内 90%以上的城市消灭了酸雨。20 世纪 90 年月，我国国民经济以年均 10%左右的速度增长，SO2、烟尘、工业粉尘等大气污染物排放总量也随之增加，1995 年到达最高水平。1995 年全国

9、SO2 排放总量超过欧洲和美国，居世界第一位。1995 年以来由于国家对 SO2 等主要污染物的排放实施总量把握和经济构造调整，污染物排放总量己有所削减。据专家测算，2023 年 SO2 的实际排放量超过环境容量的 60%。SO2 污染已使我国近 1/3 国土面积再现酸雨，成为世界三大酸雨区之一。我国燃煤带来的大气污染，特别是 SO2 污染，造成了巨大的经济损失，严峻影响了国民经济的进展和人民群众的正常生活。22.5 SO 的危害SO2 是一种无色具有猛烈刺激性气味的气体，易溶解于人体的血液和其他黏性液。大气中的 SO2 会导致户籍到炎症、支气管炎、肺气肿、眼结膜炎症等。同时还会使青少年的免疫

10、力降低，抗病力气变弱。SO2 在氧化剂、光的作用下，能生成硫酸盐气溶胶，硫酸盐气溶胶能使人致病，增加病人死亡率。依据经济合作进展组织OECD的争论 ，当硫酸盐年浓度在 10g/m3 左右时，每削减 10%的浓度能使死亡率降低 0.5%；SO2 还能与大气中的飘尘黏附，当人体呼吸时吸入带有 SO2 的飘尘，会使 SO2 的毒性增加。争论说明，在高浓度的 SO2 的影响下，植物产生急性危害，叶片外表产生坏死斑，或直接使植物叶片枯萎脱落；在低浓度 SO2 的影响下，植物的生长机能受到影响，造成产量下降，品质变坏。SO2 对金属，特别是对钢构造的腐蚀。每年给国民经济带来很大的损失。据估量，工业兴盛国家

11、每年因金属腐蚀而带来的直接经济损失占国民经济总产值的 2%4%。3 烟囱3.1 烟囱的作用在于使其根部产生足够吸力，抑制焦炉加热系统阻力包括分烟道阻力和下降气流段热浮力，从而使炉内废气排出，空气吸入。炉内上升气流热浮力则有助于气体流淌和废气排出。烟囱根部吸力靠烟囱内热废气的浮力产生，其值由烟囱高度和热废气与大气的密度差打算。烟囱的工艺设计主要是依据加热系统的阻力和浮力值确定根部需要的吸力值，并据此计算烟囱高度和直径。3.2 烟囱设计应留意的问题1、增加烟气抬上升度的措施锭烟气抬升的主要因素有烟气本身的热力性质、动力性质、气象条件和近地层下垫面等。（1） 影响烟气抬上升度的第一因素是烟气所具有的

12、初始动量和浮力。初始动量的大小取决于烟气出口速度和烟囱口的内径；浮力大小打算于烟气和四周空气的密度差和温度，假设烟气与空气因组分不同而产生的密度差异很小时，烟气抬升的浮力大就主要取决于烟气温度 Tb 与空气温度 Ta 之差。当风速为 5m/s，烟气温度在 100200时，Tb 与 Ta 每相差 1K，抬上升度约增加 1.5m。因此，提高排气温度有利于烟气抬升，所以应留意削减烟道及烟囱的热损失。（2） 烟气与四周空气的混合速率是影响烟气抬升的其次因素，打算混合速率的主要因素是平均风速和湍流强度。平均风速越大，湍流越强， 烟气与四周空气混合越快。因此，应选择一个适当的出口速度。（3） 增加排气量对

13、动量抬升和浮力抬升均有利。因此，在四周有几个烟囱时承受集合烟囱排气。2、烟囱高度设计时应留意的问题（1） 对于设计的高烟囱大于 200 m，假设所在地区上部逆温消灭频率较高时，则应有上部逆温的集中模式校核地面污染物浓度。对于设计中小型烟囱，当辐射逆温很强则应按漫烟型集中模式校核地面污染物浓度。（2） 烟流抬升公式的选择也是烟囱设计的重要一环。（3） 关于气象参数的取值方法有两种。一种是取多年的平均值；另一种取值是保证频率值。（4） 烟囱的最低高度应满足各行业大气污染物排放标准的要求。3.3 烟囱材料分类烟囱材料可选砖石、混凝土、钢材和隔热材料。3.3.1 砖石（1） 砖烟囱筒壁的材料应按以下规

14、定承受：烧结一般黏土砖强度等级不应低于 MU10，水泥石灰混合砂浆强度等级不应低于 M5。（2） 石砌根底的材料应承受未风化的自然石材。（3） 标准中给出了砖砌体在温度作用下的抗压强度设计值和弹性模 量，假设不考虑温度的影响，可按国家标准砌体构造设计标准GB50003 的规定承受。3.3.2 混凝土（1） 钢筋混凝土烟囱筒壁用的混凝土宜承受一般硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥配制，强度等级不应低于 C25；水灰比不宜大于 0.5，每立方米混凝土水泥用量不应超过 450 kg；混凝土的骨料应坚硬致密，粗骨料宜承受玄武岩、闪长岩、花岗岩、石灰岩等裂开的碎石或河卵石，细骨料宜承受自然砂；粗骨料粒径不应超过

15、筒壁厚度的 1/5 和钢筋净距的 3/4，同时最大粒径不应超过 60 mm。（2） 根底及烟道的混凝土强度等级按以下规定承受：刚性根底不应低于 CCCC；板式根底不应低于；壳体根底不宜低于；烟道不应低于。152030203.3.3 钢材（1） 钢筋混凝土筒壁的钢筋宜承受 HRB335 级钢筋。（2） 钢烟囱塔架和筒壁可承受 Q235、Q345、Q390、Q420 钢。处在大气潮湿地区的钢烟囱塔架和筒壁或排放烟气属于中等腐蚀性的筒壁宜承受 Q235NH、Q295NH 或 Q355NH 可焊接低合金耐候钢。烟囱的平台、爬梯和砖烟囱的环箍宜承受 Q235 钢。3.3.4 隔热材料常用的隔热材料有硅藻

16、土砖、膨胀珍宝岩、水泥膨胀珍宝岩制品、高炉水渣、矿渣棉和岩棉等，其枯燥状态下的重力密度不宜大于 8 KN/m3。3.4 本设计所选烟囱材料本次设计中，烟囱材料选取混凝土。3.4.1 混凝土材料选择标准（1） 混凝土宜承受硅酸盐水泥、一般硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥配制，混凝土标号不宜低于 200 号。（2） 混凝土的水灰比不宜大于 0.5，混凝土的水泥用量不宜超过50Kg/m3。（3） 混凝土的骨料应坚硬致密。骨料宜承受玄武岩、闪长岩、花岗岩等裂开的碎石或卵石。细骨料宜承受自然砂，也可承受上述岩石经裂开筛分后的产品，但不得含有金属矿物、云母、硫酸化合物和硫化物。（4） 粗骨料粒径不应超过管壁厚度

17、的 1/5 和钢筋间距的 3/4，同时最大粒径不应超过 60mm。济南大学课程设计第 10 页 共 13页（5） 沿筒壁高度方向宜承受一样标号的混凝土。当烟囱较高150m 以上时，亦可承受不同标号的混凝土，烟囱下部的混凝土标号应高于上部混凝土标号。（6） 筒壁顶部第一节和有烟气直接作用的部位，不宜承受石灰石做骨料。3.5 烟囱防腐为了解决湿烟囱的防腐问题,必需寻求一种耐酸防腐、耐温变强、耐高温同时耐磨附着力又好的材料。相关数据说明，为了解决这一难题，各厂家先后承受了增设钢内筒加钛板防腐、在混凝土烟囱内加装钢排烟筒、钢排烟囱内用聚脲弹性体防腐、在耐火砖上喷涂耐火胶泥、承受轻型耐酸浇注料进展整体浇

18、注等方法，均未得到行业的全都认可。1ZS-1041 烟气防腐涂料与传统的聚脲、泡沫玻璃砖、玻璃鳞片、OM 涂料或胶泥不同，它耐温幅度高，涂层轻快、使用寿命长，耐久性好， 损坏的涂层可以便利地进展修补。在制备、涂装和形成涂层过程中对环境无污染。 烟囱防腐涂料涂层有优良的耐化学腐蚀特别是冷凝硫酸腐蚀的力气； 烟囱防腐涂料与钢基体有格外好的粘结力； 烟囱防腐涂料涂层有格外高的抗水蒸汽渗透性能； 烟囱防腐涂料涂层还有较高的抗挠曲性及热膨胀抗变性，能抵抗钢烟囱，虽经加固但仍不行避开的运行中振动； 烟囱防腐涂料涂层有优异的耐高温存耐温度急变的性能，可满足长期工作温度在 45 600 之间波动，短期运行温度

19、 800 ，保护动作温度 850 。（2） 玻璃钢(FRP) 由于玻璃钢化学腐蚀而且造价比高镍合金低，所以很多湿法脱离系统装置使用玻璃钢已取得了很好的效果，依据国外资料介绍，玻璃钢已在湿法 脱硫系统以下方面获得了成功的应用：吸取塔塔体，石灰溶解槽，集液器， 除雾器，浆液输送管道，烟道，烟囱； 由于玻璃钢内表光滑，不易积垢，耐磨耐酸，所以在流速很高及颗粒物浓度较高的区域通常都有比较好的效果。玻璃钢系列的防腐材料在国内市场上比较常见的有:环氧树脂，改性的有济南大学课程设计用纸OM 特种防腐涂料。（3） 橡胶在国内市场上比较常见的有硅橡胶，聚脲，但该产品不耐高温，防水防酸性能极好，不利于燃煤机组长时

20、间直排。（4） 玻璃磷片由于玻璃鳞片的主要填充材料是 SiO2，其耐温性，耐酸性极好，在市场上比较常见的有：泡沫玻璃砖和玻璃鳞片。（5） 耐酸胶泥。 用途：用于湿法脱硫耐酸砖内筒烟囱内衬防腐。涂层耐温性及耐酸性能好、附着力强、使用寿命长20 年以上，可以承受凹凸温烟气的长期冲刷和急热急冷工况下的长期作用，是湿法 FGD 后排放净烟气的烟囱内衬防腐的专用涂料材料。 特性：KY2 耐酸胶泥涂料是以优质高硅粉、分散剂、固定剂以及细粒料等为原料，按确定比例科学配制而成，它具有以下优良特性：优良的耐化学介质，耐高温湿态腐蚀性气体性能；极低的水蒸气渗透率、硬化收缩率低、线膨胀系数低；能承受凹凸温烟气的长期

21、冲刷和急热急冷之工况；极佳的耐磨性；良好的粘接性；常温硬化，成型施工简洁、修补简洁。4 烟囱设计相关计算：乡村全年气温在-10-35；距离地面 10m 处的年平均风速为u =5m/s； SO2 排放率为 10g/s；烟气流量 Q=8m3/s； 烟气温度 405K；这一地区的背景浓度为 0.1mg/m3； 下风方向 1000m 有一居民区。4.1 出口处烟气速度排气筒出口处烟气速度vs不得小于风速uc 的 1.5 倍。-u= u(2.303)1/ K / G(1+ 1 )cKK = 0.74 + 0.19u式中： u 排气筒出口高度处环境风速的多年平均风速；K 韦伯斜率；-G(l ) G 函数,

22、l = 1 + 1/ K ，可通过查表进展查询。由原始资料得： u = 5m/s，依据上式计算得：K = 0.74 + 0.19u = 0.74 + 0.19 5 = 1.69l = 1+1/ K = 1+1/1.69 = 1.59由G(l + 1) = lG(l) 得：所以G(1.59) = 0.786G(2.59) = 1.59G(1.59) = 1.250u= u(2.303)1/ K / G(1+c1 ) = 5 (2.303)1/1.5 / 0.786 = 11.09m / s Kv= usc1.5 = 11.09 1.5 = 16.64 m / s4.2 烟囱内径：烟气排放流量 Q

23、 = 8m3 / s烟气出口处的烟流温度 Ts= 405 Ks/s= 0.8环境背景浓度 rb= 0.1mg / m3 ， zy环境大气温度 Ta= -10 - 35C = 263 - 308 K0国家一级标准规定的 SO2 一小时平均浓度限值 r= 0.15 mg / m3 见下表表 2.国家标准规定 SO2 浓度限值污染物取值时间浓度限值一级标准二级标准三级标准二氧化硫年平均0.020.060.10SO2日平均0.050.150.25mg/m31 小时平均0.150.500.70标准状态所以，烟囱出口内径：4Q /(pv )sD =4 8 /(p 16.64)= 0.78m4.3 烟囱高度

24、烟气抬上升度：DH =v DT- Ts(1.5 + 2.7Sa16.64 0.78405 - 263D ) = (1.5 + 2.7 0.78 ) = 5.81 muTS所以，烟囱高度：54052Qep u(r - r )s s z0by2 8 3600 0.8ep 5 (0.15 - 0.1)H- DH =s- 5.81 = 141.64 m所以,烟囱高度 H = 141.6m烟囱入口内径：D= 2aH + D = 0.04 141.6 + 0.78 = 6.44 mda 系数，一般取 0.01 0.03,设计中取 0.02。4.4 烟囱的厚度筒壁顶口内径mD4表 3.烟囱筒壁的厚度最小厚度

25、mm1404D668160180180 + (D - 8) 10经过计算得出，烟囱出口内径为 6.44m，所以，本次设计取管壁厚度为 180 mm。依据计算以及查阅资料确定本设计中的烟囱选择钢筋混凝土烟囱，然后涂上烟囱防腐涂料涂层，防止 SO2 烟囱的腐蚀，烟囱高度为 141.6m，出口内径 0.78 m 和入口内径为 6.44m。4.5 烟囱的压力损失pa局部压力损失： DP = x ru22式中：异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到， 或通过试验获得；与 相对应的断面平均气流速率m/s；烟气密度kg/m3。DP = x ru2= 0.05 0.116.642( pa) = 13.78

26、 papa225 课程设计小结本次设计某供暖锅炉烟气排放烟囱设计。计算结果如下：烟囱高度为141.6m，厚度为 180mm，烟囱入口内径为 6.44m，出口内径为 0.78m，压力损失为 13.78 pa。经检验计算，结果符合要求，根本到达设计目的。大气污染把握工程的课程设计做了两个星期，虽然我努力地去完善它， 但总体做的还是比较粗糙，有些地方没有经过细心地检验和调整。但整个设计过程还是使我对大气污染把握工程，特别是烟囱设计，有了更加全面、深入的生疏。通过此次对某供暖锅炉烟气排放烟囱的设计，在消化的同时， 也稳固了专业课程所学的内容，在设计过程中清楚地了解到整个系统流程及其各组成局部所起的作用

27、。这次课题让我们可以综合利用所学到的大气污染把握工程的学问。尽管已经利用各种渠道搜集了一些资料，但照旧稍嫌缺乏，而且能够利用的资料也比较少，所以在计算和设计时可能会消灭一些难以避开的错误，还望教师能够见谅。在此期间，我不仅学到了很多的学问，而且也开阔了视野，提高了自己对专业学问更加深入的生疏，为自己日后的工作明确了方向。能顺当完成这次课程设计，我要感谢教师的悉心指导。期望以后还有时机向教师学习，也期望有更多时机参与到实际的生产和设计工作。参考文献1. 工业防尘专业委员会.工业防尘手册M.北京，劳动人事出版社：19872. 何争光.大气污染把握工程及应用实例M.北京，化学工业出版社：20233. 郝吉明，马宽阔.大气污染把握工程M.北京，高等教育出版社：20234. 同济大学等编.锅炉及锅炉房设备.北京.中国建筑工业出版社：1986 5. 艾华. 电炉炼钢车间除尘系统方案设计分析J. 西安重型机械争论所报, 2023,09(00):98-02.6. 航天部第七争论设计院编.工业锅炉房设计手册.北京.中国建筑工业出版社：1986