烟囱高度的设计1

大气污染控制工程课程设计专业/班级环境工程091班姓名/学号XXXXXXXXXXX指导老师xxxxxxxxxx浙江树人大学生环学院二O一三年一月目录第一章，总论寸第一节设计任务和内容 3第二节基本资料4第二章烟囱高度设计工艺原理及结构-4第一节烟囱高度设计的工艺原理4第二节 影响烟囱设计高度的因素5一、计算公式5二、气象参数 5三、烟流出口速度VS-气5S四、烟气的干、湿沉降-5五、烟囱的散热 5第三节烟囱的基本结构 5一、砖烟囱5二、钢烟囱6第三章烟囱高度设计计算-6第一节烟囱高度的计算方式选择61. 按地面最大浓度计62. 按地面绝对最大浓度计算63. 按一定保证率的计算法74. P值法7第二节 设计参数说明7第三节烟囱高度的计算7第四节烟囱设计注意事项8第四章平面结构图设计-9参考文献9附图第一章总论现如今，大气污染严重危害人类的生命健康和生存，大气中有害物质的浓度 越高，其污染就越重，危害也就越大。污染物在大气中的浓度，除了取决于排放 的总量外，还同排放源高度、气象和地形等因素有关。污染物一进入大气，就会 稀释扩散。风越大，大气湍流越强，大气越不稳定,污染物的稀释扩散就越快；相 反，污染物的稀释扩散就慢。在后一种情况下，特别是在出现逆温层时，污染物 往往可积聚到很高浓度，造成严重的大气污染事件。降水虽可对大气起净化作用， 但因污染物随雨雪降落，大气污染会转变为水体污染和土壤污染。地形或地面状 况复杂的地区，会形成局部地区的热力环流，如山区的山谷风，滨海地区的海陆 风，以及城市的热岛效应等，都会对该地区的大气污染状况发生影响。烟气运行 时，碰到高的丘陵和山地，在迎风面会发生下沉作用，引起附近地区的污染。烟 气如越过丘陵，在背风面出现涡流，污染物聚集，也会形成严重污染。在山间谷 地和盆地地区，烟气不易扩散，常在谷地和坡地上回旋。特别在背风坡，气流作 螺旋运动，污染物最易聚集，浓度就更高。夜间，由于谷底平静，冷空气下沉， 暖空气上升,易出现逆温，整个谷地在逆温层覆盖下，烟云弥漫，经久不散，易形 成严重污染。位于沿海和沿湖的城市，白天烟气随着海风和湖风运行，在陆地上 易形成“污染带”。早期的大气污染，一般发生在城市、工业区等局部地区，在 一个较短的时间内大气中污染物浓度显著增高，使人或动、植物受到伤害。60 年代以来，一些国家采取了控制措施，减少污染物排放或采用高烟囱使污染物扩 散，大气的污染情况有所减轻。高烟囱排放虽可降低污染物的近地面浓度，但是 把污染物扩散到更大的区域，从而造成远离污染源的广大区域的大气污染。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。文章着重阐述了烟囱高度 的计算模式（其计算方法分为二步：第一步，烟囱抬升高度；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要的烟囱高度。）以及计算模 式中输入参数（气象参数、烟流出口速度VS、烟气的十、湿沉降等）的讨论。第一节、设计任务和内容烟囱高度的设计：第一步，烟囱抬升高度；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要的烟囱高度。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、10、18、20）m/s,排放温度140C，大气 温度17C, 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0.5四g/m3。为使该城镇中H2S浓度低于10四g/m3,要建多高的烟囱才能 满足要求？设计风速取13 m/s。第二章 烟囱高度设计工艺原理及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AH。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。.度抬，H升 H高.烟囱几何高度HSkr烟囱有效高度H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一、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。目前应用最普遍的是按高斯模式的简化公式。二、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。三、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/u1.5。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。四、烟气的干、湿沉降为避免出现烟气的十、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。五、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。第三节烟囱的基本结构砖烟囱结构：1. 砖烟囱的最大高度不宜超过50m。2. 烟囱下部应设清灰孔，清灰孔在锅炉运行期间应严密封好(可用黄泥砖密封)。3. 烟囱底部应设置比水平烟道入口低0.51.0m的积灰坑。4. 当烟囱和水平烟道有两个接入口时，两个接口一般应相对设置，并用与水平 烟道成45角的隔板分开，隔板高出水平烟道的部分，不得小于水平烟道高度的 1/2。5. 烟囱应设置维修爬梯和避雷针。钢烟囱结构：1. 钢烟囱应有足够的强度和刚度，烟囱壁厚要考虑一定量的腐蚀裕度，当烟囱 高度为2040m，直径为0.21.0m时，无内衬的筒体壁厚取410mm，有内衬的 壁厚取818mm。2. 当烟囱高度和直径之比超过20时，必须设置可靠的牵引拉绳，拉绳沿圆周等 孤度布置34根。3. 烟囱与基础连接部分一般制作锥形，支撑板厚度一般为2040mm。4 .带内衬的钢烟囱，内衬可分段支承，每段长 46m，内衬和筒体之间保持 2050mm的间隙，并应在顶部装防护环板将内衬盖住。5.钢烟囱宜选用由专业厂加工制造的焊制不锈钢烟囱。根据计算结果，本设计采用钢烟囱结构。主体系统：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。2筒身：烟囱的筒身可用砖，配筋砖，钢筋混凝土或钢做成。3筒座：采用砖砌，方形状。4筒首：钢筋混凝土，圆筒形。相应的附属设施：爬梯，信号灯平台，避雷装置等。第三章烟囱高度设计计算第一节烟囱高度的计算方式选择1. 按地面最大浓度计算H = :一。r- H，其中 取 0.5-1s e 兀 u (p - p ) bb2. 按地面绝对最大浓度计算保证 P absm VP 0 -P b则有H s =：L .二 其中危险风速u p = B / H s 2e兀 M p P 0 Pb y4. P值法国标制定地方大气污染物排放标准的技术方法(GB/T 3840-91)Q x 10 6 A HP其中Q一某污染物的电源允许排放量，t/h；P一某污染物的点源排放控制系统，(t/h m2)第二节设计参数说明一、烟囱高度主要技术参数的确定 根据资料条件列出以下参数：1. 烟囱出口处的平均风速：取u =3m/s2. 烟囱出口流速：取Vs =20m/s3. 烟气 H2S 排放量：Q=7.2 kg/h=2g/s4. 2500m处城镇 H2S 烟气含量：p0-pb =10-0.5=9.5ug/m35. 烟囱出口内径：D=3m6. 烟囱出口处的烟流温度：Ts =413K7 .环境大气温度：Ta =290K8. 大气压力：地处丘陵，取一大气的压强，Pa=101.325kpa9. 大气扩散参数o /o为常数，这里取1第三节烟囱高度的计算根据本资料给出的条件，采用按地面最大浓度的计算方法计算烟囱高度，霍兰德(Holland )公式计算烟气抬升高度1实际排烟率：3.14 x 32x 20 = 141 .30 m3/s2烟气热释放率:A TQh = 0.35 P Q=0.35 x 1013 .25 x 141 .30 x 413 290 = 14923 .88 kW4133烟囱抬升高度:v D A H = -1.5 + 2.7sauT - T D.5v D + 9.6 x 10 -3 Q )H.5 x 20 x 3 + 9.6 x 10-3 x 14923 .88 )= 77.76 m 34. 烟囱高度zTx 1 - 77.76 = 50.91m2.7 x 3.14 x 3 x (10 - 0.5)x 10 -6第四节 烟囱设计注意事项上述计算公式按锥形高斯模式导出，在逆温较强的地区，需要用封闭型或熏烟型 模式校核。烟气抬升高度的选取：优先采用国家标准(GB/T 13201-91)中的推荐公式；防止出现烟流下洗、下沉现象，Hs不低于从属建筑物高度的2倍，烟囱出口烟气流速v不低于出口处平均风速的1.5倍；为了获得较高的烟气抬升高度，V=2030m/s，烟温Ts100C；Hs不得低于大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)或行业标准中规定 的烟囱高度。第四章平面结构图设计详见附图参考文献1. 环境影响评价技术导则，HJ/T 2.2-19932. 环境工作实用手册19843. 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5. 制定地方大气污染物排放标准的技术方法6. 大气污染物综合排放标准7. 烟囱的环保设计简述2006