煙囪高度的設(shè)計(jì)1

1、 大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì) 專業(yè)/班級(jí) 環(huán)境工程091班 姓名/學(xué)號(hào) XXXXXXXXXXX 指導(dǎo)老師 xxxxxxxxxx 浙江樹人大學(xué)生環(huán)學(xué)院二O一三年一月目錄第1章 總論 -3第一節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容 -3第二節(jié) 基本資料-4第2章 煙囪高度設(shè)計(jì)工藝原理及結(jié)構(gòu)-4第1節(jié) 煙囪高度設(shè)計(jì)的工藝原理-4第二節(jié) 影響煙囪設(shè)計(jì)高度的因素-5一、計(jì)算公式-5二、氣象參數(shù)-5三、煙流出口速度VS-5四、煙氣的干、濕沉降-5五、煙囪的散熱-5第三節(jié) 煙囪的基本結(jié)構(gòu)-5一、 磚煙囪-5二、鋼煙囪-6第3章 煙囪高度設(shè)計(jì)計(jì)算-6第一節(jié) 煙囪高度的計(jì)算方式選擇-61.按地面最大濃度計(jì)-62.按地面絕對(duì)最大濃度計(jì)

2、算-63.按一定保證率的計(jì)算法-74.P值法-7第2節(jié) 設(shè)計(jì)參數(shù)說明-7第3節(jié) 煙囪高度的計(jì)算-7第4節(jié) 煙囪設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) -8第4章 平面結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)-9參考文獻(xiàn)-9 附圖第一章 總論 現(xiàn)如今，大氣污染嚴(yán)重危害人類的生命健康和生存，大氣中有害物質(zhì)的濃度越高，其污染就越重，危害也就越大。污染物在大氣中的濃度，除了取決于排放的總量外，還同排放源高度、氣象和地形等因素有關(guān)。污染物一進(jìn)入大氣，就會(huì)稀釋擴(kuò)散。風(fēng)越大，大氣湍流越強(qiáng),大氣越不穩(wěn)定,污染物的稀釋擴(kuò)散就越快；相反，污染物的稀釋擴(kuò)散就慢。在后一種情況下，特別是在出現(xiàn)逆溫層時(shí)，污染物往往可積聚到很高濃度，造成嚴(yán)重的大氣污染事件。降水雖可對(duì)大氣起凈化

3、作用，但因污染物隨雨雪降落，大氣污染會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗w污染和土壤污染。地形或地面狀況復(fù)雜的地區(qū)，會(huì)形成局部地區(qū)的熱力環(huán)流，如山區(qū)的山谷風(fēng)，濱海地區(qū)的海陸風(fēng)，以及城市的熱島效應(yīng)等，都會(huì)對(duì)該地區(qū)的大氣污染狀況發(fā)生影響。煙氣運(yùn)行時(shí)，碰到高的丘陵和山地，在迎風(fēng)面會(huì)發(fā)生下沉作用,引起附近地區(qū)的污染。煙氣如越過丘陵,在背風(fēng)面出現(xiàn)渦流，污染物聚集，也會(huì)形成嚴(yán)重污染。在山間谷地和盆地地區(qū)，煙氣不易擴(kuò)散，常在谷地和坡地上回旋。特別在背風(fēng)坡，氣流作螺旋運(yùn)動(dòng)，污染物最易聚集，濃度就更高。夜間，由于谷底平靜，冷空氣下沉，暖空氣上升,易出現(xiàn)逆溫，整個(gè)谷地在逆溫層覆蓋下,煙云彌漫，經(jīng)久不散，易形成嚴(yán)重污染。位于沿海和沿湖的城市

4、，白天煙氣隨著海風(fēng)和湖風(fēng)運(yùn)行，在陸地上易形成“污染帶”。早期的大氣污染，一般發(fā)生在城市、工業(yè)區(qū)等局部地區(qū)，在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)大氣中污染物濃度顯著增高，使人或動(dòng)、植物受到傷害。60年代以來，一些國(guó)家采取了控制措施，減少污染物排放或采用高煙囪使污染物擴(kuò)散，大氣的污染情況有所減輕。高煙囪排放雖可降低污染物的近地面濃度，但是把污染物擴(kuò)散到更大的區(qū)域，從而造成遠(yuǎn)離污染源的廣大區(qū)域的大氣污染。隨著環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，工廠的煙囪已經(jīng)不單純是一個(gè)排煙裝置，而發(fā)展成為控制大氣污染保護(hù)環(huán)境的一個(gè)設(shè)備。因而煙囪高度的計(jì)算，也不冉單純從滿足工藝生產(chǎn)的需要進(jìn)行計(jì)算，而是還要從環(huán)保的要求進(jìn)行計(jì)算確定。文章著重闡述了煙囪高度的

5、計(jì)算模式( 其計(jì)算方法分為二步: 第一步, 煙囪抬升高度; 第二步, 依照大氣擴(kuò)散的數(shù)學(xué)模式以保證大氣質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)來確定必要的煙囪高度。) 以及計(jì)算模式中輸入?yún)?shù)(氣象參數(shù)、煙流出口速度VS、煙氣的干、濕沉降等) 的討論。第一節(jié)、設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容煙囪高度的設(shè)計(jì)：第一步, 煙囪抬升高度; 第二步, 依照大氣擴(kuò)散的數(shù)學(xué)模式以保證大氣質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)來確定必要的煙囪高度。并畫出煙囪示意圖。第二節(jié)、基本資料地處丘陵的某煉油廠要進(jìn)行擴(kuò)建，擬新建一煙囪排放污染物。煙囪排放條件為：出口內(nèi)徑3 m,出口速度15（12、10、18、20） m/s,排放溫度140，大氣溫度17，H2S排放量7.2 kg/h。離該廠2500

6、 m處有一城鎮(zhèn)，大氣中H2S的現(xiàn)狀濃度為0.5 g/m3。為使該城鎮(zhèn)中H2S濃度低于10g/m3，要建多高的煙囪才能滿足要求？設(shè)計(jì)風(fēng)速取13 m/s。第二章 煙囪高度設(shè)計(jì)工藝原理及結(jié)構(gòu)第一節(jié) 煙囪高度設(shè)計(jì)的工藝原理 高架連續(xù)點(diǎn)源的典型代表就是孤立的高煙囪。煙囪的作用除了利用熱煙氣與環(huán)境冷空氣之間的密度差產(chǎn)生的自生通風(fēng)力來克服煙氣流動(dòng)阻力向大氣排放外，還要把煙氣中的污染物散逸到高空之中，通過大氣的稀釋擴(kuò)散能力降低污染物的濃度，使煙囪的周邊的環(huán)境處于允許的污染程度之下。事實(shí)證明，煙囪愈高，煙氣上升力愈強(qiáng)，燃料燃燒也愈好，污染物可以在離地面較高的大氣中擴(kuò)散，再加上高空風(fēng)速大，稀釋能力強(qiáng)，可使大氣污染

7、程度減輕。當(dāng)然，煙囪的高度并非愈高越好，當(dāng)煙囪高度超過一定的高度后如果再增加其高度，對(duì)地面濃度的降低收效就很小，而煙囪造價(jià)卻隨高度增加而急劇增大。煙氣從煙囪排出以后，由于受慣性力(煙速的作用)和浮升力(溫度的作用)的綜合作用向縱向擴(kuò)散，即抬升一定的高度：又由于炯?xì)膺€受大氣風(fēng)力和湍度梯度的作用使炯?xì)鈾M向擴(kuò)散(見圖1)。因此煙囪高度的計(jì)算方法分為以下二步：第一步：計(jì)算煙氣抬升高度H。第二步：依照大氣擴(kuò)散的數(shù)學(xué)模式以保證大氣質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)來確定必需的煙囪幾何高度HS。抬升高度H煙囪有效高度H煙囪幾何高度HS圖1 煙囪高度計(jì)算圖煙囪的作用在于使其根部產(chǎn)生足夠吸力來克服加熱系統(tǒng)阻力(包括分煙道阻力)及下降氣

8、流段浮力,使?fàn)t內(nèi)廢氣排出,空氣吸入.爐內(nèi)上升氣流段浮力則有助于氣體流動(dòng),煙囪根部吸力靠煙囪內(nèi)熱廢氣的浮力產(chǎn)生,其值高度和熱廢氣與大氣密度之差決定的。煙囪的工藝設(shè)計(jì)主要是根據(jù)加熱系統(tǒng)的阻力和浮力確定煙囪根部吸力的需要值,并據(jù)此計(jì)算煙囪的高度和直徑。煙囪的直徑取決于廢氣通過煙囪的阻力和煙囪的投資費(fèi)用。煙囪的高度使產(chǎn)生的浮力保證煙囪根部有足夠的吸力，并足以克服廢氣通過煙囪的阻力，還要考慮備用的吸力及根據(jù)氣壓進(jìn)行必要的校正。煙囪的設(shè)計(jì)應(yīng)合理地確定煙囪高度，做到既減少污染又不浪費(fèi)。因?yàn)楦邿焽桦m然非常有利于污染物濃度的擴(kuò)散稀釋，但煙囪達(dá)到一定高度后，再繼續(xù)增加高度對(duì)污染物落地濃度的降低已無明顯作用，而煙囪

9、的造價(jià)也近似地與煙囪高度的平方成正比。因此，煙囪高度設(shè)計(jì)的基本要求是，在排放源造成的地面最大濃度不超過國(guó)家規(guī)定的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)下，使得建造投資費(fèi)用最小。第二節(jié) 影響煙囪設(shè)計(jì)高度的因素一、計(jì)算公式煙囪高度設(shè)計(jì)中，選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算公式是準(zhǔn)確確定煙囪高度的必要條件。除了上述介紹的以外，還有一些計(jì)算公式。這些公式對(duì)地形地貌及氣象條件的依賴性很強(qiáng)，且計(jì)算結(jié)果差別也很大。目前應(yīng)用最普遍的是按高斯模式的簡(jiǎn)化公式。二、氣象參數(shù) 主要的氣象參數(shù)有風(fēng)速和擴(kuò)散參數(shù)。近地面的風(fēng)速是影響大氣擴(kuò)散和煙囪高度的重要因素。，隨著風(fēng)速的增大，一方面增強(qiáng)了大氣對(duì)污染物擴(kuò)散稀釋的能力，直接使地面最大濃度值減??；另一方面減小了煙流的抬升高度

10、，降低了煙囪有效高度，反而使地面最大濃度值增大。因此，當(dāng)煙囪的幾何高度一定時(shí)，地面最大濃度將隨風(fēng)速由小增大而出現(xiàn)最大值。若按危險(xiǎn)風(fēng)速或地面絕對(duì)最大濃度要求設(shè)計(jì)煙囪高度，實(shí)際風(fēng)速下地面濃度均不會(huì)超標(biāo)，但煙囪高、投資大；若按平均風(fēng)速或地面最大濃度要求來設(shè)計(jì)，則煙囪較矮，可節(jié)省費(fèi)用，但風(fēng)速小于平均風(fēng)速時(shí)，地面濃度可能超標(biāo)。因此對(duì)于不同的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)考慮一個(gè)合理的計(jì)算風(fēng)速。三、煙流出口速度VS污染物地面最大濃度隨煙囪的高度和出口煙氣流速的增加而降低。為了保證在煙囪高度處的平均風(fēng)速u較大的情況下，不因過分降低煙氣抬升高度而造成局部污染濃度過高，一般要求VS/u1.5。當(dāng)有幾個(gè)煙源相距較近時(shí)，可采用集合式的

11、單座煙囪以提高VS。考慮到設(shè)備運(yùn)行有先后或啟停時(shí)的VS不致過低，還可采用多筒集合式煙囪排放。但在集合溫度相差較大的煙囪排煙時(shí)，要認(rèn)真考慮。應(yīng)當(dāng)注意的是，如果煙流抬升高度主要取決于熱力抬升，則過高的VS對(duì)煙流抬升的作用并不大，反而增大了煙氣流動(dòng)的阻力。四、煙氣的干、濕沉降為避免出現(xiàn)煙氣的干、濕沉降現(xiàn)象，以及煙流受建筑物背風(fēng)面渦流區(qū)影響，從而增加煙囪附近地區(qū)的污染濃度，要求煙囪與附近建筑物相距約20倍煙囪高度的距離，其高度不得低于周圍建筑物高度的2.5倍。五、煙囪的散熱為了提高出口煙氣溫度，增加進(jìn)煙氣的熱力抬升能力，在煙囪設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮盡量減少煙道與煙囪的散熱損失。第三節(jié) 煙囪的基本結(jié)構(gòu)磚煙囪結(jié)

12、構(gòu)：1.磚煙囪的最大高度不宜超過50m。 2煙囪下部應(yīng)設(shè)清灰孔，清灰孔在鍋爐運(yùn)行期間應(yīng)嚴(yán)密封好（可用黃泥磚密封）。 3煙囪底部應(yīng)設(shè)置比水平煙道入口低0.51.0m的積灰坑。 4當(dāng)煙囪和水平煙道有兩個(gè)接入口時(shí)，兩個(gè)接口一般應(yīng)相對(duì)設(shè)置，并用與水平煙道成45角的隔板分開，隔板高出水平煙道的部分，不得小于水平煙道高度的1/2。 5煙囪應(yīng)設(shè)置維修爬梯和避雷針。 鋼煙囪結(jié)構(gòu)： 1鋼煙囪應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，煙囪壁厚要考慮一定量的腐蝕裕度，當(dāng)煙囪高度為2040m，直徑為0.21.0m時(shí)，無內(nèi)襯的筒體壁厚取410mm，有內(nèi)襯的壁厚取818mm。 2當(dāng)煙囪高度和直徑之比超過20時(shí)，必須設(shè)置可靠的牽引拉繩，拉繩沿

13、圓周等弧度布置34根。 3煙囪與基礎(chǔ)連接部分一般制作錐形，支撐板厚度一般為2040mm。 4帶內(nèi)襯的鋼煙囪，內(nèi)襯可分段支承，每段長(zhǎng)46m，內(nèi)襯和筒體之間保持2050mm的間隙，并應(yīng)在頂部裝防護(hù)環(huán)板將內(nèi)襯蓋住。 5鋼煙囪宜選用由專業(yè)廠加工制造的焊制不銹鋼煙囪。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本設(shè)計(jì)采用鋼煙囪結(jié)構(gòu)。主體系統(tǒng)：1基礎(chǔ)：煙囪基礎(chǔ)在平面上多采用圓形，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件比較好，地基承載能力比較高。2筒身：煙囪的筒身可用磚，配筋磚，鋼筋混凝土或鋼做成。3筒座：采用磚砌，方形狀。4筒首：鋼筋混凝土，圓筒形。相應(yīng)的附屬設(shè)施：爬梯，信號(hào)燈平臺(tái)，避雷裝置等。第三章 煙囪高度設(shè)計(jì)計(jì)算第一節(jié) 煙囪高度的計(jì)算方式選擇1.按地面最大

14、濃度計(jì)算，其中取0.512.按地面絕對(duì)最大濃度計(jì)算保證則有 其中危險(xiǎn)風(fēng)速=3.按一定保證率的計(jì)算法取上述兩種情況之間一定保證率下的平均風(fēng)速和擴(kuò)散參數(shù)4.P值法國(guó)標(biāo)制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法（GB/T 3840-91） 其中Q某污染物的電源允許排放量，t/h;P某污染物的點(diǎn)源排放控制系統(tǒng)，(t/hm2)第二節(jié) 設(shè)計(jì)參數(shù)說明一、煙囪高度主要技術(shù)參數(shù)的確定根據(jù)資料條件列出以下參數(shù)：1. 煙囪出口處的平均風(fēng)速：取=3m/s2. 煙囪出口流速：取Vs =20m/s3. 煙氣H2S排放量：Q=7.2 kg/h=2g/s42500m處城鎮(zhèn)H2S煙氣含量：0-b =10-0.5=9.5ug/m5.

15、煙囪出口內(nèi)徑：D=3m6煙囪出口處的煙流溫度：Ts =413K7環(huán)境大氣溫度：Ta =290K8大氣壓力：地處丘陵，取一大氣的壓強(qiáng)，Pa=101.325kpa9大氣擴(kuò)散參數(shù)第三節(jié) 煙囪高度的計(jì)算根據(jù)本資料給出的條件，采用按地面最大濃度的計(jì)算方法計(jì)算煙囪高度，霍蘭德（Holland）公式計(jì)算煙氣抬升高度1 實(shí)際排煙率：m3/s2 煙氣熱釋放率：kW3 煙囪抬升高度：4.煙囪高度第四節(jié) 煙囪設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)上述計(jì)算公式按錐形高斯模式導(dǎo)出，在逆溫較強(qiáng)的地區(qū)，需要用封閉型或熏煙型模式校核。煙氣抬升高度的選?。簝?yōu)先采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 13201-91）中的推薦公式；防止出現(xiàn)煙流下洗、下沉現(xiàn)象，Hs不低于從屬建筑物高度的2倍，煙囪出口煙氣流速v不低于出口處平均風(fēng)速的1.5倍；為了獲得較高的煙氣抬升高度，V2030m/s，煙溫Ts100；Hs不得低于