大气污染控制2

大气大气污污染控制染控制 课课程程设计报设计报告告 系系 别：别： 城市建设学院城市建设学院 专业班级：专业班级： 环境工程环境工程 0902 班班 学生姓名：学生姓名： 杨斌杨斌 20091261056 指导教师：指导教师： 郑莹郑莹 （课程设计时间：2012 年 6 月 18 日2012 年 6 月 22 日） 华中科技大学武昌分校华中科技大学武昌分校 目录目录 1 1课程设计目的课程设计目的3 2 2课程设计题目描述和要求课程设计题目描述和要求3 3 3课程设计报告内容课程设计报告内容.4 3.1 前言 .4 3.2 除尘系统设计计算 .6 3.3 集气罩设计计算 .7 3.4 旋风除尘器设计计算 .8 3.5 烟囱的设计计算 12 4 4总结总结14 1 1课程设计目的课程设计目的 大气污染控制课程设计是环境工程专业本科生的主干专业课程设计课。 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设计的初步能力。通过设计，了解工程设 计的内容、方法及步骤，培养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。 2 2课程设计题目描述和要求课程设计题目描述和要求 设计基础资料如下： （1）打磨机 本打磨车间打磨的是铝件，共有两种型号的打磨机：A 型与 B 型。其中 A 型打磨机共 8 台，外形尺寸(mm)为 7006001200；B 型打磨机共 6 台，外形 尺寸(mm)为 6006001200(对 A 型与 B 型打磨机的粉尘收集分别采用不同的 吸气罩)。 并已知 A 型打磨机产尘量为 8kg/h，B 型打磨机产尘量为 10kg/h。 （2）本系统产生粉尘的粒径分布如表 1 所示。 表 2-1 粉尘粒径分布情况 平均粒径 d(m)粒径分布 f(%)累计粒级分布 f(%) 2533 50710 751323 1007093 125699 1501100 含尘空气密度为 1.204kg/m3，气体温度为常温。 （3）土建资料 本通风系统的打磨车间位于厂房的二楼，二楼地面标高为 4.0m。 打磨车间的平面图如下： 6000600060007100 6000600060007100 580060006000 345 1 上 下 25100 17800 2 ABCD 345 1 25100 2 B B B B B B A A A A AA A A 图 2-1 打磨车间平面图 设计内容： （1）打磨车间净化系统的设计； （2）集气罩的设计； （3）旋风除尘器设计； （4）烟囱的设计； （5）除尘系统的平面布置图、主要设备图(集气罩和旋风除尘器的详图)的 绘制。 设计要求： 在规定的时间内完成以上设计内容，并提交课程设计报告书和设计图纸。 课程设计报告应包括：前言、基本原理或理论、设计计算书、结论、简图（框 图、流程图）、参考资料等，报告应书写工整，文句通顺、精炼、逻辑性强， 图和曲线的绘制应符合规范。字数不少于 2000 字；设计图纸（包括打磨车间净 化系统平面布置图；集气罩大样图；旋风除尘器结构详图） ，图纸应布局合理， 比例恰当，线条分明，字体工整，符合国家制图标准。 3 3课程设计报告内容课程设计报告内容 3.13.1 前言前言 保护环境是我国一项基本国策。随着我国经济建设的迅速发展，环境保护 在国民经济建设中显示了越来越重要的作用，成为国民经济建设中不可缺少的 组成部分。 现代工业的发展，给车间空气和周围大气带来相应的污染，其中粉尘是主 要的污染物之一，它是造成尘肺、矽肺、石棉肺等职业病的根源。工业通风除 尘的任务就是有效地控制污染源散发粉尘，同时将含尘气流中的粉尘清除至排 放标准规定值后排放至室外，以保证室内外环境的卫生条件。 为了防止粉尘的危害，我国制定了工作区的粉尘排放标准。近年来，由于 这些标准不断提高，极大地促进了工业通风除尘技术的迅速发展。目前，对粉 尘运动的规律以及各种捕尘机理的理论研究已大大前进了一步。与此同时，出 现了许多高性能的通风除尘设备，特别是各类除尘器。 虽然生产工艺和净化技术在不断完善，人们也在想方设法减少污染物的排 放量，但整体来说，我国工业粉尘污染情况仍然比较严重。表 3-1 为 2000 年 2006 年工业粉尘排放量统计表。从表 3-1 我们可以看出，我国工业粉尘的产 量大体呈现递减趋势（2004 年除外） 。虽然排放量呈现下降趋势，但是粉尘排 放总量数目庞大，工业生产对环境造成的污染越来越严重，可见对粉尘的治理 工作仍然任重而道远。 表 3-1 全国近年工业粉尘排放量 年度 2000200120022003200420052006 工业粉尘 排放量(万吨) 1092.0990.6941.01021.0904.8911.2808.4 工业通风除尘的目的在于防止粉尘对室内（车间内）空气以对室外大气的 污染。为此，一方面需要将生产设备产生的粉尘（连同运载风尘的气体）予以 捕集，不使其散发到室内，污染室内环境；另一方面需要将含尘气体进行净化， 将其中的粉尘清除至排放标准值以后排入大气，防止污染室外厂区（以及居住 区）的大气。要控制打磨生产过程中的粉尘及有害气体是搞好车间安全生产、 劳动保护和防止环境污染的重要而又带普遍性的问题，也是实现打磨生产过程 现代化、优化必不可少的环节。 打磨工艺作为工业生产的常规环节，长期以来，由于存在生产规模大、能 耗密集等特点，一直被认为是粉尘排放量大、废弃物多、污染重的车间。铝件 打磨车间主要是进行铝制品的打磨、抛光，以使铝制品实现使用功能和外观优 化。 在整个打磨过程中会产生大量铝粉尘，如不进行及时有效的收集铝粉尘， 就会对环境造成了极其严重的污染，对工人的身体健康造成了较大损害。同时 打磨车间如不采取有力措施对粉尘加以控制，大量排放物除了危害人们身体的 健康，还是一项很大的经济损失。这样一来，一方面增加了原材料消耗量，另 外还损失了成品，势必提高产品成本。因此，搞好防尘，减少飞灰，回收物料， 不仅是一个有关劳动卫生和环境卫生的问题，而且也是一个直接影响生产的经 济问题。 本设计项目的提出，目的在于根据现有条件，分析产生问题的根源，研究、 采取先进的除尘技术，选择有效的除尘方式，改进设计，以便很好地解决车间、 厂区的环境污染问题。 3.23.2 除尘系统设计除尘系统设计 在通风除尘工程设计中需满足的国家相关环保标准规定： (1)工业企业设计卫生标准（TJ36-79）中，规定生产性粉尘车间最高允许 浓度规定铝、铝合金粉尘 4mg/m3； (2)在国家大气污染物综合排放标准（GB16297-1997）中规定如表 3-2。 表 3-2 砂轮磨尘综合排放标准 最高允许排放速率(kg/h) 无组织排放监测 浓度限值 污 染 物 最高允许排放浓 度(mg/m )排气筒高 度(m) 一级二级三级监控点 浓度 (mg/m ) 151.92.6 203.14.5 301218 砂 轮 磨 尘 60 402131 临界浓 度最高 点 1.0 (3) 在工业企业厂界噪声标准（GB12348-90）中规定（LAeq）：三类标准 （工业区）昼间 65dB，夜间 55dB； (4) 风机噪声标准：通风机噪声限值按 JB/TQn341-84 执行。 本通风除尘系统主要由集气罩、除尘器、风管、风机、输排灰系统、烟囱 等组成。图 3-1 为整体设计简图。 图 3-1 整体设计简图 1-总风管；2-旋风除尘器；3-卸灰阀；4-螺旋输送机； 5-贮灰罐；6-风机；7-消音箱；8-烟囱 3.33.3 集气罩设计集气罩设计 集气罩是整个通风除尘系统的重要组成部分，它的主要作用是将产尘源散 发的粉尘予以捕集，不向工作区和周围扩散。集气罩的选择和设计合理与否， 不仅直接影响到工作区的卫生状况，而且还会导致设备及能源浪费，经济效益 降低。因此，为排风量在很大程度上取决于集气罩的合理设置。 按集气罩的形式，集气罩可分为密闭罩和局部集气罩等。密闭罩是将产尘 源点或整个设备密闭，是控制尘源的有效办法，在实际生产中应用得非常普遍。 但是在很多情况下，由于工艺或操作的要求，不可能设置各种密闭形式的 密闭罩，则可采用局部集气罩。我们的打磨机就属于这一情况。考虑到车间设 备和生产，决定采用局部集气罩比较切合实际。局部集气罩主要是依靠罩口的 吸气，在尘源处造成一定的流速，使其大于该粉尘源的吸捕速度，从而将粉尘 吸入罩内。由于局部集气罩较密闭罩所需的抽风量要大很多，因此在设计时必 须考虑以下的主要原则： (1)能够保证将工作地点所产生的有害气体、蒸汽或灰尘及时排除干净，不 至于散布到车间的空气中去； (2)随着有害物被吸走的空气愈少愈好。因为这样，装置费用和维持费用都 可以减少； (3)不妨碍工作人员的生产操作，或使技术操作变得比未装置局部吸气通风 设备以前更为复杂和生产所需的时间延长； (4)不至于因装置局部吸气设备，而使观察生产过程发生困难。 本打磨车间有两种型号的打磨机：A 型与 B 型。其中 A 型打磨机共 8 台， 外形尺寸(mm)为 7006001200；B 型打磨机共 6 台，外形尺寸(mm)为 6006001200。对 A 型与 B 型打磨机的粉尘收集分别采用不同的集气罩。 A 型（伞形罩）的计算：H 为罩口到尘源的距离，A、B 为集气罩的尺寸 A=a+0.8H B=b+0.8 HA, 3 . 0 取 H=150mm A=700+0.8*150=820mm B=600+0.8*150=720mm 集气罩上设置挡板:(参数：k=1.4 C=2A+2B HA v0(0.9-1.0) 3 . 0 计算流量 QA=KCHv0=1.4*（2*0.82+0.72）*0.15*0.9=0.58m3/s=2088m3/h B 型（侧吸罩）的计算： 侧吸罩自由悬挂，有法兰式挡板，流量计算公式 QB=0.75（10x2+F）Vx A=620mm B=620mm 则 F=0.62*0.62=0.3844m2 取 Vx=2.5 x 取 0.65m， 计算流量 QB=0.75*(10*0.65*0.65+0.3844)*2.5=8.64 m3/s=31104 m3/h Q总=8QA+6QB=8*2088+6*31104=203328 m3/h 3.43.4 旋风除尘器设计旋风除尘器设计 除尘器是通风除尘系统中的主要设备之一，它的工作质量直接影响排往室 外的粉尘浓度高低，决定工作环境的卫生条件。 在负压操作系统中（风机置于除尘器后，除尘器内为负压） ，如果除尘器的 效率不高，会导致风机叶轮迅速磨损，除了直接的经济损失外，还会影响正常 生产，甚至造成停产检修。 衡量一个除尘器性能好坏的重要指标是除尘效率，旋风除尘器虽然在一般 情况下效率较低，但当粉尘颗粒较粗时，可以达到中效甚至高效除尘，而且性 价比好、节省电能。我们的打磨车间产生的粉尘大部分是比较大的颗粒，所以 我们除尘系统选择旋风除尘器。 旋风除尘器的选型原则有以下几方面： (1) 旋风除尘器净化气体量应与实际需要处理的含尘气体量一致。选择除 尘器直径时应尽量小些。如果要求通过的风量较大，可采用若干个小直径的旋 风除尘器并联为宜； (2) 旋风除尘器入口风速要保持 1823m/s。低于 18m/s 时，其除尘效率下 降；高于 23m/s 时，除尘效率提高不明显，但阻力损失增加，耗电量增高很多； (3) 选择除尘器时，要根据工况考虑阻力损失及结构形式，尽可能使之动 力消耗减少，且便于制造维护； (4) 旋风除尘器能捕集到的最小尘粒应等于或稍小于被处理气体的粉尘粒 度； (5) 当含尘气体温度很高时，要注意保温，避免水分在除尘器内凝结。假 如粉尘不吸收水分，露点为 3050C 时，除尘器的温度最少应高出 30C 左右， 假如粉尘吸水性较强(如水泥、石膏和含碱粉尘等)，露点为 3050C 时，除尘 器的温度应高出露点温度 4050C； (6) 旋风除尘器结构的密闭要好，确保不漏风。尤其是负压操作，更应注 意卸料锁风装置的可靠性； (7) 易燃易爆粉尘(如煤粉)，应没有防爆装置。防爆装置的通常做法是在入 口管道上加一个安全防爆阀门； (8) 当粉尘粘性较小时，最大允许含尘质量浓度与旋风筒直径有关，即直 径越大其允许含尘质量浓度也越大。 旋风除尘器的选型计算主要包括类型和简体直径及个数的确定等内容。一 般步骤和方法如下： (1)除尘系统需要处理的气体量。当气体温度较高、含尘量较大时，其风量 和密度发生较大变化，需要进行换算。若气体中水蒸气含量较大时，亦应考虑 水蒸气的影响。由于需要处理的气体量过大，故选择 2 台除尘器并联处理每台 处理的气体量为 101664 m3/h。 (2)根据所需处理气体的含尘质量浓度、粉尘性质及使用条件等初步选择防 尘器类型。 (3)根据需要处理的含尘气体量 Q，按下列式算出除尘器直径： (4-1) 3600 4 P Q D v 式中，D除尘器直径，m； VP除尘器简体净空截面平均流速，m/s，根据前人的研究结果， VP的取值范围为 1.35.2 m/s22； Q操作温度和压强下的气体流量，101664m3/h。 根据公式 (4-1) 取 Vp=5m/s,带入流量，计算得除尘器直径： D=2.680m 根据风量 Q 以及公式 (4-1) 计算的除尘器直径 D，选择 XLP/B-30.0 型除尘器， 详细参数见图纸标注。 旋风除尘器的流体阻力，用气体进口到出口的压力损失表示，当忽略进口 和出口管中的流体动压差时，可按下式计算： (4-2) 2 2 i v P 式中，流体阻力，Pa； P 阻力系数，参见表，取为 5.8； 除尘器进口气流速度，取为 18m/s； i v 含尘气体密度，1.204kg/m3。 由公式求得 =1131.28Pa 2 2 i v P 旋风除尘器除尘效率的计算步骤为： (1)测定粉尘的粒级质量百分数 f(包括 f1、fb或 fh，E 和 f)。找出粒径 x 与 f 或小于该粒径 x 的质量累计百分数 f之间函数关系。f1-E，E 为粉尘粒级分布 的积分分数。即大于粒径 x 的质量累计百分数。 (2)由理论或半经验公式，求出该旋风除尘器在一定操作工况(进口气速，粉 尘密度，气体密度,黏度等)下，对某一粉尘粒径 x 的分离效率。同时做出 x- x 的曲线，即分级效率曲线。 x 根据大量实验测定，不管是旋风或其它除尘器，其分级效率均可表示为： (4-3) 1 exp() m x ad 式中，m旋风除尘器的特性指数； a特性系数； d粉尘粒径，m。 当=50%时，d=d50代入式（3.3）中，经推导可得： x (4-4) 5050 ln20.6932 mm add 式中，d50分割粒径，m。 将式（3.4）代入式（3.3）即得除尘效率公式为： (4-5) 50 1 exp 0.6932() m x d d 其中分割粒径计算公式为： (4-6) 50 1 9 2() C b d Nv 式中， A 气体粘度，Pa s； b 旋风除尘器进口宽度，m ； ，见图；N 气体的旋转圈数 c 3 、 固体颗粒及气体密度，kg m； 1 v 气体进口速度。 图 3-2 气体的旋转圈数与进口速度的关系 旋风除尘器的特性指数 m： (4-7) 1 0.3 m n 式中，n速度分布指数 其中速度分布指数 n： (4-8) 0.140.3 0 1 (1 0.668)() 283 T nD 式中，D0旋风除尘器筒体直径，m； T绝对温度，K。 (3) 计算相应的与或，计算总效率。 x f f x (4-9) () xx fd f 1 0 或= n速度分布指数 0.140.3 0 1 (1 0.668)() 283 T nD 代入 D0=3.00m，T=298K 得 n=0.77565 则除尘器的特性指数 m：=0.93 1 0.3 m n 其中分割粒径计算公式为： ，代入 b=1.88m， =18.486*10-6PaS N=4.0 50 1 9 2() C b d Nv V1=18m/s 分别取 2500kg/m3和 1.204kg/m3 c 3 、 固体颗粒及气体密度，kg m； 得：d50=16.6m 特性系数=19326.72 5050 ln20.6932 mm add 粉尘粒径 d=100m 除尘效率=97.48% 1 exp() m x ad 3.53.5 烟囱的设计烟囱的设计 烟气排放的原则有以下几项： (1) 排气筒(烟囱)高度应高出周围 200m 半径范围的建筑 5m 以上，不能达 到该要求的排气烟囱，应按其高度对应的排放速率标准值减少 50%执行。 (2) 两个排放相同的污染物(不论其是否由同一生产工艺过程产生)的排气筒， 若其距离小于其几何高度之和，应合并视为一根等效排气烟囱。若有 3 根以上 的近距排气烟囱，且排放同一种污染物时，应以前两根的等效排气烟囱，依次 与第三、第四根排气烟囱取等效值。 (3) 若某排气简的高度处于本标准列出的两个值之间，其执行的最高允许 排放速率以内插法计算。当某排气筒的高度大于或小于本标准列出的最大或最 小值时，以外推法计算其最高允许排放速率。 (4) 新污染源的排气筒一般不应低于 15m。若某新污染源的排气烟囱必须 低于 15m 时，其排放速率标准值按外推计算结果再减少 50%执行。 (5) 新污染源的无组织排放应从严控制，一般情况下不应有无组织排放存 在，无法避免的无组织排放应达到表 5-3 规定的标准值。 (6) 工业生产尾气确需燃烧排放的，其烟气黑度不得超过林格曼 l 级。 本系统中，除尘器为厂区最高的建筑物，故根据烟囱设计原则，烟囱高度 应比除尘器高出至少 5m。同时根据表 3-3，选择烟囱的高度为 20m。 总风量 203328 m3/h，则烟囱直径上部为 10000mm，下部为 3000mm。 表 3-3 1997 年 1 月 1 日后大气污染物排放限值 最高允许排放速率(kg/h1)无组织排放监控浓度限值 污染物 最高允许排放浓度(mg/m3) 排气筒高度 (m) 二级三级监控点 浓度 (mg/m3) 150.510.74 200.851.3 303.45.0 18(碳黑尘、染料尘) 405.88.5 周界外浓度最 高点 肉眼看不 见 151.92.6 203.14.5 301228 60(玻璃棉尘、石英粉尘、矿 渣棉尘) 402131 周界外浓度最 高点 1.0 153.55.0 205.98.5 302334 403959 506094 颗粒物 120(其他) 6085130 周界外浓度最 高点 1.0 4 4 总结总结 课程设计心得 在第十九周，我们开始了大气污染控制工程的课程设计，课程设计目的是 为了完成一个除尘系统的设计。期间我们要完成的工艺的选定，除尘器选择， 集气罩，风量确定，效率等等的计算，还要在 2 张 A2 和 1 张 A3 的图纸上画出 构筑物布置图，除尘器的平面图及集气罩。在为期一周的时间内，我们终于是 完成了任务，此次课程设计加强了我们对课内知知识的认识，培养了我们理论 联系实际的能力，锻炼了我们互相间的团结协作能力。短短的一个星期，我们 曾经一度激情高涨过看，也曾失落灰心过，从开始的满腹激情到后来的疲惫不 堪的心境，点点滴滴，真的让人值得铭刻于心。 一开始我们都是先做的计算，认为就跟做作业差不多，抱着很乐观的心态 去做，很多的同学都是早早的开始准备计算。而我开始就没太重视，后来在计 算中遇见了很多问题。因为比较繁琐，一开始大家都很有耐心的计算，可是过 不久就遇见书上没有出现的问题，还有要查询很多很多的资料，很多东西都是 第一次接触，难免会比较困惑。这就反映了自己上课理解的不够深刻，学得不 够牢固。计算要花很长时间，还不能有错误，有时候错了一点点，就又要重新 开始，急躁的心情，可想而知。 另外，在画图的过程中确实有点辛苦，对于我个人而言制图一直都是很难 的问题。草图可以随便画画，但是到了 3 张跟桌子差不多大的图纸上，很多东 西都需要很细致的去完成。要考虑各种处理池和主要辅助构筑物的布置，而且 线条有粗有细，有直线有虚线，我觉得都比较麻烦。画了很久很久，虽然累得 有些腰酸背痛，甚至有时候都忘记了是否吃饭没，但是在现阶段的学习中很少 有机会能有实践的机会。 在一个星期的艰辛付出之后，最终我们还是努力克服了重重困难，浮躁的 心态，烦人的抱怨，都被我们抛在身后。最后，我们的课程设计终于顺利完成 了。尽管在设计中遇到了很多专业知识的问题，通过郑老师的指导与讲解，我 们一直相信自己能顺利完成。在此对给过我帮助的老师与同学表示衷心的感谢。 这次课程设计，除了专业知识得到了学习，也真正领悟到了“态度决定一 切，细节决定成败”的含义。心境与态度，如何团队协作，如何分配时间，都 在课程设计这个艰难的一周中得到了历练。我们的课程设计可能还有