大气污染控制工程：第九章 废气净化系统的设计、施工和运转

1、第9章 废气净化系统的设计、施工和运转本章提要 掌握大气污染控制系统的构成和净化系统设计的基本程序，了解大气污染处理工艺中预处理、后处理及大气污染物控制设备选型原则等方面的基本情况，了解管道系统的设计原则，理解最合适管道流速的由来，基本掌握管道系统的设计计算，能够根据地形、背景浓度以及风向、风速、温度层结等气象要素及模式估算烟囱高度和对厂址选择提出初步方案。了解净化系统施工安装和运转的基本管理过程。9.1 净化系统设计的基本程序 废气净化系统的设计过程可分为基础调查阶段技术设计阶段总结并提供成果阶段后助工作。 9.1.1基础调查 在接受设计任务后，应首先编制设计工作计划，确定设计内容和技术要求

2、、技术关键、进度安排、人员配备、要求工艺和土建等方面提供的资料、向工艺和其他工种提出的要求与提供的资料等。工艺调查污染源调查 污染气体的理化性质及原始数据背景情况调查 包括设计基础资料、法规标准、建设方的要求意见，所在地工程条件（占地、地质、水电、气，交通运输，气象）技术经济条件调查 类比调查 9.1.2技术设计 在完成基础调查后，进行技术设计。 首先需确定项目的建设规模 ：在掌握污染源状况的基础上合理确定净化系统处理能力；明确设计内容和范围；合理确定工程等级 设计使用年限 （10，15，20，30y），净化系统功能要求：执行和满足国家和地方的排放标准和总量控制要求，符合相关的设计规范和技术规

3、程。 根据工程的重要性、工程量的大小和复杂性，可采用二阶段设计(扩大初步设计和施工图)，或三阶段设计(初步设计、技术设计和施工图)方式进行。 设计工作主要包括: 污染源控制方案的确定和污染物散发排放计算 废气净化方案的选定， 净化设备的选型(或设计)计算 技术经济分析 设备、管道布置和计算 设计图绘制 工程概(预)算及设计文件编制。1)污染源控制方案的确定 设计工作的第一个重要环节，对污染控制系统的合理性、有效性和经济性起决定性作用。 污染源控制方案的确定特别要注意与工艺密切配备，协同进行，才能选出最佳控制方案。 对复杂的项目，要从工艺和污染控制两方面进行专题研究和设计。 对有污染物散发的设备

4、，要重点进行集气罩的设计和计算。 最后要得出废气量、污染物和其他重要组分的含量、废气的温度和压强等参数。 2)净化方案的选定 应根据废气的流量、成分和性质，设备和原材料条件，综合治理(是否有可作吸收剂、吸附剂或反应物的废液、废渣等)和利用途径，拟订净化方案，并作技术、经济分析。如果采用新的净化方法和工艺，还需要进行必要的试验。3)设备选型或设计 净化设备应根据废气的数量、成分、性质和净化设备的规格、性能选用。如果没有净化设备的产品或图纸可供采用，则需进行设计。通过设备选型，确定净化设备的型号、规格和数量；或通过设计，确定设备构造、尺寸、材料和加工工艺。 这项工作的指导原则是，在最经济、合理的条

5、件下，保证污染物排放量达到有关标准规定的要求，或保证污染物排放后其影响范围内的大气质量符合要求。因此，设计计算时要将净化设备和排放设备（烟囱或排气筒）联系起来进行。如果以大气质量作为设计考核标准，则需要进行污染物排放后的扩散计算。 4)净化系统的设计和计算 这部分工作包括设备和管道布置、系统阻力计算、风机选用、排气筒(或烟囱)的计算或校核、辅助设施(如净化系统附属的供水、供气管道和设备)设计。在进行设备和管道布置时，要与工艺和其他工种(特别是土建)密切配合，互相协调。设计进行到此，就可以向其他工种提出技术要求和提供技术资料。向土建(建筑和结构)应提的要求和资料主要有：设备和管道的名称、位置、尺

6、寸、重量，所需净空，支承件的位置，门和孔口的尺寸、位置和预埋件等。如果需要机房，则应提出机房位置、平面和剖面尺寸、起重设备的规格、安全要求(如防火、防爆、防腐蚀等)、隔声要求等。向给排水和水污染控制方面应提的要求主要有：用水设备名称、数量、位置，供水的水质、水量和水压；排放废水的设备名称、数量、位置、废水的水质、水量和净化要求(如果回用)等。向电气方面应提的要求有：用电设备的名称、位置、供电电压、电流、同时运转情况，控制要求等。如果净化系统需要供应燃油、燃气、压缩空气等，应提出需要供应能源的设备名称、位置，所需能源的品种、规格、用量等。 9.1.3成果表达1)施工图绘制 施工图是设计成果的主要

7、表达形式，也是设备加工制作和施工安装的主要技术依据。因此，施工图必须具有完整性、正确性，并符合规范化的要求。一般情况下施工图包括：净化系统的平面和立面图：应充分表达系统中的设备和管道的位置、高度、外形尺寸和设备编号，在附表中应列出设备编号、型号、规格、数量，说明中应规定管道材料、制作要求、防腐和保温措施及系统施工安装的技术要求。 净化系统的轴测图：对比较复杂的系统，需绘轴测图，反映设备和管道的空间相对位置和关系，图中需注明设备编号(与系统平面和立面图一致)，管道直径、坡度、管段长度，横向直管起止点标高，管道部件编号。在附表中需列出部件编号、名称、型号、规格和数量。对大型管道系统应根据外形尺寸按

8、比例绘双线轴测图。非标设备设计图：应包括装配图、零部件加工图和加工、装配等方面的技术要求。2)设计文件编制设计说明书：主要包括设计任务的依据、设计内容和技术要求、设计标准、设计思想、方案探讨、设计工作程序(包括试验研究)、施工和运转调试要求、运转管理建议等。设计计算书：主要包括基础资料和数据(注明来源)、设计计算方法和程序、计算过程和结果。设计工作基本完成后，需按规定进行校对、审核，以保证设计质量。 9.1.4 后期工作 在完成设计后，为了保证顺利施工以至投入正常运转，还必须做好后期工作。后期工作主要包括：1)技术交底：施工前的技术交底是衔接设计和施工的重要环节，除需介绍工程的内容、规模和特点

9、外，应重点交待指导思想、设计意图、技术关键、施工要求和预计的工程难点等。2)现场配合：施工过程中与施工单位密切联系，协商解决施工中出现的问题，并根据实际情况作必要的局部调整。3)运转调试：与施工单位、建设单位共同制订调试工作计划，对净化系统各部分进行检测、调试和全系统联动试车。4)竣工验收：参加工程竣工验收，按照设计任务书中的技术要求作全面检验，评价工程质量。对不符合要求部分与施工单位商定改进和弥补措施。 9.2 净化过程的预处理和后处理9.2.1废气的预处理 当废气的成分、性质和状态不符合净化过程的要求，就要进行预处理。 例如，袋式除尘器受到滤料耐热性能的限制，处理气体的温度不能太高；高温气

10、体不利于吸收或吸附。这些情况下，如果废气温度太高，就要进行预冷却。又如，废气中含有颗粒物 (粉尘、液滴)，对吸收、吸附和催化转化均不利。如果废气含尘浓度过高，就要进行预除尘。燃烧和催化转化要在一定温度下进行，如果废气温度较低，应进行预热。 预处理主要是冷却(或加热)、除尘、除湿及去除不利于净化过程的组分等。 举例：高温烟气冷却方式通常大气污染控制中定义130以上为高温烟气吸风直接风冷喷雾直接冷却 冷却温度下限高于露点温度1520间接自然风冷间接机械风冷间接水冷Gw：喷雾水量 kg/hR0 水的汽化潜热 2500kJ/kgTg 烟气冷却后温度Tw 喷雾水温 9.2.2污染物的后处理 对净化设备捕

11、集下来的污染物进行后处理，是净化过程的最后，也是十分重要的环节。如果处置不当，引起二次污染，以至前功尽弃。所以在选择废气治理方案时，不但要考虑净化方法和工艺，而且要考虑捕集下来的污染物的处理和处置。 捕集下来的污染物，有灰渣、淤泥、清液等几种存在形式。 污染物的处置方式有两种：合理利用和经无害化处理后抛弃。 9.3净化设备选型 净化设备的选型是设计中的关键，必须根据排放要求、工艺条件、废气的性质(载气和污染物)、净化设备的性能、经济条件和管理水平等因素，进行调查研究、综合分析，选用适当型号、规格的设备。 基本的技术要求是：排气的性质与净化设备的性能相适应，废气流量与设备处理能力相配合。9.4

12、排气筒设计 在适当的地点、时间，将一定数量的废气排放，利用污染物在大气中的扩散稀释，使污染物的浓度保持在大气质量标准容许的范围内，是一种有效而经济的大气污染控制措施，通常称为稀释法控制。稀释控制主要是通过设计合适的排气筒(或烟囱)，使废气在一定高度以一定的速度和温度排放来实现的。 9.4.1排气筒高度的计算1）排放量控制法计算 GB3840-83制订地方大气污染物排放标淮的技术原则和方法中，污染物排放量按P值法控制，用正态分布扩散模式计算高架点源并分别给出了二氧化硫、其他有害气体和颗粒物的允许排放量计算式。 在允许排放量已确定的条件下，可按上述计算式计算有效源高，再计算排气筒高度。 排放量控制

13、法主要是在污染物排放量大，所在地区污染物本底浓度较高的条件下采用。2）污染物浓度控制法计算 按照扩散计算得出的污染物最大地面浓度值不大于大气环境质量标准规定的允许限值的原则，可计算出所需的排气筒高度。9.4.2提高排气扩散效果的措施 1）增加排气速度 排气速度高，动力抬升高度大，对扩散稀释有利。一般排气筒的出口气速不低于18m/s，必要时可提高到2730m/s。为了提高出口气速，可将排气筒出口段做成锥形收缩喷口或曲线收缩喷口。提高出口气速，会增加能量消耗。 2）提高排气温度 提高排气温度有利于热力抬升。对于热烟气，尽量减少烟道和烟囱的热损失，既能增加排烟的热压头，又能增加烟气抬升高度。3）增大

14、排气量 排气量大，也有利于动力抬升。如果条件允许，可将多个污染源合并排放，或将多个排气筒组合为集合式排气筒(烟囱)。 9.5 管道设计9.5.1管道的材料和构造输送废气的管道，常用材料有钢板(包括塑料复合钢板)、混凝土、砖。要求防腐蚀的管道，可采用硬聚氯乙稀、聚丙烯或玻璃钢(玻璃纤维增加塑料)。管材的选择主要根据被输送气体的物理、化学性质，并考虑技术经济条件等因素。输送废气的管道，大多数采用圆断面，在某些特定条件下可采用矩形或其他形状的断面。由于这类管道规格复杂，用量较少(相对于其他通用管道而言)，所以目前很少有定型产品，多数是根据设计要求预制或现场加工的。9.5.2管道系统的安排1）系统划分

15、原则 (1) 合为一个系统：污染物性质相同，污染物发生时间相同；（2）不能合并的系统：合并后易爆炸、燃烧，结露、堵塞，性质不同，排风量协调存在问题。 排气系统的划分，首先必须考虑排气的性质。例如，排高沸点液体的蒸气或水蒸气，不能与排粉尘合为同一系统；排可燃气体、粉尘或油雾，不能与排热烟气合为同一系统。其次要考虑同时运转的可能性，不同时使用的设备，分系统设置，可以保证运转的灵活性，减少能耗。 2）管道布置 管道布置合理与否，直接影响到系统建造和运转的经济性和可靠性。所以应根据现场情况(建筑物、其他设备或管线)、工艺要求和输送气体的性质，确定管道走向和辅助部件位置(如阀门、阻火器、泄压口、检查口、

16、清扫口、卸灰口、放液口、监测口)等。 管道布置主要原则是：管道尽量顺直，不影响生产和交通，避免与建筑物、其他设备和管线发生矛盾，少占有效空间，并且要便于安装和维修。管道应避免断面和方向的突变(如突扩、突缩、急转弯)，减少合流气流的冲突，以降低气流压损，避免积尘或磨损。输送含尘气体的管道，应尽量避免横管。如果要进行水平方向较长距离的输送，可将管道布置成若干段倾斜管(与水平面的夹角要在4560)，或在横管上连续设排灰斗。输送含高凝结点蒸气、水蒸气或雾滴的废气，横管应保持不小于0.005的坡度，以便排液。排液方向最好与气流方向一致，并在容易积液的地方(如管道末端、弯头等)设放液口。管道沿建筑物设置，

17、或与其他管线平行设置，应保持必要的安装、检修距离，及有关规范规定的距离。 3）附件设置在需要关闭或调节流量处(如各吸气点、管路分支处)，设置阀门。但除尘系统的管道上应尽避免设调节阀，以免堵塞。阀门的种类较多(如蝶阀、插板阀、密闭阀等)，性能各异，应注意选择使用。在管道容易积尘的地方，设检查口或清扫口。在需要进行测试的地方(如直管段、净化设备进出口等处)，设可启闭及便于与测试、取样仪器连接(法兰或带螺纹短管)的检测口。输送含可燃物、腐蚀性气体的废气，要采取防火、防爆和防腐蚀措施。输送高温气体的管道，要有补偿因温度变化而引起管道伸缩的措施，如设补偿器或弯管。排气筒出口的位置、高度、直径、需经过扩散

18、计算确定，以保证对周围环境的影响符合要求。9.5.3 防爆、保温、防腐蚀和防磨损措施1）防爆当废气中可燃物(气体或粉尘)浓度处于易爆范围，一旦遇高温、明火，就会发生爆炸。处理含可燃物的废气，应特别注意安全。首先是设计应保证系统内废气中可燃物浓度处于易爆浓度下限以下，并且要避免局部出现污染物积聚。系统内应杜绝一切火源，如摩擦或撞击引起的火花、电火花等为了防止火焰在设备之间传播，可在管路上装设金属网或砾石阻火器。在容易发生爆炸的部位，应设置泄爆门。气体管路中采用的连接水封 。2）保温 当废气温度较高，且其中存在水蒸气或其他高沸点物质蒸气时，为了避免在管道和设备内出现液体凝结，必须对管道和设备采取保

19、温措施。寒冷地区的液体管道和湿式净化设备，也需要保温，防止冻结。 3）防腐蚀 设备、管道受腐蚀，会缩短使用寿命，影响工作性能，以至失效；还会引起跑、冒、滴、漏等无组织排放，甚至造成事故。 对金属材料，可增加耐腐蚀金属镀层；也可采用非金属保护膜，如表面加涂料、搪瓷、刷沥青、复合塑料、衬贴橡胶等。 采用适当的耐腐蚀材料，也是重要的防腐措施4）防磨损 除尘系统的设备和管道易受磨损，磨损引起漏气，会严重影响效果。气态污染物净化系统如果使用含固体颗粒的浆料，也有磨损问题。 防止磨损的主要措施：保持气体流速适当，改进管道(主要是弯管)和设备(如离心分离器)的形状和构造；采用耐磨材料作衬里或使用耐磨材料制成

20、的部件。 9.6 管道计算和风机选用9.6.1管内气体流动和压强分布1）流动过程的压损 排气系统由通风机提供能量，使气体在管道和设备内流动。流动过程中，由于气体的粘性、与壁面的摩擦和局部流动情况的改变，引起流动能量的损失(转化)，气体出现全压降低(压损)。压损可分为沿程(摩擦)压损和局部压损两类。 2）管内压强分布 气体在管道内流动，由于管道断面和气体流量的变化及能量损失，使气体的动压和静压不断变化。 图9.8 管内压强分布a 为全压线， b 为静压线9.6.2管道计算1）计算方法断面积计算 根据气体流量和选定的管内气速计算出管道断面积。 由管道断面积可求得管径，并需按定型化规格选定采用的管径

21、值(见附录19)。再按此值重新核算管内气体流速。 压损计算 任何复杂的管道系统，都可分解为串联和并联两类管段联接方式。串联管路中前后各管段流量相等，总压损等于各串联管段压损之和。并联管路中汇合后的流量等于各支路流量之和，各支路压损相等，即在交汇点保持流量和压损平衡。在设计中若按计算流量所求得的各支路压损不等，到实际运转时，系统仍会自动平衡，但流量分配就与设计要求不符。只有进行过阻力平衡的系统，才能在运转中达到预定的流量分配要求。 管道中气流的沿程压损按下式计算：Rf是单位长度直管的沿程压损，称为比摩阻。 令管道中气流的局部压损可按下式计算 各种部件的局部阻力系数是通过实验求得的，通常将实验结果

22、编制成图表，供计算时应用。2）计算步骤确定管道布局，绘制系统轴测图，在图上标注各管段气量、长度及局部管件种类。根据技术和经济要求，确定管内气体流速，并计算管径。按定型化要求选定管径，重新核算管内气速。计算沿程压损(式9.14或式9.18)。计算局部压损(式9.21)。计算最不利管路总压损。最不利管路指系统中压损最大的一条管路。总压损是所有串联管段、管件及设备的压损之和，以此作为选择风机的依据。如果系统中各支管需要进行压损平衡，则要分别计算各支路的压损。若并联支路间压损相差10以上，必须调整管径，再进行复核。根据系统总气量、总压损和气体性质选用风机。补充 集气罩的性能参数及测定及阻力计算集气罩的

23、性能参数主要包括排风量和阻力排风量的测定方法 通过测定连接管道中的气流动压或气体动压确定流量系数压力损失的测定与计算9.6.3风机选用 净化系统中最常用的是离心风机。为了适应不同的工作条件，风机设计时选用不同的材料和构造，形成多种类型的风机。如排尘风机、耐高温风机、防腐蚀风机等。 按作用原理：离心风机、轴流风机、贯流式风机； 离心风机外形图无蜗壳离心风机轴流风机屋顶风机混流风机无动力屋顶通风按用途：一般用途，低于80，含尘浓度小于150mg/m3的清洁空气；排尘风机，叶片进行 防磨损处理；防爆风机，等级低，叶轮铝板制作，高等级，全部材料铝板制作，机壳和轴之间加密封装置；防腐风机； 消防风机 2

24、80，运行30min；屋顶风机；高温风机，锅炉引风机 140200； 风机的性能 风机的主要特性参数有流量Vg、压头H、效率、所需功率N及噪声级等。某一风机的这些特性参数都与叶轮转速有关。 通常将流量Vg与压头H、流量Vg与功率N、流量Vg与效率之间的关系，用曲线表示，称为风机特性曲线 。 风机在系统中工作状态，不但与风机本身的特性有关，还与系统的阻力特性有关。系统的阻力特性，是指气体通过整个系统产生的压降P与流量Vg之间的关系。 图9.10 风机特性曲线图9.11 风机工作点风机的性能参数* 不同风机的标定状态通风机：101.325kPa, 20, =1.2kg/m3电站锅炉引风机：101.325kPa, 140, =0.85kg/m3工业锅炉引风机：101.325kPa, 200, =0.745kg/m3风量：风机一旦确定，当输送介质的温度和密度发生变化时，风机的体积流量不变；气体的质量变化对电机影响巨大！3）风机选用原则根据系统的工作条件，用相应类型的风机，如排尘、防腐、防爆风机等。风机的流量与压头必须满足系统的实际需要，并保留适当的富余量。风机在系统中的工作状态，应尽量接近最高效率点(图9.11)。当单台风机的流量或压头不能满足需要时，可将风机并联(增加流量)或串联(增加压头)使用。但必须注意，联合工