环保设备设计基础

环保设备设计基础第1页，课件共75页，创作于2023年2月大气：颗粒污染物：重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、袋式除尘器、颗粒层除尘器、湿式除尘器、电除尘器（重点）气态污染物：吸收、吸附、冷凝、气固催化反应器集气罩、气体输送管网的设计、运行管理水：物理法及物理化学法相关设备：格栅、沉淀池、气浮设备、快滤池生物法处理设备：活性污泥法处理系统设备、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化处理装置（重点）讲授顺序第2页，课件共75页，创作于2023年2月噪声隔振装置、阻性消声器、抗性消声器固体废物：压实设备、破碎设备、分选设备、脱水设备、焚烧设备、热分解设备、堆肥化设备环保设备设计与应用的技术经济分析第3页，课件共75页，创作于2023年2月参考书目教材：金兆丰.《环保设备设计基础》.化学工业出版社胡洪营.《环境工程原理》.化学工业出版社郝吉明.《大气污染控制工程》.高等教育出版社高廷耀.《水污染控制工程》.高等教育出版社刘颖辉.《噪声污染控制技术》.科学出版社宁平.《固体废物处理与处置》.高等教育出版社规范：注册环保工程师专业考试复习教材（第三版第三册）.中国环境科学出版社第4页，课件共75页，创作于2023年2月绪论环境保护气水声渣隔振：橡胶隔振器、钢弹隔振器、螺旋压缩弹簧。。。隔声:消声:阻性消声器、抗性消声器减量化：压实、破碎、脱水无害化资源化：分选、堆肥、热分解、焚烧除尘：颗粒态污染物气态污染控制：吸收、吸附、冷凝、气固催化重力除尘器、惯性除尘器旋风除尘器颗粒层除尘器袋式除尘器湿式除尘器电除尘器物理法:格栅、筛滤、离心、澄清、过滤、隔油生物法：活性污泥法、生物膜法化学法：中和、沉淀、氧化还原、催化氧化、电解、焚烧。。。物理化学法：混凝、浮选、吸附、萃取、汽提。。。生态修复。。。污染防治节能减排。。。第5页，课件共75页，创作于2023年2月1、掌握环境工程原理、环境工艺设计等基础知识2、熟悉环境工程中水、气、声、渣的各项治理方法、原理、设计要求3、了解材料设备的相关知识4、了解国家出台的政策、标准、设计手册和规范5、了解国内外相关的技术、设备发展状况环保设备设计基础的课程特点及学习要求：第6页，课件共75页，创作于2023年2月环保产业的界定美国(EBI)中国第7页，课件共75页，创作于2023年2月环保产业的意义第8页，课件共75页，创作于2023年2月九十年代初期前的高速增长是发达国家污染治理投资带动的增长环保产业的发展需要经济发展的支持；发达国家有强大的环保产业；拉美、东亚(包括中国)正在成为新的市场环保产业特点描述第9页，课件共75页，创作于2023年2月全球环保产业产值的变化第10页，课件共75页，创作于2023年2月全球环保产业区域排名第11页，课件共75页，创作于2023年2月全球环保产业的产值分布第12页，课件共75页，创作于2023年2月美国环保产业产值分布第13页，课件共75页，创作于2023年2月1231、环保产业2、环保工业3、环保设备环保产业主要是指以防治污染、改善生态、保护资源为目的所进行的技术开发、产品生产、商品流通、资源利用、信息服务、工程承包等各项事业的总称。当前的环保产业主要包括：环保设备制造业、环境工程和软件服务业以及自然生态保护业环保设备的发展，建立在以环保工业为主体的环保产业的全面发展的基础之上，而它的发展，也将对环保产业的健全和完善起到重要作用。环保产业环保工业环保设备第14页，课件共75页，创作于2023年2月环境工程设备是以控制环境污染为主要目的的设备，也称环境保护设备或环保设备。由于目前我国的环保产业尚未健全，环保产业基本上等同于环保机械设备开发产业。1、按照环保设备的功能分类2、按设备的构成分类3、按设备的性质分类环保设备的概念及其分类第15页，课件共75页，创作于2023年2月分类类别：按照环保设备的功能分类水污染治理设备空气污染治理设备固体废弃物处理处置设备噪声与振动控制设备放射性与电磁污染防护设备第16页，课件共75页，创作于2023年2月机械类设备工作性质单体设备容器类设备通用设备使用范围专用设备管道、阀门、压力表、流量计等

环保成套设备按环保设备构成分类按环保设备性质分类第17页，课件共75页，创作于2023年2月机械类环境工程设备由运动机械构件构成的设备。通用设备（标准设备/定型设备）按照国家、行业、部门标准生产的，可由不同厂家生产，若干生产行业可以通用。专用设备（非标准设备）主要在环境保护行业使用的、经特殊设计、制造的设备。第18页，课件共75页，创作于2023年2月

容器类环境工程设备

没有运动构件的静止设备，主要指设备的外部壳体。按其承压形式可分为：

常压设备-仅仅承受容器内介质的静止压力，主要用来储存物料或充作常压反应器的壳体。(<0.1MPa)

中低压设备-需承受较高的介质工作压力，主要是带封头的圆筒形、球形构件。（0.1~10MPa)

高压设备(10~100MPa)第19页，课件共75页，创作于2023年2月第20页，课件共75页，创作于2023年2月第21页，课件共75页，创作于2023年2月

需根据具体处理工艺的要求，专门进行设计和制造第22页，课件共75页，创作于2023年2月第23页，课件共75页，创作于2023年2月环保设备的特点1、产品体系庞大——拥有几千个品种、几万种规格，多数产品彼此之间结构差异大，专用性强，标准化难度大，难于形成批量产品。2、设备与工艺之间的配套性强——必须结合现场数据进行专门的工艺设计，采用形影最经济的工艺方法和合理选择设备，否则难以达到预期的治理目的。3、设备工作条件差异大——由于各种污染源的具体情况不同，环保设备在污染源中的工作条件有较大的差异。4、设备具有兼用行——环保设备与其他行业的部分机械设备结构相似，存在着相互兼用性，即环保设备可以应用于其他行业，其他行业的有关机械设备也可以应用于治理环境污染。第24页，课件共75页，创作于2023年2月我国环保设备的现状和发展趋势1993年以来我国环保产业的发展情况

单位：亿元项

目1993年1997年2000年2004年2008年（估值）行业单位数（个）86519090181443000035000年收入总额311.5459.21689.94572.17900环保产品103.9182.1236.9341.9700环境服务11.157.8108.0264.1600资源循环利用169.3181.4757.12787.44700洁净产品＜1021.6281.11178.71900自然生态保护27.116.3285.4－－注：1993～2004年数值来源于各年度的调查统计数据；2008年为估算值。第25页，课件共75页，创作于2023年2月环保设备组成与比例第26页，课件共75页，创作于2023年2月序号分类优势劣势1电除尘电除尘技术、设备处于国际先进水平，完全满足国内需求，免检出口，价格有优势。供电电源关键芯片尚需进口。2袋式除尘袋式除尘技术、设备处于国际先进水平，可以满足国内需求，免检出口，价格有优势。部分滤料、脉冲阀需进口。3脱硫中小锅炉烟气脱硫满足国内需求，电厂脱硫已有自主知识产权技术。电厂脱硫主要技术、设备需进口。4废气净化一般的废气净化技术设备满足国内需求。高端技术设备需进口，企业规模小，加工精度差。5机动车尾气净化可满足部分在用车尾气净化需求，摩托车大部分采用本国技术产品。新车基本采用国外技术产品，企业规模、技术水平不能满足机动车发展速度。6城市污水处理与再生利用自行设计、建设城市污水处理设施，技术与设备达到国际水平，能满足国内需求，价格有优势。部分关键设备、材料的质量与国际水平有差距，有的仍需进口，节能技术开发有待加强。7工业废水处理与循环利用工业废水处理技术基本与国际水平相当，基本能满足需求，价格有优势。部分含难降解难处理污染物的工业废水处理技术尚待开发，部分机械设备质量与国际水平有差距，部分高端技术设备、材料需进口。8噪声振动控制噪声振动控制技术水平处于国际先进水平，微穿孔板吸声材料吸声结构、微穿孔板消声器、小孔喷注高压排气消声器处领先水平，价格有优势。噪声与振动源分析预测技术、噪声与振动设备计算机辅助设计制造技术、高速运输系统噪声与振动控制设备研究、新材料研究开发与发达国家有差距，企业规模小，加工精度较差。9固体废物处理工业固废资源回收利用满足国内需求，垃圾卫生填埋、渗滤液处理均可满足要求。焚烧、堆肥技术设备尚不过关，关键零部件需进口。10监测仪器一般计量、监测仪器满足国内需求。关键零部件需进口，高端产品需进口。11环境服务业在城镇污水、垃圾处理以及工业污染治理设施市场化运营进行了有探索。市场化政策不完善，市场化程度低，市场化领域比较窄，发展不平衡。第27页，课件共75页，创作于2023年2月水处理技术与设备方面1、生物法与物化法结合，生物法中厌氧工艺与好氧工艺相结合，是处理工业废水的发展趋势。2、废水深度处理技术亦可称为水处理技术比较活跃的领域。3、城市污水处理设备向处理能力5×104m3-50×104m3/d的大型设备发展。第28页，课件共75页，创作于2023年2月大气污染防治领域燃煤烟气净化技术在实验室研究和实际应用中，适合中小型锅炉的网膜塔除尘脱硫系统、双击式除尘脱硫工艺、旋转喷雾半干法烟气脱硫小型试验装置等都取得初步成效。烟气脱氮进展整体分级低NOX燃烧技术2000年1月通过鉴定目前在新建300MW及以上锅炉上已装有低氮燃烧器。第29页，课件共75页，创作于2023年2月固体废弃物处理处置技术城市垃圾处理技术城市垃圾处理技术市场仍以填埋处置占主导地位，约占90%，混合垃圾堆肥由于二次污染和生产的肥料市场不通畅，呈下降趋势，垃圾焚烧技术市场继续扩大。第30页，课件共75页，创作于2023年2月噪声控制技术除交通噪声与震动控制工程建设市场继续增长外，室内建筑声环境设计，特别是高层住宅建筑配套设备噪声与震动污染控制称为市场发展的新热点。工业噪声污染治理仍然是噪声控制的主导市场。第31页，课件共75页，创作于2023年2月成套设备中的单体设备原则：按照处理工艺的要求，逐一对它们进行选型或设计，然后再组成具有某种处理功能的成套设备。通用设备的选用原则差异性：价格、性能、使用寿命、安全维修方面。原因：制作材料、产地、生产厂家不同。原则：合理性（满足处理工艺的要求）

先进性（设备各方面的性能达到先进水平）安全性（安全可靠，无事故隐患）

经济性（具有合理的性价比）环境工程设备的选用与设计原则第32页，课件共75页，创作于2023年2月专用设备的设计原则A.根据处理工艺流程确定处理设备的类型；B.确定制造设备的材料；C.汇集设计条件和参数；D.选定设备的基本结构形式；E.计算确定设备的基本尺寸；F.选择标准图纸和设备的标准化G.汇总列出设备一览表；H.向有关专业人员提出设备设计的技术要求和进度要求；I.设计完成后应核对工艺要求，如有差错及时修改。第33页，课件共75页，创作于2023年2月第34页，课件共75页，创作于2023年2月大气污染物的种类按污染物存在的形态可分为两大的类：1.气溶胶状态（颗粒态）的污染物2.气体状态的污染物我国环境空气质量标准中，按颗粒大小分为：1.总悬浮颗粒物（TSP，TotalSuspendedParticles）：指悬浮在空气中的空气动力学直径≤100μm的颗粒物。2.可吸入颗粒物（PM10，InhalableParticles）：指悬浮在空气中的空气动力学直径≤10μm的颗粒物。主要气态污染物：含硫化合物（以SO2为主）、含氮化合物（以NO和NO2为主）、碳氧化合物（CO和CO2）、有机化合物及卤素化合物等。温习大气污染控制工程中的几个基本概念第35页，课件共75页，创作于2023年2月36一粉尘的粒径粉尘的粒径单一粒径(1)投影粒径：用光学显微镜或电子显微镜测得的粒径；

包括定向粒径dF：粉尘在某一确定方向上的最大投影距离；

定向面积等分粒径dM：在某一确定方向上将粉尘投影面积二等分的线段长度；

投影圆等值粒径dH：与粉尘投影面积相等的圆的直径；

（2）几何当量直径球等体积粒径dv；等表面积径；体面积径；周长径等等。

第36页，课件共75页，创作于2023年2月37(2)物理当量径：与被测粉尘的某一物理量相同的球形粉尘的直径；

包括Stokes粒径ds：指与被测尘粒密度相同、沉降速度相同的球形粒子直径；

空气动力径da：指与被测尘粒在空气中的沉降速度相同、密度为1000kg/m3的球形粒子的直径；

Stokes粒径和空气动力径是除尘技术中应用最多的两种粒径，原因在于它们都与尘粒在流体中运动的动力特性有关。

第37页，课件共75页，创作于2023年2月38其他特殊表示的粒径：分割粒径dc50：指某除尘器的分级效率为50%的尘粒粒径；它是一种表示除尘器性能的很有代表性的粒径。筛分粒径：即尘粒能够通过的最小筛孔的宽度；众径：粒径分布中频度最大时对应的粒径；中位径：粒径分布的累积频率（质量）等于50%时对应的粒径平均粒径算术平均粒径：所有单一颗粒粒径的算术平均值；

M1=Σ(dini)/Σni几何平均粒径

M2=Σ(nilndi)/Σni平均平方根粒径、平均立方根粒径第38页，课件共75页，创作于2023年2月39二粒径分布粉尘的粒径分布频率分布定义：指粒径由dp至dp+Δdp之间的尘样占尘样总质量的百分数。显然有：频率密度分布定义：单位粒径间隔宽度时的频率分布，即粒径间隔宽度

Δdp=1μm时尘样质量占尘样总质量的百分数。第39页，课件共75页，创作于2023年2月40粉尘的密度真密度定义：将粉尘间及其内部的空气排出后，粉尘自身单位体积的质量，以ρP表示；堆积密度定义：自然堆积状态下单位体积粉尘的质量，以ρb表示；两者之间的关系：

ρb=（1-ε）ρP三粉尘的物理性质粉尘的比表面积比表面积定义：单位体积（或质量）的粉尘所具有的表面积；

α=S/V（cm2/cm3）以堆积体积表示的比表面积αb可表示为：

αb=S(1-ε)/V=(1-ε)·α（cm2/cm3）

大部分烟尘的质量比表面积在1000~10000cm2/g的范围内变化。第40页，课件共75页，创作于2023年2月41粉尘的润湿性润湿性定义：粉尘与液体（通常为水）相互附着的难易程度的性质；润湿性分类

亲水性粉尘：容易被水润湿的粉尘；如锅炉飞灰、石英粉尘等疏水性粉尘：难以被水润湿的粉尘；如石墨、炭黑等

粉尘的润湿性还随温度的升高而减小，随压力升高而增大，随液体表面张力的减小而增强。水硬性粉尘有些粉尘（如水泥、石灰等）与水接触后，会发生粘结变硬而形成硬垢，这种粉尘称为水硬性粉尘。水硬性粉尘的弊端

水硬性粉尘易使湿式除尘装置和排水管道结垢而堵塞，所以不宜采用湿法除尘。第41页，课件共75页，创作于2023年2月42粉尘的安息角与滑动角安息角粉尘自漏斗连续落到水平面上，堆积成圆锥体，圆锥体的母线与水平面的夹角称为粉尘的安息角，或堆积角、静安置角；一般粉尘的安息角为35°～50°；滑动角

自然堆放在光滑平板上的粉尘，随光滑平板以其一端为轴转动，平板上粉尘开始发生滑动时平板相对于水平面的倾斜角；有时也称之为动安置角；一般粉尘的滑动角为30°～40°。第42页，课件共75页，创作于2023年2月43粉尘的粘附性粘附性粉尘附着在固体表面上或粉尘彼此相互附着难易程度的性质；

粉尘的磨损性磨损性是指粉尘在流动过程中对器壁和管壁的磨损程度的性质；磨损量与含尘气流速度的2～3次方成正比。粉尘的荷电性和导电性荷电性是指粉尘荷电能力的性质；

荷质比β：单位质量粉尘所带有的电荷量，单位为：C/g或C/kg。导电性

粉尘的导电性通常用粉尘层的比电阻表示。比电阻：截面积为1cm2、厚度为1cm的粉尘层所具有的电阻值，单位为Ω·cm。第43页，课件共75页，创作于2023年2月44粉尘的荷电性和导电性表面导电在较低温度时（约低于100度），粉尘的导电主要靠粉尘表面吸附的水分和化学膜进行，称之为表面导电。容积导电在较高温度时（约高于200度），粉尘的导电主要靠粉尘内部的电子或离子进行，称之为容积导电。

表面比电阻在表面导电占优势的低温范围内，粉尘比电阻称为表面比电阻；其值随温度升高而增大，随含水率增大而减小；容积比电阻在容积导电占优势的高温范围内，粉尘比电阻称为容积比电阻；其值随温度升高而减小；

在两种导电机制皆重要的中间温度范围内，粉尘比电阻是表面比电阻和容积比电阻的合成，其值最高。

第44页，课件共75页，创作于2023年2月45第45页，课件共75页，创作于2023年2月46工业粉尘的比电阻值变化范围很广，低者（碳黑）约为103Ω·cm；高者（105°石灰石粉）可达1014Ω·cm；

注意：粉尘的比电阻对电除尘器的工作有很大影响，过低或过高都会使除尘效率显著下降，最适宜的范围为：

104Ω·cm～1010Ω·cm

当粉尘的比电阻不利于电除尘器捕集粉尘时，需要采取措施来调节粉尘的比电阻，使其处于适合于电除尘器捕集的范围。第46页，课件共75页，创作于2023年2月47粉尘的自燃性自燃的定义可燃粉尘在没有外部火源的作用时，仅因受热或自身发热并蓄热所产生的自然燃烧的性质；自燃的分类①由空气作用自燃；②由水作用自燃；③相互混合时自燃；粉尘的爆炸性爆炸的实质爆炸的实质是可燃物的剧烈的氧化反应，爆炸的过程会在空间造成很高的温度和压力，称为化学爆炸。发生爆炸的条件①由可燃粉尘与空气构成的可燃混合物，其粉尘浓度达到爆炸浓度；②存在能量足够的火源；第47页，课件共75页，创作于2023年2月48粉尘的爆炸性爆炸下限浓度能够引起含尘气体爆炸的最低粉尘浓度；爆炸上限浓度能够引起含尘气体爆炸的最高粉尘浓度；

对同一种类的可燃粉尘而言，粉尘的粒径越小，比表面积越大，粉尘和空气的湿度越小，爆炸的危险性越大。防爆的有效