大气污染控制工程课程设计

大气污染控制工程课程设计摘要：本课程设计围绕大气污染控制工程展开，涵盖了大气污染的现状分析、污染源调查、污染控制技术选择与设计计算等内容。通过对实际案例的研究和模拟计算，旨在使学生掌握大气污染控制工程的基本原理和方法，提高解决实际问题的能力。关键词：大气污染控制工程；课程设计；污染源；控制技术

一、引言大气污染已成为全球性的环境问题，严重威胁着人类的健康和生态平衡。《大气污染控制工程》作为环境科学与工程专业的核心课程之一，通过课程设计可以加深学生对大气污染控制理论和技术的理解与应用。本次课程设计选取了某工业区域的大气污染问题进行研究，提出针对性的控制方案。

二、大气污染现状分析（一）区域概况该工业区域主要以化工、建材等行业为主，分布着众多工厂。周边人口密集，居民区与工业区距离较近。

（二）污染特征通过实地监测和数据分析，发现该区域主要污染物为颗粒物（PM10、PM2.5）、二氧化硫（SO₂）和氮氧化物（NOₓ）。其中，颗粒物主要来源于工业生产过程中的粉尘排放以及煤炭燃烧；SO₂主要来自化工企业的含硫原料燃烧；NOₓ则主要源于工业炉窑和机动车尾气排放。

三、污染源调查（一）工业污染源1.化工企业：对几家大型化工企业进行调查，了解其生产工艺、原料使用情况以及废气排放环节。例如，某化工企业采用煤炭作为燃料进行加热反应，生产过程中会产生大量含硫、含氮废气以及粉尘。2.建材企业：建材企业主要涉及水泥生产和陶瓷烧制等。水泥生产过程中，原料破碎、粉磨、煅烧等环节都会产生粉尘排放；陶瓷烧制过程中会有含氟废气等产生。

（二）生活污染源1.居民燃煤：部分居民仍采用煤炭作为生活燃料，在取暖和做饭过程中会排放大量的颗粒物、SO₂等污染物。2.机动车尾气：随着该区域机动车保有量的不断增加，机动车尾气排放成为不可忽视的污染源。主要污染物包括CO、HC、NOₓ和颗粒物等。

四、污染控制目标根据国家和地方的大气污染物排放标准，结合该区域的环境质量现状，确定本次污染控制目标为：将该区域大气中PM10、PM2.5、SO₂、NOₓ的浓度分别降低至[具体数值]以下，改善区域大气环境质量，保障居民健康。

五、污染控制技术选择（一）颗粒物控制技术1.袋式除尘器：适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘。对于化工和建材企业产生的粉尘，袋式除尘器具有较高的除尘效率，可达99%以上。其工作原理是含尘气体通过滤袋时，粉尘被截留在滤袋表面，净化后的气体通过滤袋排出。2.静电除尘器：利用高压电场使气体电离，产生电晕放电，使粉尘荷电，在电场力的作用下，将粉尘捕集到集尘极上。对于粒径较大的粉尘，静电除尘器具有较好的除尘效果，除尘效率一般在95%左右。

（二）二氧化硫控制技术1.石灰石石膏湿法脱硫：该方法以石灰石为脱硫剂，与烟气中的SO₂反应生成亚硫酸钙，再氧化成硫酸钙（石膏）。脱硫效率高，可达95%以上，是目前应用广泛的脱硫技术。2.氨法脱硫：采用氨水作为吸收剂，与SO₂反应生成亚硫酸铵，再氧化成硫酸铵。氨法脱硫具有脱硫效率高、副产物可回收利用等优点，但运行成本相对较高。

（三）氮氧化物控制技术1.选择性催化还原法（SCR）：在催化剂的作用下，向烟气中喷入氨，将NOₓ还原为氮气和水。SCR技术脱硝效率高，可达80%90%，是目前应用较为成熟的脱硝技术。2.低氮燃烧技术：通过改进燃烧器结构、优化燃烧过程等方式，降低燃烧过程中NOₓ的生成量。低氮燃烧技术是一种源头控制措施，与其他脱硝技术相结合，可有效降低脱硝成本。

六、设计计算（一）颗粒物控制1.袋式除尘器设计处理风量计算：根据该区域工业污染源的废气排放量，确定袋式除尘器的处理风量为[具体数值]m³/h。滤袋面积计算：根据处理风量和过滤风速（取[具体数值]m/min），计算滤袋总面积。过滤风速的选择需综合考虑粉尘性质、除尘器结构等因素。滤袋数量及尺寸确定：根据滤袋总面积和单条滤袋面积（已知滤袋尺寸），计算滤袋数量。同时，确定滤袋的尺寸，如直径、长度等。清灰方式选择：采用脉冲喷吹清灰方式，根据滤袋数量和清灰周期等参数，计算脉冲阀的数量和清灰频率。2.静电除尘器设计计算收尘极面积：根据处理风量和驱进速度（取[具体数值]cm/s），利用德意希公式计算收尘极面积。驱进速度与粉尘性质、电场强度等因素有关。电场设计：确定静电除尘器的电场数量、电场长度、电场间距等参数。电场数量和长度根据处理风量和收尘效率要求确定，电场间距则需考虑安全和电场性能等因素。计算电晕极线数量：根据收尘极面积和电晕极线布置方式，计算电晕极线数量。电晕极线的布置应保证电场均匀性和放电效果。

（二）二氧化硫控制1.石灰石石膏湿法脱硫系统设计脱硫塔设计：根据处理烟气量和脱硫效率要求，选择脱硫塔的类型和尺寸。脱硫塔的类型有喷淋塔、填料塔等，本次设计采用喷淋塔。计算喷淋层的数量和喷嘴布置方式，确保浆液能均匀分布在烟气中。浆液循环系统设计：确定浆液循环泵的流量和扬程。浆液循环泵的流量根据脱硫塔的液气比（取[具体数值]L/m³）和处理烟气量计算，扬程则需克服脱硫塔内的阻力损失。石灰石浆液制备系统设计：计算石灰石粉的用量，根据脱硫化学反应方程式和SO₂脱除量，确定每天所需的石灰石粉量。设计石灰石浆液的制备流程，包括石灰石粉的储存、计量、输送、搅拌等设备的选型。2.氨法脱硫系统设计吸收塔设计：与石灰石石膏湿法脱硫塔类似，根据处理烟气量和脱硫效率要求，选择吸收塔的类型和尺寸。计算吸收液的喷淋密度和吸收塔的高度等参数。氨储存与供应系统设计：确定液氨的储存量和供应方式。液氨的储存量根据脱硫所需氨量和储存周期计算，供应方式可采用液氨槽车或管道输送。硫酸铵结晶与分离系统设计：计算硫酸铵的产量，根据氨法脱硫的化学反应方程式和SO₂脱除量，确定每天硫酸铵的产量。设计硫酸铵结晶与分离流程，包括结晶器、离心机等设备的选型。

（三）氮氧化物控制1.SCR脱硝系统设计反应器设计：根据处理烟气量和脱硝效率要求，选择SCR反应器的类型和尺寸。SCR反应器一般采用固定床反应器，计算催化剂的装填量和布置方式。催化剂的装填量根据脱硝效率和催化剂的活性等因素确定。氨储存与供应系统设计：与氨法脱硫类似，确定液氨的储存量和供应方式。计算氨的喷入量，根据脱硝化学反应方程式和NOₓ脱除量，确定每天所需的氨量。催化剂选型与更换周期计算：根据烟气成分、温度、压力等条件，选择合适的催化剂类型。计算催化剂的更换周期，催化剂的更换周期与催化剂的活性衰减、烟气中杂质含量等因素有关。2.低氮燃烧器设计燃烧器选型：根据锅炉的类型、容量和燃料特性，选择合适的低氮燃烧器。低氮燃烧器有分级燃烧、浓淡燃烧等多种类型，本次设计根据实际情况进行选型。燃烧器参数计算：计算燃烧器的空气流量、燃料流量等参数。空气流量和燃料流量需根据锅炉的热负荷和燃烧效率要求进行计算，确保燃烧过程的稳定性和充分性。

七、运行成本分析（一）设备投资成本1.颗粒物控制设备：袋式除尘器或静电除尘器的设备购置费用、安装费用等。2.二氧化硫控制设备：石灰石石膏湿法脱硫或氨法脱硫系统的设备购置、安装及调试费用。3.氮氧化物控制设备：SCR脱硝设备或低氮燃烧器的购置费用等。

（二）运行费用1.电费：各类风机、泵等设备的运行电费。2.药剂费：脱硫用的石灰石粉或氨，脱硝用的氨等药剂费用。3.设备维护费：包括设备的检修、更换零部件等费用。

（三）成本效益分析计算实施污染控制措施后的经济效益，如减少污染物排放对环境质量改善带来的收益，以及减少因污染造成的经济损失（如农作物减产、医疗费用增加等）。通过成本效益分析，评估控制方案的可行性和经济性。

八、结论通过本次《大气污染控制工程》课程设计，对某工业区域的大气污染问题进行了全面分析，确定了污染源及污染特征，选