《大气污染控制工程》教学规划.docx
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《大气污染控制工程》教学规划
本科《大气污染控制工程》课程设计说明书
大气污染控制课程设计
一、设计任务
广东九江俊业家具厂生产时会进行喷漆流程，喷漆时，作业场所有大量的漆雾产生，而且苯浓度相当高，对喷漆工人危害极大，如果没有经过处理直接排放，对车间及厂区周边环境造成严重的影响。
为了改善车间及周边区域大气环境状况，受实木家具厂委托，对喷漆车间在生产过程中产生的含苯类有机废气进行整套废气净化系统的设计，使得上述车间排放含有VOC的气体经净化处理后达标排放，减少其对周围环境的污染，提高企业的环保形象。
二、公司资料
•生产工艺
家具喷漆工艺主要包括基材破坏处理、素材处理、整体着色、填充剂、底漆、吐纳、着色、修色、二度底漆、画漆、抛光打蜡等工艺。
主要采用的是水帘机喷漆方法。
而在喷漆工艺中，喷漆时涂料溶剂从涂料中挥发出来，形成油漆工艺最主要的污染物——“漆雾”的主要成分之一。
家具喷漆中一般采用含苯烃类溶剂，苯为剧毒溶剂，少量吸入也会对人体造成长期的损害。
•废气特点
废气排放量：
17640m³/h，
废气组分为苯类有机物（苯、甲苯、二甲苯等）及少量醛类和醇类有机物，
有机物浓度日平均值：
2000mg/m³，
废气温度：
当地气温
•气象资料
气温：
年平均气温：
22.2ºC
冬季：
13.5ºC
夏季：
29.1ºC
大气压力：
冬季740mmHg（98.6×103Pa）
夏季718mmHg（95.72×103Pa）
•喷漆室布置图
•
三、设计原则
（1）综合考虑采用先进工艺、技术、设备、材料、投资经济性等因素，以较少的投资，取得较大的社会、环境和经济效益；
（2）采用技术成熟、先进可靠的工艺和处理效果好的设备，确保环保设施运行正常；
（3）按现有场地条件考虑设计，整个工程做到布局合理、占地空间小、外形结构美观、投资小等几项特点；
（4）以设备为主，工艺简单合理，设备使用寿命长，维护简单、方便；并且处理效果稳定，确保处理后废气达到国家环保标准排放。
四、设计要求
减少该建设项目对附近环境的影响，在正常生产工作状况下，由生产工艺流程中产生的废气污染物经净化处理后，排放污染物的排放浓度能满足达到《中华人民共和国大气污染物综合排放标准》（GB16297-2001）中的第二时段排放要求，详见下表1：
序号
名称
数值
1
设计净化效率
≥98%
2
苯
≤12mg/Nm3
3
甲苯
≤40mg/m3
4
二甲苯
≤70mg/m3
5
非甲烷总烃
≤120mg/m3
五、确定净化方案
家具喷漆车间废气以VOCs污染为主，处理喷漆废气技术常用的有以下几种：
1.低温冷凝法
冷凝法利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一性质，采用降低温度、提高系统的压力的方法使处于蒸汽状态的污染物冷凝并与废气分离[1]。
该法特别适用于处理废气体积分数在
以上的有机废气。
一般典型的带制冷的冷凝系统工艺流程如图1。
图3冷凝系统流程
在对喷漆车间有机废气处理过程中，低温冷凝法虽是最简单的回收技术，但利用此方法离开冷凝器的VOCs仍具有较高的浓度，不能满足环境排放标准。
要获得高的回收率，系统需要很高的压力和很低的温度设备，费用显著地增加。
2.燃烧法
燃烧法是氧化有机物最为剧烈的方法，一般喷漆行业所排出的有机废气广泛采用燃烧法治理。
在燃烧过程中有机物质剧烈氧化，放出大量的热能，可以回收利用。
燃烧法一般包括直接燃烧法和催化燃烧法。
直接燃烧法主要用于高浓度VOCs废气的净化。
燃烧温度控制在1100℃以上，去除效率达95%以上。
对于低浓度有机废气采用燃烧法来处理还需加入辅助燃料，其处理效率可达到99%。
催化燃烧法是在催化剂作用下，使有机废气在200～400℃温度下氧化成二氧化碳和水，同时发出燃烧热，常用的催化剂有铂、钯贵金属和非贵金属氧化物[2]，预热能源可用煤气、煤油等。
处理有机废气的浓度越高越有利。
图4为典型的催化燃烧系统图。
图4典型燃烧系统示意（其中稀释空气视情况加入）
此法适于高浓度、小风量的喷漆废气的净化。
缺点是表面异物附着易使催化剂中毒失效，且催化剂和设备价格较贵。
3.溶剂吸收法
吸收法是用来去除、净化混合气体的最重要的方法之一。
用溶剂、溶液或清水吸收有害气体，使其与废气分离的方法即称为溶剂吸收法，吸收剂不同可吸收不同的有害气体。
废气由吸收塔底进入塔内，作为吸收剂的水从吸收塔上部进入并被分散。
在气体由下而上和液体从上至下的接触过程中，废气中有害溶剂气体被水吸收，使废气得到净化。
净化后气体由吸收塔上部排出，而含有废气的水由塔底排出并流入水槽。
需对产生的废水作二次处理[3]。
采用油来吸收喷漆室中的溶剂，让废气通过5个喷油的吸附室，使废气与油充分接触，将有机溶剂吸收。
含溶剂的油经过分馏处理后可再利用,经处理的的废气排入大气中。
4.活性炭吸附法
吸附法[4]是目前广泛使用于喷漆车间有机废气的处理，其原理是利用吸附剂的多孔结构，将废气中的VOCs捕获，废气得到净化从而可以排放到大气中。
吸附技术主要用于废气中组分比较简单、有机物回收利用价值较高的情况，活性炭则由于具有巨大的比表面积、吸附容量大、易再生、来源丰富且价格较低等优点，故成为最常用的吸附剂[5]。
活性炭吸附在处理喷漆车间VOCs过程上是一项成熟的工业技术。
表2列出了各种常见方法的处理效果、优缺点等做了较为详细的比较。
目前大部分工厂在处理喷漆废气时采用水帘洗涤装置或颗粒碳吸附法，水帘洗涤法处理后的喷漆废气一般达不到《大气污染物排放标准》GB16297-96中的标准。
颗粒碳吸附法一般未采取再生措施，设施运行一定时间后需更换新炭，因此运行成本较高[6-8]。
针对喷漆废气的特点，并结合工厂现状，认为采取吸附-催化燃烧法来处理“三苯”等有机废气比较合理，由于喷漆废气经水幕机洗涤后仍具有粘性并含有一定的水分，因此在吸附床前应增加预处理部分以除去漆物和水分，见图5。
本废气净化处理系统采用双气路连续工作，一个催化燃烧床，两个吸附器交替使用。
由于离心风机的抽吸作用，在收集管道、沉降式离心除湿器、活性炭吸附器内形成负压，废气通过管道进入沉降式离心除湿器中，除去水帘机喷漆废气中的水分和漆雾颗粒，再将有机废气用新型的活性炭吸附剂吸附，当快达到饱和时停止吸附，然后用热气流将有机物从活性炭上脱附下来使活性炭再生；脱附下来的有机物已被浓缩并送往催化燃烧床催化燃烧成二氧化碳及水蒸气排出。
当有机废气的浓度达到2000PPm以上时，有机废气在催化床可维持自燃，不用外加热。
燃烧后的尾气一部分排入大气，大部分被送往吸附床，用于活性炭再生。
这样可满足燃烧和吸附所需的热能，达到节能的目的。
再生后的活性炭可进入下次吸附；在脱附时，净化操作可用另一个吸附器进行。
六、主要设备设计
1.送风系统设计
由喷漆室布置图可知，该项目废气主要来源于水帘式喷漆机产生的喷漆废气，根据资料计算喷漆废气风量如下：
水帘式喷漆机工作时废气从喷漆车间下方和喷漆废水一起进入水帘式喷漆机的收集系统。
废水从地下管道输送到污水处理厂，废气通过排气管道（
1000mm）排出。
喷漆室体积（长×宽×高）为：
5.25×5.0×2.8=73.5m³.按每小时换气200次计算，则通风量为：
L=73.5×200=14700m³/h，设计风量为15000m³/h。
故采用一台3kw的离心风机送风。
风阻核算
为了保证设备的正常运行，设备及管道压降和需小于风机风压。
沉降式离心除湿器压降取800Pa，活性炭吸附器的压降区600Pa，每米管道按15Pa计算，最远点距离为10m。
计算该系统的风阻：
P1=P（沉降式离心除湿器）+P（活性炭吸附器）+P（管道）=800+600+10×15=1550Pa
现选1台风机，设备正压为风机最大风压，风机的最大风压力为1550Pa。
P2=P（风机）=1578Pa
设备风压总计：
P=P2-P1=1578-1550=28Pa
根据压力平衡原理，废气治理设施内部呈现负压，使废气形成有向运动。
28Pa>0，符合要求。
2.脱水装置
脱水装置为沉降式离心除湿器，规格尺寸：
直径为1000mm，高为1800mm。
3.HAC活性炭吸附器
净化系统共有两个吸附器，吸附材料选用HAC活性炭吸附剂。
HAC是由一定配比的吸附剂材料和粘接剂组成，经过一定的制备工艺形成独特的蜂窝状活性炭构造的吸附材料。
吸附器有十层过滤层，每层为40mm的活性炭吸附层，均为Z×15活性炭（直径为1.5mm左右）。
4.催化燃烧床
催化燃烧床采用蜂窝陶瓷状为载体的贵金属催化剂，催化床内设电加热装置，在催化剂作用下，起燃温度为300℃左右，一部分尾气返回吸附器进行脱附处理。
七、主要设备选型
1.收集总管道
规格：
Φ500mm
数量：
5m
2.管道配件
数量：
1批
3.沉降式离心除湿器
规格：
Φ1000×H1800mm
空机气速：
4m/s
压损：
600-800Pa
设备厚度：
2.5mm
数量：
1台
4.HAC活性炭吸附器
规格：
Φ1200×H2000mm
气速：
1m/s
压损：
400-600Pa
活性炭层高：
40mm
数量：
2台
5.热交换器
规格：
Φ1200×H4000mm
数量：
1个
6.催化燃烧床
规格：
Φ1200×H3000mm
内置式加热器功率：
2kw
数量：
1个
7.离心风机
型号：
4-72NO3.6A
风量：
2664m³/h
全压：
1578Pa
功率：
3kw
数量：
5台
8.风机连接管道及配件
规格：
Φ400mm及Φ200mm
数量：
1批
9.配电箱
数量：
1个
10.配电系统
数量：
1批
11.五金配件
数量：
1批
八、电气控制系统设计
1.设计范围
包括废气处理站界区内的抵押配电、自动控制系统。
2.电源及用电负荷
废气处理站设一路供电电源，由甲方提供：
380/220V，50Hz，配电系统采用三相五线制、单相三线制，接地保护系统为TN-S系统。
3.电缆及铺设
电力电缆选用VV型及VV
型，控制电缆选用KVV型及KVVP型，铺设方式采用室外电线槽。
外部进线电缆共一条接至电柜中。
4.防雷接地
采用避雷带、避雷短针对建筑物作防雷保护。
利用天然接地体加上人工接地极作为接地极，工作接地及保护接地共用一套接地极。
5.控制设计
离心风机与脱附风机、补冷风机进行反向联动，离心风机启动时脱附风机和补冷风机停止运行，当检测器检测活性炭吸附器饱和吸附时，离心风机停止运行脱附风机和补冷风机启动。
九、人员编制
参照建设部《城市建设各行业编制定员试行标准》，并结合本项目的具体情况。
废气处理站主要人员编制如下：
技术操作人员1人
一十、运行费用
1.运行耗电
序号
运行设备
额定功率
数量
运行时间
运行功率
1
离心风机
3.0kw
1台
8h/天
24kw
2
脱附风机
3.0kw
1台
8h/天
24kw
3
补冷风机
3.0kw
1台
8h/天
24kw
4
送风风机
3.0kw
2台
8h/天
48kw
5
催化燃烧床内置加热器
2.0kw
1个
8h/天
16kw
合计
112kw
2.设备运行费用
每度电计：
0.8元，电机有效利用率0.86，每天耗电费用：
116.4×0.86×0.8=80.1元/天
3.药剂费用
药剂费用为：
2元/天
一十一、设计图纸
图纸见附图。
一十二、参考文献
[1]马广大.大气污染控制工程[M].北京中国环境科学出版社2002.
[2]张春菊,叶代启,吴军良.先进实用挥发性有机废气吸附与催化净化技术[J].能源环境保护,2005,19（4）:
5-8.
[3]郑顺兴.涂装车间废气的治理[J].涂料工业2006,36（10）:
32-35.
[4]DASD,GAURV,VERMAN.Removalofvolatileorganiccompoundbyactivatedcarbonfiber[J].Carbon,2004,42:
2946-2962.
[5]刘晖,孙彦富,苏建华,等.利用吸附-催化燃烧法处理喷漆产生的有机气体[J].广州化工2009,37
（1）:
112-117.
[6]切雷米西诺夫,杨.大气污染控制设计手册[M].北京:
化学工业出版社,1984.
[7]YEN-HSINGKIANG.有害废物处理技术[M].北京:
中国环境科学出版社,1993.
[8]江熊.工业防毒技术[M].北京:
化学工业出版社,1982.
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