大气污染控制工程 毕业设计.docx
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大气污染控制工程毕业设计
3
前言···························································1
第一章设计任务书……………………………………………………………..2
1.1设计目的…………………………………………………………………….2
1.2毕业设计题目………………………………………………………………2
1.3设计基础资料……………………………………………………………….2
1.4设计要求…………………………………………………………………….2
1.5设计成果…………………………………………………………………….2
1.6参考资料…………………………………………………………………….2
第二章设计说明书……………………………………………………………..3
2.1工程概况…………………………………………………………………....3
2.2除尘系统的组成及除尘方案的原则………………………………………3
2.3除尘效率概算………………………………………………………………3
2.4除尘系统方案的选择和确定………………………………………………4
2.5管网布置……………………………………………………………………11
第三章设计计算书……………………………………………………………12
3.1管道系统的计算…………………………………………………………...12
3.2风机、电机的选择………………………………………………………...14
3.3烟囱高度的计算…………………………………………………………...15
第四章设计概算书…………………………………………………………...16
4.1一次性投资费………………………………………………………………16
4.2设备运行费用………………………………………………………………17
第五章结束语及参考文献……………………………………………………19
5.1结束语……………………………………………………………………...19
5.2参考文献…………………………………………………………….……..19
前言
《大气污染控制工程》是环境工程的一个重要领域，是黄石理工学院环境工程专业的一门重要专业课。
在毕业之际，根据院教研组的安排，我选择了以大气污染控制为主题的毕业设计-----------某公司堆存铬渣回转窑还原焙烧干法解毒尾气除尘系统设计。
作为工业三废中的废气污染，随工业生产的迅速拓展而急剧膨胀，已经越来越引起人们的关注。
为了更好的巩固自己所学，以便能为实际工业废气治理工作提出切实可行的方案，我组查阅了大量的相关资料，联系了生产及毕业实习的生产实践，制定此次毕业设计。
设计中的每部分应体现出技术的可行性和规范性，此外还要体现出经济上的合理性，即是要从技术、经济两方面综合考虑，使设计项目在有效工作的同时，具有费用节省的特点。
设计过程中，指导老师刘子国给予了悉心指导，同组同学也给予了热心帮助，帮助我完成了本次毕业设计，在此，表示衷心的感谢！
作为一名未毕业的学生，缺乏实际工作经验，在设计中出现错误在所难免，敬请批评，指正！
王超君
第一章
环境工程毕业设计任务书
1毕业设计目的：
1.1将所学的理论知识应用实践，在实践中巩固理论知识，为以后的工作打下基础；
1.2学会看工程图纸和绘制工程图图纸，提高看、绘工程图纸的能力；
1.3了解工程设计的一般步骤，进行工程设计计算与概预算的基本训练，提高利用已学到的基本知识解决工程问题的动手能力。
2设计课题：
某公司堆存铬渣回转窑还原焙烧干法解毒尾气除尘系统设计
3相关参数：
3.1.回转窑产生的烟气量为：
10000m3/h
烟气温度：
150ºC
3.2．回转窑产生的烟气含尘浓度：
6000—12000mg/Nm3,
3.3.粉尘粒径分布：
粒径（μm）
≥30
10~30
<10
质量百分比
50
35
15
4设计内容和深度要求：
4.1.除尘系统方案论证。
包括除尘器的选择及除尘基本工艺路线的确定，除尘工艺流程和主要设备的选型。
方案比较主要进行方案的技术比较，如处理效果、技术合理性和先进性；同时进行经济比较，如一次性投资、运行管理费用及运行管理的复杂程度。
4.2.除尘系统工艺设计计算。
4.3.最后成果必须打印订成册（用Word）,毕业设计答辩时用幻灯片汇报毕业设计成果。
5提交的设计成果：
5.1.设计说明书，计算书一份；
5.2.设计图纸：
除尘系统工艺流程图，系统总平面布置图、立面图、左视图（右视图）主要设备构筑图、系统轴测图各一张。
6设计参考资料：
《钢铁企业采暖通风设计手册》冶金工业出版社
《空气污染控制工程》
《采暖通风设计手册》
《炼铁工艺》及相关资料
第二章 设计说明书
2.1工程概况
该公司位于湖北省西部某市，处长江中上游结合处，地处东经110051'一111039'，北纬30032'—3102'。
气候属北亚热带季风型气候，气候温和，四季分明，年平均气温16.9℃，年平均照数1923h,年平均相对湿度29%,年平均降水量1385.4㎜，年平均风速3.0m/s，年主导风东风（Ｅ），平均频率17%，静风频率14%。
地面TSP浓度0.25mg/m3。
烟气量为10000m3/h。
该公司地处某市近郊，附近周围均有厂矿企业及居民住宅，炉尾气污染较大，因而对厂区及周围环境造成极大危害。
根据现行环保法规及当地环保部门要求必须进行环保治理，且应做到达标排放。
2.2除尘系统的组成及除尘方案的原则
除尘系统一般由集气装置、抽风管道、净化装置、风机排气管道（包括烟囱）、管道附近排尘设备等几个部分组成。
它是将生产设备产生的粉尘通过集气装置、管道送至除尘器内净化，气体经排气管道（烟囱）排至大气。
除尘方案的设计和选择遵循基本原则:
（1）技术上可行，经济上合理，运行管理方便；
（2）能够达到预期的处理效果，满足环境保护的要求；
（3）除尘方案的占地面积小，对生产不会造成不利的影响。
2.3除尘效率概算
由初始浓度（C=10000mg/m³）和中华人民共和国国家标准《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）二类区Ⅱ时段标准排放标准（200mg/m³）计算得：
η=1-C0/C=1-200/10000=98%
式中：
C—烟排放浓度（mg/m3）
C0—工业窑烟气浓度（mg/m3）
2.4除尘系统方案的选择和确定
2.4.1净化工艺方案
在大气污染控制方面，除尘设计可采用湿式和干式两种方式。
由工程特点分析可知道，粉尘微粒较小，有一部分有毒气体，烟气温度较高，除尘效率要求较高。
据此提出以下三个方案：
方案一、
烟气
管道管道
干尘回收排出□
方案二、
烟气管道
湿法收尘
排出
方案三、
管道管道
烟气排放
干尘回收
2.4.2方案比较
1、方案一采用袋式除尘器的除尘系统
优点：
（1）袋式除尘器在处理含微米和亚微米数量级的粉尘气体时效果较高，一般可达到99%，甚至99.99%以上。
（2）袋式除尘器可以捕集多种干性粉尘，特别是在处理比电阻较高的粉尘时，比用电除尘器的净化效率高很多。
（3）含尘气体浓度在相当大的范围内变化时，除尘器的除尘效率和阻力受其影响不大。
（4）袋式除尘器规格多样，使用灵活，可以适应不同气量的含尘气体，其处理烟气量可从几立方米每小时到几百万立方米每小时。
（5）这种除尘器可以做成小型的，安装在散尘设备上或散尘设备附近，也可安装在车上制成移动式过滤器，这种小巧、灵活的袋式除尘器特别适用于尘源较分散的时候。
（6）运行稳定可靠，没有污泥处理、废水污染和液体冰冻等问题，操作、维护简单。
缺点：
（1）袋式除尘器的应用主要受滤料的耐高温和耐腐蚀等性能的影响。
通常使用的滤料可耐高温250℃左右。
烟气温度如果超过280℃时，需要采用特殊的耐高温的矿物或金属纤维。
（2）处理高温含尘烟气时，需要采取降温措施，会导致除尘系统复杂化和造价的提高；如果使用特殊滤料，将会增大投资费用。
（3）这种除尘器不适用于净化含黏结性和吸湿性强的尘粒的烟气。
用袋式除尘器净化烟气时不能低于露点温度，否则将会产生结露现象而堵塞布袋滤料的孔隙；处理露点很高的烟气时，需要采取保温或加热措施。
（4）净化烟气量小于17000m3/h时，投资费用比电除尘器少；烟气量大于17000m3/h时，投资费用要比电除尘器大。
（5）袋式除尘器不同程度上存在着占地面积大、滤袋易损坏、换袋困难、劳动条件差等问题。
（6）烟气量温度较高，或是含酸、碱性微粒或气体成分，这些情况都会降低滤袋的寿命。
2、方案二采用旋风除尘器和湿式除尘器的二级净化系统
A.旋风除尘器
优点：
（1）设备结构简单，体积小，制造费用低。
除尘器内部没有传动机构及运动部件，维护、修理方便。
（2）可用于高温含尘烟气的净化，例如用一般碳钢制造的除尘器可以处理350℃的烟气，而内壁衬以耐火材料的除尘器则可以处理500℃烟气。
（3）可以承受内、外压力。
（4）可以干法清灰，有利于回收有价值的粉尘。
（5）除尘器内易于敷设耐磨、耐腐蚀内衬，因而可以净化含高腐蚀性粉尘的烟气。
（6）可以用做多级除尘系统中的第一级除尘器。
缺点：
（1）旋风除尘器适用于处理净化密度大、粒度较粗（一般大于5
）、非纤维的粉尘，而对于较细和纤维性的粉尘，其净化效率较低（但细筒长锥形高效旋风器对细尘也有一定的净化效果）。
（2）不宜处理气体流量波动太大的场合，入口风速一般为12~25m/s，但是阻力也随速度的平方增长，从效率和阻力综合考虑，入口的最佳速率大约为16~22m/s。
（3）对于非湿式旋风除尘器，不宜净化黏结性粉尘，而且在处理相对湿度较高的含尘气体时，应注意避免因结露而造成的黏结。
（4）由于旋转气流速度很高，固体颗粒物对器壁的磨损较快，应采取防磨措施。
（5）由于通常旋风除尘器是负压运行的，所以在设计和运行过程中，应特别注意防止旋风除尘器底部漏风，必须选择气密性好的卸灰装置，以避免除尘效率的下降。
实践表明，旋风除尘器漏风5%，效率降低50%，效率接近与零。
（6）在并联使用旋风除尘器时，应合理设计连接处除尘器的分风管和汇风管，尽可能使进入各旋风除尘器的风量相等、风压平衡。
B.湿式除尘器
优点：
（1）在耗用相同的能量条件下，湿式除尘器的除尘效率比干式除尘器的除尘效率高。
（2）可以处理高温、高湿、高比电阻以及粉尘黏结性大的含尘气体。
（3）安全性好，可以处理可燃性的含尘气体。
对细小的粒子也能达到较高的除尘效率。
（4）在除尘的同时，还可以去除气体中的水蒸气及某些有毒有害气态污染物，具有除尘、冷却和净化的作用。
（5）结构简单，占地面积小，一次性投资小。
缺点：
（1）从湿式除尘器排出的沉浆或废液需要处理，否则会造成二次污染。
（2）净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水（或液体）具有一定的腐蚀性，金属设备容易被腐蚀，除尘器和污水处理设施都须采取防腐措施。
（3）在寒冷的地区，冬天使用湿式除尘器容易冻结，所以需要采取防冻措施。
（4）不适于净化含憎水性和水硬性粉尘的气体，而且当气体中含遇水容易引起自燃或结垢的粉尘时也不宜使用。
（5）多数情况下需要安装除水器。
能耗比较大。
水源不足的地方使用比较困难。
3、方案三采用电除尘器的除尘设备
优点：
（1）净化效率高，能捕集细小颗粒，除尘效率高可达99%。
对于粒径为1μm以下的粉尘仍有很高的效率。
设计中可通过选取不同的操作参数和结构来满足所要求的净化效率，阻力小，适用于大风量的除尘系统，容许操作温度较高的气体，操作过程可实现自动控制。
耐温性能好。
一般情况下，电除尘器可在350˚C～400˚C之间工作；阻力低一般电除尘器的设备阻力不超过200～300Pa，具电能耗低，运行费用低。
选用于处理烟气量大，特别选用于大容器的工艺设备的工艺净化，操作控制的自动化程度高。
缺点：
（1）结构比较复杂，有较高的制作安装和管理水平的要求，对粉尘比内阻有一定的要求，即对粉尘有一定的选择性，易受气体温度，湿度的影响，同一种粉尘如在不同温度或湿度条件下操作，漏风率较高，一般达到20%左右，投资高，占地面积大。
2.4.3性能比较
方案一
优点：
净化效率高，是一种高效除尘器，结构简单、投资少、运行稳定，还可以回收高比电阻粉尘，动力消耗小，回收的干粉尘便于综合利用。
可达95%以上，所收干尘用于净化粘结性强，吸湿式强的含尘气体，压力损失大。
缺点：
只适用于净化腐蚀性小，温度低于300°C的气体，压力损失大。
方案二
优点：
采用二级除尘系统，净化效率高，能耗低，适用广，去除粉尘的同时，可去除有害气体。
缺点：
所排污水和泥浆会造成二次污染，须处理，须采取防腐措施，缺水地区不适宜使用。
方案三
优点：
除尘效率高，适用已经广，阻力损失低，自动化程度高。
缺点：
一次性投资费用高，占地面积大，应用范围受粉尘比电阻限制，难以适应操作条件的变化，此外，对制作，安装质量要求较高。
2.4.4经济比较
除尘器的经济性包括除尘器的设备费用和运行费用，它是评定除尘器性能指标之一。
由以上的比较可知，方案一，投资中等，占地面较小；方案二，投资最低占地面积最小。
方案三，一次性投资费用最高，占地面积最大。
根据化学工业部环保设计中心《化工环境保护设计手册》（化学工业出版社2003版）查得下表：
方案
一次性投资（万元）
运行费用（万元）
方案一
32
21
方案二
35
45
方案三
50
35
2.4.5选用方案简介
根据上述分析，方案三配套设施一次性投资较大，占地面积较大；方案二配套设施次之；方案一投资最小。
在运行管理费用方面，方案一、方案二的运行管理费用较高，电除尘器运行管理费用最低。
经上述对除尘器优缺点比较和在经济上分析，在本设计中采用方案一。
它一次性投资少，运行管理方便，运行费用适中，较其它两种方案经济合理。
2.4.6袋式除尘器的工作原理
袋式除尘器是将棉、毛或人造纤维等材料加工成织物作为滤料，制成滤袋对含尘气流进行过滤。
当含尘气流经过滤料表面被截留下来，清洁气流穿过滤袋后排出。
沉积在滤袋上的粉尘通过机械振动，从滤料表面脱落下来，降至灰斗中。
袋式除尘器的除尘效率高，一般可达99%以上，且性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。
2.4.7袋式除尘器的设备选型
本设计选用MC84-Ⅱ型脉冲喷吹袋式除尘器，此除尘器分为八种型号（及MC24～120-Ⅱ型），本设计选用MC96-Ⅱ型，处理风量7550-15100h，烟气的入口浓度最大达15000mg/m3，净化效率达99%-99.5%，重量M=1942kg，最大外形尺寸3075×1678×3676，它与其它的除尘器相比，处理能力比较吻合，比较适合本设计的应用。
2.4.7.1MC84-Ⅱ型除尘器概述及工作原理
脉冲喷吹袋式除尘器是一种结构合理，清灰能力强，除尘效率高，能适应各行业除尘系统回收粉尘的除尘装置。
该除尘器在九十年代应用以来，受到国内外用户的普遍欢迎。
含尘气体从进风口进入灰斗后，由于粉尘的重力作用，粗颗粒在重力作用下，直接沉降在灰斗内，其余含尘气体经导流板到中箱体，均匀分布于各滤袋，此时粉尘被阻留在滤袋外表面，被过滤后的干净空气经花板流入上箱体，由排风道排出。
当滤袋外表面粉尘层增厚到一定程度时（除尘器阻力达到1500Pa），脉冲控制装置发出信号，关闭第一室进风口阀门，喷吹装置开始工作，压缩空气以极短时间、顺序地通过脉冲阀及喷吹管上的喷口向滤袋内喷射，使滤袋振动。
在振动力作用下，附着在滤袋外表面的粉尘层脱离滤袋落入灰斗。
当除尘器第一室清灰完毕后，打开第一室进风口阀门并关闭第二室进风口阀门，第一室又参加过滤工作，第二室开始进行离线清灰，以此逐室行。
由于实现了离线清灰，提高了清灰效果。
2.4.7.2基本结构
1、除尘器包括以下六部分
1.1下箱体由立柱、灰斗、尘气进口、卸灰阀和检查门组成。
1.2中箱体由箱体骨架、壁板、滤袋、滤袋骨架组成。
1.3上箱体由箱体骨架、壁板、花板、隔板、喷吹管、顶板、顶盖组成。
1.4尘气、净气风道由气箱、进风口、出风口气动蝶阀、联管等组成。
1.5喷吹装置由气包、脉冲电磁阀、PLC程序控制装置等组成。
1.6走梯、平台、栏杆等附属设施。
2、主要性能参数
本除尘器为单元组合型式，每单元有滤袋6排，每排有滤袋14条，每单元共计有滤袋84条，过滤面积为63m
。
本除尘器常规滤料材质为涤纶针刺毡，滤料材质可根据用户要求另行选配。
（一）选用参数
2.1对于较细粉尘，其过滤风速控制在1m/min以内。
2.2进口烟气温度为150℃。
2.3除尘器阻力为1500Pa，大于1500Pa时即进行脉冲喷吹清灰。
2.4使用压缩空气需先进行油水分离，工作压力为（0.20～0.25）Mpa。
2.5喷吹脉冲频率为0.1s。
2.6喷吹耗气量为（200～250）L/阀次。
2.7喷吹间隔时间在0.2s范围内可调。
2.4.8除尘设备选择的原则
根据选用的除尘方案和计算书中所给定的烟气量。
选用处理能力与烟气量相当的设备；运行状况不稳定的系统要注意烟气处理变化对除尘效率和压力损失的影响。
选择除尘设备的位置，可利用的空间以及环境等因素。
还应考虑到除尘器的设备费用和运行费用。
2.5管网布置
2.5.1设计原则
除尘管道布置对净化系统设计有很重要意义。
除尘系统管网的布置应在满足除尘要求的前提下，从总体布局出发，对全管线通盘考虑、统一规范，力求简单、紧凑安装和检修方便。
管道不积灰、磨损少，减少占地和空间、缩短管线、节省投资。
3.5.2管网布置图
33
6
烟气122
5
4
风机
管网布置图
2.5.3管道布置（见上图）
回转窑除尘器风机烟囱（烟帽）
L3-4=15m，2个90°弯头；
第三章 设计计算书
3.1管道系统的计算
3.1.1管径的计算（管道长均为假设）
（1）根据粉尘特性可取直管风速u=20m/s
管段1-2,由《设计任务书》知Q=10000m3/h,经选取u=20m/s,据式
d=18.8×√（Q÷u）=18.8×√（10000÷20）
=420.4㎜
式中:
d—管道内径,㎜
Q—流体体积流量,m3/h
u—管内气体的平均流速,m/s
由d和u值根据《供暖通风设计手册》查得其值为u=20m/s、d=450㎜，基本于设计吻合，d1-2=450㎜,K=0.15,
=0.01647,
/d=0.01647/0.45=0.0366
管内实际流速：
u=Q/A=10000×4/3600×0.45²∏=17.47m/s
管段沿程阻力损失为：
△PL1-2=（L入/d）·（ρu²/2）=10×0.0366×（1.2×17.47²÷2）
=58.6Pa
式中:
--摩擦阻力系数
d—管道内径,m
L—直管段长,m
u—管内气体的平均流速,m/s
ρ—流体密度,㎏/m3
（2）管段沿程阻力损失为：
设L1-2为10m，L3-4为15m，L5-6为20m
管段3-4,管段5-6中的气体流量与管段1-2中的流量相同,即Q3-4=Q5-6=Q1-2,故两管径d6-3=d4-5=d1-2=450㎜,则
/d=0.0366,u3-4=u5-6=u1-2=17.47m/s，同理可得：
△PL3-4=15×0.0366×（1.2×17.47²÷2）=87.9Pa
△PL5-6=20×0.0366×（1.2×17.47²÷2）=117.2Pa
（2）计算局部阻力损失
管段3-4弯头,
，共2个,R/d=1.5，由《供暖通风设计手册》（下称“手册”），查得
，则有：
△Pm3-4=∑ξρu²/2=2×0.18×（1.2×17.47²/2）=65.92Pa
由于设计45度角安装引风机所以管段3-4相当于增加了一个45度角的弯头，由《化工原理》查得ξ=0.35
△Pm3-4=∑ξρu²/2=0.35×（1.2×17.47²/2）=64.1Pa
管段1-2没有局部阻力损失，布袋除尘器压力损失为1500Pa
管段5-6渐扩管F1/F0=1.5,
查“手册”得
（对应F0的动压）把
变换成对应的F1的动压
ξ1=ξ0（F1/F0）2=0.13×0.152=0.29
风帽h/D0=0.5,查“手册”得
则
△Pm4-5=∑ξρu²/2=（0.29+1.30）×（1.2×17.47²/2）=291.16Pa
（3）除尘系统阻力损失
△P=∑△Pm+△Pl
=（65.92+64.1+291.16）+（58.6+87.9+117.2）+1500
=2184.88Pa
把上述结果填入下表:
管道
（编号）
流量
（m3/h）
管
长
（m）
管径
mm
流速
（m/s）
λ/d
（/m）
磨擦阻力损失（Pa）
局部阻力损失（Pa）
管道总阻力损失（Pa）
累计压力损失（Pa）
1-2
10000
10
450
17.47
0.0366
58.6
/
58.6
58.6
3-4
10000
15
450
17.47
0.0366
87.9
130.02
217.92
276.52
5-6
10000
20
450
17.47
0.0366
117.2
291.16
408.36
684.88
除尘器
10000
/
/
/
/
/
1500
1500
2184.88
3.2风机、电机的选择
3.2.1选择的基本要求
在选用通风机时，有时可能出现通风机的性能不能正好同管网的风量和阻力相吻合的情况，这时应调整管网计算，并另选通风机，以便得到管网和通风机的风量及风压比较吻合的工作状态，但这种计算往往比较繁杂，一般差别不大时根据不同的情况采取相应的措施，在实际运行中，一般选风机的风量和风压大于计算出的风量和风压。
3.2.2风机计算
（1）通风机风量计算
Q0=Q（1+k1）=10000×（1+0.15）=11500（m3/h）
式中：
Q0--风机风量,m3/h
Q—管道系统的总风量,m3/h,为10000m3/h
K1--考滤系统漏风时的安全系数，取为0.15
（2）通风机的风压计算：
△P0=△P（1+k2）=2184.88×（1+0.2）=2621.856Pa
式中：
△P0--风机风压,Pa
△P--管道系统的总阻力损失,为2184.88Pa
K2--安全系数取K2为0.2
考虑到系统的压力损失，本设计采用的是引风机，因为它能够有效的克服系统的压力损失，再根据计算的风量和风压,由引风机手册上选择型Y5-48-NO8C,当转速n=1800r/min，Q=132
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