大气污染控制工程》课程设计指导书.docx

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大气污染控制工程》课程设计指导书

《大气污染控制工程》课程设计指导书

《大气污染控制工程》是环境工程专业的主干课程之一，为了使同学们全面地掌握本课程所学的基本理论知识，学会灵活运用所学知识，进行大气污染控制工程设计，完成环境工程师基本训练，以模拟课题或实际课题为题的课程设计是一个必不可少的教学环节。

为帮助同学们圆满完成这一教学环节，特编写本课程设计指导书。

一、目的与要求

1、培养学生严谨的科学态度，严肃认真的学习和工作作风，树立正确的设计思想，形成科学的研究方法。

2、培养学生独立工作的能力，包括收集设计资料、综合分析问题、理论计算、数据处理、工程制图、文字表达等能力。

3、通过课程设计，使学生得到较为全面的大气污染控制工程设计的初级训练。

4、掌握大气污染控制工程设计的一般程序，大气净化系统各部分的有机组合方法，学会灵活处理复杂的实际工程问题。

5、学会编写“设计说明书”和“设计计算书”，按标准绘制有关图件。

6、本设计原则上应由学生在指导教师的指导下，独立完成。

可以讨论，但不得互相抄袭。

7、本设计应提交如下成果：

（l）设计项目的设计报告书一份，（包括：

设计说明书和设计计算书）

（2）净化系统布置图（二视图）。

二、工业废气净化系统设计的基本内容

工业废气净化系统设计的基本内容包括：

根据当地（企业）的总体规划和各种自然条件，合理地确定处理设施规模和处理要求；确定处理工艺流程；进行平面布置；对污染物的捕集装置（集气罩）、输送管道系统、净化设备及排放烟囱设计四个部分进行设计计算；为满足系统正常运行的需要，还应针对所处理污染物的特性，进行上述系统必要配套设备及附件的综合布置和设计。

1、捕集装置的设计

污染物的捕集装置通常称为集气罩。

设计内容主要包括集气罩结构形式、安装位置以及性能参数的确定等内容。

2、输送管道设计

管道系统设计主要包括管道布置、管道内气体流速确定、管径选择、压力损失计算以及通风机选择等内容。

3、净化设备选择或设计

净化设备的选择或设计一般按以下程序进行：

1工程调查，认真收集有关资料，全面考虑可能影响设备性能的各种因素；

2根据排放标准和生产要求，计算需要达到的净化效率；

3根据污染物性质和操作条件确定净化方法（除尘或吸收、吸附等）和净化流程（几级处理，是否预冷，调湿以及吸收剂或吸附剂选择等），在此基础上决定净化设备的选择范围；

4对设备的技术指标和经济指标进行全面比较，选定最适宜的净化装置；

5确定净化设备的型号规格及运行参数。

设计应满足其排放浓度达到当地排放标准的要求。

4、排放烟囱设计

其主要内容包括结构尺寸及工艺参数（烟囱高度，出口直径，出口速度等）的设计。

三、设计准备工作

1.认真全面地收集资料，尤其注意收集、分析同类污染源控制工程设计及运行资料；

2.通过调查或类比，全面分析污染物的物理、化学性质（粉尘及气体的性质）；

3.调查或估算处理气体量，若为工业锅炉除尘，其总处理气体量则应为燃烧产生的烟气量加上各种附加值；若是一般污染源，处理气体量即为排气罩排风量；

4.根据污染物排放量及当地执行的大气环境质量标准，先由高斯扩散模式计算出烟囱允许排放量和排放浓度，然后计算出设备的应达到的净化效率；

5.根据污染物及其载体的性质和净化效率确定具体净化方法及净化流程，然后确定净化设备的选择范围；

6.根据污染物排放规律，污染源的几何尺寸及场地情况，最终确定净化装置的工艺参数和具体规格型号，并初步定位。

四、集气置的设计

（一）若集气罩设计的合理，使用较小的排风量就可以有效地控制污染物的扩散，反之，使用很大的排风量也不一定能达到满意的效果。

因此，设计时应注意以下基本原则：

1．集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物扩散限制在最小范围内。

以使防止横向气流干扰，减少排风量。

2．集气罩的吸气方向尽可能与污染气流运动方向一致，充分利用污染气流的初始动能。

3．尽量减少集气罩的开口面积，以减少排风量。

4．集气罩的吸气气流不允许先经过工人的呼吸区再进入罩内。

5．集气罩的结构不应妨碍工人操作和设备检修。

（二）排气罩的形式选择及设计

1.根据污染源的几何尺寸、污染物排放特点、及现场工人操作情况，确定罩的形式、罩口尺寸及放置位置。

2.确定排气罩控制距离及控制速度。

3.侧吸罩用罩口气流速度衰减公式及其排风量计算公式计算排风量。

密闭罩可根据污染设备型号、规格确定，罩的形式直接从有关手册查出推荐数据来确定排风量，或根据经验公式计算。

4.根据集气罩的扩张角。

来计算排气罩外形尺寸。

当污染源平面尺寸较大时，为减少罩子高度，可将罩分成几个小罩子，或加设挡板。

五、净化装置的选择或设计

由于本设计题目主要为除尘系统设计，所以在此主要强调除尘器的选择设计。

选择除尘器时必须全面考虑有关因素，如除尘效率、压力损失、一次投资，维修管理等，其中最主要的是除尘效率。

以下几个问题要特别注意

1.选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放浓度。

对于运行状况变化较大的系统，要注意烟气量变化对除尘效率和压力损失的影响。

2.充分考虑粉尘的物理性质对除尘器性能的影响。

譬如粘性大的粉尘容易粘结在除尘器的内表面．不宜采用干法除尘；比电阻过大或过小的粉尘，不宜采用电除尘；纤维类或憎水性粉尘不宜采用湿法除尘等。

另注意，不同除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率是完全不同的，所以在选择和设计之前必须了解欲捕集粉尘的粒径分布。

3.当气体含尘浓度太高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初级净化设备，去除粗大尘粒，以使设备更好地发挥作用。

一般说来，为减少喉管磨损及防止喷嘴堵塞，对文丘里，喷淋塔等湿式除尘器，希望含尘浓度在10g／m3以下，袋式除尘器的理想含尘浓度为0.2-10g／m3，电除尘器的希望含尘浓度在30g／m3以下。

4.必须考虑气体温度、湿度和其它性质的影响：

因为高温、高湿气体对一些除尘器不适宜，如果所处理的气体中还含有一定量的气态污染物，要达标排放，也必须同时去除。

5.对于大型污染源，必须同时考虑所捕集粉尘的处理处置问题。

6.选择除尘器还必须考虑主要设备的位置，可利用空间、环境条件等。

六、管道系统的设计

（一）管道的布置

管道布置对净化系统设计有重要意义。

应从系统总体布局出发对全本间管线通盘考虑，统一规划，力求简单、紧凑，缩短管线，减少占地和空间，节省投资，方便安装、调节和维修。

1、管道布置的一般原则

a.管道敷设的原则。

管道敷设分明装和暗设，应尽量明装，以便检修，管道应尽量集中成列，平行敷设，尽量沿墙或柱敷设，管道与梁、往、设备及管道之间应留有足够距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩的要求。

一般间距不小干100mm，过路或架空管道应严格按管道设计规范与高度敷设。

远距离水平管道应有一定坡度，以便排水、防尘积。

一般坡度不小于0.005。

b.管道支撑原则。

管道与阀件不宜直接支承在设备上，应单独设支架或吊架。

管道焊缝位置在施工方便和受力较小的地方，不得位于支架处。

c.管道联接原则。

为方便检修、安装，以焊接为主要联接方式的管道中，应设置足够数量的法兰；以螺栓联接为主的管道，应设置足够数量的活接头，穿过墙壁或楼板的那段管道不得有焊缝。

d.管道设计要求

1.除尘管道尽可能垂直或倾斜敷设。

倾斜管道的倾角（与水平面的夹角）应不小于粉尘安息角。

当必须水平敷设时，要有足够的流速以防积尘，对产生积尘的管道，必须预置清灰孔。

2.为减少风机磨损，特别当气体含尘浓度较高时，（＞3g／m3）应将风机设在净化装置之后。

3.分支管与水平管或倾斜主干管联接时，应以上部或侧面接入，三通管的夹角不宜大于300，当有几个支管汇合于同一主干管时，汇合点最好不设在同一断面上。

4.管道布置中．为方便管理和运行调节，管网系统不宜过大。

同一系统的吸气（尘）点不宜过多。

同一系统有多个分支管时，应将这些分支管分组控制。

5.为保证各吸气点达到设计风量、保证控制污染物扩散的效果。

要实现各支管间的压力平衡。

（二）管道计算

用流速控制法进行管道计算，通常接以下步骤进行：

（1）根据设备及排气罩确定各抽风点位置和风量，气体净化装置，其他部件的型号规格，风管材料等。

（2）根据现场实际情况布置管道，绘制管道系统轴测图，并进行管道编号，标注长度和风量。

管道长度一般按两管件间中心线长度计算，不扣除管件本身的长度。

（3）确定管道内的气体流速。

管道内各种流体常用流速范围可参考表一确定。

表一管道内各种流体常用流速范围

流体

管道种类及条件

流速（m/s）

管材

流体

管道种类及条件

流速（m/s）

管材

含

尘

气

体

粉状的粘土和砂

11—13

钢板

饱和蒸汽

dg>200mm

30—40

钢

耐火泥

14—17

钢板

dg=200-100mm

25—35

钢

重矿物粉尘

14—16

钢板

dg<200mm

15—30

钢

轻矿物粉尘

12—14

钢板

凝结水

凝结水泵吸水管

0.5--1.0

钢

干型砂

11—13

钢板

凝结水泵出水管

1—2

钢

煤灰

10—12

钢板

自流凝结水管

<0.5

钢

钢和铁（尘末）

13—15

钢板

冷却水

冷水管

1.5—2.5

钢

棉絮

8—10

钢板

热水管

1.0—1.5

钢

水泥粉尘

12—22

钢板

压缩空气

Pe=10—20atm

8—12

钢

钢和铁屑

19—23

钢板

Pe=20—30atm

3—6

钢

灰土沙尘

16—18

钢板

煤

气

dg<600mm

4—6

钢

锯屑刨屑

12—14

钢板

dg=800-1200mm

8—14

钢

大块干木块

14—15

钢板

dg=1600-2000mm

14—16

钢

干微尘

8—10

钢板

dg>2000mm

>16

钢

染料粉尘

14—18

钢板

液

氨

Pe=真空

0.05—0.3

钢

大块湿木屑

18—20

钢板

Pe=≤6atm

0.3—0.8

钢

谷物粉尘

10—12

钢板

Pe=≤20atm

0.8—1.5

钢

麻（短纤维尘）

8—12

钢板

氢

氧

化

钠

浓度0—30%

2

钢

锅

炉

烟

气

烟

道

自然通风

3—5

混凝土

30—50%

1.5

钢

8—10

钢板

50—93%

1.2

钢

机械通风

6—8

混凝土

50—93%

1.2

钢

10—15

钢板

过

热

蒸

汽

dg>200mm

40—60%

钢

硫

酸

浓度88—93%

1.2

铅

93—100%

1.2

钢

dg=200-100mm

30—50%

钢

盐

酸

1.5

橡胶

氯化钠

带有固体

2—4.5

钢

dg<100mm

20—40%

钢

没有固体

1.5

钢

（4）

根据系统各管道的风量和选择的流速确定各管道的断面尺寸．在已知流量的预先取流速的前提下，管道直径可按下式计算

或

式中Q一一体积流量，m3／h；

W－－质量流量，kg／h；

V——管道内气体的平均流速，m／s；

ρ一一管道内气体的密度，g／m3

对于除尘管道，为防止积尘堵塞，管径不得小于下列数值：

输送细小颗粒粉尘（如筛分和研磨细粉）d≥80µm；输送较粗粉尘（如

木屑）d≥100µm；输送粗粉尘（有小块物）d≥130µm。

确定管道断面尺寸时，应尽量采用《全国通用通风管道计算表》中的统一规

格，以利于工业加工制作。

（5）风管断面尺寸确定后，应按管内实际流速计算压损。

压损计算应以最不利环路（系统中压损最大的环路）开始。

（6）对并联管道进行压力平衡计算，两分支管道的压力差应满足以下要求：

除尘系统小于10%，其它通风系统小于15%。

否则，必须进行管径调整或增设调压装置（阀门、阻力圈等）使之满足上述要求。

调整管径平衡压力，按下式计算。

d2==d1（△P1/△P2）0.225（mm）

式中：

d1---调整后的管径，mm;

d2－－调整前的管径．mm；

ΔP1一一管径调整前的压力损失，Pa；

ΔP2－－压力平衡基准值（若凋整支管管径，即为干

管的压力损失）Pa。

（7）计算除尘系统的总压力损失（即系统中最不利环路的总压力损失）；

（8）根据系统的总风量、总压力损失选择风机和电动机。

选择通风机的风量应按下式计算：

Q0==（1+K1）Q（m3／h）

式中Q－管道系统的总风量，m3／h；

K1一考虑系统漏风所附加的安全系数。

一般管道取K1＝0～

0.1；除尘管道取K1＝0.1～0.15；

选择通风机的风压按下式计算：

ΔP0==（1+K2）ΔPρ0/ρ==（1+K2）ΔPTP0/T0P

式中ΔP0—管道系统的总压力损失，Pa；

K2一考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系

数。

一般管道取K2＝0.1～0.15；除尘管道取

K2＝0.15～0.2。

ρ0、T0、P0—通风机性能表中给出的空气密度、压力、温度。

ρ、P、T—运行工况下，进入风机时的气体密度，压力和温

度。

计算出Q和ΔP后，即可按通风机产品样本给出的性能曲线或表格选择所

需要通风机的型号规格。

所需电动机的功率Ne可按下式计算：

Ne＝Q0ΔP0K/（3600×1000η1η2）（kw）

式中K－电动机备用系数。

对干通风机、电动机功率为2～5kw时取

1.2，大于5kw时取1.3。

η1一通风机全压效率，可由通风机样本中查得，一般为0.5～0.7。

η2一机械传动效率，对于直联传动为1，联轴器直接传动为0.98

皮带传动为0.95。

七、工程概预算

工程概预算是工程设计的一个重要组成部分。

是综合运用环境经济学知识解决实际工程问题的一个锻炼。

因课题设计时间较短，故只进行一次性投资估算，即设备费、土建费和安装费。

1、设备费

主要包括净化装置本体的费用，管道及其附件费用；风机和电机购置费。

这部分价格主要由市场调研所得，若自行加工，则主要为材料费和加工费。

2、土建费

主要为系统所需的土建部分（包括：

构筑物、设备基础、场地处理及必要的拆迁费用。

），一般说来，对部分湿式除尘器土建费所占比例较大，如麻石水膜除尘器；这一部分计算主要参照当地建筑定额计算。

3、安装费

此项费用主要根据设备安装的复杂程度确定，一般不大于设备费的20%。

4、人员配置

主要考虑实际需要的操作工、分析工与管理人员、技术人员。

附录一.课程设计题选

设计课题一

某研究所空气污染控制工程设计任务书

某地质研究所矿石破碎研磨车间，有四台破碎研磨机，任务是将小块矿石破碎后磨细，作为分析物化性质样品用。

在破碎、研磨过程中产生粉尘，使车间环境恶化，并造成周围环境的粉尘污染，今拟设置局部排气罩将粉尘收集，并选择适当的处理方法与处理设备，对其加以控制。

一、该车间的主要设备及布置如附图所示。

二、污染源几何形状、尺寸相对位置（产生污染）

1、颚式破碎机：

长750mm，宽350mm，高800mm。

碎石由机体下部排卸，机体背部有粉尘泄漏。

2、密封式中碎机：

长700mm，宽300m．高750mm

供料口为产尘口，下部也有粉尘泄漏。

3、密封式干碾机：

长360mm，宽400mm．高800mm

供料口为产尘口

4、双轮细矿石碾机：

长720mm,宽720mm，高810mm。

双轮暴露产生干扬尘

各台设备的后背距墙壁均为1000mm，设备之间距离均为1500mm.

三、室外空间：

南墙外1500mm内可布置净化设备，此外为人行道。

四、工艺操作条件：

破碎机为粗碎和细碎轮流工作，每次开机二台，即先开颚式和密闭式破碎机，将所需矿石进行碾碎后停机，然后再开启两台研磨机进行研磨。

粉尘粒径分布表

粒径（μm）

0.5—1.0

1.0—1.4

1.4—1.8

1.8—2.2

2.2—2.6

百分比（%）

0.23

2.35

8.3

14.95

20.1

粒径（μm）

2.6—3.0

3.0—3.4

3.4—3.8

3.8—4.2

百分比（%）

20.85

18.8

10.65

3.77

五、设计要求：

1．认真分析所要处理对象，逐个进行设计方案比较，确定相对合理、经济的处理工艺流程和设施。

2．写出总体设计方案说明书：

1工程概况

2工艺流程选择（包括：

选择依据、方案比较、及选择结果）

3设计计算结果概述。

4经济概算。

3．写出详细的设计计算书：

1集气罩的设计计算；

2除尘器的设计计算；

3管道系统设计计算；

4风机的选择设计。

4．画出整个净化系统的平面布置图、侧视图（包括管道布置及连接方式）及除尘器的主要结构图。

（3＃图）

设计题二

××公司酸雾控制系统设计任务书

一、工程概况：

安徽省某化工有限公司位于××县××村，主要产品为染料中间体1,4－二羟基蒽醌及其衍生产品。

在日常的生产过程中，尤其1,4－二羟基蒽醌的生产过程中产生一定的酸雾和异味，对下风向居民的生活产生了较大影响。

为使该项目废气排放达到环保要求，树立企业形象，实现可持续发展目标。

按照有关环境保护部门的要求，该公司拟对现有生产设施的废气排放采取一定工程措施进行处理，变无组织排放为有组织排放，最大限度地减少生产废气对厂区周围居民的影响。

根据现场调查发现，该企业酸雾和异味产生主要来自1,4－二羟基蒽醌的生产过程，主要产生点为：

4个缩合反应釜的加料口、水解工段的排气管、浆料的脱水过程和干燥工段的排气口。

酸雾产生主要是缩合反应釜加料反应过程的反应生成酸，排放持续时间为每次20分钟，排放量约为2kg，4个反应釜轮流加料，一班加料一次。

同时要求对水解工段的少量酸雾也进行控制。

具体各设施的布置详见附图。

要求编制设计说明书和计算书，并绘制系统管线图和装置结构图。

二、设计要求：

1、认真分析所要处理对象，逐个进行设计方案比较，确定相对合理、经济的处理工艺流程和设施。

2、写出总体设计方案说明书：

5工程概况

6工艺流程选择（包括：

选择依据、方案比较、及选择结果）

7设计计算结果概述。

8经济概算。

3、写出详细的设计计算书：

5集气罩的设计计算；

6处理装置的设计计算；

7管道系统设计计算；

8风机的选择设计。

画出整个净化系统的平面布置图、侧视图（包括管道布置及连接方式）及反应器的主要结构图。

（3＃图）

附录2．设计说明书与设计计算书的编写

2．设计说明书的编写

2.1.设计说明书的编写原则

设计说明书是设计单位提交给建设单位的设计文件，即我们通常所说的“设计方案”，以满足审批要求为准。

因此，设计说明书编写必须规范，它一般包括以下内容：

（1）工程概况

这一部分是对设计单位及设计对象的全面概述。

包括：

●建设单位概况，地理位置，生产工艺，污染源情况。

●污染物排放规律，（最好附当地环境监测站监测结果）；

（2）污染排放参数

包括：

烟气量、TSP、SOx、COx、NOx以及其他污染因子的浓度或排放量。

（3）设计依据

即所执行的大气环境质量标准，例如：

GB3095—82。

（4）方案编制原则

●满足污染物排放标准；

●高效低能耗，以较少的投资解决污染问题；

●充分考虑资源综合利用。

2.2.工艺流程选择

一．国内外该种烟气治理工艺状况

此部分包括：

国内外该类烟气治理工艺的发展，治理效果，常用工艺流程等。

二．治理工艺的确定

●根据废气及粉尘的物理化学性质确定可选用的治理工艺流程及设备。

若提出新的工艺方法，还需增加工艺原理说明。

●工艺流程比较，主要对技术经济进行综合比较，最后确定经济实用的工艺流程。

2.3主要处理设施、设备的工艺参数

列出工艺流程中各设备及附属构筑物的工艺参数，顺序基本上按照工艺流程的顺序（不必写出计算过程）。

2.4电气及自控系统

2.5工程概算

●设备及材料费用概算

以表格形式列出工艺流程中所需的设备及材料的数量、单价、合计等。

●土建费用

包括构筑物、设备基础、场地处理及必要的拆迁费用。

要说明取费依据。

●安装费

一般取所需安装设备工程总造价的10%，需高空作业另按定额增加。

●设计费

按工程的复杂程度而定，一般取费范围为3.0—5.0%。

●税费

根据承建单位所应付税费计，一般包括营业税、增值税等。

●不可预见费

此项费用根据工程复杂程度及各种材料价格的波动程度而定。

●总计

为以上各项费用之和。

2.4劳动定员表

根据设备的运行需要确定运行班次，每班操作工、分析工、技术管理人员。

2.5运行费用估算

2.5.1.1动力费

列出总装机功率，设备运行情况（连续运行、间歇运行），计算出年动力费用。

2.5.1.2药品及材料费用

根据设备运行所需的药品、水及其他材料费。

2.5.1.3设备折旧及大修费

设备及大修费的年折算值。

2.5.1.4人员费用

人均工资乘以定员数。

五.运行费总和

以上各费用之和。

附录三。

设计计算书的编写

设计计算书的相对比较详实，主要作为技术档案存档备查。

一般说来，它包括以下内容：

●按工艺顺序进行各个设备、构筑物的设计计算（包括：

所使用的计算依据、计算公式、参数选取、计算结果以及必要的结构示意图）；

●设备工艺参数的选取和确定（若以试验结果作为设计依据，最好附上实验表格）；

●各种费用的估算（依据、计算）。

附录四。

图件的绘制

图件的绘制主要按照相应的规范执行，本课程设计应绘制图件包括：

平面布置图、立面图，由于时间及设计要求不作设备及构筑物详图。