大气污染控制工程课程设计.docx
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大气污染控制工程课程设计
课程设计
题目
学院
专业
姓名
学号
指导教师
课程设计评语
学院专业
姓名班级学号
题目
指导小组或指导教师评语：
评定成绩
2012年月日负责人或指导教师
济南大学
课程设计任务书
学院资源与环境学院专业环境工程
姓名学号
设计题目：
一、课程设计原始资料
甲苯浓度500mg/m3,允许的排风速度最大1.5m/s；车间有3个，相距5m。
车间平均温度：
25℃
允许罩内最大负压：
25Pa；
允许压力损失：
1000pa
按中国（GB16297-1996）大气污染物综合排放标准最高允许浓度排放
环境温度：
-9℃
当地气压：
100KPa
净化系统布置场地在车间北侧20-25米以内
二、课程设计应完成的工作
1、根据排气量以及当地气候条件等数据确定烟气出口速、烟囱高度，直径；
2、选择风机；
3、完成风机、烟囱的位置及管道布置
4、按照工程制图要求绘制一张烟囱和系统A3图。
济南大学
目录
1.绪论…………………………………………………………………………1
1.1烟囱的作用……………………………………………………………..5
1.2烟囱的分类5
1.3烟囱的防腐7
1.4烟囱的材料9
1.5烟囱设计的一般原则10
1.6烟囱的设计目的及要求10
1.6.1设计目的10
1.6.2设计要求11
2.除尘系统设计的原始资料………………………………………………11
3烟囱设计计算………………………………………………………………12
3.1烟囱出口处烟气速度的计算12
3.2烟囱内径与烟囱高度的计算13
4.烟气设计中的几个问题：
…………………………………………………….9
5.风机的选择……………………………………………………………….15
5.1通风机风量16
5.2通风机风压17
5.3选型17
型号18
6.课程设计小结………………………………………………………………..18
参考文献19
某车间气体净化系统中烟囱的设计
1.绪论
甲苯是有机化工的重要原料，但与同时从煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的产量相对过剩。
一些车间在生产中会制造大量的甲苯，对环境造成一些潜在的威胁。
甲苯的危险性具体体现为：
健康危害：
对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用。
急性中毒：
短时间内吸入较高浓度该品可出现眼及上呼吸道明显的刺激症状、眼结膜及咽部充血、头晕、头痛、恶心、呕吐、胸闷、四肢无力、步态蹒跚、意识模糊。
重症者可有躁动、抽搐、昏迷。
慢性中毒：
长期接触可发生神经衰弱综合征，肝肿大，女工月经异常等。
皮肤干燥、皲裂、皮炎。
环境危害：
对环境有严重危害，对空气、水环境及水源可造成污染。
燃爆危险：
该品易燃，具刺激性。
1.1烟囱的作用
在于使其根部产生足够吸力，克服焦炉加热系统阻力（包括分烟道阻力）和下降气流段热浮力，从而使炉内废气排出，空气吸入。
炉内上升气流热浮力则有助于气体流动和废气排出。
烟囱根部吸力靠烟囱内热废气的浮力产生，其值由烟囱高度和热废气与大气的密度差决定。
烟囱的工艺设计主要是根据加热系统的阻力和浮力值确定根部需要的吸力值，并据此计算烟囱高度和直径。
1.2烟囱的分类
一般有砖烟囱、钢筋混凝土烟囱和钢烟囱三类。
1、钢烟囱（steelchimney）:
钢烟囱自重小，有韧性，抗震性能好，适用于地基差的场地；但耐腐蚀性差，需经常维护。
钢烟囱按其结构可分为拉线式、自立式和塔架式。
拉线式钢烟囱。
耗钢量小,但拉线占地面积大,宜用与高度不超过50米的烟囱。
自立式钢烟囱。
一般上部呈圆柱、下部呈圆截锥形,筒壁钢板厚6～12毫米，建造高度不超过120米。
塔架式钢烟囱。
与塔架式排气塔相似,整体刚度大,常用与高度超过120米的高烟囱。
塔架式钢烟囱由塔架和排烟管组成，塔架是受力结构，平面呈三角形或方形。
塔架内可以设置一个或几个排烟管。
自立式钢烟囱（self-supportingsteelchimney）：
筒身在不加任何附加受力支撑条件下，与基础一起构成一个稳定结构的钢烟囱。
拉索式钢烟囱（guyedsteelchimney）：
筒身与拉索共同组成稳定体系的钢烟囱。
塔架式钢烟囱（framedsteelchimney）：
筒身与塔架共同组成稳定体系的钢烟囱。
2、钢筋混凝土烟囱（reinforcedconcretechimney）：
多用与高度超过50米的烟囱。
其优点是抗风、抗震性能好，施工简便，维修量小。
外形为圆截锥形，沿高度有几个不同的坡度，坡度变化范围为0～10％。
筒壁厚度约为140～800毫米,混凝土标号为200～300号。
钢筋混凝土烟囱按内衬布置方式的不同，可分为单筒式、双筒式和多筒式。
单筒式烟囱。
内衬紧靠外筒，并将内衬和保温层直接支承与外筒壁向内挑出的环形挑头上。
其特点是结构简单、造价低，但应注意外筒的防护，免受烟气侵蚀。
双筒式烟囱。
内衬筒与外筒完全分开，两筒间留有较宽的通风检修通道。
内衬筒可以分段支承与外筒壁上，也可以做成独立自承重形式。
其特点是外筒壁基本上不受烟气的温度作用和烟气的侵蚀。
多筒式烟囱。
用在多台锅炉合用一个烟囱并要求烟囱顶部烟气的出口流速基本保持不变的情况。
一般每台锅炉设置一个排烟管。
排烟管分段支承与各层平台上，也可全部直接支承与基础上。
3、砖烟囱（brickchimney）：
高度一般不超过50米,多数呈圆截锥形,外表面坡度约为2.5％,筒壁厚度约为240～740毫米，用普通黏土砖和水泥石灰砂浆砌筑。
为防止外表面产生温度裂缝,筒身每隔1.5米设一道预应力扁钢环箍或在水平砖缝中配置环向钢筋。
位与地震区的砖烟囱，筒壁内尚须加配纵向钢筋。
为减少现场砌筑工作量，可采用尺寸较大的组合砌块、石块、耐热混凝土砌块砌筑。
烟囱也可分为：
单筒式烟囱（singletubechimney）：
内衬分段支承在筒壁上的普通烟囱。
套筒式烟囱（tube-in-tubechimney）：
筒壁内设置一个排烟筒的烟囱。
多管式烟囱（multi-fluechimney）：
两个或多个排烟筒共用一个筒壁或塔架组成的烟囱。
1.3烟囱的防腐
为了解决湿烟囱的防腐问题,必须寻求一种耐酸防腐、耐温变强、耐高温同时耐磨附着力又好的材料。
相关数据表明，为了解决这一难题，各厂家先后采用了增设钢内筒加钛板防腐、在混凝土烟囱内加装钢排烟筒、钢排烟囱内用聚脲弹性体防腐、在耐火砖上喷涂耐火胶泥、采用轻型耐酸浇注料进行整体浇注等方法，均未得到行业的一致认可。
1、ZS-1041烟气防腐涂料与传统的聚脲、泡沫玻璃砖、玻璃鳞片、OM涂料或胶泥不同，它耐温幅度高，涂层轻盈、使用寿命长，耐久性好，损坏的涂层可以方便地进行修补。
在制备、涂装和形成涂层过程中对环境无污染。
①、烟囱防腐涂料涂层有优良的耐化学腐蚀特别是冷凝硫酸腐蚀的能力；
②、烟囱防腐涂料与钢基体有非常好的粘结力。
③、烟囱防腐涂料涂层有非常高的抗水蒸汽渗透性能；
④、烟囱防腐涂料涂层还有较高的抗挠曲性及热膨胀抗变性，能抵抗钢烟囱虽经加固但仍不可避免的运行中振动；
⑤、烟囱防腐涂料涂层有优异的耐高温和耐温度急变的性能，可满足长期工作温度在45-600℃之间波动，短期运行温度800℃，保护动作温度850℃。
2、玻璃钢（FRP）
①由于玻璃钢化学腐蚀而且造价比高镍合金低，所以许多湿法脱离系统装置使用玻璃钢已取得了很好的效果，根据国外资料介绍，玻璃钢已在湿法脱硫系统以下方面获得了成功的应用：
吸收塔塔体，石灰溶解槽，集液器，除雾器，浆液输送管道，烟道，烟囱。
②由于玻璃钢内表光滑，不易积垢，耐磨耐酸，所以在流速很高及颗粒物浓度较高的区域通常都有比较好的效果。
玻璃钢系列的防腐材料在国内市场上比较常见的有:
环氧树脂，改性的有OM特种防腐涂料。
3、橡胶
在国内市场上比较常见的有硅橡胶，聚脲，但该产品不耐高温，防水防酸性能极好，不利于燃煤机组长时间直排。
4、玻璃磷片
由于玻璃鳞片的主要填充材料是SiO2，其耐温性，耐酸性极好，在市场上比较常见的有：
泡沫玻璃砖和玻璃鳞片。
5、耐酸胶泥。
①用途：
用于湿法脱硫耐酸砖内筒烟囱内衬防腐。
涂层耐温性及耐酸性能好、附着力强、使用寿命长（20年以上），可以承受高低温烟气的长期冲刷和急热急冷工况下的长期作用，是湿法FGD后排放净烟气的烟囱内衬防腐的专用涂料材料。
②特性：
KY2耐酸胶泥涂料是以优质高硅粉、分散剂、固定剂以及细粒料等为原料，按一定比例科学配制而成，它具有以下优良特性：
优良的耐化学介质，耐高温湿态腐蚀性气体性能；极低的水蒸气渗透率、硬化收缩率低、线膨胀系数低；能承受高低温烟气的长期冲刷和急热急冷之工况；极佳的耐磨性；良好的粘接性；常温硬化，成型施工简单、修补容易。
1.4烟囱的材料
1、砖石
①砖烟囱筒壁的材料应按下列规定采用：
烧结普通黏土砖强度等级不应低于MU10，水泥石灰混合砂浆强度等级不应低于M5。
②石砌基础的材料应采用未风化的天然石材。
③规范中给出了砖砌体在温度作用下的抗压强度设计值和弹性模量，若不考虑温度的影响，可按国家标准《砌体结构设计规范》（GB50003）的规定采用。
2、混凝土
①钢筋混凝土烟囱筒壁用的混凝土宜采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥配制，强度等级不应低于C25；水灰比不宜大于0.5，每立方米混凝土水泥用量不应超过450kg；混凝土的骨料应坚硬致密，粗骨料宜采用玄武岩、闪长岩、花岗岩、石灰岩等破碎的碎石或河卵石，细骨料宜采用天然砂；粗骨料粒径不应超过筒壁厚度的1/5和钢筋净距的3/4，同时最大粒径不应超过60mm。
②基础及烟道的混凝土强度等级按下列规定采用：
刚性基础不应低于C15；板式基础不应低于C20；壳体基础不宜低于C30；烟道不应低于C20。
3、钢材
①钢筋混凝土筒壁的钢筋宜采用HRB335级钢筋。
②钢烟囱塔架和筒壁可采用Q235、Q345、Q390、Q420钢。
处在大气潮湿地区的钢烟囱塔架和筒壁或排放烟气属于中等腐蚀性的筒壁宜采用Q235NH、Q295NH或Q355NH可焊接低合金耐候钢。
烟囱的平台、爬梯和砖烟囱的环箍宜采用Q235钢。
（4）隔热材料
常用的隔热材料有硅藻土砖、膨胀珍珠岩、水泥膨胀珍珠岩制品、高炉水渣、矿渣棉和岩棉等，其干燥状态下的重力密度不宜大于8kN/m3
1.5烟囱设计的一般原则
1、烟囱高度除遵守大气污染物综合排放标准排放速率标准值外，还应高出周围200m半径范围的建筑物5m以上；不能达到该要求的排气烟囱，应按其高度对应的排放速率标准值减少50%执行。
2、两个相同的污染物的烟囱，若其距离小于其几何高度之和，应合并视为一根等效排气烟囱，若有3根以上的近距排气烟囱，且排放同种污染物时，应以前2根的等效排气烟囱一次与第3、第4根排气烟囱取等效值。
3、若某排放烟囱的高度处于本标准列出的两个值之间，其执行的最高允许排放速率以内插法计算；当某排气烟囱的高度大于或小于本标准列出的最大值或最小值时，以外推法计算其最高允许排放速率。
4、新污染源的排气其烟囱一般不低于15m。
若某新污染源的排气烟囱必须低于15m时，其排放速率标准值按外推计算结果再减少50%。
5、新污染源的无组织排放应从严控制，一般情况下不应有无组织排放存在。
6、烟囱的基础埋深不应小于周围建筑物和构筑物基础的埋深，通常都在2～5米之间，在有地下烟道的情况以及对于高度超过150米的烟囱，尚须适当加深。
7、对于设计的高烟囱（大于200m），若所在地区上部逆温出现频率较高时，则应按有上部逆温的扩散模式校核地面污染物浓度。
8、排放大气污染物的排气筒，其高度不得少于15m。
9、排气筒高度应比主厂房最高点高出3m以上。
10、分散的烟囱不利于产生较高的抬升高度。
当需设几个烟囱时，应尽量采用多管集合的烟囱。
1.6烟囱的设计目的及要求
1.6.1设计目的
1.课程设计的目的在于进一步巩固和加深课程理论知识，并能结合实践，学以致用。
2.工程设计的基本方法、步骤，技术资料的查找与应用。
3.基本计算方法及绘图能力的训练。
4.综合运用本课程及其有关课程的理论知识解决本工程中的实际问题。
5.熟悉、贯彻国家环境保护法规及其它有关政策。
6.通过课程设计全面总结课程学习的成果，加深对课程理论内容的理解，掌握应用理论知识解决实际工程问题的完整过程。
1.6.2设计要求
1、根据排气量以及当地气候条件等数据确定烟气出口速、烟囱高度，直径；
2、选择风机；
3、完成风机、烟囱的位置及管道布置
4、按照工程制图要求绘制一张烟囱和系统A3图。
2.除尘系统设计的原始资料
甲苯浓度500mg/m3,允许的排风速度最大1.5m/s；车间有3个，相距5m。
车间平均温度：
25℃
允许罩内最大负压：
25Pa；
允许压力损失：
1000pa
按中国（GB16297-1996）大气污染物综合排放标准最高允许浓度排放
环境温度：
-9℃
当地气压：
100KPa
净化系统布置场地在车间北侧20-25米以内
3烟囱设计计算
3.1烟囱出口处烟气速度的计算
排气筒出口处烟气速度
不得小于风速
的1.5倍。
式中：
----排气筒出口高度处环境风速的多年平均风速，
----韦伯斜率；
----
函数,
，按下表进行查询：
表C1
函数值表
λ
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2.0
1.0000
0043
0086
0131
0176
0222
0269
0316
0365
0415
1
0465
0516
0568
0621
0675
0730
0786
0842
0900
0959
2
1018
1078
1140
1202
1266
1330
1395
1462
1529
1598
3
1667
1738
1809
1882
1956
2031
2107
2184
2262
2341
4
2422
2503
2586
2670
2756
2842
2930
3019
3109
3201
5
3293
3388
3483
3580
3678
3777
3878
3981
4084
4190
6
4296
4404
4514
4625
4738
4852
4968
5085
5204
5325
7
5447
5571
5696
5824
5953
6084
6216
6351
6487
6625
8
6765
6907
7051
7196
7344
7494
7646
7799
7955
8813
9
8274
8436
8600
8767
8936
9108
9281
9457
9636
9817
按照以下公式可算出表中未列出的函数值：
由原始资料得：
，根据上式计算得：
由
得：
所以
3.2烟囱内径与烟囱高度的计算
设：
烟气排放流量
，烟气出口处的烟流温度
，环境背景浓度
，
已知：
环境大气温度
，国家标准规定的浓度限值
，所以
烟囱出口内径
烟气抬升高度
烟囱高度
取烟囱高度
烟囱入口内径
根据计算以及查阅资料确定本设计中的烟囱选择钢筋混凝土烟囱，烟囱高度为
筒壁厚为
出口内径与入口内径分别为0.6m和1.68m。
其系统布局图如下：
4.烟气设计中的几个问题：
1.对于设计的高烟囱，（大于200米）若所在地区上部逆温出现频率较高时，则应按有上部逆温的扩散模式校核地面污染物浓度
实际观测表明，当混合层厚度在760-1065m之间，有上部逆温存在时它造成的地面最大污染物浓度可能达到锥形扩散的3倍，最大浓度可持续2-4小时。
在这种情况下，用增加烟囱高度来减小地面污染物浓度的方法是不经济的。
对于设计的中、小型烟囱，当辐射逆温很强时，则按熏烟型扩散模式校核地面污染物浓度。
2.烟气抬升公式的选择也是烟囱设计的重要一环
应选择抬升公式的适用条件和设计条件相近的公式，建议采用
《环境影响评价技术导则—大气环境》（HJ/T2.2-93）推荐的公式。
3.关于气象参数的取值有两种方法
一种是取多年的平均值，另一种是取某一保证频率的值。
例如，若已知烟囱高度处的风速大于3m/s的频率为80%，取u=3m/s，就可以保证在80%的情况下污染物浓度不超过标准，而平均地面最大浓度可能比标准更低。
4.烟囱高度设计中应注意以下具体要求
（1）.工矿企业点源排气筒高度不得低于它所从属建筑物高度的两倍，并且不得直接污染临近建筑物。
这样可以避免烟流受建筑物背风面涡流区影响。
（2）.由上述各式计算出的排气筒高度为H0，在排气筒四周存在居住、工作等需要保护的建筑群，其平均高度为Hc，则排气筒的实际高度应设计为：
Hs=H0+2/3Hc
（3）.排放大气污染物的排气筒，其高度不得低于15m。
（4）.对于总量控制区内的排气筒，当二氧化硫排放率超过14kg/h，或氮氧化物排放率超过9kg/h，或一氧化碳排放率超过180kg/h排气筒高度皆必超过30m。
（5）.排气筒出口烟气速度vs不得小于按下式计算出的风速uc的1.5倍，以免避免烟囱本身引起的下洗现象：
uc=u（2.303）1/K/（1+1/K）
K=0.74+0.19u
式中：
u—排气筒出口高度处多年平均风速，m/s；
K—韦伯斜率；
（）--函数，=1+1/K，可按《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》附录C查算。
（6）.排气筒高度应比主厂房最高点高出3m以上。
（7）.为了获得较高的烟气抬升高度，排气筒出口烟气速度vs宜为20-30m/s排烟温度也不宜过低。
（8）.分数的烟囱不利于产生较高的抬升高度。
当需要几个烟囱时应尽量采用多管集合烟囱。
总之，烟囱设计时必须考虑到多种因素的影响，权衡利弊，才能得到较合理的设计方案。
5.风机的选择
风机可分类很多种,如：
负压风机,水空调,水帘,屋顶风机等下通风降温设备。
负压风机主要是利用空气对流,负压换气的降温原理来进行工作.由安装地点对向大门或者是窗户自然吸入新鲜的空气,迅速将室内的空气排出室外。
冷风机主要利用地下水进行工作,夏天利用水泵把水抽出来,在经过室内的风机盘来达到降温的目的。
正确选择风机是保证整个净化系统能否正常工作的关键。
风机选择不当，就会造成达不到设计要求，或导致投资和能耗的浪费。
选择风机时应注意下面几个问题。
⑴根据输送气体的性质，确定风机类型。
如输送清洁气体，可选择一般通风换气用的风机；输送腐蚀性气体，要选用防腐蚀风机；输送易燃气体或含尘气体，要选用防爆风机或排尘风机。
⑵根据所需风量、风压或选定的风机类型，确定风机机号。
为了便于接管和安装，还要考虑合适的风机出口方向和转动方向。
⑶考虑到管道可能漏风，有些阻力计算不够完善，选用风机的风量和风压应大于通风系统计算的风量和风压。
⑷风机样本上的性能参数是在标准状况（大气压力为101325Pa，温度为20℃，相对湿度为50%）下得出的，如实际使用情况不是标准状态，风机的风压就会变化，风量不变。
因此选择风机时应对参数进行换算。
⑸在满足风量和风压的条件下，尽可能选用噪声低、工作效率高的风机。
根据系统的总风量、总阻力损失选择通风机。
5.1通风机风量
已知：
系统计算的总风量
考虑系统漏风的安全系数
，一般取
，设计中取
则通风机风量：
5.2通风机风压
已知：
管道计算的总阻力损失
安全系数
，一般取
，设计中取
；
通风机性能表中给出的标定状态的空气密度、压力、温度分别为
运行工况下进入风机时的气体密度、压力、温度分别为
则通风机风压：
所需电动机的功率Ne可按下式计算
代人得Ne=4.73（kW）
5.3选型
根据引风机的风量和风压来选择风机，电机型号，一般选择风压稍大的引风机，选择引风机同时必须考虑到当地的气压和介质湿度对引风机特性的修正。
此外不能超过风机限定的使用介质范围，按下表：
根据计算出的风量，风压值可以从《机械产品目录》查出缴合适的风机型号。
风机参数
型号
名称
全压范围
风量范围
功率范围
介质最高温度℃
Y6-41（9C）
净化通风机
2495-3338
25630-13239
37-4
200
6.课程设计小结
这是我们第一次做课程设计，既新鲜又夹杂着些害怕。
但是通过这次课程设计我们学会来了工程设计的基本方法、步骤，也学会了技术资料的查找与应用。
同时基本计算方法及绘图能力的训练也得到了提高。
同样重要的是，在这次课程设计中，我们既能独立地完成自己的那一小方面的设计，又能和队友团结合作完成整个题目的设计，在提高个人能力的同时也增强了我们与人合作的能力。
两个星期的课程设计我们收获的不仅仅是课本上的知识，这将是我们大学生活中不可或缺的一个过程，甚至也会在我们以后的道路上给予我们更多的启示。
参考文献
[1]何争光.大气污染控制工程及应用实例[M].北京，化学工业出版，2004
[2]方德明，陈冰冰.大气污染控制技术及设备北京，化学工业出版社，2005.7
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