前言

    人类不仅能适应自然环境，而且还能开发利用自然资源，改造自然环境，使环境更加适合于人类生存。在人为活动影响下形成的环境，称为次生环境。工农业生产排放大量有毒有害污染物，严重污染大气、水、土壤等自然环境，破坏生态平衡，使人类生活环境的质量急剧恶化，人类生产和生活活动排入环境各种污染物，特别是生产过程排放的污染物种类极多，而且随着科学技术和工业的发展，环境中污染物的种类和数量还在与日俱增。这些污染物随同空气、饮水和食物进入人体后，对人体健康产生各种有害影响 。大气污染是随着产业革命的兴起，现代工业的发展，城市人口的密集，煤炭和石油燃料的迅猛增长而产生的。近百年来，西欧，美国，日本等工业发达国家大气污染事件日趋增多，本世纪50-60年代成为公害的泛滥时期，世界上由大气污染引起的公害事件接连发生，例如：英国伦敦烟雾事件，日本四日市xx事件，美国洛杉矶烟雾事件，印度博帕尔毒气泄漏事件等等，不仅严重地危害居民健康，甚至造成数百人，数千人的死亡。我国随着经济的快速发展，因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。空气污染以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘。据统计，1990年全国煤炭消耗量10.52亿吨，到1995年煤炭消耗量增至12.8亿吨，二氧化硫排放量达2232万吨。超过欧洲和美国，居世界xx。由于我国部分地区燃用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断增加，造成严重的环境污染。如不严格控制，到2010年我国煤炭消耗量增长到15亿吨时，                二氧化硫排放量将达2730万吨。  因而已经到了我们不得不面对的时候。这里

我们将用科学的态度去防治！

概述

1、 气态污染物
   ⑴、气态污染物的分类
    气体状态污染物是指以分子状态存在的污染物，简称为气态污染物。气态污染物种类很多包括无机物和有机物两种，但大部分为无机气体。
     无机气态有硫化物（SO2、SO3、H2S等）、含氮化合物（NO、NO2、NH3等）、卤化物（CL2、HCL、HF、SiF4等）、碳化合物（CO、CO2等）以及臭氧等。
     有机气态污染物则有碳氢化合物（烃、芳烃、稠环烃等）、含氧有机物（醛、酮、酚等）、含氮有机物9芳青胺类化合物、腈等）、含硫有机物（流醇、噻吩、二硫化碳等）、含氯有机物（氯代烃、氯醇、有机氯农药等）等。
     直接从污染源排出的污染物称为一次污染，一次污染物与空气中原有成分或几种污染物之间发生一系列化学或光化反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物，称为二次污染物。 在大气污染中受到普遍重视的二次污染物主要有硫酸雾（Sulfurous smog），光化学烟雾(Photochemical smog )如酸雨（PH〈5.6的大气降雨〉。
     硫酸烟雾是空气中的二氧化硫等含硫化合物在有雾、重金属尘或氮氧化合物存在的情况下，发生一系列化学反应而生成的硫酸盐气溶胶，光化学烟雾则是在太阳光照下化学反应而生成的淡蓝色烟雾，其主要成分是臭氧、过氧乙酰基硝酸脂（PAN）、醛类以及酮类等。
    ⑵气态污染物的危害
    空气中二氧化硫的主要危害是刺激和腐蚀呼吸道黏膜，引起炎症和气道阻力增加，继续不断作用会导致慢性鼻咽炎，慢性气管炎等。根据世界卫生组织资料，居民长期接触接近年平均浓度超过100mg/m3的烟尘和二氧化硫；短期接触日平均浓度超过250mg/m3的烟尘和二氧化硫，能促使呼吸系统疾病加重，患者病情恶化。
    大气中二氧化硫可被氧化成硫酸雾，随飘尘直接进入肺泡。它的危害作用比二氧化硫大10倍。由二氧化硫排放引起的酸雨污染范围不断扩大，已由80年代初的西南局部地区，扩展至西南，华中，华南和华东的大部分地区，目前年均降水PH值低于5.6的地区已占全国面积的40%左右。酸雨和二氧化硫污染危害居民健康，腐蚀建筑材料，破坏生态系统，造成了巨大经济损失每年多达200多亿元，已成为制约社会经济发展的重要因素之一。酸雨目前已经酿成公害。
从近几年城市大气环境质量监测结果来看，虽然煤烟型大气污染源的治理取得了显著的效果，但城市大气环境整体质量却没有得到明显的改善，有些指标的监测结果还呈递增趋势，说明大气污染源的结构在发生变化。监测分析表明，机动车辆排气型污染已代替煤烟型污染，成为城市主要大气污染源，并且这一趋势还将继续发展。汽车尾气对大城市大气环境也造成了严重的污染，现在大气中有害物浓度是1987年的十几倍，主要污染物是：一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物、碳氢化合物，苯并（a）芘和铅等。尤其是含有较高浓度的苯并（a）芘和铅。苯并（a）芘在体内是强烈的致癌物质。铅影响造血功能和神经功能，特别是影响婴幼儿、儿童和青少年神经和智能的发育。碳氢化物、氮氧化合物、醛类等污染物，在阳光紫外线作用下相互作用，可以生成光化学烟雾，使毒性加剧。`从以上的分析和实际情况来看，汽车尾气对环境造成了严重的污染，危害居民健康，尤其对老人、婴幼儿、心肺疾病患者以及交通xx的身体健康危害更大。
    有一些气体列如CO、氟氧烃类等，过去并不视为大气器污染物加以控制，近年来的研究发现，它们在全球气候变化产生重大影响，氟氧烃类气体破坏臭氧层，过多的CO则使大气温度升高，因此现在有也作为大气污染物限制排放。
 ⑶、气体污染物的净化
    气态污染物的净化方法有吸收净化法，吸附净化法，催化净化法，燃烧净化法，冷凝净化法，生物净化法，电子束照射净化法和膜分离法等。
   吸收净化法：是利用废气中各混合组分在选定的吸收剂中溶解度不同，或者其中某一种或多种组分与吸收剂中活性组分发生化学反应，达到将有害物从废气中分离出来，净化废气的目的的一种方法。
吸收的基本理论
    当采用某种液体处xx体混合物时，在气-液相的接触过程中，气体混合物中的不同组分在同一种液体中的溶解度不同，气体中的一种或数种溶解度大的的组分将进入到液相中，从而使气相中各组分相对浓度发生了改变，即混合气体得到分离净化，这个过程称为吸收。

水泥厂配料车间粉尘污染治理工程(课程)设计

一、 设计基础资料

l        计量皮带宽度:450mm

l        配料皮带宽度:700mm

l        皮带转换落差:500mm

l        设粉尘收集后,粉尘浓度为2000mg/m³,粉尘的粒径分布如下表.

二、 设计要求

l        排放浓度小于50 mg/m³

l        设计二级除尘系统,{dy}级为旋风除尘器,第二级为电除尘器或者袋式除尘器.

l        计算旋风除尘器的分级除尘效率和除尘系统的总效率.

l        选择风机和电机

l        绘制除尘系统平面布置图

l        绘制除尘器本体结构图

l        编制设计说明书.

三、设计计算

（一）、集气罩的设计：

1、集气罩：

空气污染物在车间的扩散机理是污染物依附于气流的运动，就可以控制污染物的扩散和飞扬，从而达到改善车间内外空气环境质量的目的。局部排气通风方式，就是在局部污染源设置集气罩，将污染气流捕集起来并经净化装置净化后排至室外。这是控制车间空气污染最常用、xxx的方法。

密闭罩是将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩。其作用原理是使污染物的扩散限制在一个很小的密闭空间内，仅在必须留出的罩上开口缝隙处吸入若干室内空气，使罩内保持一定负压，达到防止污染物外逸的目的。密闭罩的特点是，与其他类型集气罩相比，所需排风量最小，控制效果{zh0}，且不受室内横向气流的干扰。所以，在设计中应优先考虑选用。一般来说，密闭罩多用于粉尘发生源，常称为防尘密闭罩。

集气罩的设计要求

(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，以便防止横向气流干扰，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

2、集气罩的设计选型：

密闭罩的布置要求

(1)尽可能将污染源密闭，以隔断污染气流与室内气流的联系，防止污染物随室内气流扩散。罩上的观察孔和检修孔应尽量小些，并躲开气流正压较高的位置。

(2)密闭罩内应保持一定的均匀负压，避免污染物从罩上缝隙外逸，为此需合理地组织罩内气流和正确地选择吸风点的位置。

(3)吸风点位置不宜设在物料集中地点和飞溅区内，避免把大量物料吸人净化系统。处理热物料时，吸风点宜设在罩子顶部，同时适当加大罩子容积。

4)设计密闭罩，应不妨碍工艺生产操作和方便检修。

根据要求选择带式输送机转运点（落差<1m）局部密闭罩，其基本技术参数如下：

二、管路设计

1、本设计为了防止物料在皮带运输机上转移时产生大气污染，便在皮带转运点上设置一个集气罩，在生料提升机上也设置一个集气罩，共设置了八个集气罩，其管道布置如下图所示：

根据《除尘工程设计手册》取垂直管内气体流速为12m/s，水平管内的流速为18m/s，垂直管径取200mm，则：

Q₁=Q₂= m³/h

Q₃=1357.2 2=2714.4m³/h

Q₄=5428.8m³/h

Q₅=8143.2m³/h

Q₆=10857.6m³/h

2、管道与管径压力损失计算：

对于管道全部使用无缝钢管

管段①：Q1=1357.2 m³/h，V=12m/s，查表得： /d=0.104，动压86.5Pa，则摩擦阻力损失为：

各部件局部压损系数为：集气罩 =0.04，90°弯头 =0.25

  则局部压力损失为：

所以

管段②：Q2=1357.2 m³/h，V=12m/s，查表得： /d=0.104，动压86.5Pa，则摩擦阻力损失为：

各部件局部压损系数为：集气罩 =0.04，合流三通对应的压损系数为 =0.17

  则局部压力损失为：

所以

管段③：Q3=2714.4 m³/h，V=18m/s，查表得： /d=0.0801，动压194.7Pa，则摩擦阻力损失为：

各部件局部压损系数为：合流三通对应的压损系数为 =0.17

则局部压力损失为：

所以

管段④：Q4=5428.8 m³/h，V=18.2m/s，查表得： /d=0.058，动压199.0Pa，管径Dn340mm则摩擦阻力损失为：

各部件局部压损系数为：合流三通对应的压损系数为 =0.17

则局部压力损失为：

所以

管段⑤：Q5=8143.2 m³/h，V=18.2m/s，查表得： /d=0.0452，动压199Pa，管径Dn400mm，则摩擦阻力损失为：

各部件局部压损系数为：合流三通对应的压损系数为 =0.17

则局部压力损失为：

所以

管段⑥：Q6=10857.6 m³/h，V=19.2m/s，查表得： /d=0.0367，动压221.5Pa，管径Dn450mm，则摩擦阻力损失为：

各部件局部压损系数为：合流三通对应的压损系数为 =0.17

则局部压力损失为：

所以

3、并联管路压力平衡：

管段①与管段②：

4、除尘系统管道总压力损失：

2 270.09+6 263.145+326.699+303.13+287.83+262.045=3298.754pa

三、选择风机和电机

1、选择通风机

计算风量： m³/h

2、选择通风机的计算风压：

根据上述风量和风压，在通风机样本上选择C4-73离心风机，其规格如下：

选用配套电机型号为Y180M-2，功率22Kw，转速2940r/min，效率达89%。

复核电机功率为：

                     =

                         =21.5KW<22KW(符合要求)

四、除尘器的设计与选择

按照要求选择设计旋风除尘器和一个二级除尘系统。

旋风除尘器是除尘装置的一类。除沉机理是使含尘气流作旋转运动，借助于离心力降尘粒从气流中分离并捕集于器壁，再借助重力作用使尘粒落入灰斗。旋风除尘器于1885年开始使用，已发展成为多种型式。按其流进入方式，可分为切向进入式和轴向进入式两类。在相同压力损失下，后者能处理的气体约为前者的3倍，且气流分布均匀。普通旋风除尘器由简体、锥体和进、排气管等组成。旋风除尘器结构简单，易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低，已广泛用来从气流中分离固体和液体粒子，或从业体重分离固体粒子。在普通操作条件下，作用于粒子上的离心力是重力的5～2500倍，所以旋风除尘器的效率显著高于重力沉降室。大多用来去除.3μm以上的粒子，并联的多管旋风除尘器装置对3μm的粒子也具有90～99%的除尘效率。选用耐高温、耐磨蚀和服饰的特种金属或陶瓷材料构造的旋风除尘器，可在温度高达1000℃，压力达500×105Pa的条件下操作。从技术、经济诸方面考虑旋风除尘器压力损失控制范围一般为500～2000Pa。

1、旋风除尘器的设计：

（1）、取除尘器进口的速度为18m/s，则进口断面面积为

A=Q/V=10857.6/3600/18=0.168㎡

（2）、选择除尘器的型号为XLT/A，则

入口宽度为：

筒体直径为：D=3.85b=3.85 0.26=1.001m，所以可采取双筒设计组合使用，即：进口断面面积为0.084㎡，入口宽度为0.1833m，筒体直径为0.705m，所以可选型号为XLT/A-7.0 Y型，其技术参数如下所示：(单位：mm)

则实际进口风速为：A=bh=0.084㎡，V=Q/A=17.95m/s

（3）、旋风除尘器的除尘效率的计算：

1、涡流系数：

n= =

假定接近圆筒壁的气流切向速度V近似等于气流的入口速度，即V=17.95m/s，取内外交界面圆柱的直径为：d₀=（0.6～1.0）de=（0.252～0.42）m，取d₀=0.3m

气流在交界面上的切向速度V_T：

V_T=

外涡旋气流平均径向速度Vr：

Vr= = =0.37m/s

查得干空气的热物理性质为 pa·s 则

分割直径： =

 ，所以，其分级除尘效率为：（如下表所示）

为安全起见，去旋风除尘器的总效率为 =80%，则

二级除尘系统的进口浓度 =（1-80%） 2=0.4g/m³=400mg/m³

所以二级除尘器的出口浓度应控制在50 mg/m³以下，则二级除尘器的{zd1}除尘效率为：

=（400-50）/400=87.5%

因此，可以选择除尘效率一般可达99%以上的袋式除尘器。

2、布袋除尘器的设计计算：

布袋除尘器的工作机理是含尘烟气通过过滤材料，尘粒被过滤下来，过滤材料捕集粗粒粉尘主要靠惯性碰撞作用，捕集细粒粉尘主要靠扩散和筛分作用。滤料的粉尘层也有一定的过滤作用。   布袋除尘器除尘效果的优劣与多种因素有关，但主要取决于滤料。布袋除尘器的滤料就是合成纤维、xx纤维或玻璃纤维织成的布或毡。根据需要再把布或毡缝成圆筒或扁平形滤袋。根据烟气性质，选择出适合于应用条件的滤料。通常，在烟气温度低于120℃，要求滤料具有耐酸性和耐久性的情况下，常选用涤纶绒布和涤纶针刺毡；在处理高温烟气(<250℃)时，主要选用石墨化玻璃丝布；在某些特殊情况下，选用炭素纤维滤料等。

　　布袋除尘器运行中控制烟气通过滤料的速度(称为过滤速度)颇为重要。一般取过滤速度为0．5—2m／min，对于大于0．1&micro;m的微粒效率可达99％以上，设备阻力损失约为980—I470Pa 。

　　布袋除尘器细分为很多的种类，MC 系列脉冲长布袋除尘器是在喷吹脉冲（ jet pulse ）除尘技术的基础上，并为满足大风量烟气净化需要而研制的抵压脉冲袋除尘器。它不但具有比反布袋除尘器的清灰能力强、除尘效率高、排放浓度低等优点，还具有稳定可靠、耗气量低、占地面积小的特点，特别适合处理大风量烟气。 MC 系列低压长袋脉冲除尘器已在世界范围内得到广泛应用，在国外也已大量使用、推广，可广泛应用于水泥、冶金、石化、建材、粮食、机械、碳黑、电力、垃圾焚烧、工业窑炉等常温或高温含尘气体的净化及粉尘状物料的回收。

　　该产品综合了分室反吹和脉冲清灰两类除尘器的优点，克服了分室反吹清灰强度不足和一般脉冲清灰粉尘再附等缺点，使清灰效率提高，喷吹频率大为降低。该产品使用淹没式脉冲阀，降低了喷吹气源压力和设备运行能耗，延长了滤袋、脉冲阀的使用寿命，综合技术性能大在提高。

　　性能特点

●设计新颖，采用了进气结构，较粗的高温颗粒直接落入灰斗，有效的保护了滤袋。

●采用长滤袋，在同等处理能力时设备占地面积少，更便于老厂改造。

　　 ●采用分室分离线清灰，效率高，粉尘的二次吸附少，同时有效的降低了设备能耗，滤袋与脉冲阀的疲劳程度也相应降低，成倍地提高了滤袋和阀片的寿命，大量减少了设备运行维护的费用。

　　●检修换袋可在不停系统风机，系统正常运行的条件下分室进行。

　　●滤袋袋口采用弹簧涨紧结构，拆装方便，具有良好的密封性。

　　●箱体经过气密性设计，并以煤油检漏，{zd0}程度上减少漏风。

●整台设备由 PLC 机控制，实现自动清灰、卸灰、自动温度控制及超温报幕。

设计计算如下：

（1）、气体流量Q=10857.6m³/h

（2）、消灰方式及适用滤料：脉冲喷吹清灰

采用玻璃纤维滤料，其特性如下：

（3）、确定过滤速度：Q=2.5m/min

（4）、计算过滤面积：S=Q/V=10857.6/2.5/60=72.384㎡

（5）、选择MC-96型脉冲袋式除尘器，其技术性能如下表所示：

（6）、脉冲控制仪选用：机械脉冲控制仪，脉冲周期为40s

五、烟囪高度的计算：

为防止烟流因受周围建筑物的影响而产生的烟流下洗现象，烟囪高度不得低于它所从属建筑物高度的2倍；为防止烟囪本身对烟流产生的下洗现象，烟囪出口烟气流速不得低于该高度平均风速的1.5倍。为了利于烟气抬升，烟囪出口烟气流速不宜过低，一般宜在20-30m/s，排放温度宜在100℃以上，当设计的几个烟囪相距较近时，可采用集合（多管）烟囪，以便增大抬升高度。

烟囪高度的计算：

直径：

式中：Q:总风量，m³/h

      T:温度

Vg：通常为5~20m/s，设计为18m/s

高度：

式中：Vg：通常为5~20m/s，设计为20m/s

      Vp:当地年平均风速，广州年平均风速为2m/s

      Dc:烟囱直径，m

所以烟囪高度设计为9m。

小结：

环境工程专业培养适应环境工程职业岗位所需的基础理论知识和专业技能，熟悉基本理论，能从事环境污染分析、监测、防治及环境管理{dy}线的高级应用型人才。环境工程专业是一个发展迅速、实践性强，必须与时俱进的专业，我们学习的知识必须与实践认识紧密结合，才能更好地运用于工程实际。通过认识实习，课程实验、课程设计等。我们更好的撑握和加强基础知识，拓展人文素质，优化专业课程，强化技能训练。

当然，课程设计毕竟不是工程设计，在实际的工程设计中需要考虑更多的实际问题，而在课程设计中却不需要考虑这么多的实际问题，但是，课程课程设计确实是考核我们所学的《大气污染控制工程》综合知识应用的{zh0}的方式，通过做一个系统的课程设计，把以前所学的知识连贯起来，联系起来，从而达到一个整体，期间更是涉及到更多的其他方面的知识，如CAD，经验手册等。在一定程度上也可以说课程设计是以后就业时做工程设计的一个雏形。

面对这老师布置下来的课题，从一开始的毫无头绪到去图书馆查找资料，了解整套除尘系统的流程，再到执笔计算，核实，画图，做成文档等历时一个多月。在这一个多月中，发现问题，解决问题是一个很寻常的事，面对着一系列的设计手册，有时候碰到的是每本手册上说的内容不一样，这就更加需要去结合设计的实际去选择了。

当然，期间也是不容忽视老师的指点和帮助的，在这里也说一声“谢谢您，陈老师”，在一学期的授课中，老师以结合理论和实际中的工程案例的方式给我们带来了很大的震撼，原来课本和理论有时候是可以相差这么大的，陈老师的工作的经历在一定程度上来说也可以说是我们的间接的经验，这对于一个应届生来说是很重要的。并且，通过这次的设计，再结合课堂上学的理论，感悟更多，感受更深，我们不但基础 不够扎实，专业知识也还是远远不够的，所以在以后的时间中，更加需要好好学习，去学习更多的相关知识，不论是基础还是专业。

参考文献：

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