大气污染控制工程课程设计

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目 录

第1章 绪 论 .................................................................................................................. 1 1.1 设计背景与意义 ................................................................................................... 1 1.2 二氧化硫污染状况 ............................................................................................... 2 1.2.1 二氧化硫污染源 ............................................................................................ 4 1.2.2 二氧化硫污染的危害 .................................................................................... 4 1.3 设计思路 ............................................................................................................... 5 第2章 设计方案 ............................................................................................................ 6 2.1 一级除尘方案的确定 ........................................................................................... 6 2.2 二级除尘方案的确定 ........................................................................................... 7 2.3 脱硫工艺的确定 ................................................................................................... 8 2.4 工艺流程的确定 ................................................................................................... 8 第3章 设计计算 .......................................................................................................... 10 3.1烟气量的计算 ...................................................................................................... 10 3.2旋风除尘器的计算 .............................................................................................. 11 3.2.1旋风除尘器的尺寸计算 ............................................................................... 11 3.2.2旋风除尘器压力损失的计算 ....................................................................... 12 3.2.3旋风除尘器除尘效率的计算 ....................................................................... 13 3.3袋式除尘器的设计计算 ...................................................................................... 14 3.3.1袋式除尘器 ................................................................................................... 14 3.3.2袋式除尘器 ................................................................................................... 15 3.3.3袋式除尘器 ................................................................................................... 16 3.4换热器的设计计算 .............................................................................................. 16 3.5风机的设计计算 .................................................................................................. 23 3.6烟囱设计计算 ...................................................................................................... 24 3.7填料塔的计算 ...................................................................................................... 25 3.7.1填料塔的相关计算 ....................................................................................... 25 3.7.2泵的选择 ....................................................................................................... 30 参 考 文 献 .................................................................................................................. 31 主 要 构 筑 物 一 览 表 .......................................................................................... 32 自 我 总 结 .................................................................................................................. 33

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第1章 绪 论

工业的发展带动了经济的不断进步，同时对环境产生了不可估量的危害。自“可持续发展”理念提出后，人类开始注意环境问题，并着手解决各类环境污染。虽然近些年来，我国大气污染防治工作取得了很大成效，但由于各种原因，我国大气环境面临的形式仍然非常严峻。大气污染物排放总量居高不下。大气污染状况十分严重，主要呈现为煤烟型污染特征。城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加。大型燃煤热电厂，城市垃圾焚烧炉每年排放大量烟尘和二氧化硫，当引起环境工作者的关注。

1.1 设计背景与意义

世界卫生组织和联合国环境组织发表的一份报告说：“空气污染已成为全世界城市居民生活中一个无法逃避的现实。”如果人类生活在污染十分严重的空气里，那就将在几分钟内全部死亡。工业文明和城市发展，在为人类创造巨大财富的同时，也把数十亿吨计的废气和废物排入大气之中，人类赖以生存的大气圈却成了空中垃圾库和毒气库。因此，大气中的有害气体和污染物达到一定浓度时，就会对人类和环境带来巨大灾难。

自2000年以来，美国、日本和俄国在此方面取得很多研究成果，而我国有关于此方面的研究相对较少。我国的能源特征是“富煤、少油、有气”，因而以天然气或煤生产洁净的二甲醚燃料，作为石油资源的补充，符合我国国情和能源发展战略。我国目前燃煤二氧化硫排放量占二氧化硫排放总量的90%以上，为推动能

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源合理利用、经济结构调整和产业升级，控制燃煤造成的二氧化硫大量排放，遏制酸沉降污染恶化趋势，防治城市空气污染，根据《中华人民共和国大气污染防治法》以及《国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》的有关要求，并结合相关法规、政策和标准，制定本技术政策。

对城市产生的垃圾进行集中焚烧处理，但是城市垃圾焚烧炉排放的烟气中含有大量的二氧化硫，不能直接排放到大气中，为了达到国家规定排放要求，要对这类烟气进行脱硫处理使其达标，然后在排放，这样不会造成环境污染。保护环境势在必行。

1.2 二氧化硫污染状况

目前我国城市大气污染状况仍然十分严重。2002年，在国家监测的343个城市中，达到或优于国家空气质量二级标准、达到三级标准和劣于三级标准的城市约各占三分之一。二氧化硫平均浓度未达到国家空气质量二级标准的城市约占22%，其中，超过国家空气质量三级标准的城市约占8%；南方地区酸雨污染较重，酸雨控制区内90%以上的城市出现了酸雨。以煤为主的能源消费结构以及工业结构和布局的不尽合理，造成60%以上的城市大气总悬浮颗粒物超标，二氧化硫污染保持在较高水平的煤烟型污染；城市机动车尾气排放污染物增加，使氮氧化物污染加重， 形成了城市煤烟和交通复合型污染。进入上个世纪90年代以来，我国国民经济以年10%左右的速度增长，二氧化硫、烟尘、工业粉尘等大气污染物排放总量也随之增加，1995年达到最高水平。1995年全国二氧化硫排放总量达到2370万吨（大大超出了环境自净能力），比1990年增加了875万吨 ，排放总量超过欧洲和美国，居世界第一位。1995年以来由于国家对二氧化硫等主要污染物的排放实施总量控制和经济结构调整，污染物排放总量已有所减少。2002年全国二氧化硫排放总量为1927万吨，比1995年减少了443万吨。其中约60% 的二氧化硫排放量来自国家划定的酸雨控制区和二氧化硫污染控制区（简称“两控区”）。

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据专家测算， 我国大气中二氧化硫浓度达到国家空气质量二级标准时的环境容量为1200万吨，2002年二氧化硫的实际排放量超过环境容量的60%。二氧化硫污染已使我国近三分之一国土面积再现酸雨，成为世界三大酸雨区之一。我国燃煤带来的大气污染，特别是二氧化硫污染，造成了巨大的经济损失，严重影响了国民经济的发展和人民群众的正常生活。

为防止二氧化硫的有害影响，大多数国家把大气中的二氧化硫浓度控制在0.05PPM以下，超过这个数值就认为构成了大气污染，必须采取防治措施，以降低其浓度，目前采取的有效途径一般有如下几种：

一是采用低硫燃料：此种措施是减少二氧化硫排放的有效途径之一，一些较发达的国家规定了燃料的最高含硫量，但烟气仍需通过脱硫净化方可达标排放。

二是高烟囱排放：该措施能降低二氧化硫的当地排放绝对量，但没有从根本上解决二氧化硫对大气的污染。高空中的二氧化硫与日光和湿气作用，使降雨的PH值增加，形成酸雨。

三是燃料脱硫：低硫燃料来源困难，价格高，全国正积极进行燃料的直接脱硫研究，但是煤中有机硫脱出的方法还不太成熟。

四是燃烧脱硫：在燃料燃烧过程中加入脱硫剂脱除硫份，比较成熟的技术有：循环硫化床燃煤锅炉燃烧脱硫二氧化硫，在850℃的温度下，脱除炉膛中的二氧化硫气体；另一种方法是在燃料中加入脱硫剂，燃料与脱硫剂一起燃烧，当硫从煤中析出时，即被脱硫剂捕获，达到脱硫目的。以上两种方法缺点是脱硫效率低，烟气仍需净化。

五是烟气脱硫：在诸多脱硫方法中，烟气脱硫是目前最主要和最有效的治理方法，烟气中的硫主要是以二氧化硫的形态存在的，对大气中的二氧化硫的防治，应以烟气脱硫为主。烟气脱硫大体可分为两类。一类是湿法：使用液体吸收剂对烟气洗涤的方法；二类是干法：用粉状（或少量液体）吸收剂、吸附剂喷入烟气中来脱除二氧化硫。我公司研制开发的脱硫除尘器就是采用以生石灰为原料的湿

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法脱硫，其主要优点是脱硫除尘一体，设备简单，投资少，脱硫效率高，对操作技术要求不高

1.2.1 二氧化硫污染源

二氧化硫污染源主要有：主要是人为来源：以煤和石油为燃料的火力发电厂、工业锅炉、垃圾焚烧、生活取暖、柴油发动机、金属冶炼厂、造纸厂等。其中，大多的二氧化硫都是因为对含硫矿石的冶炼、对化石燃料的燃烧、或含硫酸、磷肥等生产的工业废气和机动车辆的排气．农村的产生是由于农民家的烧煤球或煤饼及蜂窝煤等等燃料是排放的废气．有关研究表明目前90%二氧化硫排放是来自染煤的废气。

1.2.2 二氧化硫污染的危害

二氧化硫污染的危害： 1.对人体和哺乳动物的危害：

(1)SO2对组织器官的损伤:对肺、心血管、脑和神经组织、肝肾以及生殖器官的损伤。

(2)SO2对遗传物质的损伤:SO2是不需要体内代谢转化的、直接的细胞染色体断裂剂和遗传毒性因子，长期接触低浓度SO2有引起接触人群体内细胞遗传物质损伤的潜在危险。

2.对植物的危害：

(1)因H+降低细胞PH产生的伤害:因SO2导致细胞PH下降会引起气孔关闭，使叶绿素变成脱镁叶绿素等。

(2)因SO32-和HSO3-的直接作用产生的伤害:可能与二硫化物反应切断双硫键；与辅酶反应，可使硫胺素分解为嘧啶和噻唑；与嘧啶化合物反应，是mRNA钝化。

(3)因SO32-和HSO3-而产生的间接毒害作用:与代谢中间产物醛或酮起反应；形

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成自由基产生危害。

3.对生态环境的危害：

形成酸雨，改变土壤、水体的酸性。

1.3 设计思路

对城市垃圾焚烧炉排放的烟气进行除尘、脱硫处理，使污染物到达地面的浓度达到中华人民共和国《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的二级标准和《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2001）。根据烟气的组成和排放标准，用旋风除尘器和袋式除尘器去除其中的烟尘，二氧化硫用NaOH溶液吸收净化，使烟气达标后排放。

经锅炉排出的烟气温度较高，先经换热器进行降温处理，然后在通入旋风除尘器进行初级除尘，再进入袋式除尘器进行二次除尘，两次除尘将尘粒去除殆尽，再通入吸收塔进行除硫，经吸收塔出来的净化气体先经换热器进行升温，再由烟囱排入大气。

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第2章 设计方案

2.1 一级除尘方案的确定

选择除尘器是必须全面考虑有关因素，如除尘器的除尘效率、压力损失、一次投资、维修管理等，其中最主要的是除尘效率。以下问题要特别引起注意：

（1）选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放要求。对于运行状况不稳定的系统，要注意烟气处理量变化对除尘效率和压力损失的影响。如旋风除尘器除尘效率和压力损失，随处理烟气量增加而增加。但大多数除尘器（如电除尘器）的效率却随处理烟气量的增加而下降。

（2）粉尘颗粒的物理性质对除尘器性能具有较大的影响。例如，粘性大的粉尘易黏结在除尘器表面，不宜采用干法除尘；纤维性或憎水性粉尘不宜采用湿法除尘。

（3）气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的预净化设备，去除较大的尘粒，以使设备更好地发挥作用。

（4）烟气温度和其他性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素。对于高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器。如果烟气中同时含有SO2、NO等气态污染物，可以考虑采用湿式除尘器，但是必须注意腐蚀问题。

（5）选择除尘器时，必须同时考虑收集粉尘的处理问题。

（6）选择除尘器时还必须考虑设备的位置、可利用的空间、环境条件等因素，设备的一次投资（设备、安装和工程等）以及操作和维修费用等经济因素也必须考虑。

不同的除尘器对不同粒径的除尘效率是完全不同的，选择除尘器时必须首先了解欲捕集粉尘的粒径分布，再根据除尘器除尘分级效率除尘要求选择适当的除

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尘器。

考虑上面各因素后，改设计任务的一级除尘可选择旋风除尘器。因为旋风除尘器，结构简单，造价便宜，体积小，除尘效率较高，对烟气量较小的烟尘净化较适合，对于该设计任务的条件基本比较符合。作为初级除尘基本能满足该设计任务的要求。

旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘装置。旋转气流的绝大部分沿器壁自圆简体，呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。旋转下降的气流在到达圆锥体底部后沿除尘器的轴心部位转而向上形成上升的内旋气流，并由除尘器的排气管排出。

自进气口流人的另一小部分气流，则向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达到排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从诽气管排出，分散在其中的尘粒也随同被带走。

本设计采用旋风除尘器作为一级除尘。

2.2 二级除尘方案的确定

二级除尘，用袋式除尘器。袋式除尘器是一种干式滤尘装置。它适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘。滤袋采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤，当含尘气体进入袋式除尘器地，颗粒大、比重大的粉尘，由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，使气体得到净化。一般新滤料的除尘效率是不够高的。滤料使用一段时间后，由于筛滤、碰撞、滞留、扩散、静电等效应，滤袋表面积聚了一层粉尘，这层粉尘称为初层，在此以后的运动过程中，初层成了滤料的主要过滤层，依靠初层的作用，网孔较大的滤料也能获得较高的过滤效率。随着粉

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尘在滤料表面的积聚，除尘器的效率和阻力都相应的增加，当滤料两侧的压力差很大时，会把有些已附着在滤料上的细小尘粒挤压过去，使除尘器效率下降。另外，除尘器的阻力过高会使除尘系统的风量显著下降。因此，除尘器的阻力达到一定数值后，要及时清灰。清灰时不能破坏初层，以免效率下降。伴着粉末重复的附着于滤袋外表面，粉末层不断的增厚，布袋除尘器阻力值也随之增大;脉冲阀膜片发出指令，左右淹没时脉冲阀开启，高压气包内的压缩空气通了，如果没有灰尘了或是小到一定的程度了，机械清灰工作会停止工作。我国对布袋除尘器需求巨大，除尘滤料，尤其是耐高温纤维滤料有广阔的市场发展前景。我国“十二五”规划对环境保护提出了更高的需求，水、气、声、渣都将更多的应用过滤材料，过滤材料行业市场前景看好。其中在烟尘治理领域，袋式除尘由于除尘效率高，不会造成二次污染，便于回收干料等性能，在国内外的应用越来越广，占到所用除尘设备的80%。钢铁工业是大气污染的主要来源之一，我国钢产量已超过3亿吨，按宝钢应用袋式除尘的状况计算需要2100万平方米，折算后每年更换滤料600万平方米。

本设计采用袋式除尘作为二级除尘。

2.3 脱硫工艺的确定

目前国内外较为经济实用的脱硫途径包括：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫。烟气中硫的去除方法主要可分为三种：一是用各种液体和固体物料吸收和吸附废气中的二氧化硫。二是将废气中的二氧化硫在气流中氧化为三氧化硫，在冷凝吸收制成的硫酸，三是将废气中的二氧化硫在气流中还原为硫。本工艺采用吸收塔吸收烟气中的硫，采用质量分数为5%的NaOH作为吸收液。

2.4 工艺流程的确定

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产生烟尘 换热器 旋风除尘器 袋式除尘器 烟囱排放 换热器 吸收塔吸收

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第3章 设计计算

3.1烟气量的计算

以每天处理量50t为基准：

表3-1可燃物组成元素

各组分含量 占百分比%

C O H S

60 25 12 3

质量 15t 6.2t 3t 0.75t

摩尔质量?1000（mol） 各组分需氧量?1000（mol）

1250 195.3 3000 23.44

1250 -195.3 1500 23.44

已知垃圾中可燃物50%，水分20% 则水分的：

质量为：m?50?50%?20? 5t/d，

摩尔质量为：M=m 185?106M?? 277800mol/d

18由上表可知：

烟气组成：CO2 1250000mol/50t垃圾，H2O 3277800mol/50t垃圾，SO2 23440mol/50t垃圾。

则燃烧1Kg垃圾产生的烟气量2.04m3/Kg

（1）理论需氧量：Vo0?（1250-195.3+1500+23.44）? 1000=2578140mol/50t垃圾。

（2）理论空气量：Va0? 2578140 ?（1+3.78）=12323509.2mol空气/50t垃圾。

（3）实际空气量：取空气过剩系数??1.2

则实际空气量：Va?Va0??=12323509.2?1.2=14788211.24mol空气/50t垃圾。

（4）理论烟气量：Vf0? 1250000+3000000+23400+277800=4551240mol/50t

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垃圾；理论烟气量：Vf0?4551240 ? 22.4 /1000 =101947.776m3/d=4247.8m3/h

含尘量：101947.776 ?1000 =101947776mg=102Kg/d。

含SO2量：101947.776 ?3000 =305843328mg=306Kg/d=3.542g/s （5）SO2排放率：

??30624?12.75Kg/h

3.2旋风除尘器的计算

3.2.1旋风除尘器的尺寸计算

旋风除尘器入口风速vi宜取18~23m/s[1]，本设计选取vi=20m/s。

A?BH?Q3600v?430020?0.0597m2 i3600?Q——处理风量, m3/s A——进口面积，m2 B——进口宽度，m

H——进口高度，m

vi——入口风速，m/s B?A2?0.05972?0.1732m H?2A?0.347m D?3.33B?3.33?0.1732?0.5768m D——筒体直径，m

L1?1.7D?1.7?0.5768?0.9805m L1——筒体长度，m

L2?2.3D?2.3?0.5768?1.327m L2——锥体高度，m

Dc?0.43D?0.43?0.5768?0.2481m Dc——排尘口直径，m

De?0.6D?0.6?0.5768?0.3461m 11

（3-1）

（3-2）

（3-3） （3-4） （3-5）

（3-6）

（3-7）

（3-8）

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De——排气管直径

（3-9） L3?De?0.3461m

L3——排气管插入深度，m

表3-2 XLG型旋风除尘器尺寸列表

型号 处理风量m3/h 规格mm 排气管直径m 排气管插入深度m 筒体长度m 锥体高度m 排尘口直径m

XLG 4300

?580

0.3461 0.3461 0.9805 1.327 0.2481

3.2.2旋风除尘器压力损失的计算

??kBH0.1732?0.347（3-10） ?16??8.03

De20.34612?——旋风除尘器的 压力损失系数

k——无因次参数，取16

1.29?202?p???8.03??2071.8pa （3-11）

22?p——旋风除尘器压力损失，pa ?——气体密度，取1.29Kg/m3 n?1?(1?0.67D0.14)(T0.33) （3-12） 283210?2730.33)?0.249 283?vi2n?1?(1?0.67?0.5768)(n——无因次参数

T——气体的绝对温度，K

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dc50g?HB21 ?()2 （3-13）

?pQ0?9.8?2.4?10?5?0.347?0.173221?()2?4.143?10?6m

43002100??29.75313600dc50dc50——半分离直径，m

g——重力加速度，9.8m2/s

?——气体黏度，pa?s，取2.4?10?5pa?s

?p——粉尘密度，Kg/m3

3.2.3旋风除尘器除尘效率的计算

?=?H ?2L1?L2? （3-14）

??3.14?2?0.9805?1.327??29.7531 0.347?——无因次参数

?di?1?exp[?0.693(dpidc50)1n?1（3-15） ]

dpi——粉尘粒径，m

12.50.249?d2.5?1?exp[?0.693()?1]?42.8% （3-16）

4.413同理可求出其他粒径的净化效率以及总的净化效率。

表3-3 分级效率

dp(μm)

算数平均粒径

<5 2.5

5-10 7.5

20-44 32

>44 50

dp(μm)

?R（%）

?（i%）15 42.8 6.42

25 59.8 14.95

75.47

55 89.6 49.28

5 96.5 4.82

?R(%)??i

?总（%）13

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dp??(?R?d)ii （3-17）

??Ridp?15?2.5?25?7.5?55?32?5?50?22.35μm

15?25?55?5dp——平均粒径，μm

3.3袋式除尘器的设计计算

3.3.1袋式除尘器尺寸的计算

A?Q4300 ??35.83m2 （3-18）

60vf60?2A——过滤面积，m2

vf——过滤速度，m/min,取2m/min[3]

A?n?dL （3-19）

n——滤袋个数，个

L——滤袋高度，m，取2m d——滤袋直径，m，取0.1m A36??57.32个，取64个。 所以n??dL3.14?0.1?24300Q袋式除尘器烟气入口流量4247.8m3/h，过滤风速： u??60?2.0m/min。

A36为了布置方便，选用64个滤袋，采用2?4排列，每组2?4排列，滤袋间距选取

0.25m，每组间距有0.4m宽的检修人行道，边排滤袋和壳体距离有0.2m宽的检修人行道。

F?Q4300 ??0.683m2 （3-20）

3600vi3600?1.75F——气体分配室的截面积，m2

vi——气体分配室进口速度，m/s，取1.75m/s

D0?Q4300 ??0.399m （3-21）

3600v03600?314

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D0——排气管直径，m

v0——排气管排气速度，m/s，取3m/s

表3-4 机械振打袋式除尘器尺寸列表 型号 过滤面积/m 滤袋个数/个 滤袋规格（?）（mm）

高度(L)（m） 处理风量/(m/h) 除尘效率% 过滤风速/(m/min)

32HD64L 36 64 100 2 4300 >99.5 2.00

3.3.2袋式除尘器压力损失的计算

R?180(1??)23?pdp??180(1?0.9)7 （3-22） ?4.2?10?62100?(22.35?10)?0.9R——粉尘层平均比阻

?——粉尘层平均孔隙率，取0.9 ?p——粉尘层的真密度，Kg/m3

?P0??0?vf?6?107?2.4?10?5?2?48pa （3-23） 60?P0——透过清洁滤布的压力损失，pa

?0——清洁滤布阻力系数，取6?107

7?5（3-24） ?P?mR?v?1?4.2?10?2.4?10?2?2016pa df?Pd——含沉层阻力损失，pa

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m——堆积粉尘负荷，取1

管道压力损失：取?Pc?400pa，则总压力损失：

?P??P0??Pd??Pc （3-25）

?P?48?2016?400?2464pa

3.3.3袋式除尘器除尘效率的计算

a?3.6?10?3?(v?4f)?0.094 a?3.6?10?3?0.0333?4?0.094?11988.1

a——无因次参数

Pn?1.5?10?7exp[dp(1?e1.03vf)] P1.5?10?7exp[22.35?(1?e1.03?0.0333)]?1.3?10?7n? Pn——无因次参数

??1?{[Pn?(0.1?Pn)e?am]??R?}?99.97% 0?——除尘效率

m——粉尘负荷，取1，g/m2

?33 R——脱除浓度，g/m,取0.5mg/m?0——初始浓度，g/m3

3.4换热器的设计计算

（1）计算气体热负荷和冷却水质量流量：

W?P?Qon?M101.325?4300RT??29h8.3145?293?5186.56Kg/h Wh——气体质量流量，Kg/h

P——标准大气压，Kpa

Qon——标态下体积流量，m3/h

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（3-26）

（3-27）

（3-28）

（3-29）

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M——空气相对分子质量，g/mol，取29g/mol R——常数，8.3145 T——大气温度，20℃

（2）操作条件下烟气密度：

?=PMRT

??299136?298.3145?388?2689g/m3?2.689Kg/m3

P——操作条件下烟气压力，pa

T——操作条件下烟气进出口温度平均值，K

（3）气体热负荷：

Q?WhCph(T1?T2) Q?5186.56?1.004?103?(200?30)/3600?244573.1Kg/hCph——气体比热容，KJ/kg?℃ T1——烟气进入换热器的温度，℃

T2——烟气离开换热器的温度，℃

（4）水质量流量的计算：

WQc=C(t pc2?t1)Wc?244573.1?36004.187?103?(40?20)?10514.3Kg/h

Cpc——水的比热容，KJ/kg?℃ t2——水的出口温度，℃

t1——水的进口温度，℃

（5）逆流时两流体的对数平均温差：

?t???t2??t1m ln?t 2?t1?t?(200?30)?(40?20)m??70.1℃ln170

2017

3-30）

3-31） 3-32） （

（ （

大气污染控制工程课程设计

查表得：?t?0.37

??0.47?70.1?32.95℃ （3-33） ?tm??t?tm（6）传热面积：

S?Q244573.1（3-34） ==37.2m2

K?tm200?32.95K——总传热系数，假设K=200W/(m2?℃)

管子总数：n?S40??106.15，取108个。 ?dL3.14?0.02?6表3-5 换热器参数

壳径/mm 公称面积/m 管子尺寸d /mm 管长L /m 管子总数n /个

管程数 管子排列方法

2500 40

?24?2

6 108 2

正方形斜转45°

实际传热面积：

S0?n?dL?108?3.14?0.02?6?40.69m2

实际总传热系数：

K0?Q244573.1??182.42 W/(m2?℃) S0?tm40.69?32.95实际传热面积：

S0?n?dL?108?3.14?0.02?6?40.69m2 （3-35）

实际总传热系数：

K0?Q244573.1??182.42 W/(m2?℃) （3-36） S0?tm40.69?32.95（7）核算压强降： 管程压强降：

18

大气污染控制工程课程设计

??pi ?(?p1??p2)Ft?Np （3-37）

?pi——管程总阻力，pa

?p1——直管中因摩擦阻力引起的压强降，pa

?p2——回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，pa Ft——结垢校正因数，取1.5

Np——管程数，取2 A?i?4?d2i?nN pA3.14i??0.022?108?0.017m242 A2 i——管程流通面积，mdi——内径，m

10514.3uvi?s?3600?994A0.017?0.173m/s

iui——水流速，m/s vs——水的质量流量，Kg/h 994——此温度下水的密度，Kg/m3

雷诺准数：

Rei?diui?0.02?0.173?994??0.727?10?3?4730.7 ?——水的黏度，pa·s

设管壁粗糙度为??0.1mm,?di?0.005,查得?=0.037

?p?L?ui21?2d 19

（3-38） （3-39） （3-40）

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0.037?6?994?0.1732?p1??165.11pa

2?0.02?——摩擦系数

3?ui2?p2? （3-41）

2p3?994?0.1732?2?2?44.62pa

??pi?(?p1??p2)Ft?Np ??pi?(165.11?44.62)?1.5?2?629.2pa

壳程压强降：

??p0?(?p1???p2?)Fs?Ns ?p0——壳程压强降，pa

?p1?——流体横过管束的压强降，Kpa ?p?2——流体透过折流板缺口的压强降，Kpa Fs——壳程压强降结垢校正系数，取1.15 Ns——串联的壳程数，取1

?p??F?f?u2010?nc(NB+1)2 F——管子排列方法对压强降的校正因数，取0.4

f0——壳程流体摩擦系数 nc——横过管束中心线的管子数 NB——折流挡板数

?p2h?u2?02?NB(3.5?D)2 h——折流挡板间距，m，取0.15m

u0——按壳程流通面积A0计算流速，m/s

20

（3-42）

（3-43） （3-44）

（3-45）

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nc?1.19n?1.19?108?12 （3-46）

NB?L6?1??1?39 （3-47） h0.15 A0?h(D?ncd0)?0.15?(0.5?12?0.024)?0.0318m2 （3-48）

u43000?3600?1.29?0.0318?29.2m/s

雷诺准数：

Re0u0?0.024?29.2?2.6890?d??2.4?10?5?78518.8 ?——操作条件下烟气密度，Kg/m3

f?0.2280?5.0Re0?5.0?37668?0.228?0.456 2?p??F?f0?nc(NB+1)?u012 p??0.4?0.456?12?(39?1)?2.689?29.22?2?100.36Kpa

?p2N2h?u2??0B(3.5?D)2 ?p2?39?(3.5?2?0.152.689?29.22?0.5)?2?129.66Kpa

??p0?(?p1???p2?)Fs?Ns ??p0?(100.36?129.66)?1.15?1?149.21Kpa

（8）核算总传热系数：

管程对流传热系数：

Rei?4730.7

Pp?ri?C? 4.187?103?0.727?10?3Pri?0.626?4.86

Cp——水的比热容，J/（Kg·℃） ?——水的黏度，Pa·s

?——水的导热系数，W/(m·℃)

21

3-49） 3-50）

3-51）

3-52）

3-53） 3-54）

（ （ （ （ （ （

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?i?0.023?di Rei0.8Pri0.4 （3-55）

0.626?4730.70.8?4.860.4?1179.96W/(m?℃) 0.02?deu0?0.55Cp?1? ?0?0.36()()()3()0.14 （3-56）

?i?0.023?de???wde——当量直径，m

A?hD(1?d0t) A?0.15?0.5?(1?0.0240.032)?0.0164m2 t——换热器列管中心距，m，取0.032m

u0?43003600?1.29?0.0164?56.46m/s

4(t2??d2d0)e?4?d 04?(0.0322?3.14?0.0242de?4)3.14?0.024?0.0304m Redeu0?o???0.0304?56.46?2.6892.4?10?5?192305.5 Cp?01.005?103?2.4?10?5Pr0???0.025?0.9648

0取(??)0.14?0.95

w?deu0?0.55C1?p??0?0.36(d)()()3(?)0.14

e??w1?0.0250.550?0.36?()?192305.5?0.964830.0304?0.950.14?234.03

污垢热阻：

查表得：Rsi?0.0002,Rso?0.00017 总传热系数：K0?11 ?Rd0d0?so?Rsi()?0di?idi22

3-57） 3-58）

3-59）

（ （ （

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所以K0=112424?0.00017?0.0002()?234.03201180?20?172.21W/(m2?℃)

由前面的计算可知选用该型号换热器要求过程的总传热系数为182.4 2W/(m2?℃)，在在规定条件下，计算出的K0= 172.21W/(m2?℃)，故所选换热器是合适的，安全系数为：

182.42-172.21?100%=5.6% （3-60）

180.423.5风机的设计计算

（1）风量：

QF?k1k2Qf （3-61）

QF———系统总风量

k1———管网漏风附加系数，可按10％~15％选取，取15％ k2———设备漏风附加系数，可按5％~10％选取，取10％

QF?1.15?1.1?4300=5439.5m3/h

（2）全压：

Pf?(P?1+Ps)?2 （3-62）

P———管网的总压力损失

Ps———设备的压力损失

?1———管网的压力损失附加系数，可按10％~15％选取，取15％ ?2———通风机全压负差系数，一般可取1.05

管网总压力损失取1010.2Pa,取管网压损附加率为15％，即 ?1=1.15，除尘器设备阻力取Ps=800Pa， 风机全压负差系数系数取?2=1.05 由此，

Pf?(1010.2?1.5+800）?1.05=2060Pa

如表3-7：

表3-6 9-26型通风机

机号No

转速（r/min）

全压/Pa

风量（m/h）

5

2900

6035~5381

5439.5

3

根据上述风机的计算风量和风压，查表选得9-26型通风机1台，风机的参数

型号 功率/Kw

Y160M2-2 15

23

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3.6烟囱设计计算

（1）烟囱出口直径： 可按下列公式计算：

d?0.018Q （3-62） vs5439.5?0.42m，取0.5m。 10Q——通过烟囱的烟气量，m3/h d?0.018?vs——出口烟气流速，取10m/s

（2）热释放效率：

烟气出口温度与大气环境温度温差?T?200?20?180℃

0.35PaQv?T （3-63） Qh?TsQh——烟气热释放效率，KJ/s

Pa——大气压力，取101.325KPa

Ts——烟气出口温度，K

0.35?101.325?Qh?（3）烟囱出口平均风速：

u?u10(Hsm) （3-64） 105439.5?(180?273.15)3600?51.32KJ/s 200?273.15u——平均风速，m/s

u10——地面风速，m/s Hs——烟囱高度，m

由于大气稳定度为B级，所以，城市取值为0.15[2] m——大气稳定度，

（4）求取烟囱高度： 设烟囱高度为50m

24

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则u?3?(500.15)?3.83m/s 10?H=2?(1.5vs?d?0.01Qh) （3-65）

u2?(1.5?10?0.01?51.32)?8.1m

3.83?H——烟气抬升高度，m

?H?有效源高：H?Hs??H?50?8.1?58.1m （3-66）

Q?C0(1??)QV （3-67）

Q——SO2排放量，mg/s

C0——烟气中SO2浓度，mg/m3 ?——吸收塔中SO2去除效率，取90%

4300Q?3000?(1?90%)??358mg/s

3600地面轴线最大浓度：

2Q?z （3-68） ?max=2?ueH?y?zx?xmax?H58.1??41.4m 22距离x=200m处，?z=35.8m，?y=20.5m

?max?2?358?35.83?0.0513mg/m 23.14?3.83?2.718?58.1?20.5根据国家规定二级标准0.0513mg/m3<0.06mg/m3[2]，（与二级标准接近，烟囱高度合理）可以排放。烟囱高度满足需要。 烟囱底部直径d1：

d1?d2?2?i?Hs （3-69）

i——烟囱锥度，取0.02

d1?0.42?2?0.02?50?2.42m，取2.5m。

3.7填料塔的计算

3.7.1填料塔的相关计算

（1）填料塔参数的确定：

25

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填料的选择要具备以下要求：

单位体积填料的比表面积尽量要大；气液接触的自由体积尽量大；气体阻力小，即孔隙率要大，一般在0.45到0.95之间；重量要轻，机械强度大，堆积密度小，且耐腐蚀，稳定性好，价格便宜，容易得到，有良好的润湿性，尺寸适当，通常不应长于塔径的0.1到0.125倍。[4]

综合考虑到烟气中含有的二氧化硫，烟尘等物质的性质，因此选用陶瓷鲍尔环填料。

表3-7 填料选择结果

陶瓷矩鞍乱推 填料直径do 比表面积? 孔隙率? 堆积密度?B 填料因子?

单位 mm

数值 20 120 0.67 643 130

m2/m3 m3/m3

Kg/m3

m?1

填料参数为：?=130m?1，?=120m2/m3。 （2）泛点气速uf的计算：

本设计采用质量分数为5%的NaOH溶液为吸收液（参数近视取水的物理参数）。

取液气比为：

L?2.5 GWLWM?LLM因为?L，即L?L （3-70）

WGWGMm?GGMm则

WL18??2.5?1.55， WG29WL?G0.51.340.5?()?1.55?()?0.567 WG?L1000所以

uf2???G查埃克特通用关联图可知：（3-71） ???L2=0.179

g?L吸收液温度为20℃：

?L=1mPa·s

26

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?=

?S=1 ?L0.179?1000?9.8=3.17m/s

130?1?1.34?10.2可得uf=（3）操作气速u的计算：

u?0.5uf

u?0.5?3.17?1.6m/s

（4）塔径的计算： 流量Q?4247.8m3/h 填料塔塔径：

D＝D＝４Q ?u４Q4?4250??0.97m ?u3600?3.14?1.6圆整D=1m

（5）利用圆整后塔径重新计算操作气速：

u?4?4250?1.5m/s

3.14?1?3600（6）校核填料直径与塔径之比：

do20?0.002?0.1，符合要求。 D1000（7）校核填料塔喷淋密度的计算：

当填料do?75mm时，填料的最小润湿率(MWR)为0.08m3/(m2?h)，最小喷淋量为：

Lmin?(MWR)?? （3-72）

Lmin?0.08?120?9.6m3/m2?h

（8）除硫效率的计算：

0.0513??1??99.998%?90%满足条件，可以达标。

3000（9）填料层高度的确定：

由设计资料可知：kGa?144kmol/m3?h?atm kLa?0.7h-1 当地大气压取P=101.325KPa=1atm 1Kg煤燃烧产生的SO2的体积：

27

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VSO223400?22.4?10?33??0.0105m/Kg 350?100.0105?0.00515 2.04入塔气体中污染物体积含量y2?y?出塔气体中污染物体积含量y1?0.358?22.4?10?3?0.0001253 64则入塔气体中污染物的分压：PA2?Py2?0.00515?1atm=0.00515atm 出塔气体中污染物的分压：PA1?Py1?0.0001253?1atm=0.0001253atm 吸收液中活性组分的临界浓度：

k144 CKP?bGaPA?2?PA?411.43PA （3-73）

kLa0.7CKL1?411.43PA1

填料塔液相入口的临界浓度：

CKL1?411.43?0.0001253?0.052kmol/m3

填料塔液相出口的临界浓度：

CKL2?411.43PA2?411.43?0.00515?2.118kmol/m3

液相进口处活性组分的浓度：

0.010522.4?10?3?1000 40CB1??12.09kmol/m31.551000?55.556kmol/m3 18液相总浓度：CT?由物料平衡式知：

GL (PA2?PA1)??(CB2?CB1) （3-74）

PbCT可得：即?bC(P?PA1)L=2.5 ??TA2GP(CB2?CB1)2?55.556?(0.0515?0.0001253)?2.5

1?(CB2?12.09)解得：CB2?14.37kmol/m3

因为CKP1?CB1，CKP2?CB2所以塔中反应为界面反应。

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30℃时气体的摩尔体积：

V3022.4? 273273?30所以V30=24.86L/mol 气体的摩尔流率G：

QVG?302 （3-75）

?D44250G?24.862?217.8kmol/(m2?h)

3.14?14液体摩尔流率L：

L?2.5G?2.5?217.8?544.5kmol/(m2?h) 填料层高度：

Gh?PkGa?PA2PA1dPA （3-76） PA217.80.0515dPAh??9.103m取9.2m。 1?144?0.0001253PA（10）填料床层压降的计算：

2uf2???L23.17?130?11.34???L=??10.2?0.056

g?G9.81000由埃克特通用关联图查得填料塔选型：

?P?0.65467KPa/m=654.67Pa/m Z表3-8 填料塔尺寸

名称 塔径 处理气体量

塔高 进出气口尺寸 进出水口直径

单位 mm

数值 1000 4000~5400 9200 300 100

m3/h

mm mm mm

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供液量 压降 净化效率

t/h Pa %

12~20 3000~5000 96~99

（11）填料塔的附属结构的设计与应用： 填料支撑结构应满足的条件： 有足够的强度，以支撑填料和填料上的持液量的重量；应有一定的耐腐蚀性；流体通过的自由截面积至少应为塔截面积的50%以上，且应大于填料的孔隙率。

液体喷淋装置： 盘式淋洒器：结构简单，阻力降小，适用于直径800mm以上的塔，分布盘直径为塔径的0.6~0.8倍。

液体再分布装置：

液体沿填料下流时，往往有靠塔壁集中地趋势，使有效传质面积大大减小，为了改变这种情况，每隔一定距离Z0，必须设置液体再分布装置。 3.7.2泵的选择

综合考虑各方面因素，选择FM型耐腐蚀泵，参数如下表：

表3-9 FM型耐腐蚀泵的参数

名称 型号 流量 扬程 转速 效率 配带功率 吸入口径 排出口径 气蚀余量

外形尺寸（长?宽?高）

单位 50FMG-16

数值 1台 14.4 16 2960 62 1.5 50 40 2.8 325?285?312

m3/h

m r/min % Kw mm mm m mm

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参 考 文 献

[1] 何争光, 大气污染控制工程及应用实例[M], 化学工业出版社, 2000.

[2] 郝吉明, 马广大, 王书肖, 大气污染控制工程[M], 高等教育出版社, 2010. [3] 张殿印, 张学义, 除尘技术手册[M], 北京冶金工业出版社, 2005. [4] 国家环保局, 电力工业废气处理[S], 中国环境科学出版社, 1993.

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主 要 构 筑 物 一 览 表

名称

型号

旋风除尘器

XLG型旋风除尘器

袋式除尘器

HD64L袋式除尘器

填料塔

塔径1m，填料层高度9.2m

填料

陶瓷鲍尔环

烟囱

高50m，出口塔径0.5m，

底部塔径2.5m

通风机 换热器 泵

50FMG-16

1台

JB/T4715/-92

2台

9-26型通风机

1台 N个 1座 1台 1台 数目

1座

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自 我 总 结

为期十天的大气污染控制工程课程设计已经结束了，本次我的设计任务是城市垃圾焚烧炉含硫烟气处理工艺设计。

在老师的指导和同学帮助下，顺利完成。也许还有很多不足之处，但我已经尽最大努力去做好。虽然课程设计的任务已经完成，但这段时间的学习一直影响着我。

就在这十天里，我学会了很多东西。班级中每个同学的设计任务都不一样，但都有着联系。我们团结协作，独立思考认真的完成每一项任务。讨论中我们可以相互学习。还有就是，认真的学习并联系word编写和CAD制图。之前对这两个软件的实用知识一个皮毛而已，通过这次课程设计，我能更加熟练的运用这两个软件。

在规定时间内完成了制定的设计任务，让我得到了化工设计的初步训练，同事为明年的毕业设计打下了基础。

这次课程设计作为理论与实际联系的桥梁，是我们学习化工原理的初步尝试。通过解决工程设计问题，让我们将这一年来在书本上学到的知识充分应用到实际生产中，使我们更好地理解这些理论，同时也是对我们所学东西的一个考验。

作为一名环境专业的学生，第一次将理论与实际相结合，学以致用。并且通过此次设计，也让我认识到了环境污染问题的严重。

环境是人类赖以生存的根源，人类谋求发展，牺牲环境，同时也是对自己的慢性毁灭，所以人类在发展的同时不可忽略环境问题。

在此，感谢指导老师对我的帮助和支持，在今后的学习和生活当中，我会一直保持这种学习态度，继续努力学习，认真对待每一项工作，积极应对每个挑战。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bd67.html