大气污染控制课程设计-苏春阳

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1、 大气污染控制课程设计前言27 凡是能使空气质量变差的物质都是大气污染物。大气污染物目前已知的约有100多种。有自然因素（如森林火灾、火山爆发等）和人为因素（如工业废气、生活燃煤、汽车尾气等）两种，并且以后者为主要因素，尤其是工业生产和交通运输所造成的。主要过程由污染源排放、大气传播、人与物受害这三个环节所构成。影响大气污染范围和强度的因素有污染物的性质（物理的和化学的），污染源的性质（源强、源高、源内温度、排气速率等），气象条件（风向、风速、温度层结等），地表性质（地形起伏、粗糙度、地面覆盖物等）。按其存在状态可分为两大类。一种是气溶胶状态污染物，另一种是气体状态污染物。气溶胶状态污染物主要

2、有粉尘、烟液滴、雾、降尘、飘尘、悬浮物等。气体状态污染物主要有以二氧化硫为主的硫氧化合物，以二氧化氮为主的氮氧化合物，以二氧化碳为主的碳氧化合物以及碳、氢结合的碳氢化合物。大气中不仅含无机污染物，而且含有机污染物。并且随着人类不断开发新的物质，大气污染物的种类和数量也在不断变化着。就连南极和北极的动物也受到了大气污染的影响！大气中有害物质的浓度越高，污染就越重，危害也就越大。污染物在大气中的浓度，除了取决于排放的总量外，还同排放源高度、气象和地形等因素有关。污染物一进入大气，就会稀释扩散。风越大，大气湍流越强，大气越不稳定，污染物的稀释扩散就越快；相反，污染物的稀释扩散就慢。在后一种情况下，特

3、别是在出现逆温层时，污染物往往可积聚到很高浓度，造成严重的大气污染事件。在山间谷地和盆地地区，烟气不易扩散，常在谷地和坡地上回旋。特别在背风坡，气流作螺旋运动，污染物最易聚集，浓度就更高。夜间，由于谷底平静，冷空气下沉，暖空气上升，易出现逆温，整个谷地在逆温层覆盖下,烟云弥漫，经久不散，易形成严重污染。早期的大气污染，一般发生在城市、工业区等局部地区，在一个较短的时间内大气中污染物浓度显著增高，使人或动、植物受到伤害。60年代以来，一些国家采取了控制措施，减少污染物排放或采用高烟囱使污染物扩散，大气的污染情况有所减轻。大气污染不仅对环境，还对人类造成了极大的危害，如急性中毒、慢性中毒、致癌作用

4、等，不可小觑。随着大气污染问题的日益严重，我们必须采取有效措施来进行防治，以求环境的平衡。大气污染控制课程设计就是为即将从事这行的我们本科生做准备，提前进入实际设计阶段，以更好的学以致用，达到知识的再现。1. 局部排风罩的选择1.1 局部排风罩的基本类型凡是在散发有害物(有害蒸气、气体、粉尘)的场合，为了防治有害物污染室内空气，必须结合工艺过程设计局部排风系统。对于有可能突然发生大量有毒气体，易燃、易爆气体的场所，则应考虑设置事故排风装置。对于作业地带有害物的浓度，不应高于最高允许浓度，否则亦应该设置局部排风系统进行处理。排风系统的设置,首先要以不妨碍工艺设备的生产操作为前提，然后再具体考虑局

5、部排风的措施。排风系统中排风罩的形式对排风效果的好坏起决定作用，因此，必须配合工艺设备确定适宜的罩口形式及形状。风系统的设计，必须以造价底，排风量小和能最大限度地排除所散发的有害物原则，只有在自然排风不能排除有害物或技术上经济上不合理时，则考虑采用机械排风系统。局部排风罩的形式很多，根据其作用原理，主要有以下几种基本类型：（1）密闭罩和通风柜这类局部排风罩的主要特点是，把产生有害物的局部地点全部密闭在罩内，有害物质被限制在一个小的空间内。只需较小的排风量就可以有效地控制有害物扩散。其特点是排风量小，控制有害物的效果好，不受环境气流影响，但影响操作，主要用于有害物危害较大，控制要求高的场合。（2

6、）外部吸气罩罩位于有害源附近，依靠罩口的抽吸作用将有害物吸入罩内。对于生产操作影响小，安装维护方便，但排风量大，控制有害物效果相对较差。主要用于因工艺或操作条件的限制，不能将污染源密闭的场合。（3）接收式排风罩排风罩口直接对着具有一定速度的有害物混合气流的运动方向。由于有害物混合气流的定向运动，罩口排风量只要能将有害物排走即可控制有害物的扩散，主要用于热工艺过程，砂轮磨削等，有害物具有定向运动的污染源的通风。（4）吹吸式排风罩由吹出射流和外部吸气罩组合成。相同条件下，排风量比外部排风罩的少，抗外界干扰气流能力强，控制效果好，不影响工艺操作，但增加了射流系统。主要用于因生产条件限制，外部吸气罩离

7、有害物源较远，仅靠吸风控制有害物较困难的场合。1.2 局部排风系统排风量的确定（1）宜按其全部吸风点同时工作计算；（2）非同时工作吸风点的排风量较大时，系统的排风量可按同时工作的吸风点的排风量与各非同时工作吸风点排风量的15%20%之和确定，且应在各间歇工作的吸风点上装设电动阀门，并与工艺设备连锁。1.3 局部排风罩的设计原则（1）局部排风罩应尽可能包围或靠近有害物，使有害物源局限于较小的局部空间。应尽可能减小吸气范围，便于捕集和控制；（2）排风罩的吸气气流方向应尽可能与污染气流运动方向一致；（3）已被污染的吸入气流不允许通过人的呼吸区。设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围；（4）排风罩应

8、力求结构简单，造价低，便于安装和维护；（5）局部排风罩的配置应与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作；（6）要尽可能避免和减弱干扰气流和穿堂风，送风气流等对吸气气流的影响。1.4 槽边排风罩槽边排风罩是外部吸气罩的一种特殊形式，专门用于各种工业槽（电镀槽，酸洗槽等）。它的特点是不影响工艺操作，有害气体不经过人的呼吸区。槽边排风罩分为单侧和双侧，槽宽B1200mm采用吹吸式排风罩。槽边排风罩应设在槽的长边的一侧，并应采取以下措施保证其吸气均匀：（1） 排风罩风道内流速应低于排风罩吸口处的流速，一般为吸口风速的2050%，当无法实现上述风速时，则风道内必须设导流片；（2） 一般当槽长l1.5m时，

9、可采用单吸风口；l1.8m时，建议采用多吸风口；当l3.0m时，必须采用多吸风口；（3） 为提高槽边抽风的排风效果，减少排风量可采用以下措施：l 设置槽边排风的槽，应尽量靠墙；l 尽量降低排风罩距液面的高度，但一般不得小于150mm；l 在条件允许的情况下，槽面上可设置密闭或活动盖板。当槽面无法覆盖时，则可在液面上加覆盖料，抑制剂等措施，以减少液面有害物质的挥发。条缝式槽边排风罩是目前应用较为广泛的一种排风罩。其结构如图所示，它的特点是截面高度E较大，E250mm的称为高截面，E250mm的称为低截面。按照断面尺寸(EF)，有200mm200mm、250mm200mm、250mm250mm三种

10、规格。1.4.1 条缝式槽边排风罩条缝类型为了使沿条缝口长度方向的风速分布均匀，条缝口的形式可设计成等高条缝、楔形条缝和多风口式。（1）等高条缝条缝式槽边排风罩上的条缝口高度沿长度方向不变的，称为等高条缝，等高条缝口的高度h按下式确定：条缝口上的速度分布是否均匀，对槽边排风罩的控制效果有重大影响，高条缝罩沿条缝口长度方向的风速分布均匀较差，设计进可采取：减小条缝口面积f和罩横断面积F1之比的措施，即通过增大条缝口阻力，促使速度分布均匀。f/F1愈小，速度分布愈均匀。f/F10.3时可近似认为是均匀的。（2）楔形条缝采用楔形条缝口时，楔形条缝的高度可近似按表1确定。表中的h0为条缝口的平均高度。

11、表1 楔形条缝末端高度（3）多风口式多风口式罩一般槽长大于1500mm时可沿槽长度方向分设两个或三个排风罩，以保证沿槽长度方向的抽吸风速分布均匀。 1.4.2 槽边罩的相关计算公式（1）条缝式高度按下式计算： （2）排风量计算高截面单测排风： m3/s低截面单侧排风： m3/s高截面双侧排风(总风量)： m3/s低截面双侧排风(总风量)： m3/s高截面周边型排风： m3/s低截面周边型排风： m3/s式中：A槽长，m；B槽宽，m；D圆槽直径，m；边缘控制点的控制风速，m/s。(控制风速据简明通风设计手册P136表5-8查询)（3）条缝式槽边排风罩的压力损失P=Pa式中 局部阻力系数，=2.3

12、4；条缝口上空气流速，m/s(V0=710m/s) ；周围空气密度，kg/m3。1.4.3 设计计算本设计中要求为电镀酸洗槽设计排气装置，因此选用条缝式槽边排风罩，断面尺寸选=250250mm。其中，A=1.0m，B=0.6m，h=1.2m。根据简明通风设计手册P137得=0.35m/s由于槽宽B=600mm80%，造价仅为鲍尔环填料塔的一半左右。方案二通过两级筛板吸收并且回收盐酸原料。吸收剂分别采用H2O和NaOH溶液。净化回收工艺流程图吸收操作要点：l 先检查吸收塔水泵运转情况，盐酸阀门关闭，同时检查各路进出阀门；l 每天早班开车前开启水管阀门加水，更新碱液，然后关闭阀门；l 开启水泵和风

13、机，经常检查运行情况；l 吸收终止一般以一天三批料为准，取样化验盐酸浓度，达到20%以上才能结束，停泵打开底阀将回收的盐酸打入贮罐；l 即使冲入新鲜水，进入下一个吸收流程；3. 通风管道的设计3.1 常用材料用作通风管道的材料很多，主要有两大类：（1） 金属薄板：为常用材料，通常有普通薄钢板、镀锌钢板、不锈钢板、铝板和塑料复合钢板。优点是易于工业化加工制作，安装方便，能承受较高温度。工程中钢板常用厚度为0.54mm；（2） 非金属材料：包括聚氯乙烯塑料板和玻璃钢。表7 玻璃钢风管与配件的壁厚本设计中，将选用金属管材的通风管道。3.2 风管形状与规格（1）风管断面形状通风管道断面通常有两种形式，

14、圆形和矩形。在同样面积下，圆形断面周长最短，较为经济。且由于矩形风管四角存在局部涡流，在同样风量下，矩形风管的压力损失较之圆形风管要大。因此，在一般情况下都选用圆形风管。在本设计中，通风管道也选用圆形风管。矩形风管与同面积圆形风管的压损比值：（2）通风管道统一规格表8 圆形通风管道规格3.3 风管内的压力损失3.3.1 摩擦压力损失空气在管道内流动时，单位长度管道长度的摩擦压力损失按下式计算：式中单位长度的摩擦阻力损失，Pa/m；风管内空气的平均流速，m/s；空气的密度，kg/m3；摩擦阻力系数；风管的水力半径，m.对于圆形风管 ；D风管直径，m；对于矩形风管 ；a，b矩形管道的边长，m；3.

15、3.2 局部阻力损失管件（如三通，弯头等）的局部阻力损失按下式计算式中Z局部压力损失，Pa； 局部阻力系数，根据相关表格进行查询；风管内空气的平均流速，m/s;空气的密度，kg/m3；3.4 通风管道系统设计计算步骤（1） 绘制通风系统轴侧图，对各管段进行编号，标注长度和风量。以风量和风速不变为一管段。一般从距离风机最远的一段开始，由远及近顺序编号。管段长度一般按照两管件间中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度；（2） 选择风管内的空气流速。风管内的空气流速对通风系统的经济性有较大影响。流速高，风管断面小，材料耗用少，建造费用低；但系统阻力大，动力消耗增加，运行费用增加；表9 一

16、般通风系统风管内的风速（3） 根据各管段的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力和局部阻力。确定风管断面尺寸后，应采用通风管道统一规格，按管内实际流速计算阻力。阻力计算应从最不利环路开始；（4） 对并联管路进行阻力平衡（两支管的阻力差为：除尘系统应小于10%，其他通风系统应小于15%）。计算系统的总阻力；（5） 根据系统的总阻力和总风量选择风机。4. 设计系统水力计算4.1 系统轴侧图4.2 管径、风速及单位摩阻的确定绝对粗糙度K=0.15mm（1）管路初步选择管内空气流速=5m/s，根据=0.379m3/s（1364 m3/h）查表，按通风管统一规格选用管径，确定=320mm。当

17、=0.379m3/s，=320mm时，求得：管内流速=4.71m/s， 单位长度摩擦阻力=0.9Pa/m（2）管路初步选择管内空气流速=7m/s，根据=0.758m3/s（2728m3/h）查表，按通风管统一规格选用管径，确定=400mm。当=0.758m3/s，=400mm时，求得：管内流速=6.03m/s， 单位长度摩擦阻力=1.0Pa/m（3）管路初步选择管内空气流速=8m/s，根据=0.758m3/s（2728m3/h）查表，按通风管统一规格选用管径，确定=400mm。当=0.758m3/s，=400mm时，求得：管内流速=6.03m/s， 单位长度摩擦阻力=1.0Pa/m（4）管路初

18、步选择管内空气流速=8m/s，根据=0.758m3/s（2728m3/h）查表，按通风管统一规格选用管径，确定=400mm。当=0.758m3/s，=400mm时，求得：管内流速=6.03m/s， 单位长度摩擦阻力=1.0Pa/m（5）管路初步选择管内空气流速=5m/s，根据=0.379m3/s（1364 m3/h）查表，按通风管统一规格选用管径，确定=320mm。当=0.379m3/s，=320mm时，求得：管内流速=4.71m/s， 单位长度摩擦阻力=0.9Pa/m4.3 计算各管段的摩擦阻力和局部阻力4.3.1 摩擦阻力（1）管段风管内空气温度t=25，查得摩擦阻力温度修正系数=0.98

19、摩擦阻力=0.950.98=4.41Pa （取=5.0m）（2）管段摩擦阻力=1.08.50.98=8.33Pa （取=8.5m）（3）管段摩擦阻力=1.050.98=4.90Pa （取=5.0m）（4）管段摩擦阻力=1.06.50.98=6.37Pa （取=6.5m）（5）管段摩擦阻力=0.920.98=1.77Pa （取=2.0m）4.3.2 局部阻力（1）管段槽边排风罩压力损失 P= 2.341.185=112.30Pa弯头（三个）=90（三中节二端节）取R=1.5D，查简明通风手册表6-8“局部阻力系数”得：=0.18，3=30.18=0.54合流三通 =45 =0.6 =0.6=1

20、查表得，=0.26排风罩出口为变径管：由排风罩出口尺寸为250250mm及管段的管径为320mm得知，该变径管为渐扩管。长度取400mm=1.29tg=0.088，=10查得：=0.02（对应小头速度）排风罩出口流速 =0.379/=6.06m/s局部阻力 =（0.54+0.26）+0.02+112.30=123.25Pa（2）管段弯头（二个）=90（三中节二端节）取R=D，查简明通风手册表6-8“局部阻力系数”得：=0.23，2=20.23=0.46局部阻力 =0.46=9.91Pa（3）管段局部阻力包括两个90弯头和风机进口处变径管的阻力。要确定风机进口变径管的断面尺寸，先要确定风机的进口

21、尺寸。为此根据经验，初步选择4-68离心通风机NO.3.15，查得其进口直径为355mm，从而确定了该变径管为渐缩管。去长度为360mm tg=0.06，= 7.15 查简明通风手册得： =0.1（对应小头速度） 渐缩管收缩断面的流速 =0.758/=7.66m/s局部阻力 =9.91+0.1=13.40Pa（4）管段风机出口风变径管：由风机出口尺寸为260260mm及管段的管径为400mm得知，该变径管为渐扩管。长度取400mm=1.86tg=0.175，=20查得：=0.16（对应小头速度）风机出口流速 =0.758/=11.21m/s带到椎体伞形风帽：取h/D=0.5， 查得：=1.30

22、局部阻力 =0.16+1.30=39.92Pa（5）管段槽边排风罩压力损失 P= 2.341.185=112.30Pa弯头（两个）=90 取R=1.5D，查简明通风手册表6-8“局部阻力系数”得：=0.18 2=20.18=0.36合流三通 =45 =0.6 =0.6=1 查表得，=0.14排风罩出口为变径管：由排风罩出口尺寸为250250mm及管段的管径为320mm得知，该变径管为渐扩管。长度取400mm=1.29tg=0.088，=10查得：=0.02（对应小头速度）排风罩出口流速 =0.379/=6.06m/s局部阻力 =（0.36+0.14）+0.02+112.30=119.31Pa4

23、.3.3 对并联管路进行阻力平衡及计算系统总阻力管道水力计算表管段编号风量L(m3/s)管长l/(m)直径D(mm)实际流速(m/s)单位长度摩擦阻力/(Pa/m)摩阻温度修正系数摩擦阻力/(Pa)局部阻力Z/(Pa)管段总阻力=+Z(Pa)管路累计阻力(Pa)12345678910110.37953204.710.90.984.41123.25127.660.7588.54006.031.00.988.339.9118.24吸收塔5505500.75854006.031.00.984.9013.4018.300.7586.54006.031.00.986.3739.9246.297610.3

24、7923204.710.90.981.77119.31121.08管段阻力 =4.41+123.25=127.66Pa管段阻力 =1.77+119.31=121.08Pa则 =5.15%10%，所以无需重新调整管径则系统总阻力就是风管环路与布袋除尘器阻力之和，即=（4.41+8.33+4.90+6.37）+（123.25+9.91+13.40+39.92）+550=761Pa5. 风机的选择系统的计算风量为=0.758m3/s（2728m3/h），风压为=761Pa，则选用风机的风量、风压为：=1.10.758=0.834 m3/s（3002m3/h） =1.15761=876Pa风机在空气密度不同的系统中运行时，其风量不变，风压是变化的。为了根据样本选择风机，应把实际工况下的风压，换算为标准状态下的风压，即：风压 =876=954Pa根据上述风量和风压，在风机样本上选择了离心通风机F4-68 NO. 3.15A，当转速为2900rpm时：风量 =0.880 m3/s（3167m3/h）风压 =1000Pa电动机功率 N=1.5kW风机为防腐风机