课程方案设计书80813.doc

资源与环境 环境工程 1103班 学生 韩 雪 课程设计 第 17 页 共 17页目 录1.总论.22.淄博市某炼铁企业污染物排放情况.3矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。2.1 炼钢炉车间污染资料.3聞創沟燴鐺險爱氇谴净。2.2 炼钢炉车间排放的污染物对应国家标准.3残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。2.3 炼铁企业工艺流程.5酽锕极額閉镇桧猪訣锥。2.4 各处理单元原理.6彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。3.工艺流程选择.7謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。3.1 常用除尘技术原理.7厦礴恳蹒骈時盡继價骚。3.1.1 重力沉降室.7茕桢广鳓鯡选块网羈泪。3.1.2 旋风除尘器.7鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。3.2 炼钢炉车间除尘工艺流程选择.8籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。4.工艺计算.10預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。4.1 旋风除尘器设计.10渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。4.2袋式除尘器设计.11铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。5.课程设计小结.15擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。6.参考文献.16贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。1. 总论我国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；氮氧化物污染呈加重趋势；全国形成华中、西南、华东、华南多个酸雨区，以华中酸雨区为重。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。我国11个最大城市中，空气中的烟尘和细颗粒物每年使5万人夭折，40万人感染上慢性支气管炎。在一定程度上，城市生活正在背离人们所追求的健康目标。二氧化硫排放现状：随着我国经济的快速发展，煤炭消耗量不断增加。全国煤炭消耗量从1990年的9.8亿吨增加到1995年的12.8亿吨，二氧化硫排放总量随着煤炭消费量的增长而急剧增加。到1995年全国二氧化硫排放总量达到2370万吨。在各类二氧化硫排放源中，电厂和工业锅炉排放量占到70%，成为排放大户，各类污染源排放二氧化硫的百分比构成如下：民用灶具12%、工业窑炉11%、工业锅炉34%、电站锅炉35%、其他8%。烟尘、粉尘排放现状：1995年全国燃煤排放的烟尘总量为1478万吨，其中火电厂和工业锅炉排放量占70%以上。在火电厂排放中，地方电厂由于基本上使用的是低效除尘器，吨煤排放烟尘是国家电厂的5-10倍，其排放量占到电厂总排放量的65%。1995年全国工业粉尘排放量约为639万吨其中钢铁生产排尘占总量的15%，水泥生产排尘占总量的70%。在水泥生产排尘中，地方水泥厂排尘占到80%，成为工业12尘的主要排放源。近年来，乡镇工业发展迅速口1996年全国乡镇工业污染源调查结果表明，1995年全国乡镇工业二氧化硫、烟尘和工业粉尘排放量分别占当年全国工业二氧化硫、烟尘和工业粉尘排放莹的28.2%、54.2%和68.3%。乡镇工业污染物排放已成为我国环境污染的重要因素。机动车排气污染现状：自80年代以后，受经济增长的推动，我国机动车数量增长迅速。到1995年，全国汽车保有量已超过1050万辆，比1990年增加420万辆3汽车排放的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物排放总量逐年上升。由于城市人口密集，交通运输量相对大，机动车排气污染在城市大气污染中所占比例也不断上升。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。大气污染控制，就是从区域环境的整体出发，充分考虑该地区的环境特征，对所有能够影响大气质量的各项因素作全面、系统的分析，充分利用环境的自净能力，综合运用各种防治大气污染的技术措施，并在这些措施的基础上制定最佳的防治措施，以达到控制区域性大气环境质量、消除或减轻大气污染的目的。从协调地区经济发展和保护环境之间的关系出发，对该地区各污染源所排放的各类污染物质的种类、数量、时空分布作全面的调查研究，并在此基础上，制定控制污染的最佳方案。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。2. 淄博市某炼铁企业污染物排放情况钢铁工业的能耗、污染物排放量远高于工业部门平均水平；在钢铁工业内部，炼铁系统的污染最严重，能耗最高。1996年全国重点钢铁企业吨铁净能耗（标煤）为704kg，其中29.5% 用于烧结和焦化工序，且在提高原料的理化性能之后，未得到充分回收和利用，是炼铁系统能耗高的一个重要原因。炼铁系统的颗粒物和二氧化硫的排放量分别占钢铁工业总排放量的68.2%和73.7% ，吨铁颗粒物和二氧化硫的排放量分别为7.4kg 和7.7kg。但是，末端治理需要大量的投资和维护、运行费用，因此缩短生产流程、采用清洁生产是炼铁生产以至钢铁工业可持续发展的选择。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。钢铁工业环境保护的重点仍然是维护空气质量，在此目的下，进行除尘处理。由烟囱处取样获得目前的除尘水平来看，今后的除尘主要是控制粉尘扩散和减少细小微粒的排放。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。2.1炼钢炉车间污染资料炼钢厂排放的烟气中主要的有害物质为硫化物、氮化物、重金属以及有机物苯并a芘、H2S、NH3、苯、非甲烷总烃、F、HCl、二噁英等，废气排放量大，污染面广；温度高，成分复杂，粉尘颗粒细，吸附力强。这些污染物对人体健康有很大影响。例如苯并a芘对人体有较强的致癌作用，已引起国内环保界的重视。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。当前，国内钢铁企业废气治理技术的发展，主要表现在系统的大型化、集中化，烟气的干式除尘，高温烟气的处理，节约能源，综合利用以及排灰的完善等方面。有的企业在烧结过程中，向烧结料中加入适合的抑制剂以及采用废气循环，可明显减少废气排放的二恶英含量（大约为60%）。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。2.2炼钢炉车间排放的污染物对应国家标准大气污染物综合排放标准（摘自GB 162971996）表1 现有污染源大气污染物排放限值序号污染物最高允许排放浓度/(mg.m-3)最高允许排放速率/(kg.h-1)无组织排放监控浓度限值排气筒高度/m一级二级三级监控点浓度/(mg/-3)1二氧化硫1200(硫、二氧化硫、硫酸和其他含硫化合物的生产)151.63.04.1无组织排放源上风向设参照点0.5（监控点与参照点浓度差值）202.65.17.7308.817264015304550234569700（硫、二氧化硫、硫酸和其他含硫化合物的使用）60708090100334763821006491120160200981401902403102氮氧化物1700（硝酸、氮肥和火炸药生产）15203040500.470.772.64.67.00.911.55.18.9141.42.37.71421无组织排放源上风向设参照点0.15（监控点与参照点浓度差值）420（硝酸使用和其他）607080901009.914192431192737476129415672923颗粒物22（炭黑尘、染料尘）15203040禁排0.601.04.06.80.871.55.910周界外浓度最高点肉眼不可见80（玻璃棉尘、石英粉尘、矿渣棉尘）15203040禁排2.23.714253.15.32137无组织排放源上风向设参照点2.0（监控点与参照点浓度差值）4硫化氢1501520304050禁排0.300.511.73.04.50.460.772.64.56.9无组织排放源上风向设参照点0.25炼铁厂排放的大气污染物执行GB4911-85 钢铁工业污染物排放标准。二氧化硫的排放执行GB16297-1996,粉尘的排放执行GB9078。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。2.3 炼铁企业工艺流程炼钢的基本任务可以归纳为“四脱”（脱碳、氧、磷和硫）、“二去”（去气和去夹杂）、“二调整”（调整成分和温度）。采用的主要技术手段为；供氧、造渣、升温、加脱氧剂和合金化操作。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。氧气顶吹转炉炼钢的流程主要有配料、加料、吹氧、中间控制、出钢几个环节。 当上一炉钢还没有炼完时先配好下一炉钢的配料。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。1）首先中心化验室分别对炼钢原料(废钢、铁块、渣钢、回炉钢)的成分检测、造渣料(石灰、镁球、氧化铁皮、污泥球、生白云石、熟白云石、铁矿石)的成分检测 、脱氧合金(硅铁、硅锰、钒铁、硅铝铁、增炭剂、钢水净化剂、铌铁)的成分检测，将检测结果送至炼钢配料处；然后铁水化验室对高炉炼出来的铁水进行温度和成分(C、Si、Mn、S、P)的检测,将检测结果送至炼钢配料处；配料处根据这些检测数据和配料公式来计算炼钢原料、造渣料、脱氧合金的具体加入量。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。2) 炼钢原料的加入(铁水除外)当一炉钢水炼完以后，首先加入事先配好的废钢、铁块等炼钢原料，然后转动转炉，以去除废钢中的水蒸气，从而防止倒入铁水时带来的喷溅；凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。3) 铁水的加入当转炉摇炉以后，倒入预先配好的铁水，准备吹炼；4) 插入氧枪、吹氧、加入造渣料将氧枪插入炉口开氧点处(一般离炉口2.65米处)，同时开始吹氧，吹炼开始。吹氧12分钟后加入预先配好的造渣料，吹炼过程中操作工人根据观察炉口火焰的强度和形状以及吹炼时间（一般为1318分钟）和自身的经验来控制氧枪的位置和吹氧量的多少。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。5) 吹炼终点的判定操作工人根据以往的操作经验（炉口火焰的强度和形状以及吹炼时间）来判定吹炼终点，先通过取样检测出钢水的温度和钢水的成分（从取样到光谱仪分析出钢水的成分需要3分钟左右的时间），操作工人通过观看墙上大屏显示的钢水温度和钢水的成分来判断是否达到出钢要求，如果不符合要求，则进行补吹氧气或者补加造渣料，直到钢水的温度和成分符合要求。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。6) 出钢、溅渣护炉当钢水的温度和成分符合要求时即可以出钢，倒出钢水后往转炉内吹入氮气，进行溅渣护炉，吹氮时间由操作工人控制，一般为1分钟左右。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。7) 吹氩、脱氧转炉炼好的钢水倒入钢包，然后根据生产钢种的要求加入相应的脱氧合金和吹入定量的氩气，反应后采样检测钢包中钢水的成分，当成分达到要求时，即可进入连铸生产。阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。2.4各处理单元原理炼钢的基本反应：1）成渣过程Si+O(SiO2) Fe+O(FeO) 2）脱磷反应 2P+5(FeO)+n(CaO)(nCaO2O5)+5Fe P 3）脱硫反应 Mn+O(MnO)(FeO)+(SiO2)+CaO(CaOFeO2) SiOFeS+(CaO)(CaS)+(FeO)4）脱碳反应 C+O=CO C+2O=CO2 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。5）脱氧反应 2Al+3O=(Al2O3)通过石墨电极与钢液之间的电弧作为热源来加热钢水。同时采用底吹氩搅拌钢液，在钢液表面造还原渣脱硫，对钢液进行加热的炉外精炼处理方式。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。连铸基本工艺原理：钢水由大罐经中间包稳流、分配后进入结晶器，受到结晶器水冷铜壁的冷却形成坯壳，为了避免坯壳与结晶器 粘结，结晶器做上下往复振动，并加入保护渣或其他起到润滑效果的材质。铸坯经弯曲进入弧形段，再经矫直成水平状态，由切割机切割成一定长度的铸坯，输送至轧钢厂。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。图1 炼钢炉剖面图3.工艺流程选择3.1 常用除尘技术原理3.1.1 重力沉降室重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置，结构如图1所示。含尘气流进入重力沉降室后，由于扩大了流动截面积而使气体流速大大降低，使较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。谚辞調担鈧谄动禪泻類。图2 简单的重力沉降室3.1.2 旋风除尘器旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。普通旋风除尘器是由进气管、管筒、椎体和排气管等组成，气流状况如图3所示。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 图3 普通旋风除尘器的结构及其内部气流3.2 炼钢炉车间除尘工艺流程选择由设计原始资料可以知道，烟气中的主要污染物为颗粒物，烟气温度20，允许最大排风速度16m/s，允许压力损失2000Pa，因此，适合安装使用旋风除尘器。原始资料中给出的数据表明，气体中颗粒物占1600mg/L，烟尘浓度排放标准（标准状况下）：200mg/L，计算除尘效率可知，要求该车间最终排放烟气除尘效率至少达到87.5%，于是我们可以选择袋式除尘器或者湿式除尘器，而湿式除尘器的压力损失较大，且要注意设备与管道的腐蚀，以及污水处理问题等。湿式除尘过程中不利于副产品的回收。要获得高除尘效率，必须使液相更好的分散，能耗较大，成本较高。而且有数据可知，当地环境温度-5，若用湿式除尘器，则可能造成设备冻结，解决此问题又将进一步增加除尘成本，因此不选择湿式除尘器。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。综上所述，可以选择袋式除尘器，又因为允许压力损失2000Pa，因此可选用机械振动袋式除尘器或者逆气流清灰袋式除尘器，而机械振动袋式除尘器损耗较高，需要经常检修与更换滤袋，故选择逆气流清灰袋式除尘器。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。最终确定工艺流程： -旋风除尘器-袋式除尘器-风机-烟囱-4 工艺计算4.1 旋风除尘器设计旋风除尘器的设计应遵循以下原则 ：为防止粒子短路漏到出口管，hs，其中s为排气管插人深度；为避免过高的压力损失，b（Dde）/2；为保持涡流的终端在锥体内部，（H+L）3D；为利于粉尘易于滑动，锥角7o8o；为获得最大的除尘效率，de/D0.40.5，（H+L）/de810；s/de1； 设计步骤：1）选择除尘器的型式 :根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征，及除尘要求、允许的阻力和制造条件等因素 。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。2）根据允许的压力降确定进口气速，或取为 1225 m/s 3）确定入口截面A，入口宽度b和高度h A=bh=Q/v4）确定各部分几何尺寸 已知炼钢炉车间烟气处理量12000 m3 /h,烟气密度1.2kg/m3允许压力损失为900 Pa，局部阻力系数为=16A/de2颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。取v=12.4m/s，相应压力损失p=v2/2 入口面积： A=qv/3600/v=0.112入口宽度： b=(A/2.5)0.5=0.212m入口高度: h=2.5b=0.529m筒体直径： D=3.33b=0.675m排出管直径: de=0.6D=0.405m筒体长度: L=1.9D=1.283m锥体长度: H=1.6D=1.080m排灰口直径: d1=0.43D=0.290m4)技术性能处理能力： =3600（0.3750.750）16 =16200/h设备阻力： P= (=5.05.5) =5(20201.205/2) =1205Pa除尘效率：按经验值取=90%排放浓度： =（1-0.90）0.116 =0.0116kg/m3粉尘回收量： =1660kg/h5)定型结论型式： 标准CLP/B-12.5X型高风量旋风除尘器风量： 15909/h阻力： 1200Pa外形尺寸：1470mm6130mm4.2袋式除尘器设计设计流程：1) 选择过滤介质：与温度和气体与粉尘的其他性质相适应2) 选择清灰方式：与滤布相适应3) 计算气布比4) 计算穿透率5) 计算需要的过滤面积和袋室数目6) 提出风机和管道的技术要求具体步骤：1）选定除尘器型式、滤料及清灰方式根据对除尘效率的要求、厂房面积、投资和设备定货的情况等，选定除尘器类型；根据含尘气体特性，选择合适的滤料；根据除尘器型式、滤料种类、气体含尘浓度、允许的压力损失等便可初步确定清灰方式。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。2）计算过滤面积A=一般情况下的过滤气速归纳如下简易清灰: v =0.200.75m/min机械振动清灰: v =1.02.0m/min逆气流反吹清灰: v=0.52.0m/min脉冲喷吹清灰: v=2.04.0m/min3）除尘器设计确定滤袋尺寸:直径d和高度l计算每条滤袋面积:a=dl 计算滤袋条数:n=A/a在滤袋条数多时，根据清灰方式及运行条件将滤袋分成若干组，每组内相邻两滤袋之间的净距一般取5070mm。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。依据设计题目选用袋式除尘器，采用逆气流反吹清灰及二状态清灰制度。1)基础数据含尘气流的温度T=300，进气流量Q=12000m3/h, 含尘浓度=1.18kg/m3，参考大气污染控制工程，逆气流反吹清灰的过滤气速=0.52.0 m/min；选取 =0.7 m/min。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。参考大气污染控制工程，袋式除尘器的压力损失，通过清洁滤袋的压力损失一般为100130Pa，当压力损失接近1000Pa时一般需要对滤袋进行清灰。此处选取为100 Pa。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。参考除尘设备，炼钢炉中颗粒的比阻系数=1.50 min/(gm)参看环境工程设计手册，废气的堆积密度=1500Kg/m3，含尘气流达到国家标准的排放浓度=200mg/m3 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。参看袋式除尘器的设计与应用，相邻两滤袋安装的中心距为210250mm，滤袋与花板边界距离为200mm，单元间隔大于相邻两滤袋的间隔。裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。物理学结论，将物体置于倾斜角大于45的倾斜板上，物体将向下滑动，故当灰斗倾斜角大于45时，灰粒可自行落下。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。含尘气体进气流速为18m/s，净气出口流速为38m/s 。2)过滤面积、滤袋数目的确定参考大气污染控制工程，袋式除尘器的过滤面积A=根据袋式除尘器的设计与应用所述，滤袋长度L与直径D的比L/D的取值范围540，及滤袋尺寸的参考数据选取：绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。L=1500mm, d=160mm.计划所需滤袋总数n=故分两个单元，每个单元安装100条滤袋，按1010布置，总计200条滤袋。3) 滤袋清灰时间的确定袋式除尘器的压力损失： 式中：通过清洁滤袋的压力损失，Pa； 通过颗粒层的压力损失，Pa；参考除尘设备 =t式中 ：颗粒比阻力系数，min/(gm) 过滤风速，m/min 含尘浓度，g/m3 t 清灰时间，min设达到1000Pa时清灰一次，将已知数据代入上式：1000 = 100 + 1.500.725t 解得：t = 244.9min = 4.08h 故滤袋运行4.08h清灰一次。4) 灰斗的计算参考大气污染控制工程，标况下含尘浓度： g/m3为达到国家标准所需的除尘率：98%则灰堆积速度：q =取相邻两滤袋距离为60mm，即相邻两滤袋中心距为220mm。单元间距取100mm。每单元的截面为正方形，截面边长：a=100.1690.0620.2=2.54m=2540mm，截面积：S=a2=2.542=6.45m2骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。取灰斗倾斜角为50，排灰口边长a0取0.3m，排灰斗高度：H=atan50- a0tan50=2.54tan50-0.3tan50=1.33m瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。积灰高度h取0.60m,估算积灰体积： V= =0.197m3 排灰时间20.1h，故可知每20.1小时排灰斗排灰一次。辅助结构计算便于进气管与灰斗连接，采用方形断面管，断面边长：L1=0.3m净气出流速度取5m/s，出口管道选圆截面管道，截面直径： D=0.515m=515mm，圆整到550mm。5. 课程设计小结在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学，我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。虽然课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会使我在以后的学习、工作和生活中受益。设计过程，好比是我们成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我们通过查阅大量有关资料，并和同学们互相讨论，交流经验，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。在设计的过程中需要频繁应用公式编辑器，此次的设计，让我对电脑某些软件的应用有了更加深入的了解。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出最好的榜样。6.参考文献鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。1. 工业防尘专业委员会 工业防尘手册M北京，劳动人事出版社：19872. 何争光大气污染控制工程及应用实例M北京，化学工业出版社：20043. 郝吉明，马广大大气污染控制工程M北京，高等教育出版社：2008.4. 刘伟，祝凌云AutoCAD2007中文版自学手册M人民邮电出版社：20075. 胡传鼎.通风除尘手册M化学工业出版社：2004济南大学课程设计用纸