鑄造廠烘干爐臭氣治理設(shè)計說明書

《大氣污染控制工程》課程設(shè)計/目錄一、課程設(shè)計題目二、課程設(shè)計目的三、設(shè)計的原始資料四、設(shè)計工藝參數(shù)五、凈化工藝流程的確定六、設(shè)計計算6.1噴淋塔的設(shè)計計算6.2吸附塔的設(shè)計計算6.3煙囪設(shè)計計算6.4管道設(shè)計計算6.5風(fēng)機選擇七、參考文獻一、課程設(shè)計題目某鑄造廠烘干爐臭氣治理設(shè)計二、課程設(shè)計目的通過課程設(shè)計進一步消化和鞏固課程所學(xué)內(nèi)容,并使所學(xué)的知識系統(tǒng)化,培養(yǎng)運用所學(xué)理論知識進行凈化系統(tǒng)設(shè)計的初步能力、通過設(shè)計,了解工程設(shè)計的內(nèi)容、方法和步驟,培養(yǎng)學(xué)生確定大氣污染控制系統(tǒng)的設(shè)計方案、進行設(shè)計計算、繪制工程圖、實用技術(shù)資料、編寫設(shè)計說明書的能力。三、設(shè)計的原始資料某鑄造廠現(xiàn)有兩座遠紅外烘干爐,用于烘干集團公司所生產(chǎn)的主產(chǎn)品——推土機和壓路機的型砂。廠房的平面示意圖如圖1所示,烘干爐的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。烘干工序為：烘干爐采用間歇操作,兩座烘干爐每一個天平均烘干三爐型砂,在加熱過程中有恒溫控制系統(tǒng)進行自動控制,每加熱一爐型砂需要4個小時左右,其排放煙氣是間歇性的,一般爐內(nèi)溫度加熱到180℃開始使用通風(fēng)機進行排氣,大約排放15分鐘,以后每30分鐘經(jīng)行一次排氣。爐內(nèi)煙氣通過安裝在爐頂?shù)膬蓚€排氣管〔d=200mm引出,沒有設(shè)置煙囪,煙氣直接排入室外環(huán)境。從某鑄造廠的來的資料進一步了解到型砂是有3-4%的合脂油和黃沙混合而成的。從合脂油的硬化機理知道合脂的硬化主要是由于羥基酸之間的羥基團和羧基團起作用并聚合成為分子量更大的聚合物,同時合脂中少量的不飽和脂肪酸在烘干過程中發(fā)生氧化聚合反應(yīng)。由于合脂中含有較多的羥基酸〔醇酸,在加熱過程中容易脫水聚合,形成長鏈的聚酯。例如兩個分子羥基酸中的羥基〔-OH和羧基〔-COOH相互脫水縮合而生成聚合物"交酯"。加熱作用除了為了合脂的硬化提供硬化環(huán)境外,也起到蒸發(fā)水分和促進合脂油中的稀釋劑〔煤油的生成作用。這就會使得在加熱過程中有各種復(fù)雜的物質(zhì)以氣體的形式排出。主要有合脂油在濃縮過程中產(chǎn)生的水、有機酸、煤油,以及合脂油和黃沙所含雜質(zhì)在加熱過程中所產(chǎn)生的一些易揮發(fā)的小分子有機物、硫化物等。這些物質(zhì)排入環(huán)境產(chǎn)生惡臭污染。四、設(shè)計工藝參數(shù)系統(tǒng)風(fēng)量〔Q：800Nm3煙氣溫度〔T：80-95℃排氣管直徑〔D：225mm原風(fēng)機型號：Y132S1—2風(fēng)量：3807m五、凈化工藝流程的確定根據(jù)原始資料,擬確定有以下方法處理方法：冷凝法、吸附法、洗滌法和洗滌-吸附聯(lián)合工藝。冷凝法雖然既有一定的效果,但是煙氣的溫度難以降低,出口煙氣溫度在100℃以上,大部分小分子難于冷卻下來,因此處理效率很低,出口部位的煙氣中仍有惡臭,去除效率不高,冷凝下來的油脂容易附在冷凝管上,不易收集。吸附法對煙氣治理效果較好,因為吸附劑能吸附絕大部分的油脂類物質(zhì)和小分子物質(zhì)。在系統(tǒng)的出口部位,煙氣中基本上聞不出惡臭味,因此吸附法對惡臭處理具有良好的治理效果。但是吸附法帶來一系列問題,如吸附劑的再生、吸附室溫度過高對吸附劑帶來不良作用等問題。洗滌法也是利用冷凝的原理,對煙氣進行處理,同時能去除部分易溶水的氣體。洗滌法對煙氣的冷凝作用明顯,洗滌器進口管中的煙氣溫度在120~170℃,經(jīng)過洗滌后,煙氣溫度降到40~50℃。油水靜止后能分層,在水面上漂浮著油層,水中具有強烈的惡臭氣味,說明部分惡臭氣體是溶于水的。洗滌法能去除大部分煙氣中的氣味,但是在出口部分還能聞出少許惡臭的氣味,說明洗滌法去除不徹底。將洗滌法和吸附法聯(lián)合起來處理,煙氣先洗滌,后吸附,經(jīng)過兩道工序,保證了治理效果,同時解決了吸附法存在溫度過高處理效果不好的的問題。因此在工藝選擇上,我們采用了洗滌——吸附法的聯(lián)合工藝。由以上工藝,洗滌器設(shè)置為噴淋塔,吸附器設(shè)置為吸附塔。六、設(shè)計計算6.1噴淋塔的設(shè)計由于吸附塔在0-40℃時隨著溫度升高,活性炭吸附效果越好,所以取出噴淋塔溫度為40℃。煙氣量為800Nm3/h,令煙氣溫度為90℃,出口溫度為40℃,冷流體進入狀況,進水溫度為25℃,出水溫度為45℃<1>煙氣量計算Q=式中：Q、Q0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和溫度為T時的煙氣流量,mT——煙氣進口溫度代入數(shù)據(jù)得：進口煙氣流量：Q=273+90273800=1063.74m3<2>塔徑的計算D=4Q式中：Q——煙氣流量,m3V——空塔氣速由于噴淋塔是小型噴淋塔,根據(jù)GB/T50392-2006的機械通風(fēng)冷卻塔設(shè)計規(guī)范。塔內(nèi)風(fēng)速一般為2~2.5m/s,取空塔氣速為2m/s。所以：D=4*0.2953.14*2=0.433m,取整為0.8實際空塔氣速為v=4QπD2=<3>濕段高度為了取得較好的降溫效果,一般取2-5秒的停留時間,本次設(shè)計取停留時間為5秒。所以濕段高度h=0.58*4=2.9m<4>用水量計算〔根據(jù)熱量平衡式計算Q=式中：Wh、WcT1、Tt1、Cph、Cpc——煙氣的平均溫度為90+402=65℃,查得該溫度下比熱容Cpc=1.017KJ/kg·℃冷流體的平均溫度為25+452=35℃,查得該溫度下比熱容Cpc=4.174KJ/kg·℃熱流體的質(zhì)量流量Wh=1063.74冷流體的質(zhì)量流量：Wc=所以用水量為Qc=677.76994=0.682m考慮到水的重復(fù)使用,設(shè)置一個換熱器以及提升泵。<5>其他設(shè)施設(shè)計a、布水裝置由于采用逆流式冷卻塔,所以用管式配水。噴頭布置采用正三角形布置。噴淋區(qū)一般設(shè)置3~6個噴淋層,每個噴淋層都裝有多個霧化噴嘴,交叉布置,覆蓋率達200%~300%。由于濕段高度為2.9m,同時考慮成本問題,故設(shè)計中設(shè)置3個噴淋層。噴淋層間距一般為1.2~2m,為了便于檢修和維護,層間距設(shè)為0.6m。由于處理量較小,根據(jù)GB/T50392-200的冷卻塔設(shè)計規(guī)范,取噴淋密度為14m3〔m2/h。表1：噴淋塔高度參考項目范圍噴淋入口寬度與直徑之比/%60—90入口煙道到第一層噴淋層的距離/m2.0—3.5噴淋層間距/m1.2—2最頂端噴淋層到除霧器的距離/m1.2—2除霧器高度/m2.0—3.0除霧器到吸收塔出口的距離/m0.5—1噴淋塔出口寬度與直徑之比/%60—100噴淋層高度為h2=<3-1>*0.6=1.2入口煙道到第一層噴淋層的距離為：h1=2.9-〔3-1*0.6=1b、除霧器設(shè)置氣液接觸后,氣體中會有一定量的液體沫霧,在進入吸附塔之前,必須將水霧去除。常用的除霧器有拆版除霧器,填料除霧器,絲網(wǎng)除霧器,考慮到噴淋塔的特點及經(jīng)濟因素和效果,本工藝采用折板除霧器。除霧器通常安裝在吸收塔的頂部,也可安裝在吸收塔后的煙道上。其作用是捕集降溫后潔凈煙氣中的水分,盡可能地保護其后的管路及設(shè)備不受腐蝕與沾污。同時如果蒸汽中含有較多的水分會對后續(xù)的吸附塔吸附產(chǎn)生影響,必須要對氣體進行除霧干燥。在吸收塔中,由上下兩級除霧器及沖水系統(tǒng)構(gòu)成。本噴淋塔按照吸收塔規(guī)格設(shè)計。除霧器的原理示意圖如下：表1是吸收塔的相關(guān)設(shè)計規(guī)范,由于噴淋塔參考吸收塔設(shè)計,可以使用吸收塔的相關(guān)設(shè)計規(guī)范。按照表1取值,取最后一層噴淋層到除霧器的距離為0.6m,除霧器到吸收塔出口的距離0.4m。除霧器的高度為1m,采用2層除霧,則除霧區(qū)的總高度為h3=0.6+1×2+0.4=C、布氣裝置設(shè)計布氣主要是看進出口煙氣的控制,一般希望進氣在塔內(nèi)能夠分布均勻,且煙道呈正方形,故高度尺寸取得較小,但寬度不宜過大,否則影響穩(wěn)定性。取入口寬度與直徑之比0.3,出口寬度與直徑之比取0.35。所以：入口寬度d入=800*0.3=24出口寬度d出=800*0.35=28由于進口煙氣溫度為90℃,出口煙氣溫度為40℃,所以可以得出進出口的煙氣流量。進口煙氣流量：Q入=273+90273*800=1063.74m出口煙氣流量：Q出=273+40273*800=917.22m逆流式噴淋塔煙氣進出口流速一般為2.5~5m/s,本設(shè)計均取2.5m/s,由上面可以得到進口煙氣流量為0.295m3/s,出口煙氣流量為0.255m3/s。由V=u×h入口高度：h入出口高度：取根據(jù)氣體在管道內(nèi)的速度范圍及噴淋塔的出口氣體的細致特點,在塔頂設(shè)計成錐形,選取噴淋塔的出口口徑D=150mm,外接外徑為150mm壁厚0.5mm的鋼質(zhì)管道,其中塔斗邊角為45°。所以塔斗所占高度為：〔800-280/2=60mm=0.26md、塔總高度計算塔的總高等于各段高度之和;H=h1+h2+h3+h入+h出=實際中可取整計算。本設(shè)計按照6.66m設(shè)計。壓力損失：由于采用的是三層噴淋,根據(jù)計算噴淋塔壓力損失的軟件,一層噴淋壓力損失為407Pa,三層噴淋壓力損失為1221Pa。表2冷卻塔的主要數(shù)據(jù)項目單位內(nèi)容冷卻塔形式噴淋塔流向〔順流/逆流逆流進口煙氣量〔進口溫度下m3/h1063.74出口煙氣量〔出口溫度下m3/h917.22空塔氣速m/s0.58煙氣在吸收塔內(nèi)停留時間s5吸收塔吸收區(qū)直徑mm800用水量m3/h0.682噴淋層層數(shù)層3噴淋層層間距m0.6除霧器高度m1除霧器層數(shù)層2煙氣入口寬度mm240煙氣出口寬度mm280吸收塔吸收區(qū)高度m2,9噴淋層高度m1.2除霧區(qū)高度m3入口高度m0.5出口高度m塔頂吸收塔總高度m6.666.2吸附塔設(shè)計工業(yè)上應(yīng)用廣泛的吸附劑主要有四種：活性炭、活性氧化鋁、硅膠和沸石分子篩。通過常用吸附劑的比較,我們可以選擇活性炭作為吸附劑。它是由各種含碳物質(zhì)在低溫下碳化,然后在高溫下活化而得到。其優(yōu)點是吸附效率高,比表面積大,有足夠的機械強度,提熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性強,價格便宜,且易獲得。選取相關(guān)參數(shù)如下：堆積密度：ρb=460g/m孔隙率：ε=0.37；顆粒直徑：4-8mm；選用粒狀炭。實驗確定活性炭的用量為400kg/三個月。2、煙氣量：Q=式中：Q、Q0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和溫度為T時的煙氣流量,T——煙氣進口溫度由于吸附塔位于噴淋塔后,所以吸附塔的進口溫度為40℃。即：Q=273+40273*800=917.22m3、活性炭體積：V=mρ式中：m——一次裝入的活性炭質(zhì)量,kgρ——活性炭密度,kg/mV=mρ4、塔徑：D=式中：Q——煙氣流量,m3V0——查簡明通風(fēng)設(shè)計手冊,選擇固定床吸附裝置中的圓筒型,如下。同時查簡明通風(fēng)設(shè)計手冊,得出固定床吸附裝置的空塔氣速一般取0.50m/s以下,吸附劑和氣體的接觸時間取0.50~2.0s以上,吸附層壓力損失應(yīng)控制小于1KPa。取空塔氣速為0.3m/s,由于處理的有害氣體濃度不是太高,采用單罐式。故塔徑為：D=4Qπ實際的空塔氣速為v=4Q5、壓力損失：?P=150·（1-ε）2式中：ε——孔隙率μ——粘度,pa/sρ——煙氣密度,kg/mV0——dp——活性炭顆粒直徑,m取孔隙率為0.37,40℃下煙氣密度為1.128kg/m3,粒徑為5*10-3m,40℃下大氣的粘度為1.90*10-5Pa?P=150·（1-0.37）2=290.5+519.2=809.7〔Pa<1000Pa壓力損失合理。6、停留時間：t=式中：ε——孔隙率V——活性炭體積,mQ——煙氣流量,m3t=εVQ=7、吸附塔高度：〔1、塔的頂部空間高度塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭切線的距離。為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量,取塔頂?shù)目臻g為1.2~1.5m。有時為了提高產(chǎn)品質(zhì)量,必須更多的除去氣體中夾帶的霧沫,可以再塔頂設(shè)置除沫器。由于在次設(shè)計中吸附塔進入的氣體已經(jīng)在噴淋塔中除沫了,不需要在額外再設(shè)置除霧器。只需要預(yù)留頂部空間,取頂部空間為1.3m。采用弧度圓頂,具體設(shè)計如高程布置圖。〔2、塔的底部空間高度塔的底部空間高度指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線處的距離。由于是吸附塔,所以氣體停留時間很短。本設(shè)計取氣體10s停留時間。塔的底部空間高度為：0.255*103.14*1*1〔3吸附層高度由之前的計算可得吸附層高度為1m。吸附塔的總高度為1.3+0.8+1=3.1m8、附件裝置設(shè)計：承載裝置的設(shè)計：選用典型的柵板作為支撐裝置,其結(jié)構(gòu)簡單,強度大,操作方便。卸料人孔：距地面高度為1m,高度為0.4m。裝料人孔：在塔頂設(shè)置,人孔的大小為0.4m6.3煙囪設(shè)計1、煙囪直徑〔煙囪出口內(nèi)徑：D=4Q式中：Q——工況下煙氣流量,m3/sv——煙囪出口煙氣速度,m查鍋爐房設(shè)計手冊,得出下表表1煙氣出口流速〔單位米每秒通風(fēng)方式運行情況全負荷最小負荷機械通風(fēng)10~204~5自然通風(fēng)6~102.5~3采用機械通風(fēng),選取煙氣出口速度為VS=3則D=4QπVS=4*0.255π*3=0.則實際煙氣出口速度為V2、煙囪的出口處平均風(fēng)速：U式中：U、U0——HS——M——大氣穩(wěn)定系數(shù)；表2鍋爐煙囪高度煙囪總額定出力/<t/h><11~22~66~1010~2020~35煙囪最低高度/<m>202530354045取煙囪高度為20m。煙囪錐度為0.02。所以煙囪的底部直徑為d1式中：D——煙囪出口直徑H——煙囪高度,m底部直徑d1=為了取m值方便,取地面10m處的氣速為4m/s。大氣穩(wěn)定度等級為D級別。表3各種穩(wěn)定條件下的風(fēng)廊線冪指數(shù)值m穩(wěn)定度級別地區(qū)ABCDE、F城市0.10.150.20.250.3鄉(xiāng)村0.070.070.10.150.25可以得出穩(wěn)定度m=0.25則煙囪出口處平均風(fēng)速U=43、煙流抬升高度：?H=2*1U〔1.5v式中：U,vs——d——煙囪直徑,mqH——煙氣熱釋放率,kj由以上計算：U=4.76m/s,vs=3.6m/s,煙囪直徑d=d1qqH=0.35*Pa*式中：QV——?T——煙氣溫度和空氣溫度之差,取空氣溫度為20設(shè)施度TS——Pa——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?取1013.25hPa代入數(shù)據(jù)得出：qH=0.35*Pa*=0.35*1013.25*(40+273)-（20+273)40+273=354.6*0.06*0.255=5.4kj/s計算抬升高度為：?H=2*1U〔1.5v=2*14.76*〔1.5*3.6*0.7+9.56*=1.6m4、校核：以SO2作為污染氣體校核,煙囪的有效高度為：He地面最大濃度出現(xiàn)點為：σZ=21.6擴散參數(shù)修正,該鑄造廠建在城市中,按照P-T法得出的大氣穩(wěn)定度為D,經(jīng)修正后選擇C類。利用相關(guān)表格取得相關(guān)參數(shù)：0.106803*x0.917595在x=223.7m時,σy=0.177154*223.7質(zhì)量流量Q=0.255*1.128=0.2876kg/s最大濃度Qmax=2QπUHe小于國家標(biāo)準(zhǔn)200mg/m3,煙囪設(shè)計合理。5、煙囪阻力計算：a、煙囪的摩擦阻力?P=λ式中：λ——煙囪摩擦阻力系數(shù),磚制或金屬煙囪均取0.04H——煙囪高度,mω——煙囪內(nèi)煙氣平均流速,m/sdp——Ρ1——煙囪內(nèi)煙氣的平均密度,kg/m3由上面數(shù)據(jù)可以得出,H=20m,dp煙囪內(nèi)煙氣平均流速ω=4Qπdp煙囪內(nèi)煙氣的平均密度：由于標(biāo)況下干空氣密度為1.29,硫化氫密度為1.518,取標(biāo)況下煙道氣密度為ρ=1.35kg/m340℃下煙道氣密度：ρ1=1.35*273313=所以：?P1=λHω22dpρb、煙囪出口阻力?P2=A式中：A——煙囪出口阻力系數(shù),A=1.0VS——煙囪出口煙氣流速,m/sρ2——煙囪出口處煙氣密度,kg/m3由上面可得VS=3.6m/s,煙囪出口處溫度為20℃,其煙氣密度為ρ2=1.35*273293=1.所以?P2=AC、煙囪抽力：S=H〔ρ式中：S——煙囪抽力,PaH——煙囪高度ρ空氣、ρ煙氣——tk——外界空氣溫度,tp——煙囪內(nèi)煙氣平均溫度,由上面的計算,可得H=20m,ρ空氣=1.293、ρ煙氣=1.35。t代入得：S=H〔ρ=20*〔1.293=-0.23pad、煙囪總阻力?P=?P1+?P2+S=〔0.83+0.029*9.81-0.23=8.2Pa6.4管道設(shè)計計算1、管道阻力由于選用DN200的直管約45m,其中90℃下有20m,40℃下有25m,彎頭5個,三通3個。直管的管道阻力計算公式為：?P=L*式中:L——直管段長度,mλ——阻力系數(shù)RsV——煙氣流速,m/ρ——空氣的密度,kg/m3取DN200的管道阻力系數(shù)為0.02,查資料得40℃空氣密度為1.13kg/m3,煙氣速度為4Qπd2=4*0.2553.14*0.2水力半徑Rs帶入公式計算?P=L*=25*0.024*0.05=93.13+84