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1、大氣污染控制工程 某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)課程設(shè)計 洛陽理工學院 大氣污染控制工程 課 程 設(shè) 計 設(shè)計題目：某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計 系 別：環(huán)境工程與化學系 專 業(yè)：環(huán)境監(jiān)測與治理 班 級： 學 號： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 1 目錄 前言 1 1總論 2 1.1設(shè)計任務(wù)書 2 1.1.1設(shè)計題目 2 1.1.2設(shè)計任務(wù) 2 1.1.3

2、原始資料 2 1.2設(shè)計依據(jù)和原則 3 2主要及輔助設(shè)備設(shè)計計算 4 2.1煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算 4 2.1.1煙氣量的計算 4 2.1.2標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度的計算 5 2.1.3標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算 5 2.2 除塵脫硫設(shè)備、風機和煙囪的位置及管道的布置 5 2.2.1各裝置及管道布置的原則 5 2.2.2管徑的確定 5 2.3硫裝置的選擇設(shè)計 6 2.3.1塵脫硫設(shè)計計算 6 2.3.2工藝流程 8 2.4煙囪設(shè)計 8 2.4.1煙囪高度的確定 8 2.4.2煙囪直徑的計算 8 2.4.3煙囪的抽力的計算 9 2.5系統(tǒng)阻力的

3、計算 9 2.5.1摩擦壓力損失 9 2.5.2局部壓力損失 10 2.6電動機選擇及計算 11 2.6.1風機風量的計算 11 2.6.2風機風壓的計算 11 2.6.3電動機功率的計算 12 3設(shè)備一覽表 13 小結(jié) 14 主要參考文獻 15 大氣污染控制工程 某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)課程設(shè)計 前言 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化與工業(yè)化進程的加速，以及煤、油為主的能源框架，環(huán)境污染越來越嚴重。而在我國的能源結(jié)構(gòu)中以燃煤為主，眾所周知煤炭在燃燒過程中會產(chǎn)生較多的污染物，尤其是向

4、大氣中排放酸性污染物，在大氣遷移過程中形成酸性沉降物，即酸雨，而酸雨對人類產(chǎn)生著最直接、最嚴重的危害。且隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，能源的消耗量逐步上升，大氣污染物的排放量相應(yīng)增加。而就我國的經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展就我國的經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展水平及能源的結(jié)構(gòu)來看，以煤炭為主要能源的狀況在今后相當長時間內(nèi)不會有根本性的改變。我國的大氣污染仍將以煤煙型污染為主。因此，控制燃煤煙氣污染是我國改善大氣質(zhì)量、減少酸雨和二氧化硫危害的關(guān)鍵問題。 本設(shè)計是某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計，主要目的就是除塵與煙氣脫硫，以達到污染物排放標準，而其中最主要的是除塵與煙氣脫硫系統(tǒng)。 在常規(guī)工藝中，脫硫和除塵作為獨立的單元操作分別在各

5、自的裝置中完成。而在脫硫除塵一體化工藝過程中，將脫硫和除塵兩個單元操作結(jié)合起來，即在一個操作單元中既達到除塵的目的又滿足脫硫的要求。脫硫除塵一體化操作可以簡化工藝流程，節(jié)約設(shè)備投資。但是由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，限制因素較多，故本設(shè)計采用先除塵后脫硫的常規(guī)工藝。 16 1總論 1.1設(shè)計任務(wù)書 1.1.1設(shè)計題目 某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計。 1.1.2設(shè)計任務(wù) 燃煤鍋爐燃燒過程排放的煙氣中含有大量的煙塵和二氧化硫，如不采取有效的治理措施，將會對周圍大氣環(huán)境及居民健康造成嚴重影響與危

6、害。因此，本設(shè)計結(jié)合燃煤鍋爐煙氣排放特點，根據(jù)所提供的原始參數(shù)及資料，擬設(shè)計一套燃煤采暖爐房煙氣除塵系統(tǒng)。要求設(shè)計的凈化系統(tǒng)效果好、操作方便、投資省，且出口煙氣濃度達到鍋爐大氣污染物排放標準（GB13271-2001）中二類區(qū)標準，即：煙塵排放濃度≤200mg/Nm3、SO2排放濃度≤900mg/Nm3。 1.1.3原始資料 鍋爐型號：SZL4-13型、共2臺，額定蒸發(fā)量2.8MW/h 設(shè)計耗煤量：650kg/h(臺) 排煙溫度：160℃ 煙氣密度（標準狀態(tài)下）：1.34kg/m3 空氣過剩系數(shù)：α＝1.4 排煙中飛灰占煤中灰分（不可燃成分）的比例，20％ 煙氣在鍋爐出口前阻力

7、：800Pa 當?shù)卮髿鈮毫Γ?7.86kPa 冬季室外空氣溫度：－1℃ 空氣含水（標準狀態(tài)下）按0.01293kg/m3 煙氣其它性質(zhì)按空氣計算。 燃煤煤質(zhì)如下表所示。 CY=68% HY=4% SY=1.8% OY=5% NY=1% WY=6% AY=14.2% VY=13% 凈化系統(tǒng)布置場地如圖1所示的鍋爐房北側(cè)20m以內(nèi)。 1.2設(shè)計依據(jù)和原則 鍋爐設(shè)備是燃料的化學能轉(zhuǎn)化為熱能，又將熱能傳遞給水，從而產(chǎn)生一定溫度和壓力的蒸汽和熱水的設(shè)備。 鍋爐型號：SZL4—13型，SZ——雙鍋筒縱置式，L——鏈條爐排，4——蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量為若干t/h 或熱水鍋爐額定供熱量為

8、若干104kcal/h新單位制應(yīng)為MW。 燃料燃燒就是供給足夠的氧氣，也就是想爐膛內(nèi)供給足夠的空氣。 冬季室外溫度：-1℃，設(shè)備安裝在室外，考慮在冬天設(shè)備的防凍措施，以及冬季排氣冷凝形成的水霧、煙霧等。 按鍋爐大氣污染物排放標準（GB 13271—2001）中二類區(qū)標準執(zhí)行，故建地應(yīng)在二類區(qū)：城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。 在設(shè)計過程中要考慮各除塵器的除塵效率，設(shè)備用費等各項技術(shù)經(jīng)濟條件。通過計算，根據(jù)工況下的煙氣量、煙氣溫度及達到的除塵效率選擇除塵器。 2主要及輔助設(shè)

9、備設(shè)計計算 2.1煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算 2.1.1煙氣量的計算 （1）標準狀態(tài)下理論空氣量 Qa’=4.76(1.867CY+5.56HY+0.7SY-0.7OY) (m3/kg) 式中：CY, HY, SY, OY －分別為煤中各元素所含的質(zhì)量分數(shù)。 Qa’=4.76(1.86768﹪+5.564﹪+0.71.8﹪-0.75﹪) =7.0 (m3/kg) （2）標準狀態(tài)下理論濕煙氣量（設(shè)空氣含濕量12.93g/m3） Q’s=1.867(CY+0.375SY)+11.2HY+1.24WY+0.016Q’a+0.79Q’a+0.8NY (m3/kg)

10、 式中：Q’a－標準狀態(tài)下理論空氣量，m3/kg； WY－煤中水分所占質(zhì)量分數(shù)，%； NY－N元素在煤中所占質(zhì)量分數(shù)，％。 Q’s=1.867(68﹪+0.3751.8﹪)+11.24﹪+1.246﹪+0.0167.0+0.797.0+0.81﹪ = 7.46 (m3/kg) （3）標準狀態(tài)下實際煙氣量 Qs=Q’s+1.016(a-1) Q’a (m3/kg) 式中：a－空氣過量系數(shù) Q’s－標準狀態(tài)下理論煙氣量，m3/kg； Q’a－標準狀態(tài)下理論空氣量，m3/kg。 注意：標準狀態(tài)下煙氣流量Q以m3/

11、h計，因此，Q= Qs設(shè)計耗煤量 Qs=7.46+1.016(1.4-1)7.0=10.30 (m3/kg) Q= 10.30650=6695 (m3/h) 2.1.2標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度的計算 (kg/m3) 式中：dsh－排煙中飛灰占煤中灰分（不可燃成分）的質(zhì)量分數(shù)，排放因子，％； AY－煤中灰分（不可燃成分）的含量，％； Qs－標準狀態(tài)下實際煙氣量，m3/kg。 C=20﹪14.2﹪/10.30 = 2.7610-3 (kg/m3) 2.1.3標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算 (mg/m3) 式中：SY－煤中含可燃

12、硫的質(zhì)量分數(shù)； Qs－標準狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實際煙氣量，m3/kg。 = 20.81.8﹪106/10.30 = 2796.12 (mg/m3) 2.2 除塵脫硫設(shè)備、風機和煙囪的位置及管道的布置 2.2.1各裝置及管道布置的原則 根據(jù)鍋爐運行情況和鍋爐房現(xiàn)場的實際情況確定各裝置的位置。一旦確定了各裝置的位置，管道的布置也就基本可以確定了。對各裝置及管道的布置應(yīng)力求簡單，緊湊，管路短，占地面積小，并使安裝、操作和檢修方便。 2.2.2管徑的確定 （m） 式中：Q－工況下管內(nèi)煙氣流量，m3/s； v－煙氣流速，m/s，（可查有關(guān)手冊確定，對于

13、鍋爐煙塵v＝10～15m/s）。 管徑計算出以后，要進行圓整（查手冊），再用圓整后的管徑計算出實際煙氣流速。實際煙氣流速要符合要求。 已知標況下Q=6695 (m3/h) ，則工況下的煙氣流量為 取v＝12 m/s則 d = (421990/(36003.1412)1/2 = 0.81（m）圓整后d =0.80m，則實際煙氣流速為v = 12.16m/s. 單臺鍋爐的Q = 21990/2 =10995 (m3/h) d=0.57(m)圓整后 d =0.56 m 實際煙氣速度為12.41 m/s. 2.3硫裝置的選擇設(shè)計 注：可以選擇濕式脫硫除塵一體化裝置，亦可采用先除塵后

14、脫硫工藝。 本設(shè)計采用先除塵后脫硫工藝。 2.3.1塵脫硫設(shè)計計算 （1）除塵脫硫裝置應(yīng)達到的凈化效率： 式中：C－標準狀態(tài)下煙氣含塵、SO2濃度，mg/m3； Cs－標準狀態(tài)下鍋爐煙塵、SO2排放標準中規(guī)定值，mg/m3。 除塵效率：-200/2760 = 92.75﹪ 脫硫效率： 900/2796.12 = 67.81﹪ （2）除塵器的選擇 根據(jù)煙塵的粒徑分布和種類、工況下的煙氣量、煙氣溫度及要求達到的除塵效率確定除塵器的種類、型號及規(guī)格。確定除塵器的運行參數(shù)，如氣流速度、壓力損失等。 本設(shè)計選用QMC64-5氣箱式脈沖袋式除塵

15、器。其性能參見表1. 表1 QMC64-5氣箱式脈沖袋式除塵器性能參數(shù) 規(guī)格 處理風量(m3/h) 過濾風速(m/min) 總過濾面積(m2) 凈過濾面積(m2) 除塵器室數(shù) (個） 濾袋總數(shù)(個） 除塵器阻力(Pa) 承受負壓(Pa) QMC64-5 22300 1.2 310 248 5 320 1470-1770 5000 其結(jié)構(gòu)見 圖4 QMC64-5氣箱式脈沖袋式除塵器。 (3)脫硫裝置 煙氣脫硫常采用的方法是吸收法。本設(shè)計用石灰石漿液劑，在塔內(nèi)與煙氣接觸，吸收SO2，生成石膏。該法優(yōu)點是原料易得，價格低廉。 ①吸收塔的直徑D，可由吸

16、收塔出口實際煙氣體積流量和煙氣流速確定,煙氣流速通常為3.0-4.5m/s,工程實踐表明,3.6-4.2m/s是性價比較高的流速區(qū)域,因此,本工程的設(shè)計煙氣流速為3.6m/s。吸收塔直徑可根據(jù)下列公式計算: 取1.5m ②吸收塔高的計算 工程設(shè)計中，吸收區(qū)的高度一般指煙氣進口水平線到噴淋塔層中心線的距離。根據(jù)吸收塔高度參考表，吸收區(qū)的高度一般為5～15m。煙氣接觸反應(yīng)時間一般為2～5s，設(shè)計接觸反應(yīng)時間為2s，則吸收區(qū)高度h=23.4=6.8m，本工程設(shè)計值取6.8m。 吸收區(qū)一般設(shè)置3～6層噴淋塔，每個噴淋層都裝有多個霧化噴嘴，噴淋覆蓋率達200%～300%。由于要求脫硫效率不高，本

17、設(shè)計設(shè)置3個噴淋層，噴淋層間距一般為1.2～2m，為了檢修和維護，層間距設(shè)為1.5m。；最頂層噴淋層到除霧器的距離一般為1.2～2m，本設(shè)計采用1.5m；除霧器高度一般為2～3m，本設(shè)計采用2；除霧器到吸收塔出口的距離一般為0.5～1m，本設(shè)計采用0.5m。 因此，吸收塔的高度為H=6.8+1.52+1.5+2+0.5=13.8m 吸收塔結(jié)構(gòu)圖見圖5. 2.3.2工藝流程 鍋爐煙氣由風機抽出，首先經(jīng)過袋式除塵器，除塵后的煙氣進入吸收塔進行脫硫。即石灰石漿液在配置槽中配置，送入循環(huán)槽，由循環(huán)泵送到吸收塔頂部噴淋。吸收SO2后，得到含亞硫酸鈣和硫酸鈣的混合漿液由塔底流回循環(huán)槽。將PH值

18、調(diào)到4左右由泵送入氧化塔，向氧化塔內(nèi)鼓入空氣，進行氧化得到石膏。所得的石膏漿料經(jīng)過增稠離心過濾和清洗獲得石膏產(chǎn)品。濾液除去雜質(zhì)后送至石灰石漿液制備槽。脫硫后煙氣由排氣口排至煙囪。 具體見圖2煙氣除塵脫硫工藝流程圖 2.4煙囪設(shè)計 2.4.1煙囪高度的確定 首先確定共用一個煙囪的所有鍋爐的總的蒸發(fā)量（t/h），然后根據(jù)鍋爐大氣污染物排放標準（GB13271－2001）中的規(guī)定（見表2）確定煙囪的高度。 表2 鍋爐煙囪高度表 鍋爐房裝機總?cè)萘? MW <0.7 0.7~<1.4 1.4~<2.8 2.8~<7 7~<14 14~<28 t/h <1 1~<2 2~<

19、4 4~<10 10~<20 20~<40 煙囪最低允許高度 m 20 25 30 35 40 45 鍋爐房裝機總?cè)萘浚?.82=5.6 MW 故選定的煙囪高度H為35m. 2.4.2煙囪直徑的計算 煙囪出口內(nèi)徑可按下式計算 （m） 式中：Q－通過煙囪的總煙氣量，m3/h； u－按表3選取的煙囪出口煙氣流速，m/s。 表3 煙囪出口煙氣流速（m/s） 通風方式 運行情況 全負荷時 最小負荷 機械通風 10～20 4～5 自然通風 6～10 2.5～3 取煙氣流速u = 5 m/s ， 則 煙囪底部直徑：

20、 (m) 式中：d2－煙囪出口直徑，m； H－煙囪高度，m； i－煙囪錐度，通常取i=0.02～0.03。 取i=0.02 ，則 2.4.3煙囪的抽力的計算 （Pa） 式中：H－煙囪高度，m； tk－外界空氣溫度，℃； tp－煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，℃； P－當?shù)卮髿鈮海琍a。 已知H = 35 m tk = －1℃ P =97.86kPa tp = 160℃ 則 2.5系統(tǒng)阻力的計算 2.5.1摩擦壓力損失 對于圓管： （Pa） 式中：L－管道長度，m； d－管道直徑，m； ρ－煙氣密度，

21、kg/m3； u－管中氣流平均速率，m/s； λ－摩擦阻力系數(shù)，是氣體雷諾數(shù)Re和管道相對粗糙度的函數(shù)。可以查手冊得到（實際中對金屬管道λ值可取0.02，對磚砌和混凝土管道λ值可取0.04）。 根據(jù)圖3 煙氣除塵脫硫系統(tǒng)圖 計算 管段1-2與管段2-3：根據(jù)流量Q = 10995(m3/h) d = 560mm 實際流速為12.41m/s ,動壓頭為92.6Pa，管道長度L=1.5+1.5=3m.則 管段2-4 、5-6 、7-8 、 8-9:氣流量相同Q = 21990(m3/h) ,d = 800mm,實際流速為12.16m/s ,動壓頭為89.6Pa,管

22、道長度L=0.5+6.2+10.5+2=19.2m則 2.5.2局部壓力損失 （Pa） 式中：ξ－異形管件的局部阻力系數(shù)，可在有關(guān)手冊中查到，或通過實驗獲得； u－與ξ相對應(yīng)的斷面平均氣流速率，m/s； ρ－煙氣密度，kg/m3。 管段1-2 與 管段2-3： 吸氣罩：ξ=0.12 插板閥全開啟： ξ=0 彎頭：90 R/d =1.5 查《供暖通風設(shè)計手冊》得ξ=0.18 直流三通: 30ξ=0.33 則 管段2-4：沒有局部壓損，袋式除塵器壓損為1500 Pa 管段5-6與管段7-8： 彎頭2個，90 R/d =1.5 ξ=0.18

23、則 管段8-9漸擴管 查手冊ξ=1.59則 總壓力損失9.922+43.904+58.342+1500+32.262+142.46 =2019.1(Pa) 2.6電動機選擇及計算 2.6.1風機風量的計算 （m3/h） 式中：K1－考慮系數(shù)漏風所附加的安全系數(shù)。一般管道取K=0.1；除塵管道取K=0.1～0.15； Q－標準狀態(tài)下風機前標態(tài)下風量，m3/h； tp－風機前煙氣溫度，℃，若管道不太長，可以近似取鍋爐排煙溫度； P－當?shù)卮髿鈮毫Γ琸Pa。 已知Q=66952=13390m3/h；tp＝160℃；B＝97.86kPa 代入上述公式得 Qy=（

24、1+0.1）13390（273+160）101.325/(27397.86)=24189 (m3/h) 2.6.2風機風壓的計算 （Pa） 式中：K2－考慮管道計算誤差及系統(tǒng)漏風等因素所采用的安全系數(shù)。一般管道 K=0.1～0.15，除塵管道取K=0.1～0.2； ∑△h－系統(tǒng)總阻力，Pa； Sy－煙囪抽力，Pa； ρ0、p0、T0－風機性能表中給出的標準狀態(tài)的空氣密度、壓力、溫度。一般說，p0=101.3kPa，對于引風機T0=200℃，ρ0=0.745kg/m3。 ρ、p、T－運行工況下進入風機時的空氣密度、壓力、溫度。 根據(jù)計算出的風機風量Qy和風

25、機風壓△py，查《除塵工程設(shè)計手冊》選擇風機的型號見表4. 型號 名稱 全壓（Pa） 風量(m3/h) 電機功率（kw） Y4-73-11 鍋爐離心引風機 362~5424 15900~80000 5.5~1250 2.6.3電動機功率的計算 （kW） 式中：Qy－風機風量，m3/h； △py－風機風壓，Pa； η1－風機在全壓頭時的效率（一般風機為0.6，高效風機約為0.9）； η2－機械傳動效率，當風機與電動機直聯(lián)傳動時η2＝1，用連軸器時η2＝0.95～0.98，用V形帶傳動時η2＝0.95； β－電動機備用系數(shù)。對引風機，β＝1.3。

26、 根據(jù)電動機的功率，傳動方式查《暖通通風設(shè)計手冊》選擇電動機型號見表5. 型號 功率（kw） 轉(zhuǎn)速（r/min） 效率（％） 功率因數(shù) Y200L2-2 37 2950 90.5 0.89 3設(shè)備一覽表 袋式除塵器型號 處理風量(m3/h) 過濾風速(m/min) 總過濾面積(m2) 凈過濾面積(m2) 除塵器室數(shù) (個） 濾袋總數(shù)(個） 除塵器阻力(Pa) 承受負壓(Pa) QMC64-5 22300 1.2 310 248 5 320 1470-1770 5000 引風機型號

27、 名稱 全壓（Pa） 風量(m3/h) 電機功率（kw） Y4-73-11 鍋爐離心引風機 362~5424 15900~80000 5.5~1250 電動機型號 功率（kw） 轉(zhuǎn)速（r/min） 效率（％） 功率因數(shù) Y200L2-2 37 2950 90.5 0.89 小結(jié) 我一直都對這樣的課程設(shè)計比較感興趣,主要是能夠?qū)ξ宜信d趣的事物進行研究,這對于正處在比較壓抑的期末考試的氣氛中無疑是一種非常奇妙的感覺,就如同泥中蓮花,有不染凡俗之感。

28、課程設(shè)計是某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計。就是針對某燃煤采暖鍋爐房排出大量煙塵及有害氣體對周圍環(huán)境和居民健康造成危害的情況來設(shè)計煙氣除塵系統(tǒng)。通過前幾個學期的理論學習，現(xiàn)在真正動手設(shè)計起來有的還是莫不找頭腦，便與同學探討研究，尋找解決的方法。 通過這個課程設(shè)計鞏固大氣污染控制工程所學內(nèi)容，使所學的知識系統(tǒng)化，了解了工程設(shè)計的內(nèi)容、方法及步驟、通過親自動手查閱大量的參考書目和數(shù)據(jù)資料，了解了許多燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵設(shè)計的類型及其各自采用的設(shè)計數(shù)據(jù)，使自己具備編寫設(shè)計說明書的初步能力。最后是畫圖的任務(wù)，需要耐心，要注意準確，不能抱敷衍態(tài)度。在完成了最艱巨的畫圖任務(wù)后，也加深了對CAD的認識，

29、增強了自己的技術(shù)能力。 在這次設(shè)計過程中通過同學的幫助、老師的指導(dǎo)和自己的努力，我學到了許多東西，鍛煉了解決實際問題的能力。課程設(shè)計要有耐心，既要獨立思考又要勤于請教，要學會利用網(wǎng)絡(luò)資源和圖書館資源解決實際問題。這次課程設(shè)計讓我受益良多。 主要參考文獻 ①蒲恩奇，任愛玲等編.大氣污染治理工程. 北京：高等教育出版社，2002 ②張殿印，王純主編.除塵工程設(shè)計手冊.化學工業(yè)出版社，20003.9 ③黃學敏等主編?！洞髿馕廴究刂乒こ虒嵺`教程》，化學工業(yè)出版社，2003 ④除塵設(shè)備設(shè)計安裝.運行維護及標準規(guī)范操作指南(上)(中)(下).吉林音像出版社,2003.9 ⑤羅輝主編. 環(huán)保設(shè)備設(shè)計與應(yīng)用. 北京：高等教育出版社，1997 ⑥鋼鐵企業(yè)采暖通風設(shè)計手冊.北京：冶金工業(yè)出版社，2000 ⑦陸耀慶主編.供暖通風設(shè)計手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987 ⑧同濟大學等編. 鍋爐及鍋爐房設(shè)備. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986 ⑨風機樣本.各類風機生產(chǎn)廠家 ⑩郝吉明，馬廣大等編著. 大氣污染控制工程. 第1版.北京：高等教育出版社，1989