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利用靜電增加對灰塵的沉積
概要：
這項研究的基本思想是，利用靜電沉淀來減少飛塵中重金屬的濃度。當(dāng)重金屬的濃度很高時會妨礙利用飛塵作為肥料，并且這種濃度是可變化的。飛塵分餾法實驗是通過在四個發(fā)電站利用靜電沉淀裝置進行的。基于實驗結(jié)果，第一個收集裝置中重金屬的濃度處于它的最低值，而最后一個裝置中的濃度則是最高。鎘在作為肥料的飛塵中的濃度，可以通過應(yīng)用靜電沉淀分餾法，使其降低70%。對重金屬的分餾情況相比之下沒有對鎘進行的分餾的效果明顯。結(jié)果顯示，靜電沉淀分餾法在分餾將成為肥料飛塵或改善土壤方面是很合適的一種方法。
導(dǎo)論：
芬蘭的熱能工廠和發(fā)電廠每年都會產(chǎn)生大約400，000公噸的原始生物燃料灰燼。這種灰燼的產(chǎn)生量在將來會隨著生物燃料使用量的增加而增加。木材和泥煤燃后的灰燼能夠作為肥料或土壤改良物質(zhì)而被應(yīng)用在林地或耕地上。并且能夠達到給土壤“補鈣”的目的。對灰燼的利用一直受到它本身含塵量和重金屬濃度這些因素的局限：后者在很多情況下已經(jīng)超出了芬蘭在對使用土壤改良劑所規(guī)定的最高允許標(biāo)準(zhǔn)。
在2001年，燃煤灰燼的利用率（84%）相比泥煤和混合燃料灰燼的利用率（43%）高出相當(dāng)多一部分。木材飛塵的利用率卻相當(dāng)?shù)?，?997年大約是6%。從飛塵中提取出重金屬能夠使它更充分的被利用。通常，似乎操縱發(fā)電廠的燃料質(zhì)量是達到這一目的唯一可行的方法。這就意味著我們必須知道這些易燃燃料的精確密度和性質(zhì)，并且知道哪些物質(zhì)提高灰塵含量中鎘的濃度，進而篩選出含鎘物質(zhì)。
少量的飛塵在農(nóng)業(yè)和林產(chǎn)方面作為肥料已被應(yīng)用。一般情況下，各種類型的灰燼在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中要比化學(xué)肥料更適合作為土壤的改良物質(zhì)，因為在灰燼中可溶的植物營養(yǎng)物質(zhì)量是很低的。泥煤主要作為一種磷酸鹽肥料被應(yīng)用，木材燃料灰燼對于種植在含石灰的礦物質(zhì)土壤中的谷類糧食作物的生長中，主要作為一種基礎(chǔ)的營養(yǎng)肥料。土壤中灰燼的石灰和肥料效應(yīng)取決于灰燼中鈣和營養(yǎng)物的濃度，灰燼中營養(yǎng)物質(zhì)的可溶性，土壤，土壤的性質(zhì)，如酸度，營養(yǎng)濃度。
表2顯示了四種類型灰燼的重金屬濃度。
灰燼中所含有的很多物質(zhì)都是極其難溶解的。由于灰燼中的很多重金屬（如鎘，鉛，鎳）都很難溶解，可以假定灰燼肥料并不會受到重金屬的顯著影響。比如說，在水系中，短時期之內(nèi)然后進行施肥。最后，一些有害的重金屬可能就會被從灰燼中以一種可溶的形式釋放出來，并且因此而轉(zhuǎn)移到植被中去。
灰燼中的石灰效應(yīng)會降低土壤中重金屬的溶解程度。灰燼最初會提高直立樹木中的鎘的濃度，但是一旦樹木的生長提高了其中微量元素的濃度，重金屬的濃度就會下降到甚至比最初還要低的水平。一些植物物種中的鎘金屬濃度的升高可以持續(xù)很長一段時間。鎘被認為是所有重金屬中危害最大的金屬，因為它可以停留在土壤中，能夠在食物鏈中逐漸富集，并且會使生物體中毒。
圖一 靜電除塵器
靜電沉淀（圖一）是當(dāng)前用于分離發(fā)電站廢氣中的固體物質(zhì)最普遍的一種方法，它的優(yōu)勢包括高效率收集（高達99.9%）和它在處理不同大小尺寸微粒（甚至大小小于1流明的粒子）的適用性，以及體積不定的廢氣。它的更進一步的優(yōu)勢是它的長期有效性，很好的使用可靠性和低廉的經(jīng)營維護費用。
靜電沉淀的機能很顯著的依賴于將要收集的飛塵的性質(zhì)特征。將要被分離的微粒的數(shù)量和顆粒大小的分布情況對靜電沉淀的機能有很大的影響。盡管靜電沉淀收集的高效性或多或少可以持續(xù)忽略微粒的量，但是它的有效遷動速度在微粒顆粒小的情況下會有所下降。由于微粒不同的專有特性，對微粒的收集效率根據(jù)微粒的大小而有變化。從分離的角度看，最難分離的顆粒大小是在0.2到0.5流明之間。
灰燼中的重金屬濃度可以通過多層靜電沉淀將廢氣中細小灰燼顆粒分餾出的方法來降低。沉淀的分餾工具會受到比如限制或振蕩電流這些方法的影響。我們的研究結(jié)果已經(jīng)顯示出，重金屬被濃縮聚集在細小灰塵顆粒中。根據(jù)Thun和Korhonen（1999）的結(jié)果，第三層電場的靜電沉淀已經(jīng)停止，依賴于它的運行條件，灰塵總量的84-95%在第一層次中，4-15%在第二層次中，大約1%的在最后一個層次中?；覊m中鎘的濃度可以通過靜電沉淀的分餾法，被降低至少15-25%。由于鍋爐受到議論和懷疑，來自于以樹皮為燃料和樹木碎屑為燃料的發(fā)電站（大鍋爐）的灰燼被劃分為以下重量百分比級別，底部灰燼70-90%，氣旋飛塵10-30%，靜電沉淀飛塵2-8%和粉塵排放0.1-0.3%。
在灰塵燃燒和流化床燃燒中，產(chǎn)生的飛塵所占份量為80-100%。多達75-90%的重金屬存在于飛塵通過靜電沉淀后的那些細顆粒中，圖二展示了在底部灰塵，氣旋灰塵和靜電沉淀喉飛塵中鋅，鉛，和鎘的含量（mg/kg and m-%）。基于表二種的數(shù)據(jù)。
各種灰塵類型中的重金屬濃度
重金屬mg/kg 煤灰 泥煤灰 木材燃灰 樹皮燃灰
砷 (As) 2.3–200 2–200 0.2–60 7–28
鎘(Cd) 0.01–250 0.05–8 0.4–40 4–20
鉻 (Cr) 3.6–7400 15–250 15–250 40–81
銅 (Cu) 30–3000 20–400 15–300 57–144
汞 (Hg) 0.01–80 0.001–1 0.02–1 0.012–0.4
鎳 (Ni) 1.8–800 15–200 20–250 36–52
鉛 (Pb) 3.1–1800 5–150 15–1000 53–140
鋅 (Zn) 14–13,000 10–600 15–10,000 1100–5100
表一
土壤改良中允許的最大重金屬濃度
來自發(fā)電站A的飛塵中的物質(zhì)
元素 發(fā)電站A ：飛塵（mg/kg） 允許最大值 濃度（mg/kg）
2002年 2001年 1999年
汞(Hg) <2.5 0.31 – 2.0
鎘(Cd) 2.69 5.05 6.3 3.0
砷(As) 18.34 19.73 35 50
鎳(Ni ) – – 100
鉛(Pb) 56.59 106.5 52.7 150
銅(Cu ) 86.7 290.1 178 600
鋅(Zn) 189.7 376.9 706 1500
可以這樣確定，例如，靜電沉淀飛塵含鎘量要比氣旋灰塵高，這是部分由于和氣旋灰塵相比較，靜電沉淀飛塵分離了含大部分重金屬的細小顆粒。在這種情況下，一部分飛塵根據(jù)它在氣旋灰塵的殘余和它的濃度密度等情況適合于作為肥料。
在一個機械分類器在灰塵到達沉淀器之前被連接的情況下，靜電沉淀法比傳統(tǒng)的方法更能有效地分餾飛塵。數(shù)據(jù)三顯示了一個以燃燒生物燃料的發(fā)電站的基本規(guī)劃設(shè)計圖，并且其中在靜電沉淀之前提供了多級旋風(fēng)分離器裝置。飛塵中所含的多達75-90%的重金屬（鎘和鋅）一定要通過靜電沉淀法分離出并會存在于微粒的一小部分中。合適的設(shè)計規(guī)劃和調(diào)整過的靜電沉淀裝置在原則上，是能夠?qū)⒛遣糠治⒘ｏw塵從廢氣中分離出來的，而那部分飛塵含有最大量的重金屬，但是卻只是全部飛塵量的一個小部分。飛塵中主要部分的重金屬濃度也因而能夠被降低到所允許的濃度最大值以下。
2.原料和方法
飛塵的分餾試驗是在4個發(fā)電站進行的（A B C D ）。發(fā)電站的靜電沉淀是在不同的電壓水平下進行的，并且樣品是來自于電壓穩(wěn)定程序。
從靜電沉淀裝置中提取的所有樣品都來自于在灰塵被放入筒倉之前安置在靜電沉淀裝置之下的灰塵進料裝置中。通過石墨法分析樣品中的鉛，銅，鋅，砷，和鎘的存在情況，并且應(yīng)用Malvern裝置來決定粒子顆粒大小。發(fā)電站A使用泥煤，樹木碎片和石油以及機械木材工業(yè)中的副產(chǎn)品作為燃料。發(fā)電站的鍋爐有效燃料容量是150兆瓦。分餾試驗室利用當(dāng)前發(fā)電站的3層靜電除塵裝置進行的。發(fā)電站B使用兩個鍋爐，一個是泡沫焦性石墨循環(huán)流化床鍋爐（燃料容量55兆瓦），另一個是單流化床鍋爐（燃料容量42兆瓦）。試驗的實施是利用單流化床鍋爐進行。 該發(fā)電站的主要燃料是碾碎的泥煤塊和木材燃料，煤煙和鋁的氧化物的混合物。來自兩個鍋爐中的飛塵是通過2層的靜電除塵被傳送到共同的灰塵筒倉之中。發(fā)電站C 裝備兩個鍋爐，鍋爐1是一個單流化床，它的燃料容量是267兆瓦。鍋爐2是一個泡沫焦性石墨循環(huán)流化床，燃料容量是315兆瓦。試驗是通過利用泡沫焦性石墨循環(huán)流化床鍋爐進行的。發(fā)電站所用的燃料主要是碾碎的泥煤塊和各種木材燃料。兩個鍋爐都被安裝了3層的靜電沉淀裝置，使鍋爐中的飛塵能夠由空氣作用被吹到一個共同的灰塵筒倉。D發(fā)電站的流化床鍋爐設(shè)備所產(chǎn)生的電能是77兆瓦，它的熱容量是246兆瓦。流化床鍋爐中所使用的燃料主要是碾碎的泥煤塊和木材廢物。廢氣中的飛塵通過一個3層的靜電沉淀裝置來進行分離。
3.結(jié)果
在A發(fā)電站的靜電沉淀試驗中（試驗1-7），所使用的燃料是由49%的泥煤和61%的木材燃料構(gòu)成。靜電沉淀裝置1-3層的灰塵過濾煙窗被取樣并且進行了分析。（圖表4）
基于結(jié)果，靜電沉淀裝置第一層鎘的濃度處于它的最低值，而在第三層中則是最高值。這是由于較大顆粒的飛塵微粒在第一層中積聚，而第三層中則容納了含有最小微粒的飛塵。第一層中鎘濃度的變化范圍在2.2-3.6mg/kg之間，同時第三層中的鎘濃度變化范圍則是在7.2-12.4之間。這些濃度受很多種性質(zhì)情況的影響，比如電子穩(wěn)定程序，燃料質(zhì)量、性質(zhì)，和廢氣的流動率。幾乎在每個靜電沉淀裝置第一層中鎘的濃度都低于為灰塵作為肥料使用所規(guī)定的允許濃度的最大值極限（3.0mg/kg）
在試驗進展過程中，靜電沉淀裝置層中的運轉(zhuǎn)中循環(huán)周期阻滯比率被控制在0-2之內(nèi)。 0值是指被討論的裝置層所有的半循環(huán)周期在通常情況下都能正常活躍。2值是指只有半周期的三分之一起作用。因此運轉(zhuǎn)循環(huán)周期阻滯的這個評價闡述了有多少連續(xù)的半周期已經(jīng)關(guān)閉，也就是，分離器的補充電流的跳動頻率是多少。
在當(dāng)前的研究中，運轉(zhuǎn)循環(huán)周期阻滯價值由微觀kraft（牛皮紙）控制器來操控，它的主要任務(wù)就是將電壓保持在靠近擊穿電壓值附近。最重要的就是能夠影響和改變靜電沉淀裝置第一層中的性能。第一層能夠使飛塵產(chǎn)物中含有的重金屬的濃度水平達到適合作為肥料的標(biāo)準(zhǔn)，例如，圖表5顯示了靜電沉淀裝置的運轉(zhuǎn)循環(huán)周期阻滯比率在第一層中對飛塵中鎘濃度水平的影響。在其他的情況之中，靜電沉淀場的閃絡(luò)數(shù)量的增加或減少則不在此控制之內(nèi)。 有越多的半周期場發(fā)生無效，就會導(dǎo)致所產(chǎn)生的飛塵中重金屬含量越低。鎘的濃度變化也是由燃料質(zhì)量和性質(zhì)變化引起的，除了控制本身，還存在其他因素之中。
圖表6顯示了靜電沉淀裝置的過濾器電壓是如何影響在第一層的鎘濃度水平重金屬濃度水平隨著電壓的升高而升高。這是由于較高的電壓能夠更加有效的分離也含有重金屬的優(yōu)質(zhì)微粒。過濾器電壓水平比運轉(zhuǎn)周期阻滯比率風(fēng)有效的顯示了電場的真實情況。在其他情況中，同時也要考慮任何一種電場中發(fā)生通電擊穿的情況。
表7顯示了從試驗5.6.7種得出的結(jié)果，它的一到三層電場中微粒的大小等級在直徑10流明到50流明之間的情況。直徑10流明大小是指關(guān)于樣品的90%我微粒都較大，而10%的較小。直徑50流明是一個二等分的微粒大小等級，或者說關(guān)于樣品中的微粒大小較大的和較小的二者比例為1：1。
根據(jù)這些數(shù)據(jù)，較小的微粒傾向于集中在靜電沉淀裝置的第三個電場中，而較大的微粒傾向于集中在第一個電場中。這些小微粒含有最高的重金屬濃度（表8）。數(shù)據(jù)顯示可作為肥料的鎘濃度水平在微粒大小種類方面超過小于16流明的微粒。
鎘濃度在D發(fā)電站中處于最高值。這是由于在與其他的發(fā)電站所用燃料的比較中，該發(fā)電站的木材燃料占較大的比重。在分餾之后，靜電沉淀裝置第三層電場中的灰塵中鎘的濃度逐漸累積，至少要為第一層電場中的濃度的5倍。除此之外，在這些試驗中，在D發(fā)電站，有效地分餾灰塵是不可能的。
根據(jù)得出的結(jié)果，鉛，銅，和鎳的濃度從分餾的角度看并沒有什么問題。至于這些金屬，飛塵不經(jīng)過分餾而直接作為肥料應(yīng)用是可以的。鋅，砷和鎘的濃度可能超過允許的最大極限時，如果將飛塵 當(dāng)作肥料使用就會因此引起很多的問題。對于這些金屬，將飛塵作為肥料應(yīng)用時，就要取決于燃料的成分和分餾的效力。
表10顯示了對B，C，D發(fā)電站各種不同大小的微粒的分析。基于這些數(shù)據(jù)，可以這樣說，在靜電沉淀裝置的第一層電場中仍有粗糙的灰塵。
在發(fā)電站BCD，靜電沉淀裝置是通過調(diào)節(jié)電流值來控制的。然而，靜電沉淀裝置的生產(chǎn)力容量取決于它的電壓水平。電壓和電流的比例并不是均衡對稱的。當(dāng)電流大小被降低50%的時候，電壓僅僅會降低10-20%。而且，當(dāng)電流的給定值降低時，就會有相當(dāng)?shù)母俚膿舸┣闆r。
在各種實驗之間，平均電壓值并沒有改變并達到一個足夠的值是有很多原因的，以致于影響到靜電沉淀裝置的分離效率。這就意味著對靜電沉淀裝置中的電流不同的調(diào)整并沒有對實驗期間的重金屬濃度產(chǎn)生很大的影響。
4.結(jié)論。
燃燒后產(chǎn)生的灰燼，它的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，還有作為最后結(jié)果的灰燼的體積，都取決于易燃燃料的成分和性質(zhì)。燃燒技術(shù)和參數(shù)（相關(guān)因素），例如溫度，燃燒效率，補給空氣體積，還有鍋爐的燃燒環(huán)境以及以灰燼的恢復(fù)防御體系，都對最終得到的結(jié)果灰燼的性質(zhì)有影響。從飛塵性質(zhì)的角度來看，分離灰燼的裝置尤其重要，因為在灰燼的構(gòu)成上，它的廢氣中的細顆粒部分是至關(guān)重要的，
飛塵中的微粒經(jīng)常被重金屬富集并濃縮強化。飛塵中重金屬濃度水平的較大變化范圍是飛塵在實際應(yīng)用中受到質(zhì)疑。飛塵中含的重金屬濃度會超過可作肥料使用的法定要求局限。木材燃燒灰燼中最讓人質(zhì)疑的重金屬就是鎘。在芬蘭，當(dāng)前的有效法令規(guī)定的極限值是3mg/kg。而木材灰燼則超過了這個極限值。在若干情況中，重金屬的發(fā)射性可以通過科技加工方法來降低。這些包括瓦斯瀉出體積的最小值，廢氣收集，空氣流通的利用，原料和能源的有效利用，以及含有最小重金屬濃度的原料和燃料的利用。并且，飛塵的性質(zhì)可以通過分餾而被改變。
分餾的目的是將高密度和重金屬濃度的細小微粒部分從適合實際應(yīng)用的那部分中分離出來。分餾實驗證明了在靜電沉淀裝置第一層電場中重金屬的濃度處于最低值，而在第三層中則是最高值。重金屬在飛塵微粒中會得到富集和增多。含有最大顆粒的飛塵微粒會在第一層電場中積累，而在第三層電場中則主要更多是細小含塵微粒。由于這樣，第一層中積累的灰塵含有較少的重金屬?；覊m中的重金屬濃度會受到如電壓穩(wěn)定程序，燃料性質(zhì)，和廢氣的流動率的影響。
鎳，鉛和銅是重金屬，他們的濃度不超過對木材和泥煤燃灰作為肥料使用所規(guī)定的極限值。至于這些金屬，在考慮到當(dāng)前許可條件要求的情況下，沒有必要使用分餾法。然而，分餾明顯的降低了飛塵中這些金屬的濃度。
基于測試得到的結(jié)果，可以說，靜電沉淀裝置可能會增加運轉(zhuǎn)循環(huán)周期阻滯的比率的特性，這樣為了好的性能將會降低在分離細微顆粒方面的效果。
重金屬的濃度的增長是與電壓的增加相聯(lián)系的。這是由于高電壓能夠更有效的分離那些含有重金屬的細微顆粒，這就意味著靜電沉淀裝置的分離效果可能就要受使用的最大電壓值和運轉(zhuǎn)循環(huán)周期阻滯的時間的影響。這些調(diào)整可能會減少電場一的分離效果，這樣就使得重金屬濃度的最小值能夠在最終的灰燼中積累增加。
相對地，重金屬在細微顆粒中具有的發(fā)射性將會由于通過加強靜電沉淀裝置最后一層電場的效果而被減弱。 對于靜電沉淀法在分餾上的參數(shù)我們并不能給出全面評價和估計。使用后的燃料中的重金屬濃度能夠出現(xiàn)很大的差距和不同，并且很難決定所要求的合適分餾方法，除非使用的問題燃料已經(jīng)被加以分析過。
大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第4頁
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號
發(fā)題日期：2007年 3 月 12日 完成日期： 6 月 24 日
題 目 環(huán)保鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造——袋式除塵器
1、本論文的目的、意義 隨著工業(yè)的高速發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，在人們生活水平不斷提高的同時，對生活環(huán)境的質(zhì)量要求也越來越高。特別在環(huán)境保護工作日益突出的今天，伴隨著我國鋼鐵需求量的不斷增加，針對冶金工業(yè)設(shè)計除塵器。對煙氣進行綜合治理，改善周邊環(huán)境。加強對環(huán)境的保護，同時又能將從煙塵中帶走的各種金屬進行回收利用，特別是一些貴重的金屬和稀有金屬。起到了節(jié)約資源的作用。此題目的選擇具的重要的意義。
2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)
1）完成A0當(dāng)量圖紙大于3張，
2）設(shè)計說明書1份
3）英文翻譯大于10000字符
4）論文日志
5）設(shè)計論文光盤一個
內(nèi)容包括：1.文獻綜述
2.結(jié)構(gòu)計算與校核
3.方案的選擇與制定
4.計算結(jié)果
5.成本核算
3、論文各部分內(nèi)容及時間分配：（共 15 周）
第一部分 查閱文獻及調(diào)研 (2周)
第二部分 設(shè)計方案制定，并進行相關(guān)的計算校核 (8周)
第三部分 繪制設(shè)備結(jié)構(gòu)與相關(guān)制造大樣圖 (2周)
第四部分 論文書寫 (1周)
第五部分 (1周)
評閱及答辯 (1周)
備 注
指導(dǎo)教師： 年 月 日
審 批 人： 年 月 日
XX大 學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
環(huán)保鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造
——袋式除塵器成套設(shè)備
年 級:
學(xué) 號:
姓 名:
專 業(yè):
指導(dǎo)老師:
2007年06 月
XX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第I頁
院 系 材料科學(xué)與工程 專 業(yè) 材料科學(xué)與工程
年 級 姓 名
題 目 環(huán)保鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造——袋式除塵器成套設(shè)備
指導(dǎo)教師
評 語
指導(dǎo)教師 (簽章)
評 閱 人
評 語
評 閱 人 (簽章)
成 績
答辯委員會主任 (簽章)
年 月
大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第III頁
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號
發(fā)題日期： 年 月 日 完成日期： 月 日
題 目 環(huán)保鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造——袋式除塵器
1、本論文的目的、意義 隨著工業(yè)的高速發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，在人們生活水平不斷提高的同時，對生活環(huán)境的質(zhì)量要求也越來越高。特別在環(huán)境保護工作日益突出的今天，伴隨著我國鋼鐵需求量的不斷增加，針對冶金工業(yè)設(shè)計除塵器。對煙氣進行綜合治理，改善周邊環(huán)境。加強對環(huán)境的保護，同時又能將從煙塵中帶走的各種金屬進行回收利用，特別是一些貴重的金屬和稀有金屬。起到了節(jié)約資源的作用。此題目的選擇具的重要的意義。
2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)
1）完成A0當(dāng)量圖紙大于3張，
2）設(shè)計說明書1份
3）英文翻譯大于10000字符
4）論文日志
5）設(shè)計論文光盤一個
內(nèi)容包括：1.文獻綜述
2.結(jié)構(gòu)計算與校核
3.方案的選擇與制定
4.計算結(jié)果
5.成本核算
3、論文各部分內(nèi)容及時間分配：（共 15 周）
第一部分 查閱文獻及調(diào)研 (2周)
第二部分 設(shè)計方案制定，并進行相關(guān)的計算校核 (8周)
第三部分 繪制設(shè)備結(jié)構(gòu)與相關(guān)制造大樣圖 (2周)
第四部分 論文書寫 (1周)
第五部分 (1周)
評閱及答辯 (1周)
備 注
指導(dǎo)教師： 年 月 日
審 批 人： 年 月 日
大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第IX頁
摘 要
在冶金過程中，產(chǎn)生大量的廢氣，這些廢氣的含塵濃度高，煙塵的危害性大，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。同時，這些煙塵又有一定的回收和利用價值。因此，治理這些煙塵具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
本設(shè)計針對冶煉的生產(chǎn)及場地等的具體情況，來設(shè)計布袋除塵器，并且使其排污情況達到國家相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。而且，又要盡量滿足投資少、運轉(zhuǎn)費用低、操作方便、維護簡單的要求。
目前，國內(nèi)外除塵設(shè)備的種類和型號較多，通過對它們的原理的分析以及性能的比較等，根據(jù)實際情況， 選出了對冶金爐廢氣控制的最佳方案。選用袋式除塵器并進行了設(shè)計計算確定了布袋的型號、尺寸、根數(shù) ，對除塵器外部箱體、支架和灰斗等鋼結(jié)構(gòu)部件也進行了設(shè)計，并計算了其重量和面積和列出材料的數(shù)量表。然后對除塵系統(tǒng) 進行長效防腐設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場，合理對各個部件進行了布局。
本設(shè)計選用的負壓吸灰的袋式除塵器在原有除塵器的基礎(chǔ)上，進行了一系列的改進。該除塵器節(jié)約成本， 擴大了除塵的效率，同時，冷卻塔的設(shè)計，降低了含塵氣體的溫度，保證了除塵器內(nèi)布袋使用壽命，并合 理地利用了空間，對除塵和清灰達到了全自動化控制。
在本設(shè)計中，不但完成了對除塵系統(tǒng)總體的設(shè)計，而且強化細節(jié)，做到了所設(shè)計的除塵系統(tǒng)可以直接進行 加工、安裝、調(diào)試并投入使用。并對成本進行了投資預(yù)算.對所要的材料都進行了全部的統(tǒng)計。
關(guān)鍵詞： 大氣污染；袋式除塵器；鋼結(jié)構(gòu)；長效防腐
Abstract
In the process of metallurgy, a large amount of exhaust gas will be produced, which contains a high concentration of ash or dust. This kind of ash is very harmful and will pollute the environment. At the same time, the ash also has a value in reclamation and reuse. Therefore, it has a significant economic and social benefit to treat with it.
In this dpaper, according to the idiographic case of the producing and place etc. of smelting, it designs hop-pocket dust catcher and makes waste-excreting up to the relevant national standard criterion. What’s more, it should meet the requests of less investment, low running cost, conveniency for operation and easiness for maintenance as necessary as possible.
At present, there are relatively too many sorts and models of dust catcher at home and abroad, through the analyse of their theories and comparison of capability, according to the practical condition, we select the best scheme in calcium carbide furnace exhaust gas controlling. Having the hop-pocket dust catcher selected and the design calculation worked out, we fixed the model, size and root-number of the bag, and we have also designed the steel structure of the dust catcher’s several parts such as the exterior box, bracket and the ash- funnel etc. moreover, with its weight and area calculated. Then, towards the dust-removing system, we carried out the long-effective antisepticising design. According to the locale, we made a proper overall arrangement of each part, and checked on the economic and running cost at last.
This devise has a series of improvement. Compared with the original one，this hop-pocket dust catcher using a minus- pressure ash- absorbing technology. It will not only save the cost and enhance the dust-removing efficiency, because the design of cooling tower, it will also lower the temperature of the gas containing dust, in order to have the??? effective longevity of the bag guaranteed. Besides, the room can be used properly; the removing of dust and cleaning of ash are entirely automatically controlled.
In the paper, it has finished contriving the dust-removing system not only on the whole, furthermore, it has intensified the details of the device, so that it is able to carry out processing, installing, adjusting and been put in to effect directly. Moreover, the budget of investment and listed all the materials needed have worked out statistically.
keywords：air pollution, hop-pocket dust catcher, steel structure, long-effective antisepticising
目 錄
第一章 緒論 1
1.1環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展 1
1.1.1環(huán)境與環(huán)境問題 1
1.1.2 可持續(xù)發(fā)展 2
1.2 對大氣的結(jié)構(gòu)及組成的認識 3
1.2.1大氣圈及其及結(jié)構(gòu) 3
1.2.2 大氣污染物 4
1.2.3 鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 6
1.2.4 污染與健康 7
1.2.5 大氣污染的綜合防治 8
1.3 任務(wù)的提出與意義 10
1.3.1 設(shè)計要求以及基本參數(shù) 10
1.3.2 設(shè)計內(nèi)容包括 10
1.3.3 選題的意義 10
第二章 除塵設(shè)備的分類及其型號的選擇 11
2.1除塵設(shè)備的概述 11
2.1.1 除塵器的概念 11
2.1.2 除塵器的分類 11
2.2 各種除塵器原理 12
2.2.1 機械式除塵器 12
2.2.2 靜電除塵器 19
2.2.3 濕式除塵器 20
2.2.4袋式除塵器 20
2.2.5 復(fù)合式除塵器 26
2.2.6各種除塵器的性能比較及其型號的選擇 26
2.3 確定方案 27
2.3.1濾袋速度的選擇 28
2.3.2 清灰方式的確定 28
2.3.3 濾袋形式的確定 31
2.3.4 過濾方向的確定 31
2.3.5 進風(fēng)口位置的選擇 31
2.3.7濾料的選擇 33
第三章 除塵器的設(shè)計與計算 37
3.1參數(shù)的計算 37
3.1.1 計算需要的過濾面積和袋室數(shù)目 37
3.2 風(fēng)機的選擇 43
3.2.1 風(fēng)機性能的比較 43
3.3 冷卻塔的設(shè)計 45
3.3.1 冷卻方式的選擇 45
3.3.2 冷卻塔主要參數(shù)的計算 48
3.4 除塵器卸灰系統(tǒng)設(shè)計 49
3.4.1 除塵器卸灰閥的設(shè)計 49
3.5 除塵器的基礎(chǔ)的設(shè)計 50
3.6鋼結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計 50
3.7 屋架的設(shè)計 51
3.8 房子主體結(jié)構(gòu)設(shè)計 51
第四章.施工及其焊接要求 53
4.1施工要求 53
4.2 環(huán)保鋼結(jié)構(gòu)手工電弧焊焊接施工 53
4.2.1對焊接有關(guān)人員的要求 53
4.2.2開坡口 53
4.2.3質(zhì)量要求 53
4.2.4施工準(zhǔn)備 53
4.2.5 材料的關(guān)鍵要求 55
4.2.6 作業(yè)條件 55
4.2.7 質(zhì)量關(guān)鍵要求 55
4.3 工藝流程 56
4.3.1工藝流程圖 56
4.4 安全保護措施 56
4.5 環(huán)境保護措施 57
4.6 質(zhì)量記錄 58
第五章 除塵器的防腐與維護 59
5.1防腐工藝的實施 59
5.1.1高壓空氣的制備 59
5.1.2工件噴砂處理 59
第六章 成本核算及投資 63
6.1工程建設(shè)投資核算 63
6.1.1 除塵器本體部分建造投資 63
6.2養(yǎng)護、維修投資核算 65
6.2.1 電耗費用 65
6.2.2 維修費用 65
第七章 經(jīng)濟效益的評估 66
結(jié) 論 67
致 謝 68
參考文獻 69
大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第72頁
第一章 緒論
1.1環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展
1.1.1環(huán)境與環(huán)境問題
人類出現(xiàn)以后，在為了生存與自然的斗爭中，運用自己的智慧和勞動，不斷地改造自然，創(chuàng)造和改善自己的生活條件。同時，又將經(jīng)過改造和使用的自然物和各種廢物還給自然界，使它們又進入自然界參與物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程。其中，有些成份會引起環(huán)境質(zhì)量的下降，影響人類和其他生物的生存和發(fā)展，從而產(chǎn)生了環(huán)境問題。
環(huán)境問題可以說自古就有。產(chǎn)業(yè)革命后，社會生產(chǎn)力的迅速發(fā)展，機器的廣泛應(yīng)用，為人類創(chuàng)造了大量財富。而工業(yè)排放的廢棄物直接進入環(huán)境。環(huán)境本身是有一定自凈能力的，但是當(dāng)廢棄物產(chǎn)量越來越大。超過環(huán)境的自凈能力時，就會影響環(huán)境質(zhì)量，造成環(huán)境污染，尤其是第二次世界大戰(zhàn)后，社會生產(chǎn)力的突飛猛進，工業(yè)動力的使用猛增，產(chǎn)品種類和產(chǎn)品當(dāng)量急劇增大，農(nóng)業(yè)開墾的強度和農(nóng)藥使用量也迅速擴大，致便許多國家普遍發(fā)生了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題，同時，隨著全球人口的急劇增長和經(jīng)濟的快速發(fā)展，資源需求也日益俱增，人類正受到某些資源短缺和耗竭的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。資源的環(huán)境威脅著人類的生存和持續(xù)發(fā)展。
環(huán)境問題主要不是自然災(zāi)害問題,而是人為因素所引起的環(huán)境問題。這種人為環(huán)境問題可分為兩類：一是不合理開發(fā)利用自然資源，超出環(huán)境承載力，形成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化或自然資源枯竭等現(xiàn)象；二是人口激增、城市化和工農(nóng)業(yè)高速發(fā)展引起的環(huán)境污染和破壞。這些都是人類經(jīng)濟社會發(fā)展與環(huán)境的關(guān)系不協(xié)調(diào)所引起的問題。
還有一些潛在的環(huán)境問題，它是指目前尚沒有從總體上認識，但在一定的時期后會對人類產(chǎn)生巨大影響的環(huán)境問題。這類環(huán)境問題可能是從未聽說過的，或在表面上曾經(jīng)被科學(xué)家討論并給予警告的。
當(dāng)今，全球都存在著一個共同的環(huán)境問題：如全球氣候變化、臭氧層破壞、生物多樣性銳減、森林減少、水土流失、沙漠化、酸雨等。由于這些問題已對人類的生存和發(fā)展產(chǎn)生了不良影響，已引起世界各國和聯(lián)合國的高度重視。隨著全球經(jīng)濟一體化，環(huán)境的聯(lián)系越來越緊密。研究全球環(huán)境問題的產(chǎn)生、發(fā)展，采取有效的對策解決或緩解全球環(huán)境問題，已成為各國政治家、科學(xué)家的共同愿望。
我國是一個發(fā)展中國家,改革開放以來,經(jīng)濟的突飛猛進,國民經(jīng)濟的高速發(fā)展,人民生活水平不斷的提高,然而,環(huán)境問題也日益顯露,如沙塵暴常常襲擊我們的北部地區(qū),酸雨近些年來常常上演,城市空氣質(zhì)量在不斷的變壞,連續(xù)的高溫天氣頻頻發(fā)生……。由環(huán)境帶來的問題已成為當(dāng)今社會發(fā)展的主要問題。我們不能走西方資本主義國家的老路，先只顧經(jīng)濟的發(fā)展，讓其發(fā)生后再去治理。這是很危險的。
1.1.2 可持續(xù)發(fā)展
既符合當(dāng)代人的需求，又不致?lián)p害后代人滿足其需求能力的發(fā)展。
1.可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基本理論和必要性
1) 可持續(xù)發(fā)展鼓勵經(jīng)濟增長。它強調(diào)經(jīng)濟增長的必要性，必須通過經(jīng)濟增長提高當(dāng)代人福利水平，增強國家實力和社會財富。
2) 可持續(xù)發(fā)展的標(biāo)志是資源的永續(xù)利用和良好的生態(tài)環(huán)境，經(jīng)濟和社會發(fā)展不能超越資源和環(huán)境的承載能力。
3) 可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)是謀求社會的全面進步。發(fā)展不僅僅是個經(jīng)濟問題，單純追求產(chǎn)值的經(jīng)濟增長不能體現(xiàn)發(fā)展的內(nèi)涵已成為國際社會的共識。
2.《中國21世紀(jì)議程》的基本思想
制定和實施《中國21世紀(jì)議程》，走可持續(xù)發(fā)展之路，是我國在21世紀(jì)發(fā)展的需要和必然選擇。中國是在人口基數(shù)大、人均資源少、經(jīng)濟和科技水平都比較落后的條件下實現(xiàn)經(jīng)濟快速發(fā)展的，這使本來就已經(jīng)短缺的資源和脆弱的環(huán)境面臨更大的壓力。在這種形勢下，我國政府認識到，只有遵循可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想，從國家整體的高度協(xié)調(diào)和組織各部門、各地方、各社會階層和全體人民的行動，才能順利完成預(yù)期的經(jīng)濟發(fā)展目標(biāo)，才能保護好自然資源和改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)國家長期、穩(wěn)定的發(fā)展。
3.締造人與自然的和諧發(fā)展
人與自然的關(guān)系是隨人類生產(chǎn)能力的發(fā)展而變化的，二者的關(guān)系表現(xiàn)為一個歷史性的發(fā)展過程。實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展，在當(dāng)代已不再是一個理想的口號，它是我們基于全球性生態(tài)危機而提出來的關(guān)系到整個人類生存和發(fā)展的現(xiàn)實問題。自從布倫特蘭女士提出“可持續(xù)發(fā)展”觀念以來，強調(diào)全球性可持續(xù)發(fā)展的理念已為世界各國所普遍接受，建立起一個新的人與自然和諧發(fā)展的“地球生態(tài)圈”成為新世紀(jì)人們的共同愿望。但這一階段仍處于設(shè)想時期，有許多問題需要我們努力解決，其中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)包括有：可持續(xù)發(fā)展中的人與自然的和諧與斗爭。
1.2 對大氣的結(jié)構(gòu)及組成的認識
1.2.1大氣圈及其及結(jié)構(gòu)
大氣是自然環(huán)境的重要組成部分，是人類賴以生存的必不可少的物質(zhì)。在自然地理學(xué)上，把由于地心引力而隨地球轉(zhuǎn)動的大氣層稱為大氣圈。其厚度大約為10000km，離地心越遠，空氣越稀薄，到地球表面1400km以上的區(qū)域已經(jīng)非常稀薄，因此，從污染氣象學(xué)研究的角度來講，大氣圈是指從地球表面到（1000——1400）km的范圍。大氣圈的總質(zhì)量大約為6×1015約為地球的百萬分之一[1]。
大氣的密度、溫度和組成隨高度的不同而不同，呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)。例如，根據(jù)氣溫在垂直方向上的變化情況，將大氣圈分為對流層、平流層、中間層、曖層和散逸層五層。
1.對流層
對流層是大氣圈中最接近地面的一層，其厚度在赤道附近和極地各有不同，大約在（6-18）km。這一層的空氣質(zhì)量約占大氣層總質(zhì)量的3/4并且還含有一定質(zhì)量的水蒸氣，對人和動植物的生存起著重要的作用。云、霧、雨、雪和雷電等天氣都在這一層發(fā)生。污染物遷移和轉(zhuǎn)化也主要是在這上層進行，特別是在離地面（1-2）km的近地層。因此，對流層是對人類的生產(chǎn)、生活影響最大的一層。
2．平流層
平流層位于對流層的上面，層頂距地面約（50-55）km。這一層中存在厚度約為20km的臭氧層，依靠臭氧層強烈吸收太陽紫外線使氣溫迅速增高。在平流屋中，大多是處于平流流動，因此，不利于進入增流層的污染物擴散，致使污染物在此停留的時間較長，甚至可達數(shù)年之久。并且進入平流層的污染物如氮化物、氯化氫及氟化利昂有機制冷劑等還能與臭氧發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。致使臭氧濃度降低，嚴(yán)重時出現(xiàn)臭氧層空洞。使其太陽輻射的紫外線直接到過地面，就會導(dǎo)致更多的人患皮膚癌，對人類的生態(tài)系統(tǒng)造成極大的威脅。所以，保護臭氧層是當(dāng)今世界面臨的緊迫任務(wù)之一。
3．中間層
中間層位于平流層上面，層頂距地面約（80-85）km。此層有強烈的垂直對流運動，又沒有臭氧吸收太陽的紫外線，因此，在這一層氣溫隨高度增加迅速下降。
4．曖層
位于中間層上部，層頂距地面約800km。此層下部基本由分子氮組成，上部由原子氧組成。原子氧可吸收太陽的紫外光，曖層中大量的氣體在太陽光和宇宙射線的作用下被電離，所以曖層又稱電離層。電離層能反射電磁波，對遠距離通訊有很重要的作用。
5．散逸層
散逸層是大氣圈中最外層，層頂不明確。該層空氣更加的稀薄，距地面越遠，氣溫越高，氣體電離度越大，氣體離子可以散逸到宇宙空間去。
1.2.2 大氣污染物
1.2.2.1大氣污染物的分類
從來源分上分
1． 工業(yè)廢氣污染
火力發(fā)電，金屬冶煉，玻璃與陶瓷燒制及食品加工等生產(chǎn)過程和燃料的燃燒過程中所排放的煙氣，粉塵及廢氣等造成的大氣污染，此類污染源稱為工業(yè)污染源。
2． 交通污染源
由汽車、火車、輪船、飛機等交通運輸工具在行駛過程中排放的尾氣所造成的大氣污染，此類污染源，稱為交通污染源。
3． 生活污染源
人們由于生活上燒飯、取暖等的需要，燃燒燃料向大氣中排放煤煙以及垃圾焚燒等所造成的大氣污染，此類污染源稱為生活污染源。
以上主要是由于人類生產(chǎn)和生活活動所引起的大氣污染，至于由自然災(zāi)害所造成的污染在此從略。
按其存在的狀態(tài)分
1．顆粒污染物
顆粒污染物與氣體行為類似。所以又稱為氣溶膠。大氣污染物粗略估計有百余種。對于污染物，又可分為一次污染物和二次污染物。若大氣污染物是從污染源直接排放的原始物質(zhì)，剛稱為一次污染物。若是由于一次污染物與大氣中的原有成份或幾種一次污染物之間經(jīng)過一系列化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)生成的與一次污染物性質(zhì)不同的新污染物，稱為二次污染物。在大氣中，受到普遍重視的二次污染物主要有硫酸煙霧和光化學(xué)煙霧等。
近幾年來，我國的大氣污染仍然以煤煙型為主，主要污染物為總懸浮顆粒和二氧化硫。少數(shù)特大城市屬煤煙與汽車尾氣污染并重類型。
2．氣態(tài)污染物
氣態(tài)污染物是指一些污染氣體如：二氧化碳，氟、氯等氣態(tài)形式的污染。
1.2.2.2 工業(yè)污染中的煙塵及顆粒污染
1． 煙塵
煙塵是伴隨著燃料燃燒而產(chǎn)生的廢棄物，是一些飄浮在大氣中粒徑大小不一的微小顆粒物。煙塵大部分是固體顆粒，也有液體微粒。固體的有煙、炭黑、粉塵等，液體的有水滴和硫酸霧沫等．日前世界上常用的燃料，主要有煤、石油、天然氣等，以煤的消耗量最大，世界每年燃煤量約30多億噸，而煤的不完全燃燒產(chǎn)生的煙塵對于大氣污染起著十分重要的作用。
從煙囪排放出來的煙塵又分降塵和飄塵兩類，降塵顆粒較小，粒徑一般在10以上由重力的作用，能很快降落到地面。它多半屬燃燒不完全的炭粒，也就是人們?？匆姷暮跓?。飄塵顆粒放小，粒徑在10以下，其中相當(dāng)大一部分比細菌還小，它以氣溶膠形式長時間在空氣中飄浮，飄浮范圍可從幾公里到幾十公里，因此會在大氣中不斷的蓄積使污染的程度逐漸加重。且在各種飄塵中，以粒徑在0.5-5的對人體危害最大。這是因為粒徑在5-10的粒子，雖能進入呼吸道系統(tǒng)，但由于慣性力作用，能被鼻毛和呼吸道粘液所阻擋，并隨排出物排至體外；至于小于0.5的飄塵，由于氣體擴散作用可被上呼吸道表面所粘附，隨痰排出。唯有0.5-5的飄塵，可以徑直到達肺部而沉積在肺胞中，并有可能進入血，隨之輸往全身，危害人體，此外，飄塵具有吸濕性，在大氣中易吸收水分，形成表面具有很強吸附性的凝聚核，能吸附有害氣體和經(jīng)高溫冶煉排出的各種金屬粉塵以及致癌性很強的苯芘等，而后隨著吸氣進入深部呼吸道，故對健康危險性較大。飄塵還能吸附病原微生物，在飄塵濃度高的地方，空氣中各種微生物的含量也相應(yīng)增高，因而容易引起慢性阻塞性肺部疾患的繼發(fā)感染，降低機體的抵抗力和免疫力。如1952年l2月倫敦發(fā)生煙霧事件時，大氣中飄塵含量比平時高5陪，達4.46mg／m3，引起居民的死亡率激增。[2]
所以，世界各國普遍認為，大氣中的煙塵是大氣中危害，較大的污染物之一，因此，環(huán)境監(jiān)測和衛(wèi)生部門把它作為評價大氣污染對健康影響的重要指標(biāo)。
2．顆粒物
總懸浮顆粒物是指懸浮在空氣中，空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑d≤100。顆粒物主要來源于然的燃燒和工業(yè)過程，燃料燃燒時將灰分以顆粒物形式，釋放出來，其產(chǎn)生量與燃料中的灰分含量有關(guān)。顆粒物的主要生產(chǎn)源包括金屬礦物加工、石油和化工等，冶金工作包括鋼鐵、銅、鉛鋅以及鋁的生產(chǎn)等，鋼鐵是冶金工作中最重要的排放源。鋼鐵工作包括煉鋼和煉鐵，硫在加工過程中少量轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)的硫酸鹽，礦物加工過程產(chǎn)生的顆粒主要來自水泥、瀝青、石灰、玻璃、石膏、制磚工業(yè)等。[3]
1.2.3 鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)
表1-1 各種鍋爐過量空氣系數(shù)折算值
───────────────────────────────────
鍋爐類型 折算項目 過量空氣系數(shù)
───────────────────────────────────
燃煤鍋爐 煙塵初始排放濃度 a=1.7
煙塵、二氧化硫排放濃度 a=1.8
燃油、燃氣鍋爐 煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度 a=1.2
───────────────────────────────────
注：只列出部分污染物，本標(biāo)準(zhǔn)采用下列定義
1 鍋爐煙氣在溫度為２７３Ｋ，壓力為101325pa時的狀態(tài)，簡稱“標(biāo)態(tài)”。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排放濃度均指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干煙氣中的數(shù)值。
2 煙塵初始排放濃度指自鍋爐煙氣出口處或進入凈化裝置前的煙塵排放濃度。
煙塵排放濃度
指鍋爐煙氣經(jīng)凈化裝置后的煙塵排放濃度。末安裝凈化裝置的鍋爐，煙塵初始排放濃度即是鍋爐煙塵排放濃度。廢氣排出口有害物質(zhì)的排放量（或濃度)不得超過表1-1、1-2的規(guī)定。
表１-2鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度限值
鍋爐類別 適用區(qū)域
煙塵排放濃度(mg/m3) 煙氣黑度
Ｉ時段 Ⅱ時段 (林格曼黑度,級)
燃 自然通風(fēng)鍋爐 一類區(qū)
〈0.7MW 1t/h ) 二、三類區(qū)
煤 其它鍋爐 一類區(qū)
二類區(qū)
爐 三類區(qū)
燃 輕柴油、煤油 一類區(qū)
油 二、三類區(qū)
鍋 其它燃料油 一類區(qū)
二、三類區(qū)
爐
燃氣鍋爐 全部區(qū)域
100 80 1
150 120
80 80
250 200 1
350 250
80 80 1
100 100
100 80 1
200 150
50 50 1
1.2.4 污染與健康
可吸入顆粒物隨人們呼吸空氣而進入肺部，以碰撞、擴散、沉積等方式滯留在呼吸道不同的部位，粒徑小于5微米的多滯留在上呼吸道。滯留在鼻咽部和氣管的顆粒物，與進入人體的二氧化硫等有害氣體產(chǎn)生刺激和腐蝕粘膜的聯(lián)合作用，損傷粘膜、纖毛，引起炎癥和增加氣道阻力。持續(xù)不斷的作用會導(dǎo)致慢性鼻咽炎、慢性氣管炎。滯留在細支氣管與肺泡的顆粒物也會與二氧化氮等產(chǎn)生聯(lián)合作用，損傷肺泡和粘膜，引起支氣管和肺部產(chǎn)生炎癥。長期持續(xù)作用，還會誘發(fā)慢性阻塞性肺部疾患并出現(xiàn)繼發(fā)感染，最終導(dǎo)致肺心病死亡率增高。
當(dāng)大氣處于逆溫狀態(tài)時，污染物便不易擴散，懸浮顆粒物濃度會迅速上升。1952年12月英國倫敦發(fā)生煙霧事件時，大氣中懸浮顆粒物的含量比平時高5倍，引起居民死亡率激增，4天內(nèi)較同期死亡人數(shù)增加4000余人。由此可見大氣中可吸入顆粒物濃度突然增高，對人類健康能造成急性危害，對患有心肺疾病的老人和兒童威脅更大。
光化學(xué)煙霧是排入大氣的氮氧化物和碳氫化物受太陽紫外線作用產(chǎn)生的一種具有刺激性的淺藍色的煙霧。它包含有臭氧、醛類、硝酸酯類等多種復(fù)雜化合物。這些化合物都是光化學(xué)反應(yīng)生成的二次污染物，主要是光化學(xué)氧化劑。當(dāng)遇低溫或不利于擴散的氣象條件時，煙霧會積聚不散，造成大氣污染事件，使人眼和呼吸道受刺激或誘發(fā)各種呼吸道炎癥，危機人體健康。這種污染事件最早出現(xiàn)在美國洛杉磯，所以又稱洛杉磯光化學(xué)煙霧。近年來，光化學(xué)煙霧不僅在美國出現(xiàn)，而且在日本的東京、大板、川崎市，澳大利亞的悉尼、意大利的熱那亞和印度的孟買等許多汽車眾多的城市都先后出現(xiàn)過。
大氣中的氮氧化物和碳氫化物主要來自汽車尾氣、石油和煤燃燒的廢氣、及大量使用揮發(fā)性有機溶劑等。在太陽紫外線的作用下，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧和醛類等二次污染物。在光化學(xué)反應(yīng)中，臭氧約占85％以上。日光輻射強度是形成光化學(xué)煙霧的重要條件，因此在一年中，夏季是發(fā)生光化學(xué)煙霧的季節(jié)；而在一天中，下午2時前后是光化學(xué)煙霧達到峰值的時刻。光化學(xué)氧化劑可由城市污染區(qū)擴散到100公里甚至700公里以外。在汽車排氣污染嚴(yán)重的城市，大氣中臭氧濃度的增高，可視為光化學(xué)煙霧形成的信號。
光化學(xué)煙霧對人體最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道粘膜，引起眼睛紅腫和喉炎，這可能與產(chǎn)生的醛類等二次污染物的刺激有關(guān)。光化學(xué)煙霧對人體的另一些危害則與臭氧濃度有關(guān)。臭氧還可引起潛在性的全身影響，如誘發(fā)淋巴細胞染色體畸變、損害酶的活性和溶血反應(yīng)，影響甲狀腺功能、使骨骼早期鈣化等。長期吸入氧化劑會影響體內(nèi)細胞的新陳代謝，加速衰老。
預(yù)防光化學(xué)煙霧要采取一系列綜合性的措施，其中包括制定法規(guī)，監(jiān)測廢氣排放，改良汽車排氣系統(tǒng)和提高汽油質(zhì)量及減少揮發(fā)性有機物如油漆、涂料的使用等[1]
1.2.5 大氣污染的綜合防治
對大氣污染進行綜合預(yù)防和防治不單單是提高燃燒技術(shù)減少污染來源的污染物質(zhì), 也不單單是加除塵裝置對排放物進行過濾以減少污染程度, 當(dāng)然也不能只植樹造林、推進綠化措施以改善總體環(huán)境。對大氣污染的綜合防治是立足于環(huán)境問題的區(qū)域性、系統(tǒng)性和整體性之上的，對大氣污染乃至環(huán)境污染的綜合防治是一個整體的措施，每一個環(huán)節(jié)都是相輔相成的，每一處都松懈不得。在實質(zhì)上，就是對區(qū)域環(huán)境的控制，對多種方案的技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性、實施可能性和區(qū)域適應(yīng)性等進行最優(yōu)化選擇和評價，從而得出最佳的技術(shù)方案和工程措施。
1. 全面規(guī)劃、合理布局
大氣污染控制是一門綜合性很強的技術(shù)，影響大氣環(huán)境質(zhì)量的因素很多，僅考慮各個污染源的單項治理是不夠的，必須考慮區(qū)域性的綜合防治，從單一的治理過渡到綜合的治理。因此，一方面要對工作失誤已經(jīng)造成的環(huán)境污染和環(huán)境問題，提出改善和控制污染的最優(yōu)化方案；另一方面，要做好城市和大工業(yè)區(qū)的規(guī)劃設(shè)計工作，正確的選擇廠址，考慮區(qū)域性綜合治理措施。
2. 提高工業(yè)技術(shù)水平
⑴ 改革工業(yè)，優(yōu)先采用無污染的工藝是防止環(huán)境污染的根本途徑。
⑵ 嚴(yán)格工藝操作。
⑶ 改進燃料構(gòu)成，改進燃燒設(shè)備和燃燒條件。
⑷ 建立綜合性工業(yè)基地，使各企業(yè)之間綜合利用原料和廢棄物，減少污染物的排放量。
3. 合理的經(jīng)濟政策
⑴ 保證必要的環(huán)境保護投資 中國目前的環(huán)保投資，僅占國家基本建設(shè)投資的百分之幾，而發(fā)達國家則高達20％以上，因此有必要采取適當(dāng)措施逐步加以改進。
⑵ 對治理污染從經(jīng)濟上給予鼓勵 如低息長期貸款，對綜合利用產(chǎn)品實行免稅或減稅政策等。
⑶ 實行排污管理 逐步提高對排污的收費標(biāo)準(zhǔn)，知道對污染嚴(yán)重又不治理的工廠停止生產(chǎn)等嚴(yán)格的經(jīng)濟政策。
4. 綠化造林
綠化造林是一種生物防止措施，綠化造林不僅能美化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣溫、增加空氣濕度，而且在凈化空氣、減低噪聲方面起到顯著的作用。
5. 加強環(huán)境治理工程學(xué)的研究
到目前為止，即使最發(fā)達的工業(yè)化國家也不能做到無污染的排放。當(dāng)采取了各種措施，仍達不到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)和地面濃度時，就要對所排放的污染物采取治理的方法。目前控制大氣的污染物的排放，使之符合國家的排放標(biāo)準(zhǔn)措施有：設(shè)置除塵系統(tǒng)；用吸收法控制；用吸附法控制；用反應(yīng)法控制及擴散稀釋法控制等等。
人類沒有保護好環(huán)境的教訓(xùn)其實自古就有。今天，我們保護環(huán)境不僅要保護環(huán)境不受污染，而且要繼承古代環(huán)境保護的思想，合理利用資源，以保證資源的永續(xù)利用。我們應(yīng)該懂得解決環(huán)境問題的關(guān)鍵就是保護環(huán)境，而保護環(huán)境就是保護了我們自己。
6.采用法律手段
頒布各種《大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。并強制性實施。
1.3 任務(wù)的提出與意義
針對某冶煉廠設(shè)計一種有效的除塵器，使其既有凈化煙塵的功能，改善周邊環(huán)境，響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，凈化后的氣體符合國家的排放標(biāo)準(zhǔn)，又能將其煙塵中所帶走的一些金屬回收利用。做到一舉兩得作用。
1.3.1 設(shè)計要求以及基本參數(shù)
要求設(shè)計出一種有效的除塵器，性能穩(wěn)定可靠、操作簡單，率較高。維修方便，占地面積少，一次性投資少。
參數(shù)要求如下：
1) 廢氣處理量：Q=60000m3/h
2) 過濾溫度：T=1500C
3) 排放標(biāo)準(zhǔn)：80mg/m3 (國家標(biāo)準(zhǔn)為≤150mg/m3)
4) 工作時間：全天工作制（24小時/天）
1.3.2 設(shè)計內(nèi)容包括
1) 方案的優(yōu)化設(shè)計
2) 除塵器效率的計算
3) 除塵器系統(tǒng)各鋼結(jié)構(gòu)部件設(shè)計
4) 鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計
5) 運行后經(jīng)濟費用的預(yù)算
6) 維護說明
7) 清灰系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)編程
1.3.3 選題的意義
隨著工業(yè)的高速發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，在人們生活平不斷提高的同時，對生活環(huán)境的質(zhì)量要求也越來越高。在環(huán)境保護工作日益突出的今天，在我國鋼鐵的需求量日益增加的今天，針對冶金工業(yè)中設(shè)計除塵器，對煙氣進行綜合治理，改善周邊環(huán)境，加強對環(huán)境的保護，是極其有意義的。
第二章 除塵設(shè)備的分類及其型號的選擇
2.1除塵設(shè)備的概述
2.1.1 除塵器的概念
從含塵氣流中將粉塵分離出來并加以捕集的裝置為除塵裝置或除塵器，除塵器是除塵系統(tǒng)中的主要組成部分．其性能如何對全系統(tǒng)的運行效果有很大影響，除塵器的性能用可處理的氣體量、氣體通過除塵器時的阻力損失和除塵效率來表達。同時，除塵器的價格、運行和維護費用、使用壽命長短和操作管理的難易也是考慮其性能的重要因素。
2.1.2 除塵器的分類
按照防塵器分離捕集粉塵的主要機理．可將其分為如下四類。
1．機械式除塵器
它是利用質(zhì)量力〔重力、慣性力和離心力等)的作用使粉塵與氣流分離沉降的裝置。它包括重力沉降室、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器等。
2．濕式除塵器
亦稱濕式洗滌器、它是利用液滴或液膜洗滌含塵氣流，使粉塵與氣流分離沉降的裝置，濕式洗滌器可用于氣體除塵。亦可用于氣體吸收。
3．過濾式除塵器
它是使含塵氣流通過織物或多孔的填料層進行過濾分離的裝置，它包括袋式防塵器、顆粒層除塵器等。
4．電除塵器
它是利用高壓電場使塵粒荷電、在庫侖力作用下使粉塵與氣流分離沉降的裝置。
以上是按除塵器主要除塵機理作用的分類，但實際應(yīng)用的一些除塵器中，常常是一種除塵器同時利用了幾種除塵機理．此外，還常常按除塵過程中是否利用液體，還把除塵器分為干式除塵器和濕式除塵器兩大類，根據(jù)除塵器的效率又可以分為低效、中效、高效除塵器。電除塵器，袋式除塵器，和高能文丘里濕式除塵器，是目前國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的三種高效除塵器，慣性力沉降和重力沉降除塵器屬于低效除塵器。在日常工業(yè)上用于粉塵顆粒物分離的設(shè)備主要有：重力沉降式除塵器、慣性除塵器、電除塵器、濕式除塵器、過濾式除塵器、旋風(fēng)除塵器等。
2.2 各種除塵器原理
2.2.1 機械式除塵器
利用重力、慣性力及離心力等作用將顆粒污染物與氣體分離的設(shè)備稱為機械式除塵器。主要類型有重力沉降室、慣性力除塵器及離心力除塵器。主要特點是結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、價格較低、便于維護等，因而廣泛使用于工業(yè)生產(chǎn)中。但一般來說，這類除塵器對大粒徑顆粒物具有較高的分離效率，而對于小粒徑顆粒物的捕獲率則相對較低。因而，這類除塵器常在去除大顆粒粉塵及除塵效率要求不高的場合下使用。有時也作為多級收塵系統(tǒng)的前置預(yù)收塵器。
2.2.1.1 重力除塵器
1．重力沉降原理
重力除塵器是使含塵氣體中的粉塵借助重力作用自然沉降來達到凈化氣體的裝置。它的沉降速度太小，僅為離心沉降速度的幾十分之一。實際應(yīng)用中，具有結(jié)構(gòu)簡單、費用低廉、阻力小、壓損小、壽命長等優(yōu)點。但體積大、除塵效率低、設(shè)備維修周期長。圖2—l所示。
圖2—l重力沉降簡圖
層流沉降原理：含塵氣流從一側(cè)進入沉降室，根據(jù)流體力學(xué)原理，通過沉降室的流體雷諾數(shù)可用下式進行計算：
（2-1）
（2-2）
式中 :
——通過沉降室的氣流速度，m3/s;
——一通過沉降室的氣體流量，m/h
——過流截面寬度，m；
——過流截面高度，m；
——流體運動粘度
——沉降室過流截面當(dāng)量直徑，m。
對矩形過流截面：
（2-3）
當(dāng)Re＜2300時，流體處于層流狀態(tài)。
假設(shè)氣體流速在整個沉降室斷面內(nèi)(除前后擴大、縮小段外)處處相等，粉塵顆粒在入口斷面均勻分布，忽略顆粒在沉降過程中的相互干擾，則欲使沉降速度為Vs的塵粒在沉降室內(nèi)完全沉入料斗，則必須使塵粒由沉降室頂部沉降到沉降室底部的時間小于或等于氣體通過沉降室的時間。即
（2-4）
或
（2-5）
式中 ：
H——沉降室高度，m；
L——沉降室長度，m；
Vs——塵粒沉降速度，m/s；
V——氣流在沉降室內(nèi)的水平運動速度，m／s。
將斯托克斯公式代入式(2—1)中，可得到沉降室百分之百能夠捕集的最小塵粒粒
徑：
（2-6）
式中 ：
——流體粘度，Pa·s;
——粉塵密度，kg/m3。
由于粉塵粒子的粒徑不同，沉降速度亦不相同,因而在相同時間內(nèi)不同粒徑塵粒的下降的高度h可用下式表示：
（2-7）
當(dāng)沉降室的實際高度大于粉塵顆粒的沉降高度時，可用h與H的比值表示沉降室的
分級效率：
= （2-8）
或
（2-9）
式中:
dp——粉塵顆粒粒徑,m;
B——沉降室寬度，m；
Q——含塵氣體的體積流量，m3／s。
從大(2—2)和(2—5)可以看出，當(dāng)含塵氣體特性及工況一定時，增大沉降室長度或降低沉降室高度和氣流速度，都可提高沉降室的除塵效率。但沉降室長度過大或氣流速度過小，又會使其體積過于龐大，使沉降室的使用受到限制。所以，設(shè)計沉降室時應(yīng)從技術(shù)經(jīng)濟和現(xiàn)場情況綜合考慮，選定適宜的結(jié)構(gòu)尺寸和工作參數(shù)。
降低沉降室高度的常用方法是在沉降室內(nèi)裝有若干水平或傾斜隔扳．形成一層層氣流通道。假設(shè)用隔板將高度為H的沉降室分成n個通道．則每個通道就是一個單層沉降室，若忽略隔板及粉塵層厚度、其高度為H／n。此時，該沉降室的分級效率為
（2-10）
或
（2-11）
能捕集的最小粉塵粒徑為:
2．紊流沉降機理
欲使氣流保持層流流動，重力沉降空的體