毕业论文陶瓷基片烧结炉废气治理工程设计

设计总说明本毕业设计的对象是广东潮州三环（集团）股份有限公司的陶瓷基片生产过程中产生的恶臭气体。在陶瓷基片成型加工过程中，主体原料氧化铝系粉体，需要用聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等黏合剂粘合。因此陶瓷胚基片中含有聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物，经高温烧结工艺后从基片中挥发出恶臭气体，影响到周围民众的正常生活。此恶臭气体为有机废气，考虑到有机废气的净化率和工程实际情况与经济可行性，本毕业设计通过对恶臭去除各种方法的比较并结合潮州市三环（集团）股份有限公司生产陶瓷基片工艺的实际情况，决定采用直接燃烧法处理工艺对产生的恶臭进行处理，使其气体排放达到环境的要求标准。广东潮州三环（集团）股份有限公司生产陶瓷基片的过程中，产生的恶臭是由于聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物所引起的。在高温下，聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物被氧化，氧化反应剧烈且完全彻底，其氧化产物是对人体无害的二氧化碳和水。根据此原理，对生产过程中产生的有机废气（恶臭）用专用的管道进行集中收集，将收集到的气体送入烧结炉烧结段进行燃烧，燃烧后的热烟气又经锅炉引风机加压，进入烧结炉预热段的间接换热器，如此周而复始。经间接换热器换热后的低温烟气汇集后经烟囱排放，从而使恶臭污染问题得以解决。关键词：陶瓷基片，直接燃烧法，恶臭AbstractThe graduation project is the subject of Chaozhou in Guangdong tricyclic (Group) Company Limited production of ceramic substrates in the course of the stench of gas. Ceramic substrates in the process of forming, the main raw material of aluminum powder, the need for polyvinyl butyrate (PVB), dibutyl (DBP), such as adhesive bonding. Therefore ceramic embryo-containing polyvinyl acid tablets (PVB), dibutyl (DBP) and other organic matter, the high temperature sintering technology-based tablets from the volatile after the stench of gas, affecting the normal life of people around. The stench of organic gases emissions, taking into account the organic waste gas purification rate and engineering and economic feasibility of the actual situation, the stench graduated from design through various methods of removal of Chaozhou City and three-ring (Group) Company Limited production of ceramics Substrate of the actual situation, decided to adopt the direct combustion process on the stench processed gas emissions to meet the requirements of environmental standards.Chaozhou in Guangdong tricyclic (Group) Company Limited production of ceramic substrates in the process, the stench is polyvinyl butyrate (PVB), dibutyl (DBP) and other organic matter caused by. Under high temperature, polyvinyl butyrate (PVB), dibutyl (DBP) and other organic matter by oxidation, and the intense reaction of full and complete, its oxidation product is harmless carbon dioxide and water. According to this theory, the production process of the organic waste gas (stench) of pipes with special focus on the collection, will be collected from the gas into the sintering furnace sintering paragraph combustion, combustion of gas and hot air pressurized by the Boiler , Entered the sintering furnace preheating of the indirect heat exchanger, so the cycle. The indirect heat exchanger after the low-temperature heat exchanger pool after the chimney flue gas emissions, so that odor pollution problems are resolved.Key words: Ceramic Substrate, Odor, Direct Combustion 3333目录1绪论11.1陶瓷废气的分类与产生11.2恶臭气体的污染特征11.3恶臭物质的危害21.4恶臭的去除机理31.4.1物质发臭的原因31.4.2恶臭的去除机理42恶臭治理工艺技术方案42.1 国内研究动态恶臭污染治理的技术方法比较42.2脱臭技术方法选择应考虑的因素83设计相关资料93.1项目概述93.2现场调研取得资料103.2设计依据和标准103.3设计原则113.4 设计范围114脱臭工艺技术方案114.1脱臭工艺流程114.2工艺简介124.3工程特征124.3.1陶瓷生产工艺技术性强124.3.2环境污染治理水平要求高134.3.3工程效益大但风险也大134.4技术关键134.5本方案的主要优点145工艺设计计算145.1空气量、烟气量及散热量的计算145.2换热器的设计计算155.2.1计算散热量165.2.2计算换热面积165.2.3管径与管数245.2.4.折流挡板245.2.5验算256主要工程设施256.1主体工程设施256.2附属设备设施266.2.1间接换热器上部集气烟道266.2.2烟气再循环加压风机276.2.3烟气流量控制阀门276.2.4排气筒276.2.5风 管276.2.6控制柜276.2.7设备设施一览表286.3工程分项与组织286.3.1设备设施制作工程286.3.2设备设施安装工程286.3.3管道工程286.3.4设计与调试工程297恶臭治理工程概算307.1概算说明307.2工程直接费用概算307.3工程总概算31参 考 文 献32致 谢331绪论1.1陶瓷废气的分类与产生陶瓷工业在其生产过程中会产生各种废气。总体来讲，陶瓷工业废气大致可分为两大类。第一大类是含生产性粉尘为主的工艺废气，此类废气温度一般不高，主要来源于坯料、釉料及色料制备中的破碎、筛分、造粒及喷雾干燥等；第二类为窑炉烧成设备在生产中产生的高温烟气，这些烟气中含有CO、S02、NOX、氟化物及有机废气（恶臭）等；其中，有机废气的产生是由于陶瓷基片成型加工过程中，主体原料氧化铝系粉体，需要用聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等黏合剂粘合。因此陶瓷胚基片中含有聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物，经高温烧结工艺后从基片中挥发出有机气体，产生恶臭，为恶臭污染气体。1.2恶臭气体的污染特征有机废气为恶臭的一种。恶臭是指凡是能刺激人的嗅觉器官，普遍引起不愉快或厌恶、损害人体健康的气味。恶臭污染是大气、水废弃物等物质中的异味通过空气介质，作用与人的嗅觉思维而感知的一种感知（嗅觉）污染，是日益引起全球重视的大气污染公害。恶臭物质的致臭原因主要是由于含有特征发臭基团。臭味之所以能被人感知是由于其具有高挥发性及亲水和亲脂性。含发臭基团的气体分子与嗅觉细胞作用，经嗅觉神经向脑部神经传递信息，从而完成对气味的鉴别。依据气味物质的结构及人对气味物质的感觉特征，瓦德麦克分类法将气味物分为9类：醚类、芳香类、花类或香脂类、琥珀类、韭菜或大蒜类、焦臭、山羊臭、不快臭、催吐臭。随着人们对生活环境质量要求的逐步提高，人们对各种异常气味造成的不满情绪和控告事件不断增加。尤其在西方发达国家，关于恶臭的投诉案件已经仅次于噪声污染，居第二位。在我国，恶臭污染问题也变得日益严重，恶臭扰民事件也已发生多次，因此关于恶臭的研究和治理已经引起了市政各有关部门的注意。目前，对恶臭的研究、治理和评价，已经受到世界各国广泛重视，各国专家和学者均同意将恶臭污染从大气污染中单独分离出来，列为世界七大公害之一。恶臭气体的污染特征有如下几点：挥发性大和溶解性大是恶臭气体本身的两大特点。恶臭物质的蒸气压大，易溶于水和脂肪，因此能够渗透嗅觉器官绒毛周围的水性黏液，然后穿过多脂的绒毛本身而产生嗅觉作用。有机气体的嗅阈值极低，即使浓度是在10-9数量级，也会由呼吸器官明显感觉出来。污染范围广：恶臭物质排放到大气中，可在大气环流作用下迅速蔓延，造成大范围污染。测定困难：恶臭污染以心理影响为主要特征，极低的浓度就可使人产生不快，这使其测定非常困难。目前还难以找到一个可全面评述恶臭的可检测性、强度、厌恶度及性质的简单测定方法。因此，恶臭的有效测定方法是大气污染控制的一个重要研究内容。评价困难：恶臭污染源多为常见的、局部的无组织排放源，污染又多为短时间、突发性的，因而难以捕捉，加之恶臭扩散方式复杂，故迄今世界上还没有一种公认的恶臭评价方法，因此这方面的研究也相当活跃。治理困难：通常有害气体对人产生的生理影响与其浓度成正比，而恶臭给人的感觉量(恶臭强度)与对人的刺激量(恶臭物质浓度)的对数成正比。根据韦伯费希纳(Weber-Fechner)公式， ，式中：Y恶臭的强度：X恶臭物质的含量，110-6。从韦伯费希纳(Weber-Fechner)公式可得到，即使将恶臭物质去除90，人的感觉认为只去除了50。通常把正常人勉强可以感觉到气味的含量，即恶臭的最低嗅觉含量称为嗅觉阈值。一般情况下，人的嗅觉对多数恶臭物质的嗅觉阈值都在10-9以下，远远超过了分析仪器对恶臭物质的最低检出含量(仪器的最低检出含量在10-610-9)范围内。1.3恶臭物质的危害恶臭物质分布广、影响大，它除了刺激人的嗅觉器官使人觉得不愉快外，还对人的呼吸系统、消化系统、内分泌系统、神经系统和精神产生不利影响，高浓度情况下会导致急性中毒甚至死亡。恶臭物质的危害主要表现在以下几个方面：1、危害呼吸系统人们闻到恶臭，对呼吸产生反射性抑制，甚至憋气，妨碍正常呼吸功能。2、危害循环系统随呼吸变化，会出现脉搏和血压变化。3、危害消化系统 人经常接触恶臭，会使人产生厌食、恶心，甚至呕吐，进而发展到消化功能减退。4、危害内分泌系统 经常受恶臭刺激，会使人的内分泌系统功能紊乱，影响机体代谢。5、危害神经系统 恶臭的刺激，会使嗅觉疲劳甚至丧失。“久闻不知其臭”最后会导致大脑皮层兴奋和抑制的调节功能失调。6、影响精神状态 恶臭使人烦躁不安，思想不集中，工作效率降低，判断力和记忆力下降，影响大脑的思维活动。7、引起各类中毒大多数中毒症状表现为呼吸道疾病，多为积累性。在高浓度有机恶臭物质的突然作用下，有时可能造成急性中毒，甚至死亡。一些有机物接触皮肤，可引起皮肤病。随着工业生产的不断发展，恶臭污染亦日益严重，而国内许多行业产生的恶臭气体几乎未经处理就直接排放到大气中。随着人们环保意识及对生活质量要求的不断提高，迫切需要对恶臭污染予以坚决治理。1.4恶臭的去除机理1.4.1物质发臭的原因目前，解释物质发臭的内在原因的理论，普遍承认的是“发臭基团学说”和“分子振动学说”。“发臭基团学说”基于物质的化学结构，认为物质发臭是由于构成物质本身的化合物具有特征发臭基团。将特征发臭基团破坏掉，物质就不会发臭。“分子振动学说”从物理特征角度出发，认为物质的气味取决于分子内部的振动，拉曼位移是物质分子振动的一种度量，改变了物质的拉曼位移，也就改变了物质的气味。1.4.2恶臭的去除机理通过化学反应或者生化反应，将物质的特征发臭基团破坏掉，就是化学法脱臭和生化法脱臭的基本原理。通过高压静电场或者非平衡等离子体的物理作用，改变发臭物质的拉曼位移，就是高压静电场或者非平衡等离子体的脱臭机理。2恶臭治理工艺技术方案2.1 国内研究动态恶臭污染治理的技术方法比较有机废气是指碳氢化合物（HC）及其衍生物。陶瓷胚基片在成型加工的过程中主体原料氧化铝（Al2O3）是粉体，该过程中所用黏合剂聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）均属于碳氢化合物（HC）的衍生物。因而，该项生产过程中产生的恶臭气体属于有机废气，其处理方法主要依据于有机废气的处理技术方法。有机废气是污染大气的重要污染物之一。碳氢化合物（HC）及其衍生物对人体器官有刺激作用，其中不少对内脏有毒害作用，甚至是致突变物与致癌物。碳氢化合物（HC）及其衍生物废气的净化方法一般有燃烧法、催化燃烧法、吸附法、吸收法、冷凝法。除了这些方法以外，还可以采用浓缩燃烧、浓缩回收等方法对含碳氢化合物（HC）及其衍生物废气进行治理。对于恶臭气体的净化，还可以考虑用生物技术的方法来进行治理。具体净化方法如下：1、燃烧法所谓燃烧净化，就是用燃烧的方法销毁有害气体、蒸气或烟尘，使其转变为无害物质的过程。在燃烧净化时所发生的化学作用主要是燃烧氧化作用及高温下的热分解，故这种方法只能适用于净化那些可燃的或在高温情况下可以分解的有害气体。用燃烧法净化有机废气，其氧化的结果主要是生成二氧化碳和水，该法不能回收到有用的物质，但由于燃烧时放出大量的热，使排气的温度很高，故可以回收热量。燃烧法具有脱臭效率高、工艺操作简便、运行性能稳定等优点。但由于能量消耗大，运行成本也较高。目前，燃烧净化方法包括直接燃烧和热力燃烧。表2.1 直接燃烧法与热力燃烧法直接燃烧法（又称直接火焰燃烧法）方法要点将废气中可燃的有害组分当作燃料直接烧掉。可分为加热和不加热两种适用范围一般适用于净化可燃有害组分浓度较高的废气，或者是用于净化有害组分燃烧时热值较高的废气适用理由因为只有燃烧时放出的热量能够补偿散向环境中的热量时，才能保持燃烧区的温度，维持燃烧的持续备注对于多种可燃气体或多种溶剂混合蒸气，当它们存于废气中时，只要它们的浓度值合适，也可以采用直接燃烧的方法。若可燃组分的浓度高于燃烧上限，则可以混入空气后燃烧；如可燃组分的浓度低于燃烧下限，则可以加入一定数量的辅助燃料如天然气等，以此来维持燃烧热力燃烧法适用范围一般适用于可燃有机物质含量较低的废气的净化处理适用理由由于该类废气中可燃有机组分的含量很少，因此，废气本身不能燃烧，并且其中的可燃组分燃烧后放出的热量很低，不能维持燃烧备注在热力燃烧中，被净化的废气不是作为燃烧所用的燃料，而是在含氧量足够时作为助燃气体，不含氧时则作为燃烧的对象。在进行热力燃烧时，一般燃烧其他的燃料，如煤气、天然气、油等，来提高废气的温度，达到热力燃烧所需的温度，把其中的气态污染物进行氧化，结果为二氧化碳、水、氮气等2、吸附法吸附法是利用某些具有吸附能力的物质如活性炭、硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝等吸附有害成分而达到消除有害污染的目的。吸附法适用于几乎所有的气相污染物，一般是中低浓度的气相污染物；吸附效果取决于吸附剂性质、气相污染物种类和吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素，具有去除效率高的优点，从而使其成为去除气相污染物较为常用的方法，但存在投资后运行费用较高且有产生二次污染的缺陷。由于吸附过程能有效地捕集浓度很低的有害物质，因而吸附法成为常用的脱臭方法。但吸附剂的容量有限，脱臭吸附剂的再生非常困难。经常更换脱臭吸附剂则运行成本太高。3、溶液吸收法吸收法是采用低挥发或不挥发溶剂对气相污染物进行吸收，再利用有机分子和吸收剂物理性质的差异进行分离的气相污染物控制技术。该法适用于浓度较高、温度较低和压力较高情况下气相污染物的处理吸收法净化恶臭污染物，是用适当的吸收剂，从废气中选择性地吸收恶臭污染物以消除污染。吸收法具有设备结构简单、投资低、操作简便、处理成本低、维护容易等优点。但废气排放要求恶臭污染物浓度很低，化学吸收一般很难满足这一要求。此外，有废水排出，形成二次污染。4、生物降解法生物法降解恶臭气体具有净化效率高、设备结构简单、投资低、操作简便、处理成本低、维护容易、避免二次污染等优点，因而成为近十年来应用研究的重点。但实际应用报告显示，操作时可能遇到以下几个主要问题而引起处理效果不好和故障：（1）废气流量和浓度波动较大时，生物过滤器的设计负荷与实际负荷不匹配容易造成废气停留时间不够，处理效果下降；（2）废气中颗粒物在生物过滤器滤床的积累造成滤床堵塞，阻力增大；（3）滤床湿度控制不当容易使其干燥开裂造成气流短路；（4）pH调节不当，下降幅度大，造成微生物数量下降，使处理效果降低。以上容易造成运行时脱臭性能不稳定，并且占地面积也大。5、催化燃烧法催化燃烧法脱臭就是利用催化剂在低温下实现对恶臭气体的完全氧化。催化燃烧法具有脱臭效率高、工作温度低（300400）、能量消耗少、操作简便等优点。但催化剂在正常工作条件下会逐渐失去活性（即催化剂老化和中毒），从而影响脱臭效率。6、冷凝法在气液两相共存的体系中，存在着组分的蒸气态物质由于凝结变成为液态物质的过程，同时也存在着该组分液态物质由于蒸发变成为蒸气态物质的过程。当凝结与蒸发的量相等时称达到了相平衡，在相平衡时液面上的蒸气压即为该温度下与该组分相对应的饱和蒸气压。若气相中的组分的蒸气压力小于其饱和蒸气压时，则液相组分将挥发至气相；若气相中的组分的蒸气压力大于其饱和蒸气压时，则蒸气就将凝结为液体。由于同一物质的饱和蒸气压的大小与温度有关，当温度越低时，则饱和蒸气压值就越低。而对于含有一定浓度的有机蒸气的废气，在将其降温时，废气中的有机物蒸气浓度不变，但与其相应的饱和蒸气压值却随着温度的降低而降低。当废气降低到某一温度，与其相应的饱和蒸气压值已低于废气组分分压时，该组分就要凝结为液体，废气中组分分压值即可降低，也可实现气体分离的目的。在一定的压力下，一定组分的蒸气被冷却，开始出现液滴的温度称为露点温度。对含易凝缩的有害气体或蒸气态物质进行冷却，当温度降到露点温度以下时，才能将蒸气部分冷凝下来，冷凝下来的液体量即是有害气体组分被净化的量。将气体中的蒸气冷凝为液体，可采用冷却的方法，也可以采用压缩的方法，或者两者结合使用。根据以上分析，可知道各种脱臭方法要点及使用范围如表3所示：表2.2各种脱臭方法要点及使用范围净化方法方法要点适用范围燃烧法将废气中的有机物作为燃料烧掉或将其在高温下进行氧化分解；温度范围为6001100适用于中、高浓度范围废气的净化催化燃烧法在氧化催化剂作用下，将碳氢化合物氧化为二氧化碳和水；温度范围为200400适用于各种浓度的废气净化，适用于连续排气的场合吸附法用适当的吸收剂对废气中的有机物组分进行物理吸附；常温适用于低浓度废气的净化吸收法用适当的吸收剂对废气中的有机物组分进行物理吸附；常温对废气的浓度限制较小，适用于含有颗粒物的废气净化冷凝法采用低温，使有机物组分冷却至露点以下，液化回收适用于高浓度废气的净化生物法生物脱臭法是利用微生物的生物化学作用，使污染物分解，转化为无害或少害的物质。污染物去除的实质是有机底物作为营养物质被微生物吸收、代谢及利用适用于处理大体积、低浓度的废气，以替代设备费用昂贵、运行维护困难、有二次污染等缺陷的空气污染控制技术。其可用于控制化工、制药、电镀、喷漆、印刷等行业产生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPs)以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填埋厂产生的恶臭(odour)等在主要的技术性能指标、运行经济指标及环境可行性等方面对上述五种脱臭技术方法进行比较，结果如表1所示：表2.3各种脱臭方法的技术性能与经济指标脱臭方法脱臭效率运行成本二次污染备 注溶液吸收法不高低有工程投资小吸附法高高无无再生，会产生二次污染生物降解法较高低无工程投资小，性能不稳定催化燃烧法高较高无废催化剂会产生二次污染直接燃烧法高高无燃烧温度高2.2脱臭技术方法选择应考虑的因素在选择脱臭技术方法时，应全面考虑如下因素：1、最好能以废制废，减低运行成本；2、工艺要成熟可靠，运行稳定；3、因恶臭物质的嗅阈值极低，因此应选择脱臭效率极高的技术方法；4、操作要方便灵活；5、占地面积要小；6、使用寿命要长；7、总投资应尽可能小；8、无二次污染产生。3设计相关资料3.1项目概述潮州三环（集团）股份有限公司是一家具有近四十年历史的员工控股公司，全国最大的电子元件、先进技术陶瓷产业基地。该公司位于广东省潮州市凤塘三环工业城。是一家著名的大型高科技电子元器件制造企业，连续十一年被评为中国电子元器件制造百强企业单位。三环集团坚持技术创新，努力建设中国“先进陶瓷专家”品牌，高技术陶瓷产品已扩大到电子、通讯、机械、电工、环保、时尚、新能源等应用领域。主要产品有电阻器用陶瓷基体、电阻器、电感器及微波器件、多层片式陶瓷电容器、氧化铝陶瓷基片、光通信连接器陶瓷插芯、陶瓷手表、新能源陶瓷、结构陶瓷及陶瓷金属化等，形成以先进陶瓷为依托的多门类产业，产品进入全球采购链。1997年，以三环集团为依托建立广东省电子陶瓷工程技术研究开发中心。2001年，三环集团公司被国家发展计划委员会授为国家高技术产业化示范工程称号。2002年10月，三环集团公司被授予全国精神文明建设工作先进单位称号。2003年1月，三环集团公司被认定为广东省企业技术中心。2004年，三环集团公司被认定为广东省优秀高新技术企业1-5。该公司占地面积18万平方米，现有员工2500多人，工程技术人员200多人，属下有十二家工厂、分公司。年产各种电阻器用陶瓷基体1000亿只，占全世界的40%；固定电阻器80亿只，居全世界同行业的第3位。公司新研发的氧化铝陶瓷基片，MLCC片式电容器、微波介质滤波器、光纤连接器瓷芯等为通讯配套的新型元器件，已成为公司新一轮发展的主导产品。特别是氧化铝陶瓷基片，具有高绝缘强度、高机械强度、高热传导率、低热膨胀率、低介电常数、低介质损耗、优良的化学稳定性和抗冷热冲击能力，耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特性。该公司共有四台氧化铝陶瓷基片烧结炉，具有年产80万平方米氧化铝陶瓷基片的生产能力。其生产工艺流程如图所示：陶瓷烧结炉预热段陶瓷烧结炉冷却段陶瓷烧结炉烧结段陶瓷基片产品陶瓷胚基片烟囱（烟气排放）图3.1 陶瓷基片烧结的工艺流程3.2现场调研取得资料通过现场调研发现，此工艺产生的废气主要是产生恶臭污染的有机气体。窑炉的厚度为15cm;窑炉中采用的瓦斯作为燃料，经过厂方鉴定，其主要成分为丁烷（），消耗率为90.在进行工程设计的同时，必须保证到其生产的正常运行,保证产品的质，必须达到相关的技术要求。其窑炉中的最高的燃烧温度需达到1580以上，排出的燃烧气体温度在1100左右。在生产过程中要保证陶瓷的质量，必须达到：1、距离烧结炉炉头1730mm的1温度测孔处的温度为130；2、距离烧结炉炉头1690mm的2温度测孔处的温度为160；3、距离烧结炉炉头2960mm的3温度测孔处的温度为220；4、距离烧结炉炉头3200mm的4温度测孔处的温度为290；5、距离烧结炉炉头2980mm的5温度测孔处的温度为400；6、距离烧结炉炉头3100mm的6温度测孔处的温度为6503.2设计依据和标准1、中华人民共和国环境保护法；2、工业炉砌筑工程施工及验收规范（GB50211-2004）；3、工业炉砌筑工程质量检验评定标准；4、钢结构设计规范（GB50017-2003）；5、砌体结构设计规范（GB50003-2001）；6、外墙保温工程规程（JG144-2004）；7、施工现场临时用电安全技术规范（JGJ46-2005）；8、低压配电装置及线路设计规范（GBJ54-83）；9、通用用电设备配电规范（GBJ50055-93）；10、广东省地方标准大气污染物排放标准（DB4427-2001）；11、大气污染物综合排放标准（GB16297-1996）；12、工业企业厂界噪声标准（GB12348-90）。3.3设计原则（1）不影响陶瓷烧结工艺的正常进行。（2）不改变陶瓷烧结炉外形结构。（3）严格执行国家有关环境保护的各项规定，确保处理后的废气达标排放。（4）采用技术先进，运行稳定可靠的工艺，将先进性、可靠性和实用性有机结合。（5）保障处理系统正常稳定运行，要求工艺流程简练、设备品质先进可靠，操作简单，减少设备维修，便于运行管理。（6）本着安全使用，经济合理的原则，尽可能降低运行费用。3.4 设计范围（1） 工艺流程的选择和设计。（2） 非标准设备的制造与标准设备的选型。（3） 工程设备的运输、安装、调试及培训。4脱臭工艺技术方案4.1脱臭工艺流程根据对潮州三环（集团）股份有限公司实际情况的调研分析，得到其陶瓷基片生产过程产生恶臭气体的浓度较高，且生产过程中其高温的工艺阶段有大量余热的实际情况。通过对上述六种脱臭技术方法的比较，本方案最终采用直接燃烧法，利用生产过程中的废热对废气进行净化，达到恶臭去除的目的。其工艺流程图如下：图4.1 陶瓷烧结有机废气治理工艺流程图4.2工艺简介本方案采用的直接燃烧法有别于传统意义上的直接燃烧法。本方案是根据陶瓷基片生产工艺具有高温燃烧设施这一特点，通过利用废烟气的间接传热进行燃烧而使恶臭气体得到净化。治理工艺简述如下：烧结炉烧结段热烟气以10m/s的流速通过500mm管道，在锅炉引风机加压后，进入烧结炉预热段的间接换热器，间接换热器将烧结炉烧结段热烟气的热量传递给陶瓷基片胚体，陶瓷基片胚体受热后，蒸发出胚体中的聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物。这些有机物发热值较大，送入烧结炉烧结段进行燃烧，燃烧后的热烟气又经锅炉引风机加压后，进入烧结炉预热段的间接换热器，如此周而复始。间接换热器换热后的低温烟气汇集后经烟囱排放。因为聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物在高温下被氧化，氧化反应剧烈且完全彻底，氧化产物是对人体无害的二氧化碳和水，从而解决了恶臭污染问题。4.3工程特征本项目不是普通意义上的环境污染治理工程（工业炉窑废气处理），而是具有工艺技术改造（节能）性质并结合环境污染治理的综合工程。它具有如下特征：4.3.1陶瓷生产工艺技术性强现行的陶瓷基片烧结炉的陶瓷胚基片预热段的加热方式是采用热烟气直接加热的。由于环境污染治理工程的要求，要改造成间接加热方式，这需要解决二大技术难题：1、陶瓷胚基片预热段的内部空间能否容纳热烟气加热的间接热交换器，经现场测定，炉的内壁只有15公分左右，故换热器的厚度不能超过此厚度，本设计取换热器公称直径为100 mm。2、 实现间接加热后，热陶瓷胚基片预热段的温度分布能否适应陶瓷烧结工艺的要求，所以要求在换热器加上调节气体流量的阀门。4.3.2环境污染治理水平要求高本项目的治理目标污染物是含有聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等物质的有机气体，这些物质蒸气压大、容易挥发，易溶于水和脂肪，嗅阈值极低，即使浓度是在10-9数量级，也会由呼吸器官明显感觉出来。因此，脱臭效率必须大于99。4.3.3工程效益大但风险也大本项目利用了陶瓷基片胚体中的聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物的热值，降低了陶瓷烧结炉的燃料消耗，具有较大的经济效益。由于采用直接燃烧法处理含有聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等物质的有机气体，氧化反应剧烈、完全彻底，脱臭效率在99以上，环境效益非常明显。工程存在如下二大风险：1、实现间接加热后，陶瓷胚基片预热段的温度分布有可能不适应陶瓷烧结工艺的要求而影响产品质量。2、实现间接加热后，进入陶瓷胚基片烧结段的气体中，聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等物质的浓度有可能达到“爆炸下限”浓度，从而发生生产事故。4.4技术关键本方案的技术关键是如何进行间接换热器对烧结炉预热段的温度调节，只有保证到下一的温度要求，才能保证陶瓷基片的产品质量。必须：1、距离烧结炉炉头1730mm的1温度测孔处的温度为130；2、距离烧结炉炉头1690mm的2温度测孔处的温度为160；3、距离烧结炉炉头2960mm的3温度测孔处的温度为220；4、距离烧结炉炉头3200mm的4温度测孔处的温度为290；5、距离烧结炉炉头2980mm的5温度测孔处的温度为400；6、距离烧结炉炉头3100mm的6温度测孔处的温度为650。4.5本方案的主要优点本方案是将恶臭污染消灭在产品的生产过程之中，是目前国家大力提倡的“清洁生产”的方法。它不仅从根本上解决了恶臭的污染问题，而且还利用了陶瓷基片胚体中的聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物的热值，降低了陶瓷烧结炉的燃料消耗。5工艺设计计算因为该陶瓷基片属于陶瓷高温产品，窑炉中的最高的燃烧温度需达到1580以上，才能保证产品的质量，而窑炉中采用的瓦斯作为燃料，经过厂方鉴定，其主要成分为丁烷（）而排出的燃烧气体也很高温，初始温度假定在1100进行计算。5.1空气量、烟气量及散热量的计算产热量计算：M=90燃烧化学式： 先以每完全燃烧时候所需要的理论需氧量： 假定干空气中的氮气和氧气的摩尔比是3.78，则1完全燃烧时候所需要的理论空气量为即理论空气量条件下的烟气组成：理论烟气量： 即1完全燃烧时候所需要的理论空气量质量流量：实际中瓦斯的燃烧速率为90，则其消耗率为因为燃烧时候陶瓷基片胚体中的聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物会与氧气反应挥发出来，故需要比较大的空气过剩系数，取空气过剩系数时，实际烟气量为实际中瓦斯的燃烧速率为90，则理论空气量理论烟气量而实际空气量质量流量：当理论烟气量在1100，时理论烟气量的实际体积为燃烧过程中的低位发热量计算每mol丁烷燃烧放出的热量为，而摩尔液态水汽化时需要吸收的热量所以燃烧过程中产生的总热量为：5.2换热器的设计计算假设空气中的温度为常温20本设计中直接燃烧需要较高的起燃温度，而直接燃烧后的净化气体温度也较高，可达到1100。通过热交换装置， 提高进入燃烧系统的废气的温度，同时降低排气温度，从而降低成本。本设计采用的壳管式换热器，它结构简单、坚固、制造容易、处理能力大、适应性强、操作弹性较大，尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。固定壳管式换热器主要由壳体、管束、管板、封头和折流挡板等部件组成。管束两端用胀接法或焊接法固定在管板上。废气温度高于1100的管段应选用耐热合金钢或不锈钢，400以下的管段，可以选用低合金钢或锅炉用钢。鉴于本设计多处工段温度都高于400，考虑不锈钢的耐用性，故本设计全部采用不锈钢。5.2.1计算散热量燃烧后未净化气量为QB =6968m3/h理论空气量实际空气量当理论烟气量在650，时理论烟气量的实际体积为查化工原理P365得650时干空气的热物理参数：比热容cp=1.125kJ/(kg ) 密度=0.383kg/m3空气流体的质量流量为查化工原理P365表8得20时的比热容为1.005,650时为那么=而实际烟气质量流量=散热量5.2.2计算换热面积因为从干空气间接加热的热量小于燃烧热烟气放出的热量，假设排放的烟气中70%用于间接换热：假设换热器保温良好，无热损失，单位时间内热流体放出的热量等于冷流体流出时增加的热量，则热量衡算式为1、用400的热气通过间接加热到650，用1100的热气体进行换热，根据热量衡算，求放出等热量时候的气体温度，此时，查化工原理P365表8得400时的比热容为1.068,650时为那么=因为热流体降到的温度未知道，我们可以先假设降到的温度为700查化工原理P365表8得700时的比热容为1.135,1100时为那么=那么根据热量衡算公式解出 =771.3与先前假使的=700比较接近。表5. 1 换热器1冷热流体温度计算热流体进口 (C)1100热流体出口(C)771冷流体进口 (C)400冷流体出口 (C)650通过和的值查化工原理P139的图4-22a得温差校正系数 2、用290的热气通过间接加热到400，用第一次换热后的热气体（771）进行换热，根据热量衡算，求放出等热量时候的气体温度，此时，查化工原理P365表8得290时为，400时的比热容为1.068,那么=因为热流体降到的温度未知道，我们可以先假设降到的温度为500查化工原理P365表8得500时的比热容为1.093,771时为那么=那么根据热量衡算公式解出 =626与先前假使的=500比较接近。表5.2 换热器2冷热流体温度计算热流体进口 (C)771热流体出口(C)626冷流体进口 (C)290冷流体出口 (C)400通过和的值查化工原理P139的图4-22a得温差校正系数 3、用220的热气通过间接加热到290，用第二次换热后的热气体（626）进行换热，根据热量衡算，求放出等热量时候的气体温度，此时，查化工原理P365表8得220时的比热容为1.031，290时为，那么=因为热流体降到的温度未知道，我们可以先假设降到的温度为500查化工原理P365表8得500时的比热容为1.093,626时为那么=那么根据热量衡算公式解出 =534与先前假使的=500比较接近。表5.3 换热器3冷热流体温度计算热流体进口 (C)626热流体出口(C)534冷流体进口 (C)220冷流体出口 (C)290通过和的值查化工原理P139的图4-22a得温差校正系数 4、用160的热气通过间接加热到220，用第三次换热后的热气体（534）进行换热，根据热量衡算，求放出等热量时候的气体温度，此时，查化工原理P365表8得160时为，220时的比热容为1.031，那么=因为热流体降到的温度未知道，我们可以先假设降到的温度为400查化工原理P365表8得400时的比热容为1.068,534时为那么=那么根据热量衡算公式解出 =455与先前假使的=400比较接近。表5.4 换热器4冷热流体温度计算热流体进口 (C)534热流体出口(C)455冷流体进口 (C)160冷流体出口 (C)220通过和的值查化工原理P139的图4-22a得温差校正系数 5、用130的热气通过间接加热到160，用第四次换热后的热气体（455）进行换热，根据热量衡算，求放出等热量时候的气体温度，此时，查化工原理P365表8得130时的比热容为1.011，160时为，那么=因为热流体降到的温度未知道，我们可以先假设降到的温度为350查化工原理P365表8得350时的比热容为1.059,455时为那么=那么根据热量衡算公式解出 =415与先前假使的=350比较接近。表5.5 换热器5冷热流体温度计算热流体进口 (C)455热流体出口(C)415冷流体进口 (C)130冷流体出口 (C)160通过和的值查化工原理P139的图4-22a得温差校正系数 6、用20的热气通过间接加热到130，用第五次换热后的热气体（415）进行换热，根据热量衡算，求放出等热量时候的气体温度，此时，查化工原理P365表8得130时的比热容为1.011，20时为，那么=因为热流体降到的温度未知道，我们可以先假设降到的温度为300查化工原理P365表8得300时的比热容为1.047,415时为那么=那么根据热量衡算公式解出 =268与先前假使的=300比较接近。表5.6换热器6冷热流体温度计算热流体进口 (C)415热流体出口(C)268冷流体进口 (C)20冷流体出口 (C)130通过和的值查化工原理P139的图4-22a得温差校正系数 5.2.3管径与管数目前我国试行的系列标准中，管径有，和等规格。管长的选用应考虑管材的合理使用及便于清洗。系列标准中推荐换热管的长度（m）为1.5，2，3，4.5，6，9。管板上管子的排列方法常用的有等边三角形，正方形直列和正方形错列等。本设计采用正方形直列排管。查换热器设计手册p17表1-2-7选择单壳程，单管程换热器采用的换热管子换热管内气体平均流速一般为530m/s，取21m/s，所以管程流通面积表5.7换热器管径和管数详细情况一览表公称直径DN mm公称压力PN MPa管子根数n中心排管数 n管程流通面积 m2换热管长度L mm换热面积A m25001.60174140.0603300039.6总换热面积：5.2.4.折流挡板换热器内安装折流挡板是为了提高壳程流体的对流传热系数。为了获得良好效果，折流挡板的尺寸和间距必须适当。对于常用的圆缺型挡板，弓形切口或太小，都会产生流动“死区”，不利于传热，而且增加流体阻力。一般切口高度与直径之比为0.150.45，常见的是0.20和0.25两种。本设计采用0.20。即切口高度挡板的间距一般为壳体内径0.21.0倍，通常的挡板间距为50mm的倍数，但不少于100mm。本设计选用挡板间距为500 mm，共5块挡板。5.2.5验算而列管式换热器中当为气体与气体交换热时传热系数 ，因此以上选择的参数符合要求。6主要工程设施6.1主体工程设施本项目的主体工程设施是安装在氧化铝陶瓷烧结炉陶瓷胚基片预热段内的间接换热器。从结构上来看，间接换热器可以采用“板腔式”，也可以采用“壳管式”。从制作材料来看，可以采用不锈钢材料，也可以采用普通炭钢材料。前者结构简单、传热面积计算直观，容易绘图，后者结构比较复杂，传热效率高。结合三环集团的实际情况，本方案采用壳管式换热器，并对其进行绘图和进行工程投资概算。间接换热器采用0.7mm厚度的不锈钢板制作，按照分布在炉体两侧现有的五条（每一侧）加热烟气支管，分别配置五个间接换热器。五个间接换热器的下部均配备三个热风进口控制阀门（每一侧）、上部均配备四个热风出口控制阀门，以调节预热段各处温度。炉头另配备一个间接换热器。热烟气由通过控制阀门进入间接换热器，与炉内的空气、蒸发出来的聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机气体进行热交换，换热后的烟气按附图所示的路径（预热一次后再进行一次热交换过程）经汇集管排放。图5.1 间接换热器纵断面结构示意图6.2附属设备设施本工程的附属设备设施主要有：间接换热器上部集气烟道、烟气再循环加压风机，烟气流量控制阀门及排气筒等。6.2.1间接换热器上部集气烟道间接换热器上部集气烟道长7000mm，宽600mm，高350mm。共2条。不锈钢用量14