30000m3-h造粒车间废气处理工艺设计

第2章工程概况及工艺选择2.1废气特点及排放标准废气处理方案的设计，主要包括废气处理基本工艺路线的确定、废气处理工艺流程的确定和主要设备选型。废气经处理过后通过排气筒排放，需要达到当地环保部门的排放要求。废气处理后污染物浓度要求如下，废气量及技术参数见表2.1。表2.1废气量及技术参数参数设计处理风量(m3氨浓度/(mg/颗粒物/(mg/温度/℃处理前300007031020处理后300001020202.2废气处理工艺方案选择2.2.1颗粒物去除装置的选择（1）袋式除尘器：袋式除尘器是含尘气体进入滤室后，重力作用下比重大的粉尘直接沉到灰斗中，细小粉尘会被滤料拦截下来，这样就达到了除尘目的。戎毅仁[4]等研究发现袋式除尘器附属设备少，投资省，技术要求较低；能捕集比电阻较高，除尘效率能够高达99.9%以上。张志军[5]等研究发现袋式除尘技术比较适合用于细小的颗粒，而且能够不受粉尘浓度、比电阻、颗粒分散度等因素的影响。（2）旋风除尘器：旋风除尘器主要是利用离心力将气、尘分离。含尘气体在经过引风机沿切线方向进入旋风除尘器的内部，在较大离心力的作用下，密度较大和颗粒较大的粉尘被驱赶至设备内壁，且在重力作用下落入下方旋风除尘器的灰斗中[6]。秦建锋[7]等人将旋风除尘器运用在棉花加工，采用正压进气的方式，携带杂质和粉尘的输送空气进入旋风除尘器的顶部，然后螺旋向下，离心力将杂质和粉尘移动到壁面，向下滑动至旋风除尘器底部，从排灰口排出。HidetoYoshida[8]等人研究发现，旋风除尘器在工作时，颗粒的收集效率会随着旋流器上圆柱段二次流率的增加而增加。（3）电除尘器：电除尘器的工作原理是将雾滴及烟尘在经过高压直流电场时将其影响变成带电粒子，带电粒子在往电极运动时，中和后会聚集在电极上，可以经过振动或者水膜冲洗除去。潘超群[9]等人针对长江三角洲地区某600MW燃煤机组超低排放改造项目，对湿式电除尘出口的关键常规污染物和非常规污染物进行了现场测试，分析了不同机组在负荷下，湿式电除尘器对于各种各样的大气污染物的协同脱除效果。2.2.2含氨废气处理工艺的选择现在的实际生产生活中对于含氨废气的处理，吸附法、吸收法、燃烧法和生物降解法等使用较为广泛。吸附法的工艺原理是通过活性炭等吸附剂利用吸附作用吸收废气中氨，这种方法的缺点是需要将使用过的吸收剂进行二次处理，容易造成更多污染；燃烧法的工艺原理时直接通过燃烧将含氨废气转化为无害的氮氧化物和水，但是这种方法的缺点是需要燃烧，有较高的成本；工业废气的主要特征是气量大，毒害性大和具有复合性，生物降解处理技术如今的研究水平，在生物菌种的耐毒性和降解效率上，尚不能完全满足降解要求[10]。而吸收法是将含氨废气通过吸收剂进行吸收，而且也能够将处理后的氨进行回收利用，能够产生一定的经济效益。现在实际的工艺生产生活中使用较多的吸收液为硫酸和水[11]。（1）吸收法：在吸收法中，实际生活生产中使用的是常规溶剂吸收法以及离子液体吸收法。离子液体[12]室温条件下往往为液体阴阳离子化合物，它具有很多的优点，离子液体的蒸汽压很低、不易燃烧、热稳定性很好，并且结构能够调整。Yokozeki，Li[13,14]等人实验测定了七种常规咪唑类离子液体中NH3的溶解度。他的实验结果显示，NH（2）生物净化技术：杨自伟[15]等人将堆肥作为填料，利用生物过滤法处理含氨废气，对堆肥中的硝化菌进行富集培养。然后，将培养含有硝化菌的堆肥渗滤液加入到生物膨胀床中，研究不同填料组成、气体停留时间、氨浓度等因素对氨去除效率的影响。杨松波[16]使用的生物过滤法填料为堆肥以及玉米芯，将富集培养的除臭菌接种到填料表面随后进行挂膜处理，然后对比两种不同的填料对氨气的净化能力。2.3工艺流程化肥造粒车间废气经集气罩收集后到达袋式除尘器，含尘气体从除尘器下部进入滤袋，含尘气体通过滤料孔隙时被阻留在滤料上，聚集在滤袋上的粉尘，可用脉冲喷吹方式使其脱落，收集回用，之后含尘气体到达喷淋填料塔，以水作为吸收液，氨气极易溶于水，被水吸收，烟气通过烟囱排放到大气中。从喷淋填料塔中流出的废水由于溶有大量的氨气，导致pH升高，进入中和池，使废水的pH达到排放标准后排放。工艺流程图见图2.1。图2.1工艺流程图

第3章造粒车间废气处理主要构筑物参数设计计算3.1袋式除尘器3.1.1袋式除尘器清灰方式的确定各类袋式除尘器清灰方式的优缺点比较见表3.1。表3.1各类袋式除尘器清灰方式的优缺点比较类别优点缺点说明自然落灰

人工拍打设备结构简单，容易操作，便于管理过滤速度低，滤袋面积大，占地大滤袋直径一般为300-600mm，

通常采用正压操作，捕集对人体无害的粉尘，多用于中小型工厂机

械

振

动机械凸轮

（爪轮）振动清灰效果较好，与反气流清灰联合使用效果更好不适于玻璃布等不抗折的滤袋滤袋直径一般大于150mm，分室轮流振打压缩空气

振动清灰效果好，维修量比机械振动小不适于玻璃布等不抗折的滤袋，工作受气流限制滤袋直径一般为220mm，适用于大型除尘器电磁振动振幅小，可用玻璃布清灰效果差，噪声较大适用于易脱落的粉尘和滤布反

向

气

流

清

灰下进风

大滤袋烟气先在斗内沉降一部分烟尘，可减少滤布的负荷清灰时烟尘下落与气流逆向，又被带入滤袋，增加滤袋负荷大型的低能反吸（吹)清灰为二状态清灰和三状态清灰，上部可设拉紧装置，调节滤袋长度，袋长8-12m上进风

大滤袋清灰时烟尘下落与气流同向，避免增加阻力上部进气箱积尘必须清灰低能反吸，双层花板，滤袋长度不能调，滤袋伸长要小反吸风带

烟尘输送烟尘可以集中到一点，减少烟尘输送烟尘稀相运输动力消耗较大，占地面积大长度不大，多用笼骨架或弹簧骨架高能反吸回转反吹用扁袋过滤，结构紧凑机构复杂，容易出现故障，需用专门反吹风机用于中型袋式除尘器，不适用于特大型或小型设备，忌袋口漏风综合表中除尘器清灰方式的优缺点，选择脉冲喷吹，低压喷吹的清灰方式最合适。3.1.2袋式除尘器的滤料选择（1）对滤料的要求性能良好的滤料应容尘量大，吸湿性小，效率高，阻力低，使用寿命长，同时具备耐温，耐磨，耐腐蚀，机械强度高等优点。滤料种类按滤料材质分为：天然纤维，无机纤维和合成材料等；按滤料结构分，有滤布和毛毡两类。其中，棉毛织物属天然纤维，价格较低，适用于净化没有腐蚀性，温度在350-360K以下的含尘气体。无机纤维主要是玻璃纤维滤料，过滤性能好，阻力低，化学稳定性高，价格便宜等优点。玻璃纤维较脆，经不起揉折和摩擦，使用上有一定的局限性。由于本设计废气中含有氨气，具有一定腐蚀性，故选择聚四氟乙烯作为滤料。3.1.3袋式除尘器的尺寸计算进口处烟气流量为：Q=30000m选择清灰方式为逆向脉冲清灰，过滤速度选为：vf可得烟气通过总滤袋面积为：A滤袋的直径为：D=160mm。滤袋的高度为：L=6000mm。滤袋数量： n=AπLD选用180条滤袋，重新计算气布比： Vf=选用90条滤袋为一组，共2个滤室，每组滤袋横向上分布9条滤袋，宽向上分布10条，相邻滤袋间隔50mm，滤袋距除尘器侧壁距离为600mm。花板尺寸：宽度L=9×160+8×50+600×2=3040mm取L=3.2m长度D=(10×160+9×50)×2+600×2=5300mm取D=5.3m。3.1.4主要部件的计算（1）进气管道的计算：进气管的设计取决于进气方式。下进风袋式除尘器结构简单，成本低，应用广。本设计的进气管采用下进气方式。下进风袋式除尘器的工作原理是：含尘气体从除尘器下部进入，气流由下向上移动，比重大的颗粒落入灰斗，使清灰间隔时间变长。可查有关手册确定，取v=16m/s， d=4Q取0.8m。 V=4Qπ灰斗计算：选用锥形灰斗。灰斗的底部设计为1m圆孔直径，与地面呈60°夹角。灰斗高度为： h=3.2−123.1.5脉冲喷吹装置的计算（1）脉冲喷吹清灰装置：脉冲喷吹清灰装置是用脉冲阀瞬间喷出的压缩空气，诱导数倍的二次气流高速射入滤袋，在反向加速度等因素作用下清除滤袋上的粉尘。（2）喷吹阀的选型：电磁脉冲阀型号表见表3.2。表3.2电磁脉冲阀型号表型号公称通径喷吹管连接尺寸mm工作压力MPa喷吹量L/（阀·次）DCF-Y-76SDN76890.34143.1.6气包的计算气包在袋式除尘器清灰系统中起到定压的作用。气包就是压缩气储罐，因此它的容积越大越好。对于使用脉冲喷吹清灰系统的工艺流程来说，压缩空气储罐所能提供的气源气压越稳定，清灰效果就会越好。从实际生产生活的角度出发，气源气包容积的大小一般会受到场地、资金等限制。因此，需要设计一个合理的气包。脉冲阀喷吹耗气量摩尔数∆n为： ∆n=应配置气源气包最小容积为： Vmin=式中各符号分别代表为：Vmin−气包最小容量∆n−R−气体常数，取8.314J/(mol·k)；∆Pmin−气包内最小工作压力,PT−气体温度，℃K−容积系数，取30% Vmin=根据计算结果，需要设计一个有效容积大于570L的气包。喷吹管喷吹口孔径为： ∅P=式中各符号分别代表为：∅P−喷吹口平均孔径,mmC−系数，50%-60%,取55%；n−喷吹孔数量；d-喷吹管喷吹孔孔径； ∅P=即喷吹管的喷吹口孔径为22mm。喷吹导流管长度为： l=CK式中各符号分别代表为：l-导流管长度,mm；CK-系数，取0.2∅P-喷吹口直径，mmK-射流紊流系数,柱形射流K=0.08。 l=0.2×220.08喷吹管到袋口的距离为： h2=脉冲喷吹清灰原理见图3.1。图3.1脉冲喷吹清灰原理示意图图中各符号分别代表为：l−导流管长度；d−导流管直径；α−射流扩散角；h1h2−喷吹管到花板距离D−喷吹管直径；∅−滤袋直径。3.1.7压缩空气储罐的计算除尘器脉冲阀耗气量计算： Q=ANq1000T式中各符号分别代表：耗气量，m3安全系数，可取1.2-1.5；为脉冲阀数量；每个脉冲阀的一次喷吹量，L/(阀·次）；T-清灰周期，min。耗气量Q=1.5×20×414储气罐有效容积V为： V=0.2Q=0.2×2.484=0.4968m3取V=0.5m3，查表可得：容器高度H=2140mm，容器内径D=600mm。表3.3储气罐基本参数规格容积/m设计压力/MPa设计温度/℃容器高度H1/容器内径D/mm安全阀接头排污接头进气口出气口H2D/mmH3D/mm0.5/0.880.50.881502140600RP3R1700381656380.5/1.11.1214070016563.2填料塔3.2.1设计参数（1）设计处理风量：30000m³/h=8.33（2）氨浓度：由70mg/m³降至10mg/m³（3）温度及压力：常压，氨气温度62℃，水的温度为20℃。3.2.2吸收剂的选择吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解实现的，选择吸收剂时要主要考虑溶解度，选择性，挥发度，粘度等参数。工业常用吸收剂见表3.4。表3.4工业常用吸收剂溶质吸收剂氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氢水二氧化碳水、碱液、碳酸丙烯酯3.2.3填料塔物料衡算及液气比氨的去除率： η=C20℃时，水的密度：ρ=998.2kg/m水的粘度：μL水的表面张力：δL氨在水中的扩散系数：DL PV=nRT （3-18） n=70×10 V=nRTP混合气体中含氨11%。混合气体平均摩尔质量： Mv,m=混合气体平均密度： ρv,m=空气粘度：μG氨在空气中的扩散系数：DH氨在水中的溶解度系数：H=0.725kmol/m C0= E=C0 m=EP已知y1=0.11 Y1=y1 Y2=代入数据：Y2最小液气比： LVmin=代入数据：V操作液气比： LV=1.8×L V(Y1解得：X3.2.4填料塔塔径计算外径为50mm的聚丙烯阶梯环参数如下：比表面积：at空隙率：ε=0.927，g=9.81m/s2，ρL=998.2kg/m气相质量流量： WV=Q液相质量流量： WL=L代入数据：WL由贝恩—霍根公式： lgUf代入数据：lg解得：Uf U=0.78Uf塔径： D=4VS取塔径为1.8m。泛点率校核： u=4V代入数据：uu在0.5-0.8之间，符合要求。填料规格校核： Dd=符合要求。液体喷淋密度校核：LW Vmin= V=Lb符合要求。3.2.5填料高度的计算（1）传质单元数的计算 S=mvL Y2∗ Y1∗气相总传质单元数： NOG=代入数据：N传质单元高度： awa已知：δc=33×10U代入数据：aa（2）气膜吸收系数 kG=0.237解得：Uv已知：at=114.2m2/k（3）液膜吸收系数 kL=0.0095k（4）数据校正 kGa= kLa=因为u>0.5ufkk KGa=（5）传质单元高度 HOG=填料层高度： h=H保险系数1.2-1.5，取1.3，Z=1.3×2.20=2.86m，取2.9m由于 ZD=且hmax=63.2.6填料层压降计算由埃克特压降通用关联图知横坐标： WLW纵坐标： u2φ∅已知：WL=24684.12kg/h=7.269kg/s，WV=35430kg/h=9.84kg/横坐标=7.296纵坐标=3.35查图知∆P ∆P=2.9×100×9.81=2844.9Pa3.2.7辅助设备计算及选型（1）填料支承装置：填料支承结构是为了支承塔内填料以及气体和液体的重量的装置。选择填料支承装置时要保证它有足够的轻度，并且保障有足够大的截面使得气、液顺利通过，防止产生液泛。选用栅板式支承板，其尺寸如下。栅板尺寸见表3.5。表3.5栅板尺寸表公称直径Dg（mm填料环直径（mm）栅板直径D（mm）栅板厚度（mm）180050176860（2）液体分布装置选用目前应用较为广泛的二级槽式液体分布器（梯形），分布点密度为42点/m2 n=42×πD取110。开孔直径： Ls=代入数据：Ls=2 0.0073=π4解得：d0=0.0081m（3）塔顶除雾器：塔顶除雾器的主要作用是尽可能的去除气体中夹带的液体雾沫。由于折流板式除雾器结构简单有效，阻力小，不易堵塞，因此选用折流板式除雾器。仪表接口：压力计接口使用法兰接管DN20；分析取样口使用法兰接管DN20；二者均附法兰盖；温度计接口使用法兰接管DN40，附法兰盖。3.2.8吸收塔高度的计算（1）塔底液位高度按喷淋液停留取5分钟计算：0.0073×300=2.19塔截面积：0.785×1.8塔底液位高度：2.192.54（2）进出管尺寸计算气：取流速为16m/s， d气=取800mm管径，检验： u=4Vs在10-20m/s之间，符合要求。液：取流速为1m/s， d液=得：Vs=24684.12 u=4Vs在0.8-1.5之间，符合要求。（3）填料塔总高度计算：吸收塔高度为H=h1-塔底液位高度，h2-气体管道管径，h3-填料支撑板厚度，h4-填料层高度，h5-吸收塔顶部高度，根据经验取1.5mh6-气体入口到液位之间的高度，取0.8mh7-填料层底部距气体入口管道之间的高度，根据经验取一个填料塔直径的距离1.8m吸收塔高度：H=h3.2.9清水池的计算喷淋液的流量为26.28m3/h,设计停留时间为0.5清水池的体积为：V设池子有效高度为2m，超高0.4m，池子的面积为5.50m3供水泵的选择：按最大水量的1.5倍计算1.5×26.28选择150WL70-22-11其参数如下，供水泵的参数见表3.6。表3.6供水泵参数表型号流量扬程转速功率kW效率汽蚀余量重量排出口径/吸入口径-㎥/h1/smr/min轴功率配用功率-mkg-150WL70-22-117019.42214607.311711.3960150/2003.2.10中和池的计算氨的吸收效率为85.7%，取停留时间为1h，处理之前氨的质量为2.1kg/h，处理氨的质量为1.8kg故氨在水中的浓度为： cNH3氨水在20℃的情况下，水解常数K cOH−代入数据：c所以：c pH=−log10因为废液的pH不符合排放标准，需要对其进行处理后才可以排放。本设计采用10%工业盐酸进行中和，若使排放的废水的pH=7，则需要消耗稀盐酸为： nHCl故所需要的稀盐酸质量mHC本设计选用10%工业盐酸，故在废液处理池m=3.2.11排气筒直径的计算流量：qv=30000m3d取排气筒直径为800mm。根据实际生产需要及环评要求，排气筒的高度不得小于15m，本次设计选择排气筒的高度为25m。压力损失计算4.1管道系统压力损失计算除尘系统见图4.1。图4.1除尘系统图如上图，将管道系统分为四个管段，计算如下：管段1：qv=30000m计算管径： d=18.8q取管段1的管径为800mm，则管段内的实际流速为：u'动压为： ρv2则摩擦阻力损失为： ∆pl1各管件局部压力损失系数为：集气罩ξ=0.12，90°弯头（R/d=1.5），3个，ξ=0.24， ξ=0.12×1+0.24×3=0.84 (4-4）局部阻力损失为： ∆pm ∆p1（2）管段2：qv=30000m3/h，则摩擦阻力损失为： ∆pl2各管件局部压力损失系数为：90°弯头（R/d=1.5），2个，ξ=0.24， ξ=0.24×2=0.48 （4-8）局部阻力损失为： ∆pm ∆p2（3）管段3：qv=30000m3/h，则摩擦阻力损失为： ∆pl3各管件局部压力损失系数为：90°弯头（R/d=1.5），2个，ξ=0.24， ξ=0.24×2=0.48 （4-12）局部阻力损失为： ∆pm ∆p3（4）管段4：qv=30000m3/h，则摩擦阻力损失为： ∆pl4管段4的局部阻力损失是引风机进出口的阻力损失与排风口伞形风帽的压力损失之和，引风机出口ξ=0.1，伞形风帽（h/D0=0.5）ξ=1.3。 ξ=0.1+1.3=1.4 （4-16）则局部阻力损失为： ∆pm ∆p4压力损失汇总见表4.1。表4.1压力损失汇总表管段编号流量qv(m管长l(m)管径d(mm)流速v(m/s)λ动压ρv22摩擦阻力损失∆pl(P局部压力损失系数ξ局部压力损失∆pm(P管段总压力损失∆p(Pa)管段压力损失累计∆p(Pa)1300002080016.60.017216556.760.84138.6196.36741.8521028.380.4879.2107.5832056.760.4879.2135.9642570.951.4231301.95（5）袋式除尘器压力损失除尘器压力按981Pa计算∆（6）喷淋填料塔压力损失填料塔压力损失为填料层压力损失与除雾器阻力之和：∆p（7）系统总压力损失除尘系统总压力损失： ∆p=∆代入数据：∆4.2通风机和电动机的选择通风机计算风量：qv0通风机计算风压：∆p根据上述风量和风压，选择通风机9-26，其参数如下：通风机参数见表4.2。表4.2通风机参数表机号转速r/min全压P流量m功率kW电机型号电机功率kW12.51450971333540127.8Y315L1-4160复核电动机功率：Ne配套电动机满足要求。

结论30000m3本文的结论为：通过袋式除尘器去除废气中大部分的颗粒物，清灰方式选择脉冲喷吹清灰，其中袋式除尘器的布置采用两个滤室，其滤袋的尺寸为直径160毫米，高度6000毫米。通过喷淋填料塔去除废气中大部分的氨，填料塔的布置采用逆流操作，用水作为吸收剂，填料塔直径为1.8米，填料层高度为2.9米。通过本设计，预计可以将废气中的氨浓度由70mg/m3降至10mg/m3，颗粒物浓度由

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