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工业除尘器的节能设计及经济分析.rar

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    编号:20181016173634259    类型:共享资源    大小:2.47MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    工业 除尘器 节能 设计 经济 分析
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    111第一章 绪论1.1 环境保护与可持续发展1.1.1 环境与环境问题人类出现以后,在为了生存与自然的斗争中,运用自己的智慧和劳动,不断地改造自然,创造和改善自己的生活条件。同时,又将经过改造和使用的自然物和各种废物还给自然界,使它们又进入自然界参与物质循环和能量流动过程。其中,有些成份会引起环境质量的下降,影响人类和其他生物的生存和发展,从而产生了环境问题。环境问题可以说自古就有。产业革命后,社会生产力的迅速发展,机器的广泛应用,为人类创造了大量财富。而工业排放的废弃物直接进入环境。环境本身是有一定自净能力的,但是当废弃物产量越来越大。超过环境的自净能力时,就会影响环境质量,造成环境污染,尤其是第二次世界大战后,社会生产力的突飞猛进,工业动力的使用猛增,产品种类和产品当量急剧增大,农业开垦的强度和农药使用量也迅速扩大,致便许多国家普遍发生了严重的环境污染和生态破坏问题,同时,随着全球人口的急剧增长和经济的快速发展,资源需求也日益俱增,人类正受到某些资源短缺和耗竭的严重挑战。资源的环境威胁着人类的生存和持续发展。环境问题主要不是自然灾害问题,而是人为因素所引起的环境问题。这种人为环境问题可分为两类:一是不合理开发利用自然资源,超出环境承载力,形成生态环境质量恶化或自然资源枯竭等现象;二是人口激增、城市化和工农业高速发展引起的环境污染和破坏。这些都是人类经济社会发展与环境的关系不协调所引起的问题。还有一些潜在的环境问题,它是指目前尚没有从总体上认识,但在一定的时期后会对人类产生巨大影响的环境问题。这类环境问题可能是从未听说过的,或在表面上曾经被科学家讨论并给予警告的。当今,全球都存在着一个共同的环境问题:如全球气候变化、臭氧层破坏、生物多样性锐减、森林减少、水土流失、沙漠化、酸雨等。由于这些问题已对人类的生存和发展产生了不良影响,已引起世界各国和联合国的高度重视。随着全球经济XXX:工业除尘器的节能设计与经济分析2一体化,环境的联系越来越紧密。研究全球环境问题的产生、发展,采取有效的对策解决或缓解全球环境问题,已成为各国政治家、科学家的共同愿望。我国是一个发展中国家,改革开放以来,经济的突飞猛进,国民经济的高速发展,人民生活水平不断的提高,然而,环境问题也日益显露,如沙尘暴常常袭击我们的北部地区,酸雨近些年来常常上演,城市空气质量在不断的变坏,连续的高温天气频频发生……。由环境带来的问题已成为当今社会发展的主要问题。我们不能走西方资本主义国家的老路,先只顾经济的发展,让其发生后再去治理。这是很危险的。 1.1.2 可持续发展既符合当代人的需求,又不致损害后代人满足其需求能力的发展。1.可持续发展战略的基本理论和必要性1) 可持续发展鼓励经济增长。它强调经济增长的必要性,必须通过经济增长提高当代人福利水平,增强国家实力和社会财富。 2) 可持续发展的标志是资源的永续利用和良好的生态环境,经济和社会发展不能超越资源和环境的承载能力。3) 可持续发展的目标是谋求社会的全面进步。发展不仅仅是个经济问题,单纯追求产值的经济增长不能体现发展的内涵已成为国际社会的共识。 2.《中国 21 世纪议程》的基本思想制定和实施《中国 21 世纪议程》 ,走可持续发展之路,是我国在 21 世纪发展的需要和必然选择。中国是在人口基数大、人均资源少、经济和科技水平都比较落后的条件下实现经济快速发展的,这使本来就已经短缺的资源和脆弱的环境面临更大的压力。在这种形势下,我国政府认识到,只有遵循可持续发展的战略思想,从国家整体的高度协调和组织各部门、各地方、各社会阶层和全体人民的行动,才能顺利完成预期的经济发展目标,才能保护好自然资源和改善生态环境,实现国家长期、稳定的发展。3.缔造人与自然的和谐发展人与自然的关系是随人类生产能力的发展而变化的,二者的关系表现为一个历史性的发展过程。实现人与自然的和谐发展,在当代已不再是一个理想的口号,它113是我们基于全球性生态危机而提出来的关系到整个人类生存和发展的现实问题。自从布伦特兰女士提出“可持续发展”观念以来,强调全球性可持续发展的理念已为世界各国所普遍接受,建立起一个新的人与自然和谐发展的“地球生态圈”成为新世纪人们的共同愿望。但这一阶段仍处于设想时期,有许多问题需要我们努力解决,其中最关键的环节包括有:可持续发展中的人与自然的和谐与斗争。 1.2 对大气的结构及组成的认识1.2.1 大气圈及其及结构大气是自然环境的重要组成部分,是人类赖以生存的必不可少的物质。在自然地理学上,把由于地心引力而随地球转动的大气层称为大气圈。其厚度大约为10000km,离地心越远,空气越稀薄,到地球表面 1400km 以上的区域已经非常稀薄,因此,从污染气象学研究的角度来讲,大气圈是指从地球表面到(1000——1400)km 的范围。大气圈的总质量大约为 6×1015约为地球的百万分之一 [1]。大气的密度、温度和组成随高度的不同而不同,呈现层状结构。例如,根据气温在垂直方向上的变化情况,将大气圈分为对流层、平流层、中间层、暧层和散逸层五层。1.对流层对流层是大气圈中最接近地面的一层,其厚度在赤道附近和极地各有不同,大约在(6-18)km。这一层的空气质量约占大气层总质量的 3/4 并且还含有一定质量的水蒸气,对人和动植物的生存起着重要的作用。云、雾、雨、雪和雷电等天气都在这一层发生。污染物迁移和转化也主要是在这上层进行,特别是在离地面(1-2)km 的近地层。因此,对流层是对人类的生产、生活影响最大的一层。2.平流层平流层位于对流层的上面,层顶距地面约(50-55)km。这一层中存在厚度约为20km 的臭氧层,依靠臭氧层强烈吸收太阳紫外线使气温迅速增高。在平流屋中,大多是处于平流流动,因此,不利于进入增流层的污染物扩散,致使污染物在此停留的时间较长,甚至可达数年之久。并且进入平流层的污染物如氮化物、氯化氢及氟化利昂有机制冷剂等还能与臭氧发生光化学反应。致使臭氧浓度降低,严重时出现XXX:工业除尘器的节能设计与经济分析4臭氧层空洞。使其太阳辐射的紫外线直接到过地面,就会导致更多的人患皮肤癌,对人类的生态系统造成极大的威胁。所以,保护臭氧层是当今世界面临的紧迫任务之一。3.中间层中间层位于平流层上面,层顶距地面约(80-85)km。此层有强烈的垂直对流运动,又没有臭氧吸收太阳的紫外线,因此,在这一层气温随高度增加迅速下降。4.暧层位于中间层上部,层顶距地面约 800km。此层下部基本由分子氮组成,上部由原子氧组成。原子氧可吸收太阳的紫外光,暧层中大量的气体在太阳光和宇宙射线的作用下被电离,所以暧层又称电离层。电离层能反射电磁波,对远距离通讯有很重要的作用。5.散逸层散逸层是大气圈中最外层,层顶不明确。该层空气更加的稀薄,距地面越远,气温越高,气体电离度越大,气体离子可以散逸到宇宙空间去。1.2.2 大气污染物1.2.2.1 大气污染物的分类从来源分上分1.工业废气污染火力发电,金属冶炼,玻璃与陶瓷烧制及食品加工等生产过程和燃料的燃烧过程中所排放的烟气,粉尘及废气等造成的大气污染,此类污染源称为工业污染源。2. 交通污染源由汽车、火车、轮船、飞机等交通运输工具在行驶过程中排放的尾气所造成的大气污染,此类污染源,称为交通污染源。3. 生活污染源人们由于生活上烧饭、取暖等的需要,燃烧燃料向大气中排放煤烟以及垃圾焚烧等所造成的大气污染,此类污染源称为生活污染源。115以上主要是由于人类生产和生活活动所引起的大气污染,至于由自然灾害所造成的污染在此从略。按其存在的状态分1.颗粒污染物颗粒污染物与气体行为类似。所以又称为气溶胶。大气污染物粗略估计有百余种。对于污染物,又可分为一次污染物和二次污染物。若大气污染物是从污染源直接排放的原始物质,刚称为一次污染物。若是由于一次污染物与大气中的原有成份或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应生成的与一次污染物性质不同的新污染物,称为二次污染物。在大气中,受到普遍重视的二次污染物主要有硫酸烟雾和光化学烟雾等。近几年来,我国的大气污染仍然以煤烟型为主,主要污染物为总悬浮颗粒和二氧化硫。少数特大城市属煤烟与汽车尾气污染并重类型。2.气态污染物气态污染物是指一些污染气体如:二氧化碳,氟、氯等气态形式的污染。1.2.2.2 工业污染中的烟尘及颗粒污染1. 烟尘烟尘是伴随着燃料燃烧而产生的废弃物,是一些飘浮在大气中粒径大小不一的微小颗粒物。烟尘大部分是固体颗粒,也有液体微粒。固体的有烟、炭黑、粉尘等,液体的有水滴和硫酸雾沫等.日前世界上常用的燃料,主要有煤、石油、天然气等,以煤的消耗量最大,世界每年燃煤量约 30 多亿吨,而煤的不完全燃烧产生的烟尘对于大气污染起着十分重要的作用。从烟囱排放出来的烟尘又分降尘和飘尘两类,降尘颗粒较小,粒径一般在 10以上由重力的作用,能很快降落到地面。它多半属燃烧不完全的炭粒,也就是m人们常看见的黑烟。飘尘颗粒放小,粒径在 10 以下,其中相当大一部分比细菌m还小,它以气溶胶形式长时间在空气中飘浮,飘浮范围可从几公里到几十公里,因此会在大气中不断的蓄积使污染的程度逐渐加重。且在各种飘尘中,以粒径在 0.5-5 的对人体危害最大。这是因为粒径在 5-10 的粒子,虽能进入呼吸道系统,mXXX:工业除尘器的节能设计与经济分析6但由于惯性力作用,能被鼻毛和呼吸道粘液所阻挡,并随排出物排至体外;至于小于 0.5 的飘尘,由于气体扩散作用可被上呼吸道表面所粘附,随痰排出。唯有m0.5-5 的飘尘,可以径直到达肺部而沉积在肺胞中,并有可能进入血,随之输往全身,危害人体,此外,飘尘具有吸湿性,在大气中易吸收水分,形成表面具有很强吸附性的凝聚核,能吸附有害气体和经高温冶炼排出的各种金属粉尘以及致癌性很强的苯芘等,而后随着吸气进入深部呼吸道,故对健康危险性较大。飘尘还能吸附病原微生物,在飘尘浓度高的地方,空气中各种微生物的含量也相应增高,因而容易引起慢性阻塞性肺部疾患的继发感染,降低机体的抵抗力和免疫力。如 1952年 l2 月伦敦发生烟雾事件时,大气中飘尘含量比平时高 5 陪,达 4.46mg/m 3,引起居民的死亡率激增。 [2]所以,世界各国普遍认为,大气中的烟尘是大气中危害,较大的污染物之一,因此,环境监测和卫生部门把它作为评价大气污染对健康影响的重要指标。2.颗粒物总悬浮颗粒物是指悬浮在空气中,空气动力学当量直径 d≤100 。颗粒物主m要来源于然的燃烧和工业过程,燃料燃烧时将灰分以颗粒物形式,释放出来,其产生量与燃料中的灰分含量有关。颗粒物的主要生产源包括金属矿物加工、石油和化工等,冶金工作包括钢铁、铜、铅锌以及铝的生产等,钢铁是冶金工作中最重要的排放源。钢铁工作包括炼钢和炼铁,硫在加工过程中少量转化为颗粒态的硫酸盐,矿物加工过程产生的颗粒主要来自水泥、沥青、石灰、玻璃、石膏、制砖工业等。[3]1.2.3 锅炉大气污染物排放标准表 1-1 各种锅炉过量空气系数折算值───────────────────────────────────锅炉类型 折算项目 过量空气系数 ───────────────────────────────────燃煤锅炉 烟尘初始排放浓度 a=1.7烟尘、二氧化硫排放浓度 a=1.8燃油、燃气锅炉 烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度 a=1.2───────────────────────────────────117注:只列出部分污染物,本标准采用下列定义1 锅炉烟气在温度为273K,压力为 101325pa 时的状态,简称“标态” 。本标准规定的排放浓度均指标准状态下干烟气中的数值。2 烟尘初始排放浓度指自锅炉烟气出口处或进入净化装置前的烟尘排放浓度。烟尘排放浓度指锅炉烟气经净化装置后的烟尘排放浓度。末安装净化装置的锅炉,烟尘初始排放浓度即是锅炉烟尘排放浓度。废气排出口有害物质的排放量(或浓度)不得超过表 1-1、1-2 的规定。表1-2 锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟气黑度限值锅炉类别 适用区域烟尘排放浓度(mg/m3) 烟气黑度I时段 Ⅱ时段 (林格曼黑度,级)燃 自然通风锅炉 一类区 〈0.7MW 1t/h ) 二、三类区 煤 其它锅炉 一类区二类区 炉 三类区 燃 轻柴油、煤油 一类区 油 二、三类区锅 其它燃料油 一类区 二、三类区 炉 燃气锅炉 全部区域 100 80 1150 12080 80 250 200 1350 25080 80 1100 100100 80 1200 15050 50 11.2.4 污染与健康可吸入颗粒物随人们呼吸空气而进入肺部,以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在XXX:工业除尘器的节能设计与经济分析8呼吸道不同的部位,粒径小于 5 微米的多滞留在上呼吸道。滞留在鼻咽部和气管的颗粒物,与进入人体的二氧化硫等有害气体产生刺激和腐蚀粘膜的联合作用,损伤粘膜、纤毛,引起炎症和增加气道阻力。持续不断的作用会导致慢性鼻咽炎、慢性气管炎。滞留在细支气管与肺泡的颗粒物也会与二氧化氮等产生联合作用,损伤肺泡和粘膜,引起支气管和肺部产生炎症。长期持续作用,还会诱发慢性阻塞性肺部疾患并出现继发感染,最终导致肺心病死亡率增高。当大气处于逆温状态时,污染物便不易扩散,悬浮颗粒物浓度会迅速上升。1952 年 12 月英国伦敦发生烟雾事件时,大气中悬浮颗粒物的含量比平时高 5 倍,引起居民死亡率激增,4 天内较同期死亡人数增加 4000 余人。由此可见大气中可吸入颗粒物浓度突然增高,对人类健康能造成急性危害,对患有心肺疾病的老人和儿童威胁更大。 光化学烟雾是排入大气的氮氧化物和碳氢化物受太阳紫外线作用产生的一种具有刺激性的浅蓝色的烟雾。它包含有臭氧、醛类、硝酸酯类等多种复杂化合物。这些化合物都是光化学反应生成的二次污染物,主要是光化学氧化剂。当遇低温或不利于扩散的气象条件时,烟雾会积聚不散,造成大气污染事件,使人眼和呼吸道受刺激或诱发各种呼吸道炎症,危机人体健康。这种污染事件最早出现在美国洛杉矶,所以又称洛杉矶光化学烟雾。近年来,光化学烟雾不仅在美国出现,而且在日本的东京、大板、川崎市,澳大利亚的悉尼、意大利的热那亚和印度的孟买等许多汽车众多的城市都先后出现过。 大气中的氮氧化物和碳氢化物主要来自汽车尾气、石油和煤燃烧的废气、及大量使用挥发性有机溶剂等。在太阳紫外线的作用下,产生化学反应,生成臭氧和醛类等二次污染物。在光化学反应中,臭氧约占 85%以上。日光辐射强度是形成光化学烟雾的重要条件,因此在一年中,夏季是发生光化学烟雾的季节;而在一天中,下午 2 时前后是光化学烟雾达到峰值的时刻。光化学氧化剂可由城市污染区扩散到100 公里甚至 700 公里以外。在汽车排气污染严重的城市,大气中臭氧浓度的增高,可视为光化学烟雾形成的信号。 光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道粘膜,引起眼睛红肿和喉炎,这可能与产生的醛类等二次污染物的刺激有关。光化学烟雾对人体的另一些危害则与臭氧浓度有关。臭氧还可引起潜在性的全身影响,如诱发淋巴细胞染色体畸变、损害酶的活性和溶血反应,影响甲状腺功能、使骨骼早期钙化等。长期吸入氧化剂会影响体内细胞的新陈代谢,加速衰老。 预防光化学烟雾要采取一系列综合性的措施,其中包括制定法规,监测废气排放,改良汽车排气系统和提高汽油质量及减少挥发性有机物如油漆、涂料的使用等[1]1191.2.5 大气污染的综合防治对大气污染进行综合预防和防治不单单是提高燃烧技术减少污染来源的污染物质, 也不单单是加除尘装置对排放物进行过滤以减少污染程度, 当然也不能只植树造林、推进绿化措施以改善总体环境。对大气污染的综合防治是立足于环境问题的区域性、系统性和整体性之上的,对大气污染乃至环境污染的综合防治是一个整体的措施,每一个环节都是相辅相成的,每一处都松懈不得。在实质上,就是对区域环境的控制,对多种方案的技术可行性、经济合理性、实施可能性和区域适应性等进行最优化选择和评价,从而得出最佳的技术方案和工程措施。1. 全面规划、合理布局大气污染控制是一门综合性很强的技术,影响大气环境质量的因素很多,仅考虑各个污染源的单项治理是不够的,必须考虑区域性的综合防治,从单一的治理过渡到综合的治理。因此,一方面要对工作失误已经造成的环境污染和环境问题,提出改善和控制污染的最优化方案;另一方面,要做好城市和大工业区的规划设计工作,正确的选择厂址,考虑区域性综合治理措施。2. 提高工业技术水平⑴ 改革工业,优先采用无污染的工艺是防止环境污染的根本途径。⑵ 严格工艺操作。⑶ 改进燃料构成,改进燃烧设备和燃烧条件。⑷ 建立综合性工业基地,使各企业之间综合利用原料和废弃物,减少污染物的排放量。3. 合理的经济政策⑴ 保证必要的环境保护投资 中国目前的环保投资,仅占国家基本建设投资的百分之几,而发达国家则高达 20%以上,因此有必要采取适当措施逐步加以改进。⑵ 对治理污染从经济上给予鼓励 如低息长期贷款,对综合利用产品实行免税或减税政策等。⑶ 实行排污管理 逐步提高对排污的收费标准,知道对污染严重又不治理的工厂停止生产等严格的经济政策。4. 绿化造林绿化造林是一种生物防止措施,绿化造林不仅能美化环境、调节气温、增加空气湿度,而且在净化空气、减低噪声方面起到显著的作用。5. 加强环境治理工程学的研究到目前为止,即使最发达的工业化国家也不能做到无污染的排放。当采取了各种措施,仍达不到国家规定的排放标准和地面浓度时,就要对所排放的污染物采取治理的方法。目前控制大气的污染物的排放,使之符合国家的排放标准措施有:设XXX:工业除尘器的节能设计与经济分析10置除尘系统;用吸收法控制;用吸附法控制;用反应法控制及扩散稀释法控制等等。人类没有保护好环境的教训其实自古就有。今天,我们保护环境不仅要保护环境不受污染,而且要继承古代环境保护的思想,合理利用资源,以保证资源的永续利用。我们应该懂得解决环境问题的关键就是保护环境,而保护环境就是保护了我们自己。6.采用法律手段颁布各种《大气污染物排放标准》 。并强制性实施。1.3 任务的提出与意义针对某冶炼厂设计一种有效的除尘器,使其既有净化烟尘的功能,改善周边环境,响应可持续发展战略的要求,净化后的气体符合国家的排放标准,又能将其烟尘中所带走的一些金属回收利用。做到一举两得作用。1.3.1 设计要求以及基本参数要求设计出一种有效的除尘器,性能稳定可靠、操作简单,率较高。维修方便,占地面积少,一次性投资少。参数要求如下:1) 废气处理量:Q=60000m 3/h2) 过滤温度:T=150 0C3) 排放标准:80mg/m 3 (国家标准为≤150mg/m 3) 4) 工作时间:全天工作制(24 小时/天) 1.3.2 设计内容包括1) 方案的优化设计2) 除尘器效率的计算3) 除尘器系统各钢结构部件设计4) 钢结构的防腐设计5) 运行后经济费用的预算6) 维护说明7) 清灰系统 PLC 控制系统编程1.3.3 选题的意义
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