1、大氣污染控制工程課程設(shè)計設(shè)計題目：垃圾焚燒廠的選址和吸收塔的設(shè)計目錄1 緒論： 3.1.1概述： 3.1.2 設(shè)計資料： 4.1.3 設(shè)計目的： 5.1.4 設(shè)計任務(wù)： 5.2 設(shè)計方案 6.2.1 場址的確定： 6.2.1.1 考慮因素： 6.2.1.2 廠址的選擇： 6.2.2 填料塔的設(shè)計： 9.2.2.1 垃圾焚燒后的污染物濃度計算： 9.2.2.2 選擇填料： 1.0.2.2.3 計算塔徑： 1.1.2.2.4 填料塔總體結(jié)構(gòu)簡圖： 1.32.3 垃圾焚燒廠煙氣處理工藝： 1.33 設(shè)計總結(jié)： 1.4.4 參考文獻(xiàn)： 1.5.1緒論:1.1概述:垃圾焚燒法確實是一種實踐多年的垃圾處理

2、方法。它比填埋法占地面積少，效率高，曾一度被視為一種“減量快”的好方法，日本和德國等發(fā)達(dá)國家大力發(fā)展。在日本一哄而起地 建起了 6000多座垃圾焚燒爐，占據(jù)世界垃圾焚燒爐數(shù)量的首位，其垃圾焚燒企業(yè)也隨之發(fā) 展起來。與此同時，也吸引了一些發(fā)達(dá)國家進(jìn)行效仿。就這樣把垃圾焚燒推向了高潮，此即垃圾焚燒法進(jìn)入了發(fā)展時期。將垃圾用焚燒法處理后，垃圾能減量化，節(jié)省用地，還可以消滅各種病原體，將有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物?，F(xiàn)代的垃圾焚燒爐皆配有良好的煙塵凈化裝 置，減輕對大氣的污染。但近年來，垃圾焚燒法在國內(nèi)外開始進(jìn)入萎縮期。目前有超過15個國家和地區(qū)，通過了對焚燒垃圾的部分禁令。垃圾焚燒爐距離居民點到底多遠(yuǎn)，

3、這個問題爭論已久，我們國家遲遲定不下來，目前，垃圾焚燒已經(jīng)引起了群體事件和大量上訪和訴訟。如南京江北垃圾焚燒發(fā)電廠項目引發(fā)的群體抗議、江蘇 吳江垃圾發(fā)電廠門口的靜默抗議、北京董村垃圾焚燒廠抗議事件等。原來最初我們定的是1000米，因為我以前參加評審的時候，就按照環(huán)保局一個技術(shù)原則，是一千米，一千米以內(nèi)不許有住戶，我們就按照這個標(biāo)準(zhǔn)來評估的。后來 我們有些地方上管理部門提意見，說這樣就不好建了，能不能縮小點兒，在這種情況 下，又找了一些單位，有目的的修改了標(biāo)準(zhǔn)，第一次修改到800米，減少了 200米，后來說還不行，又找了一家，又縮到700米，最終，最小的數(shù)據(jù)也就是700米，不敢再減了，為什么呢？

4、因為700米以內(nèi)誰都沒有把握，現(xiàn)在我們之所以說300米也好，有的算的才100多米，是用物理模型算出我的焚燒爐有多少排放量，有多大的空間， 按照這個模式一算，算的再精確也沒多少，可能也就一二百米，現(xiàn)在我們有不少文獻(xiàn) 報道這種計算有誤，說二惡英產(chǎn)生的影響、破壞程度比我們計算的數(shù)值要大的多，這 是有文獻(xiàn)報道的，我沒做過試驗。這是一個方面。另外一個方面，最讓人難辦的是二 惡英這個污染物毒性太大，它是一級致癌物，最討厭的就是它難降解，它的半衰期是 14年到273年。如果到了人體以內(nèi)就積累，它很容易進(jìn)入脂肪，你的標(biāo)準(zhǔn)再低，它最 后還是致癌的。所以我們要慎重就在于此。這個300米，我認(rèn)為是太冒險， 500、

5、600米也是很冒險的，因為現(xiàn)在我們看到的事實是，日本1.2公里以內(nèi)的癌癥相當(dāng)于外邊的兩倍，這也是值得參考的，即使我爐子改進(jìn)了，你不是1.2公里，你再縮也縮不到300米。縮短距離這個可以理解，管理部門要求距離越小越好選址，因為各地環(huán)保部 門上下級經(jīng)常提的意見就是我們選不到合適的地方，特別是大中城市，是不好選，現(xiàn) 在就是在這種形勢下，我們是不是就沒有一個把關(guān)的，就到三百米？再不好選，我們 應(yīng)在別的問題上下工夫，在垃圾的其他的處理辦法上下工夫。垃圾焚燒法一直未能被廣大民眾接受， 其弊病突出表現(xiàn)在其潛伏性污染嚴(yán)重、 耗資昂貴、 操作復(fù)雜和浪費資源等方面。 盡管其污染防治技術(shù)在日益改進(jìn)， 但至今尚不成熟

6、，還不能經(jīng) 受住理論和實踐的檢驗。據(jù)多種文獻(xiàn)報道，每頓垃圾焚燒后會產(chǎn)生大約5000立方米廢氣，還會留下原有體積一半左右的灰渣。垃圾焚燒后只是把部分污染物由固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，其重量和總體積不僅未縮小，還會增加。焚燒爐尾氣中排放的上百種主要污染物，組成極為復(fù)雜，其中含有許多溫室氣體和有毒物。當(dāng)今最好的焚燒設(shè)備，在運轉(zhuǎn)正常的情況下，也會釋放出數(shù)十種有害物質(zhì)、僅通過過濾、水洗和吸附法很難全部凈化。尤其是二噁英類污染物， 屬于公認(rèn)的一級致癌物，即使是微量也能在體內(nèi)長期蓄積，它對人體的作用至今無法確定出作用閾值。焚燒灰燼中的有毒有害物質(zhì)更多、 更難處理。然而，焚燒給人們造成的假象就在于所轉(zhuǎn)換成的廢氣被排放

7、到高層大氣中遠(yuǎn)離而去。許多人并不知道大氣層中的污染物能通過對流層底部回旋到各個地 區(qū)，最集中污染的是一兩百米厚的對流層大氣，大部分有毒有機物和重金屬遲早還會回到人類身邊。此外，焚燒法的巨額耗資和對資源的浪費就更不適合我國和眾多發(fā)展中國家的國情。建造一座大中型焚燒爐動輒要10億人民幣，建成投產(chǎn)后的環(huán)保的處理成本大約需300元/噸，目前國內(nèi)一些城市那種幾十元焚燒處置一噸生活垃圾的操作方法，是否真是按環(huán)保程序處理其本身都是值得懷疑的。 環(huán)保的焚燒處理方法一般城市是難以承受的。其運行中需要頻繁更換過濾吸附材料，也花費大量開支，往往會造成操作隨意簡化的漏洞。1.2設(shè)計資料：某城市垃圾的組成見表 1,這種

8、城市垃圾的熱值為 2.2kcal/g，密度為0.38t/m3。擬在城 市周邊建一座垃圾處理廠， 采用焚燒法進(jìn)行處理， 焚燒爐的技術(shù)性能指標(biāo)為： 煙氣出口溫度 85GC，煙氣停留時間 2,焚燒爐渣熱灼減率 5%空氣過剩系數(shù)設(shè)為120%，日處理量約 250t,燃燒過程中C完全燃燒的比率約為 99.9% , NOx的排放率約為0.004mol/ （100g垃圾）， 硫氧化物主要以 SO2形式生成。擬采用吸收法來凈化煙氣中的SO2,吸收液為5%NaOH ,操作情況下，氣相總傳質(zhì)系數(shù) KGa=2.1 kmol/ （m3 h kPa），相平衡常數(shù)m= 1.9，推薦液氣比 為L /G =2.54 L /m3

9、。煙氣經(jīng)脫硫除塵后經(jīng)煙囪排放，煙囪高度為45m，直徑0.6m，煙氣出口速度為10m/s，煙氣溫度 323k。從該城市規(guī)劃局獲知， 該城市地勢平坦，四周為分散的村落及樹林，共有三處空地可供選擇建垃圾處理廠，見圖 1。調(diào)取該城市環(huán)境監(jiān)測站 2009年的大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)：空氣污染指數(shù)為 81 10,主要污染物 為 SO2 （日均值為 0.11 .03mg/mN3）、NOx （日均值為 0.07 .02mg/mN3）、CO （日均值為 6翌mg/mN3）；該城市的風(fēng)向及風(fēng)速資料見表 2,全年平均氣溫為17 C,冬季最低溫-6 C,夏 季最高溫31 C，大氣穩(wěn)定度取中性。要求垃圾焚燒污染物的排放達(dá)到國家現(xiàn)行

10、標(biāo)準(zhǔn)；垃圾處理廠投入使用后， 該城市的空氣質(zhì)量仍然能夠達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計內(nèi)容包括：（1、選擇廠址；（2、設(shè)計填料塔。請根據(jù)上述內(nèi)容及要求，編寫課程設(shè)計報告。課程設(shè)計報告內(nèi)容應(yīng)完整，應(yīng)包括目錄、 緒論、設(shè)計計算、設(shè)計工藝簡圖、設(shè)計總結(jié)及參考文獻(xiàn)，要求12-18頁（約40008000字）。表1某城市垃圾組成成分分析兀素分析成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%金屬8.7水分28.36紙張44.2碳20.45塑料1.2氧15.20毛皮，橡膠1.7氫8.45織物2.3硫0.50木頭2.5氮0.72食物殘渣16.6灰分26.32玻璃8.5園林廢物12.6其他1.7表2某城市的風(fēng)向及風(fēng)速方位NNEESESS

11、WWNW風(fēng)向頻率/%12151891371412平均風(fēng)速/m -s-134655343圖1可供選擇的廠址1.3設(shè)計目的：通過對垃圾焚燒廠的選址并設(shè)計尾氣吸收裝置，以減少垃圾焚燒產(chǎn)生的廢氣對居民區(qū)、 大氣空氣質(zhì)量的影響。1.4設(shè)計任務(wù)：為處理生活垃圾，需建設(shè)垃圾焚燒廠。選擇其選址建廠并設(shè)計尾氣吸收裝置，來減少 廢氣的影響。2 設(shè)計方案2.1 場址的確定：2.1.1 考慮因素：本底濃度：大氣或水體中某物質(zhì)基本混合均勻后的濃度，也稱為背景濃度。SO 2(日均值為0.11 ).03mg/m n)、NOx (日均值為 0.07 ).02mg/m n)、CO (日均值為 20.2mg/m n) 風(fēng)向風(fēng)速：

12、 污染物危害的程度和受污染的時間及濃度有關(guān)， 確定工廠和居民區(qū)的相對位置時 要考慮風(fēng)向、風(fēng)速兩個因素。溫度層結(jié)： 離地面幾百米范圍內(nèi)的大氣穩(wěn)定度對污染物的擴散稀釋過程有重要影響， 最不利 于擴散的是近地層逆溫和上部逆溫。 選廠址必須注意收集逆溫層的強度、 厚度、 出現(xiàn)頻率和 持續(xù)時間等資料，要特別注意逆溫同時出現(xiàn)靜風(fēng)或微風(fēng)的情況。地形：不宜建廠的幾種情況：(1) 山谷較深，山谷走向與盛行風(fēng)向交角為45135; (2)煙囪有效高度不可能超過下坡風(fēng)厚度和背風(fēng)坡湍流區(qū)高度的地方；( 3)谷地四周山坡上有居民區(qū)及農(nóng)田，煙囪有效高度不能超過山的高度時； ( 4)高山圍繞的深谷地； ( 5)煙流雖能越過

13、山頭，仍會在背風(fēng)面造成污染時； ( 6)海陸風(fēng)較穩(wěn)定的大型水域與山地交界的背山地段。2.1.2 廠址的選擇：根據(jù)選址需要考慮的因素逐點考慮， 首先進(jìn)行初選， 根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)向風(fēng)速情況計算污染系 數(shù)。方向風(fēng)向頻率平均風(fēng)速污染系數(shù)N1234NE1543.75E1863SE951.8S1352.6SW732.33W1443.5NW1234污染系數(shù)玫瑰圖S根據(jù)表格所計算的污染系數(shù)及相對污染系數(shù)和根據(jù)跟風(fēng)向污染系數(shù)所畫的污染系數(shù)玫 瑰圖，初步選定 C點為廠址地點。根據(jù)公式計算污染物濃度，公式如下：J.t y 2C（X ”（X H exp（-專厶）exp（- ） 7ru0-y0-_2T；t 亦）其中vs=10

14、m/s , D=0.6m , Ts=323K , Ta=31 C。根據(jù)中性層結(jié)下對數(shù)律風(fēng)速廓線模式-/ = Nu =In 人，其中u*=5m/s， k=0.4，Z=45m,該城市地勢平坦，四周為分散的村落及樹林所以 Z0=0.3m，經(jīng)過計算 H=0.15m，H=45.15m。根據(jù)公式計算污染物濃度：則 c（一氧化碳）=5.5 x 10-8 mg/mN3 , c（二氧化氮）=3.6 x 10-7 mg/m,c （二氧化硫）=2.01 X 10-6mg/m n3。由于工廠所排廢氣污染物濃度相較本底濃度而言，影響較小，所以對城市空氣不會產(chǎn)生太大影響。根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3095-1996中二級空

15、氣所要求的污染物要求限值，C點建廠在城市本底濃度基礎(chǔ)之上，雖會影響空氣質(zhì)量，仍可以達(dá)到二級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。所以，可以在C點建廠。2.2填料塔的設(shè)計：垃圾焚燒后的污染物濃度計算:以1kg垃圾為例計算燃燒產(chǎn)物組成及濃度，根據(jù)題目所列數(shù)據(jù)可知:組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)%摩爾數(shù)mol耗氧量mol產(chǎn)物產(chǎn)物總量mol體積m3水分28.3615.76水分15.760.35碳（完全 燃燒）20.4317.0317.3二氧化碳17.030.38碳（不完 全燃燒）0.020.010.005一氧化碳0.010.00022氫8.4584.521.125水分42.250.95硫0.50.160.16二氧化硫0.160.0036氮0.

16、720.51氮氧化物0.040.0009氧15.29.5-4.75灰分26.32總計10033.61根據(jù)煙囪的基本數(shù)據(jù)可計算出煙氣的排出流量為X 0.6 X 10/4=2.826 （立方米每秒）0.01/178Q=3.14X 0.6 一氧化碳源強 氮氧化物源強 二氧化硫源強X 2.826 X 1000/22.40.04/178X 2.826 X 1000/22.40.16/178X 2.826 X 1000/22.4，則每秒排出煙氣體積X 28/2.826=0.070g/X X 64/2.826=2.568g/3V=2.826 mNm=70mg/ m”333mN =300mg/ mN mN3=

17、2568mg/ mN3焚燒爐大氣捋染物排放限値“序號項R單也限惰1煙塵mg/m1802林格曇黒度，級測定值J|3mg/m3小時均值1504小時均值4005二氛化就rmn/m3小時均值滅6mg/m,小時均值7mg/m38鎘raB/m1施9mg/m1潮宦均值10二磅英類ng TEQ/mJ潮定均值1*0根據(jù)生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，該工廠所排煙氣中二氧化硫含量超標(biāo),建造尾氣吸收裝置，對所排煙氣進(jìn)行處理。采用吸收法工藝處理，所以建設(shè)一座吸收塔。選擇填料：填料可為氣液兩相提供良好的傳質(zhì)條件。選用的填料應(yīng)滿足以下基本要求：具有較大的比表面積和良好的潤濕性； 有較大高的孔隙率 （多在0.50.6尢對

18、氣流的租賃較?。?填料尺寸要適當(dāng)，通常不應(yīng)大于塔徑的 1/101/8;耐腐蝕、機械強度大、造價低、堆 積密度小、穩(wěn)定好等。本次設(shè)計采用75 X 45 X 5規(guī)格陶瓷鮑爾環(huán)填料（亂堆），填料參數(shù)為：填料因子 =122m-1,比表面積 at=103m 2/m3陶瓷鮑爾環(huán)填料是在陶瓷拉西環(huán)的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種高徑相等的開孔環(huán)型填料，每層窗孔有5個舌葉，每個舌葉內(nèi)彎指向環(huán)心， 上下兩層窗孔的位置相反錯開，一般開孔面積約占環(huán)壁總面積的 30%左右，使得填料塔內(nèi)的氣體和液體能夠從窗孔自由通過，改善了氣液分 布，充分利用了環(huán)的內(nèi)表面。陶瓷鮑爾環(huán)具有優(yōu)異的耐酸耐熱性能，能耐除氫氟酸以外的各種無機酸、有機酸及有機

19、溶劑腐蝕，可在各種高溫場合使用，應(yīng)用范圍十分廣泛， 可用于化工、冶金、煤氣、環(huán)保等行業(yè)的干燥塔、吸收塔、冷卻塔、洗滌塔、再生塔等。計算塔徑：（1）計算泛點氣速uf利用埃克特關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速，埃克特通用關(guān)聯(lián)式如下:u2YF rvg 50.2m_=02a.ooiO.frC.4o.oo0006O.WM.1.402心XH 心m OXX-Q.04 ai Q2 o* o, w1 4 A K 10sg一=:!ip=sKs其中平均氣體密度取1.34g/L ,清水密度為1000g/L。 Gl = Ml，L = 3.5 xGv M g G18/29=2.17 ,所以,=0.079 ,查?？颂仃P(guān)聯(lián)圖可知,=0.1

20、7吸收液溫度為 20 C, m = 1 mPa s, Y = 1, F=122經(jīng)計算Uf=3.19m/s,取空塔氣速為 80%泛點氣速，則 u=0.8 x 3.1仁2.55m/s。(2 )計算塔徑250t ,根據(jù)前面算計算的內(nèi)容，垃圾焚燒之后產(chǎn)生干煙氣約為178mol/kg垃圾，日處理量為垃圾焚燒量單位換算：250 x 1000/24/60/60=2.89kg/s煙氣體積流量約為：2.89 x 178X 22.4/1000 x 323/273.15=13.6 mN3/s根據(jù)公式:J=2.606m，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)吸收塔徑圓調(diào)整為2.6m則實際空塔氣速為u=2.56m/s。75D校核填料直徑與塔體直徑的

21、比:所以，符合要求。校核填料塔的噴淋密度(單位時間單位塔截面積上噴淋的液體體積)當(dāng)填料dL 噴 min，符合要求。(3 )計算填料層高度操作情況下，氣相總傳質(zhì)系數(shù)KGa=2.1 kmol/ (m3 h kPa),相平衡常數(shù)m = 1.9氣相傳質(zhì)單元高度H OG =GKGaPSKGaPpD24經(jīng)計算 G=1854kmol/h , P= 101.325Kpa , D 前面已求出，經(jīng)計算 Hog= 1.42m傳質(zhì)單元數(shù) Nog = In(1- 丄)一 + 1- 1 A y2 - mx2A-A其中吸收因子 A=，計算出A = 3.5/1.9=1.84mG入塔氣體中污染物 SO2的體積含量為y1= 0.

22、16/178=8.9 X104出塔氣體要求達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)即260mg/m3N，即換算成體積含量為y2=9.1 x 10-5填料塔液相進(jìn)口處濃度為x2= 0計算出Nog=3.53因此，h 計算=HogNog=1.42x 3.53 =5.0126m由于計算傳質(zhì)單元數(shù)時依據(jù)的相平衡數(shù)據(jù)會有偏差，傳質(zhì)動力學(xué)參數(shù)Hog的計算會有偏差,實際塔內(nèi)液、氣兩相流體不可能達(dá)到實驗條件下的良好分布，以及考慮到為適應(yīng)操作條件波動留有調(diào)節(jié)控制的余地，因此，應(yīng)對填料層高度的理論計算值進(jìn)行修正：h實際=(1.31.5) h計算本設(shè)計取 h實際=1.35h計算 6.8m(4)計算壓力降在實際空塔氣速下：u2YF r0.2m =

23、 o.io9查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖知：由于前面已計算出橫坐標(biāo)為0.079，可知 p/z= 1177 Pa/m填料塔床層壓降： p= 7861Pa填料塔總體結(jié)構(gòu)簡圖:1 塔體；2液體分布器；3填料壓板；4 填料；5液體再分布裝置；6填料支撐板2.3垃圾焚燒廠煙氣處理工藝：對整個垃圾焚燒廠煙氣處理工藝進(jìn)行簡述：從垃圾焚燒爐尾部排出煙氣首先通過機械除塵器，除去煙氣中大部分的煙塵顆粒，降低 煙氣中的粉塵濃度，以利于提高吸收劑的利用率。多流體堿霧發(fā)生器煙氣脫硫（酸）方法是一種簡易、緊湊、高效的半干法煙氣脫硫（酸） 方法，它能夠有效克服或避免常規(guī)半干法煙氣脫硫（酸）方法復(fù)雜的漿液制備系統(tǒng)和霧化噴嘴堵塞與磨損等一系列問題，而且能夠大幅度提高脫硫（酸）吸收劑顆粒與霧化水滴的碰撞活化效率和脫硫（酸）吸收劑的反應(yīng)活性以及脫硫 （酸）效率，大大減小凈化吸收塔的體積。該煙氣處理系統(tǒng)工藝基本原理如下：根據(jù)鍋爐煙道尺寸和煙氣量設(shè)置多個前置堿霧發(fā)生 器，在其中通過雙流體噴嘴霧化的水滴與脫