环保设备设计基础

1. 环保设备设计基础 刘敏毅 mili302@126.com

2. 大气： 颗粒污染物：重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、袋式除尘器、颗粒层除尘器、湿式除尘器、电除尘器（重点） 气态污染物：吸收、吸附、冷凝、气固催化反应器 集气罩、气体输送管网的设计、运行管理 水： 物理法及物理化学法相关设备：格栅、沉淀池、气浮设备、快滤池 生物法处理设备：活性污泥法处理系统设备、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化处理装置（重点） 讲授顺序

3. 噪声 隔振装置、阻性消声器、抗性消声器 固体废物： 压实设备、破碎设备、分选设备、脱水设备、焚烧设备、热分解设备、堆肥化设备 环保设备设计与应用的技术经济分析

4. 参考书目 教材： 金兆丰.《环保设备设计基础》.化学工业出版社 胡洪营.《环境工程原理》.化学工业出版社 郝吉明.《大气污染控制工程》.高等教育出版社 高廷耀.《水污染控制工程》.高等教育出版社 刘颖辉.《噪声污染控制技术》.科学出版社 宁平.《固体废物处理与处置》.高等教育出版社 规范： 注册环保工程师专业考试复习教材（第三版第三册）.中国环境科学出版社

5. 绪论 重力除尘器、惯性除尘器 旋风除尘器 颗粒层除尘器 袋式除尘器 除尘：颗粒态污染物 湿式除尘器 气 电除尘器 气态污染控制：吸收、吸附、冷凝、气固催化 生态修复。。。 物理法: 格栅、筛滤、离心、澄清、过滤、隔油 生物法：活性污泥法、生物膜法 水 化学法：中和、沉淀、氧化还原、催化氧化、电解、焚烧。。。 污染防治 物理化学法：混凝、浮选、吸附、萃取、汽提。。。 隔振：橡胶隔振器、钢弹隔振器、螺旋压缩弹簧。。。 声 隔声: 消声: 阻性消声器、抗性消声器 减量化：压实、破碎、脱水 渣 无害化 资源化：分选、堆肥、热分解、焚烧 环境保护 节能减排。。。

6. 1、掌握环境工程原理、环境工艺设计等基础知识1、掌握环境工程原理、环境工艺设计等基础知识 2、熟悉环境工程中水、气、声、渣的各项治理方法、原理、设计要求 3、了解材料设备的相关知识 4、了解国家出台的政策、标准、设计手册和规范 5、了解国内外相关的技术、设备发展状况 环保设备设计基础的课程特点及学习要求：

7. 环保产业的界定 美国(EBI) 中国

8. 环保产业的意义

9. 九十年代初期前的高速增长是发达国家污染治理投资带动的增长九十年代初期前的高速增长是发达国家污染治理投资带动的增长 环保产业的发展需要经济发展的支持； 发达国家有强大的环保产业； 拉美、东亚(包括中国)正在成为新的市场 环保产业特点描述

10. 全球环保产业产值的变化

11. 全球环保产业区域排名

12. 全球环保产业的产值分布

13. 美国环保产业产值分布

14. 1 2 3 环保产业 环保工业 环保设备 1、环保产业 2、环保工业 3、环保设备 环保产业主要是指以防治污染、改善生态、保护资源为目的所进行的技术开发、产品生产、商品流通、资源利用、信息服务、工程承包等各项事业的总称。 当前的环保产业主要包括：环保设备制造业、环境工程和软件服务业以及自然生态保护业 环保设备的发展，建立在以环保工业为主体的环保产业的全面发展的基础之上，而它的发展，也将对环保产业的健全和完善起到重要作用。

15. 环境工程设备是以控制环境污染为主要目的的设备，也称环境保护设备或环保设备。环境工程设备是以控制环境污染为主要目的的设备，也称环境保护设备或环保设备。 由于目前我国的环保产业尚未健全，环保产业基本上等同于环保机械设备开发产业。 1、按照环保设备的功能分类 2、按设备的构成分类 3、按设备的性质分类 环保设备的概念及其分类

16. 分类 类别：按照环保设备的功能分类 水污染治理设备 空气污染治理设备 固体废弃物处理处置设备 噪声与振动控制设备 放射性与电磁污染防护设备

17. 机械类设备 工作性质 单体设备 容器类设备 通用设备 使用范围 专用设备 管道、阀门、压力表、流量计等 按环保设备构成分类 按环保设备性质分类 环保成套设备

18. 机械类环境工程设备由运动机械构件构成的设备。机械类环境工程设备由运动机械构件构成的设备。 通用设备（标准设备/定型设备） 按照国家、行业、部门标准生产的，可由不同厂家生产，若干生产行业可以通用。 专用设备（非标准设备） 主要在环境保护行业使用的、经特殊设计、制造的设备。

19. 容器类环境工程设备 没有运动构件的静止设备，主要指设备的外部壳体。按其承压形式可分为： 常压设备-仅仅承受容器内介质的静止压力，主要用来储存物料或充作常压反应器的壳体。(<0.1MPa) 中低压设备-需承受较高的介质工作压力，主要是带封头的圆筒形、球形构件。（0.1~10MPa) 高压设备 (10~100MPa)

22. 需根据具体处理工艺的要求，专门进行设计和制造需根据具体处理工艺的要求，专门进行设计和制造

24. 环保设备的特点 1、产品体系庞大——拥有几千个品种、几万种规格，多数产品彼此之间结构差异大，专用性强，标准化难度大，难于形成批量产品。 2、设备与工艺之间的配套性强——必须结合现场数据进行专门的工艺设计，采用形影最经济的工艺方法和合理选择设备，否则难以达到预期的治理目的。 3、设备工作条件差异大——由于各种污染源的具体情况不同，环保设备在污染源中的工作条件有较大的差异。 4、设备具有兼用行——环保设备与其他行业的部分机械设备结构相似，存在着相互兼用性，即环保设备可以应用于其他行业，其他行业的有关机械设备也可以应用于治理环境污染。

25. 我国环保设备的现状和发展趋势 1993年以来我国环保产业的发展情况单位：亿元 注： 1993～2004年数值来源于各年度的调查统计数据；2008年为估算值。

26. 环保设备组成与比例

28. 水处理技术与设备方面 1、生物法与物化法结合，生物法中厌氧工艺与好氧工艺相结合，是处理工业废水的发展趋势。 2、废水深度处理技术亦可称为水处理技术比较活跃的领域。 3、城市污水处理设备向处理能力5×104m3-50×104m3/d的大型设备发展。

29. 大气污染防治领域 燃煤烟气净化技术 在实验室研究和实际应用中，适合中小型锅炉的网膜塔除尘脱硫系统、双击式除尘脱硫工艺、旋转喷雾半干法烟气脱硫小型试验装置等都取得初步成效。 烟气脱氮进展 整体分级低NOX燃烧技术2000年1月通过鉴定 目前在新建300MW及以上锅炉上已装有低氮燃烧器。

30. 固体废弃物处理处置技术 城市垃圾处理技术 城市垃圾处理技术市场仍以填埋处置占主导地位，约占90%，混合垃圾堆肥由于二次污染和生产的肥料市场不通畅，呈下降趋势，垃圾焚烧技术市场继续扩大。

31. 噪声控制技术 除交通噪声与震动控制工程建设市场继续增长外，室内建筑声环境设计，特别是高层住宅建筑配套设备噪声与震动污染控制称为市场发展的新热点。 工业噪声污染治理仍然是噪声控制的主导市场。

32. 成套设备中的单体设备 原则：按照处理工艺的要求，逐一对它们进行选型或设计，然后再组成具有某种处理功能的成套设备。 通用设备的选用原则 差异性：价格、性能、使用寿命、安全维修方面。 原因：制作材料、产地、生产厂家不同。 原则：合理性（满足处理工艺的要求） 先进性（设备各方面的性能达到先进水平） 安全性（安全可靠，无事故隐患） 经济性（具有合理的性价比） 环境工程设备的选用与设计原则

33. 专用设备的设计原则 A.根据处理工艺流程确定处理设备的类型； B.确定制造设备的材料； C.汇集设计条件和参数； D.选定设备的基本结构形式； E.计算确定设备的基本尺寸； F.选择标准图纸和设备的标准化 G.汇总列出设备一览表； H.向有关专业人员提出设备设计的技术要求和进度要求； I.设计完成后应核对工艺要求，如有差错及时修改。

35. 大气污染物的种类 按污染物存在的形态可分为两大的类： 1. 气溶胶状态（颗粒态）的污染物 2. 气体状态的污染物 我国环境空气质量标准中，按颗粒大小分为： 1. 总悬浮颗粒物（TSP，Total Suspended Particles）：指悬浮在空气中的空气动力学直径≤100μm的颗粒物。 2. 可吸入颗粒物（PM10，Inhalable Particles ）：指悬浮在空气中的空气动力学直径≤10μm的颗粒物。 主要气态污染物：含硫化合物（以SO2为主）、含氮化合物（以NO和NO2为主）、碳氧化合物（CO和CO2）、有机化合物及卤素化合物等。 温习大气污染控制工程中的几个基本概念

36. 一 粉尘的粒径 粉尘的粒径 • 单一粒径 (1)投影粒径：用光学显微镜或电子显微镜测得的粒径； 包括 定向粒径dF：粉尘在某一确定方向上的最大投影距离； 定向面积等分粒径dM：在某一确定方向上将粉尘投影 面积二等分的线段长度； 投影圆等值粒径dH：与粉尘投影面积相等的圆的直径； （2）几何当量直径 球等体积粒径dv；等表面积径； 体面积径；周长径等等。 36

37. (2)物理当量径：与被测粉尘的某一物理量相同的球形粉尘的直径； 包括 Stokes粒径ds：指与被测尘粒密度相同、沉降速度相 同的球形粒子直径； 空气动力径da：指与被测尘粒在空气中的沉降速度相同、 密度为1000kg/m3的球形粒子的直径； Stokes粒径和空气动力径是除尘技术中应用最多的两种粒径， 原因在于它们都与尘粒在流体中运动的动力特性有关。 37

38. 平均粒径 算术平均粒径：所有单一颗粒粒径的算术平均值； M1=Σ(dini)/Σni 几何平均粒径 M2=Σ(nilndi)/Σni 平均平方根粒径、平均立方根粒径 其他特殊表示的粒径： 分割粒径dc50：指某除尘器的分级效率为50%的尘粒粒径； 它是一种表示除尘器性能的很有代表性的粒径。 筛分粒径：即尘粒能够通过的最小筛孔的宽度； 众径：粒径分布中频度最大时对应的粒径； 中位径：粒径分布的累积频率（质量）等于50%时对应的粒径 38

39. 二 粒径分布 粉尘的粒径分布 • 频率分布 定义：指粒径由dp至dp+Δdp之间的尘样占尘样总质量的百分数。 • 显然有： • 频率密度分布 定义：单位粒径间隔宽度时的频率分布，即粒径间隔宽度 Δdp=1μm时尘样质量占尘样总质量的百分数。 39

40. 三 粉尘的物理性质 粉尘的密度 • 真密度 定义：将粉尘间及其内部的空气排出后，粉尘自身单位体积 的质量，以ρP表示； • 堆积密度 定义：自然堆积状态下单位体积粉尘的质量，以ρb表示； • 两者之间的关系： ρb=（1-ε）ρP 粉尘的比表面积 • 比表面积 定义：单位体积（或质量）的粉尘所具有的表面积； α=S/V（cm2/cm3） 以堆积体积表示的比表面积αb可表示为： αb=S(1-ε)/V=(1-ε)·α（cm2/cm3） 大部分烟尘的质量比表面积在1000~10000cm2/g的范围内变化。 40

41. 粉尘的润湿性 • 润湿性 定义：粉尘与液体（通常为水）相互附着的难易程度的性质； • 润湿性分类 亲水性粉尘：容易被水润湿的粉尘；如锅炉飞灰、石英粉尘等 疏水性粉尘：难以被水润湿的粉尘；如石墨、炭黑等 粉尘的润湿性还随温度的升高而减小，随压力升高而增大，随 液体表面张力的减小而增强。 • 水硬性粉尘 有些粉尘（如水泥、石灰等）与水接触后，会发生粘结变硬而 形成硬垢，这种粉尘称为水硬性粉尘。 • 水硬性粉尘的弊端 水硬性粉尘易使湿式除尘装置和排水管道结垢而堵塞，所以不宜采用湿法除尘。 41

42. 粉尘的安息角与滑动角 • 安息角 粉尘自漏斗连续落到水平面上，堆积成圆锥体，圆锥体的母线与水平面的夹角称为粉尘的安息角，或堆积角、静安置角； 一般粉尘的安息角为35°～50°； • 滑动角 自然堆放在光滑平板上的粉尘，随光滑平板以其一端为轴转 动，平板上粉尘开始发生滑动时平板相对于水平面的倾斜角； 有时也称之为动安置角； 一般粉尘的滑动角为30°～40°。 42

43. 粉尘的粘附性 • 粘附性 粉尘附着在固体表面上或粉尘彼此相互附着难易程度的性质； 粉尘的磨损性 • 磨损性 是指粉尘在流动过程中对器壁和管壁的磨损程度的性质； 磨损量与含尘气流速度的2～3次方成正比。 粉尘的荷电性和导电性 • 荷电性 是指粉尘荷电能力的性质； 荷质比β：单位质量粉尘所带有的电荷量，单位为：C/g或C/kg。 • 导电性 粉尘的导电性通常用粉尘层的比电阻表示。 比电阻：截面积为1cm2、厚度为1cm的粉尘层所具有的电阻值，单位为Ω·cm。 43

44. 粉尘的荷电性和导电性 • 表面导电 在较低温度时（约低于100度），粉尘的导电主要靠粉尘表面吸附的水分和化学膜进行，称之为表面导电。 • 容积导电 在较高温度时（约高于200度），粉尘的导电主要靠粉尘内部的电子或离子进行，称之为容积导电。 • 表面比电阻 在表面导电占优势的低温范围内，粉尘比电阻称为表面比电阻；其值随温度升高而增大，随含水率增大而减小； • 容积比电阻 在容积导电占优势的高温范围内，粉尘比电阻称为容积比电阻；其值随温度升高而减小； 在两种导电机制皆重要的中间温度范围内，粉尘比电阻是表面比电阻和容积比电阻的合成，其值最高。 44

45. 45

46. 工业粉尘的比电阻值变化范围很广， 低者（碳黑）约为103Ω·cm； 高者（105°石灰石粉）可达1014Ω·cm； 注意：粉尘的比电阻对电除尘器的工作有很大影响，过低或过高都会使除尘效率显著下降，最适宜的范围为： 104Ω·cm～1010Ω·cm 当粉尘的比电阻不利于电除尘器捕集粉尘时，需要采取措施来调节粉尘的比电阻，使其处于适合于电除尘器捕集的范围。 46

47. 粉尘的自燃性 • 自燃的定义 可燃粉尘在没有外部火源的作用时，仅因受热或自身发热并蓄热 所产生的自然燃烧的性质； • 自燃的分类 ① 由空气作用自燃； ② 由水作用自燃； ③ 相互混合时自燃； 粉尘的爆炸性 • 爆炸的实质 爆炸的实质是可燃物的剧烈的氧化反应，爆炸的过程会在空间 造成很高的温度和压力，称为化学爆炸。 • 发生爆炸的条件 ① 由可燃粉尘与空气构成的可燃混合物，其粉尘浓度 达到爆炸浓度； ② 存在能量足够的火源； 47

48. 粉尘的爆炸性 • 爆炸下限浓度 能够引起含尘气体爆炸的最低粉尘浓度； • 爆炸上限浓度 能够引起含尘气体爆炸的最高粉尘浓度； 对同一种类的可燃粉尘而言，粉尘的粒径越小，比表面积越大，粉尘和空气的湿度越小，爆炸的危险性越大。 • 防爆的有效措施 及时清理沉积的粉尘 粉尘的形状 • 球形度 定义：与粉尘体积相等的球的表面积与实际颗粒表面积之比； 通常用Ф表示； Ф越接近于1，说明粉尘形状越接近于球体； 密度相同的粉尘，其形状越接近于球形，沉降时所受到的阻力 越小，沉降的速度越快； 48

49. 气体净化系统的设计 • 空气污染一般来自一些工业生产过程中产生的各种有害气体、蒸汽和粉尘。为了提高空气质量，一般采取合理安装通风装置净化系统的办法。 • 全面通风系统： • 局部气体净化系统 • 局部进风系统 • 局部排风系统 • 局部气体净化系统就是将污染物在发生源处用捕集装置收集起来，经过净化设备处理后再排放到大气中去。

50. 局部排风系统