工程师必学！如何做好废气净化系统设计

目前，大气污染防治引起社会各界的广泛关注，尤其是VOCs污染治理。VOCs治理工程的设计中，需对症下药，每个工况不一样，对应的设计和工程技术选择方案都不一样!VOCs治理工程的设计中，由于对VOCs废气现场工况的温度、流量、压力变化考虑不足的原因，导致VOCs治理工程设计有缺陷、系统建设不完善，竣工后运行达不到设计的预期目标，影响了治理工程的实施效果。

废气净化系统的设计过程可分为：

1、基础调查阶段

2、技术设计阶段

3、总结并提供成果阶段

4、后助工作

1、基础调查

在接受设计任务后，应首先编制设计工作计划，确定设计内容和技术要求、技术关键、进度安排、人员配备、要求工艺和土建等方面提供的资料、向工艺和其他工种提出的要求与提供的资料等。

工艺调查

污染源调查

背景情况调查

技术经济条件调查

类比调查

2、技术设计

在完成基础调查后，进行技术设计。

根据工程的重要性、工程量的大小和复杂性，可采用二阶段(设计扩大初步设计和施工图)，或三阶段设计，(初步设计、技术设计和施工图)方式进行。

设计工作主要包括：

污染源控制方案的确定和污染物散发排放计算

废气净化方案的选定，

净化设备的选型(或设计)计算

技术经济分析

设备、管道布置和计算

设计图绘制

工程概(预)算及设计文件编制。

1) 污染源控制方案的确定

设计工作的第一个重要环节，对污染控制系统的合理性、有效性和经济性起决定性作用。

污染源控制方案的确定特别要注意与工艺密切配备，协同进行，才能选出最佳控制方案。

对复杂的项目，要从工艺和污染控制两方面进行专题研究和设计。

对有污染物散发的设备，要重点进行集气罩的设计和计算。

最后要得出废气量、污染物和其他重要组分的含量、废气的温度和压强等参数。

2) 净化方案的选定

应根据废气的流量、成分和性质，设备和原材料条件，综合治理(是否有可作吸收剂、吸附剂或反应物的废液、废渣等)和利用途径，拟订净化方案，并作技术、经济分析。如果采用新的净化方法和工艺，还需要进行必要的试验。

3) 设备选型或设计

净化设备应根据废气的数量、成分、性质和净化设备的规格、性能选用。如果没有净化设备的产品或图纸可供采用，则需进行设计。通过设备选型，确定净化设备的型号、规格和数量;或通过设计，确定设备构造、尺寸、材料和加工工艺。

这项工作的指导原则是，在最经济、合理的条件下，保证污染物排放量达到有关标准规定的要求，或保证污染物排放后其影响范围内的大气质量符合要求。因此，设计计算时要将净化设备和排放设备(烟囱或排气筒)联系起来进行。如果以大气质量作为设计考核标准，则需要进行污染物排放后的扩散计算。

4) 净化系统的设计和计算

这一部分工作包括设备和管道布置、系统阻力计算、风机选用、排气筒(或烟囱)的计算或校核、辅助设施(如净化系统附属的供水、供气管道和设备)设计。在进行设备和管道布置时，要与工艺和其他工种(特别是土建)密切配合，互相协调。设计进行到此，就可以向其他工种提出技术要求和提供技术资料。

向土建(建筑和结构)应提的要求和资料主要有：设备和管道的名称、位置、尺寸、重量，所需净空，支承件的位置，门和孔口的尺寸、位置和预埋件等。如果需要机房，则应提出机房位置、平面和剖面尺寸、起重设备的规格、安全要求(如防火、防爆、防腐蚀等)、隔声要求等。

向给排水和水污染控制方面应提的要求主要有：用水设备名称、数量、位置，供水的水质、水量和水压;排放废水的设备名称、数量、位置、废水的水质、水量和净化要求(如果回用)等。

向电气方面应提的要求有：用电设备的名称、位置、供电电压、电流、同时运转情况，控制要求等。

如果净化系统需要供应燃油、燃气、压缩空气等，应提出需要供应能源的设备名称、位置，所需能源的品种、规格、用量等。

3、成果表达

1)施工图绘制

施工图是设计成果的主要表达形式，也是设备加工制作和施工安装的主要技术依据。因此，施工图必须具有完整性、正确性，并符合规范化的要求。

一般情况下施工图包括：

①净化系统的平面和立面图：应充分表达系统中的设备和管道的位置、高度、外形尺寸和设备编号，在附表中应列出设备编号、型号、规格、数量，说明中应规定管道材料、制作要求、防腐和保温措施及系统施工安装的技术要求。

②净化系统的轴测图：对比较复杂的系统，需绘轴测图，反映设备和管道的空间相对位置和关系，图中需注明设备编号(与系统平面和立面图一致)，管道直径、坡度、管段长度，横向直管起止点标高，管道部件编号。在附表中需列出部件编号、名称、型号、规格和数量。对大型管道系统应根据外形尺寸按比例绘双线轴测图。

③非标设备设计图：应包括装配图、零部件加工图和加工、装配等方面的技术要求。

2)设计文件编制

①设计说明书：主要包括设计任务的依据、设计内容和技术要求、设计标准、设计思想、方案探讨、设计工作程序(包括试验研究)、施工和运转调试要求、运转管理建议等。

②设计计算书：主要包括基础资料和数据(注明来源)、设计计算方法和程序、计算过程和结果。

设计工作基本完成后，需按规定进行校对、审核，以保证设计质量。

4、后期工作

在完成设计后，为了保证顺利施工以至投入正常运转，还必须做好后期工作。后期工作主要包括：

1)技术交底：施工前的技术交底是衔接设计和施工的重要环节，除需介绍工程的内容、规模和特点外，应重点交待指导思想、设计意图、技术关键、施工要求和预计的工程难点等。

2)现场配合：施工过程中与施工单位密切联系，协商解决施工中出现的问题，并根据实际情况作必要的局部调整。

3)运转调试：与施工单位、建设单位共同制订调试工作计划，对净化系统各部分进行检测、调试和全系统联动试车。

4)竣工验收：参加工程竣工验收，按照设计任务书中的技术要求作全面检验，评价工程质量。对不符合要求部分与施工单位商定改进和弥补措施。

净化过程的预处理和后处理

净化预处理和后处理

1、废气的预处理

当废气的成分、性质和状态不符合净化过程的要求，就要进行预处理。

例如，袋式除尘器受到滤料耐热性能的限制，处理气体的温度不能太高;高温气体不利于吸收或吸附。这些情况下，如果废气温度太高，就要进行预冷却。

又如，废气中含有颗粒物(粉尘、液滴)，对吸收、吸附和催化转化均不利。如果废气含尘浓度过高，就要进行预除尘。燃烧和催化转化要在一定温度下进行，如果废气温度较低，应进行预热。

预处理主要是冷却(或加热)、除尘、除湿及去除不利于净化过程的组分等。

2 、污染物的后处理

对净化设备捕集下来的污染物进行后处理，是净化过程的最后，也是十分重要的环节。如果处置不当，引起二次污染，以至前功尽弃。所以在选择废气治理方案时，不但要考虑净化方法和工艺，而且要考虑捕集下来的污染物的处理和处置。

捕集下来的污染物，有灰渣、淤泥、清液等几种存在形式。

污染物的处置方式有两种：合理利用和经无害化处理后抛弃。

净化设备选型

净化设备的选型是设计中的关键，必须根据排放要求、工艺条件、废气的性质(载气和污染物)、净化设备的性能、经济条件和管理水平等因素，进行调查研究、综合分析，选用适当型号、规格的设备。

基本的技术要求是：排气的性质与净化设备的性能相适应，废气流量与设备处理能力相配合。

排气筒设计

在适当的地点、时间，将一定数量的废气排放，利用污染物在大气中的扩散稀释，使污染物的浓度保持在大气质量标准容许的范围内，是一种有效而经济的大气污染控制措施，通常称为稀释法控制。稀释控制主要是通过设计合适的排气筒(或烟囱)，使废气在一定高度以一定的速度和，温度排放来实现的。

管道设计

1 、管道的材料和构造

输送废气的管道，常用材料有钢板 (包括塑料复合钢板 )、混凝土、砖。要求防腐蚀的管道，可采用硬聚氯乙稀、聚丙烯或玻璃钢(玻璃纤维增加塑料)。管材的选择主要根据被输送气体的物理、化学性质，并考虑技术经济条件等因素。

输送废气的管道，大多数采用圆断面，在某些特定条件下可采用矩形或其他形状的断面。由于这类管道规格复杂，用量较少 (相对于其他通用管道而言)，所以目前很少有定，型产品，多数是根据设计要求预制或现场加工的。

2 、管道系统的安排

1)系统划分

排气系统的划分，首先必须考虑排气的性质。例如，排高沸点液体的蒸气或水蒸气，不能与排粉尘合为同一系统;排可燃气体、粉尘或油雾，不能与排热烟气合为同一系统。其次要考虑同时运转的可能性，不同时使用的设备，分系统设置，可以保证运转的灵活性，减少能耗。

2)管道布置

管道布置合理与否，直接影响到系统建造和运转的经济性和可靠性。所以应根据现场情况(建筑物、其他设备或管线)、工艺要求和输送气体的性质，确定管道走向和辅助部件位置(如阀门、阻火器、泄压口、检查口、清扫口、卸灰口、放液口、监测口)等。

管道布置主要原则是：

①管道尽量顺直，不影响生产和交通，避免与建筑物、其他设备和管 线发生矛盾，少占有效空间，并且要便于安装和维修。

②管道应避免断面和方向的突变 (如突扩、突缩、急转弯)，减少合流，气流的冲突，以降低气流压损，避免积尘或磨损。

③输送含尘气体的管道，应尽量避免横管。如果要进行水平方向较长 距离的输送，可将管道布置成若干段倾斜管 (与水平面的夹角要在45°~~60°)，或在横管上连续设排灰斗。，

④输送含高凝结点蒸气、水蒸气或雾滴的废气，横管应保持不小于 0.005的坡度，以便排液。排液方向最好与气流方向一致，并在容易积液的地方(如管道末端、弯头等 )设放液口。

⑤管道沿建筑物设置，或与其他管线平行设置，应保持必要的安装、 检修距离，及有关规范规定的距离。

3)附件设置

①在需要关闭或调节流量处(如各吸气点、管路分支处)，设置阀门。但除尘系统的管道上应尽避免设调节阀，以免堵塞。阀门的种类较多(如蝶阀、插板阀、密闭阀等)，性能各异，应注意，选择使用。

②在管道容易积尘的地方，设检查口或清扫口。在需要进行测试的地方(如直管段、净化设备进出口等处)，设可启闭及便于与，测试、取样仪器连接(法兰或带螺纹短管)的检测口。

③输送含可燃物、腐蚀性气体的废气，要采取防火、防爆和防腐蚀措施。

④输送高温气体的管道，要有补偿因温度变化而引起管道伸缩的措施，如设补偿器或弯管。

⑤排气筒出口的位置、高度、直径、需经过扩散计算确定，以保证对周围环境的影响符合要求。

3、防爆、保温、防腐蚀和防磨损措施

1)防爆

当废气中可燃物 (气体或粉尘 )浓度处于易爆范围，一旦遇高温、明火，就会发生爆炸。处理含可燃物的废气，应特别注意安全。

首先是设计应保证系统内废气中可燃物浓度处于易爆浓度下限以下，并且要避免局部出现污染物积聚。系统内应杜绝一切火源，如摩擦或撞击引起的火花、电火花等

为了防止火焰在设备之间传播，可在管路上装设金属网或砾石阻火器。

在容易发生爆炸的部位，应设置泄爆门。

气体管路中采用的连接水封 。

2)保温

当废气温度较高，且其中存在水蒸气或其他高沸点物质蒸气时，为了避免在管道和设备内出现液体凝结，必须对管道和设备采取保温措施。

寒冷地区的液体管道和湿式净化设备，也需要保温，防止冻结。

3)防腐蚀

设备、管道受腐蚀，会缩短使用寿命，影响工作性能，以至失效;还会引起跑、冒、滴、漏等无组织排放，甚至造成事故。

对金属材料，可增加耐腐蚀金属镀层;也可采用非金属保护膜，如表面加涂料、搪瓷、刷沥青、复合塑料、衬贴橡胶等。

采用适当的耐腐蚀材料，也是重要的防腐措施

4)防磨损

除尘系统的设备和管道易受磨损，磨损引起漏气，会严重影响效果。气态污染物净化系统如果使用含固体颗粒的浆料，也有磨损问题。

防止磨损的主要措施：保持气体流速适当，改进管道(主要是弯管)和设备(如离心分离器)的形状和构造;采用耐磨材料作衬里或使用耐磨材料制成的部件。

编辑：张伟