1、第四章 方法选择与工艺流程设计污染治理系统设计工艺设计非工艺设计土建电气控制动力采暖通风给排水工艺设计任务污染治理方法选择物料流向工艺流程设计能量变化设备设计与选择工艺流程图、车间工段布置图工艺管道设计：主、辅设备间联通的管道设计非工艺项目的条件提出编制概/预算书主体设备与辅助设备间的工艺关系主要物料辅助物料主体设备工艺参数确定辅助设备选型流程运行操作条件和控制方式（1）治理方法的选择 治理方法和工艺路线的选择是所有环境工程设计最重要的开端，必须对各种治理方法作全面的分析，进行技术经济比较，选择合理的治理方法。（2）工艺流程设计 以图解的形式表示出整个治理过程的全貌，即从待处理的废气、废水或固
2、体废弃物到处理达标排放或实现无害化，需要经过那些过程和设备，这些设备之间的关系、衔接以及它们的相对位差如何，并对流程图作出叙述等。一般而言，工艺流程设计开始最早而结束最晚。（3）物料计算 在物料衡算的基础上求出废气、废水或固体废弃物及它们中的污染物、处理剂等进、出处理系统的各种物料的质量、体积和成分等，最后汇总出物料平衡表或原材料消耗表。 通过物料衡算，设计工作由定性转入定量阶段，可以正确地进行能量计算、设备计算和工艺流程设计。（4）能量计算 根据能量衡算确定传入或传出的热量，加热剂（或燃料）或冷却剂的消耗量，同时结合设备设计，可算出设备的传热面积，最后得出能量消耗综合表。能量计算一般在物料计
3、算后结合设备设计一起进行。（5）设备设计与选择 通过计算，确定保证达到处理能力和达标排放的设备结构和尺寸。对非标准设备必须进行单独的设计计算，对标准设备则根据计算结果进行选择。 在某些环境工程设计中（例如湿法烟气脱硫系统中烟气再加热设备的设计，催化燃烧法处理有机废气系统中利用燃烧后的高温净化气预热低温待处理有机废气换热器的设计等），设备的设计也包括换热面积的大小，因此“设备设计”和“能量计算”常结合在一起进行。 设备设计的最后结果是得到“设备示意图”和“设备一览表”。（6）车间（工段）布置设计 目的是解决厂房、场地的配制与设备的排列问题。 首先要对车间的各工段、动力间、机修间、化验室、仓库、办
4、公室等作出整体布置和厂房轮廓设计；整体布置和厂房轮廓设计基本就绪后，即可进行设备的排列与布置工作。车间布置设计常同建筑及其他非工艺设计项目发生密切关系，设计工作常是交错进行的。在施工图设计阶段，尚有设备安装设计。（7）工艺管道设计 大部分工作在施工图设计阶段完成，其主要内容有：管道设计（包括各种介质、管径计算、管道材料、管壁厚度和选择以及管道的配置等）；管道地沟断面条件、位置的确定；管道架设方法；管架、保温设计等。（8）工艺系统的操作条件和控制条件 需要提供两个文件，即: a）系统检测、控制条件，是自控人员进行工作的基础；以及， b）统操作条件/规程，是系统运行的规范（9）其他非工艺设计项目的
5、考虑 当车间工艺设计基本告一段落后，其他非工艺设计项目（设备的机械设计、自动控制、土建、采暖、通风、动力、电气等）就要着手进行。这些非工艺项目设计的根据是由工艺设计提供的资料。因此在进行工艺设计的同时，就要考虑其他非工艺设计的条件，以使其他非工艺设计能更好地为治理工艺服务。（10）绘制设计图纸，编制设计说明书。图纸包括PFD图、PID图、平面布置图、甚至立面布置图等，还要编制设计说明书。（11）编制概（预）算书 概算是根据初步设计的内容，大概计算每项工程项目建设费用的文件，列入初步设计文件；预算是根据施工图设计内容，计算每项工程项目建设费用的文件，列入施工图设计文件。治污工艺选择原则合法性先进
6、性可靠性结合实际情况简洁和简单安全性选择方法收集资料设备、设施、仪器等的落实全面比较治污工艺路线的最终确定 例1 汽车、家具喷漆，印刷等行业排放出的含苯系物有机废气的治理，其处理方法有几种可供选择。 实际中，要根据具体的情况来确定处理的工艺路线，如果排放要求较为严格，可采用几种处理方法联合使用：含苯有机废气处理方法对比处理方法处理原理主要设备处理效果投资状况运行费用吸收法气体在液体中的溶解度吸收塔中等中等中等吸附法吸附剂较大的表面积吸附塔良好较高较高催化法催化剂降低活化能催化燃烧塔良好较高高冷凝法降低温度达到露点冷凝器中等较高高燃烧法燃烧使有机物氧化燃烧器较好较高高电晕法电晕放电的物化过程电晕
7、反应器良好中等较高生化法微生物的生命活动生化反应器较好中等较低含苯有机废气处理方法对比（续）处理方法优点缺点备注吸收法工艺路线较为简单 吸收液处理处理浓度较高吸附法处理效果好吸附剂再生费用高 处理浓度较低催化法处理效果好运行费用较高处理浓度较高冷凝法能回收有用物质运行费用高，只适用高浓度废气处理浓度较高燃烧法工艺简单运行费用高处理浓度较高电晕法工艺简单、管理方便处于实验阶段生化法运行费用低、无二次污染生物抗冲击能力差 处于实验阶段例如：汽车、家具、印刷等行业的有机废气治理的工艺路线选择：含苯有机废气处理大致工艺路线焦碳去除漆皮水幕纤维过滤吸收预处理含苯有机废气吸附净化深度净化风机烟囱例2 啤酒
8、生产主要以玉米和大麦为原料，加入啤酒花和鲜酵母进行酿造而成。其废水主要包括浸麦废水、糖化废水、废酵母液、洗涤废水和冷却排水等。污水中的主要成分为糖类和蛋白质，主要水质指标为COD = 10002500 mg/L，BOD = 700 1500mg/L，SS = 300 600mg/L，pH = 56，属于中等浓度可生物降解的有机废水。该废水处理工艺路线有以下几种选择：选择说明：如果废水浓度较大，需要进行多级才能达到排放标准；同时有高浓度和低浓度废水时要分别进行处理；如果场地较小，要选择占地较小的处理工艺。例3 城市污水成熟的处理工艺路线是：预处理、一级处理、二级处理、三级处理 ( 深度处理)和污
9、泥处理，其中的核心部分是二级的生化处理。目前，预处理都是格栅和沉沙池，原有的二级生化处理是指活性污泥法，现在由于处理的要求提高，不仅要去除有机污染物，而且要去除氮和磷等污染物，因此就在活性污泥法这一成熟的技术上延伸和发展出新技术、新工艺和新设备，并被开发和推广应用，这些方法有AB法、A2O法、SBR法、ICEAS(改进的SBR法)、氧化沟及酸化水解与耗氧串联处理工艺等。现在我国的城市污水处理的二级生化处理基本上是采用以上工艺流程，因此在设计城市污水处理流程时，可采用上述的处理方法。例4 在除尘系统中防止风机噪声时，一种方法是采用帆布类进行风机进口软连接，另一种是对风机本身进行加大基础或单独设计
10、基础，即设计减振的措施，这些都是成熟的技术，在设计中可以采用。 例5 采用吹脱法处理含氨废水，如果不对吹脱的气体进行有效的处理，就会把水中的氨转换成空气中的氨，造成污染物转移，这样并没有达到真正的去除氨的目的。可用HCl吸收吹脱气体中的氨，避免污染物的转移。 避免二次污染物的避免二次污染物的产生产生：例6 采用燃烧法处理固体废弃物，因固体废弃物中的成分十分复杂，如果燃烧的温度较低，不仅固体废弃物中的碳不能完全燃烧，会产生碳的小颗粒，污染环境，而且有机物燃烧可产生二噁英类物质，这是国际上公认的致癌物质，所以设计燃烧温度应在805以上，可避免二次污染物的产生。避免二次污染物的避免二次污染物的产生产
11、生：例7 采用燃烧法处理有机废气时，由于燃烧可使排放的烟气温度较高，具有较大的热量，因此可使排放的烟气经过热交换器，将热量交换给要进燃烧室的废气，以减少能量的消耗，其工艺见图：处理处理量较大时选择连续的处理工艺量较大时选择连续的处理工艺 对于连续生产产生的污染，要处理的量较大时采用连续的处理工艺较为适宜。例8 催化燃烧法处理浓度较高的有机废气时，在该工艺开始启动 (开车) 时，需要进行加电预热，启动后就可利用有机物自身燃烧产生的热量进行工作，维持整个系统的稳定。该处理工艺需要采用连续的处理工艺。处理处理量较小时选择间歇处理工艺量较小时选择间歇处理工艺 生产规模较小，产生的污染不是连续的，且要处
12、理的量小,时可采用间歇的处理工艺。例9 清洗汽车产生的废水是不连续的，考虑处理工艺应是间歇性的处理工艺。尽可能尽可能回收有用的回收有用的物质物质：在生产中排放的污染物有些是有回收价值的，在处理时要充分考虑这些污染物的回收利用，尽量做到能直接利用收集的污染物，同时要还要考虑以废治废。例10 采用以萘为原料的流化床法生产苯酐时，在其热熔工序中产生含顺酐的有机废气，顺酐被水吸收成为顺酸水溶液，由于顺酸可异构为反丁烯二酸，其溶解度甚小，在室温下就可从母液中结晶析出，从而生产了有用的物质。考虑考虑处理能力的配套性和处理能力的配套性和一致性，且一致性，且要有一定操作的要有一定操作的弹性弹性： 设计的处理能
13、力一般要略大于实际所需要的处理量，使处理能力有一定的富余量，以使处理系统能适应实际的变化。选择设备的处理能力不能过大或过小，与实际要基本一致；对易损和易坏的部件采用双套切换，保证系统能正常运行；一般的配件要选择基本一样的，如选择法兰的螺丝尽量使整个系统的一致。工艺流程设计工艺流程设计的主要任务是设计各个污染物处理单元的具体内容、大小尺寸、顺序和排列方式，以达到有效处理污染物的目的设备大小尺寸等主要依靠工艺计算来完成设备的组合依据工艺要求来进行设计物料流向工艺流程设计能量变化主体设备与辅助设备间的工艺关系主要物料辅助物料工艺流设计设备工艺参数，（主要设备、辅助设备、管道）监测控制方案，PID图操
14、作运行方案工艺计算工艺计算常包括物料衡算、能量衡算以及工艺设备的计算。物料衡算是设计的基础，能量衡算等其他工艺计算都必须以物理衡算结果为依据明确物料衡算范围明确衡算系统中的化学变化明确计算对象选择计算基准画出物理衡算示意图能量衡算的作用确定流体输送机械（泵、压缩机、通风机）和其他操作机械（搅拌机、过滤机、粉碎机等）所需功率确定各单元过程（如冷却过程等）所需热量、冷量、及其传递速率核算能耗能量衡算时常常需要考虑的能量：物料带入的能量过程的热效应加热设备时所需的热量加热（冷却剂）带入（走）的能量物料带出的热量热损失如图所示，有一气体洗涤除尘塔（湍球填料），不洁净气体从塔的底部进入，用离心水泵从槽抽
15、水，送至洗涤塔顶部喷下，从上往下与气体逆流接触，污水从塔底经过水封排出，经过洗涤后的气体（净气）从塔的上部引出，已知：1处理干气量2442.82Nm3/h；2洗涤塔的操作温度为35（塔内平均温度）；3操作压力为3100mmH2O（表压），全塔压降为100mmH2O；4湍球填料经验操作空塔气速ws=2.5m/s，喷淋密度40m3/m2h；5塔顶水进口处距地面的距离为11m，地下水槽液面距地面3m；6地下水槽液面上的压强为750mmHg；7泵的效率为60；8管道的阻力损失10mH2O；求：1洗涤塔内径；2泵的轴功率及电机功率一、洗涤塔内径的计算设进塔气体被水蒸气饱和，可由手册查得35的饱和水蒸气分
16、压pH2O=42.17mmHgp进=750+3100/13.6=977.94 mmHgp出=750+3000/13.6=970.59 mmHgp平均=(977.94+970.59)/2= 974.07 mmHg则进塔气体中水蒸气量：OHOHpppvv22平均干水汽84.11317.4207.97417.4282.2442水汽v92.222007.97475027335273)84.11382.2442(操作v561. 036005 . 214. 392.222044swvD60. 2360055. 014. 392.222042sw Nm3/hm3/h m/s操作状态下的气体量：塔内径：m取整
17、，D0.55 m；核算实际空塔气速：二、泵的功率计算1每小时泵需要输送的液体量：泵每小时需要输送的液体量可根据喷淋密度而求得。根据条件，喷淋密度40m3/m2h；则小时液体用量：W=（3.14/4）0.55240=0.7850.552409.5 m3/h 2能量衡算选择地下水槽的液面11截面为基准面00，列11截面与22截面的能量衡算式（即柏努利方程式）： fhpgwzpgwzl2222121122gw221gw2221p2pfh式中：z1,z2单位重量（1kg）流体在截面11，22处所具有的位能，其单位为m；单位重量（1kg）流体在截面11，22处所具有的动能，其单位为m单位重量（1kg）流
18、体在截面11，22处所具有的 静压能，其单位为m；p1,p2 分别为11，22截面的压强，kg/m2流体密度，其单位为kg/m3l 泵供给的能量，也称为泵的扬程，其单位为m；单位重量流体流动时，因摩擦阻力而消耗的能量，其单位为m；因为，z10，所以z211+3=14m；p1p0=750mmHg(750/735.6)104=1.02104，kg/m2p2(750/735.6)104(3000/1000)1000=1.32104, kg/m2;35 2OH1000kg/m3; W10;为了计算w2，还必须选择管径。可用经验式近似地估算管径： 对于碳钢管，其计算式为：37. 052. 0282GD最
19、佳对于不锈钢管：35. 050. 0最佳226GDG流量，kg/s;密度，kg/m3;通常选用碳钢管，则26.361000360010005 . 928237. 052. 0Dmm所以可以选择40 mm的碳钢管子。 10. 2)04. 0(4136005 . 922wm/s将有关数据代入衡算式，可得：l=27.23 mH2O;重量流量9.51000/36002.64 kg/s；泵的有效功率：P有效2.6427.23=71.89 Kgm/s因为，1kW=102 kgm/s；所以：P有效71.89/1020.705 kW泵的轴功率P轴0.705/0.61=1.16 kW；电动机功率P电KP轴/传其
20、中K为电机的富余系数，其值大于1；传为传动效率，如果电动机与泵直接连接，传1，如果用皮带轮连接，责传0.95 1kw102kgm/s1Hp75kgm/s 1kw1000Nm/s电动机富余系数电动机富余系数P轴轴(kW)电动机的富余系数电动机的富余系数501.061.08从表中根据轴功率选出富余系数1.3，则电动机功率为：P电=1.161.31.51 kW取电机为1.5kW工艺流程图工艺流程图带控制点的工艺流程图管道仪表流程图方框流程图工艺方案流程图方框流程图：进行概念设计时使用的一种流程图，不进入设计文件根据方框流程图可以进行物料衡算工艺方案流程图：定性地表示物料流程和主要设备工艺关系工艺方案
21、流程图组成包括：1)流程、2)图例、3)设备一览表流程：设备示意图、流程管线、流向箭头、文字注释图例：管线图例方框流程图的深入和变体，为设备计算使用只带有示意性质，不进入设计文件，常在“技术方案”“投标书”一类文件中使用工艺方案流程图绘制要求：地平线：细实线设备：细实线，大致反应设备尺寸，从左到右排列，留有一定距离以画管线，设备要编号非主要流程：公用水、汽、气、真空、冷却水等，采用中实线，并配上箭头，用文字标明介质名称流程线相交，一般是细线让粗线主要流程线：粗实线，并配上箭头，并用文字标注物料名称，来源、去处图下方标明图例、设备编号及名称必要的文字注释清水池石灰乳泵石灰制浆池螺旋加料机循环池搅
22、拌机脱硫循环池清水泵石灰石灰粉仓工业水pH计脱硫除尘器沉渣池引风机烟囱水膜除尘段锅炉烟气除雾器脱硫部件袋装石灰粉制浆池搅拌机循环泵方案流程图大学大气环保设计研究所制图设计审核厂35t/h燃煤锅炉烟气脱硫工程克劳斯提出氨水中和法用于处理焦炉煤气脱除克劳斯提出氨水中和法用于处理焦炉煤气脱除H2S带控制点的工艺流程图：带控制点的工艺流程图，通常是在工艺流程方案图确定后、物料衡算、能量衡算、以及工艺设备计算完成之后进行设计和绘制。在初步设计阶段，除了完成工艺计算、确定工艺流程外，还应确定主要工艺参数的控制方案，即在定量的工艺流程图上表示出自动控制的方案，成为带控制点工艺流程图。带控制点工艺流程图是可用
23、于施工的工艺流程图，一般由工艺专业技术人员和自控专业技术人员合作完成，列入初步设计文件。带控制点的工艺流程图主要内容包括：带设备位号、名称和接管口的各种设备示意图带管道号、规格和阀门等管件以及仪表控制点（测温、测流量及分析点等）的各种管道流程线对阀门等管件和仪表控制点图例符号的说明标题栏注明图名、图号、设计阶段TpFCIJ带控制点工艺流程图中，设备图形的比例一般采用1:100，如设备过小或流程较简单可采用1:50，如设备过大或流程较复杂可采用1:200。由于并未完全按比例绘制，故标题拦中“比例” 一项不于注明。图幅一般采用A1图纸，特别复杂的可适当加长，特别简单的可采用A2图纸。图幅：多用长条
24、形，以前常用标准加长；现一般采用A1图幅，不再加长；简单的用A2图幅带控制点的工艺流程图：1）设备画法：图形：一般按比例用细实线绘制主要轮廓和形状特征，有时也要画出具有工艺特征的内构件，如填料、搅拌器等。内构件可用细虚线画出。相对位置：设备或构筑物的高低一般按比例绘制。低于地面的需画在地平线以下，尽量符合实际安装情况。相同设备的画法：一般应全部绘出。只画一套时，被省略的设备须用细双点线绘出矩形表示，并在矩形内注明设备名称、位号等。在工艺流程图中，依物料流程将设备从左至右展开，标注设备位号MESM常用常用设备设备图例图例设备的标注：标注内容：同一系统中设备位号不能重复，应标注序号、名称，并主要初
25、步设计与施工图设计的名称标注应一致。如在施工图设计时，设备有变化，则应按顺序补充或取消（保留空号）标注方式：1)设备的序号、名称应标注在相应设备图形的上方或下方，并尽可能正对设备。序号一般为三、四位数，第一位通常表示工艺系统序号，后两、三位为编号，重复设备加脚标。2)设备内或其近旁，此处只注位号，不注名称设备位号线相同设备的尾号设备顺序号主项代号设备分类号C0801A图43 设备位号编法 设备位号编法设备位号编法带控制点的工艺流程图：2）管道画法：一般应画出治理工艺的所有工艺物料管线及辅助物料（水、汽、气等）管线、阀门、管件及工艺参数（温度、压力、流量、液位、物料组成、浓度等）的测量点，并表示
26、出自动控制的方案。（a）线形 主物料管道及大管径管道（108mm）用粗实线（线宽b=0.9mm左右）表示，辅助管道用中实线（b=0.6mm左右）表示，仪表管线则用细虚线或细实线（b=0.3mm左右）表示。保温（或冷却）管线除了按规定线形绘制外，还要画出一小段示意的保温管。（b）交叉与转弯 绘制管道时，要尽量避免穿过设备或管道交叉；不能避免穿过设备时，应断开管线；管线交叉时，应辅让主，细让粗，后让先，断开处间歇要明显。管道应尽量画成水平或垂直的，转弯处成直角。图中管道应尽量反映安装中的高低位置，地下管道应画在地平线以下。（c）管道标注 管道号：由物料代号、主项代号和管道分段顺序号组成。PG080
27、150B32 L01管径管道等级管道分段顺序号主项代号物料代号管道号 图44管道的标注管道的标注管道的标注物料代号：物料名称代号物料名称代号物料名称代号空气氨排污燃料气燃料油高压蒸汽循环冷却水回水AAMBDFG FOHSHW仪表空气低压蒸汽中压蒸汽天然气氮氧工艺空气IALSMSNGNOPA工艺气体工艺液体工艺水泥浆软水真空排放气放空气PGPLPWSLSWVEVT管径：一律注公称直径。公制管以mm为单位，只注数字，不注单位。如DN80、DN150、DN300。英制管径以英寸为单位，需标注英寸的符号，如1/2、4、12。对英制加厚管，则在英制直径后加注“S”，如4S、6S。管道等级：在流程图中，管
28、道编号中的第二组代表管道的技术要求，一般包括管道公称压力等级、同类管道顺序号、管道材质、隔热与隔声要求等。（d）管道上阀门、管件的表示用细实线画出必要的阀门和管件的符号常用管件、阀件图例常用管件、阀件图例名 称Y型过滤器T型过滤器锥型过滤器阻火器文氏管消音器喷射器截止阀节流阀角 阀闸 阀球 阀隔膜阀碟 阀 减压阀名 称图 例图 例四通旋塞阀三通旋塞阀旋塞阀弹簧式安全阀杠杆式安全阀止回阀直流截式阀底 阀疏水阀放空管敞口漏斗异径管 视镜 爆破膜 喷淋管（d）管道上控制仪表的表示与标注在工艺流程图上应按标准图例画出和标注全部与工艺有关的检测仪表、调节控制系统和分析取样点，以及必要的文字注解常用仪表图
29、形符号常用仪表图形符号符 号意 义就地安装集中安装通用执行机构无弹簧气动阀有弹簧气动阀带定器气动阀活 塞执 行机 构电 磁执 行机 构电 动执 行机 构变送器转子流量计孔板行机构SM测量参数代号测量参数代号测量参数代号测量参数代号物料组成A压力或真空P长度G放射性R流量F温度T电导率C转速N物位L数量或件数Q电流I重力或力W水分或湿度M密度D速度或频率S未分类参数X仪表常用检测参数代号仪表常用检测参数代号仪表功能代号仪表功能代号检测仪表的图示与标注检测仪表的图示与标注功能代号功能代号功能代号功能代号功能代号功能代号功能代号指示I扫描J控制C连锁S捡出E指示灯L多功能U代号R开关S报警A积算Q变
30、送T手动K未分类X测量点检测仪表(a)水平管道PIJ102(b)垂直管道FIA106测量点检测仪表TIC108检测仪表测量点(c)设备常用仪表位号由前、后两部分构成，第一部分为工段号，通常是1位数；第二部分为仪表分类序号，通常是2位数，不同被测参数的仪表位号不得连续编号。如下图中106代表的第1工段第06号流量计。测量点检测仪表(a)水平管道PIJ102(b)垂直管道FIA106测量点检测仪表TIC108检测仪表测量点(c)设备带控制点的工艺流程图：3）设备一览表设备一览表内容有：序号； 流程号；设备名称；设备规格；设备数量；设备材料及质量；备注。标题栏的内容有：建设单位及项目名称，图名，设计单位，设计、制图、审核人员签名，图号、设计阶段等。图签及图框的规格、样式可参考有关制图的书籍。工艺安装流程图中图例：MESM常常用用设设备备图图例例在管道上需要用细实线画出全部的阀门和部分管件(如阻火器、变径管、盲板等)的符号，有关规定可参阅国家标准GB 6567.486管路系统的图形符号、阀门和控制元件。管道中的一般连接，如法兰、三通、弯头等没有特殊的要求均不予画出。
