1、潮州市三环有限公司 陶瓷基片烧结炉废气治理工程设计 学生：学生：指导老师：指导老师：设计总说明设计总说明 本毕业设计的对象是广东潮州三环（集团）股份有限公司的陶瓷基片生产过程中产生的有机恶臭气体。在陶瓷基片成型加工过程中，主体原料氧化铝系粉体，需要用聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等黏合剂粘合。因此陶瓷胚基片中含有聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物，经高温烧结工艺后从基片中挥发出恶臭气体，影响到周围民众的正常生活。此恶臭气体系有机废气，考虑到有机废气的净化率和工程实际情况与经济可行性，本毕业设计通过对恶臭去除各种方法的比较并结合潮州市三环（集团）股份有限公司生产陶瓷基
2、片工艺的实际情况，决定采用直接燃烧法处理工艺对产生的恶臭进行处理，使其气体排放达到环境的要求标准。广东潮州三环（集团）股份有限公司生产陶瓷基片的过程中，产生的恶臭是由于聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物所引起的。在高温下，聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物被氧化，氧化反应剧烈且完全彻底，其氧化产物是对人体无害的二氧化碳和水。根据此原理，对生产过程中产生的有机废气（恶臭）用专用的管道进行集中收集，将收集到的气体送入烧结炉烧结段进行燃烧，燃烧后的热烟气又经锅炉引风机加压，进入烧结炉预热段的间接换热器，如此周而复始。经间接换热器换热后的低温烟气汇集后经烟囱排放，从而使
3、恶臭污染问题得以解决。工程设计背景 潮州三环（集团）股份有限公司位于广东省潮州市凤塘三环工业城。是一家著名的大型高科技电子元器件制造企业，连续十一年被评为中国电子元器件制造百强企业单位。公司新研发的氧化铝陶瓷基片，MLCC片式电容器、微波介质滤波器、光纤连接器瓷芯等为通讯配套的新型元器件，已成为公司新一轮发展的主导产品。本方案的处理对象为其中的1氧化铝陶瓷基片烧结炉。由于在陶瓷胚基片成型加工过程中，主体原料氧化铝系粉体，需要用聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等黏合剂粘合，因此陶瓷胚基片中含有聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物。这些有机物在烧结炉的预热段挥发，产生一种刺
4、激人的嗅觉器官，普遍引起不愉快或厌恶、损害人体健康的气味。因此需对烟气进行脱臭治理。设计原则（1）不影响陶瓷烧结工艺的正常进行。（2）不改变陶瓷烧结炉外形结构。（3）严格执行国家有关环境保护的各项规定，确保处理后的废气达标排放。（4）采用技术先进，运行稳定可靠的工艺，将先进性、可靠性和实用性有机结合。（5）保障处理系统正常稳定运行，要求工艺流程简练、设备品质先进可靠，操作简单，减少设备维修，便于运行管理。（6）本着安全使用，经济合理的原则，尽可能降低运行费用。工艺选择原则 在选择处理技术方法时，全面考虑如下因素：1、最好能以废制废，减低运行成本；2、工艺要成熟可靠，运行稳定；3、因恶臭物质的嗅
5、阈值极低，因此应选择脱臭效 率极高的技术方法；4、操作要方便灵活；5、占地面积要小；6、使用寿命要长；7、总投资应尽可能小；8、无二次污染产生。主要技术经济性能指标比较 净化方法 净化效率 工艺操作 运行成本 二次污染 适用废气浓度范围 备注 燃烧法 高 简便 高 无 中、高浓度废气 运行性能稳定，能量消耗大 催化燃烧法 高 简便 较高 无 各种浓度废气 废催化剂会产生二次污染 吸附法 高 简便 高 无 低浓度废气 吸附剂无再生时，会产生二次污染 吸收法 不高 简便 低 有 废气的浓度限制较小 工程投资小 冷凝法 高 简便 高 无 高浓度废气 净化程度受冷凝温度限制，可回收物质 生物法 较高
6、方便 低 无 低浓度废气 工程投资小，但占地面积过大，性能不稳定 陶瓷胚基片陶瓷烧结炉预热段陶瓷烧结炉烧结段陶瓷烧结炉冷却段陶瓷基片产品热烟气间接热交换器换热后汇集烟道烟 囱排 放图图4.1陶瓷烧结炉有机废气治理工艺流程图瓷烧结炉有机废气治理工艺流程图 比较以上六种处理，并结合潮州市三环集团的实际情况，本设计采用直接燃烧法进行设计，其工艺流程如下：工程特征 本项目不是普通意义上的环境污染治理工程（工业炉窑废气处理），而是具有工艺技术改造（节能）性质并结合环境污染治理的综合工程。它具有如下特征：1.陶瓷生产工艺技术性强 2.环境污染治理水平要求高 3.工程效益大但风险也大 工程存在如下二大风险：
7、1、实现间接加热后，陶瓷胚基片预热段的温度分布有可能不适应陶瓷烧结工艺的要求而影响产品质量。2、实现间接加热后，进入陶瓷胚基片烧结段的气体中，聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等物质的浓度有可能达到“爆炸下限”浓度，从而发生生产事故。工程的技术关键 本方案的技术关键是如何进行间接换热器对烧结炉预热段的温度调节。必须：1、距离烧结炉炉头1730mm的1温度测孔处的温度为130；2、距离烧结炉炉头1690mm的2温度测孔处的温度为160；3、距离烧结炉炉头2960mm的3温度测孔处的温度为220；4、距离烧结炉炉头3200mm的4温度测孔处的温度为290；5、距离烧结炉炉头2980mm的5
8、温度测孔处的温度为400；6、距离烧结炉炉头3100mm的6温度测孔处的温度为650。本设计优点 本方案是将恶臭污染消灭在产品的生产过程之中，是目前国家大力提倡的“清洁生产”的方法。不仅从根本上解决了恶臭的污染问题，而且还利用了陶瓷基片胚体中的聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物的热值，降低了陶瓷烧结炉的燃料消耗。工程设计计算 1.空气量、烟气量及散热量的计算 窑炉中采用的瓦斯作为燃料，经过厂方鉴定，其主要成分为丁（C4H10）而排出的燃烧气体也很高温，初始温度假定在1100进行计算。产热量计算：M=90 燃烧化学式：先以每完全燃烧时候所需要的理论需氧量：假定干空气中的氮气和氧气
9、的摩尔比是3.78，则1完全燃烧时候所需要的理论空气量为 即 2:(158/)470.0COkgg molmol41022213452C HOCOH O1332583.5862kg4103.58632/112.1/kgg molmol kgC H112.1(3.78 1)535.8/mol kg322.4535.812.0/1000Nmkg理论空气量条件下的烟气组成：2:(158/)586.2H Okgg molmol 2:112.1 3.78423.7Nmol理论烟气量：即：70 86.2 423.7580mol322.458013/1000Nmkg1kg完全燃烧时候所需要的理论空气量质量流
10、量：44 70 18 86.228 423.716495.2g=16.5kg16.5 901485kg h实际中瓦斯的燃烧速率为90kg/h，则其消耗率为：因为燃烧时候陶瓷基片胚体中的聚乙烯醇缩丁酸（PVB）、二丁酯（DBP）等有机物会 与氧气反应挥发出来，故需要比较大的空气过剩系数，取空气过剩系数a=1.2时，实际烟气量为：313 12 0.215.4/Nmkg390 12.01080/Nmh实际中瓦斯的燃烧速率为90kg/h,则理论空气量为：理论烟气量为：390 15.41386/Nmh而实际空气量质量流量：14851.21782kgkg当理论烟气量在1100，时理论烟气量的实际体积为：3
11、1386(1373.15273.15)6968/Nmh燃烧过程中的低位发热量计算 每摩丁烷燃烧放出的热量为2900kj，而摩尔液态水汽化时需要吸收44kj的热量 所以燃烧过程中产生的总热量为：690(1000 58 29005 1000 58 44)4.16 10 kj 2.换热器的设计计算换热器的设计计算 由于本项目在工艺技术改造（节能）的过程中采用间接放热工艺，所以对换热器的选择及其进行热平衡计算相当重要，本设计在陈老师的指导下，重点对热平衡计算，以确定换热面积。计算后放热量和温度后查换热器设计手册确定换热器的设计参数。换热器管径和管数详细情况一览表 公称直径DN mm 公称压力PN MP
12、a 管子根数n 中心排管数 n 管程流通面积 m2 换热管长度L mm 换热面积A m2 500 1.60 174 14 0.0603 3000 39.6 总换热面积：A=39.66=237.6M2 主体工程设施 本项目的主体工程设施是安装在氧化铝陶瓷烧结炉陶瓷胚基片预热段内的间接换热器。从结构上来看，间接换热器可以采用“板腔式”，也可以采用“壳管式”。从制作材料来看，可以采用不锈钢材料，也可以采用普通炭钢材料。前者结构简单、传热面积计算直观，容易绘图，后者结构比较复杂，传热效率高。本方案采用壳管式换热器进行绘图和进行工程投资概算。间接换热器采用0.7mm厚度的不锈钢板制作。间接换热器断面结构
13、表示意图 图图5.1间接换热器纵段面结构示意图间接换热器纵段面结构示意图图图烟气烟气进口进口烟气烟气进口进口烟气出口烟气出口烟气出口烟气出口管线布置图 烟囱返烟风机返烟风机图1 陶瓷烧结炉陶瓷胚基片预热段管线立面布置图图2 陶瓷烧结炉陶瓷胚基片预热段炉顶管线平面布置图烧结窑立体截面图 车间地面附属设备 附属设备设施主要有：间接换热器上部集气烟道、烟气再循环加压风机，烟气流量控制阀门及排气筒，风管，控制柜等。烟气再循环加压风机 烟气再循环加压风机采用Y5-47-5C型锅炉引风机。转速2900n/min，风压大于2000Pa，风量 4723-8909m3/h，功率为7.5kw。本项目共需烟气再循环
14、加压风机2台,一备一用。工程概算及运行费用 序号序号 设备设施名称设备设施名称 单位单位 数量数量 单价（万元）单价（万元）总价（万元）总价（万元）1 间接换热器间接换热器 个个 12 10.00 120.00 2 上部集气烟道上部集气烟道 条条 2 8.00 16.00 3 循环加压风机循环加压风机 台台 2 0.50 1.00 4 烟气流量控制阀烟气流量控制阀门门 个个 92 0.10 9.20 5 风风 管管 米米 30 0.05 1.50 6 电气控制系统电气控制系统 个个 2 0.10 0.20 7 设备设施制作工程费用设备设施制作工程费用 147.90 8 设备设施安装工程费用设备
15、设施安装工程费用 29.58 9 工程直接费用总额工程直接费用总额 177.48 直接工程费用概算表直接工程费用概算表 工程概算及运行费用 工程总投资概算表 序号序号 分项费用名称分项费用名称 投资额（万元）投资额（万元）备备 注注 1 工程直接费用总额工程直接费用总额 177.48 详见表详见表6.2 2 设备设施制作工程费设备设施制作工程费用用 147.90 详见表详见表6.2 3 安装工程费用安装工程费用 29.58 详见表详见表6.2 4 运杂费运杂费 8.88“1”5 5 设计费设计费 26.62“1”15 6 调试费调试费 17.75“1”10 7 不可预见费用不可预见费用 26.
16、62“1”15 8 合合 计计 257.35 参 考 文 献 1 王志魁主编.化工原理.第二版.北京.化学工业出版社.1998.10 2 赫吉明 马广大主编.大气污染控制工程.第二版.北京.高等教育出版社，2002 3 贺匡国主编.化工容器及设备简明设计手册.化学工业出版社，1989 4 黄学敏.张承中主编.大气污染控制工程实践教程.北京.化学工业出版社.2003.9 5 立本英机.安部郁夫（日）主编.高尚愚译编.活性炭的应用技术其维持管理及存在问题.南京.东南大学出版社，2002.7 6 林肇信主编.大气污染控制工程.高等教育出版社.1991.5 7 全燮.杨凤林主编.环境工程计算手册.中国石化出版社.2003.6 8 吴忠标主编.实用环境工程手册大气污染控制工程.化学工业出版社.2001.9 9 姜安玺主编.空气污染控制.北京：化学工业出版社.2003 参考文献 10 朗晓珍.杨毅宏主编.冶金环境保护及三废治理技术.东北大学出版社.2002 11 童志权等主编.工业废气污染控制与利用.北京.化学工业出版社，1988 12 王绍文.张殿印.徐世勤.董保澍主编.环保设备材料手册.冶金工
