毕业设计（论文）-Q1500半自动焊烟净化设备设计（全套图纸）.pdf

第一章 绪论 1.1 课题的意义 在焊接操作中经常会产生一些有毒的物质。如：乙醛、松香酸、异氰酸盐、 氮氧化物、硫化物、碳氢化合物等。并在空气中飞扬。它通过呼吸道侵入到人的 肝、肺、心血管及血液中。这些有毒物质正严重的吞噬人类的健康。导致许多职 业病的出现。如：肺癌、哮喘、湿疹、支气管炎、皮肤过敏、呼吸道感染等等， 重则紊乱中枢神经，破坏消化系统，导致并发症而衰竭死亡。 因此，工业空气净化设备对提高国民经济，对每个企业有着重要意义：能保 证员工的健康与安全，有利于提高企业生产利润。 全套图纸加153893706 1.2 国内外除尘技术发展及现状 为了防止粉尘对人体的危害，世界各国制定了愈来愈严格的控制标准，大力 发展净化气体的除尘设备。袋式除尘器近年来得到了很快发展；电除尘器作为高 效除尘设备得到各国广泛重视，但它们在国内外还没有得到大量应用。 80 年代以来，世界各国的除尘设备有了很大的发展。 （1）对环境污染的控制标准趋于严格 粉尘作为对人体健康及大气环境污染的重要有害物，越来越为人们所重视， 因而世界各国也采取了相应的限制措施，其中之一是制定严格的法律、法规和标 准。 在美国，1963 年颁布了洁净空气法(Clean Air Act)以后，于 1970 年、1975 年、1977 年多次修订，1990 年修订和补充的洁净空气法经国会通过后成为一部 目前国际上最为严格和详尽的法规。 它的主要内容包括确定有害空气污染物的种 类， 并将全国划分成达标区， 未达标区(随污染物不同而不同)， 对后者限期达标， 同时实行排放许可证制度，此外还有关于汽车排放、酸雨和臭氧层保护等有关条 款。 在标准方面， 美国制定了国家环境空气质量标准(NAAQS),国家有害污染物排 放标准(NE-SNAPS)以及新污染源性能标准(NSPS)等，这些标准控制了污染物排 放，而且愈来愈趋于严格，例如对电站，本世纪初美国的排放标准是 0. 6lb/106Btu. 1971 年的 NSPS 规定为 0.116/106Btu，而 1978 年的 NSPS 进一步 降低到 0. 031b/Btu，仅为本世纪初的 1/20。 在德国，规定各种工业污染物的排放标准为 50mg/m3，不久前公布的 17B1mSchV 标准中规定日平均浓度为 l0mg/m3, 1/2 小时的平均浓度为 30mg/m3。 由于采用了严格的排放标准，德国粉尘排放量自 60 年代以来逐步降低，三 十年来约降低了 65%，并有进一步的降低趋势，而环境中总悬浮物(TSP)浓度也 降低了约 65%。 日本对于通常的燃煤电厂烟气净化系统要求其出口粉尘排放浓度小于 30mg/Nm3，而在大城市附近的燃煤电厂，其要求与燃油电厂相似，要求低于 10mg/Nm3。 从以上可以看出，依照发达国家的排放标准，烟囱上已经看不见烟尘。 我国自 1973 年第一次公布 13 种物质的试行排放标准以来， 各个工业部门都 相继制定了本行业的粉尘排放标准。例如，工业锅炉的排放标准是按照大气环境 标准的一、 二、 三类地区来确定的， 1983 年的标准(GB3841- 83)分别为 200, 400, 600mg/Nm3, 1992 年公布的标准(GB13271 一 91)对于 1992 年 8 月 1 日前安装的 分别为 200, 300, 400mg/Nm3，而 8 月 1 日以后安装的则分别为 100,250, 350mg/Nm3，同时对 SO2 的排放浓度也提出了要求。显然要达到新标准就需要采 用更高效率的除尘设备。 （2）着眼于对人体特别有害的粉尘 细小的粉尘对人体危害较粗颗粒为大，因此从 70 年代以来各国都着重于研 究微细粉尘(通常称为微粒)的控制技术，并提出了许多相应的技术措施。在美国 1992 年洁净空气法中明确提出对小于 lO 微米的粉尘(PM10)进行分类。其达标区 与非达标区是按 PM10 划分的。在非达标区内，中等程度的要求在 1994 年底前达 标，再严重的要求在 2001 年底达标。 毒性粉尘对人体危害最大，1990 年前 NESHAPS 仅对 7 种有毒污物染规定了 标准，其中包括:汞、被、石棉、砷等。但在 1990 的洁净空气法中提出了 189 种有毒污染物(其中许多是固态粉尘)，涉及到许多工业部门，例如燃煤锅炉的排 放物中就有 37 种之多。1988 年美国这些有毒污染物排放的总量超过 24 亿磅。 目前对这些毒物尚未制定标准，洁净空气法要求分期分批在 10 年内完成对 这些毒物的标准制定工作，而在未制定前要求降低 90%，对粉尘要求降低 96% 。 德国对某些毒物制定了标准， 1986年的TA一Lnft标准规定第I级的毒物:Hg, Cd,Ti 的总量要小于 0.2mg/m3，第 I 级 Ag,Co, Ni, Se, T。的总量要小于 1. Omg/m3，第.级 Pb, Sb, Cr,Co,Cu,Mn,V,Sn 的总量要小于 5mg/m，但是新近颁 布的标准 17BLmSch V 有所提高，规定 Cd,Ti 总量小于 0. 05mg/m;Sb,As,小于 0. 5mg/m3，并且对 DioXius 及呋喃的总量规定为 0. OOOOOO1mg/m。 我国的卫生标准对工作区内不同毒性的粉尘有着不同的标准， 但是在排放标 准中尚未得到反映，只是根据不同工业、不同工艺规定了具体的排放标准。 （3）除尘设备的市场不断扩大 据美国 R. W. Meilvaine 报道，1992 年全世界的电除尘器及袋式除尘器的 市场如表所示。 1992 年除尘器的市场(百万美圆) 美国欧洲/非洲 亚洲 总计 电除尘器 600 6001200 2400 袋式除尘器 800 700700 2200 合计 1400 1300 1900 4600 这两类除尘器的销售总和为 46 亿美元。两者的市场相差不大。但是电除尘 器在亚洲的市场远远大于美国和欧洲，而袋式除尘器则在美国占首位。 美国 1993 年粉尘控制设备的市场为 1.53X 109，美元，略高于气体处理设 备 1.456X109 美元，其中的一个原因是电厂的烟气脱硫设备减少。在空气污染 控制设备中，电站占第一位，其次是化工，造纸占第 3 位，石油精炼占第 4 位， 再其次是冶金、水泥、矿山等。 我国的除尘设备自 80 年代以来也得到很大发展，全国生产各类除尘设备的 制造厂约 900 多家，发展较快的是电除尘器和袋式除尘器。以电除尘器为例，70 年代我们只有 1-2 个厂生产电除尘器，而目前电除尘器的生产厂已达 136 个，其 中年产值超干万元的 20 多家。全行业产值近 10 亿元。到 1992 年为止已制造电 除尘器 2800 余台，特别在电力工业中 1979 年全国仅 18 台电除尘器，占火电厂 锅炉容量的 4.8%,而到 1989 年 10 年间发展到 165 台，占 29. 96 0 o，目前在 200MW 及以上的大型发电机组已经全部采用高效电除尘器。 （4）结合气体净化设备发展除尘设备 由于对环境要求的提高，对有害气体如 SO, NO:等也要求控制。在国外发 展较快的一种形式是在喷雾吸收有害气体的同时， 用电除尘器或袋式除尘器回收 其中的固体颗粒，这样除尘设备成为气体净化系统中的重要组成之一。 近年来，意大利、日本以及我国的许多单位，都在开展用脉冲供电的电除尘 器来同时清除烟气中的 so，并取得了较好的效果。 （5）发展高效除尘器 由于各国排放标准日趋提高，特别是对微粒控制的要求越来越严，致使高效 除尘设备得到特别迅速的发展，同时也促进了高效除尘器的研究和开发，其中最 为突出的是电除尘器和袋式除尘器。 在发展高效除尘器的同时，也出现了多种用不同机理组合的除尘设备，如电 一袋式除尘器等，但此类除尘器无论在国内还是国外都没有得到大量应用。 1.3 焊烟净化器的分类 根据工作原理的不同， 焊烟净化器可分为静电式焊烟净化器和机械式焊烟净 化器。 根据安装方式的不同，焊烟净化器可分为卧式焊烟净化器和移动式焊烟净 化器。 根据吸气臂的数量，焊烟净化器可分为单臂焊烟净化器和双臂焊烟净化器。 焊烟净化器的焊烟净化器的清灰方式有手动清灰和脉冲自动清灰， 比较方便 工人作业。 第二章 焊烟净化设备原理方案拟定 2.1 除尘原理 含尘气体进入除尘器灰斗后，由于气流断面突然扩大及气流分布板作用，气 流中一部分粗大颗粒在动和惯性力作用下沉降在灰斗；粒度细、密度小的尘粒进 入滤尘室后，通过布朗扩散和筛滤等组合效应，使粉尘沉积在滤料表面上，净化 后的气体进入净气室由排气管经风机排出。 随着滤袋表面粉尘不断增加，除尘器进出口压差也随之上升。当除尘器阻力 达到设定值时，控制系统发出清灰指令，清灰系统开始工作。首先电磁阀接到信 号后立即开启，使小膜片上部气室的压缩空气被排放，由于小膜片两端受力的改 变， 使被小膜片关闭的排气通道开启， 大膜片上部气室的压缩空气由此通道排出， 大膜片两端受力改变，使大膜片动作，将关闭的输出口打开，气包内的压缩空气 经由输出管和喷吹管喷入袋内，实现清灰。当控制信号停止后，电磁阀关闭，小 膜片、大膜片相继复位，喷吹停止。 图 2-1 除尘原理 2.2 过滤器材的选择 目前市面主要的过滤器材有滤袋式过滤器和滤筒式过滤器： 图 1 滤筒式过滤器和滤袋式过滤器 （1）滤料对比 滤袋滤料：是三维网状涤纶针刺毡。延伸率达 20%，主要靠纤维纤度阻当粉 尘，建立一次粉饼层后提高过滤精度，随着清灰脉冲气流使三维壮结构松弛，粉 尘易进入滤料内部。 滤料与粉尘易吸潮。 滤料厚度为 2.5 毫米。 实际为深层过滤。 滤筒滤料：用细纱连续长纤维纺粘聚酯热轧无纺布做基布，涂覆高分子微孔 塑料烧结膜，延伸率达 0.5-2%，主要依靠滤料表面的微孔膜来阻挡粉尘颗粒进 入滤料的内部。烧结膜滤料具有防水性能布易吸潮。滤料厚度为 0.5 毫米。起到 表面过滤。 （2）过滤元件结构对比 滤袋结构： 圆柱形滤料展开是平面的， 为实际面积。 列如直径 150mm*2000mm 的面积是 1 平方。滤袋形状有圆袋和扁袋，安装时需要另加笼架支撑，安装更换 麻烦。 滤筒结构：圆柱形滤料展开是波浪型。 （类似汽车滤芯，滤料硬挺可打摺波 纹状，增加过滤面积）实际面积大。列如：150mm*2000mm 的过滤面积是 45 平方，是滤袋面积的 45 倍，滤筒形状有园柱型和方型。 安装时不需要另加笼架，安装更换方便。 （3）清灰与过滤精度及阻力 滤袋除尘：以往的滤袋除尘器过滤风速设计的偏高，在 1.52.5m/min，有 于迎面速度过高粉尘极易进入滤料内部，造成清灰困难，阻力高常在 1200Pa 2000 Pa 滤速高阻力大，且滤料松弛易造成滤料透粉，排放超标。特别在含湿糊 袋的工况超速高阻力易造成滤袋破损。一般过滤精度大于 5 微米 99.9%。 滤筒除尘：滤筒式除尘器过滤风速常设计在 0.85 m/min 以下（根据粉尘的 细度定） 。迎面风速低、表面的高分子烧结膜、延伸率低。在清灰时粉尘难以进 入滤料内部，清灰频率低，阻力上升的慢。阻力常在 800-900Pa.。过滤精度大 于 1 微米 99.9%。 （4）除尘器的钢耗与占地对比 滤袋除尘：由于单个滤袋过滤面积小使袋式除尘器壳体外形大，每平方滤料 耗钢量在 20.5 公斤。 滤筒除尘：由于单个滤筒的过滤面积大，使得滤筒式除尘器壳体外形较小，每平 方滤料耗钢量在 8.5 公斤。耗钢量是滤袋除尘器的 3540%。占地面积是滤袋除 尘器的 60%。有于小的钢耗节约了制造周期和安装周期，获得了低的制造成本， 投资是滤袋式除尘器的 8085%。给除尘器使用企业节约了生产场地的空间。使 除尘器使用企业获得了更大的利益。 综合以上比较，本设计所设计的焊烟净化设备要求能移动，因此，要求结构 更紧凑，重量更轻；因此，采用滤筒式过滤器材更合理。 第三章 动力设计与计算 3.1 过滤风速及过滤面积计算 本焊烟净化设备处理风量:18 立方/min 根据已知条件选择过滤风速 一般的过滤风速的选择范围是在 0.81.5m/min 此时根据除尘设备大小和滤带选择风速,本设计选择的是 1m /min 根据过滤风速和处理风量计算过滤面积 公式为：S=Q/V V-过滤风速 S-过滤面积 Q-处理风量 计算后得 S=Q/V=10/1=18 平方米 3.2 滤筒个数计算 滤筒的过滤面积的选择滤筒过滤面积是指滤筒上滤材展开的有效面积。 当我 们把滤筒垂直布置时，滤筒越高对节约整体成本越有利。但滤筒过高，清灰会较 困难，目前国际上一般最长的滤筒也是 2 米。如果除尘器进口粉尘浓度越高，滤 材折叠数可选少一点，折宽选浅一点，即过滤面积少一点，这样更有利于清灰。 对于滤筒式除尘器过滤风速一般为 0.61.8m/min。最理想的过滤风速为 0.9m/min。当粉尘浓度较高时，可以考虑选择较低的过滤风速，降低了过滤风速 有利于提高除尘器的过滤效率，延长滤筒使用寿命，降低工作阻力，改善通风性 能。但除尘器造价有所提高，但在有些特殊情况下，滤筒除尘器的过滤风速也可 选到 3m/min 以上。 滤筒有效过滤面积计算公式： A=L2NM A-过滤面积 m2 L-滤材褶皱宽度 m N-滤材褶皱数量（个） M-滤筒高度 m 本次设计所选滤筒规格为为：350mm/250mm/660mm 的滤筒，褶皱宽度为： 0.04m，褶皱数为 170 个，N-滤材褶皱数量为 2 个 A=0.0421700.66=8.97M 2 所需滤筒个数 K=S/A=18/8.97=2.0 取为 2 个。