大气课程设计说明书-LSB.doc

大气污染控制工程课程设计打磨车间通风除尘布袋除尘器系统设计指导老师：杨家宽教授课设编写者：冯海荣班级：环工0803学号：u200815516华中科技大学环境科学与工程学院二0一一年六月 目录一、局部排气通风系统的设计任务和资料11.1.设计任务和目的11.2.设计资料1二局部排气通风系统的组成22.1集气罩22.2除尘器22.3风机22.4风管32.5其他辅助设备3三.集气罩43.1.集气罩的分类43.2集气罩设计原则43.3.集气罩选择和方案确定43.4.设计计算5四布袋除尘器的选型74.1初选74.2. 滤料74.3.选型74.4. 设计计算8五管网设计105.1. 管网初步设计105.2设计计算10六、通风机选型156.1. 风量156.2. 风压15七、输排灰装置的设计167.1.卸灰阀167.3.输送机转速17八、排气烟囱的设计188.1. 烟囱出口截面尺寸188.2. 风帽18九、工程经济概算199.1.设备投资199.2.运行费用19十、致谢20参考文献21一、局部排气通风系统的设计任务和资料1.1.设计任务和目的本设计任务是为一个喷漆车间设计一个通风除尘系统，因为喷漆车间在工作期间会产生各种粉尘和有害气体，在污染空气的同时，更大的是严重威胁到工作人员的身体健康，因此必须设计一套通风除尘系统，保证工作环境的安全。本通风除尘系统采用袋式除尘器。1.2.设计资料（1）尘源的粉尘特性尘源为喷漆车间的小型零件喷漆工作台，一共16个工作台，分两排置于车间南北两个方向，其尺寸均为(m)：ab=0.40.3。工作台距水平地面高度为1.2m。粉尘粒径为0.451.6 m，含尘空气密度为1.5 kg/m3，气体温度为常温。喷漆车间工作台平面示意图如图1所示。图1 喷漆车间工作台平面布置图（2）集气罩中控制点的的风速按照下表进行风速的选取。表1 控制点的最小控制风速（m/s）污染物放散情况举例以很缓慢的速度放散到相当平静的空气中槽内液体的蒸发；气体或烟从敞口容器中外溢0.250.5以较低的速度放散到尚属平静的空气中室内喷漆；断续地倾倒有尘屑的干物料到容器中；焊接0.51.0以相当大的速度放散出来，或是放散到空气运动迅速的区域在小喷漆室用高压喷漆；快速装袋或装桶；以运输器上给料1.02.5以高速散发出来，或是放散到空气运动很迅速的区域磨削；重破碎；滚筒清理2.510二局部排气通风系统的组成局部排气通风基本原理是通过控制局部气流，使局部工作范围不受有害物的污染，并且造成符合要求的空气环境。典型的局部排气通风系统如图2所示，通常由下述几个部分组成。2.1集气罩集气罩是捕集含尘有害气体的设备装置。通过集气罩口的气流运动，可在有害物散发地点直接捕集有害物而控制其在车间的扩散，保证室内工作区有害物浓度不超过国家卫生标准的要求。集气罩设计应该考虑实际环境，工作场合，以与工作场合匹配为宜，从而最大程度上收集有害气体，减少扩散。2.2除尘器为了保护大气环境或回收原材料，当排气中的粉尘含量超过排放标准时，必须采用除尘器进行处理，达到排放标准后再排入大气。2.3风机 风机由电动机带动，为空气流动提供动力。为了防止风机的磨损和腐蚀，一般把它装置在除尘设备的后面。2.4风管 风管用于连接该系统的各个设备，提供气体流动的道路。风管布置要合理，力求短、直、顺。风管布置设计的好坏关系到管内流体的压力损失大小，从而影响了风机的选择。2.5其他辅助设备其他辅助设备包括清灰除尘设备等，保障系统的运行。3三.集气罩3.1.集气罩的分类按罩口气流流动方式可将集气罩分为吸气式和吹吸式集气罩。利用吸气气流捕集污染空气的集气罩称为吸气集气罩，而吹吸式集气罩则是利用吹吸气流来控制污染物扩散的装置。按集气罩与污染源的相对位置以及密闭情况还可以将吸气式集气罩分为密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩。3.2集气罩设计原则（1）改善排放粉尘有害物的工艺和环境，尽量减少粉尘排放及危害。（2）集气罩的吸气气流方向应尽可能与污染源污染气流运动方向一致，以充分利用污染气流的初始动能。（3）在保证控制污染的条件下，尽量减少集气罩的开口面积，使风量最小。（4）集气罩的吸气气流不允许通过人的呼吸区再进入集气罩内，设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围。（5）集气罩的配置应与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作和设备检修。（6）集气罩应力求结构简单，坚固耐用且造价低，并便于制作安装和拆卸维修。（7）要尽可能避免或减弱干扰气流的影响。（8）集气罩尽可能包围或靠近污染源，使污染物的扩散限制在最小范围内，进可能减少吸气范围，防止横向气流干扰，减少排风量。3.3.集气罩选择和方案确定 基于上述设计原则，而且实际工作环境中工作台面积较小，安装费用不高，喷漆工作过程中，油漆会产生有害气体，故需要相对较高的密闭性，所以本系统选择柜式排气排风罩。柜式排风罩的主要特点是密闭面积大，排气量相对较小，维修也较容易。由于柜内没有热源，而且柜内空气密度为1.5kg/m3，另外上部排风上缘风速偏大，可达孔口平均速度的150%，下缘风速则仅为平均风速的60%，有害气体有可能从操作口下部泄露，因此采用下部排风。其工作原理如下图3.4.设计计算排风量：式中排气柜的排风量，； 排气柜内污染气体产生量，； 操作孔口出的最小平均吸气速度（即控制风速）m/s； 安全系数，一般取1.051.10，若有活动设备，且需经常拆卸时，可取1.52.0； A工作口、观察孔和其他孔口的总面积，m2； 对于某些特定的工艺过程，工作口截面处平均吸气速度有不同的规定。参考工业通风一书附表9可知，对于喷漆工艺过程中产生的油漆悬浮物和溶解蒸汽，其工作口截面处平均速度一般取1.01.5m/s，此处取v=1.0m/s。 这里取1.10，需要说明的是，v、的取值是相辅相成的，由于是喷漆工作，对环境要求较高，故这里选取的v、都相对大一些。由于每个工作台的尺寸为ab=0.40.3，工作台距水平地面高度为1.2m，故工作口尺寸设计为bh=0.40.4m,所以A=0.40.4=0.16m2.柜内有害气体产生速度Q0取为1.0m3/h。代入上式可求得排风量 以上为一个工作台集气罩的排风量，总共有16个工作台，16个集气罩，所以总的排气量为总=634.6 16=10153.6，即布袋除尘器的除尘风量。四布袋除尘器的选型4.1初选袋式除尘器是一种利用有机纤维或无机纤维过滤布（又称过滤材料）将含尘气体中的固体粉尘因过滤（捕集）而分离出来的一种高效除尘设备。因过滤材料多做成布袋，所以又称为布袋除尘器。袋式除尘器有很多类型，有简易袋式除尘器、机械振打式袋式除尘器、气体反吹袋式除尘器等，根据各种袋式除尘器的适用场合和目前国内市场除尘器的技术特点以及考虑经济可行性，本通风除尘系统选用气体反吹式袋式除尘器中的脉冲喷吹式袋式除尘器。脉冲袋式除尘器是一种周期性地向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气（0.50.6MPa）来达到清除粘附在滤袋上的粉尘目的的高效率干式空气净化设备。具有处理能力大，除尘效率高，滤袋使用周期长等特点，可使用各种工业的含尘空气的净化，使用广泛，能耗低，技术成熟。4.2. 滤料滤料的性能对袋式除尘器的工作具有很大的影响，选择滤料时必须全面考虑含尘气体的特性，如粉尘和气体的性质、温度、湿度、粒径等。性能良好的滤料应具备耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高、吸湿性小、效率高、阻力低、使用寿命长、成本低等优点。此外，还要考虑滤料的表面结构，表面起毛的滤料容尘量大，粉尘能深入滤料的内部。 在选择滤料时滤料性能应遵循以下原则：（1） 滤料性能应能满足生产条件和除尘工艺的一般情况和特殊要求；（2） 应选择使用寿命长的滤料；根据该设计任务粉尘的性质特点和各种滤料的适用情况，本设计选取针刺毡作为布袋除尘器的滤料，针刺毡由基料和针扎在基料上的纤维组成，单位面积质量为500650g/m3。4.3.选型 气体温度为25C时产生的气体流量为10153.6m3/s，考虑到泄露等因素，附加10%的风量，则除尘器进口气体量为： 据此选择LSB72-I、1/A型脉冲喷吹式除尘器，其技术参数如下： 过滤面积：68m2； 滤袋数量：72个； 滤袋规格：1202500mm； 处理风量：814020350m3/h； 设备阻力：6001200Pa； 除尘效率：99.5%； 过滤速度：25m/min； 清灰喷吹压力：0.1960.294MPa； 压缩空气耗量：0.10.3m3/min； 电磁脉冲阀：12个； 排灰电机功率：1.1kW; 设备质量：1941.45kg 由此算的实际过滤速度： V=11168.96/68=m/h=2.74m/min 滤袋面积：A=3.140.122.5=0.94m24.4. 设计计算4.4.1 除尘器阻力 除尘器阻力由三部分构成：除尘器结构阻力、滤料本身阻力、粉尘层阻力，其中滤料本身阻力和粉尘层阻力合起来成为过滤阻力。除尘器结构阻力通常为200500Pa，这里取为500Pa。 气体含尘质量浓度： 滤袋粉尘负荷：g=cvt 式中：g滤袋粉尘负荷，g/m2； c气体的含尘质量浓度，g/m3； v过滤速度，m/min； t滤袋清灰周期，min。 这里取t=180min，则g=0.2962.5854180=137.75g/m2。由此查除尘设计手册附表4-5：用线性内插法求得过滤阻力为643.76Pa。则总的阻力为500Pa+643.76Pa=1143.76Pa，在11761470Pa范围内，说明计算无误。4.4.2 除尘效率除尘器进口气体含尘浓度：C=0.296g/m3由气体排放浓度标准要求排放浓度c0=3.010-3g/m3，所以要求除尘效率为：而实际该除尘器的除尘效率达到99.5%，满足要求。五管网设计5.1. 管网初步设计通风排气管网的设计应力求做到结构简单，施工方便，设计好之后不妨碍原车间的生产活动。管道应追求短、直，以减少阻力和管长，减少投资。结合给定的CAD图纸上车间的位置，考虑风向以及与选用的集气罩类型相匹配，管道在车间的分布如下图： 通风除尘系统简易布置图车间内管线南北对称分布，水平两干管。管线有垂直的和水平的，垂直管是连接柜式排气罩和水平支管的管段，长度为1m，水平支管连接垂直支管和水平干管，始端水平支管长0.5m，其他7条水平支管均长为0.8m。南北两条水平干管最后汇集于I点，由水平干管接到袋式除尘器，该连接管长为1.5m。5.2设计计算根据工业通风以及相关规定，得知除尘风管的最小风速如下：垂直风管12m/s，水平风管14m/s。然后通过流量和流速计算出管径，通过选型修正管径，再通过修正后管径计算出修正后流速。摩擦阻力损失计算圆形管道单位长度的摩擦阻力为 ： 式中 摩擦阻力系数； 风管内的空气的平均流速，m/s； 空气的密度，； D圆形风管直径，m。由工业通风的附录6所示的线解图，已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，即可求得其余两个参数。附录6的线解图是按过渡区的值，在压力=101.325kPa,温度=，空气密度=1.204,运动粘度=15.06,管壁粗糙程度K=0.15mm、圆形风管等条件下得出的。而本题的适用条件是1.5的含尘空气，故用密度和粘度的修正：式中实际的单位长度的摩擦阻力，；图上查出的单位长度摩擦阻力，； 实际的空气密度，； 实际的空气运动粘度，。因此在本设计中，查表得当空气密度=1.5时，其运动粘度为=，故： 由课程设计资料可知，含燃料粉尘的空气，风管内最小速度为：垂直风管1416m/s，水平风管为1618m/s。垂直支管：管内风速12m/s，流量0.176m3/s，查通风管道单位长度摩擦阻力线算图，得管径（取整）为130mm，Rm0=14.2Pa/m，修正流速为 ，单位长度摩擦阻力为1.25Rm0=17.75Pa/m.16个垂直支管是同样的规格，故它们均相同。水平支管：管内风速14m/s，流量0.176 m3/s，同样查得管径为120mm，Rm0=22.3Pa/m，Rm=1.25 Rm0=27.88Pa/m,修正流速为。始端水平支管通过一个90弯管与水平干管连接，后面水平支管通过一个三通管与水平干管连接。水平干管（由于南北两水平干管对称一样，所以只计算一条水平干管）：NANB管段：理论流速14m/s，流量0.176m/s，查得管径120mm，故实际流速15.56m/s，理论单位长度摩擦阻力Rm0=22.3Pa，实际Rm=1.25Rm0=27.88Pa/m。同理可查其他管段的数据。见表5-1管段水力计算表。查附录7，确定各管段的局部阻力系数。管段N1NA的局部损失系数：柜式集气罩一个，=0.690弯头（R/D=1.5）两个=0.17，则0.6+0.172=0.94。管段NANB：直流三通：根据F1+F2=F3 =30 查附录7得=0.5这里特别计算除尘器进风管段和除尘器至风机管段以及风机出口至烟囱排放口的阻力系数。除尘器进风管段（即01管段），其有一个圆形三通，阻力系数查得为0.032=0.06，除尘器进口变径管进口尺寸300800mm，变径管长度400mm，除尘器至风机管段：设计长度4m，出口变径管尺寸300800，变径管长度400mm ，90弯头（R/D=1.5）两个 =20.17=0.34 风机进口渐扩管：先拟选一台风机，风机进口直径600mm，变径管长度300mm 风机出口至烟囱排放口：风机出口渐扩管，风机出口尺寸410500 D排=560mm，带扩散管的伞形风帽（h/D0=0.5）=0.6,=0.6同理可求得其他管段的局部阻力系数，从而计算出各管段的摩擦阻力和局部阻力。见表5-2。对并联管路进行阻力平衡汇合点NB：同理可平衡其他管段，由于有些管段通过改变管径难以平衡，所以对支管统一采用阀门进行阻力平衡，见表5-1。 表5-1管段水力计算表管段编号流量长度l理论管径D设计流速v修正管径D修正流速v局部阻力m3/s(m)（mm)（m/s）(mm)（m/s）系数12345678N1NA0.176 1.50 1251412015.56 0.94 NANB0.176 3.00 1251412015.56 0.50 NBNC0.352 2.00 1761417015.51 0.24 NCND0.528 2.00 2181421015.24 0.22 NDNE0.704 2.00 2481424015.56 0.00 NENF0.880 2.00 2821428014.29 -0.03 NFNG1.056 2.00 3001430014.94 -0.02 NGNH1.232 2.00 3231432015.32 0.00 NHNI1.408 1.50 3481434015.51 0.17 012.816 0.50 5001450014.34 0.66 除尘器出口风机3.258 0.50 5751256013.23 0.45 风机排放口3.258 10.00 5751256013.23 0.60 N2NB0.176 1.80 1251412015.56 0.91 N3NC0.176 1.80 1251412015.56 0.86 N4ND0.176 1.80 1251412015.56 1.29 N5NE0.176 1.80 1251412015.56 1.27 N6NF0.176 1.80 1251412015.56 1.73 N7NG0.176 1.80 1251412015.56 1.34 N8NH0.176 1.80 1251412015.56 1.48 管段编号局部阻力单位长摩擦实际单位长度摩擦摩擦阻力管段阻力备注Z（Pa）阻力Rm0（Pa/m)阻力Rm（1.25Rm）Rml（Pa）Rml+Z（Pa）91011121314N1NA170.73 22.3 27.88 41.81 212.54 NANB90.81 22.3 27.88 83.63 174.44 386.98 NBNC43.29 14.3 17.88 35.75 79.04 466.02 NCND38.34 12.5 15.63 31.25 69.59 535.61 NDNE-0.44 9.3 11.63 23.25 22.81 558.43 NENF-4.09 8.0 10.00 20.00 15.91 574.34 NFNG-4.02 7.5 9.38 18.75 14.73 589.07 NGNH-0.70 7.0 8.75 17.50 16.80 605.87 NHNI30.66 6.6 8.25 12.38 43.04 648.91 01101.81 4.3 5.38 2.69 104.50 753.41 除尘器出口风机59.04 2.6 3.25 13.00 72.04 825.45 风机排放口78.74 2.6 3.25 32.50 111.24 936.68 N2NB165.28 22.3 27.88 50.18 215.46 不平衡,阀门平衡N3NC156.80 22.3 27.88 50.18 206.98 不平衡,阀门平衡N4ND234.84 22.3 27.88 50.18 285.02 不平衡,阀门平衡N5NE230.67 22.3 27.88 50.18 280.84 不平衡,阀门平衡N6NF313.85 22.3 27.88 50.18 364.03 不平衡,阀门平衡N7NG242.65 22.3 27.88 50.18 292.83 不平衡,阀门平衡N8NH267.90 22.3 27.88 50.18 318.07 不平衡,阀门平衡管道系统的总阻力六、通风机选型6.1. 风量 式中 Q气体总流量，即风机风量，m3/s； 1.15考虑到管网、设备漏风的附加系数； Q0气体原始流量，m3/s故 Q=1.1511727.408=13486m3/h6.2. 风压 风机风压 综合风量风压，选择4-72NO.5风机，该风机风量Q=13750m3/h，Pf=2412Pa，风机转速2900r/min，配用电动机型号Y160M2-2，电动机功率N=13kW，外形尺寸（长宽高/mm）为704807982mm，质量（不含电动机）为74kg。七、输排灰装置的设计除尘器收集的粉尘，需要从除尘器排出并输送到适当的地点加以储存、回收、利用。因此，输排灰系统是除尘工程设计的一个环节，是大、中型除尘系统不可缺少的组成部分。输排灰系统包括排灰装置、输灰装置、储运装置等。输排灰系统由卸灰阀、刮板输送机、斗式提升机、贮灰罐、汽车登封组成。本系统属于小型通风除尘系统，输排灰装置比较简单。排灰用排灰阀，输灰用螺旋输送机直接排到送灰校车，定时把装着灰的小车送走。7.1.卸灰阀 选用干式卸灰阀中的圆锥卸灰阀，卸灰阀直径 式中： ，q这里取60kg/s，则7.2.螺旋输送机（1） 螺旋直径 7.3.输送机转速，圆整为标准转速，取n=35r/min； 校核： 功率（P） 螺旋轴所需功率（P0）按轴功率计算公式求得： 根据计算所得的P值，查表选用YJ6165型驱动装置。计算结果：螺旋机型式 GX型；螺旋直径 D=900mm；水平输送长度 L=5m；螺距 S=720mm；螺旋轴转速 n=30r/min；螺旋机制法 S制法；驱动装置型号 YJ6165型八、排气烟囱的设计烟囱墙体高度为10m，烟气排放速度13.23m/s，终端附有风帽。8.1. 烟囱出口截面尺寸烟囱出口的截面积S式中 S出口截面积，m2； Qg烟气排放量，m3/h; Vg烟气排放速度，m/s据前，Qg=10153.6m3/h，vg=13.23m/s，则，则D=0.52m，取为520mm。由于此排气装置非正式烟囱且烟气无腐蚀性，故高度可以放低，材料也可以不用钢筋混凝土结构。高度取10m即可，材料用薄钢管。8.2. 风帽为防止雨水侵蚀烟囱，通常附加风帽。风帽一般是伞形风帽，结构图如下：九、工程经济概算9.1.设备投资 （1）柜式集气罩 本系统采用柜式集气罩，根据其设计规格和用途制作，预计成本为1000元/个，本系统共16个，所以花费100016=1.6万元（2） DMC-96II型除尘器