长春轨道客车股份有限公司打磨车间除尘系统设计

长春建筑学院 毕业设计本科毕业设计长春轨道客车股份有限公司打磨车间除尘系统设计赵宇擎长春建筑学院城建学院2017年5月26日I 毕业设计长春轨道客车股份有限公司打磨车间除尘系统设计THE DUST REMOVAL SYSTEM DESIGN OF A POLISHING WORKSHOP IN CHANGCHUN RAILWAY VEHICLE COLTD 学 生：赵宇擎指导教师：李丽专 业：安全工程所在单位：长春建筑学院城建学院答辩时间：2017年6月6日 摘 要打磨车间进行打磨工作的过程中产生一些对身体和环境有害粉尘，这些粉尘会使室内空气环境受到严重破坏，会大大降低工人们的工作效率，影响生产的正常进行，更会严重危害人的身体健康。所以，有效的控制生产过程中有害物质对室内空气的影响和破坏是一个非常重要的环节。工业通风就是研究这方面问题的一门技术，本设计为长春轨道客车股份有限公司打磨车间的通风除尘系统设计。首先，查阅了长春轨道客车股份有限公司打磨车间的相关的资料分析确定该打磨车间所产生的粉尘的主要类型与性质，根据粉尘的类型和性质选择合适的集气罩和除尘器。然后，根据规范的要求提出通风除尘系统的设计方案并进行管道布置，根据工艺选择排风罩罩口形式并计算排风量。确定管道断面形式及尺寸进行水力计算选择净化设备和风机的型号。选择风管的材料及其安装方式。最后绘制除尘系统的结构简图。考虑到车间粉尘污染的特点以及工艺操作的限制，比较各种类型的除尘器，选择了最合理的通风除尘方案，进行了通风除尘系统的设计。关键词： 打磨；除尘；设计；水力计算AbstractIn polishing production process with various harmful dust, if not controlled can make indoor air environment pollution and destruction, harmful to human health, affect the normal production and reduces the working efficiency of the workers. Therefore, effective control of harmful effects of indoor air and damage is a very important problem. Industrial ventilation is a technology which studies this issue. Its a design of dust removal and ventilation for a workshop of Changchun railway vehicle coLTD。First, the combination of engineering analysis to determine the type and nature of the dust generated by the polishing access relevant information to select the appropriate set of hood and dust,according to the type and nature of the dust. Second, according to the requirement of the specification put forward the design of ventilation and dust removal system and piping layout. According to the technique selection exhaust hood cover mouth forms and calculate the exhaust air.To determine the selection of pipe section form and size of hydraulic calculation of purification equipment and fan models.Choose the air duct materials and their installation. Finally draw the structure of the dust removal system diagram.Considering the characteristics of dust pollution as well as the workshop process operation constraints, comparison of various types of dust collector, to choose the most reasonable ventilation dust removal scheme, the ventilation and dust removal system design.Keywords: polishing; dust removal; design; hydraulic calculation I 长春建筑学院毕业设计 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 国内外职业病现状11.2 粉尘污染防治的重要意义21.3设计依据2第2章 工厂概况42.1 车间概况42.2 工艺流程及说明6第3章 粉尘的介绍73.1 粉尘的特性73.2 粉尘的危害93.2.1 粉尘对人体健康的影响93.2.2 粉尘对能见度的影响103.2.3 粉尘对设备、产品的影响10第4章 确定除尘方案及除尘器选型124.1 系统划分的原则124.2 划分系统124.3 除尘方案的确定124.5 除尘器的选型144.5.1 机械式除尘器的工作原理144.5.2 电除尘器工作原理144.5.3 袋式除尘器的工作原理154.5.4 湿式除尘器的工作原理154.5 各除尘器的性能与选择164.6 旋风除尘器的选型16 4.6.1 旋风除尘器的选型原则和步骤18第5章 除尘系统的设计215.1 尘源控制与集气吸尘罩设计215.1.1 集气吸尘罩分类215.1.2 集气吸尘罩机理225.1.3 集气吸尘罩的选择225.2 除尘管道的选择及相关设计计算公式235.2.1 除尘管道的材料选择235.2.2 除尘管道的布置235.2.3 除尘管道断面形状的选择245.2.4 除尘管道内风速要求245.2.5 除尘管道的尺寸设计及阻力损失计算公式265.3 排风量的计算275.4 除尘系统水力计算285.4.1 除尘系统水力计算步骤285.4.2 除尘系统水力计算过程30第6章 粉尘的处理和排气烟囱的设计626.1 输排灰装置和粉尘处理626.2 排气烟囱的设计62第7章 除尘系统技术经济分析647.1 投资费用647.1.1 设备费用647.1.2 人工费用657.1.3 系统管理及维护费用667.1.4 总投资费用667.2 系统的经济性分析667.2.1 系统的经济效益分析667.2.2 系统的经济性比较67结论68致 谢69参考文献70III第1章 绪论1.1 国内外职业病现状多年来，由于作业环境不良和粉尘危害严重，尘肺每年给国家造成高达近百亿元的直接经济损失。我国的尘肺危害无论在患病人数、发病率，还是增长幅度都居世界首位。在某些工矿企业中，粉尘超标现象十分严重，例如：有的水泥厂粉尘超标2000多倍。目前，我国各类工矿企业中接尘工人总数约为1000万，在国有厂矿及县级以上企业中的尘肺病人总数已超过50万人。粉尘工人主要分布在煤炭、冶金、机械、建材、化工石油和轻工等行业。乡镇企业和三资企业的粉尘危害也十分严重，乡镇企业中约有800万人接触有害粉尘。根据1985年对7个省市自治区18个县的乡镇企业的调查结果表明，尘肺检出率达6.8%。由此可知，我国的职业危害主要以粉尘为主，世界卫生组织有相关记载：全球每年大约有2百万人死于职业病或职业损伤,非致死性职业病或职业损伤约有5亿人。资料表明，每年全球约有2.7亿个伤亡和非伤亡职业事故，约1.6亿作业人员遭受职业病伤害。国际劳工组织2005年发表报道：每年因工作有关损伤与疾病导致死亡人数为220万人，其中工作场所有害物质每年要夺去全世界约44万工人的生命，尤其石棉这一项每年就杀死10万名工人。另外，据统计全球范围内接触石棉而引发的间皮瘤和肺部疾病死亡人数超过16.6万。 ILO另一项统计资料表明：欧盟国家每年有8000人死于事故和职业病，已累计有1000万人是职业事故的受害者；WHO总部官员Fingerhut博士指出，美国也同样面临传统和现代职业危害的双重挑战，一方面工伤事故与高科技产业相关的工效学要求，以及生物性危害问题日益突出，另一方面古老的职业病（例如矽肺）仍为美国职业卫生“难以解决的问题”，全美有10万工人在“超标”条件下从事接尘工作，导致各类职业病、伤残，以致死亡；发展中国家的情况更为严重，每年有21万人死于职业事故。各国职业病危害防治形势不容乐观。 职业病防治工作关系到经济社会可持续发展，关系到广大劳动者身体健康和生命安全，是落实构建社会主义和谐社会和科学发展观的必然要求，是实现好、维护好、发展好最广大人民根本利益的必然要求。1.2 粉尘污染防治的重要意义 粉尘是指直径很小的固体颗粒，可以是自然环境中天然生成，也可以是生产或生活中由于人的因素生成。生产性粉尘是指在生产过程中形成的，并能长时间漂浮在空气中的固体颗粒，其粒径多在0.1-10um。生产性粉尘的产生不仅污染环境，还影响着作业人员的身心健康。根据粉尘的不同特性，对人的机体可引起多种损害，其中以呼吸系统损害最为明显和重要，包括上呼吸道炎症、肺炎、肺肉芽肿、肺癌、尘埃以及其他职业性肺部疾病等。3人类在生产和生活的过程中，需要有一个清洁的空气环境（包括大气环境和室内空气环境）。因此，就要在生产和生活的过程采用通风和除尘技术。通风工程在我国实现四个现代化的进程中，一方面起着改善居住建筑和生产车间的空气条件，保护人民健康、提高劳动生产率的重要作用；另一方面在许多工业部门又是保证生产正常进行，提高产品质量所不可缺少的一个组成部分。工业通风是控制车间粉尘、有害气体或蒸气和改善车间内微小气候的重要卫生技术措施之一。其主要作用在于排出作业地带污染或潮湿、过热或过冷的空气，送入外界清洁空气，以改善作业场所空气环境。又鉴于以上的调查数据显示，粉尘在我国职业病中造成伤害的比例最大，我们必须对一些产尘的工作场所做好防尘除尘的措施，减少粉尘对人体的伤害和环境的污染。 通风除尘工程正是基于以上原因，针对居住建筑和生产车间的空气条件，一方面起着改善室内空气品质，保护人民健康、提高劳动生产率的重要作用；另一方面在许多工业部门起着保证生产正常进行，提高产品质量的作用。通风工程的主要任务是，控制生产过程中产生的粉尘、有害气体、高温、高湿，创造良好的生产环境和保护大气环境。1.3设计依据1.相关法律(1）中华人民共和国职业病防护法，中华人民共和国主席令 第五十二 2011.12.31 (2）中华人民共和国环境保护法，中华人民共和国主席令 第二十号 1989.12.26(3）中华人民共和国安全生产法，中华人民共和国主席令 第七十号 2002.6.2 2.相关标准(1）中华人民共和国国家职业卫生标准，GBZ1-2010(2）生产性粉尘作业危害程度分级，GB5817(3）工业“三废”排放试行标准，GBJ4-73(4）工业企业噪声控制设计规范，GBJ87-1985 (5）工业场所有害因素职业接触限值，GBZ2-2002(6）工业企业设计卫生标准，GBZ1-20103.相关行业技术规范(1）通风管道施工技术规程，JB 2002 84号文(2）风机盘管机组，JB 4283-1991(3）通风管道技术规程，JGJ141-20044.研究内容本设计就是针对于长春轨道客车股份有限公司打磨车间所做的通风除尘设计，以期降低空气中粉尘浓度，维持工厂和周围区域良好的空气环境，以防粉尘对工人和周围居民造成危害。首先，要从粉尘的特性，危害性，安全标准，粉尘传播规律等方面论述打磨车间设置吸尘罩的必要性，以及在这个车间设置通风与除尘系统的必要性；详细的综合考虑了各个吸尘罩的实际抽风量；并根据排放标准和各个吸尘罩的实际抽风量选择适合该车间的通风除尘设备；根据打磨车间尘源和粉尘特点择合适的除尘器。然后再布置计算草图，根据草图详细的进行该通风管路的水力计算，通过查表和平衡调节选择合适的通风管路；最后再用AutoCAD软件画出基本的通风管道布局图。第2章 工厂概况长春轨道客车股份有限公司成立于2002年3月，是由中国北方机车车辆工业集团公司作为主发起人，在原长春客车厂主营业务和优良资产的基础上经改制、重组后组建的新型股份制公司 。公司总股本和注册资本均为11.1亿元，拥有2家控股子公司，1家合资企业，1家境外参股企业。公司员工10000多人，厂区占地面积310万平方米，总资产为75亿元。公司的前身长春客车厂，始建于1954年，是国家“一五”重点建设项目之一。经过50年的建设和发展，公司已经成长为我国最大的铁路客车和城市轨道车辆的研发、制造和出口基目前正在生产CRH5、CRH380B、CRH380C时速250380km/h速度级具有国际领先水平的系列高速动车组。2.1 车间概况长春轨道客车股份有限公司是国家大型机车车厢生产厂，近年来，该厂采取了一系列环保治理措施对厂区内进行了污染治理。转向架车间有许多钢件需要打磨，工人用砂轮机打磨工具清理工件及边角。工作过程中会产生粉尘、碎屑等有害物质，工作时的噪声也达到110dB(A)以上，如不采用相应的吸尘、除尘等措施，就会给操作环境和外部环境造成污染，给人体健康和环境带来危害，因此对打磨工作台的通风除尘要求较高。车间平面布置图如图2-1所示。 图2-1 打磨车间平面布置图车间内工人打磨实景如图2-2所示。如不采取相应的吸尘、除尘等措施，就会给操作环境和外部环境造成污染，给人体健康和环境带来危害，因此对打磨工作台的通风除尘要求较高。本打磨车间打磨的是钢件，共有两种型号的打磨机：型与型。其中型打磨台共8台，外形尺寸(mm)为8007001200（长宽高）；型打磨台共10台，外形尺寸(mm)为7007001200（长宽高）。已知A型打磨机产尘量为9kg/h，B型打磨机产尘量为8kg/h。要求对型与型打磨机的粉尘选用合适的集气罩进行收集控制点的控制风速Vx=5.7m/s。另车间内有砂轮间，砂轮间内有三台砂轮机，砂轮机工作时也会产生粉尘，要求对三台砂轮机也选用合适的集气罩进行除尘，风速控制Vx=3.7m/s。图2-1 打磨车间平面布置图2.2 工艺流程及说明打磨，是表面改性技术的一种，一般指借助粗糙物体（含有较高硬度颗粒的砂纸等）来通过摩擦改变材料表面物理性能的一种加工方法，主要目的是为了获取特定表面粗糙度。本车间的产尘、除尘工艺流程为：转向架上打磨台切割打磨喷吹粉尘集气系统除尘系统排放达标。根据长久以来在除尘行业累集的工作经验及工作时粉尘排放现状，导致粉尘无组织排放的主要原因如下：第一条：打磨过程中砂纸或砂轮与工件摩擦产生的大量无组织弥漫性粉尘；第二条：打磨的后一道工序，利用高压气体喷吹工件表面的大量覆集粉尘，导致粉尘扩散到空气中，而形成的空气污染。第三条：打磨车间除尘系统不合理。第3章 粉尘的介绍 粉尘（Dust）是指悬浮在空气中的固体微粒。习惯上对粉尘有许多名称，如灰尘、尘埃、烟尘、矿尘、砂尘词、粉末等，这些名词没有明显的界限。国际标准化组织规定，粒径小于75m的固体悬浮物定义为粉尘。在大气中粉尘的存在是保持地球温度的主要原因之一，大气中过多或过少的粉尘将对环境产生灾难性的影响。但在生活和工作中，生产性粉是人类健康的天敌，是诱发多种疾病的主要原因。 生产性粉尘的来源十分广泛。如矿山开采、隧道开凿、建筑、运输等；冶金工业中的原料准备、矿石粉碎、筛分、选矿、配料等；机械制造工业中原料破碎、配料、清砂等；耐火材料、玻璃、水泥、陶瓷等工业的原料加工、打磨、包装；皮毛、纺织工业的原料处理；化学工业中的原料加工处理、包装等过程。由于工艺的需要和防尘措施的不完善，上述生产领域均可产生大量粉尘，造成生产环境中粉尘浓度过高。生产性粉尘的来源决定了粉尘的接触机会和行业。在各种不同生产场所，可以接触到不同性质的粉尘。如在采矿、开山采石、建筑施工、铸造，耐火材料及陶瓷等行业，主要接触的粉尘是石英的混合粉尘；石棉开采、加工制造石棉制品时接触的是石棉或含石棉的混合粉尘；焊接，金属加工及冶炼时接触金属及其化合物粉尘等。3.1 粉尘的特性 粉尘有很多特殊的属性，其中与除尘工程密切相关的有悬浮特性、扩散特性、附着特性、燃烧和爆炸特性、荷电特性以及流动特性等。 1.悬浮特性 在静止的空气中，粉尘颗粒受重力作用会在空气中沉降。当尘粒较细，沉降速度不高时，可按相应的公式求得重力与空气阻力大小相等、方向相反时尘粒的沉降速度，称尘粒沉降的终端速度。粉尘的悬浮特性是除尘工程计算的依据之一。 2.扩散特性 扩散特性是指微细粉尘随气流携带而扩散。即使在静止的空气中，尘粒受到空气分子布朗运动的撞击也能形成类似于布朗运动的位移。对于0.4um的尘粒，单位时间布朗位移的均方根值大于其重力沉降的距离；对0.1um的尘粒，布朗位移的均方根值相当于重力沉降距离的40余倍。扩散使粒子不断由高浓度区向低浓度区转移，形成尘粒流经微小通道向周壁沉降的主要原因。 3.附着特性 尘粒有黏附于其他物质表面的特性。附着力有3种，即范德瓦尔斯力、静电力和液膜的表面张力。微米级尘粒的附着力远大于重大，直径10um的粉尘在滤布上附着力可达自重的1000倍，当悬浮尘粒相互接近时，彼此吸附聚集成大颗粒，当悬浮微粒接近其他物体时会附着其表面，必须有一定的外加力才能使其脱落。集合的粉尘体之间亦存在粉尘间的吸附力，一般称为粉尘的黏性力，若需将集合的粉尘沉积物剥离，必须施加拉断力。范德瓦尔斯力使尘粒表面有吸附气体、蒸汽和液体的能力。粉尘颗粒越细，比表面积越大，单位质量粉尘表面吸附的气体和蒸汽的量越多。单位质量粉尘粒子表面吸附水蒸汽量可衡量粉尘的吸湿性。当液滴与尘粒表面接触，除存在液滴与尘粒表面吸附力外，液滴尚存在自身的凝聚力，两种力量平衡时，液滴表面与尘粒表面间形成湿润角，表征尘粒的湿润性能。湿润角越小，粉尘湿润性越好；反之，说明粉尘湿润性越差。4. 燃烧和爆炸特性 从物料到粉尘，由于比表面积的急剧增加，其化学活泼性大为增加，当空气中的粉尘达到足够浓度时，一遇火源，就会燃烧爆炸。爆炸性高分散度的煤、糖、面粉、亚麻、硫磺、铅、锌等粉尘所持有的。防尘工作中要注意降低粉尘浓度，使粉尘不致达到爆炸的最低浓度。 5.荷电特性 粉尘在产生和流动过程中互相摩擦，或直接吸附空气中的带电粒子而带电。同一种粉尘可带正电、负电或不带电。粉尘的荷电性于粉尘的自然沉降有关。同性电荷相斥，增加了粉尘的悬浮性；异性电荷相吸，尘粒互相吸附，加速了自然沉降。粉尘的荷电性还影响粉尘在肺内的阻流量。一般认为，荷电粉尘在体内阻流量高，而不荷电粉尘则低。尘粒的荷电程度还影响细胞的吞噬速度。粉尘重量和粒径的大小可影响粉尘的荷电量。温度和湿度也可影响荷电量，温度升高荷电量增多，湿度增大荷电量减少。粉尘的化学成分不同，其荷电量亦不同。 6.流动特性 尘粒的集合体在受外力时，尘粒之间发生相对位置移动，近似于流体运动的特性。粉尘粒子大小、形状、表面特征。含湿量等因素影响粉料的流动性，由于影响因素多，一般通过实验评定粉料的流动性能，粉料自由堆置时，料面与水平面间的交角称安息角，安息角的大小在一定程度上能说明粉料的流动性能。13.2 粉尘的危害3.2.1 粉尘对人体健康的影响颗粒物对人体健康的影响，取决于颗粒物的浓度和在其中暴露的时间。研究数据表明，因上呼吸道感染、心脏病、支气管炎、气喘、肺炎、肺气肿等疾病而到医院就诊人数的增加与大气中颗粒物浓度的增加是相关的。患呼吸道疾病和心脏病老人的死亡率也表明，在颗粒物浓度一连几天异常高的时期内就有所增加。暴露在合并有其他污染物（如SO2）的颗粒物中所造成的健康危害，要比分别暴露在单一污染物中严重得多。粉尘的粒径大小是危害人体健康的一重要因素。它主要表现在两个方面：粒径越小，越不易沉积，长时间漂浮在大气中容易被吸入人体，且容易深入肺部。一般，粒径在100um以上的尘粒会很快在大气中沉降；粒径在10um以上的尘粒可以滞留在呼吸道中；粒径为5-10um的尘粒大部分会在呼吸道沉积，被分泌的黏液吸附，可以随痰排出；粒径小于5um的微粒能深入肺部；粒径为0.01-0.1um的尘粒，50%以上将沉积在肺腔中，引起各种尘肺病。3尘肺是由于在生产环境中长期吸入生产性粉尘而引起的以肺组织纤维化为主的疾病。它是职业性疾病中影响面最广、危害最严重的一类疾病。据统计，尘肺病例约占我国职业病总人数2/3以上。根据粉尘性质不同，尘肺的病理学特点不一。根据临床观察、X射线胸片检查、病理尸检和实验研究资料，我国按病因将尘肺分为以下五类：1.硅肺由于长期吸入游离二氧化硅含量较高的粉尘所致。10 2.炭尘肺 由于长期吸入煤、石墨、炭黑、活性炭等粉尘所致。3.混合性尘肺由于长期吸入含游离二氧化硅粉尘和其他粉尘等所致。4.金属尘肺由于长期吸入纤维化的金属粉尘，如铝尘等。有些生产性粉尘如锡、铁、锑等粉尘，主要沉积于肺组织中，呈现异物反应，以网状纤维增生的间质纤维化为主，在X射线上可以看到满肺野结节状阴影，主要是这些金属的沉着。这类病变又称粉尘沉着症，不损伤肺泡结构，因此肺功能一般不受影响，脱离粉尘作业，病变可以不再继续发展，甚至肺部阴影渐渐消退。有机性粉尘也引起肺部改变，如棉尘病、职业性变态反应肺泡炎、职业性哮喘等。某些粉尘如石棉、放射性粉尘、含镍、钴、砷等的粉尘能引起呼吸系统肿瘤。粉尘接触还常引起粉尘性支气管炎、肺炎、哮喘、支气管哮喘等疾病。 本设计主要产生的粉尘为金属粉尘，最易导致金属尘肺。3.2.2 粉尘对能见度的影响大气污染最常见的效应是大气能见度低。一般来说，对大气能见度或清晰度有影响的污染物，应是气溶胶粒子、能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色气体。因此，对能见度有潜在影响的污染物有：总悬浮颗粒物（TSP）；SO2和其他气态含硫化合物；NO和NO2以及光化学烟雾。SO2及其他含硫气体能在大气中反应生成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子；NO、NO2在大气中反应生成硝酸盐和硝酸气溶胶粒子；光化学烟雾之类反应可生成亚微米的气溶胶粒子。这些微粒在大气中影响了光的折射和吸收作用，造成了能见度的降低。大气能见度的降低，不仅会使人感到不愉快，而且会造成极大的心理影响，还会产生交通安全方面的危害。若本车间产生的粉尘不及时清除会使车间内的光照度和能见度降低，影响室内作业的操作，同时降低机器的工作精度导致产品质量得不到保证。53.2.3 粉尘对设备、产品的影响大气污染对金属制品、油漆涂料、皮革制品、纸制品、纺织品、橡胶制品和建筑物的损害也是很严重的。这种损害包括玷污性损害和化学性损害两个方面。玷污性损害主要是粉尘、烟等颗粒物落在器物上面造成的，有的可以通过清扫冲洗除去，有的很难除去，如煤、油中的焦油等。化学性损害是由于污染物的化学作用，使器物和材料腐蚀或损坏。12颗粒物因有其固有的腐蚀性，或惰性颗粒物进入大气后因吸收或吸附了腐蚀性化学物质，而产生直接的化学性损害。空气中的吸湿性颗粒物能直接对金属表面产生腐蚀作用。大气中的SO2、NOX及其生成的烟雾、酸雾等，能使金属表面产生严重的腐蚀，使纺织品、纸制品、皮革制品等腐蚀破损，使金属涂料变质，降低其保护效果。一般来说，造成金属腐蚀危害最大的污染物是SO2。温度和相对湿度都显著影响着腐蚀速度。铝对SO2的腐蚀作用具有很好的抵抗力。但是，当相对湿度高于70%时，其腐蚀率就会明显上升。含硫物质和硫酸会侵蚀多种建筑材料，如石灰石、大理石、花岗岩、水泥砂浆等，这些建筑材料先形成较易溶解的硫酸盐，然后被雨水冲刷掉。SO2或硫酸气溶胶加速了尼龙织物，尤其是尼龙管道的老化。光化学氧化剂中的臭氧，会使橡胶绝缘性能的寿命缩短，使橡胶制品迅速老化脆裂。臭氧还侵蚀纺织品的纤维素，使其强度减弱。所有氧化剂都能使纺织品发生程度不同的褪色。3在本打磨车间中主要会产生钢件碎屑，砂轮粉尘以及一些毒性强的金属粉尘（如铬、锰、铬、铅等），还有可能产生少许的有毒有害气体等。本车间产生粉尘的粒径特性：粉尘分布如表3-1所示。表3-1 粉尘粒径分布情况平均粒径d(m)粒级分布f(%)累计粒级分布f(%)25335071075132310070931256991501100含尘空气密度为1.204kg/m，气体温度为常温。第4章 确定除尘方案及除尘器选型4.1 系统划分的原则 当车间内不同地点有不同送风、排风要求，或者车间面积较大，送、排风点较多时，为便于进行管理，常分设多个系统。除个别情况外，通常是由一台风机与其联系在一起的管道设备构成一个系统。系统划分的原则是： 1.空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划分一个系统。 2.生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为一个系统。 3.除尘系统划分应符合下列要求： (1) 同一生产流程、同时工作的扬尘点相距不远时，宜合设一个系统； (2) 同时工作但粉尘种类不同的扬尘点，当工艺允许不同粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，也可合设一个系统； (3) 温湿度不同的含尘气体，当混合后可能导致风管内结露时，应分设系统。134.2 划分系统根据图纸可知，打磨车间的室内设备布置与室内条件相同，因此空气处理、通风除尘要求和室内参数也一致，根据划分同一系统的原则，但由于有两种型号的打磨机，和三台砂轮机，产生的粉尘量也不一样，故设计成三套独立的除尘系统。每个除尘系统都由一台风机与其联系在一起的管道及设备构成。4.3 除尘方案的确定本车间为打磨车间，产生的粉尘以金属粉尘为主，故对其除尘的初步方案定为：各打磨车间和砂轮间的吸气罩接收粉尘，通过管道进入除尘器经过处理后排入大气，由于本车间产生粉尘的粒径都比较大，所以在除尘过程中只需要一级除尘即可。这里要说明一下，本设计的所有吸尘罩均是由万向吸气壁接到除尘管道系统中的。万向吸气臂通过二力杆原理可实现任意位置悬停，在工业烟尘治理领域得到广泛运用。适用于焊接、打磨、倒料等烟尘发散性的工况。点对点的捕捉方式更有效的控制烟尘的扩散。对职业病的防止起到了很大作用。与固定式管路系统比较，吸气臂具有无可比拟的性能优势，能适应各类无法安装吸气管路的复杂工况，可任意置于最佳的补集位置，从而有效的补集焊接烟尘，其连接关节和旋转连接底座使吸风罩固定，将粉尘、烟尘排离工人的呼吸区。其系统3D效果图如图4-1所示。图4-1 车间除尘系统3D效果图4.4 烟斗高度的设计4.4.1空气动力阴影烟斗高度的设计，根据空气动力阴影计算，=空气动力阴影区，是指风吹向和流经建筑物时，由于撞击作用，产生弯曲、跳跃和旋流现象，在屋顶、侧墙和背风侧形成的负压闭合循环气流区。室外气流绕流时，在建筑物的顶部和后侧将形成弯曲的循环气流。屋顶上部的涡流区称为回流空腔，建筑物背风面的涡流区称为回旋气流区。这两个区域的静压均低于大气压力，形成负压区，称为空气动力阴影区。空气动力阴影区覆盖着建筑物下风向各表面（如屋顶、两侧外墙和背风面外墙），并延伸一定距离，直至气流尾流区。空气动力阴影区的最大高度为：（m） 式中A建筑物迎风面的面积，m2。 长春市位于吉林省中部，地全年盛行风向为西南风。工厂厂房高度4m，迎风面建筑物长度17m，根据公式算出烟斗高度为8.4m。4.5 除尘器的选型与设计 除尘器的选型与设计是除尘工程设计中最重要的环节之一。除尘器的选型包括除尘器的类型、容量大小选择及针对工程具有要求的选择等。选取除尘器类型包括机械除尘器。袋式除尘器、电除尘器、湿式除尘器等。4.5.1 机械式除尘器的工作原理机械式除尘器分为重力除尘器、惯性除尘器和旋风除尘器三类。机械式除尘器效率低、阻力低、节省能源，在风量不大、除尘要求不高的场合可单独供用；在要求严格的场合，常作为高级除尘器的预除尘之用。重力除尘器工作利用的是重力，所谓重力就是地球对物体的吸引力。在重力作用下含尘气体中的粉尘在沉降室被分离出来。有些重力除尘器会在室内加装一些垂直挡板，。惯性除尘器分离粉尘利用的是惯性力。惯性力是反映物质自身运动状态的力，受到外力时物质改变运动状态。在相同的作用力下惯性小的物体比惯性大的物体容易改变运动状态，即得到的加速度比较大，这对惯性小的粉尘分离是有利的。旋风除尘器利用的是离心力。所谓离心力是指做圆周运动的物体对施于它的向心分离力。它是依据在旋转体的反作用力，利用离心力分离非均相系统的分离过程通称离心分离。它是依据在旋转过程中质量大的、旋转速度快的物质获得的离心力也大的原理进行工作的。4.5.2 电除尘器工作原理 电除尘器分离粉尘是靠静电力即库仑力。除尘过程分为四个阶段。 1.气体电离在电晕极与集尘极之间施加直流高电压（40-70KV），使放电极发生电晕放电，气体电离，生成大量的自由电子和正离子。 2.粉尘荷电 气流通过电场空间时，自由电子、负离子与粉尘碰撞并附着其上，便实现了粉尘的荷电。 3.粉尘沉降荷电粉尘在电场中受静电力的作用被驱往集尘极，经过一定时间后达到集尘极表面，放出所带电荷而沉积其上。4.清灰集尘极表面上的粉尘沉积到一定厚度后，用机械振打等方法将其清除掉，使之落入下部灰斗中。放电极也会附着少量粉尘，也需要进行定时清灰。为了保证电除尘器在高效率下运行，必须使上述四个过程进行得十分有效。4.5.3 袋式除尘器的工作原理袋式除尘器的过滤机理是一个综合效应的结果。粉尘一般由超细微粒到粗粒的各粒径按一定分散度曲线分布。虽然滤布纤维间的空隙也许大于100mm以上，但织物过滤却能捕集微米粒子，过滤机理各种效应是重力、筛选、惯性碰撞、钩附效应和扩散与静电吸引。 当含尘气流流经滤布时，比滤布空隙大的微粒，由于重力作用沉降了或因惯性作用被纤维挡住了，比滤布空隙小的微粒和滤布的纤维发生碰撞后或经过时被纤维钩附在滤袋表面（即钩附效应）。较小的粒子，因分子间的布朗运动留在滤布的表面和空隙中，最微小的粒子则可能随气流一起流经滤布跑掉。4.5.4 湿式除尘器的工作原理湿式除尘器的除尘原理属于短程机制，除尘器内含尘气体与水接触有如下过程：粒径与预先分散的水膜或雾状液相接触；含尘气体冲击水层产生鼓泡形成细小水滴或水膜；较大的粒子（如大于1mm）在与水滴碰撞时被捕集，捕集效率取决于粒子的惯性及扩散程度。因为水滴与气流间有相对运动，并由于水滴周围有环境气膜作用，所以气体与水滴接近时，气体改变流向绕过水滴，而尘粒受惯性力和扩散的作用，保持原轨迹运动与水滴相撞。这样，在范围内尘粒都有可能与水滴相撞，然后由于水的作用凝聚成大颗粒，被水流带起。这说明，水滴小且多，比表面积加大，接触尘粒机会就多，产生碰撞、扩散、凝聚效率也高。即为湿式除尘器的结构示意图。尘粒的容重、粒径与水滴的相对速度愈大，碰撞凝聚效率就愈高；而液体的黏度、表面张力愈大，水滴直径大，分散的不均匀，碰撞凝聚愈低。实验与生产经验表明，亲水性粒子比疏水性粒子容易捕集，这是因为亲水性粒子很容易通过水膜的缘故。此外，当尘粒直径和密度小，除尘效率明显降低。为了解决疏水性粉尘和细微粒子效率低的问题，可以往水中加入某些药剂来提高除尘效率。14.5 各除尘器的性能与选择 常见除尘器都是靠各种力从气体中分离和过滤粉尘粒子的，见表4-1。表4-1 常用除尘器的类型与性能除尘设备种类粉尘粒径/ um温度/ 阻力/ Pa不同粒径效率/备注50um5um1um重力除尘器152050.1999999多级除尘袋式脉冲除尘器0.19999袋式反吹除尘器0.19999文式管除尘器0.05-1009993湿式电除尘器0.05100989898根据本车间粉尘粒径分布特点，粉尘粒径大，且多数为铁和钢屑，顾只需做一级除尘即可。由于旋风除尘器没有运动部件，制作、管理十分方便；处理相同的风量情况下体积小，价格便宜；作为预除尘器使用时，可以立式安装，亦可卧式安装，使用方便；处理大风量时便于多台并联使用，效率阻力不受影响，且除尘效率比重力除尘器的效率高。经综合考虑，本设计就选用旋风除尘器。4.6 旋风除尘器的选型旋风除尘器有很多种，主要分为三大类：1.普通旋风除尘器 (1) CLT/A型旋风除尘器。CLT/A型旋风除尘器具有下倾的螺旋切线型入口。它除作单筒使用外，也可双筒、三筒、四筒、六筒组合使用。组合式要标注筒数和筒径。四筒D550的标注为CLT/A-45.5。(2) XLP/A、XLP/B型旋风除尘器。XLP/A型旋风除尘器风速一般取12-16m/s；XLP/B型旋风除尘器取14-18m/s。XLP/A、XLP/B型分为X型（吸出式）和Y型（压入式），其中X型在除尘器本体上增加出口蜗壳；根据壳的旋转方向又分为N型（左旋）和S型（右旋）。(3) XM型木工旋风除尘器。该除尘器内旋转方向分为逆时针左旋（N）和顺时针右旋（S）两种，适用于分离含有木屑、刨花的空气，是木材加工行业使用较多的净化设备，除尘效率可达93。 2.异形旋风除尘器(1) 直流式旋风除尘器。直流式PZX型旋风除尘器主要由蜗壳、螺旋形斜板进风口、水平形倒锥体和具有减阻型扩张管组成。适用于工业部门净化含尘气体或回收物料。其优点是作为预除尘器时，便于与管道系统连接和安装。这种除尘器阻力较低，流量减少不大时除尘效率不会降低。使用于磨损较大的情况时，加耐磨内衬后其内净尺寸应不变。长时间于低负荷下运行，不会积尘，搞负荷运行增加阻力不多。为保证正常运行，含尘浓度大时应采用耐磨材料制作。(2) 扩散式旋风除尘器。扩散式旋风除尘结构上的特点是下锥体变成倒圆锥体及其下部装有气固分离的反射屏，可以避免从灰尘上部折回的上旋气流卷吸夹带而造成二次扬尘，因而可以提高除尘效率；另一方面，倒圆锥体的横截面上小下大，从而使四周边界层的含尘气体的旋流速度愈往下愈低，这样也可以减少反混并减轻器壁的磨损。 3.组合式旋风除尘器(1) CR型双级涡旋除尘器。该除尘器是二段分离，一段是外形呈蜗壳形，中间设一组固有百叶片组成惯性分离器，将含尘空气中粉尘浓缩；第二段是由一条捕捉灰尘的狭缝和“灰尘隔离旁室”组成“C”型除尘器，将浓缩后的含尘空气中的粉尘分离出来。主要用于锅炉烟气除尘，也可用于工业炉窑或一般工业通风除尘。粒径在20um以下，含尘浓度在15以下，按排烟量或通风量选用。(2) XS型双旋风除尘器。XS型双旋风除尘器的主要特点是具有下排气口和灰口的结构。含尘气体从入口进入大蜗壳，在旋转气流离心力的作用下，粉尘逐渐浓缩至大蜗壳的边壁上；同时在旋转过程中气流向下扩散变薄。当旋转到270度时，最边缘上的约15-20的浓缩气流携带大量粉尘进入小旋风分离器，未进入小旋风分离器的内层气流，一部分进入平旋蜗壳，在大旋风筒中继续旋转分离；另一部分通过芯管壁之间的间隙与新进入除尘器的气体汇合，形成新的旋转气流，以增加细颗粒粉尘的捕集机会。这两部分气流净化后进入大旋风排氧芯管，它与小旋风排气汇合后一同排除除尘器，粉尘则分别收集在大、小旋风筒下部的灰斗中。(3) 陶瓷多管高效除尘器。本除尘器适用于各种型号、各种燃烧方式锅炉的烟尘治理，如链条炉、往复炉、拋煤机炉、煤粉炉、热电厂的旋风炉和流化炉的烟尘治理；也可用于其他工业粉尘治理及有价值的粉尘回收利用。可根据锅炉炉型、吨位、煤种等条件设计单级或双级除尘器。14.6.1 旋风除尘器的选型原则和步骤1.选型原则选型原则有以下几方面。 (1) 旋风除尘器净化气体量应与实际需要处理的含尘气体量一致。选择除尘器直径时应尽量小些。如果要求通过的风量较大，可采用若干个小直径的旋风除尘器并联为宜；如气量与多管旋风除尘器相符，以选多管除尘器为宜。 (2) 旋风除尘器入管风速要保持18-23m/s，低于18m/s时，其除尘效率下降；高于23m/s时，除尘效率提高不明显，但阻力损失增加，耗电量增高很多。 (3) 选择除尘器时，要根据工况考虑阻力损失及结构形式，尽可能使之动力消耗减少，且便于制造维护。 (4) 旋风除尘器能捕集到的最小尘粒应等于或稍小于被处理气体的粉尘粒度。 (5) 当含尘气体温度很高时，要注意保温，避免水分在除尘器内凝结。假如粉尘不吸收水分、露点为30-50时，除尘器的温度最少应高出30左右；假如粉尘吸水性较强（如水泥、石膏和含碱粉尘等）、露点为20-50时，除尘器的温度应高出露点温度40-50。 (6) 旋风除尘器结构的密闭要好，确保不漏风。尤其是负压操作，更应注意卸料锁风装置的可靠性。 (7) 易燃易爆粉尘（如粉尘）应设有防爆装置。防爆装置的通常做法是在入口管道上加一个安全防暴阀门。 (8) 当粉尘黏性较小时，最大允许含尘质量浓度与旋风筒直径有关，即直径越大其允许含尘质量浓度也越大。 2.选型步骤旋风除尘器的选型计算主要包括类型和筒体直径及个数的确定等内容。一般步骤和方法如下所述。 (1) 除尘系统需要处理的气体量。当气体温度较高、含尘量较大时，其风量和密度发生较大变化，需要进行换算。若气体中水蒸气含量较大时，亦应考虑水蒸气的影响。 (2) 根据所需气体的含尘质量浓度、粉尘性质及使用条件等初步选择除尘器类型。 (3) 根据需要处理的含尘气体量选择除尘器的直径。由选定的含尘气体进口速度和需要处理的含尘气体量算出除尘器入口截面积，再由除尘器各部分尺寸比例关系选出除尘器。当气体含尘质量浓度较高，或要求捕集的粉尘粒度较大时，选用较大直径的旋风除尘器；当要求精化程度较高，或要求捕集微细尘粒时，可选用较小直径的旋风除尘器并联使用。 (4) 必要时按给定条件计算除尘器的分离界限粒径和预期到达的除尘效率，也可直接按有关旋风除尘器性能表选取，或将性能数据与计算结果进行校对。 (5) 除尘器必须选用气密性好的卸尘阀，以防器体下部漏风，导致效率急剧下降。除尘器底部设置的积尘箱和空心隔离锥可减少漏风和涡流造成的二次扬尘，使除尘效率有较大提高。 (6) 旋风除尘器并联使用时，应采用同型号旋风除尘器，并需合理地设计连接风管，使每个除尘器处理的气体量相等，以免除尘器之间产生串流现象，降低效率。彻底消除串流的办法是为每一除尘器设置单独的集尘箱。 (7) 旋风除尘器一般不宜串联使用。必须串联使用时，应采用不同性能的旋风除尘器，并将低效者设于前面。根据以上旋风除尘器的种类和选型原则，经综合考虑，本设计的除尘系统的除尘器决定选用扩散式旋风除尘器。其实物图如图4-2所示。本除尘器除了以上的介绍外，还因为本除尘器内的气流组织得到改善，而其结构简单，制造方便。含尘浓度适应性较好。除尘器入口浓度在2-200范围内变化，除尘效率波动不大。扩散式除尘器较适宜于捕集粒径大于10um的粉尘，其除尘总效率可以达到88-92，除尘器内的气流阻力约为900-1200Pa。这种除尘器的主要缺点是除尘器筒体的磨损问题，尽管除尘器下部采用倒圆锥体结构，减轻了锥体磨损，但进口蜗壳外侧仍较易磨损，影响除尘器长期运行，故应在上部旋风筒内壁增加防磨措施。图4-2扩散式旋风除尘器第5章 除尘系统的设计 除尘系统设计是关系到除尘效果好坏、运行费用高低、管理方便与否、排放能否合格的关键环节。除尘系统是由集气吸尘罩、进气管道、除尘器、排灰装置、风机、消