某企业加工车间除尘系统设计.docx

工业通风课程设计某企业加工车间除尘系统设计1前言42车间简介53抛光轮粉尘捕集与除尘系统设计63.1确定系统63.2排风罩的确定63.3风管的选择及敷设73.4除尘器的选择83.5抛光轮粉尘捕集系统的水力计算94高温炉粉尘捕集与除尘系统设计144.1高温炉烟气的相关特性与有关参数的修正144.2高温炉热源上部接受式排风罩的设计164.3高温炉粉尘捕集与除尘系统设计系统的确定185结论22参考文献23附图24 1前言随着经济日益不断的发展，我们的环保意识日益增强，同时伴随着环境污染也原来越严重，特别是在工业生产过程中散发的各种有害物（粉尘、有害蒸汽和气体）以及余热和余湿，如果不加控制，会是室内外空气环境受到污染和破坏，危害人类的健康、动植物的成长，影响生产过程的正常运行。为保障广大职工和居民的身体健康，创造良好的劳动和生活环境和保护大气环境，防尘工作、通风工程已成为企业生产不可或缺的一部分。通风除尘系统的设计，是整套通风除尘系统在实际运行中能否做到高效、节能的重点之所在，设计者在设计之初，必须对车间的粉尘情况、车间建筑结构、工作台的布局进行充分了解，查清国家规定的工业卫生要求，适当地选择风管、风管管径大小、除尘器、风机。而风管的布置，需结合车间的建筑结构，施工的难易程度进行。整套通风除尘系统的设计，应该本着“投入最少，运行消耗最小，施工最简单、对职工影响最小”的原则，结合实际情况，以达到通风除尘系统的最优化设计与运行。在我国通风工程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。有些生产过程如原材料加工、食品生产、水泥等排出的粉尘都是生产的原料或成品，回收这些有用原料，具有很大的经济意义。在这些部门，除尘设备既是环保设备又是生产设备。而且，通过工业防尘技术的实施，可以使生产工艺简化，生产能耗降低；促进二次能源的回收；在保证防尘效果的同时，尽量减少处理风量，降低系统阻力，从而降低自身能耗。2车间简介某企业加工车间如图所示，有1#、2#、3#、4#、5#工作台，高度均为1.2m，1#、2#、3#为抛光机，每台抛光机有2个抛光轮，抛光间产生粉尘，粉尘的成分有：抛光粉剂、粉末、纤维质灰尘等（石棉粉尘）。4#、5#为高温炉，生产过程中产生高温含尘烟气，粒径范围约为0.010-20um，粒径范围炉内温度为500，室温为20，尺寸为1.0m*1.0m，房间高9m，窗台高1.0m，窗户高5m。其平面布局图如下：图1 某车间平面布局图该企业抛光生产车间产生的粉尘有：抛光粉剂、粉末、纤维质灰尘等（石棉粉尘）。此粉尘由于吸入人体后不能排出易造成矽肺、石棉肺或尘肺而车间内国家卫生标准规定石棉粉尘及含有10%的石棉粉尘最高允许浓度为2mg/m3，因此需采取有效的通风措施在有害物产生地点直接把它们收集起来，经过净化处理排至室外，使车间内有害物浓度不超过国家卫生标准规定的最高允许浓度。该加工车间的4号和5号高炉产生的烟气的含有污染性气体，很容易吸入人的肺部对人体的健康产生严重的影响，因此注意污染气体的处理。 3抛光轮粉尘捕集与除尘系统设计3.1确定系统该车间的抛光设备和用于加温和热处理的高温炉设备相距甚远，并且抛光产生的较小的粒径的粉尘与空气充分接触后，本来就具有易燃和易爆的特性，如果和高温炉的烟气作为一个系统在一个风管内则极易引起火灾和爆炸事故，因此我们能将抛光轮的粉尘和高温炉的烟气处理分设为两个不同的系统，针对处理的粒径的不同采用不同的空气净化设备和风机。为了消除雨水对对除尘器和风管的影响，我们在排出管上加设风帽。抛光轮粉尘捕集与除尘系统流程如下:诱导气流接受罩除尘风管处理设备风机排出管（附风帽）3.2排风罩的确定3.2.1排风罩的大小和安装位置利用在抛光过程中产生的诱导时产生的磨屑和大的粉尘颗粒产生的诱导气流，我们把其接受罩安装在抛光过程产生的污染气流的前方，让它直接进入罩内。为了减轻周围的气流对其的影响，在接受罩上设挡板，提高收集的效率，减少污染气流的外泄。根据抛光轮的直径200毫米，我们可设接受罩的高度为250x250毫米。安装是考虑加工的方便我们设其距抛光轮100毫米。为了减少局部阻力。实现更加经济的运行效果兼顾使实用和美观，接受罩的角度为40度，其局部阻力系数为0.139(矩形)。示意图如下：图2接受式排风罩的示意图3.2.2排风罩的材质在工程实际的过程当中，排风罩的材料有很多，在市场上常见的有聚氯乙烯塑料板，胶合板和普通的钢板等。坚持经济和效益相统一的原则，我们采用薄钢板，为了排风罩经久耐用，对外表面采用镀锌的工艺（内表面由于颗粒物的摩擦，则没有必要镀锌）。3.2.3排风量的计算根据单个抛光轮风量的计算公式:式中：L与轮子有关的系数。 布轮：A=6m3/h.mm 毡轮：A=4m3/h.mm D抛光轮的直径 mm工艺采用的是布轮，直径为200毫米，抛光轮中心标高1.4米，可以计算出单抛光轮的的排风量的为=6*200/3600=0.33 m3/s则单台抛光机的排风量L=2l=0.660.33 m3/s。3.3风管的选择及敷设在工程实际的过程中风管的截面形状主要有圆形和矩形两种。在相同的截面积时圆形风管的阻力小，材料省，强度也大，同时在安装和制造方面，对于小直径的圆形风管其制造比较容易，保温亦方便（虽然本次设计对保温的要求不是太高）。当然圆形风管的也有它的缺点比如不易和建筑物，结构配合，明装时不易布置美观。针对以上的分析，本次设计我们采用圆形的截面的风管。在敷设的形式上，因为厂房的主体已经完工，并且已经投产，采用暗装必然耗时耗力，并且可能对厂房的主体结构有损害。为了安装和检修的方便，采用明装的形式，具有安装方便，检修简单，投资较少，方便经济的原则。综上所述，风管的截面选择为圆心，材料为普通外镀锌薄钢板，敷设的方式为明装。3.4除尘器的选择根据工业通风课程的要求结合工程实际，除尘器的选择要考虑一下的的要求：处理风量、除尘效率、阻力、一次投资、维护管理等。还应特别考虑以下因素： 1、选用的除尘器必须满足排放标准规定的排空浓度。 2、粉尘的性质和粒径分布。粉尘的性质对除尘器的性能具有较大的影响，不同的除尘器对不同粒径的粉尘效率是完全不同的。3、气体的含尘浓度。气体的含尘浓度较高时，在电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒，有利于它们更好地发挥作用。4、气体的温度和性质。对于高温、高湿的气体不宜采用袋式除尘器。表1各除尘器的除尘效果分类表除尘器名称适用的粒径范围（m）效率（）阻力（Pa）设备费运行费重力沉降室505050130少少惯性除尘器20505070300800少少旋风除尘器51560908001500少中水浴除尘器11080956001200少中下卧式旋风水膜除尘器595988001200中中冲激式除尘器59510001600中中上电除尘器0.51909850130大中上袋式除尘器0.51959910001500中上大文丘里除尘器0.519098400010000少大查阅相关的专业资料可以得知抛光的石棉粉尘的粒径变化的范围比较大，甚至达到了为1.0080.00m，为达到较高的除尘效率，考虑设备的安装的方便性和运行的经济性，选用旋风除尘器，其除尘器的消费比较高，没有活动部件，使用时间长，运行较经济。3.5抛光轮粉尘捕集系统的水力计算3.5.1抛光轮粉尘捕集系统轴测图图3 抛光轮粉尘捕集系统轴测图3.5.2确定合理的空气流速风管内空气的流速对除尘系统有较大的影响。风速过高会加快设备和除尘系统管道的磨损，加大管道的噪声。流速过低会使粉尘堆积淤塞管道，因此必须合理的选择空气的流动。根据工程实际的经验结合书本知识查阅相关的资料。确定当颗粒物为石棉粉尘时垂直风管的速度为12米/秒，水平风管的速度为18米/秒。在设计采用倾斜的设计，我们选择在垂直风管的速度为12米/秒，在倾斜管道的速度为16米/秒，特别注意的是为了保证阻力平衡，在2#管段的风速为17米/秒。此外本次设计采用的旋风除尘器，其密封严格，不计反吹风量。3.5.3主要管道组件及其相关参数3.5.3.1合流四通在除尘工程中，四通分为吸入四通和压出四通，本次设计我们采用的是吸入四通合流四通的示意图如下：图4 合流四通表2合流四通的局部阻力系数V2/V10.60.81.01.21.41.610.40.350.20.1002-1.8-0.700.10.250.353.5.4确定风管的断面尺寸选择1-4-5-6为最不利环路，根据工业通风（第四版，中国建筑工业出版社 2010年3月）第243页的附录9“通风管道单位长度摩擦阻力线算图”可以查得：1#和3#管道L=0.66m3/s,V=16m/s可以查得：D=220mm,Rm=13.0pa;2#管道L=0.66 m3/s，V=12m/s(考虑阻力平衡)可以查得D=250mm,Rm=6.5pa;4#管道L=1.98 m3/s，V=18m/s可以查得D=360mm,Rm=9.2pa;5#管道L=1.98 m3/s，V=12m/s可以查得D=450mm,Rm=3.5pa;6#管道 L=1.98 m3/s，V=12m/s可以查得D=450mm,Rm=3.5pa;3.5.5摩擦阻力和局部阻力的计算3.5.5.1摩擦阻力的计算： 根据摩擦阻力的计算公式：pm=Rml; 则得出1#管道的摩擦阻力为Pm=13.005.887=76.5314Pa同样可以计算得出2#，3#，4#。5#，6#管道的摩擦阻力。3.5.5.2局部阻力的计算1#管段 =60伞形罩1 =0.16； =90 r=1.5d圆形弯头1 =0.17； =150 r=1.5d圆形弯头1 =0.22； 合流四通 1-4=0.05；1#管道总的局部阻力系数为：=0.62#管段 =60伞形罩1 =0.16； =90 r=1.5d圆形弯头1 =0.17； 合流四通 2-4=0.175；2#管道总的局部阻力系数为：=0.5053#管段和1#管段为对称分布。并且所采用的管道构建一样，则阻力相等=0.6。4#管段 =90 r=1.5d圆形弯头1 =0.17；所采用的XLP/A除尘器的进口尺寸为280mm560mm并且变径管的长度为250mm，根据公式： tan=12560-360250=0.4 =16.7查的=0.64#管道总的局部阻力系数为：=0.775#管段 =90 r=1.5d圆形弯头2 =0.17；5#管道总的局部阻力系数为：=0.346#管道带扩散管的伞形罩1=0.66#管道总的局部阻力系数为：=0.6总结上文，绘成水利计算表：表3 抛光台粉尘捕集与除尘系统设计水利计算表编号流量m3/s长度m管径mm流速m /s动压Pa局部阻力系数局部阻力Pa单位长度摩擦阻力Pa摩擦阻力Pa管Pa段阻力备注10.665.88722016154.1120.692.46713.0076.531168.99820.662.94522017173.9780.605105.2571750.065155.322阻力平衡30.665.88722016154.1120.692.46713.0076.531168.99841.983.89045018195.0480.77150.1879.235.788185.97551.987.4614501286.6880.3429.4743.526.113555.587561.988.6754501286.6880.652.0133.530.36382.376除尘器7008)阻力平衡计算：对汇合点A P1=168.998Pa P2=155.322Pa P2-P1P2=168.988-155.322168.988100%=8.09%10%阻力平衡9）计算系统的总阻力:对于XLP/A-9.4型风机，当其流速为17-18米/秒时其阻力高达1400帕，但是同时能保证较好的处理效果。 P=Rml+z=168.9982+185.975+55.5875+82.376+1400=1892.946Pa10）选择风机风机风量：Lf=1.15L=1.157128=8197.2m3/h风机风压：Pf=1.15P=1.151982.94=2176.877Pa选择4-72-4.5A风机，其风量为5730-10580m3/h，其配套的电动机为Y132S2-2型功率7.5KW，R=2900转/min,传动方式为万向轴连。4高温炉粉尘捕集与除尘系统设计4.1高温炉烟气的相关特性与有关参数的修正在除尘工程的实际过程中，把温度大于150的烟气称为高温烟气，与常规的烟气的性质相比，其不同主要表现在烟气的密度，体积，黏度和气体分子的变化上，其次表现为烟气的露点和爆炸极限的不同。4.1.1密度根据理想气体的状态方程:=PRT式中:-气体的密度（千克/立方米）P-气体的压力（帕斯卡）T-气体的摩尔温度（开氏）R-气体的摩尔常数入果压力不变，气体的密度与温度变化成反比。查阅除尘工程设计手册.可以得知:t=500时 =0.450 kg/m-3t=20时 1.204kg/m-3其运动黏度为：t=500时 =80.410-6past=20时 =15.710-6pas根据修比摩擦阻温度修正公式：Rm=Rm0(0)0.91(0)0.01=(0.4501.204)0.91(80.415.7)0.01Rm0 =0.415Rm04.1.2高温烟气露点与爆炸特性的考虑高温炉烟气的成分中，一般含有so2和so3,在高温的条件下so2易转化为so3，在烟气的温度下降到露点一下时，会对为采取防护设备的不同金属管件产生腐蚀。查阅相关的技术资料结合工程实际，可以得知水蒸气在烟气的比例一般不超过5%，so3浓度一般不大于1.1g/m3.根据含有H 2O和so3的气体露点温度列线图，在温度标尺上可以得到此条件下的露点温度为161。因此除尘器的温度应该保持在161及其以上。烟气量为Qg（m3/h）的温度由tg1降到tg2所放出的热量为:Q1=Qg22.4(C m1tg1-C m2tg2) Q1-烟气放出的热量kj/h Qg-烟气量m3/h C m1-C m2烟气在tg1和tg2时的平均摩尔热容 kj.kmol-1.k-1tg1 ,tg2烟气冷却前后的温度此外查得空气在200为 29.312 kj.kmol-1.k-1,在50030.103kj.kmol-1.k-1可以计算出: Q1=1814.422.430.103*500-29.312*200=7.4105kj/h对于普通的通风用的薄钢板。我们构建如下的模型：假设在整个管道内温度均大于200，则我们去其中间值350仅考虑高温烟气的主要成分-空气，对于其他的空气污染物因其含量太少，不以考虑根据相关公式Q=cLhx n(ts-tn)其中:c-为空气的质量比热为1.01kj/hL-管道或车间流通的风量风量管道或车间流通的风量m3/hn-空气在某温度时的密度（注意在t=350时为0.549kg/m3ts-tn为温度差则可以计算得出:Q=1.01*0.549*0.272*330*3600=1.79105kj/h7.4105kj/h因此不会出现露点，无需进行额外的保温措施。4.1.3温度的修正如果在工程实际中存在较大的温度差异的，必须进行比摩阻的修正，参照工业通风的有关理论，其具体的修正情况如下:Rm=ktkBRm0(pa/m)kt-为温度修正系数，其计算公式为kt=（273+20273+t）0.825式中t为实际的空气温度，kB-为环境空气压力修正系数，其计算公式为kB=（B101.3）0.9式中B为实际环境的空气压力kpa对于我们要进行粉尘捕集和除尘系统设计的高温炉来说，其环境压力与外界相差不大，因此无需修正。4.2高温炉热源上部接受式排风罩的设计4.2.1排风罩大小，安装高度以及风量的确定热源上部的热射流主要有两种形式，一种是生产设备本身散发的热射流，还有高温设备因为温度的差异iyu外界的对流散热形成的。当热物体与周围的空气有较大的温差时，通过对流散热把热量传给空气，周围的空气受热上升，形成热射流。通过在工程实际可以发现么在热源的表面，一般在距热源的（1.0-2.0）B（B-热源直径，m），射流发生收缩，在收缩断面上的流速最大，随后烟气开始扩散。一般根据下面所述的公式对其进行计算；生产设备收缩断面的直径：Dz=0.36H +B虚拟点到罩口的距离：z=H+1.26B=1.11.261=2.26mH 热源到计算断面的距离，mB 热源的水平投影的直径，m因此： Dz=0.36H +B=0.361.5+1=1.54m收缩断面的直径H0=1.5Ap=1.51.01.0=1.5m Ap-为热源的水平投影的面积热源的对流散热量为Q=Ft =1.7480431=6389j/s=6.389kj/sF-热源的对流放热面积 m2 t-热源表面与周围空气的温度差 -对流放热系数 （jm-2t-1)本次设计H/B=1.0，则满足H/B=0.9-7.4的范围，可以采用在不同的高度上的热射流的流量为： Lz=0.04Q 1/3Z3/2 (m3/s) Lz=0.046.389132.2632 =0.252m3/s接受罩的风量取V=0.5ms（为扩大面积上的空气的吸入速度m/s)L=Lz+VF=0.252+0.50.04=0.272m3/s式中F为扩大面积 F=0.20.2=0.04m24.2.2接受罩倾角以及相关参数的确定以高效。经济和兼顾美观安装方便的原则为依据，选择伞形罩的倾角=60，查的其局部阻力系数为0.16。为了减少局部气流对接受罩的影响，同时不影响工艺操作，将需要操作者观察的一面敞开，其余三面用挡板，考虑接受罩的安装高度为1米，将挡板设计为1.2m1m。综上所述，接受罩的大小为1.2m1.2m,距热源上部为1m,为低悬罩，三面设置挡板，板高1.2，挡板采用自然冷却。4.3高温炉粉尘捕集与除尘系统设计系统的确定4.3.1高温炉除尘系统轴测图4.3.1.1除尘系统的确定:高温炉粉尘捕集与除尘系统流程如下:诱导气流接受罩除尘风管旋风水膜除尘器风机排出管（附风帽）4.3.1.2除尘系统轴测图图5 高温炉粉尘捕集与除尘系统轴测图4.3.2风管的确定在工程实际的过程当中，排风罩的材料有很多，在市场上常见的有聚氯乙烯塑料板，胶合板和普通的钢板等。坚持经济和效益相统一的原则，我们采用薄钢板，因为温度较高，除尘风管不易生锈，因此不采用镀锌工艺。 4.3.3通风除尘系统的水力计算1)合理确定空气的流速风管内空气的流速对除尘系统有较大的影响。风速过高会加快设备和除尘系统管道的磨损，加大管道的噪声。流速过低会使粉尘堆积淤塞管道，因此必须合理的选择空气的流动。根据工程实际的经验结合书本知识查阅相关的资料。确定当颗粒物为石棉粉尘时垂直风管的速度为12米/秒，水平风管的速度为14米/秒.具体到本次设计，1#，3#管道为13m/s，4#为13m/s为13m/s，5#,6#管道为12m/s.2）计算摩擦阻力选定最不利环路。本系统确定1-3-除尘器-4-风机-5为最不利环路。根据各段的风量以及选定的流速，查阅线算图，得出管径和比摩阻的，然后通过修正，确定最终的单位长度摩擦阻力，并整理成下表。图6 通风管道单位长度摩擦阻力线算图表4 高温炉粉尘捕集与除尘系统单位长度摩擦阻力和管径确定表编号管长m流量m3/s流速m/s比摩阻Pa管径mm修正系数摩擦阻Pa13.2710.2721313.001600.44919.09323.2710.2721313.001600.44919.09335.70.54414112200.44928.15242.0860.5441272500.4496.556510.0460.5441272500.44931.5753）局部阻力的计算：1#管道： =60伞形罩1 =0.16； =120 r=1.5d圆形弯头1 =0.18； =150 r=1.5d圆形弯头1 =0.225； F3F=0.5，L3L1=0.5圆形三通 =0.252#管道：与1#管道对称分布，采取的管件形式一样，则局部阻力系数与其相同3#管道： =90 r=1.5d圆形弯头3 =0.17；除尘器进口尺寸280mm，变径管长度100mm，可以算出： =0.154# 管道：除尘器出口尺寸196mm，变径管长度100mm， tan=12（250-196100）可以查得=15.10，从而查得=0.39 =90 r=1.5d圆形弯头2 =0.17；5#管道：hh0=0.5的带扩散管的伞形罩，=0.6综上所述，制成水力计算表：表5高温炉除尘系统水力计算表编号流量m3/s长度m管径mm流速m/s动压Pa局部阻力系数局部阻力Pa局部阻力修正系数比摩阻Pa摩擦阻力修正系数摩擦阻力Pa管段阻力Pa10.2723.271160131