南昌大学大气污染控制工程课程设计

1、大气污染控制工程课程设计学生姓名：学 号：专业班级：指导教师：2009年6月8日目录课程设计的目的 2.课程设计题目描述和要求 2.设计说明书 3.一、工厂污染情况 3二、污染防治的必要性 32、1 什么是大气污染 32、2 大气污染的危害 4三、净化系统的设计流程 5四、集气罩的集气机理 7五、集气罩以及管道的设计要求 9六、集气罩的优缺点 11七、集气罩的设计原则 11八、设计参数 13设计计划书 13一、集气罩设计 131、1 集气罩尺寸的确定 131、2 集气罩排风量的确定 151、3 集气罩高度的确定 151、4 集气罩压力损失的计算 15二、管道布置图 162.1 走向原则 162

2、.2 走向分类 16三、管道、弯头及三通设计 163、1 管道设计 173、2 弯头设计 183、3 三通设计 19四、伞形风帽设计 20五、总压损设计 205、1 总压损设计 205、2 验证并连管路压力平衡 21六、风机的确定 216、1 风机设计的计算风量 216、2 风机设计的计算风压 226、3 风机的选择 226、 4 电机的选择 23总结2.3.参考书目 2.4.课程设计的目的课程设计的目的在于进一步巩固和加深课程理论知识，并能结合实践，学 以致用。通过课程设计，掌握大气污染控制工程各基本原理和基本设计方法 的应用，培养我们解决实际问题的能力。通过课程设计，树立正确的设计思想，

3、培养综合运用所学理论与生产实际知识来分析和解决设计问题的能力。本设计为某工厂集气罩的设计，结合大气污染控制工程的内容，及各 种参考资料， 完成集气罩的设计， 了解工艺设计流程， 以及集气罩除尘的工作原 理。并且在设计过程中：（ 1）了解工程设计中的基本方法步骤，技术资料的查找与应用。 （ 2）学会 基本的计算方法和进行绘图能力的训练。（3）综合运用本课程及有关课程的理论知识解决工程设计中的实际问题。（4）熟悉、贯彻国家环境保护法及其他有关政策。课程设计题目描述和要求1）在污染设备的顶部设计二个伞形集气罩。设计要求：使用材料为钢板，罩口边须距污染面积 H=600 mm。2）设计一套管路使集气罩与

4、除尘器形成一个除尘系统。设计要求：所用除尘器为LD14型布袋除尘器，使用相对粗糙度为K=0.15的钢管，弯头及三通设备自取，排气筒口需离地面高12m。3）选择一台风机使个除尘系统正常运转。设计要求：最大风量不超过 25200 m3/h 。4）使用计算机绘图，并用 A2图纸打印。5）要求说明书以及计算书内容完整、简洁明了，排版工整、计算正确。6）设计图纸应能较好地表达设计意图，要求内容完整，布局合理，正确清晰， 符合制图标准及有关规定。设计说明书、工厂污染情况该工厂有两个污染源，主要产生轻矿物粉尘，以轻微速度发散到尚属平静的空气 中。产生污染的设备如下图：图一要求设计集气罩收集工厂的粉尘， 设计

5、管道输送粉尘到布袋除尘器，从而达到净 化工厂空气的目的，使工厂员工有较好的工作环境。二、污染防治的必要性2、1什么是大气污染大气是环境的组成部分，是人类和动植物摄取氧气的源泉，是植物进行光合 作用所需二氧化碳的贮存库，也是环境中能量流转的重要环节。大气是多种气体 的混合物，其组成基本上是恒定的。但由于人口增多，工业发展，向大气中排放 的有害气体及飘尘越来越多，远远超过大气自净能力，使大气的组成发生变化， 有害气体危害了人类的生存和发展，就形成了大气污染。大气污染可以根据污染物的不同， 分为氮氧化物污染、 硫氧化物污染、 碳氧 化物污染及飘尘污染。1氮氧化物污染 : 主要污染物是一氧化氮和二氧化

6、氮。大气中的氮氧化物 大约有 2/3 来自煤炭及石油产品燃烧， 以及生产氮肥、 有机中间体、 金属冶炼时 产生的废气。燃烧1吨煤能产生3.6千克9千克二氧化氮。还有约1/3来自汽 车的尾气。 少量是由于自然界的火山爆发、 雷击闪电等使大气中的氮和氧化合生 成的。大气中氮氧化物含量达到一定程度时， 如果还有碳氢化合物、 硫氧化物等 存在，就可能发生“光化学烟雾”，危害人类健康。2硫氧化物污染 : 主要污染物是二氧化硫， 还包括硫酸及硫酸盐的微粒等。 据统计，全世界每年由于人类活动排放到大气中的二氧化硫超过一亿五千万吨。 其中 2/3 来自煤炭燃烧， l/5 来自石油的燃烧。大气中硫氧化物含量大时

7、，就可 能形成酸雨。世界八大公害之一的比利时马斯河谷事件就是由于二氧化硫污染造 成的。3碳氧化物污染 : 主要污染物是一氧化碳和二氧化碳。 大气中的碳氧化物主 要来自煤炭和石油的燃烧。 碳和碳的化合物在空气不充足的情况下燃烧， 就会产 生一氧化碳。例如， l 吨锅炉工业用煤燃烧约产生 1.4 千克一氧化碳； l 吨居民 取暖用煤燃烧约产生 20 千克以上的一氧化碳；一辆行驶中的汽车，每小时约产 生 l 千克 l.5 千克一氧化碳。据统计，全世界每年排入大气中的一氧化碳约 2.4 亿吨，而且一氧化碳不能氧化，不易与其他物质发生反应，因此，一氧化碳对环 境的污染绝不能忽视。 二氧化碳虽然不是有毒物

8、质， 但大气中含量过高， 就会形 成“温室效应”，有可能给全球带来巨大灾难。4大气飘尘污染：大气中弥漫着的固体和液体微粒，粒径大约在1.0 X 107 m1.0 X 10- 5 m之间，长期悬浮不落的，称为“大气飘尘”。飘尘的成分 复杂，形态万千， 往往是其他多种污染物的“载体”和“催化剂”。 大气中飘浮 着因核爆炸而产生的放射性灰尘时，会使人引起慢性放射性病或皮肤慢性损伤。 因此，大气飘尘是危害较大的大气污染物之一。2、2 大气污染的危害该工厂的主要污染物是矿物粉尘， 且以轻微速度散发到尚属平静的空气中， 造成污染物不能及时的扩散， 从而造成其弄懂不能及时得到稀释， 对人体、 对生 产、对产

9、品质量、对环境、对自然景观的美观、对生态平衡都有影响。粉尘排入大气会造成大气污染，很多有害气体、液体或某些金属元素都能 吸附在其上， 随着人的呼吸而被带入肺部深处或粘附在支气管的管壁上， 引起或 加重呼吸器官的各种疾病。 另外， 空气中的粉尘还会降低大气的能见度， 促使烟 雾的形成，使太阳辐射能的传递受到影响。 空气中的粉尘落到机器的转动部件上， 会加速转动部件的磨损， 降低机器工作的精度和寿命。 粉尘弥漫在车间， 还可降 低可见度，影响视野，妨碍操作，降低劳动生产率，甚至会造成事故。生产过程中，工人长时间吸入粉尘，能引起肺部组织纤维化病变，硬化，丧 失正常的呼吸功能，导致尘肺病。尘肺病是无法

10、痊愈的职业病。此外，部分粉尘 还可以引发其他疾病，如造成刺激性疾病（沥青烟尘、石灰、皮毛引起的皮炎） ， 急性中毒（如铅烟、锰尘等） ，致癌率增高（如石棉、放射性物质粉尘） 。影响粉 尘的致病因素：粉尘的沉积量、粉尘的致病性、吸入量。1）、粉尘在肺泡里的沉积量是发生尘肺病的首要条件， 粉尘粒径越小、 表面活性越大、所带电荷越多、 越容易在肺泡内沉积。 2）、粉尘中的游离二氧化硅（不与其他元素化合物结合 在一起的二氧化硅）含量越高，发病时间越短，病变发展越快，危害越大。3）、粉尘的吸入量， 作业场所中粉尘的浓度越高、 有尘作业的劳动强度越大、 接触粉 尘的时间越长，粉尘的吸入量就越多，越容易得尘

11、肺病。由此可知，采取一定措施防治大气污染 ,降低污染物的浓度，不仅是为工人的 健康着想， 更是为公司的利益做铺垫， 只有好的工作环境才能提高工人的工作积 极性，公司的生产效率就会上来， 生产效率上来公司员工的福利待遇就会跟着好 起来，最终就会吸引更多的优秀人才来到公司，为公司做贡献。三、净化系统的设计流程局部排气系统的基本组成如下图所示，主要由以下几部分组成：局部排气净化系统示意图1、 集气罩 2、风管 3、净化设备4、烟囱该工厂的主要污染物为轻矿物粉尘， 在设计中所使用的净化装置为LD14型袋式 除尘器，净化气体通过风机，经由烟囱排出工厂，其的流程图及净化系统如下所 示：图一 净化系统图简易

12、流程图图二袋式除尘器四、集气罩的集气机理在工业生产过程中，控制气态和颗粒状污染物的方法，通常在有害物质发生源处 或近旁设置集气罩，利用风机做动力，将生产过程产生的污染源在扩散到大气之 前，尽量将高浓度气体吸入罩内，进入净化系统，经净化处理达到排放标准后排 入大气。由于设备污染源和生产操作工艺的不同，相应集气罩的形式是多种多样 的。合理的设计和正确的使用对净化系统技术经济指标有直接影响，其技术经济指标主要有通风量和压损两部分。图三集气罩的集气机理研究集气罩罩口气流运动的规律是对于集气罩有效捕集污染物是十分重要的。集气罩罩口气流运动方式有两种： 一种是吸气口气流的吸入流动； 一种是吹 气口气流的吹

13、出流动。吸入气流原理：一个敞开的管口是最简单的吸气口当吸气口吸气时，在吸气口附近形成负压，周围空气从四面八方流向集气口，形成吸入气流或汇流。当吸气口面积很小时，可 视为点汇流。假定流动没有阻力，在吸气口外气流流动的流线是一吸气口为中心 的径向线，等速面是以吸气口为球心的球面，如图四 -a示：图四 点电汇气流流动情况由于通过每个等速面的吸气量相等，假定点汇流的吸气量为Q,等速面的半径为ri和宀，相应的气流速度为vi和v，则有Q = 4 霊 ri Vi = 4 r 2 v 2 或 Vi； V2 =（R2）（i-i）若在吸气口的四周加上挡板，如图四-b所示：吸气范围减少一半，其等速面为半 球面，则吸

14、气口的吸气量为：(i 2)2 2Q = 2 ri vi = 2 r2 v2比较（i）式和（2）式可以看出，在同样的距离上造成同样的吸气速度，即达到同样的控制效果时，吸气口不设挡板的吸气量比加设挡板时大一倍。或者说，在 吸气量相同的情况下，在相同的距离上，有挡板的吸气口的吸气速度比无挡板的 大一倍。因此，在设计外部集气罩时，应尽量减少吸气范围，以增强控制效果。另一种是吹气口气流的吹出流动。该除尘流程设备采用吸气口气流的外部集 气罩。五、集气罩以及管道的设计要求（一）集气罩的设计要求集气罩的设计主要包括结构形式设计及性能参数计算。集气罩设计的合理是指用较小的排风量就可以有效的控制污染物的扩散。反之

15、，用很大的排风量也不一定能达到预期的效果。因此，集气罩在净化系统设计中占有非常重要的位置。 本设计要求去除工厂污染源产生的轻矿物粉尘，集气罩得设计要求如下：（1）在污染设备的顶部设计二个伞形集气罩。设计要求：使用材料为钢板，罩口边须距污染面积 H=600 mm（2）设计一套管路使集气罩与除尘器形成一个除尘系统。设计要求：所用除尘器为LDi4型布袋除尘器，使用相对粗糙度为K=0.i5的钢管，弯头及三通设备自取，排气筒口需离地面高i2m（3）选择一台风机使个除尘系统正常运转。设计要求：最大风量不超过25200 m3/h。（二）管道的设计要求1、管道布置一般原则：（1）管道布置应减少阻力，采用圆形风

16、道强度大，耗用材料少，但是占用空间 大。矩形风道管件占用空间小， 因此易布置。 根据具体情况也可以采用其他的形 状，以充分了利用建筑空间。（ 2）管道敷设的原则管道敷设有两种形式： 明装和暗装。 在实际运用中常采用明装，因为它便于检修，不能用明装时采用暗装。管道应尽量集中成列，平行 敷设，并尽量沿墙或柱子敷设， 管径大的和保温管应设在靠墙侧。 管道与梁、 柱、 墙。设备及管道之间应有一定的距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩的要 求。一般设计原则为： 不保温管道与墙的距离应根据焊接要求考虑，管道外壁与墙的距离一般 不小于 150200mm。 管道与梁、柱、墙、设备的距离可比与墙的距离减少50

17、mm在该处不应有焊接接头。 两根管平行布置时，不保温管道不小于 150200mm 当管道受热伸长或冷缩后，上述间距均应不小于25mm 水平管道应有一定的坡度，以便于放水、放气、疏水和防止积尘，一般坡度为 0.0020.005 。坡度应考虑斜向风机方向， 并应在风管的最低点和风 机底部装设水封泄液管。（3）管道应尽量避免遮挡室内光线和妨碍门窗的关闭，不应影响正常的生产操作。（4）管道的支撑原则 注意管道不宜与阀件直接支撑在设备上，应该单独支架或吊架。管道的焊接缝位置应布置在施工方便和受力较小的地方。 焊缝不得位于 支架处。焊缝与支架的距离不应小于管径，至少不得小于200mm。（5）管道连接的原则

18、 在以焊接为主要的连接方式的管道中，应设置足够数量 的法兰连接处。 在以螺纹连接为主的管道中应设置足够数量的活接头， 以便于暗 转、拆卸和检修。（6）风管上应设置必要的调节和测量装置，如阀门、压力表、温度计、风量测 量孔及采样孔等，或者预安装测量装置的接口。7）管道设计中既要考虑便于施工， 又要保证严格不漏。 整个系统要求漏损小， 以保证吸风口有足够的风量。2、除尘管道布置原则：除应遵守上述一般原则外，还应满足以下要求： 除尘管道力求顺直，保证气流通畅。当必须水平敷设时，要有足够的流速 以防止积尘。对易产生积灰的管道，必须设置清灰孔；为减轻风机磨损，特别当 气体含尘浓度较高时（大于 3g/ m

19、3）, 应将净化装置设在风机的吸入段；分支管 与水平管或倾斜主干管连接时， 应从上部或侧面接入。 三通管的夹角一般不大于 300。当有几个支管会和于同一主干管时，汇合点最好不设在同一断面上。六、集气罩的优缺点1、集气罩的优点 外部集气罩用在应工艺或操作条件的限制，不能将污染源密闭起来的场合， 其特点是为了得到较大速度的气流， 往往需要很大的排风量。 外部集气罩利用罩 口抽吸作用造成罩口附近所需的气流速度，能防止有害物质的扩散和逸出。2、集气罩的缺点 外部集气罩易受外界干扰、影响工艺操作，当外部集气罩罩口必须远离污染 源时，外部集气罩不能有效的集气，宜采用设有吹出气流装置的吹吸式集气罩。七、集气

20、罩的设计原则集气罩设计得合理，使用较小的排风量就可以有效地控制污染物的扩散。反之， 用很大的排风量也不一定达到预期的效果。设计时应该注意以下几点 ;1. 集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物扩散限制在最小范围内，以便 防止横向气流干扰，减少排风量；2. 集气罩的吸气方向尽可能与污染气流运动方向一致，充分利用污染气流的初 始动能；3. 尽量减少集气罩的罩口面积，以减少排放量；4. 集气罩的吸气气流不经允许先经过工人的呼吸区再进入罩内。5. 集气罩的记过不应该妨碍工人操作和设备检修6吸风位置不宜设在物料集中地点和飞溅区内，避免把大量物料吸入净化系统7、罩内应保持一定的均匀负压，避免污染物外逸。

21、8、设计外部集气罩时：使用外部集气罩时为了有效的控制、捕集粉尘和有害气体，在不妨碍生 产操作的情况下，应尽可能使外部集气罩的罩口靠近污染源或扬尘点， 以使整个污染源或所有的扬尘点都处于必要的风速范围。 罩口尺寸应以有效控制污染源和不影响操作为原则，只要条件允许为提 高集气罩的控制效果，减少无效气流的吸入，罩口应加设法兰边。上部 集气罩的吸入气流易受横向气流的影响，最好靠墙布置，或在罩口四周 加设活动板。污染后的气体，应不再经过人员操作区，并防止干扰气流将其再次吹散， 要使污染气流的流程最短，尽快地吸入罩口内。 连接罩子的吸风管应尽量置于粉尘或污染气体散发中心。罩口大而罩身 浅的罩子气流会几种驱

22、向吸风管口正中，为获得均匀的罩口气流，可采 用条缝罩、管口前加挡板或改用多吸风管的方法。 为保证罩口吸气速度均匀，集气罩的夸张角不应大于 60。当污染源的平 面尺寸较大时，为降低罩高度，可以将罩分割成几个小罩子，还可以在 罩口加设挡板或气流分布板，以保证罩口气流速度分布均匀。冷凝过程 集气罩如下图所示：A上部集气罩八、设计参数产生污染源设备情况：立方体 1200 X 600X 1000mm操作条件：20C, 101.3kPa墙厚：240mm 方块柱：300X 300mm车间大门：2010X 2010mm钢管相对粗糙度 K=0.15管外径：D=750mm钢管相对粗糙度为K=0.15排气筒口离地面

23、高12m 三通管的摩擦阻力系数为0.12LD14-84型袋式除尘器：阻力：980Pa长：4503mm 宽：2250mm进口高度：3653mm 出口高度：8810mm过滤面积：168m最大风量：25200ri3/h伞形集气罩：罩口边距污染源距离H=600mm罩口吸入速度取0.7m/s;压损系数为0.235设计计划书、集气罩设计1、1集气罩尺寸的确定集气罩尺寸及示意图寸图五上部集气罩与污染源的相对尺Q1污染物发生量；Q2吸入室内空气量；Q3集气罩排风量；L3 罩口法兰边全厂；G3集气罩接风管场边尺寸;L1污染源场边尺寸；H罩口距污染源距离集气罩连接风管的特征尺寸为d,是方形的为短边。污染源的特征尺

24、寸为E,是方形为短边。集气罩口的特征尺寸为 D，是方形为短边。集气罩距污染源的垂直 距离H，则应该满足d/E 0.3 (1-1)；1.0 乞 D/ E 乞 2.0(1-2)；H /E乞0.7 (若影响操作，可适当增大)；L/D 3 ,D 4d；(1-3)则集气罩得尺寸确定如下：已知：E=600mm,H=600m扩张角小于60。则(1)d)180mm拟定接风口的特征尺寸 d=400mm即集气罩连接风口的特征尺寸为 400mm(2) 600岂D- 1200,取D=1100mm即集气罩的特征尺寸为 1100mm(3) 同时D5X( 550-400) =750m两进管口处的压力损失为：2v22=2 0

25、.1221.204 16.12= 32(Pa)(1-15)出口管的压力损失为:匚Pm5ivl2= 0.1221.204 17= 17.8( Pa)(1-16)三通管后直管的压力损失为:PL4 =IK：:v2=1 0.151.204 172=22.2( Pa)(1-17)气体流经三通后，气流速改变，由后面三通计算知，气流速度为29.46m/s,则,设置袋式除尘器后弯头的局部阻力损失为：2 2戶 Pv1.204X7：Pm60.175 251.79(Pa)(1-18)布袋除尘器与风机之间管道的压损及烟囱的压损为：PL5 =L5 心 PL4 =5.3x22.2 = 149.9(Pa)：Pl6 = L6

26、 . ：pL4 =12 22.2 =266.4(Pa)( 1-19)四、伞形风帽设计图十三烟囱直径D=550mm,伞形风帽的压力损失,风机出口 =0.1,伞形风帽(h/D=0.5)=1.3则其局部压力损失- Pm7= (1.3 0.1)1.204 16.122二 317(Pa)(1-20)五、总压损设计5、1总压损设计(1) 直管管道的总压力损失为：APL = APl1 + APl2 + 也 Pl3 + 也 Pl4 + 也 Pl5 + Pl6=23.9+116.4+44.5+22.2+149.9+266.4=623.3Pa(2) 弯头总的局部压力损失为：(3) 三通的压力损失为：P Pm4 ：

27、Pm5 =32 17.8 =49.8Pa 集气罩的总压损为：.IP =62.4Pa(5) 设布袋除尘器的局部损失为：API =980Pa(6) 风机和伞形风帽的压力损失为：厶P2 = 317Pa 则总的压力损失为P 总二 PI Pm P P P1 P2=623.3+195.9+49.8+62.4+980+317=2168.9Pa5、2验证并连管路压力平衡对于管路 L1 和 L2 :=0.19 0.175 0.12 =0.485.：Pm1 -2 八= 0.4851.024 16.122=64.4Pa对于管路 L3 :、=0.19 0.17 0.12 = 0.48Pm3 = =0.481.024

28、16.122=63.7Pa则管道L1和L2的总压损：P1 = APL2 中 APm1 _2 =194.7Pa管路L3的总压损： P 2 = ： P L3 二 p m3 二 178 .2 PaP1 - P2P1194.7 T78.2194.7= 8.5% 10%节点压力平衡六、风机的确定6、1风机设计的计算风量风机的风量计算公式：Q0 =(1 K1 )Q式中：Q-管道计算的总风量，nVhK 1-考虑系统漏风所附加的安全系数。 一般管道取0.1 ；除尘管道的取0.10.15贝风机的风量为：3Qo =(10.13) 4.04 3600 = 16434 (m / h)6、2风机设计的计算风压通风机的风

29、压计算公式：PtPP0二(1 心)二(1 心)P严:TP式中：.巾一管道计算的总压力损失，Pa；K2 考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数。一般管道取0.10.15，除尘管道取 0.150.2 ；订、P0、T。一通风机性能表中给出的标定状态的空气密度、 压力、温度。 一般来说，p0=101.3kpa,对于通风机T0 =293C, ：0=1.2kg/m3,对于引风 机 T。=293C,订=0.745kg/m3; p、 T运行工况下进入风机时的气体密度、压力、温度。设计选取引风机，则风机的风压293R01.3卩0 二(1 0.1) (543 195.9 49.8)1056( Pa)29

30、3 101.36、3风机的选择依据作用机理不同，风机一般分为离心式、轴流式、贯流式3种。常用的是离心式和轴流式风机。根据压力风机可分为高压风机(p3000Pa)、中压风机(1000Pa pv 3000Pa),低压风机(pv 1000Pa)。在选择风机时，应注意一下问题(1) 根据输送气体的性质，如气体的含尘浓度、腐蚀性与爆炸性成分的含量、湿度、温度等来确定风机的类型。(2) 根据所需风量、风压或选定的风机类型，来确定风机的型号。(3) 考虑到管道可能漏风，有些阻力计算不够完善，选用风机的风量与风压应大于通风计算的风量和风压。计算出Q。和 視后，即可按风机产品样把你给出的性能曲线后表格选择所需 风机的型号规格。lOOOPa ： . Po 105： 3000Pa，选用低压风机根据上述风速和风压，在风机 样本上选择 T4-72型，NO5A 离心通风机，当转速 N=2900r/min时，Q=14490m3/h,P=2350pa,配套电机为 Y160M2,15KW,基本满足要求。6、4电机的选择所需电动机的功率Ne计算公式为:Q 0 也 P K3.6106 , 2(kW )25kw时取1.2，大于5kw式中：K