大气污染控制工程—车间除尘系统设计

1、目录1 设计任务书- 2 -1.1 设计目的- 2 -1.2 设计任务与要求- 2 -1.3 设计资料- 2 -2 设计说明书- 4 -2.1 集气罩的设计- 4 -2.1.1 设计原则- 4 -2.1.2 集气罩尺寸参数的确定- 4 -2.1.3 控制点控制速度vx的确定- 5 -2.1.4 排风量的确定- 6 -2.2 除尘器的选型与设计- 7 -2.2.1 除尘器类型比选- 7 -2.2.2 除尘器的选型- 8 -2.3 管道系统设计及计算- 8 -2.3.1管道设计原则- 8 -2.3.2 管道的初步设计- 9 -2.3.3 管径与管内流速的确定- 9 -2.3.4 弯头的设计- 10

2、 -2.3.5 三通的设计计算- 10 -2.3.6 管段长度的确定- 11 -2.4 压损平衡设计- 11 -2.4.1 管段压损计算- 11 -2.4.2 压力校核- 13 -2.4.3 除尘系统总压力损失- 13 -2.5 风机的选择与校核- 13 -2.6 烟囱的设计计算- 14 -2.7设计结果概要- 15 -2.7.1通风系统水力计算表- 15 -2.7.2平面布置图- 15 -2.7.3除尘器三视图- 15 -3 设计评述- 16 -4 参考文献- 16 -1 设计任务书1.1 设计目的通过对大气污染净化系统的工艺设计，初步掌握大气污染净化系统设计的基本方法，培养利用已经学过的理

3、论知识综合分析问题，并提高解决实际问题的能力、绘图能力、以及正确使用设计手册的能力。1.2 设计任务与要求1.设计说明书的编写（1）集气罩的设计及风量的计算（2）除尘系统的选择及除尘器的计算（3）输排管道系统阻力计算（4）通风机和电机的选择2.图纸的绘制 3号图纸3张，平面布置图、流程图(立面图)、除尘器构造图（三视图）。要求：标出设备定位尺寸、设备及管道标高，设备编号和明细表, 绘制比例1.3 设计资料课题已知条件：1、车间面积和产尘设备； 设备两台，为主方体，单台尺寸为：长宽高=12006001000 （mm）同一尺寸的同学要求除尘工艺不得相同（袋式、静电、湿式、旋风等 ）2、产生轻矿物粉

4、尘并以较低速度发散到尚属平静的空气中；3、污染源气体含尘浓度4g/ m3，密度1.2g/cm3，温度20度，大气压力1.013105Pa ；4、在污染源设备顶部设计两个伞形集气罩，罩口距污染源上表面为200mm；5、管道和集气罩用钢板制作，钢管相对粗糙度0.15，排气筒距地面12m。车间平面布置2 设计说明书2.1 集气罩的设计2.1.1 设计原则1.集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物的扩散限制在最小范围内，以便防止横向气流的干扰，减少排风量。 2.集气罩的吸气方向尽可能与污染气流的运动方向一致，充分的利用污染气流的初始动能。3.尽量减少集气罩的开口面积，减少排风量。4.集气罩的吸气气流

5、不允许先经过工人的呼吸区再进入罩内。5.集气罩的结构不应妨碍工人操作和设备检修。 根据以上原则选取冷过程上部集气罩，为避免横向气流干扰，在罩口设置活动挡板，以保证罩口气流速度分布均匀。如右图所示。2.1.2 集气罩尺寸参数的确定本设计中污染源尺寸为lwh=12006001000，故适宜采用矩形集气罩.1集气罩口长边设罩口长边尺寸为L，污染源长边尺寸为l，则L=0.8H+l已知l=1200mm，H=200mm，故L=1360mm；2.集气罩口短边B=0.8H+W=760mm3.集气罩口周长为避免横向气流干扰，要求罩口至污染源距离H尽可能小于或等于0.3L，即H408mm，因此H符合条件。集气罩可

6、设计为四面开口形式，罩口敞开面周长为P=7602+1360 2=4240mm。4.集气罩扩张角为保证罩口吸气速度均匀，吸气罩的扩张角不应大于60，本设计中取60，5.集气罩高度h=L2tan=16802tan60=1177mm 取1180mm。为提高集气罩的控制效果，减少无效气流的吸入，罩口加设法兰边。法兰边高150200mm，本设计取170mm，则集气罩总高为h=1180+170=1350mm2.1.3 控制点控制速度vx的确定当污染源为污染物发生量较小的冷过程源时，可以采用速度控制法进行外部集气罩的设计。采用控制速度法计算集气罩的排风量，关键在于确定控制速度vx和集气罩结构、安设位置及周围

7、气流运动情况，一般通过现场实测确定。由于本例缺乏现场实测数据，设计时参考表1-表4确定表1 污染源的控制速度vx污染物的产生状况举例控制速度/m.s-1以轻微的速度放散到相当平静的空气中蒸汽的蒸发，气体或烟气敞口容器中外逸0.250.5以轻微的速度放散到尚属平静的空气中喷漆室内喷漆，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，或放散到空气运动迅速的区域翻砂、脱模、高速（大于1m/s）皮带运输机的转运点、混合、装货或装箱1.02.5以高速放散出来，或是放散到空气运动迅速的区域磨床，中破碎，在岩石表面工作2.510表2 按周围气流情况和污染物危害性选择风速周围气流情况

8、控制风速/(m/s)危害性小时危害性大时无气流或容易安装挡板的地方0.200.250.250.30中等程度气流的地方0.250.300.300.35较强气流或不按挡板的地方0.350.400.380.50强气流的地方0.50.5非常强气流的地方1.01.0表3 按污染物危害性及集气罩形式选择控制风速危害性圆形罩侧面方形罩伞形罩一面开口两名开口三面开口四面开口大0.380.500.50.630.88中0.330.450.380.500.78小0.300.380.250.380.63由上述知集气罩为矩形，四面开口且设置挡板；根据题设条件，污染源产生轻矿物粉尘，以轻微速度发散到尚属平静的空气中。表4

9、敞开断面处流速罩子形式断面流速（m/s）罩子形式断面流速（m/s）四面敞开三面敞开1.01.270.91.0两面敞开一面敞开0.760.90.50.76综上，敞开断面处控制流速vx在1.01.27间。但考虑到流速太大时，会造成动力消耗过大，故可取 vx=1.0m/s2.1.4 排风量的确定Q=KPHvx=1.44.240.21.0=1.1872m3/s=4273.92 m3/h式中：P-罩口敞开面周长，m；H-罩口至污染源距离，m； K-考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数，通常取K=1.4； vx-控制速度。 Q总=Q2=4273.922=8547.84m3/h2.2 除尘器的选型与设计2.2

10、.1 除尘器类型比选表5 各种除尘器的效率对比除尘器名称全效率/%不同粒径（m）时的分级效率/%055101020204444带挡板的沉降室58.67.522438090普通的旋风除尘器65.31233578291长椎体旋风除尘器84.240799299.5100喷淋塔94.5729698100100电除尘器97.09094.59799.5100文丘里除尘器99.59999.5100100100袋式除尘器99.799.5100100100100=1-csc最高允许排放浓度为：60mg/m3,原污染源气体含尘浓度4g/ m3则最低除尘效率 min=1-0.064=98.2% 本方案选用文丘里除尘

11、器。2.2.2 除尘器的选型1.选型本方案选择WCG-1.0型低压文丘里除尘器，其技术性能见下表6表6 WCG-1.0型低压文丘里除尘器型号额定风量/(m3/h)阻力/Pa除尘效率入口气体温度/外形尺寸(长宽高)入口尺寸/mm出口尺寸/mmWCG-1.010000124598.8%160106486026003008605002.结构WCG型低压文丘里除尘器，由2个主要部件组成，装有文丘里管和旋风筒的上箱体和设有沉淀箱、卸尘装置的下箱体。2.3 管道系统设计及计算2.3.1管道设计原则1. 管道系统布置应从总体布局考虑，统一规划，合理布局。力求简单、紧凑，安装、操作、维修方便，尽可能缩短管线长

12、度，减少占地空间，适用、美观、节省投资。2. 管道应尽量集中成列、平行敷设，并应尽量沿墙或柱子敷设。管径大的或保温管道应设在靠墙侧。3. 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，一般不小于100200mm。4. 管道应尽量避免遮挡室内采光和妨碍门窗启闭；应不妨碍设备、管件、阀门和人孔的操作和检修；应不妨碍起重机的工作。5. 管道通过人行道时，与地面净距应不小于2m。6. 除尘管道力求顺直，保证气流畅通。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30。7. 进行管道压力损失计算时，管段长度一般按两管件中心线之间的距

13、离计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。8. 对并联管道进行阻力平衡计算，除尘系统小于10%，否则进行管径调整。2.3.2 管道的初步设计见附件，图1 流程图。2.3.3 管径与管内流速的确定表7 除尘风管内最低风速m3/h粉尘类别粉尘名称垂直风管(m/s)水平风管(m/s)矿物粉尘重矿物粉尘1416轻矿物粉尘1214灰土、沙尘1618干细型沙1720金刚砂、刚玉粉1519本设计中，污染物为轻矿物，由表得水平管内最低流速为14m/s，垂直管为12m/s。考虑要用到垂直管和水平管两部分，初选流速为14m/s，1. 管段1、2：由Q=1.1872m3/s，vx=14m/s，根据下式求得管径：

14、d1=4Q1vx=41.18723.1414=329mm根据全国通用通风管道设计计算表取标准管径d1=340mm管径d1=d2=340mm管内实际流速v1=v2=4Qd2=41.18723.140.342=13.08 m/s不符合要求根据全国通用通风管道设计计算表取标准管径d1=320mm管径d1=d2=320mm管内实际流速v1=v2=4Qd2=41.18723.140.322=14.77m/s 符合要求。由Q3=Q1+Q2=2.3744m/s，根据下式求得管径：d3=4Q3V=42.37443.1414.77=453mm根据全国通用通风管道设计计算表取标准管径d3=450mm 。管内实际流

15、速v3=4Qd2=42.37443.140.452=14.94m/s 符合要求。2. 管段4、5:因为Q4=Q5=Q3=2.3744m/s，所以v5=v4=14.94m/s2.3.4 弯头的设计管段1：设计一个90弯头。该管段管径为d1=320mm，根据通风除尘设备设计手册得R/d=1.5时，阻力系数=0.175。管段2：设计一个120弯头。该管段管径为d2=320mm，根据通风除尘设备设计手册得R/d=1.5时，阻力系数=0.20。管段4：设计两个90弯头。该管段管径为d4=450mm，根据通风除尘设备设计手册得R/d=1.5时，阻力系数=0.175。2.3.5 三通的设计计算在管段1、2、

16、3交接处安装一个30直流三通。使得车间两个污染源的粉尘均能顺利进入管段3以及其后的管道系统。根据通风除尘设备设计手册查得=30时，1=0.02，2=0.21管段1、2的管径：d1=d2=320mm，经过三通后的管径d3=450mmL5d3-d1=5450-320=650mm2.3.6 管段长度的确定根据管段设计原则第7条，沿程损失计算应为两管件中心线之间的距离计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。除尘器进口高度：3600mm管段1：L1=1050+6000+650=7700mm管段2：L2=675+750=1425mm管段3：L3=1285mm管段4：L4=3600mm管段5：L5=20

17、000mm2.4 压损平衡设计2.4.1 管段压损计算管段1：1）管段L1=7700mm， /d=0.0568， 动压为137.00 Pa。则摩擦压力损失PL1=ld v22=7.7000.0568133.37=58.33 Pa2）局部阻力包括： 矩形伞形集气罩：=60，=0.1290弯头，取R=1.5D， =0.175=30的直流三通，=0.105故=0.4则局部压力损失为：Pm1=v22=0.4133.37=53.35Pa管段2：1）管段L2=1425mm， /d=0.0568， 动压为133.37 Pa。则摩擦压力损失PL2=ld v22=1.4250.0568133.37=10.79

18、Pa2）局部阻力包括： 矩形伞形集气罩：=60，=0.12120弯头，取R=1.5d，=0.20吸入三通（支管）=30，如图，=0.395，故=0.715则局部压力损失为：Pm2=v22=0.715133.37=95.36 Pa管段3：1）管段L3=1285mm /d=0.0373，动压为135.16 Pa。则摩擦压力损失PL3=ld v22=1.2850.0373135.16=6.48 Pa2）局部阻力包括：合流三通 =0.18一个90弯头，取R/d=1.5， =0.175除尘器压力损失 Pmc=1245Pa则局部压力损失为：Pm3=1245+v22=1245+(0.18+0.175)135

19、.16=1292.98 Pa管段4：1）管段L4=3600mm，/d=0.0373，动压为135.16 Pa。则摩擦压力损失PL4=ld v22=3.60.0373135.16=18.15Pa2）局部阻力包括：两个90弯头，取R=1.5D， =0.18故=0.36则局部压力损失为：Pm4=v22=0.36135.16=48.66Pa管段5：管段L5=20000mm，/d=0.0373，动压为135.16 Pa。则摩擦压力损失PL5=ld v22=200.0373135.16=100.83 Pa2.4.2 压力校核并联管路阻力损失平衡计算：结点A: P1=PL1+PM1=58.33+53.35=

20、111.68 Pa，P2=PL2+PM2=10.79+95.36=107.48 Pa，P1-P2P1=111.68-107.48111.68=4.95%10%由此可知，结点压力平衡，管径选择合理。2.4.3 除尘系统总压力损失以最大阻力线路计算：P=P1+P2+P3+P4+P5=116.68+107.48+1299.46+66.81+100.83=1691.26 Pa2.5 风机的选择与校核1.通风机风量Q0=1+K1Q式中：Q0-通风机的风量(m3/h)K1-考虑系统漏风时的安全系数，除尘系统管道取K1=0.10.15Q-管道系统的总风量(m3/h)故通风机风量为：Q0=1+K1Q=1.18

21、547.84=9403m3/h2.通风机风压P0=P1+K20=P1+K2Tp0T0p式中：K2-安全系数，除尘管道取K2=0.150.20；0、p0、T0-通风机性能表中给出的空气密度、压力和温度，通常p0=101328Pa，对于通风机T0=293K，0=1.2kg/m3。取K2=0.15故通风机风压为：P0=P1+K2=1691.26 1.15=1944.65 Pa3.设备选型根据上述风量和风压，选用C6-48No10C型离心通风机，性能与选用件见表3表8 C6-48型排尘离心通风机性能与选用件表压力损失：除尘系统总压力损失为1944.65 Pa，其值在所选风机全压25161855Pa内，故压力满足要求。风量：除尘系统计算风量为9403m3/h，所选风机风量范围579310290m3/h内，基本符合要求。综上所述，风机选型符合系统要求。2.6 烟囱的设计计算设出口处平均风速为2m/s，大气温度为15，大气压力1.013105Pa。烟囱内径0.45m，流量2.3744m3/s，烟气流速14.94m/s，烟气温度20。由于T=Ts-Ta=20-15=535K所以H=21.5vsD+0.01Q