工业通风课程设计 某企业加工车间除尘系统设计

1、课程设计课题名称某企业加工车间除尘系统设计专业名称安全工程所在班级安本0904班学生姓名*学生学号 09601240437指导教师*湖南工学院课 程 设 计 任 务 书安全与环境工程系安全工程专业学生姓名：*学号：0960124037 专业：安全工程1. 设计题目：某企业加工车间除尘系统设计2. 设计期限：自2011年12月5日开始至2011年12月18日完成3. 设计原始数据：1）某企业生产车间平面布局；2）抛光间、打孔间局部排风罩风量；3）暖通空调制图标准GBT50114-2001；4）简明通风设计手册。4. 设计完成的主要内容：（1）抛光轮粉尘捕集与除尘系统设计；（2）高温炉车间的粉尘补

2、集和除尘系统设计。5. 提交设计（设计说明书与图纸等）及要求：（1）、要求选择不同的设计方案，比较各种方案的利与弊，并从中体会和总结设计经验；（2）、要求学生按照设计计划进程进行，按时完成课程设计；（3）、设计图纸要求有平面图（A2）和轴测图(A3)，并相应标上图名、图号和相关尺寸；（4）、设计图纸采用计算机绘图，要求图面清晰、标注准确；（5）、完成设计说明书一份，要求设计方案正确、合理，设计思路明确，标明数据来源，计算过程简洁、清晰，内容恰到好处。6.发题日期：2010年12月1日指导老师（签名）：学生（签名）：*目 录1 前言12车间简介22.1车间平面布置22.2颗粒物、粉尘、高温烟气的

3、危害性23 车间通风除尘系统的设计33.1 系统的划分33.2部件的选择4排风罩4风管的设计6排风口位置的确定8除尘器的选择83.3系统整合94除尘系统的计算104.1系统A1的水力计算104.2 系统A2的水力计算145结束语18参考文献19附件191 前言通风工程是一门很重要的科学，在生产生活的过程中，通风工程这门科学有着相当重要的应用价值。通风工程主要介绍了工业通风和空气调节两个方面的内容。工业通风的主要任务是，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。随着经济的发展、科技的进步和工业化的加剧，我们每年都散发大量的工业污染物，对环境造成了相当大的影

4、响。在全球范围内，像美国、英国、法国、德国这样的发达国家，他们照样也面临环境问题，不过他们的科技水平和工业化水平很高，在工业化的过程中注意人员健康和环境的保护，而且成效显著，已经取得相当大的经济效益和环境效益。而我国在这一点上，却没有赶上先进国家的行列，我们要坚持可持续发展，利用通风工程提高经济效益的同时提高环境效益。我国当前的能源结构依然是以煤为主，而清洁能源的占的比例却不到32.5%，随着工业的不断发展，散发的工业有害物日益增加。因此，通风工程的作用就尤为突出了，现代企业运用好通风工程，可以从根本上来提高综合效益。在工业生产中，工业通风是很关键的一部分。做好通风工程不仅可以有效的控制污染物

5、，减少污染气体的排放，对大气和环境起到保护作用，减少环境灾害的发生，而且还可以节约资源，在工业中，有很多的原料都是碎成粉末状后才使用，在生产过程中通过一次尘化和二次尘化的作用，是原料都变成扬尘，漂浮在空气中，这样就浪费了不少宝贵资源，最重要的是改善作业场所的工作环境，排除废气、余热、余湿和有害物质，预防职业病的发生。因此，为完成工业通风的主要任务，通风除尘系统，排除有害气体、余热、余湿的通风系统的设计势在必行。根据课程设计的要求，下面我将对某企业车间高温炉车间和抛光车间进行通风设计。2车间简介2.1车间平面布置该企业的厂房分两个大车间，其布局如图1所示。靠北边的是高温炉车间，在生产工艺中，高温

6、炉主要是供合金钢制品、各种金属机件正火、淬火、退火等热处理之用，或金刚石等切割刀片进行高温烧结用途。车间中4# 5#为高温炉，产生的污染物主要是高温烟气，粒径范围约为0.01-20um炉内温度为500，室温为20。炉子呈正方形，边长为1m，距离外墙有2.53m，两台高温炉都是正对着窗户，窗宽3.8m，高5m，窗台高1m。高温炉车间东边是产品堆放区。南边的车间是抛光车间，车间中有1# 2# 3#三台抛光机，每台抛光机上有2个抛光轮。抛光轮为布轮，其直径为D=200mm，抛光轮中心标高1.4m。抛光机由底座、抛盘、抛光织物、抛光罩及盖等基本组件组成。电动机固定在底座上，固定抛光盘用的锥套通过螺钉与

7、电动机轴相连。抛光的目的主要是为了去掉金属表面的污垢及加亮镀件。在抛光过程中会产生大量的粉尘，其主要成分有：抛光粉剂、粉末、纤维质灰尘等（石棉粉尘）。图1 车间平面概况图1 车间概况2.2颗粒物、粉尘、高温烟气的危害性颗粒物和与粉尘对人体健康的危害与其性质、粒径的大小和进入人体的颗粒物的量有关，其化学性质是危害人体的主要因素。一般颗粒物进入人体肺部后，可能引起各种尘肺病。有些非金属颗粒物如石棉、硅、炭黑等，进入人体后不能被排除，将导致石棉肺、硅肺或尘肺。粉尘粒径小，粒子在空气中不易沉降，也难于被捕集，造成长期空气污染，同时易于随空气吸入人的呼吸道深部；粉尘粒径小，其化学活性强，表面活性也增大，

8、加剧了人体生理效应的发生与发展；粉尘的表面可以吸附空气中的有害气体、液体以及细菌病毒等微生物，它是污染物质的媒介物，还会和空气中的二氧化硫联合作用，加剧对人体的危害。颗粒物对生产的影响主要是降低产品的质量和及其工作的精度，要是被固态颗粒物玷污或抛光机转动部件被磨损、卡住，就会使产品表面粗糙度不一，降低抛光的质量，如果轴承因粉尘而严重磨损，那么抛光机就无法工作。颗粒物还会是光照度和能见度降低，影响室内作业的视野。污染蒸汽和气体对工农业生产也有很大的危害，例如二氧化硫、三氧化硫、氟化氢和氯化氢等气体时，会对金属材料、油漆涂料产生腐蚀作用，缩短其使用寿命。有些粉尘在一定条件下会发生爆炸，造成经济损失

9、和人员伤亡。为了给操作者营造一个良好的工作环境，预防职业病，使粉尘不影响抛光质量，保证环境不受污染，我们需要设计出与这两套生产系统配套的通风除尘设备。3 车间通风除尘系统的设计由于整个车间比较大，而污染源的产生也相对集中，本设计中我们考虑局部通风。这样做的目的是：一是能有效的控制污染源，把室内的污染源控制在可接受范围内，使污染物的浓度符合卫生标准的规定。二是节约能源，能够用最小的通风量达到最理想的通风效果。在设计时，我们按照如下程序进行。系统的划分，部件的选择与设计、系统整合。3.1 系统的划分当车间内不同的地点有不同的送、排风要求、或车间面积较大，送排风点较多时，为了便于运行和管理，常分设多

10、个送、排风系统。系统划分的原则是：空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划分一个系统；生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为一个系统；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。根据系统划分的原则，把该企业车间的通风划为两个系统，设A1为抛光车间通风除尘系统（以下简称A1系统），A2为高温炉通风除尘系统（以下简称A2系统）。A1系统中三个抛光机的空气处理要求相同、室内参数

11、要求相同，是同一生产流程、运行班次和运行时间相同，粉尘种类相同；本设计中三个抛光轮工作所产生的粉尘由一个通风除尘系统捕集排除，此通风除尘系统由三个排气罩并联、风管、除尘器、风机和风帽组成。因此，适合划为一个系统。A2系统中两个高温炉产生的主要是高温烟气，因此处理要求和抛光轮的粉尘处理要求不同，而且在运行班次和运行时间上也不同，适合把它单独划成一个系统。此系统由上部接受式排风罩，风管、除尘器、风机和风帽组成。3.2部件的选择排风罩根据抛光间的布置，及抛光机运行时粉尘的运动方向基本一致，除尘系统中采用局部排风罩捕集粉尘。局部排风罩是局部排风系统的重要组成部分。通过局部排风罩口的气流运动，可在有害物

12、散发地点直接捕集有害物或控制其在车间的扩散，保证室内工作区有害物不超过国家卫生标准的要求。设计抛光车间局部排风罩时应遵循以下原则：1）局部排风罩应尽可能包围或靠近有害物发生源，使有害物局限于较小的空间，尽可能减小其吸气范围，便于捕集和控制。图2 高温炉作业台面示意图2）排风罩的吸气气流方向应尽可能与污染气流运动方向一致。3）排风罩应力求结构简单、造价低，便于制作安装和拆卸维修。4）和工艺密切配合，使局部排风罩的配置与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作。根据热射流本身的运动性质和规律，把接受式排风罩安装在热源的正上方，这样就使排风罩的吸气气流方向与污染源气流运动方向一致，达到更好的除尘效果。效

13、果图如图2所示，在这里考虑到高温炉的旁边有窗户，热射流会受到横向气流的影响而发生偏转，可能逸入室内。为了确保尽可能将污染物排除，考虑使用低悬罩。通常近似认为热 射流收缩断面至热源的距离： (m)公式1式中 为热源的水平投影面积为减少横向气流的影响，并且保证不影响生产工艺的操作，设计的是低悬罩，低悬罩的高度要求是，所以选定高度。公式2式中热源计算断面距离，m；热源水平投影的边长尺寸，m。根据公式2计算得出：(m)热源的对流散热量计算公式为： (m)公式3式中对流放热系数热源对流放热面积热源表面与周围空气温度差，在的范围内，热射流的计算公式为：公式4罩口断面尺寸计算公式：公式5公式6排风

14、罩的排风量为计算公式：公式7根据公式3热源的对流散热量：根据公式5计算得出：罩口断面直径为： 排风罩排风量为： 抛光机操作的关键是要设法得到最大的抛光速率，以便尽快除去磨光时产生的损伤层。因为抛光轮的转动速度极快，使得抛光粉剂、粉末、纤维质灰尘等（石棉粉尘）被甩出的速度极高，为充分捕集打磨抛光所产生的粉尘，抛光轮的排风罩应采用接受式侧排风气罩，工作台的高度为1.2m，抛光轮中心标高为1.4m台面呈正方形，变长为1m罩口尺寸为1m*0.35m（宽*高），与抛光罩相接，如图3所示。每台抛光机有两个抛光轮，抛光轮为布轮，其直径为D=200mm，抛光轮中心标高1.2m，工作原理同砂轮。相关资料如下：排

15、风量的计算一般按抛光轮的直径D计算： m3/h式中：A与轮子材料有关的系数布轮：A=6m3/h·mm毡轮：A=4m3/h·mm D抛光轮直径 mm风量为：。3.2.2风管的设计(1) 风管的布置通风管道是通风和空调系统的重要组成部分。设计计算的目的是，在保证要求的风量分配的前提下，合理确定风管布置和尺寸，使系统的初投资和运行费用综合最优。通风管道系统的设计直接影响到通风空调系统的使用效果和技术经济性能。图3 抛光轮排风罩在此系统中风管的布置应遵循以下原则：除尘系统的排风点不宜过多，以利各支管间阻力平衡；除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设；风管的布置应力求顺直，避免复杂的管件。弯

16、头、三通等管件要安排得当，与风管的连接要合理，以减少阻力和噪声。风管的走向可分为架空式与下埋式，本设计中采用埋地式，将管道固定在地面至少1m以下，具体情况见附图1和附图2。(2) 风管断面形状的选择表1 除尘风管的最小风速（m/s）粉尘类别粉尘名称垂直风管水平风管纤维粉尘干锯末、小刨屑、纺织尘1012木屑、刨花1214干燥粗刨花、大块干木屑1416潮湿粗刨花、大块湿木屑1820棉絮810麻1113石棉粉尘1218 风管截面形状有圆形和矩形两种。两者相比较，在相同断面积时圆形风管的阻力小，材料省，强度也大。同时当风管中流速较高，风管直径较小时，如除尘系统和高速空调系统都用圆形风管。风管材料应根据

17、使用要求和就地取材的原则选用。因本设计属除尘系统设计，管内流速较高，阻力较大，故采用圆形风管，具体尺寸见附图。除尘系统风管中流速较高，风管直径较小，采用圆形风管。(3) 风管材料的选择用作风管的材料有薄钢板、硬聚氯乙烯塑料板、胶合板、纤维板、矿渣石膏板、砖及混凝土等。需要经常移动的风管，则大多用柔性材料制成各种软管，如塑料软管、橡胶软管及金属软管等。风管材料应根据使用要求和就地取材的原则选用。本设计中采用镀锌钢板作为风管材料，它易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高的温度，为避免抛光织物局部磨损太快，抛光过程中要不断添加微粉悬浮液，使抛光织物保持一定湿度，镀锌薄钢板具有一定的防腐性能，适用于

18、空气湿度较高或室内潮湿的通风系统。除尘系统因管壁磨损大，通常采厚度为1.53.0mm的钢板。(4) 风管的保温由于A2系统的风管输送的是高温烟气，温度相当高(400500)，而室温仅20，而风管在输送空气过程中必定冷热量损耗大，又要求空气温度保持恒定，或者要防止风管穿越房间时，对室内空气参数产生影响及低温风管表面结露，腐蚀风管，因此需要对风管进行保温。A1系统输送的是普通室温下的粉尘，不存在结露问题，可以不用考虑保温。保温层的结构分为三层：保温层、防潮层和保护层，保温材料的有如下表2可供选泽：密度（kg/m3）导热系数W/(m·K)吸水率（g/200cm2)透湿系数g/(m2

19、3;s·Pa)防火性能岩棉1000.03883.31.3×10-5不燃烧离心玻璃棉480.0310.03825（%随重量增加）4.0×10-5不燃烧阻燃聚乙烯泡沫材料220.0310.0504.0×10-11离火自熄硬质聚氨酯泡沫材料330.0180.802.2×10-7可燃，加阻燃剂后离火2s内自熄橡塑海绵870.0380.40阻燃性FV-0级表2 各种材料部分参数的比较排风口位置的确定在一般情况下通风排气立管出口至少应高出屋面0.5m。在本设计中排风口的高度设置为9.5m。风管具体布置如附图1、2。除尘器的选择选择除尘器时必须全面考虑各种因

20、素的影响，如处理风量、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。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。5）选择除尘器时，必须同时考虑除尘器除下的处理问题。各种常用除尘器的综合性能在表3中列出，可作为选择时的参考。表3各种常用除尘器的综合性能除尘器名称适用的粒径范围（m）效率（）阻力（Pa）设备费用运行费重力沉降室505050130少少惯性除尘器205

21、05070300800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少大石棉粉尘的粒径一般为0.51m，为达到较高的除尘效率，本设计中采用脉冲喷吹清灰袋式除尘器，阻力较小，为P=1200 Pa。袋式除尘器是一种高效除尘器，它利用纤维织物的过滤作用进行除尘。对1.0m的粉尘，效率高达9899。它是利用棉、毛、人造纤维等加工的滤料进行过滤

22、的。含尘气体进入滤袋之内，在滤袋内表面将尘粒分离捕集，净化后的空气透过滤袋从排气筒排出。含尘气体通过滤料时，随着它们深入滤料内部，使纤维间空间逐渐减小，最终形成附着在滤料表面的粉尘层（也称初层）。袋式除尘器的过滤作用主要是依靠这个初层及以后逐渐堆积起来的粉尘层进行的。这时的滤料只是起着形成初层和支持它的骨架作用。因此即使网孔较大的滤布，只要设计合理，对1m左右的尘粒也能达到较高的除尘效率。随着粉尘在滤袋上的积聚，滤袋两侧的压力增大，粉尘层内部的空隙变小，空气通过滤料孔眼时的流速增高。这样会把粘附在缝隙间的尘粒带走，使除尘器效率下降。另外阻力过大，会使滤袋易于损坏，通风系统风量下降。因此除尘器运

23、行一段时间后，要及时进行清灰，清灰时不能破坏初层，以免效率下降。3.3系统整合(1)系统A1根据以上确定的各个部件及抛光工作台的布置、尺寸组合系统，其轴测图如附图1所示。管段1从排风罩接出500mm后用90°度弯头向上接出，连接至四通的左支；管道3同管道1一样布置，接四通右支。管道2从排风罩接出500mm后，用90°弯头向上，在用90°弯头连接四通中间的那根支管。管道4直接连接除尘器入口，管段1、2、3、4构成一个合流四通；管段5从除尘器出口出来，直接连接风机，长度为1000mm；管段6高出厂房500mm，考虑到风机和除尘器本身的高度，管道长8120mm风机有一支

24、撑架支撑，使其界面与除尘器出口在同一高度上；设置除尘器入口、风机出口与地面间的高度为1380mm。(2)系统A2管段1，在高温炉上方1000mm处设置排风罩，向上延伸2000mm接一个90°弯头，然后向右边延伸2400mm接上三通的左支。管段2按照管段1布置接三通的右支，管段1、2合流后经管段3然后进除尘器，经过风机然后排出气体。具体见附图1。4除尘系统的计算4.1系统A1的水力计算计算过程如下：（1）如图3，对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的风量。（2）选定最不利环路，本系统选择1-4-除尘器-5-风机-6为最不利环路。（3）根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上各

25、管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。图4抛光轮除尘系统查有关资料，输送石棉粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管12m/s、水平风管18m/s。考虑到除尘器及风管漏风，管段5及6的计算风量为：7200×1.05=7650 m3/h=2.1 m3/s管段1根据L=2400 m3/h(0.67 m3/s)、v=18 m/s，由有关资料查出管径和比摩阻。所选管径应尽量符合通风管道统一规格。D=220 mm, 同理可查得管段4、5、6的管径及比摩阻，具体结果见表4。（4）确定管段2、3的管径及比摩阻，见表4。（5）查文献1附录10，确定各管段的局部阻力系数。1）管段1查文献1附录10，矩形6

26、0°伞形罩的查表吸收罩渐缩管90°弯头（R/D=2）2个直流四通（14）（见图5）查表5得:图5 合流四通表5 合流吸入四通局部阻力系数表V2/V10.60.81.01.21.41.610.40.350.20.1002-1.8-0.700.10.250.3530.40.80.20.100表4 管道水力计算表管段编号流量（m3/h/m3/s）长度l（m）管径Dmm流速v m/s动压Pd（Pa）局部阻力系数（）局部阻力Z(Pa)比摩阻Rm（Pa/m）摩擦阻力Rml(Pa)管段阻力Rml+Z（Pa）备注1(2400) 0.679.522018194.40.71138.024191

27、80.5318.53(2400) 0.679.522018194.40.71138.02419180.5318.54(7200) 2142018194.40.68132.1927.57.5139.6295(7650) 2.1143018194.41.32256.6087.77.7264.3086(7650) 2.18.125601286.41.1095.042.621.112116.1522(2400)0.677.5200202400.61146.426195341.4阻力平衡除尘器12002)管段2查文献1附录10，矩形60°伞形罩的查表吸收罩渐缩管90°弯头（R/D=2

28、）两个合流四通（24）（见图4）查表5可得：3）管段3查文献1附录10，矩形60°伞形罩的查表吸收罩渐缩管90°弯头（R/D=2）2个合流四通（34）（见图4）根据查表5得：4）管段4除尘器进口变径管（渐扩管）除尘器进口尺寸428*800mm，变径管长度400mm,5)管段5除尘器出口变径管（渐缩管）除尘器出口尺寸413*800mm，变径管长度400mm,风机进口渐扩管先近似选出一台风机，风机进口直径D=700mm，变径管长度l=300mm6）管段6风机出口渐扩管风机出口尺寸510*560mm 伞形风帽（6）计算各管段的沿程摩擦阻力和局部阻力。计算结果见表4.（7）对并联管

29、路进行阻力平衡。汇合点A阻力刚好达到平衡（8）计算系统的总阻力（9）选择风机风机风量风机风压 选用C4-68NO.4.5A ，风机转速n=2900r/min配用Y132S2-2型电动机，电机功率为N=7.5kw。4.2 系统A2的水力计算（1）对各管道进行编号，标出管段长度和各管段风速。（2）不利环路，本系统中选取1-3-除尘器-4-风机-5为最不利环路（3）根据各管段的风量及选定的流速，确定各管段的的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。图6 高温炉除尘系统根据高温炉产生的粉尘主要为煤尘，水平风管最小风速为13m/s，垂直风管最小风速为11m/s .所以管段1,2的风量选取为12m/s,管段3的风量选

30、取14m/s.（4）考虑到除尘器吸风管漏风，管段4和5的计算风量为根据风速及流量可以查的各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。密度的修正：空气温度的修正：具体结果见表4。（5）查线算图，确定个管段的局部阻力系数。1)对管段1矩形上部吸气罩（），；查表吸收罩渐缩管=0.1；90°弯头（R/D=2）1个，；圆形合流三通（13）（见图7） 图7 圆形合流三通管段编号流量（m3/h/m3/s）长度lm管径Dmm流速v m/s动压Pd（Pa）局部阻力系数局部阻力Z(Pa)比摩阻Rm（Pa/m）摩擦阻力Rml(Pa)管段阻力Rml+Z（Pa）备注1（3170）0.884.43001232.40.4

31、414.2562.4710.86825.1243（6340）1.767.04001444.11.148.512.5317.7166.224（6657）1.8514001444.10.135.7332.342.348.0735（6657）1.858.54001232.41.11536.1261.2610.7146.8362（3173）0.8774.43001232.40.4414.2562.4810.91225.168阻力平衡除尘器1200表6 高温炉水力计算表根据查得；2)对管段2矩形上部吸气罩（），；查表吸收罩渐缩管=0.1；90°弯头（R/D=1.5）1个，；直流三通（23）（见图7，3)对管段390&