大气污染控制课程方案设计书报告.docx
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大气污染控制课程方案设计书报告
《大气污染控制》
课程设计报告
系别：
城市建设系
专业班级：
环境工程0801班
学生姓名：
指导教师：
郑莹
（课程设计时间：
2011年6月27日——2011年7月1日）
华中科技大学武昌分校
1．课程设计目的3
2．课程设计题目描述和要求3
3．课程设计报告内容4
3.1前言4
3.2除尘系统设计6
3.3集气罩设计7
3.4旋风除尘器设计8
3.5烟囱的设计13
4总结14
1．课程设计目的
《大气污染控制》课程设计是环境工程专业本科生的主干专业课程设计课。
通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学的内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。
通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。
2．课程设计题目描述和要求
设计基础资料如下：
（1）打磨机
本打磨车间打磨的是铝件，共有两种型号的打磨机：
A型与B型。
其中A型打磨机共8台，外形尺寸（mm）为700×600×1200；B型打磨机共6台，外形尺寸（mm）为600×600×1200（对A型与B型打磨机的粉尘收集分别采用不同的吸气罩）。
并已知A型打磨机产尘量为8kg/h，B型打磨机产尘量为10kg/h。
（2）本系统产生粉尘的粒径分布如表1所示。
表2-1粉尘粒径分布情况
平均粒径d（µm）
粒径分布f（%）
累计粒级分布f′（%）
25
3
3
50
7
10
75
13
23
100
70
93
125
6
99
150
1
100
含尘空气密度为1.204kg/m3，气体温度为常温。
（3）土建资料
本通风系统的打磨车间位于厂房的二楼，二楼地面标高为4.0m。
打磨车间的平面图如下：
图2-1打磨车间平面图
设计内容：
（1）打磨车间净化系统的设计；
（2）集气罩的设计；
（3）旋风除尘器设计；
（4）烟囱的设计；
（5）除尘系统的平面布置图、主要设备图（集气罩和旋风除尘器的详图）的绘制。
设计要求：
在规定的时间内完成以上设计内容，并提交课程设计报告书和设计图纸。
课程设计报告应包括：
前言、基本原理或理论、设计计算书、结论、简图（框图、流程图）、参考资料等，报告应书写工整，文句通顺、精炼、逻辑性强，图和曲线的绘制应符合规范。
字数不少于2000字；设计图纸（包括打磨车间净化系统平面布置图；集气罩大样图；旋风除尘器结构详图），图纸应布局合理，比例恰当，线条分明，字体工整，符合国家制图标准。
3．课程设计报告内容
3.1前言
保护环境是我国一项基本国策。
随着我国经济建设的迅速发展，环境保护在国民经济建设中显示了越来越重要的作用，成为国民经济建设中不可缺少的组成部分。
现代工业的发展，给车间空气和周围大气带来相应的污染，其中粉尘是主要的污染物之一，它是造成尘肺、矽肺、石棉肺等职业病的根源。
工业通风除尘的任务就是有效地控制污染源散发粉尘，同时将含尘气流中的粉尘清除至排放标准规定值后排放至室外，以保证室内外环境的卫生条件。
为了防止粉尘的危害，我国制定了工作区的粉尘排放标准。
近年来，由于这些标准不断提高，极大地促进了工业通风除尘技术的迅速发展。
目前，对粉尘运动的规律以及各种捕尘机理的理论研究已大大前进了一步。
与此同时，出现了许多高性能的通风除尘设备，特别是各类除尘器。
虽然生产工艺和净化技术在不断完善，人们也在想方设法减少污染物的排放量，但整体来说，我国工业粉尘污染情况仍然比较严重。
表3-1为2000年~2006年工业粉尘排放量统计表。
从表3-1我们可以看出，我国工业粉尘的产量大体呈现递减趋势（2004年除外）。
虽然排放量呈现下降趋势，但是粉尘排放总量数目庞大，工业生产对环境造成的污染越来越严重，可见对粉尘的治理工作仍然任重而道远。
表3-1全国近年工业粉尘排放量
年度
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
工业粉尘
排放量（万吨）
1092.0
990.6
941.0
1021.0
904.8
911.2
808.4
工业通风除尘的目的在于防止粉尘对室内（车间内）空气以对室外大气的污染。
为此，一方面需要将生产设备产生的粉尘（连同运载风尘的气体）予以捕集，不使其散发到室内，污染室内环境；另一方面需要将含尘气体进行净化，将其中的粉尘清除至排放标准值以后排入大气，防止污染室外厂区（以及居住区）的大气。
要控制打磨生产过程中的粉尘及有害气体是搞好车间安全生产、劳动保护和防止环境污染的重要而又带普遍性的问题，也是实现打磨生产过程现代化、优化必不可少的环节。
打磨工艺作为工业生产的常规环节，长期以来，由于存在生产规模大、能耗密集等特点，一直被认为是粉尘排放量大、废弃物多、污染重的车间。
铝件打磨车间主要是进行铝制品的打磨、抛光，以使铝制品实现使用功能和外观优化。
在整个打磨过程中会产生大量铝粉尘，如不进行及时有效的收集铝粉尘，就会对环境造成了极其严重的污染，对工人的身体健康造成了较大损害。
同时打磨车间如不采取有力措施对粉尘加以控制，大量排放物除了危害人们身体的健康，还是一项很大的经济损失。
这样一来，一方面增加了原材料消耗量，另外还损失了成品，势必提高产品成本。
因此，搞好防尘，减少飞灰，回收物料，不仅是一个有关劳动卫生和环境卫生的问题，而且也是一个直接影响生产的经济问题。
本设计工程的提出，目的在于根据现有条件，分析产生问题的根源，研究、采取先进的除尘技术，选择有效的除尘方式，改进设计，以便很好地解决车间、厂区的环境污染问题。
3.2除尘系统设计
在通风除尘工程设计中需满足的国家相关环保标准规定：
（1）工业企业设计卫生标准（TJ36-79）中，规定生产性粉尘车间最高允许浓度规定铝、铝合金粉尘4mg/m3；
（2）在国家大气污染物综合排放标准（GB16297-1997）中规定如表3-2。
表3-2砂轮磨尘综合排放标准
污染物
最高允许排放浓度（mg/m
）
最高允许排放速率（kg/h）
无组织排放监测浓度限值
排气筒高度（m）
一级
二级
三级
监控点
浓度（mg/m
）
砂轮
磨尘
60
15
1.9
2.6
临界浓度最高点
1.0
20
3.1
4.5
30
12
18
40
21
31
（3）在工业企业厂界噪声标准（GB12348--90）中规定（LAeq）：
三类标准（工业区）昼间65dB，夜间55dB；
（4）风机噪声标准：
通风机噪声限值按JB/TQn341-84执行。
本通风除尘系统主要由集气罩、除尘器、风管、风机、输排灰系统、烟囱等组成。
图3-1为整体设计简图。
图3-1整体设计简图
1-总风管；2-旋风除尘器；3-卸灰阀；4-螺旋输送机；
5-贮灰罐；6-风机；7-消音箱；8-烟囱
3.3集气罩设计
集气罩是整个通风除尘系统的重要组成部分，它的主要作用是将产尘源散发的粉尘予以捕集，不向工作区和周围扩散。
集气罩的选择和设计合理与否，不仅直接影响到工作区的卫生状况，而且还会导致设备及能源浪费，经济效益降低。
因此，为排风量在很大程度上取决于集气罩的合理设置。
按集气罩的形式，集气罩可分为密闭罩和局部集气罩等。
密闭罩是将产尘源点或整个设备密闭，是控制尘源的有效办法，在实际生产中应用得非常普遍。
但是在很多情况下，由于工艺或操作的要求，不可能设置各种密闭形式的密闭罩，则可采用局部集气罩。
我们的打磨机就属于这一情况。
考虑到车间设备和生产，决定采用局部集气罩比较切合实际。
局部集气罩主要是依靠罩口的吸气，在尘源处造成一定的流速，使其大于该粉尘源的吸捕速度，从而将粉尘吸入罩内。
由于局部集气罩较密闭罩所需的抽风量要大很多，因此在设计时必须考虑以下的主要原则：
（1）能够保证将工作地点所产生的有害气体、蒸汽或灰尘及时排除干净，不至于散布到车间的空气中去；
（2）随着有害物被吸走的空气愈少愈好。
因为这样，装置费用和维持费用都可以减少；
（3）不妨碍工作人员的生产操作，或使技术操作变得比未装置局部吸气通风设备以前更为复杂和生产所需的时间延长；
（4）不至于因装置局部吸气设备，而使观察生产过程发生困难。
本打磨车间有两种型号的打磨机：
A型与B型。
其中A型打磨机共8台，外形尺寸（mm）为700×600×1200；B型打磨机共6台，外形尺寸（mm）为600×600×1200。
对A型与B型打磨机的粉尘收集分别采用不同的集气罩。
A型（伞形罩）的计算：
A=a+0.8HH
A,A=921H=276.3
取H=260A=700+0.8*260=908mm
B=600+0.8*260=808mm
集气罩上设置挡板:
（参数：
k=1.4c=2a+bH=0.3Av0<（0.9`1.0）
计算流量QA=KCHv0=1.4*（2*0.7+0.6）*0.26*0.9=0.6552m3/s=2358m3/h
B型（侧吸罩）的计算：
侧吸罩自由悬挂，有法兰式挡板，流量计算公式QB=0.75（10x2+F）vx
A=600mmB=700mm则F=0.6*0.7=0.42mm2
取vx=0.25x取1m，
计算流量QB=0.75*（10*1+0.42）*0.25=1.95375m3/s=7033.5m3/h
Q总=8QA+6QB=8*2358.72+6*7033.56=61082.76m3/h
3.4旋风除尘器设计
除尘器是通风除尘系统中的主要设备之一，它的工作质量直接影响排往室外的粉尘浓度高低，决定工作环境的卫生条件。
在负压操作系统中（风机置于除尘器后，除尘器内为负压），如果除尘器的效率不高，会导致风机叶轮迅速磨损，除了直接的经济损失外，还会影响正常生产，甚至造成停产检修。
衡量一个除尘器性能好坏的重要指标是除尘效率，旋风除尘器虽然在一般情况下效率较低，但当粉尘颗粒较粗时，可以达到中效甚至高效除尘，而且性价比好、节省电能。
我们的打磨车间产生的粉尘大部分是比较大的颗粒，所以我们除尘系统选择旋风除尘器。
旋风除尘器的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；
（2）旋风除尘器入口风速要保持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°C时，除尘器的温度最少应高出30°C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30~50°C时，除尘器的温度应高出露点温度40~50°C；
（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（如煤粉），应没有防爆装置。
防爆装置的通常做法是在入口管道上加一个安全防爆阀门；
（8）当粉尘粘性较小时，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。
旋风除尘器的选型计算主要包括类型和简体直径及个数的确定等内容。
一般步骤和方法如下：
（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）根据所需处理气体的含尘质量浓度、粉尘性质及使用条件等初步选择防尘器类型。
（3）根据需要处理的含尘气体量Q，按下列式算出除尘器直径：
（-）
式中，D——除尘器直径，m；
vP——除尘器简体净空截面平均流速，m/s，根据前人的研究结果，vP的取值范围为1.3~5.2m/s[22]；
Q——操作温度和压强下的气体流量，m3/h。
根据公式（-）取vp=5m/s,带入流量，计算得除尘器直径：
D=2.079m
根据风量Q，以及公式（-）计算得到的除尘器直径D，选择XLP/B22.5型，
详细参数见图纸标注。
旋风除尘器的流体阻力，用气体进口到出口的压力损失表示，当忽略进口和出口管中的流体动压差时，可按下式计算：
（-）
式中，
——流体阻力，Pa；
——阻力系数，参见表；
——除尘器进口气流速度，m/s；
——含尘气体密度，kg/m3。
管段设计：
支管的设计
①③
②
管段①②：
Q1=2359m3/hQ2=2359m3/h查表得：
d=280mm
=0.0686动压72.7pa风速11.0m/s
则摩擦力压力损失为
L1=l*
*
=10*0.0686*72.7=49.9pa
各管件局部压损系数（查手册）为：
集气罩1：
=0.12；90。
弯头（R/D=1.5）,
=0.25。
30.直流三通,
21=0.12（对应直通管动压的局部压损系数）。
=0.125+0.25+0.12=0.49
则局部压损：
m1=
=0.49*72.7=35.62pa
管段③：
Q3=2359*2=4718m3/hv=16.6m/s
=0.0563动压pa=165.6paD=320mm
则摩擦力压力损失为
L1=l*
*
=10*0.0563*156.6=93.23pa
局部压损为合流三通对应的总管动压的压力损失，其局部压损系数
21=0.11；除尘器压力损失为981pa（进出口压损忽略不计）。
则局部压损：
m1=0.15*165.6+981=1005.84pa
旋风除尘器除尘效率的计算步骤为：
（1）测定粉尘的粒级质量百分数f（包括f1、fb或fh，E和f’）。
找出粒径x与f或小于该粒径x的质量累计百分数f'之间函数关系。
f'＝1-E，E为粉尘粒级分布的积分分数。
即大于粒径x的质量累计百分数。
（2）由理论或半经验公式，求出该旋风除尘器在一定操作工况（进口气速，粉尘密度，气体密度,黏度等）下，对某一粉尘粒径x的分离效率
。
同时做出x-
的曲线，即分级效率曲线。
根据大量实验测定，不管是旋风或其它除尘器，其分级效率均可表示为：
（3.3）
式中，m——旋风除尘器的特性指数；
a——特性系数；
d——粉尘粒径，m。
当
=50%时，d=d50代入式（3.3）中，经推导可得：
（3.4）
式中，d50——分割粒径，m。
将式（3.4）代入式（3.3）即得除尘效率公式为：
（3.5）
其中分割粒径计算公式为：
（3.6）
式中，
，见图；
图3-2气体的旋转圈数与进口速度的关系
旋风除尘器的特性指数m：
（3.7）
式中，n——速度分布指数
其中速度分布指数n：
（3.8）
式中，D0——旋风除尘器筒体直径，m；
T——绝对温度，K。
（3）计算相应的
与
或
，计算总效率
。
（3.9）
3.5烟囱的设计
烟气排放的原则有以下几项：
（1）排气筒（烟囱）高度应高出周围200m半径范围的建筑5m以上，不能达到该要求的排气烟囱，应按其高度对应的排放速率标准值减少50%执行。
（2）两个排放相同的污染物（不论其是否由同一生产工艺过程产生）的排气筒，若其距离小于其几何高度之和，应合并视为一根等效排气烟囱。
若有3根以上的近距排气烟囱，且排放同一种污染物时，应以前两根的等效排气烟囱，依次与第三、第四根排气烟囱取等效值。
（3）若某排气简的高度处于本标准列出的两个值之间，其执行的最高允许排放速率以内插法计算。
当某排气筒的高度大于或小于本标准列出的最大或最小值时，以外推法计算其最高允许排放速率。
（4）新污染源的排气筒一般不应低于15m。
若某新污染源的排气烟囱必须低于15m时，其排放速率标准值按外推计算结果再减少50%执行。
（5）新污染源的无组织排放应从严控制，一般情况下不应有无组织排放存在，无法避免的无组织排放应达到表5-3规定的标准值。
（6）工业生产尾气确需燃烧排放的，其烟气黑度不得超过林格曼l级。
本系统中，除尘器为厂区最高的建筑物，故根据烟囱设计原则，烟囱高度应比除尘器高出至少5m。
同时根据表3-3，选择烟囱的高度为20m。
总风量61082.76m3/h，则烟囱直径为100mm。
表3-31997年1月1日后大气污染物排放限值
污染物
最高允许排放浓度（mg/m3）
最高允许排放速率（kg/h1）
无组织排放监控浓度限值
排气筒高度（m）
二级
三级
监控点
浓度（mg/m3）
颗粒物
18（碳黑尘、染料尘）
15
0.51
0.74
周界外浓度最高点
肉眼看不见
20
0.85
1.3
30
3.4
5.0
40
5.8
8.5
60（玻璃棉尘、石英粉尘、矿渣棉尘）
15
1.9
2.6
周界外浓度最高点
1.0
20
3.1
4.5
30
12
28
40
21
31
120（其他）
15
3.5
5.0
周界外浓度最高点
1.0
20
5.9
8.5
30
23
34
40
39
59
50
60
94
60
85
130
4总结
参考文献
[1]谭天佑,梁凤珍.工业通风除尘技术.北京:
中国建筑工业出版社,1995.
[2]宋文彪.空气污染控制工程.北京:
冶金工业出版社,1985.
[3]林明清.通风除尘.北京:
化学工业出版社,1982.
[4]罗辉,胡享魁等.环保设备设计与应用.北京:
高等教育出版社,1997.
[5]孙熙.袋式除尘技术与应用.北京:
机械工业出版社,2004.
[6][中国]张殿印,王纯.除尘工程设计手册.北京:
化学工业出版社,2003.
[7]张殿印,张学义.除尘技术手册.北京:
冶金工业出版社,2002.
[8]马广大.除尘器性能计算.北京:
中国环境出版社,1990.
报告正文部分：
（要求：
正文部分一律用小四号字，宋体，1.5倍行距。
一级大标题靠左，加粗。
二级大标题靠左，不加粗。
）
课程设计成绩:
项目
业务考核成绩（70%）
（百分制记分）
平时成绩（30%）
（百分制记分）
综合总成绩
（百分制记分）
注:
教师按学生实际成绩（平时成绩和业务考核成绩）登记并录入教务MIS系统，由系统自动转化为“优秀（90～100分）、良好（80～89分）、中等（70～79分）、及格（60～69分）和不及格（60分以下）”五等。
指导教师评语:
指导教师（签名）:
20年月日
课程设计报告撰写内容、格式
一、课程设计报告的撰写内容与要求
1.课程设计总结报告应包括：
前言、基本原理或理论、设计计算书或实验报告、结论、图纸（框图、流程图）、参考资料等；或调查、访谈报告、调查问卷、调查提纲等。
2.课程设计总结报告应书写工整，文句通顺、精炼、逻辑性强，图纸和曲线的绘制应符合规范。
3.调查型课程设计应根据调查结果撰写调查报告。
调查报告内容包括：
题目、参加时间、地点、方式、过程、调查对象一般情况、调查内容、发现的问题、调查结果和调查分析及体会等。
调查报告要求语言简练、准确；叙述清楚、明白；数据、资料可靠；结论有理、有据。
4.图纸应布局合理，比例恰当，线条分明，字体工整，符合国家制图标准。
5.课程设计报告字数要求：
理工、艺术类不少于2000字，其他专业不少于3000字。
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