大气污染控制工程通风除尘系统设计说明书DOCdoc.docx
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大气污染控制工程课程设计
说明书
设计题目:
棉尘物料初加工车间通风除尘系统设计
学院:
环境专业:
环境工程
学生姓名:
袁启业
一、前言
人类在生产和生活的过程中，需要有一个清洁的空气环境（包括大气环境和室内空气或境）。
因此，就要在生产和生活的过程采用通风和除尘技术。
通风工程在我国实现四个现代化的进程中，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。
工业通风是控制车间粉尘、有害气体或蒸汽和改善车间内微小气候的重要卫生技术措施之一。
其主要作用在于排出作业地带污染的或潮湿、过热或过冷的空气，送入外界清洁空气，以改善作业场所空气环境。
工业通风按其动力来源分为自然通风和机械通风。
自然通风依靠室内外空气温度差所形成的热压和室外风力所形成的风压而使空气流动；机械通风则依靠通风机所形成的通风系统内外压力差而使空气沿一定方向流动。
净化工业生产过程中排放出的含尘气体称为工业除尘。
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。
本次课程主要是运用通风除尘技术知识对某综合车间局部通风除尘系统进行设计。
选取集气罩、通风管道、除尘器及风机等。
二、设计原始资料
某棉尘物料初加工车间，由于室内粉尘含量较高，不符合有关环境与卫生标准，需对其进行治理。
请根据有关原始资料，设计一除尘系统以达到环境要求。
出于经费和管理的考虑，厂方要求采用旋风或布袋式除尘器，并通过原有排气筒进行排放。
工厂车间的基本情况如下：
2.1车间工作环境
该加工工业建于2005年，位于一般工业区内。
车间环境气温：
20℃，101.3kPa车间空气尚属平静收集气体平均含尘浓度:
2.0g/Nm3。
主要排尘点:
（相应的位置尺寸见车间的平面布置图。
）
A:
物料卸料点。
尺寸大小（mm）：
W×L×H=720×1200×450,冷源
B：
工作台。
尺寸大小（mm）：
W×L×H=600×800×800,冷源。
2.2平面布置图
车间高为18M，长20M，宽8M，周围200米半径内无高于车间的建筑
要求除尘设备置于车间内，并连接车间顶部的排气筒。
A、B上部设计伞形集气罩，罩口距工作台面大于200mm
排气筒高度为15M（从车间顶部算起），内径为300mm，材质为钢板（D；外壁距离墙壁外边1m）
平面布置图如下:
D
12.0m
6.0m
12m
2.0m
三、通风系统的空间布置
3.1系统划分的原则
当车间内不同地点有不同送风、排风要求，或者车间面积较大，送、排风点较多时，为便于进行管理，常分设多个系统。
除个别情况外，通常是由一台风机与其联系在一起的管道设备构成一个系统。
系统划分的原则是：
（1）空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划分一个系统。
（2）生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为一个系统。
（3）除尘系统划分应符合下列要求：
A、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；
B、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；
C、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。
3.2系统划分
A
B8.0m
20m
两个尘源室内参数要求相同，扬尘物料相同，扬尘点相距很近，故可合设一个系统。
故将两个尘源、管道、除尘器和风机设为一个系统。
四、集气罩的选用与设计计算
4.1集气罩的选用
本工艺需要对物料进行加工，无法对污染源进行密闭。
因此，本设计在污染源附近设置外部集气罩，外部集气罩依靠罩口外吸入气流运动而实现捕集污染物。
本工艺的主要污染物是棉尘，冷源，根据其发散情况，采用上部伞形罩的捕集效果较好，因此本设计的两个污染源均采用上部伞形集气罩。
4.2集气罩的设计计算
4.2.1集气罩的结构尺寸
集气罩的结构尺寸一般是按经验确定的。
D
B
L1W1
LhHW
图3－1
4.2.1.1物料卸料点A的集气罩尺寸
（1）罩口离污染源高度
∵H/W≤0.7[1]，即H≤0.7W，且W＝720mm
∴H≤0.7×720＝504mm
又罩口高度要求低于人的呼吸器官
h＝450mm，h＋H≤450＋504＝954mm，符合要求
罩口离污染源高度取H＝500mm
（2）罩口尺寸
∵21（W1－W）＝0.4H[2]，∴W1＝2×0.4×500＋W＝2×0.4×500＋720＝1120mm同理，21（L1－L）＝0.4H，∴L1＝2×0.4×500＋L＝2×0.4×500＋1200＝1600mm
集气罩的扩张角α＝90°
罩口离管口高度：
B1＝21L1
＝21×1600＝800mm
（3）集气罩风管直径
∵D/W≥0.3[3]，∴D≥0.3W＝216mm，管径的确定见管段1的计算。
4.2.1.2工作台B的集气罩尺寸
（1）罩口离污染源高度
∵H/W≤0.7，即H≤0.7W，且W＝600mm
∴H≤0.7×600＝420mm
又罩口高度要求低于人的呼吸器官
h＝800mm，h＋H≤800＋420＝1220mm，符合要求。
罩口离污染源高度取H＝400mm
（2）罩口尺寸
∵21（W2－W）＝0.4H，∴W2＝2×0.4×400＋600＝920mm同理，21（L2－L）＝0.4H，∴L2＝2×0.4×400＋800＝1120mm
集气罩的扩张角α＝90°
罩口离管口高度：
B2＝21L2＝21×1120＝560mm
（3）集气罩风管直径
∵D/W≥0.3，∴D≥0.3W＝180mm，管径的确定见管段2的计算。
4.2.2集气罩排气量及阻力损失的计算
为方便以后物料进行流水线加工，工作台将会设有传送带，因此工作台不设挡板。
但物料卸载台A则设有三面挡板，以降低卸料时扬尘的飞逸以及降低排气量。
因此，上部伞形罩的排气量：
A、不设挡板时：
Q＝KPHvx（m3/s）[4]
式中：
P——罩口敞开面周长，m；
H——罩口至污染源距离，m；
vx——控制速度，m/s；
K——考虑沿程高度分布不均匀的安全系数，通常取K＝1.4。
B、三侧设有挡板时：
Q＝LHvx（m3/s）[6]
式中：
H——罩口至污染源距离，m；
vx——控制速度，m/s；
L——罩口长度，m/s；
4.2.2.1物料卸料点A的集气罩流量计算
控制速度vx查表“污染源的控制速度vx”[5]，由于空气对流，以轻微的速度放散到尚属平静的空气中控制速度vx＝0.5～1.0m/s，由于卸料点位于两个窗之间，空气较为流通，且卸载时的放散速度较大，所以取vx＝1m/s。
上部伞形罩的排气量：
Q＝LHVx（m3/s）（三侧设挡板）
式中：
L——罩口长度，m；
H——罩口至污染源距离，m；
Vx——控制速度，m/s；
故集气罩的排气量Q为=1.60.510.8?
?
?
m3/s=2880m3/h换算成工作状态下的排气量Qa为=28802732683.41293?
?
m3/h
4.2.2.2工作台B的集气罩流量计算
控制速度vx查表“污染源的控制速度vx”[5]，由于空气对流，以轻微的速度放散到尚属平静的空气中控制速度vx＝0.5～1.0m/s，由于卸料点位于两个窗之间，空气较为流通，且卸载时的放散速度较大，所以取vx＝1m/s。
上部伞形罩的排气量：
Q＝LHVx（m3/s）（三侧设挡板）
式中：
L——罩口长度，m；
H——罩口至污染源距离，m；
Vx——控制速度，m/s；
故集气罩的排气量Q为=1.120.410.45?
?
?
m3/s=1620m3/h
换算成工作状态下的排气量Qa为=16202731509.42293?
?
m3/h
五、管道的初步计算
5风
34除尘
2
B
1
A
图5－1除尘系统图
5.1管内流速的确定
根据除尘通风管道内最低空气流速，棉絮垂直管道的流速是8m/s，水平管道的流速是10m/s。
为考虑项目的经济合理性，在减小管径以降低一次性投资成本的同时也应考虑运行费用，故本设计垂直管流速取8m/s，水平管道取10m/s。
5.2管道直径的确定
方法一：
运用公式计算
圆形管道的管径：
18.8QDV?
式中：
Q——排气量，m3/hV——管内流速，m/sD——管径，mm
方法二：
参考《全国通用通风管道计算表》
本设计的通风管径，在确定了气体体积流量和流速后，参考计算表得出相应的通风管管径。
管段1管径D1：
流量为2683.41m3/h，取流速v为10m/s。
查表得，管径取D1=300mm，
实际流速为v1=10.8m/s，λ/d＝0.063，动压为7.14mm水柱。
管段2管径D2：
流量为1509.42m3/h，取流速v为10m/s。
查表得，管径取D2=220mm，
实际流速为v2=11.3m/s，λ/d＝0.093，动压为7.82mm水柱。
管段3管径D3：
流量为2683.41+1509.42=4192.83m3/h，取流速为10m/s，查表得，
管径取D3=380mm，实际流速为v3=10.5m/s，λ/d＝0.047，动压为6.75mm水柱。
管段4管径D4：
流量为2683.41+1509.42=4192.83m3/h，取流速为10m/s，查表得，
管径取D4=380mm，实际流速为v4=10.5m/s，λ/d＝0.047，动压为6.75mm水柱。
管段5：
该管段为烟囱，流量为2683.41+1509.42=4192.83m3/h，
管径为300mm。
5.3弯头、三通的设计计算
一共需要4个五中节二端节90°弯头，一个45°弯头，一个45°合流三通管，两个渐缩管（?
≤45°）。
管段1需要用到一个矩形集气罩（90?
?
?
），0.19?
?
；一个90°弯头（R/d=1）
0.24?
?
；一个45°合流三通管。
管段2需要用到一个矩形集气罩（90?
?
?
），0.19?
?
；一个45°弯头，0.20?
?
；
个45°合流三通管
管段3需要用到三个90°弯头（R/d=1）0.24?
?
；45°合流三通管一个；
一个渐缩管（?
≤45°），0.1?
?
管段4需要用到两个90°弯头（R/d=1）0.24?
?
；一个渐缩管（?
≤45°），0.1?
?
管段5需要用到一个伞形风帽。
5.4直管长度的确定
管段1:
（5000-1750）+4000=7250mm管段2:
5000-560-400=4040mm
管段3:
1400+3400+（5000-1140）=8660mm管段4:
2000+12620=14620mm管段5（烟囱）：
15m=15000mm
5.5除尘器的位置及型号的选择
5.5.1处理气体流量的计算
生产过程中产生的总气量，即装置进口气体流量：
1Q=4192.83m3/h
除尘器的漏风所附加的安全系数查得K＝0.1～0.15，取0.12。
则装置出口气体流量：
2Q＝31
（1）4192.83（10.12）4695.97/QKmh?
?
?
?
?
?
处理气体总流量：
）（21Q21NQQ?
?
式中：
1Q——装置进口气体流量
2Q——装置出口气体流量
处理气体流量：
1（4192.834695.97）4444.42NQ?
?
?
?
m3/h5.5.2除尘效率的计算
N1N1N2N2QQ1?
?
?
?
?
式中：
N1?
——污染物浓度，已知为2.0g/m3；
N2?
——污染物浓度，该加工厂位于一般工业区，建于2005年，排气筒高度为15米，执行第二时段三级标准，查广东省《大气污染物排放限值》（DB44/27--2001）,TSP排放限值为：
4.1kg/h,310120?
?
g/m3。
∴N1N1N2N2QQ1?
?
?
?
?
＝1－0.124444.42.04192.83?
?
＝93.64％
5.5.3除尘系统的选择
5.5.3.1除尘器选型
由流量NQ＝4192.83m3/h选取除尘器，选用DS/A-6×5型袋式除尘器。
5.5.3.2除尘器技术参数
袋数个：
30
总过滤面积：
30m2过滤风速：
3m/s
处理风量：
3600~5400m3/h5.5.3.3除尘器主要尺寸
总高度：
3H＝3000+1140+800=4940mm
灰斗高度：
4H＝1140mm
进风口法兰尺寸：
U＝324mm，V＝252mm进风口圆管管径：
D=200mm出风口圆管管径：
D=400mm
六、除尘系统压力总损失的计算
6.1除尘系统沿程阻力损失的计算
管段1：
流量为2683.41m3/h，流速v为10m/s。
查表得，管径取D1=300mm，实际流速为v1=10.8m/s，λ/d＝0.063，动压为7.14mm水柱，长度为7250mm。
则摩擦压力损失为：
ΔPl＝l·d?
·2v2?
[14]
ΔPl＝7.25×0.063×7.14×9.8＝31.90Pa
各管件局部压损系数为：
集气罩A：
ξ＝0.19[15]；
90°弯头（R/d＝1.5）一个，ξ＝0.24[15]；
45°合流三通（干管部分），ξ=0.1；
Σξ＝0.19＋0.24＋0.1＝0.53则局部压损Δpm=Σξ·2v2?
[16]＝0.53×7.14×9.8＝37.09Pa
总压：
Δp1＝Δpl＋Δpm＝31.90+37.09＝68.99Pa管段2：
流量为1509.42m3/h，取流速v为10m/s。
查表得，管径取D2=220mm，
实际流速为v1=11.3m/s，λ/d＝0.093，动压为7.82mm水柱。
管长4040mm。
则摩擦压力损失为：
ΔPl＝l·d?
·2v2?
[14]
ΔPl＝4.04×0.084×7.82×9.8＝26.01Pa
各管件局部压损系数为：
集气罩B：
ξ＝0.19[15]；
45°弯头一个，ξ＝0.2[15]；
45°合流三通（分支部分），ξ=0.54。
Σξ＝0.19＋0.2＋0.54＝0.93则局部压损Δpm=Σξ·2v2?
[16]＝0.93×4.04×9.8＝36.82Pa
总压：
Δp2＝Δpl＋Δpm＝26.01+36.82＝62.83Pa管段3：
流量为4192.83m3/h，取流速为10m/s，查表得，管径取D3=380mm，实际流速为v3=10.5m/s，λ/d＝0.047，动压为6.75mm水柱。
长度为8660mm。
则摩擦压力损失为：
ΔPl＝l·d?
·2v2?
[14]
ΔPl＝8.66×0.047×6.75×9.8＝26.92Pa
各管件局部压损系数为：
90°弯头（R/d＝1.5）三个，ξ＝0.24[15]；
45°合流三通（干管部分），ξ=0.1；
除尘器入口处变径渐缩管，ξ=0.1
Σξ＝0.25×3＋0.1＋0.1＝0.95
则局部压损Δpm=Σξ
·2v2?
[16]＝0.95×5.76×9.8＝53.63Pa
总压：
Δp3＝Δpl＋Δpm＋Δpc＝26.92+53.63＝80.55Pa管段4：
流量为2683.41+1509.42=4192.83m3/h，取流速为10m/s，查表得，
管径取D4=380mm，实际流速为v4=10.5m/s，λ/d＝0.047，动压为6.75mm水柱。
长度为14620mm。
则摩擦压力损失为：
ΔPl＝l
·d?
·2v2?
[14]
ΔPl＝14.62×0.047×6.75×9.8＝45.45Pa
该管段局部压损主要包括风机进出口及连接烟囱渐变管的损失，除尘器出口与风机连接，风机入口处压力损失忽略不计，风机出口ξ=0.1（估算），圆形渐缩管两个，分别连接风机与管段4以及管段4与烟囱（?
≤45°），0.1?
?
；90°弯头（R/d＝1.5）两个，ξ＝0.24；
Σξ＝0.1+0.1×2+0.24×2＝0.78则局部压损Δpm=Σξ
·2v2?
[16]＝0.78×6.75×9.8＝51.60Pa
总压：
Δp4＝Δpl＋Δpm＝45.45+51.60＝97.05Pa
管段5：
（烟囱）
根据Q8＝4192.83m3/h，
工业管道当量糙粒高度：
选用钢管制风管，K＝0.15[17]D＝300mm；流速根据流量和管径计算v＝16.47m/s；l=15000mm
20℃干空气的密度ρ＝1.205kg/m3，运动粘度ν×10^-6＝15.06m2/s[18]v＝31.49m/s
对应的动压2v2?
=21.20516.472?
=163.43Pa
雷诺数：
Re＝vdv＝616.470.315.0610?
?
?
＝3.28×10^5相对粗糙：
Kd＝0.15300＝0.0005
查“莫迪图”得，沿程阻力系数：
λ＝0.018[19]
沿程水头损失：
Δpl＝Dl?
×22?
?
＝143Pa[20]
伞形风帽：
取h/D0＝1.0，ξ＝1.00[21]
Δpm＝
ξ22?
?
＝1.00×163.43=163.43Pa
总压：
Δp5＝ΔPl＋Δpm＝143＋163.43＝306.43Pa
除尘器：
除尘器压力损失取130mm水柱，Δpc=130×9.8=1274Pa
6.2压力校核、通风管径的调整
管段1与管段2为并联管段，共同合流到管段3，因此需要校核压力平衡。
121ppp?
?
?
－
＝68.9962.838.92%10%68.99?
?
?
由计算可得，节点压力平衡。
6.3除尘系统总压力损失
Δp＝Δp1＋Δp2＋Δp3＋Δp4＋Δp5＋Δpc
＝68.99＋62.83＋80.55＋97.5＋306.43＋1274＝1890.3Pa
6.4除尘系统计算表（见下一页）
管段
编号流量
Q/m3/h管长
l/md/mmv/m/sλ/d
/m-1动压22?
?
/
mm摩擦压损
Δpl
/Pa局部阻力系数
Σξ局部压损
Δpm
/Pa管段总压损
Δp
/Pa管段压损累计
ΣΔp/Pa
12683.41725030010.80.0637.1431.900.5337.0968.991890.3
21509.42404022011.30.0937.8226.010.9336.8262.8334192.83866038010.50.0476.7521.330.9553.6380.5544192.831462038010.50.0476.7545.450.7851.6097.0554192.83
15000
300
16.47
0.061
16.66
143
1.00
163.43306.43
除尘器1274
七、选择风机和电机
7.1选择通风机的计算风量
1K取0.12
Q=31
（1）4192.83（10.12）4695.97/NQKmh?
?
?
?
?
?
7.2选择通风机的计算风压
2K取0.15
p1p20?
?
?
?
）（K
＝（1+0.15）×1884.78＝2167.50Pa
7.3选择风机和电机
根据上述风量与风压，在通风空调工程安装手册[24]中选择与其配套的6-46-11,No8c型风机，当转数为1450r/min时，流量为4725m3?
h，p=1636.6pa，配套电动机Y132M-4,功率7.5kW，基本满足要求。
7.4复核电动机功率
N0＝21600106.3KpQ?
?
?
?
＝64695.972167.501.153.6100.60.98?
?
?
?
?
＝5.53kW
配套电机满足要求。
设计感想：
在本次除尘系统的设计中，我收益良多。
第一，我对大气污染中的除尘管道的各个参数的计算有了深刻的理解。
其次，在选择除尘器、风机、电机以及除尘系统零部件的时候，对每个部件都有了清晰的了解。
最后，在一个星期的设计中，我的CAD制图技术有所提升，速度也比以前加快了。
在设计中，让我最为感触的是自己能在思考过程中以及与同学共同探讨中，解决每一个难题。
在实际的工程设计中，我们所遇到的难题一定比现在要多，而且你无法预计在设计的哪一个步骤会出现难题。
遇到难题，我们则需要耐心、细心，以及良好的沟通能力。
把不可预计的问题一个一个地解决，解决完后的那种心情是否开心和满足。
例如，在本次设计中，我遇到的第一个难题就是通风除尘管道的铺设问题。
在选择三通管的时候，我需要翻查多本标准，再通过计算，最后才选择了45°三通以减少压力损失比较适合。
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