某车间除尘系统设计.docx
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某车间除尘系统设计
2.4风管……………………………………….........................8
2.5其他设备………………..,………………………………...8
某车间除尘系统设计
第1章课程设计任务书
一、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。
本设计为车间除尘系统的设计，使学生得到一次综合训练。
特别是：
1．工程设计的基本方法、步骤，技术资料的查找与运用；
2．基本计算方法和绘图能力的训练；
3．综合运用本课程及其有关的理论知识，解决工程中的实际问题；
4．熟悉、贯彻国家环境保护法及其有关政策。
二、任务与要求
学生在限定时间内，必须在老师指导下独立、全面地完成此规定的设计。
其内容包括：
1．设计说明书一份，设计计算书一份
2．平面布置图一份
3．立面布置图一份
4．轴侧图一份
三、设计内容
1．集气罩的设计
控制点控制速度V的确定
集气罩排风量、尺寸的确定
2．管道的初步设计
管内流速确定
管道直径确定
弯头设计
直管长确定
三通设计计算
3．压损平衡计算
分段计算
压力校核
4．总压损计算
5．选风机、校核
6．电机选择、校核
7．车间大门设计
四、设计课题与有关数据
1．设计题：
某车间除尘系统设计
说明：
本设计为新建项目进行设计。
项目设计完成后的验收标准有：
《大气污染物综合排放标准》GB16297-96表2中二级标准；《工业企业设计卫生标准》TJ36-79车间空气中有害物质的最高容许浓度标准；
2．课题已知条件
a.车间面积与两台产生污染设备的位置
见附图一
b.产生污染源设备的情况
污染源：
两个污染源水平放置，立方体L×W×H1200×600×1000（mm）
操作条件：
20℃101.3kPa
污染源产生粉尘情况：
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。
c.在该污染设备的顶部设计二个伞形集气罩，罩口边须距污染面积H=600mm，才操作正常。
d.管道和集气罩均用钢板制作
钢管相对粗糙度K=0.15
排气筒口离地面高12m
e.所用除尘器：
LD14型布袋除尘器布，该布袋除尘器阻力为980Pa，长4.5m，宽2.2m，除尘器进口高度3.6m，出口高度8.9m。
f.有关尺寸
车间长宽高分别为：
18米*12米*12米。
墙厚240mm方块柱300x300
车间大门可取2010x2010
窗台到地面距离民用房900—700mm
工业用房1.0---2.0cm
仓库1.5～2.0m
附图一：
车间平面及两个污染源的位置
第2章局部排气通风系统的组成
局部排气通风基本原理是通过控制局部气流，使局部工作范围不受有害物的污染，并且造成符合要求的空气环境。
典型的局部排气通风系统如图2所示，通常由下述几个部分组成。
2.1集气罩
集气罩是捕集含尘有害气体的设备装置。
通过集气罩口的气流运动，可在有害物散发地点直接捕集有害物而控制其在车间的扩散，保证室内工作区有害物浓度不超过国家卫生标准的要求。
集气罩设计应该考虑实际环境，工作场合，以与工作场合匹配为宜，从而最大程度上收集有害气体，减少扩散。
2.2除尘器
为了保护大气环境或回收原材料，当排气中的粉尘含量超过排放标准时，必须采用除尘器进行处理，达到排放标准后再排入大气。
2.3风机
风机由电动机带动，为空气流动提供动力。
为了防止风机的磨损和腐蚀，一般把它装置在除尘设备的后面。
2.4风管
风管用于连接该系统的各个设备，提供气体流动的道路。
风管布置要合理，力求短、直、顺。
风管布置设计的好坏关系到管内流体的压力损失大小，从而影响了风机的选择。
2.5其他辅助设备
其他辅助设备包括清灰除尘设备等，保障系统的运行。
第3章除尘系统设计计算
除尘系统通常由集气罩、通风管道、除尘器、通风机、电动机、烟囱等部分组成。
本章节将对各部分进行详细计算与选择。
3.1集气罩的设计计算
污染物捕集装置按气流流动的方式分为吸气式和吹气式两大类。
吸气捕集装置按其形状分为两类：
集气罩和集气管。
对密闭的生产设备，若污染物在设备内部发生时，会通过设备的孔和缝隙逸到车间内，如果设备内部允许微负压存在时，则可采用集气管捕集污染物，如果设备内部不允许微负压存在或污染物发生在污染源的表面时，则可用集气罩进行捕集。
集气罩种类繁多，应用广泛。
按集气罩与污染源的相对位置及围挡情况，可把集气罩分为三类：
密闭集气罩、半封闭集气罩、外部集气罩。
外部集气罩又可分为上部吸气罩、下部吸气罩、侧吸罩。
根据要求，本设计采用上部吸气罩。
3.1.1集气罩的设计
由题目设计条件和要求可知，本设计采用外部集气罩中的冷过程上部集气罩。
对于外部集气罩排风量的确定多采用控制速度法。
（1）控制点控制速度Vx的确定
本设计中，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，所以污染源的控制速度按《大气污染控制工程》中表13-2可得
表13-2外部集气罩污染源控制速度vx
污染物的产生状况
举例
控制速度/
以轻微速度放散到相当平静的空气中
某些化学槽的液面蒸发，如去油槽等
0.25-0.5
以轻微速度放散到尚属平静的空气中
低速输料机，如检选胶带机；粉料装袋摩擦压砖机压砖喷漆箱；焊接台；电镀槽等
0.5-1.0
以相当大的速度放散出来，或放散到空气运动迅速的区域
破碎机；高速胶带运输的转运点；物料混合；粉料装卸等
1.0-2.5
以高速放散出来，或放散到空气运动迅速的区域
磨床、砂轮机、磨砖、切砖机、喷砂、喷漆等
2.5-10
取0.5~1.0m/s之间。
本设计选用vx=0.6m/s。
（2）集气罩排风量、尺寸的确定；
本设计中污染源尺寸为L×W×H1200×600×1000（mm），故适宜采用矩形集气罩，长、宽分别以a、b表示。
由《环境工程设计手册》P48图1.3.13得集气罩计算示意图如下：
题目已知罩口边距污染面积H=600mm，则有
a=
b=
为保证罩口吸气速度均匀，吸气罩的扩张角α不应大于60°，本设计中取45°，则集气罩高度为
h’=
。
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。
法兰边宽150-200mm，本设计取160mm，则集气罩总高为
h=h’+160=840+160=1000mm
集气罩置于污染源上的排风量可按下式（《环境工程设计手册》P48，式1.3.12）计算：
式中Q-----排风量（m3.s-1）
K-----考虑沿高度速度分布不均的安全系数，通常取K=1.4
P-----罩口敞开面周长（m）
H-----罩口距污染源的距离（0.6m）
u-----控制速度（m/s）
则可得集气罩排风量
由于两个污染源完全相同，则集气罩计算相同。
总排风量Qz：
Qz=2Q=2×10015.2=20030.4m3/h
由图一可知，污染源边缘距墙中心线600mm，墙厚240mm，集气罩外边缘距污染源边缘240mm，则集气罩外边缘距墙内边缘为600-120-240=240mm。
3.1.3集气罩设计小结
有以上设计计算，集气罩相关参数如下：
长a=1680mm，宽b=1080mm，高h=1000mm，
扩张角α=45°，排风量Q=20030.4m3/h
集气罩边缘距墙240mm。
3.2管道的设计
在净化系统中用以输送气流的管道称为风管，通过风管使系统的设备和部件连成一个整体。
管段设计主要是根据集气罩的流量以及净化设备的要求来完成必须的管道的参数设计。
这主要包括：
管内流速的确定；管道直径的确定；弯头的设计；直管长度的确定；三通设计计算；沿程阻力损失和局部阻力损失。
本设计采用圆形风管来进行连接。
3.2.1管道设计的原则
根据蒋文举.《大气污染控制工程》，管道设计主要遵循以下原则。
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100-200mm。
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。
3.2.2管道阻力分段计算
图3-1管道设计简图
图3.1
1.管道内最低速度的确定
《大气污染控制工程》表13-4所列为除尘管道内最低气体流速，可供设计参考。
在本设计中，污染物为轻矿粉，查《大气污染控制工程》表13-4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，而用同一管径。
故取管内气速：
V1=14m/s
2.管径的计算与实际速度的确定
由Q=（πd2V）/4得到：
d=
则有d1=550mm
核算实际速度：
V1=4Q/（πd12）=14.9m/s；
查计算表知：
动压为133.2Pa；当量阻力系数
。
三通管后的管径d2：
d2=774mm，圆整取d2=750mm；
核算实际速度：
V2=14.9m/s；
查计算表知：
动压为133.2Pa；当量阻力系数
。
3.管段长度的确定
总体设计草图见图3.1。
由除尘器进口高度：
3653mm，
故管段1的长度L1=2000+7385=9385mm
管段2的长度L2=2000mm
管段3的长度L3=1615+1267=2882mm
管段4的长度L4=3000+8890=11890mm
管段5的长度L5=1200mm
4.集气罩和弯头的确定
查《环境工程设计手册》：
1、对集气罩1，ξ=0.11。
2、对集气罩2，ξ=0.11。
3、采用90°弯头（R/d=1.5）阻力系数ξ=0.18。
5.三通的确定
根据管径与流量查《环境工程设计手册》：
采用30°直流三通（如图3.2）：
阻力系数ξ1=0.02，阻力系数ξ2=0.21。
图3.2
6.管道阻力计算
（1）管段①的阻力计算
摩擦压力损失为
局部阻力包括集气罩1、90°弯头（R/d=1.5）和30°直流三通；
故∑ξ=0.11+0.18+1.02=0.31
则局部压损为
（2）管段②的阻力计算
摩擦压力损失为
局部阻力包括集气罩2、90°弯头（R/d=1.5）和30°直流三通；
故∑ξ=0.11+0.21+0.18=0.50
则局部压损为
（3）管段③的阻力计算
摩擦压力损失为
局部阻力包括除尘器阻力、90°弯头（R/d=1.5）和合流三通；
故局部压损为
（4）管段④的阻力计算
摩擦压力损失为
局部阻力有两个90°弯头（R/d=1.5）；
故局部压损为
（5）管段⑤的阻力计算
摩擦压力损失为
改管段有90°弯头（R/d=1.5）两个；伞形风帽压力损失ξ=0.10；通风机出口压力损失ξ=0.10。
故局部压损
（6）并联管压力平衡
故有：
显然压力平衡，符合节点要求。
（7）除尘器总压力损失计算
除尘系统总压损失为
3.2.3管段设计小结
管段①直径550mm，距墙255mm，满足管段设计要求；其弯头为90°，R=1600mm；水平管段中心线距地面7m。
管段②直径550mm，距墙255mm，满足管段设计要求；其弯头为60°，R=800mm，三通为α=30°，支管长H=2000mm，直管部分安装尺寸2000mm。
管段③直径750mm，距墙120mm，满足管段设计要求；R=1600mm的90°弯头三个，第一个弯头之前的水平管长5.5m，第一个与第二个弯头之间的水平管长3.5m，第二个与第三个弯头之间的竖直管长为3.5m，进口中心线距地面距离为3.6m。
管段④（除尘器出风管）直径7500mm，距墙200mm，满足管段设计要求；R=1600mm的90°弯头两个，管段长为11.9m。
管段⑤（即烟囱）直径7500mm，高为12m，伞形风帽h/D=0.5。
管段设计结果如下表：
表3-1管道计算表
管段编号
流量Q/
m3s-1
管长l
/m
管径d/mm
流速v/
m-1
λ/d
/m-1
动压v2ρ/2
/Pa
摩擦损失△PL/
Pa
局部压损系数∑ξ
局部压损△Pm/Pa
管段总压损△P/Pa
管段压损累计∑△P/Pa
①
2.78
9.38
550
14.9
0.0306
133.2
38.25
0.31
41.29
79.54
②
2.78
2.0
550
14.9
0.0306
133.2
8.15
0.50
66.60
74.75
③
5.56
2.88
750
14.9
0.02
133.2
7.68
0.3
1018.6
1026.28
④
5.56
11.9
750
14.9
0.02
133.2
31.67
0.36
47.95
79.62
⑤
5.56
12.0
750
14.9
0.02
133.2
31.97
0.56
74.59
106.56
1366.75
3.3通风机、电动机的选择
3.3.1通风机的分类及性能
大气污染控制工程中，常用通风机按其作用原理可分为离心式和轴流式两种。
（1）离心式通风机分高压、中压、低压三种，低压P≤1000Pa;
中压1000＜P＜3000Pa；P≥3000Pa。
（2）轴流式通风机分高、低压二种：
低压P＜500Pa；高压P≥500Pa；
通风机的性能参数主要有流量、压力、功率、效率和转速。
另外，噪声和振动的大小也是通风机的主要技术指标。
流量也称风量，以单位时间内流经通风机的气体体积表示。
压力也称风压，是指气体在通风机内压力升高值，有静压、动压和全压之分。
全压等于通风机出口截面与进口截面上气流全压之差；静压等于通风机出口截面与进口截面上气流静压之差；动压是指通风机出口截面上气流平均速度的动压。
在同一截面上，气流的全压等于静压与动压之和。
功率是指通风机的输入功率，即轴功率。
通风机有效功率与轴功率之比称为效率。
通风机全压效率可达90％。
流量、风压、功率和效率等参数之间有一定的函数关系，当其中一个参数发生变化时，其他各量也随着变化。
将它们之间的关系绘成曲线，称为性能曲线。
性能曲线形状与通风机类型有关。
改变通风机的风量和风压，以满足使用工况变化的要求称为性能调节。
3.3.3风机、电动机的选择
根据《大气污染控制工程》计算风量与风压：
通风机风量Q0=Q（1+
）
通风机风压ΔP0=ΔP（1+
）
其中：
Q-----管道计算总风量，
-----管道计算总压损，Pa
-----考虑系统漏风所附加的安全系数，除尘管道取0.1~0.15
-----考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数，除尘管道取0.15~0.2
则风量为Q0=Q（1+K1）=20030.4×1.1=22033.44m3/h
风压为ΔP0=ΔP（1+K2）=1292×1.2=2304Pa
3、根据上述风量和风压，查《环境工程设计手册》：
选排尘离心通风机BF4-72型，传动方式C，转速2240r/min，全压225~3292Pa，风量1240~652300
，配套电动机为Y180M-2,22kW。
复核电动机功率：
故其配套电机满足要求。
配套电动机满足要求。
3.3.4风机、电动机小结
设计风量为22033.44m3/h-1，设计风压为2304Pa。
本设计选用BF4-72型风机，转速N=2240r/min，Q=121040m3/h，P=2990Pa；配套电机Y315M-6，功率为160KW。
3.4除尘器的选择
一般，选择除尘器必须从除尘技术、经济排放标准三方面来考虑，合理选择除尘器在工业生产中意义重大。
3.4.1除尘器简介
除尘器是把粉尘从烟气中分离出来的设备，是除尘系统中起主要作用的部分。
除尘器的性能用可处理的气体量、气体通过除尘器时的阻力损失和除尘效率来表达。
除尘器按其作用原理分成以下五类：
（1）机械式除尘器，包括重力除尘器、惯性除尘器、离心除尘器等。
（2）湿式除尘器，包括水浴式除尘器、泡沫式除尘器、文丘里管除尘器、水膜式除尘器等。
（3）过滤式除尘器，包括布袋除尘器和颗粒层除尘器等。
（4）电除尘器。
（5）磁力除尘器。
现在工业中用的比较多的是电袋复合式除尘器及袋式除尘器。
本设计采用袋式除尘器。
袋式除尘器主要由滤袋、箱体、灰斗与清灰结构、排灰机构等几个主要部分。
布袋除尘器的工作原理：
含尘气体由灰斗上部进风口进入后，在挡风板的作用下，气流向上流动，流速降低，部分大颗粒灰尘由于惯性力的作用被分离出来落入灰斗。
含尘气体进入箱体经滤袋的过滤净化，粉尘被阻在滤袋的外表面，净化后的气体经滤袋口进入上箱体，由出风口排出。
随着滤袋表面粉尘不断增加，除尘器进出口压差随之上升，当除尘器阻力达到设定值时，控制系统发出清灰指令，清灰系统开始工作。
布袋除尘器优缺点如下。
布袋除尘器的优点：
（1）除尘效率高，可达99.99%以上；
（2）附设备少，投资少；
（3）结构简单，操作方便，工作稳定，便于回收干料，可以捕集不同性质粉尘；
（4）布袋除尘器性能稳定可靠，对负荷变化适应性好，便于管理，所收的干尘便于处理和回收利用；
（5）能适合生产全过程除尘新理论，降低总量排放；
（6）布袋除尘器适合于净化含有爆炸危险或带有火花的含尘气体。
布袋除尘器的缺点：
（1）用于处理相对温度高的含尘气体时，应采取保温措施，以免因结露而造成“糊袋”；
（2）对于净化有腐蚀性气体时，应选用适宜的耐腐蚀滤料，处理高温烟气应采用降温措施，入口浓度不宜大于15g/m3；
（3）阻力较大，一般压力损失为1000～1500Pa；
（4）占地面积大。
3.4.2除尘器计算
由题目知，该布袋除尘器长4.5m，宽2.2m，进口高度3.6m，出口高度8.9m，压力损失为980Pa。
1）过滤风速确定V
本设计中为轻矿物粉尘，机械振动清灰袋式除尘器，结构简单、清灰效果好、清灰耗电少，适用于压力损失为800-1200Pa，过滤风速为1.0-2.0m/min，本设计取1.0m/min。
袋径D一般取100-400mm，本设计取D=300mm。
袋长L取2-6m，本设计取
L=3mm。
2）计算过滤面积A
由上面计算可知除尘器处理风量为22033.44
A=Q/60V=22033.44/60×1.0=367.5㎡
3）计算每只滤袋的过滤面积a
a=πDL=3.14×0.3×3=2.826㎡
4）计算滤袋数目n
N=A/a=367.5/2.826=130
3.4.3除尘器的选择小结
根据以上计算，由《环境工程设计手册》P174表1.6.44选用GCG8-6型袋式除尘器。
该除尘器振打方式清灰，矩形箱体，玻璃纤维扁型滤袋，其具体参数如下：
过滤面积:
3168㎡
最大风量:
76000
滤袋数目：
960条
第4章车间布置
4.1车间大门设计
为便于设备维护管理，需在除尘器南面（图中下）一侧设大门，大门宽×高为:
2010×2010mm。
由于车间18m×12m，较大，可在西面（图中左）另设一大门，尺寸为2010×2010mm。
4.2车间布置
车间高12mm，总长18m，长度方向上4个方柱;长度方向3个窗，窗宽2m，高1.5m，距地面1.5m。
总宽12m，宽度方向3个方柱；宽度方向开2个窗，窗宽1m，高1.5m，距地面距离2m。
墙厚240mm。
第一个污染源中心线距左墙3m，两污染源中心线相距6m，除尘器右边缘距右墙边缘200mm。
集气罩边缘距后墙边缘240mm，管段①直径550mm，距墙255mm，水平管段中心线距地面7.1m。
管段②直径550mm，距墙255mm。
管段③直径750mm，距墙120mm。
管段④（除尘器出风管）直径750mm，距墙200mm。
管段⑤（即烟囱）直径750mm，右墙外布置，高为12m。
第5章总结
本次课程设计为大气污染控制工程课程的实践应用，也是对该课程理论知识的检验和延伸，诣在培养我们理论联系实际、解决工程实际问题的能力。
从设计的过程中，我各方面都有了较大的提升，如查阅资料的能力，独立思考、解决问题的能力，及文档排版技能等。
这次设计让我们对所学知识更加熟练，对国家法规、标准有了进一步的了解，对工厂大气污染状况有了较全面的认识，最重要的是掌握了除尘系统的设计思路和方法步骤。
当然，设计中我也发现了自身的不足，比如充分利用网络资源这方面。
由于学校图书馆关于本设计的手册收藏不全，以致我们无资料可查，为此我伤透脑筋。
可是我却忽略了网络这个资源宝库，后来意识到了，却又不知道去哪里搜，没有收藏一些有用的网站，在搜寻资料时有点盲目。
所以以后这些方面我一定要好好加强。
最重要的一点，我决定要好好学习CAD制图，设计过程中，很多地方需要配图说明，可由于不会制图，只能赘述大量语言。
同时我也认识到了理论联系实践的重要性，没有理论知识是不行的，光有理论知识也是不行的。
从这次课程设计的过程中，我们看到了大气污染防治多么的重要和必要，我们生活、工作中存在着各种大气污染，由于某些是看不到摸不到的，所以往往被我们忽略，在不知不觉中危害这我们的身心健康。
我们需要提高环保意识，尤其我们学习环境工程的学生，要利用所学知识，尽量为人们减轻这种危害。
这次设计中发现学校藏书不足，希望以后会有所改善，足量的藏书是一个大学必需的条件。
我从这次课程设计收获了很多，感谢学校为我们安排了这个环节，给了我们这样的锻炼机会。
感谢设计过程中一起努力的同学们。
第6章参考文献
[1]蒋文举.大气污染控制工程.高等教育出版社，2006.
[2]魏先勋，陈信常.环境工程设计手册[M]修订版.湖南科技出版社，2002.
[3]周兴求.环保设备设计手册[M].化学工业出版社，2007.
[4]大气污染物综合排放标准.GB16297-1996.
[5]胡传鼎.通风除尘设备设计手册.化学工业出版社.2003
[6]郝吉明.大气污染控制工程.高等教育出版社，2010.
[7]瞿义勇.《实用通风空调工程安装技术手册》.
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