大氣污染控制工程—車間除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)書- 2 -1.1 設(shè)計(jì)目的- 2 -1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求- 2 -1.3 設(shè)計(jì)資料- 2 -2 設(shè)計(jì)說明書- 4 -2.1 集氣罩的設(shè)計(jì)- 4 -2.1.1 設(shè)計(jì)原則- 4 -2.1.2 集氣罩尺寸參數(shù)的確定- 4 -2.1.3 控制點(diǎn)控制速度vx的確定- 5 -2.1.4 排風(fēng)量的確定- 6 -2.2 除塵器的選型與設(shè)計(jì)- 7 -2.2.1 除塵器類型比選- 7 -2.2.2 除塵器的選型- 8 -2.3 管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)及計(jì)算- 8 -2.3.1管道設(shè)計(jì)原則- 8 -2.3.2 管道的初步設(shè)計(jì)- 9 -2.3.3 管徑與管內(nèi)流速的確定- 9 -2.3.4 彎頭的設(shè)計(jì)- 10

2、 -2.3.5 三通的設(shè)計(jì)計(jì)算- 10 -2.3.6 管段長度的確定- 11 -2.4 壓損平衡設(shè)計(jì)- 11 -2.4.1 管段壓損計(jì)算- 11 -2.4.2 壓力校核- 13 -2.4.3 除塵系統(tǒng)總壓力損失- 13 -2.5 風(fēng)機(jī)的選擇與校核- 13 -2.6 煙囪的設(shè)計(jì)計(jì)算- 14 -2.7設(shè)計(jì)結(jié)果概要- 15 -2.7.1通風(fēng)系統(tǒng)水力計(jì)算表- 15 -2.7.2平面布置圖- 15 -2.7.3除塵器三視圖- 15 -3 設(shè)計(jì)評(píng)述- 16 -4 參考文獻(xiàn)- 16 -1 設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)目的通過對(duì)大氣污染凈化系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)，初步掌握大氣污染凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，培養(yǎng)利用已經(jīng)學(xué)過的理

3、論知識(shí)綜合分析問題，并提高解決實(shí)際問題的能力、繪圖能力、以及正確使用設(shè)計(jì)手冊(cè)的能力。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.設(shè)計(jì)說明書的編寫（1）集氣罩的設(shè)計(jì)及風(fēng)量的計(jì)算（2）除塵系統(tǒng)的選擇及除塵器的計(jì)算（3）輸排管道系統(tǒng)阻力計(jì)算（4）通風(fēng)機(jī)和電機(jī)的選擇2.圖紙的繪制 3號(hào)圖紙3張，平面布置圖、流程圖(立面圖)、除塵器構(gòu)造圖（三視圖）。要求：標(biāo)出設(shè)備定位尺寸、設(shè)備及管道標(biāo)高，設(shè)備編號(hào)和明細(xì)表, 繪制比例1.3 設(shè)計(jì)資料課題已知條件：1、車間面積和產(chǎn)塵設(shè)備； 設(shè)備兩臺(tái)，為主方體，單臺(tái)尺寸為：長×寬×高=1200×600×1000 （mm）同一尺寸的同學(xué)要求除塵工藝不得相

4、同（袋式、靜電、濕式、旋風(fēng)等 ）2、產(chǎn)生輕礦物粉塵并以較低速度發(fā)散到尚屬平靜的空氣中；3、污染源氣體含塵濃度4g/ m3，密度1.2g/cm3，溫度20度，大氣壓力1.013×105Pa ；4、在污染源設(shè)備頂部設(shè)計(jì)兩個(gè)傘形集氣罩，罩口距污染源上表面為200mm；5、管道和集氣罩用鋼板制作，鋼管相對(duì)粗糙度0.15，排氣筒距地面12m。車間平面布置2 設(shè)計(jì)說明書2.1 集氣罩的設(shè)計(jì)2.1.1 設(shè)計(jì)原則1.集氣罩應(yīng)盡可能將污染源包圍起來，使污染物的擴(kuò)散限制在最小范圍內(nèi)，以便防止橫向氣流的干擾，減少排風(fēng)量。 2.集氣罩的吸氣方向盡可能與污染氣流的運(yùn)動(dòng)方向一致，充分的利用污染氣流的初始動(dòng)能。3

5、.盡量減少集氣罩的開口面積，減少排風(fēng)量。4.集氣罩的吸氣氣流不允許先經(jīng)過工人的呼吸區(qū)再進(jìn)入罩內(nèi)。5.集氣罩的結(jié)構(gòu)不應(yīng)妨礙工人操作和設(shè)備檢修。 根據(jù)以上原則選取冷過程上部集氣罩，為避免橫向氣流干擾，在罩口設(shè)置活動(dòng)擋板，以保證罩口氣流速度分布均勻。如右圖所示。2.1.2 集氣罩尺寸參數(shù)的確定本設(shè)計(jì)中污染源尺寸為l×w×h=1200×600×1000，故適宜采用矩形集氣罩.1集氣罩口長邊設(shè)罩口長邊尺寸為L，污染源長邊尺寸為l，則L=0.8H+l已知l=1200mm，H=200mm，故L=1360mm；2.集氣罩口短邊B=0.8H+W=760mm3.集氣罩口周長

6、為避免橫向氣流干擾，要求罩口至污染源距離H盡可能小于或等于0.3L，即H408mm，因此H符合條件。集氣罩可設(shè)計(jì)為四面開口形式，罩口敞開面周長為P=760×2+1360 ×2=4240mm。4.集氣罩?jǐn)U張角為保證罩口吸氣速度均勻，吸氣罩的擴(kuò)張角不應(yīng)大于60°，本設(shè)計(jì)中取60°，5.集氣罩高度h'=L2×tan=16802×tan60°=1177mm 取1180mm。為提高集氣罩的控制效果，減少無效氣流的吸入，罩口加設(shè)法蘭邊。法蘭邊高150200mm，本設(shè)計(jì)取170mm，則集氣罩總高為h'=1180+170=1

7、350mm2.1.3 控制點(diǎn)控制速度vx的確定當(dāng)污染源為污染物發(fā)生量較小的冷過程源時(shí)，可以采用速度控制法進(jìn)行外部集氣罩的設(shè)計(jì)。采用控制速度法計(jì)算集氣罩的排風(fēng)量，關(guān)鍵在于確定控制速度vx和集氣罩結(jié)構(gòu)、安設(shè)位置及周圍氣流運(yùn)動(dòng)情況，一般通過現(xiàn)場實(shí)測(cè)確定。由于本例缺乏現(xiàn)場實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)時(shí)參考表1-表4確定表1 污染源的控制速度vx污染物的產(chǎn)生狀況舉例控制速度/m.s-1以輕微的速度放散到相當(dāng)平靜的空氣中蒸汽的蒸發(fā)，氣體或煙氣敞口容器中外逸0.250.5以輕微的速度放散到尚屬平靜的空氣中噴漆室內(nèi)噴漆，斷續(xù)地傾倒有塵屑的干物料到容器中，焊接0.51.0以相當(dāng)大的速度放散出來，或放散到空氣運(yùn)動(dòng)迅速的區(qū)域翻砂

8、、脫模、高速（大于1m/s）皮帶運(yùn)輸機(jī)的轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、混合、裝貨或裝箱1.02.5以高速放散出來，或是放散到空氣運(yùn)動(dòng)迅速的區(qū)域磨床，中破碎，在巖石表面工作2.510表2 按周圍氣流情況和污染物危害性選擇風(fēng)速周圍氣流情況控制風(fēng)速/(m/s)危害性小時(shí)危害性大時(shí)無氣流或容易安裝擋板的地方0.200.250.250.30中等程度氣流的地方0.250.300.300.35較強(qiáng)氣流或不按擋板的地方0.350.400.380.50強(qiáng)氣流的地方0.50.5非常強(qiáng)氣流的地方1.01.0表3 按污染物危害性及集氣罩形式選擇控制風(fēng)速危害性圓形罩側(cè)面方形罩傘形罩一面開口兩名開口三面開口四面開口大0.380.500.50.

9、630.88中0.330.450.380.500.78小0.300.380.250.380.63由上述知集氣罩為矩形，四面開口且設(shè)置擋板；根據(jù)題設(shè)條件，污染源產(chǎn)生輕礦物粉塵，以輕微速度發(fā)散到尚屬平靜的空氣中。表4敞開斷面處流速罩子形式斷面流速（m/s）罩子形式斷面流速（m/s）四面敞開三面敞開1.01.270.91.0兩面敞開一面敞開0.760.90.50.76綜上，敞開斷面處控制流速vx在1.01.27間。但考慮到流速太大時(shí)，會(huì)造成動(dòng)力消耗過大，故可取 vx=1.0m/s2.1.4 排風(fēng)量的確定Q=KPHvx=1.4×4.24×0.2×1.0=1.1872m3/

10、s=4273.92 m3/h式中：P-罩口敞開面周長，m；H-罩口至污染源距離，m； K-考慮沿高度速度分布不均勻的安全系數(shù)，通常取K=1.4； vx-控制速度。 Q總=Q×2=4273.92×2=8547.84m3/h2.2 除塵器的選型與設(shè)計(jì)2.2.1 除塵器類型比選表5 各種除塵器的效率對(duì)比除塵器名稱全效率/%不同粒徑（m）時(shí)的分級(jí)效率/%0551010202044>44帶擋板的沉降室58.67.522438090普通的旋風(fēng)除塵器65.31233578291長椎體旋風(fēng)除塵器84.240799299.5100噴淋塔94.5729698100100電除塵器97.09

11、094.59799.5100文丘里除塵器99.59999.5100100100袋式除塵器99.799.5100100100100=1-csc最高允許排放濃度為：60mg/m3,原污染源氣體含塵濃度4g/ m3則最低除塵效率 min=1-0.064=98.2% 本方案選用文丘里除塵器。2.2.2 除塵器的選型1.選型本方案選擇WCG-1.0型低壓文丘里除塵器，其技術(shù)性能見下表6表6 WCG-1.0型低壓文丘里除塵器型號(hào)額定風(fēng)量/(m3/h)阻力/Pa除塵效率入口氣體溫度/外形尺寸(長×寬×高)入口尺寸/mm出口尺寸/mmWCG-1.0100001245>98.8%<

12、;1601064×860×2600300×8605002.結(jié)構(gòu)WCG型低壓文丘里除塵器，由2個(gè)主要部件組成，裝有文丘里管和旋風(fēng)筒的上箱體和設(shè)有沉淀箱、卸塵裝置的下箱體。2.3 管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)及計(jì)算2.3.1管道設(shè)計(jì)原則1. 管道系統(tǒng)布置應(yīng)從總體布局考慮，統(tǒng)一規(guī)劃，合理布局。力求簡單、緊湊，安裝、操作、維修方便，盡可能縮短管線長度，減少占地空間，適用、美觀、節(jié)省投資。2. 管道應(yīng)盡量集中成列、平行敷設(shè)，并應(yīng)盡量沿墻或柱子敷設(shè)。管徑大的或保溫管道應(yīng)設(shè)在靠墻側(cè)。3. 管道與梁、柱、墻、設(shè)備及管道之間應(yīng)有一定的距離，以滿足施工、運(yùn)行、檢修和熱脹冷縮的要求，一般不小于1002

13、00mm。4. 管道應(yīng)盡量避免遮擋室內(nèi)采光和妨礙門窗啟閉；應(yīng)不妨礙設(shè)備、管件、閥門和人孔的操作和檢修；應(yīng)不妨礙起重機(jī)的工作。5. 管道通過人行道時(shí)，與地面凈距應(yīng)不小于2m。6. 除塵管道力求順直，保證氣流暢通。分支管與水平管或傾斜主干管連接時(shí)，應(yīng)從上部或側(cè)面接入；三通管的夾角一般不大于30°。7. 進(jìn)行管道壓力損失計(jì)算時(shí)，管段長度一般按兩管件中心線之間的距離計(jì)算，不扣除管件（如三通、彎頭）本身的長度。8. 對(duì)并聯(lián)管道進(jìn)行阻力平衡計(jì)算，除塵系統(tǒng)小于10%，否則進(jìn)行管徑調(diào)整。2.3.2 管道的初步設(shè)計(jì)見附件，圖1 流程圖。2.3.3 管徑與管內(nèi)流速的確定表7 除塵風(fēng)管內(nèi)最低風(fēng)速m3/h粉

14、塵類別粉塵名稱垂直風(fēng)管(m/s)水平風(fēng)管(m/s)礦物粉塵重礦物粉塵1416輕礦物粉塵1214灰土、沙塵1618干細(xì)型沙1720金剛砂、剛玉粉1519本設(shè)計(jì)中，污染物為輕礦物，由表得水平管內(nèi)最低流速為14m/s，垂直管為12m/s。考慮要用到垂直管和水平管兩部分，初選流速為14m/s，1. 管段1、2：由Q=1.1872m3/s，vx=14m/s，根據(jù)下式求得管徑：d1=4Q1vx=4×1.18723.14×14=329mm根據(jù)全國通用通風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算表取標(biāo)準(zhǔn)管徑d1=340mm管徑d1=d2=340mm管內(nèi)實(shí)際流速v1=v2=4Qd2=4×1.18723.14&

15、#215;0.342=13.08 m/s不符合要求根據(jù)全國通用通風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算表取標(biāo)準(zhǔn)管徑d1=320mm管徑d1=d2=320mm管內(nèi)實(shí)際流速v1=v2=4Qd2=4×1.18723.14×0.322=14.77m/s 符合要求。由Q3=Q1+Q2=2.3744m/s，根據(jù)下式求得管徑：d3=4Q3V=4×2.37443.14×14.77=453mm根據(jù)全國通用通風(fēng)管道設(shè)計(jì)計(jì)算表取標(biāo)準(zhǔn)管徑d3=450mm 。管內(nèi)實(shí)際流速v3=4Qd2=4×2.37443.14×0.452=14.94m/s 符合要求。2. 管段4、5:因?yàn)镼4=Q5

16、=Q3=2.3744m/s，所以v5=v4=14.94m/s2.3.4 彎頭的設(shè)計(jì)管段1：設(shè)計(jì)一個(gè)90°彎頭。該管段管徑為d1=320mm，根據(jù)通風(fēng)除塵設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)得R/d=1.5時(shí)，阻力系數(shù)=0.175。管段2：設(shè)計(jì)一個(gè)120°彎頭。該管段管徑為d2=320mm，根據(jù)通風(fēng)除塵設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)得R/d=1.5時(shí)，阻力系數(shù)=0.20。管段4：設(shè)計(jì)兩個(gè)90°彎頭。該管段管徑為d4=450mm，根據(jù)通風(fēng)除塵設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)得R/d=1.5時(shí)，阻力系數(shù)=0.175。2.3.5 三通的設(shè)計(jì)計(jì)算在管段1、2、3交接處安裝一個(gè)30°直流三通。使得車間兩個(gè)污染源的粉塵均能順利進(jìn)

17、入管段3以及其后的管道系統(tǒng)。根據(jù)通風(fēng)除塵設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)查得=30°時(shí)，1=0.02，2=0.21管段1、2的管徑：d1=d2=320mm，經(jīng)過三通后的管徑d3=450mmL5d3-d1=5×450-320=650mm2.3.6 管段長度的確定根據(jù)管段設(shè)計(jì)原則第7條，沿程損失計(jì)算應(yīng)為兩管件中心線之間的距離計(jì)算，不扣除管件（如三通、彎頭）本身的長度。除塵器進(jìn)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=20000mm2.4 壓損平衡設(shè)計(jì)2.4.1

18、 管段壓損計(jì)算管段1：1）管段L1=7700mm， /d=0.0568， 動(dòng)壓為137.00 Pa。則摩擦壓力損失PL1=ld v22=7.700×0.0568×133.37=58.33 Pa2）局部阻力包括： 矩形傘形集氣罩：=60°，=0.1290°彎頭，取R=1.5D， =0.175=30°的直流三通，=0.105故=0.4則局部壓力損失為：Pm1=v22=0.4×133.37=53.35Pa管段2：1）管段L2=1425mm， /d=0.0568， 動(dòng)壓為133.37 Pa。則摩擦壓力損失PL2=ld v22=1.425

19、15;0.0568×133.37=10.79 Pa2）局部阻力包括： 矩形傘形集氣罩：=60°，=0.12120°彎頭，取R=1.5d，=0.20吸入三通（支管）=30°，如圖，=0.395，故=0.715則局部壓力損失為：Pm2=v22=0.715×133.37=95.36 Pa管段3：1）管段L3=1285mm /d=0.0373，動(dòng)壓為135.16 Pa。則摩擦壓力損失PL3=ld v22=1.285×0.0373×135.16=6.48 Pa2）局部阻力包括：合流三通 =0.18一個(gè)90°彎頭，取R/d=1

20、.5， =0.175除塵器壓力損失 Pmc=1245Pa則局部壓力損失為：Pm3=1245+v22=1245+(0.18+0.175)×135.16=1292.98 Pa管段4：1）管段L4=3600mm，/d=0.0373，動(dòng)壓為135.16 Pa。則摩擦壓力損失PL4=ld v22=3.6×0.0373×135.16=18.15Pa2）局部阻力包括：兩個(gè)90°彎頭，取R=1.5D， =0.18故=0.36則局部壓力損失為：Pm4=v22=0.36×135.16=48.66Pa管段5：管段L5=20000mm，/d=0.0373，動(dòng)壓為135

21、.16 Pa。則摩擦壓力損失PL5=ld v22=20×0.0373×135.16=100.83 Pa2.4.2 壓力校核并聯(lián)管路阻力損失平衡計(jì)算：結(jié)點(diǎn)A: P1=PL1+PM1=58.33+53.35=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，結(jié)點(diǎn)壓力平衡，管徑選擇合理。2.4.3 除塵系統(tǒng)總壓力損失以最大阻力線路計(jì)算：P=P1+P2+P3+P4+P5=116.68+107.48+1299.46+66.81+100.83=1691.26 P

22、a2.5 風(fēng)機(jī)的選擇與校核1.通風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q0=1+K1Q式中：Q0-通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量(m3/h)K1-考慮系統(tǒng)漏風(fēng)時(shí)的安全系數(shù)，除塵系統(tǒng)管道取K1=0.10.15Q-管道系統(tǒng)的總風(fēng)量(m3/h)故通風(fēng)機(jī)風(fēng)量為：Q0=1+K1Q=1.1×8547.84=9403m3/h2.通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P0=P1+K20=P1+K2Tp0T0p式中：K2-安全系數(shù)，除塵管道取K2=0.150.20；0、p0、T0-通風(fēng)機(jī)性能表中給出的空氣密度、壓力和溫度，通常p0=101328Pa，對(duì)于通風(fēng)機(jī)T0=293K，0=1.2kg/m3。取K2=0.15故通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為：P0=P1+K2=1691.26 ×1

23、.15=1944.65 Pa3.設(shè)備選型根據(jù)上述風(fēng)量和風(fēng)壓，選用C6-48No10C型離心通風(fēng)機(jī)，性能與選用件見表3表8 C6-48型排塵離心通風(fēng)機(jī)性能與選用件表壓力損失：除塵系統(tǒng)總壓力損失為1944.65 Pa，其值在所選風(fēng)機(jī)全壓25161855Pa內(nèi)，故壓力滿足要求。風(fēng)量：除塵系統(tǒng)計(jì)算風(fēng)量為9403m3/h，所選風(fēng)機(jī)風(fēng)量范圍579310290m3/h內(nèi)，基本符合要求。綜上所述，風(fēng)機(jī)選型符合系統(tǒng)要求。2.6 煙囪的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)出口處平均風(fēng)速為2m/s，大氣溫度為15，大氣壓力1.013×105Pa。煙囪內(nèi)徑0.45m，流量2.3744m3/s，煙氣流速14.94m/s，煙氣溫度20。由于T=Ts-Ta=20-15=5<35K所以H=21