大气污染控制工程课程设计.docx

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大气污染控制工程课程设计

1 绪论

1.1 课程设计的目的

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，能使学生得到一次综合训练，特别是：

1.巩固大气污染控制工程课堂中所学理论知识；

2.掌握除尘系统设计的基本方法；

3.提高工程设计中资料运用、数据计算方法和计算机绘图能力。

1.2设计任务与要求

1.题目：

车间除尘系统设计

2.设计已知条件：

（1）车间面积和两台产尘设备（见附图）；12000×6000;1200×600×800;

（2）产生轻矿物粉尘并以较低速度发散到尚属平静的空气中；

（3）污染源气体含尘浓度4g/m3，密度1.2g/cm3，温度20oC，大气压力1.013×105Pa；

（4）伞形罩口距污染源表面200mm；

（5）管道和集气罩用钢板制作，钢管相对粗糙度0.15，排气筒距地面12m；

（6）采用自选除尘器;

3.课程设计步骤与方法

（1）集尘罩的设计和风量计算（4）通风机和电机选择

（2）除尘器的选择及除尘系统管网布置（5）说明书编写

（3）除尘系统阻力计算（6）绘制图纸

2.设计说明书

2.1集气罩的设计

2.1.1设计原则

1.集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物的扩散限制在最小范围内，以便防止横向气流的干扰，减少排风量。

2.集气罩的吸气方向尽可能与污染气流的运动方向一致，充分的利用污染气流的初始动能。

3.尽量减少集气罩的开口面积，减少排风量。

4.集气罩的吸气气流不允许先经过工人的呼吸区再进入罩内。

5.集气罩的结构不应妨碍工人操作和设备检修。

根据以上原则选取冷过程上部集气罩，为避免横向气流干扰，在罩口设置活动挡板，以保证罩口气流速度分布均匀。

2.1.2集气罩尺寸参数的确定

本设计中污染源尺寸为 L×W×H=1200×600×1000，故适宜采用矩形集气罩.

1．集气罩口长边

设罩口长边尺寸为l，污染源长边尺寸为L，则

L=0.8H+l

已知l=1200mm，H=200mm，故L=1360mm；

2.集气罩口短边

B=0.8H+l=760mm

由于不考虑空间限制，B可以取760mm。

3.尺寸校核

为避免横向气流干扰，要求H≤0.3L，即H≤0.3×1360=408mm，H=200mm，满足要求。

因此本次设计不存在横向气流干扰或干扰可忽略。

同时为减少吸气范围和吸气量，在集气罩一面设置挡板，三面敞开。

罩口敞开面周长为P=760×2+1360=2880mm。

4.集气罩扩张角

为保证罩口吸气速度均匀，吸气罩的扩张角ɑ不应大于60°，本设计中取60°。

5.集气罩高度

取390mm。

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

+160=390+160=550mm

2.1.3控制点控制速度vx的确定

当污染源为污染物发生量较小的冷过程源时，可以采用速度控制法进行外部集气罩的设计。

采用控制速度法计算集气罩的排风量，关键在于确定控制速度𝑣𝑥和集气罩结构、安设位置及周围气流运动情况，一般通过现场实测确定。

由于本例缺乏现场实测数据，设计时参考表1-表4确定。

表1 污染源的控制速度vx

污染物的产生状况

举例

控制速度/m·s-1

以轻微的速度放散到相当平静的空气中

蒸汽的蒸发，气体或烟气敞口容器中外逸

0.25~0.5

以轻微的速度放散到尚属平静的空气中

喷漆室内喷漆，断续地倾倒有尘屑的干物料到容器中，焊接

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

翻砂、脱模、高速（大于1m/s）皮带运输机的转运点、混合、装货或装箱

1.0~2.5

以高速放散出来，或是放散到空气运动迅速的区域

磨床，中破碎，在岩石表面工作

2.5~10

表2 按周围气流情况和污染物危害性选择风速

周围气流情况

控制风速/（m/s）

危害性小时

危害性大时

无气流或容易安装挡板的地方

0.20~0.25

0.25~0.30

中等程度气流的地方

0.25~0.30

0.35~0.35

较强气流或不按挡板的地方

0.35~0.40

0.38~0.50

强气流的地方

0.5

非常强气流的地方

1.0

表3 按污染物危害性及集气罩形式选择控制风速

危害性

圆形罩

侧面方形罩

伞形罩

一面开口

两面开口

三面开口

四面开口

大

0.38

0.50

0.63

0.88

中

0.33

0.45

0.38

0.50

0.78

小

0.30

0.38

0.25

0.38

由上述知集气罩为矩形，三面开口且设置挡板；根据题设条件，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。

表4敞开断面处流速

罩子形式

断面流速（m/s）

罩子形式

断面流速（m/s）

四面敞开

1.0~1.27

两面敞开

0.76~0.9

三面敞开

0.9~1.0

一面敞开

0.5~0.76

综合考虑上述因素及安全性，采取最大值原则，由表4得敞开断面处控制流速vx在0.9~1.0之间。

但考虑到流速太大时，会造成动力消耗过大，

故可取 vx=0.9m/s。

2.1.4排风量的确定

Q=KPHvx=1.4×2.88×0.2×0.9=0.726m3/s=2613 m3/h

总排风量Q总=2Q=5225m3/h

式中：

P----罩口敞开面周长，m；

H----罩口至污染源距离，m；

K----考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数，通常取K=1.4；

vx----控制速度。

2.2 除尘器的选型与设计

2.2.1除尘器类型比选

表5各种除尘器的效率对比

除尘器名称

全效率/%

不同粒径（μm）时的分级效率/%

0~5

5~10

10~20

20~44

>44

带挡板的沉降室

58.6

7.5

普通的旋风除尘器

65.3

长椎体旋风除尘器

84.2

99.5

100

喷淋塔

94.5

100

电除尘器

97.0

94.5

99.5

100

文丘里除尘器

99.5

100

袋式除尘器

99.7

99.5

100

表6各种除尘设备投资和运行费用

设备

投资费用（万元）

运行费用（万元）

高效旋风除尘器

100

袋式除尘器

250

电除尘器

450

200

塔式洗涤器

270

260

文丘里洗涤器

220

500

本方案根据运行稳定性，一次性投资及处理效率、运行成本等综合考虑，选用袋式除尘器。

2.2.2 除尘器的选型

1.选型

除尘器选用DS/A型机械振打袋式除尘器，其技术性能见下表7。

表7DS/A型机械振打袋式除尘器

型号

过滤风速（m/min）

总过滤面积/m2

处理气量/（m3/h）

压力损失/mmH2O

除尘效率

尺寸/mm

DS/A-6×5

3600~5400

120~150

99.5

160× 2000

2.规格参数

滤袋：

圆形带

进出风方式：

下进风上出风

袋过滤方式：

内滤式

滤料：

工业涤纶绒布

每个除尘袋过滤面积为1𝑚2,由30条滤袋组成，每条滤袋直径φ160mm。

3.校核

过滤面积：

式中：

vF----过滤气速，3m/min

----欲处理的烟气量，5225𝑚3/ℎ。

则：

29.0𝑚2<30𝑚2，所以所选除尘器符合要求。

2.3管道、弯头及三通的设计

2.3.1 管道设计原则

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。

2.3.2管道的初步设计

2.3.3管径与管内流速的确定

表8 除尘风管内最低风速m3/h

粉尘类别

粉尘名称

垂直风管（m/s）

水平风管（m/s）

矿物粉尘

重矿物粉尘

轻矿物粉尘

灰土、沙尘

干细型沙

金刚砂、刚玉粉

本设计中，污染物为轻矿物，由表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，初选流速为14m/s。

1. 管段1、2：

由Q=0.73m/s，vx=14𝑚/𝑠，根据下式求得管径：

根据《全国通用通风管道设计计算表》取标准管径d1=d2=260mm ,

管内实际流速

不符合要求。

根据《全国通用通风管道设计计算表》取标准管径d1=250mm.

管内实际流速

符合要求。

2. 管段3：

由𝑄3=𝑄1+𝑄2=1.46𝑚3/𝑠，根据下式求得管径：

根据《全国通用通风管道设计计算表》取标准管径d3=360mm 。

管内实际流速

符合要求。

3. 管段4、5:

因为𝑄4=𝑄5=𝑄3=1.46𝑚/𝑠，所以v5=v4=14.4m/s。

2.3.4弯头的设计

管段1：

设计一个90°弯头。

该管段管径为𝑑1=250mm，根据《通风除尘设备设计手册》得R/d=1.5时，阻力系数ζ=0.18。

管段2：

设计一个120°弯头。

该管段管径为𝑑2=250mm，根据《通风除尘设备设计手册》得R/d=1.5时，阻力系数ζ=0.20。

管段4：

设计两个90°弯头。

该管段管径为𝑑4=360mm，根据《通风除尘设备设计手册》得R/d=1.5时，阻力系数ζ=0.18。

2.3.5三通的设计计算

在管段1、2、3交接处安装一个30°直流三通。

使得车间两个污染源的粉尘均能顺利进入管段3以及其后的管道系统。

根据《通风除尘设备设计手册》查得α=30°时，ζ1=0.095，ζ2=0.25

管段1、2的管径：

𝑑1=𝑑2=500𝑚𝑚，经过三通后的管径𝑑3=700𝑚𝑚

L≥5 （𝑑3−𝑑1 ）=5×（360−250） =550mm

2.3.6管段长度的确定

根据管段设计原则第7条，沿程损失计算应为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。

除尘器进口高度：

1200mm ，出风口高度为4300mm。

管段1：

L1=2000+2200=4200mm

管段2：

L2=1500+1000=2500mm

管段3：

L3=3128+2300+550=5978mm

管段4：

L4=4825+2200=7025mm

管段5：

L5=15000mm

2.4压损平衡设计

2.4.1管段压损计算

管段1：

1）管段𝐿1=4200𝑚𝑚， λ/d=0.0771，动压为131.52 Pa。

则摩擦压力损失

2）局部阻力包括：

①矩形伞形集气罩：

α=60°，ζ=0.16

②90°弯头，取R=1.5D，ζ=0.18

③α=30°的直流三通，ζ=0.02 故

=0.36

则局部压力损失为：

∆P𝑚1=

管段2：

1）管段𝐿2=2500𝑚𝑚， λ/d=0.0771，动压为131.25Pa。

则摩擦压力损失

2）局部阻力包括：

①矩形伞形集气罩：

α=60°，ζ=0.16

②120°弯头，取R=1.5d，ζ=0.20

③吸入三通（支管）α=30°，如图，ζ=0.095，

故Σζ=0.455

则局部压力损失为：

∆P𝑚2=

管段3：

1）管段𝐿3=5978𝑚𝑚λ/d=0.0492，动压为124.46 Pa。

则摩擦压力损失

2）局部阻力包括：

除尘器压力损失 ∆𝑃𝑚𝑐=1176𝑃𝑎

合流三通 ζ=0.25

除尘器入口，由已知条件知除尘器入口直径200mm，该管段直径为𝑑3=360mm，为渐扩和变径管连接，取渐扩和变径管长度l=600mm，如图

则：

查得

0.18，则局部压力损失：

∆P𝑚3=

管段4：

1）管段𝐿4=7025𝑚𝑚，λ/d=0.0492，动压为124.46 Pa。

则摩擦压力损失

2）局部阻力包括：

三个90°弯头，取R=1.5D，ζ=0.54

除尘器出口尺寸600×450，为渐缩管连接，取渐缩管长度l=450mm，如图

取

=0.18，则

=0.72.

则

∆P𝑚4=

管段5：

1）管段𝐿5=15000𝑚𝑚，λ/d=0.0492，动压为124.46 Pa。

则摩擦压力损失

2）局部阻力包括：

风机入口，预选C6-48No5C 型号离心通风机。

风机入口直径400mm，为渐扩管连接，取渐扩管长度l=150mm，则

查得此时ζ=0.18，

=0.21

∆P𝑚5=

2.4.2压力校核

并联管路阻力损失平衡计算：

结点A:

∆𝑃1=∆𝑃𝐿1+∆𝑃𝑀1=89.85𝑃𝑎，

∆𝑃2=∆𝑃𝐿2+∆𝑃𝑀2=85.20 𝑃𝑎，

由此可知，结点压力平衡，管径选择合理。

2.4.3除尘系统总压力损失

以最大阻力线路计算：

P=∆𝑃1+∆𝑃2+∆𝑃3+∆𝑃4+∆𝑃5=89.95+85.20+1310.93+132.63+118.10

=1735.91 𝑃𝑎

将上述计算结果列入表中

表9 通风系统水力计算表

管段编号

流量Q（m/s）

管长l（m）

管径d（mm）

流速v （m/s）

λ/d /𝑚−1

动压/𝑃𝑎

摩擦压损 ∆𝑃𝐿 （Pa）

局部压损系数Σζ

局部压损 ∆𝑃𝑀 （Pa）

管段总压损∆P（Pa）

0.73

4.2

250

14.8

0.0771

131.25

42.5

0.36

47.35

89.95

0.73

2.5

250

14.8

0.0771

131.25

25.35

0.455

59.85

85.20

1.46

5.978

360

14.4

0.0492

124.46

0.18

36.61

1310.63

1.46

7.025

360

14.4

0.0492

124.46

43.02

0.54

89.61

132.63

1.46

360

14.4

0.0492

124.46

91.85

0.21

26.14

118.10

2.5 风机的选择与校核

1.通风机风量

𝑄0= 1+𝐾1 𝑄

式中：

𝑄0----通风机的风量（m3/h）

𝐾1----考虑系统漏风时的安全系数，除尘系统管道取𝐾1=0.1~0.15

Q----管道系统的总风量（m3/h）故通风机风量为：

𝑄0= 1+𝐾1 𝑄=1.1×5225=5747.5𝑚3/h

2.通风机风压

式中：

𝐾2----安全系数，除尘管道取𝐾2=0.15~0.20；

𝜌0、𝑝0、𝑇0----通风机性能表中给出的空气密度、压力和温度，通常𝑝0=101328Pa，对于通风机𝑇0=293K，𝜌0=1.2kg/𝑚3。

故通风机风压为：

∆𝑃0=∆𝑃1+𝐾2 =1501.28 ×1.15=1726.15 𝑃𝑎

3.设备选型

根据上述风量和风压，选用C6-48No5C型离心通风机，性能与选用件见表3 。

表10 C6-48型排尘离心通风机性能与选用件表

转速r/min

序号

流量

m3/h

全压

效率

内功率

所需功率

电动机

三角带

型号

功率KW

型号

根数

内周长mm

2000

6070

1753

76.8

3.83

4.83

Y132S1-2

5.5

2240

校核：

对于C6-48No5C型离心通风机，当转速为2000r/min时，

压力损失：

除尘系统总压力损失为1501.28 𝑃𝑎＜1753Pa故压力满足要求。

风量：

除尘系统计算风量为5225𝑚3/h＜6070𝑚3/h，基本符合要求。

综上所述，风机选型符合系统要求。

致谢

在这次课程设计的撰写中，我得到了许多人的帮助。

首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次设计的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。

在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。

最后再一次感谢所有在设计中帮助过我的良师益友和同学。

参考文献

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