除尘系统设计解析.docx
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除尘系统设计解析
湖南科技大学
化学化工学院
HunanUniversityofScienceandTechnology
《大气污染控制工程》
课程设计报告
题目：
某厂原料车间除尘系统工程初步设计
专业班级：
环境工程二班
学生姓名：
学号：
1206050201
指导老师：
提交日期：
2015年6月28日
第1章：
概述1
1.1设计目的概述2
1.2设计要求概述
1.3某厂原料车间原煤破碎工段概述2
第2章：
净化系统设计方案的分析确定2
2.1该厂车间粉尘2
2.1.1该厂厂车间粉尘的来源2
2.1.2该厂车间粉尘的种类2
2.1.3该厂车间粉尘的危害2
2.2该厂车间粉尘净化系统的设计3
第3章：
除尘系统的设计4
3.1集气罩选用及计算4
3.1.1集气罩的种类4
3.1.2集气罩的选用4
3.2管道的设计及运用6
3.2.1管道的布局6
3.2.2各管道压损计算6
3.3通风机及电动机的计算和选择8
3.4除尘器的选择8
第4章：
总结10
第五章：
参考文献11
某厂原料车间除尘系统工程初步设计
第1章：
概述
1.1设计目的概述
“大气污染控制工程课程设计”是《大气污染控制工程》课程的重要实践性环节，是环境工程专业学生在校期间一次较全面的大气污染控制设计能力的训练，在实现专业总体培养目标中占有重要地位。
通过课程设计，旨在使学生掌握和巩固《大气污染控制工程》课程的基本原理和设计方法，培养学生正确查阅和使用技术资料、确定大气污染控制系统的设计方案、进行工艺设计计算，绘制工程图纸，编写设计说明书的能力，为以后从事本工程领域的设计工作打下基础。
使学生得到一次综合训练并达到以下教学要求：
1、通过课程设计，树立正确的设计思想，培养综合应用《大气污染控制工程》课程和其他先修课程的原理、方法与技能来分析和解决大气污染控制工程设计问题的能力。
2、学习大气污染控制工程设计的基本方法、步骤，掌握大气污染控制工程设计的一般规律，学会净化系统的布置设计、主要污染物的净化原理与主要工艺流程，净化设备的选型设计、基本计算方法和绘图能力的训练。
3、进行大气污染控制工程设计基本技能训练，如设计手册与技术资料的查找应用、系统平衡与设计计算，绘制工程图纸、标准规范应用，编写设计说明书。
1.2设计要求概述
1、运用所学知识，根据有关设计手册、资料进行设计，做到有据可查，切实可靠。
2、设计说明书按设计程序编写，主要包括方案的确定，设计行算，设备选型，有关的设计简图等内容，设计说明书应有封面、目录、概述、正文、小结、参考资料等部分。
各种计算以及必要的插图、说明等要求书写整洁、层次分明、条理清楚，行文流畅简捷，各计算公式，数据、图表及引用的有关重要定论均应注明出处，各符号、单位及代表意义均应注明。
3、设计图纸是设计意图的重要表现形式，是工程师的语言，因而应特别注意其质量。
一般应达到以下要求：
课程设计图纸应能较好地表达设计意图布图合理、比例适当、图面整洁，构图、投影正确，各类线条分明、均匀，尺寸齐全，字迹工整，符合制图标准及有关规范。
（1）除尘系统图1张，系统图应按比例绘制，标出设备、管件编号并附明细表。
（2）除尘系统平面、剖面布置图2张（3号图或4号图），图中设备、管件应标注编号，编号应与系统图对应，布置图应按比例绘制。
4、设计成果提交：
合订时，说明书在前，附表和附图分别集中、依次放在后面。
1.3某厂原料车间原煤破碎工段概述
某厂原料车间原煤破碎工段担负着全厂造气原料煤破碎筛分的繁重任务。
如图1所示：
该工段厂房长30m、宽15m、高3.6m，在厂房东北角长7.4m、宽6.6m范围内分布有原煤给料、破碎机、振动筛、皮带转载点等尘源，其相对位置见图2，由于建厂时未对破碎、筛分等设备及尘源点采取任何防尘、除尘和密闭措施，生产时煤粉从破碎机、振动筛、给料、转载及皮带机等处向外突出，飘扬，导致整个车间浓烟滚滚。
实测空气中粉尘浓度150～400mg/m3，破碎机周围10m范围内空气中粉尘浓度一般都大于1000mg/m3（尘源密闭后实测管道内粉尘初始浓度1941.7mg/m3）。
请为该厂房设计一套粉尘净化系统，该系统净化装置、风机、排气筒等只能集中布置在车间西侧中部长10m、宽7.5m的空地范围（图1），要求工程后粉尘污染源得到有效控制，车间内粉尘浓度达到国标GB5817—86《生产性粉尘作业分级≥Ⅰ级，即粉尘浓度≤40mg/m3；经净化后由排气筒外排废气要符合国标GB16297—96《大气污染物综合排放标准》要求，即排尘浓度≤150mg/m3，煤尘回收利用。
第二章：
净化系统设计方案的分析确定
2.1该厂车间粉尘
我们设计的净化系统是围绕厂子的粉尘展开的，所以对厂子的粉尘需进行必要的了解。
2.1.1该厂车间粉尘来源
某厂原料车间原煤破碎工段担负着全厂造气原料煤破碎筛分的繁重任务，在破碎工段中，能够产生粉尘的源头来自四处地方，分别是给料点处、破碎机处，震动筛处、转载点处。
其中，以破碎点处和震动筛处所产生的粉尘量居多。
2.2.2该厂粉尘车间粉尘的种类
粉尘的分类粉尘主要有两大类，无机粉尘和有机粉尘，煤粉尘属无机粉尘中的一种。
从广义上来说，无机粉还包括金属粉尘、石英、沙尘等等。
由于该厂车间是破碎煤的工段，所以，粉尘的种类主要是无机粉尘中的煤粉尘。
2.3.3该厂煤粉尘的危害
（1）煤粉尘是人体健康的大敌，其中直径0.5~5μm之间的飘尘对人的危害最大，它可以直接到达肺细胞而沉积，并可能进入血液布满全身。
（2）煤粉尘同金属粉尘（如铝粉、镁粉）、合成材粉尘（如塑料粉、染料粉）、林业品粉尘（如纸粉、木粉）等可燃粉尘一样，属于爆炸危险品。
当可燃粉尘与空气混合的浓度达到一定的值（爆炸临界浓度）时，若遇有火星、电弧或适当的温度，其氧化反应即在瞬间完成，产生的热量和火焰迅速传给相邻的粉尘，又引起周围的粉尘燃烧放热。
一般的燃烧火焰传播速度只是在每秒零点几米，而密集的粉尘燃烧时，火焰传播速度可达几十米乃至几百米。
粉尘一旦燃烧时，一连串的连锁反应便在瞬间完成，立即释放出巨大在能量，温度迅速上升，空气急剧膨胀，接下来便会发生可怕的爆炸。
粉尘爆炸的最大特点是多次爆炸，因初始爆炸会将沉积的粉尘扬起，在新的空间形成更多的爆炸混合物而再次爆炸。
连续爆炸会给企业带来惨重的损失。
2.2.该厂车间粉尘净化系统的设计
该厂车间的除尘目的是为了要使车间内的粉尘污染源得到有效控制，车间内粉尘浓度达到国标GB5817—86《生产性粉尘作业分级≥Ⅰ级，即粉尘浓度≤40mg/m3；经净化后由排气筒外排废气要符合国标GB16297—96《大气污染物综合排放标准》要求，即排尘浓度≤150mg/m3，煤尘回收利用。
根据此要求，我们可以设计一个集煤粉尘收集，煤粉尘处理，经处理后煤排放的净化系统。
具体示意图如下：
（该厂净化系统流程示意图）
第3章：
除尘系统的设计
3.1集气罩的选用及计算
3.1.1集气罩介绍
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。
3.1.2该厂四处煤粉尘源头的集气罩选用及参数计算
由于集气罩的选用涉及到污染源的控制速度Vx，可在《大气污染控制工程》第三版的表13-2中查到。
污染物的生产状况举例控制速度
（m.s-1）
以轻微的速度放散到蒸汽的蒸发，气体或烟气敞口容器中外逸0.25~0.5
相当平静的空气中
以轻微的速度放散到喷漆室内喷漆；断续地倾倒有尘屑的干物料0.5~1.0
尚属平静的空气中到容器中；焊接
以相当大的速度放散出来，或翻砂、脱模，高速皮带运输机的转运点，1.0~2.5
放散到空气运动迅速的区域混合，装袋或装箱
以高速放散出来，或是放散到磨床；重破碎；在岩石表面工作2.5~10
空气运动迅速的区域
排风量计算公式：
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）
（1）给料点处根据刘文华老师的要求，在给料点处采用的是敞口罩（有边伞形吊罩，罩口离地1.0m），依表给料点处污染源制速度在0.5~1.0m.s-1,假设为Vx=0.8m.s-1，排风量在5600m3/h，控制距离为0.2m。
由公式
，可计算得敞口罩的直径为5600/3600=1.4xPx0.2x1P=5.6则该集气罩的直径为1.8m。
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°，则集气罩的高度为h=a/2tanx=1800/2x1=900mm。
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100mm，则给料点集气罩总高为h=h’+100=900+100=1000mm
所以给料点处的集气罩为直径1.8m,高度1.0m的圆口状集气罩。
（2）破碎机处在破碎机处，由于机械破碎过程中会产生大量的煤粉尘，所以在破碎机处可选用外部集气罩进行集气处理，依表破碎机处污染源控制速度在1.0~2.5，假设为Vx=2m.s-1，排风量在排风量在5600m3/h，控制距离为0.2m。
由公式
，可计算得敞口罩的直径为5600/3600=1.4xPx0.2x2P=2.8m则该集气罩的直径为0.9m。
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°，则集气罩的高度为h=a/2tanx=900/2x1=450mm。
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100mm，则给料点集气罩总高为h=h’+100=450+100=550mm
所以破碎机处的集气罩为直径0.9m,高度0.55m的圆口状集气罩。
（3）震动筛处在震动筛处，机器通过表面的不断震动筛选出粒径不一的煤粉尘，可在此处装外部集气罩。
依表震动筛处污染源控制速度在1.0~2.5，假设为Vx=2m.s-1，排风量在排风量在5600m3/h，控制距离为0.2m。
由公式
，可计算得敞口罩的直径为5600/3600=1.4xPx0.2x2P=2.8m则该集气罩的直径为0.9m。
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°，则集气罩的高度为h=a/2tanx=900/2x1=450mm。
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100mm，则给料点集气罩总高为h=h’+100=450+100=550mm
所以震动筛处的集气罩为直径0.9m,高度0.55m的圆口状集气罩。
（3）皮带转载点处在皮带转载点处，机器通过表面的皮带将筛选过的煤块传送到使用煤块的厂房，可在此处装外部集气罩。
依表震动筛处污染源控制速度在0.5~1.0，假设为Vx=0.6m.s-1，排风量在排风量在2800m3/h，控制距离为0.2m。
由公式
，可计算得敞口罩的直径为2800/3600=1.4xPx0.2x0.6P=4.6m则该集气罩的直径为1.5m。
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°，则集气罩的高度为h=a/2tanx=1500/2x1=750mm。
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100mm，则给料点集气罩总高为h=h’+100=750+100=850mm
所以震动筛处的集气罩为直径1.5m,高度0.85m的圆口状集气罩。
3.2管道的设计及选用
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管道布局图
3.2.2各管道压损计算
管道内气体流动的压力损失有两种，一种是由于气体本身的黏滞性及其与管壁间的摩擦而产生的压力损失，称为摩擦压力损失或沿程压力损失；另一种是气体流经管道系统中某些局部构件时，由于流速大小和方向改变形成涡流而产生的压力损失，称为局部压力损失。
摩擦压力损失和局部压力损失之和即为管道系统总压力损失。
1.给料点管道压力损失计算
对于管道①，Q=5600m/s,令v=16m/s，l1=6.4m，查计算表得D=360mm,λ/d=0.0488,求得实际v=15.3m/s动压力为140.5pa，故摩擦压力损失，△PL1=L1*Pdλ/d=43.9Pa
集气罩ζ=0.13,90度弯头ζ=0.25,故局部压力损失，△Pm1=（0.13+0.25）*140.5=53.40Pa
2.破碎机管道压力损失计算
对于管道②，Q=5600m/s,令v=16m/s，l2=0.8+1.1=1.9m，查计算表得D=360mm,λ/d=0.0488,求得实际v=15.3m/s动压力为140.5pa，故摩擦压力损失，△PL2=L2*Pdλ/d=13.03Pa
集气罩ζ=0.11,60度弯头ζ=0.20,60度合流三通管ζ=0.18，故局部压力损失，△Pm2=（0.11+0.20+0.18）*140.5=68.85Pa
3.震动筛管道压力损失计算
对于管道3，Q=5600m/s,令v=16m/s，l4=0.8+0.8=1.6m，查计算表得D=360mm,λ/d=0.0488,q求得实际v=15.3m/s动压力为140.5pa，故摩擦压力损失，△PL4=L4*Pdλ/d=10.97Pa
集气罩ζ=0.11,60度弯头ζ=0.20,60度合流三通管ζ=0.18，故局部压力损失，△Pm4=980+（0.11+0.20+0.18）*140.5=1408.85Pa
4.皮带转载点处压力损失计算
对于管道4，Q=2800m/s,令v=16m/s，l6=08+0.7=1.5m，查计算表得D=250mm,λ/d=0.0734,q求得实际v=15.9m/s动压力为151.8pa，故摩擦压力损失，△PL6=L6*Pdλ/d=16.7Pa
集气罩ζ=0.19,60度弯头ζ=0.20,60度合流三通管ζ=0.18故局部压力损失，△Pm6=（0.19+0.20+0.18）*151.8=86.5Pa
5.并联管道压力损失计算
对于总管道⑦，Q=19600m/s,令v=16m/s，l7=14.4m，查计算表得D=670mm,λ/d=0.0230,求得实际v=15.5m/s，动压力为144.3pa，故摩擦压力损失，△PL7=L7*Pdλ/d=47.8Pa
集气罩ζ=0.13,90度弯头ζ=0.25,故局部压力损失，△Pm7=（0.13+0.25）*144.3=54.8Pa
对于给料点处、破碎机段处，震动筛处的并联管道压力，Q=16800m/s,令v=16m/s，l5=0.8m，查计算表得D=630mm,λ/d=0.0248,q求得实际v=15.0m/s动压力为135.1pa，故摩擦压力损失，△PL5=L5*Pdλ/d=2.68Pa
集气罩ζ=0.13,60度弯头ζ=0.25,故局部压力损失，△Pm5=（0.13+0.25）*140.5=53.40Pa
对于给料点处，破碎机段处的管道损失压力为，Q=11200m/s,令v=16m/s，l3=2.5m，查计算表得D=500mm,λ/d=0.0327,求得实际v=15.8m/s动压力为150.0pa，故摩擦压力损失，△PL3=L3*Pdλ/d=12.26Pa
集气罩ζ=0.11,60度合流三通管ζ=0.18故局部压力损失，△Pm1=（0.11+0.18）*150.0=43.5Pa
除尘系统的总压力计算为：
P总=P1总+P2总+P3总+P4总
P总=97.3+81.88+1408.85+103.2=1342.2pa
3.3通风机电动机的计算及选择
通风机的选用
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）=19600×1.1=21560m3/h
风压为ΔP0=ΔP（1+K2）=1408.85×1.2=1690.62Pa
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。
设计风量为21560m3/h-1，设计风压为1690.62Pa。
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
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。
过滤风速确定V
本布袋除尘器，采用逆气流反吹清灰清灰，取VF=2m/min
计算过滤面积A
除尘的处理风量Q总=19600m3/h，A=Q/（60VF）=163㎡
计算每只滤袋的过滤面积a
a=πDL=3.14×0.3×3=2.826㎡
计算滤袋数目n
N=A/a=367.5/2.826=130
第五章:
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。
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。
第六章：
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.
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