工业通风课程设计李卫.docx
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工业通风课程设计李卫
成绩
课程设计说明书（计算书、论文）
题目某加车间通风除尘系统设计
课程名称工业通风与防尘
院（系）土木与环境工程学院
专业班级10安全工程
（1）
学生姓名汪扬辉
学号1042256122
设计地点土一306
指导教师李改
设计起止时间：
2013年5月27日至2013年6月9日
1.前言
1.1研究背景
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当中，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，提高产品质量所必不可少的一个组成部分。
工业通风的主要任务是，控制生产过程中产生的粉尘、有害气体、高温、高湿，创造良好的生产环境和保护大气环境。
为完成工业通风的主要任务，通风除尘系统，排除有害气体、余热、余湿的通风系统的设计势在必行。
粉尘是指能在空气中浮游的固体微粒。
粉尘的来源广泛，大部分工业部门的生产中都会产生大量粉尘。
粉尘对人体健康危害极大，在生产过程中其危害人体健康的主要途径是经呼吸道进入人体，其次是经皮肤进入人体，通过消化道进入人体的情况较少。
粉尘的化学性质是危害人体的主要因素。
有些毒性强的金属粉尘进入人体后，会引起中毒以至死亡。
一般粉尘进入人体肺部后，可能引起各种尘肺病。
粉尘粒径的大小是危害人体的另一个重要因素。
粉尘粒径小，粒子在空气中不易沉降，也难于被捕集，造成长期空气污染，同时易于随空气吸入人的呼吸道深部；粉尘粒径小，其化学活性强，表面活性也增大，加剧了人体生理效应的发生与发展；粉尘的表面可以吸附空气中的有害气体、液体以及细菌病毒等微生物，它是污染物质的媒介物，还会和空气中的二氧化硫联合作用，加剧对人体的危害。
粉尘对生产的影响主要是降低产品质量和机械工作精度；还使光照度和能见度降低，影响室内作业的视野；有些粉尘在一定条件下会发生爆炸，造成经济损失和人员伤亡。
卫生标准规定，车间空气中一般粉尘的最高容许浓度为102mg/m2,含10％以上游离二氧化硅的粉尘则为2mg/m2，危害性大的物质其容许浓度低。
随着生活水平的提高，人们对与自身健康、舒适直接相关的周围空气环境也有了更高的要求。
人体散热主要通过皮肤与外界的对流、辐射和表面汗分蒸发三种形式进行，呼吸和排泄只排出少部分热量。
在某些散发大量热量的高温车间都具有辐射强度大、空气温度高和相对湿度低的特征。
根据卫生标准规定，一般车间内工作地点的夏季空气温度，应按车间内外温差计算。
1.2研究目的
通风系统用于稀释室内有害气体浓度，改善操作区的环境，使操作区的有害气体与粉尘浓度低于国家规定的允许值；除尘系统用于对产尘点进行机械除尘，使操作区粉尘浓度不超过国家卫生标准，经除尘器净化后的排出气体粉尘浓度低于国家规定排放标准，为工作人员提供舒适的工作环境，消除对车间环境及设备的污染，改变工作人员的健康和舒适感。
2.车间简介
工业生产过程中常常伴随产生大量热量和各种污染物。
目前一些工业厂房由于通风方式不合理导致通风效果不佳，既污染环境又危害室内人员健康，同时还会造成通风系统能耗增加，不利于节能减排。
某企业加工车间生产的要求，对其加工车间的通风系统进行了设计和评估，在此基础上提出合理的方案并加以实施。
某企业加工车间占地面积5112m2（36m×142m）如附图1、2所示，车间内有一台磨削机，1#是磨削机，尺寸为0.5m×0.5m,工作台高度0.92m，磨削机工作时产生的风尘主要成分是石棉粉尘。
两台抛光机,2#、3#为抛光机，每台抛光机有一个抛光轮，抛光机工作时产生粉尘，粉尘的主要成分有：
抛光粉剂、粉末、纤维质灰尘等。
车间具体平面尺寸见图2，侧面剖视图见图1。
图1：
生产车间剖视图
图1：
生产车间平面图
3.生产车间除尘系统设计
3.1系统划分
3.1.1系统划分的要求
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）对下列情况应单独设置排风系统：
1）两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或爆炸；
2）两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性的混合物或化合物；
3）两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘；
4）散发剧毒物质的房间和设备；
5）建筑物内设有存储易燃易爆物质的单独房间或有防火防爆要求的单独房间。
（4）除尘系统划分应符合下列要求：
1）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；
2）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；
3）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。
（5）如排风量大的排风点位于风机附近，不宜和远处排风量销的排风点合为同一系统。
增设该排风点后会增大系统总阻力。
3.1.2划分系统
根据系统划分的原则，两个抛光间与一个磨削间的空气处理要求相同、室内参数要求相同，是同一生产流程、运行班次和运行时间相同，粉尘种类相同；又根据抛光车间的布置，考虑到经济方面的问题，本设计中两个抛光轮与磨削机工作所产生的粉尘由一个通风除尘系统捕集排除，此通风除尘系统由三个排气罩并联、风管、除尘器、风机和风帽组成。
3.2风管材料选择及断面形状选择
3.2.1风管材料的选择
用作风管的材料有钢板、硬聚氯乙烯塑料板、胶合板、纤维板、矿渣石膏板、砖及混凝土等。
需要经常移动的风管，则大多数用柔性材料制成各种软管，如塑料软管、橡胶管及金属软管等。
风管的材料应根据使用要求和就地取材的原则选用。
薄钢管是最常用的材料，有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种。
他们的优点是易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高温度。
镀锌钢板具有一定的防腐性能，适用于空气湿度较高或室内潮湿的通风、空调系统，有净化要求的空调系统。
硬聚氯乙烯塑料板适用于有腐蚀作用的通风、空调系统。
因本设计属除尘系统设计，管内流速较高，阻力较大，故采用圆形风管。
钢板易于工业化加工制作，安装方便，采用钢板。
3.2.2风管断面形状的选择
风管截面形状有圆形和矩形两种。
两者相比较，在相同断面积时圆形风管的阻力小，材料省，强度也大。
同时当风管中流速较高，风管直径较小时，如除尘系统和高速空调系统都用圆形风管。
因此在此设计中风管断面应选择圆形风管。
3.3排风口位置的确定
排风口设置应满足以下要求：
（1）在一般情况下通风排气立管出口至少应高出屋面0.5m。
（2）通风排气中的有害物质必须经大气扩散稀释时，排风口应位于建筑物空气动力阴影区和正压区以上。
（3）要求在大气中扩散稀释的通风排气，其排风口上不应设风帽，为防止雨水进入风管可在下部设置斜向下排水口。
（4）新污染源的排气筒一般不应低于15m。
若新污染源的排气筒必须低于15m，其排放速率标准值必须小于按外推法计算结果的50％。
根据本车间的实际情况，可将排风口处的管道设置为7.5m高，加上风机的高度约为1.5m,其中高度高出地面约为8m。
3.4排风罩的选择设计
3.4.1局部排风罩的设计
按工作原理的不同，局部排风罩可分为：
密闭罩、柜式排风罩、外部吸气罩、接受式排风罩以及吹吸式排风罩。
设计局部排风罩时应遵循以下原则：
（1）局部排风罩应尽可能靠近污染物发生源，使污染物局限于较小空间，尽可能减小其吸气范围，便于捕集和控制。
（2）排风罩的吸气气流方向应尽可能与污染气流运动方向一致。
（3）已被污染的吸入气流不允许通过人的呼吸区。
（4）排风罩应力求结构简单、造价低，便于制作安装和拆卸维修。
（5）与工艺密切相结合，使排风罩的配置与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作。
（6）要尽可能避免或减弱干扰气流。
3.4.2局部排风罩的选择
磨削机的排风罩设计：
1#工作台是磨削机，其尺寸较小，采用外部吸气罩中的侧吸罩，布置在工作台上，设置法兰边，罩口宽0.5m，高0.2m，控制风速为0.8m0/s排风量L1=0.75×3600×（5X2+F）×V
取X=0.5m，V=0.8m/s
所以L=0.75×3600×（5×0.5×0.5+0.5×0.2）×0.8=2916m3/h=0.81m3/s。
抛光机的排风罩设计：
2#、3#工作台是抛光机，主要是为了去掉金属表面的污垢及加亮镀件。
抛光机的抛光轮工作原理同砂轮，所以抛光轮的排风罩也应采用侧吸式排气罩（抛光轮上方加一活动挡板）。
抛光轮为布轮，其直径D=200mm，K=6，所以根据
L=K·Dm3/h
则L2=6×200=1200m3/h=0.33m3/s。
综合以上考虑，排风罩应采用外部吸气罩的侧吸式排气罩
3.5除尘器的选择
选择除尘器时必须全面考虑各种因素的影响，如处理风量、除尘效率、阻力、一次投资、维护管理等。
还应特别考虑以下因素：
1）选用的除尘器必须满足排放标准规定的排空浓度。
2）粉尘的性质和粒径分布。
粉尘的性质对除尘器的性能具有较大的影响，不同的除尘器对不同粒径的粉尘效率是完全不同的。
3）气体的含尘浓度。
气体的含尘浓度较高时，在电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒，有利于它们更好地发挥作用。
4）气体的温度和性质。
对于高温、高湿的气体不宜采用袋式除尘器。
5）选择除尘器时，必须同时考虑除尘器除下的处理问题。
石棉粉尘的粒径为0.5～1μm，为达到较高的除尘效率，参考下表各种除尘
表3.1各种常用除尘器的综合性能表
除尘器名称
适用的粒径范围（μm）
效率（％）
阻力（Pa）
设备费
运行费
重力沉降室
＞50
＜50
50～130
少
少
惯性除尘器
20～50
50～70
300～800
少
少
旋风除尘器
5～15
60～90
800～1500
少
中
水浴除尘器
1～10
80～95
600～1200
少
中下
卧式旋风水膜除尘器
≥5
95～98
800～1200
中
中
冲激式除尘器
≥5
95
1000～1600
中
中上
电除尘器
0.5～1
90～98
50～130
大
中上
袋式除尘器
0.5～1
95～99
1000～1500
中上
大
文丘里除尘器
0.5～1
90～98
4000～10000
少
大
器的性能和费用，由于袋式除尘器的阻力较小，在粒径0.5～1μm之间的除尘效率较高.为了达到高效率和经济实惠的目的，本设计中采用简易袋式除尘器。
为了对比选择，在表1给出了各种除尘器的综合性能。
袋式除尘器是一种高效除尘器，它利用纤维织物的过滤作用进行除尘。
对1.0μm的粉尘，效率高达98％～99％。
它是利用棉、毛、人造纤维等加工的滤料进行过滤的。
含尘气体进入滤袋之内，在滤袋内表面将尘粒分离捕集，净化后的空气透过滤袋从排气筒排出。
含尘气体通过滤料时，随着它们深入滤料内部，使纤维间空间逐渐减小，最终形成附着在滤料表面的粉尘层（也称初层）。
袋式除尘器的过滤作用主要是依靠这个初层及以后逐渐堆积起来的粉尘层进行的。
这时的滤料只是起着形成初层和支持它的骨架作用。
因此即使网孔较大的滤布，只要设计合理，对1μm左右的尘粒也能达到较高的除尘效率。
随着粉尘在滤袋上的积聚，滤袋两侧的压力增大，粉尘层内部的空隙变小，空气通过滤料孔眼时的流速增高。
这样会把粘附在缝隙间的尘粒带走，使除尘器效率下降。
另外阻力过大，会使滤袋易于损坏，通风系统风量下降。
因此除尘器运行一段时间后，要及时进行清灰，清灰时不能破坏初层，以免效率下降。
3.6加工车间通风管道路线的设计计算
3.6.1通风管道路线的设计
3.6.1.1编号
对各管进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。
见通风系统图。
3.6.1.2选定最不利通风线路
本系统选择1——3——5——除尘器——6——风机——7为最不利环路
3.6.1.3确定断面尺寸和单位长度摩擦阻力
根据除尘器的最小风速表可知，输送含有石棉粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管12m/s、水平风管18m/s。
考虑到除尘器及风管漏风，管段6及7的计算风量
L6=（2916+1200+1200）×1.05＝5582m3/h=1.55m3/s。
管段1
根据L1=2916m3/h（0.81m3/s）、V1=18m/s，由附录9查出管径和单位长度摩擦阻力。
所选管径应尽量符合附录8的通风管道统一规格。
D1=180mm，Rm1=0Pa/m
同理可查的管段3、5、6、7的管径及摩擦阻力，具体结果见表3-2。
3-2管道水力计算表
管段编号
流量m3/h
m3/s
长度
m
管
径
mm
流
速
m/s
动
压
Pa
局部阻力系数
Σξ
局部
阻力
Pa
单位长度摩擦阻力
Rm
Pa/m
摩擦
阻力
Rml
Pa
管段阻力
Rml+z
Pa
备注
1
1200（0.33）
8
130
18
194.4
1.07
2.08
29
232
440
3
6708（1.86）
3
355
18
194.4
0.01
1.94
10
20
21.94
5
7908
（2.20）
4
370
18
194.4
0.70
136.08
8.5
learn学习learnt/learnedlearnt/learned8.5
spit吐出spat/spitspat/spit144.58
6
lose遗失lostlost8303
（2.31）
4.5
450
12
bear忍受boreborn86.4
0.63
54．43
go去wentgone3.2
come来camecome12.8
buy买boughtbought67.23
find找出foundfound7
burn燃烧burnt/burnedburnt/burned8303
（2.31）
cut割cutcut7
450
12
86.4
0.60
51.84
3.2
24
78.43
2
5505
（1.53）
9
350
12
86.4
0.47
40.61
4.1
36.9
77.51
助力不平衡
4
1200（0.33）
6
185
12
86.4
0.37
31.97
10
50
81.97
2
5505
（1.53）
240
12
除尘器
3.6.1.4确定管段2、4的管径及单位长度摩擦阻力，见表3-2
3.6.2通风管道的水力计算
3.6.2.1各管段的局部阻力系数
管段1
圆形伞形罩：
α=60°ζ=0.09
90°弯头（R/D=1.5）一个，ζ=0.17
直流三通（1→3）（见图）
根据F1+F2>F3α=30°
（F2/F3）=（180/260）2=0.48L2/L3=1200/4116=0.29查得ζ13=0.10
Σ
=0.09+0.17+0.10=0.36
（2）管段2
圆形伞形罩：
α=60°，ζ=0.09
60°弯头（R/D=1.5）：
1个，ζ=0.15
直流三通（2→3）
Σ
=0.09+0.15+0.1=0.34
（3）管段3
直流三通（3→5）
根据F1+F2>F3α=30°
（F4/F5）=（180/320）2=0.32L4/L5=1200/5316=0.23查得ζ45=0.13
（4）管段4
圆形伞形罩：
α=60°，ζ=0.09
60°弯头（R/D=1.5）：
1个，ζ=0.15
直流三通（2→3）
Σ
=0.09+0.15+0.1=0.34
（5）管段5
除尘器进口变径管（渐扩管）除尘器进口尺寸300×800mm，变径管长度500mm，
α=28.7°ξ=0.80
（6）管段6
除尘器出口变径管（渐缩管）除尘器进口尺寸300×800mm，变径管长度L=400mm,
α=29.1°ξ=0.10
90°弯头（R/D=1.5）2个,ξ=0.17×2=0.34
风机进口渐扩管
近视选出一台风机，风机进口直径D1=500mm,变径管长度l=300mm
α=7.5°ξ=0.03
Σ
=0.1+0.34+0.03=0.47
（7）管段7
风机出口渐扩管
风机出口尺寸410×315mm,D7=400mm
ξ≈0
带扩散管的伞形风帽（h/D0=0.5）
ξ=0.60
Σξ=0.60+0=0.60
3.6.2.2对并联管道进行阻力平衡
1）汇合点A
△P1=130Pa,△P2=96.1Pa,
为使管段1、2达到阻力平衡，改变管段2的管径，增大其阻力
根据公式有
根据通风管道统一规格，取
=170mm
此时仍处于不平衡状态。
继续缩小，取D2=80mm，同样处于不平衡。
因此取D2=170mm，在运行时在辅以阀门调节，消除不平衡。
2）汇合点B
△P=△P1+△P3=130+53=183Pa
符合要求
3）计算尘系统总阻
△P=Σ（Rm1+Z）=130+53+166.5+116.1+56.6+88.8+96.1=654.1Pa
3.6.3除尘器型号及其风机的选择
选择风机Lf=1.15L=1.15x5582=6419m3/h
风机风压Pf=1.15
=1.15x654.1=752Pa
选用C5-78-NO.53风机
Lf=1000m3/hPf=2365Pa
风机转速11856r/min皮带转动
配用Y132S2-Z型电动机，电动机功率N=7.5kw。
4.结束语
此课程设计在编写过程中，力求以阐明基本设计思想、基本理论及设计方案为基础，尽量做到理论联系实际，考虑了各种人机关系，及实际可行性。
在管道长度及计算过程中可能存在少许误差，但不影响整个系统的工作效率及布置。
此次课程设计，让我很好地巩固了已学知识，也学到了许多新知识。
许多知识是自己在学习过程当中可以发现并学习的。
设计过程中，曾出现过很多次错误，不断地积累经验，反复地计算，映证了“熟能生巧”这句话。
为避免产生思维定势，本次课程设计未参考往届学生的课程设计模板。
在设计过程当中得到了老师、同学们的支持和帮助，谨致谢意。
此次课程设计中存在的不足之处，恳请老师予以批评指正。
参考文献
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