工业通风与除尘课程设计讲解.docx
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工业通风与除尘课程设计讲解
工业通风与除尘2
——直流式空调系统课程设计
院系：
华北科技学院安全工程学院
专业班级：
安全工程安全B125
学号：
指导老师：
田冬梅
设计时间：
2014.12.29—2015.01.09
评阅老师：
评语：
前言
工业通风是通风工程的重要部分，其主要任务是，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。
做好工业通风工作，一方面能够改善生产车间及其周围的空气条件，防止职业病的产生、保护人民健康、提高劳动生产率；另一方面可以保证生产正常运行，提高产品质量。
随着工业的不断发展，散发的工业有害物的种类和数量日益增加，大气污染已经成为了一个全球性的问题。
如何做好工业通风，职业安全健康管理以及环境保护是我们安全工作人员的一项重要职责。
此次课程设计为工业通风中的直流式空调系统设计，主要要将抛光车间产生的大量镁粉尘通过合理有效的除尘系统来净化空气，提高工作区及其周围环境的空气质量。
车间中的粉尘浓度达到一定值可能会造成爆炸，严重影响人们的生产生活和社会的安定和谐。
因此需采取有效的通风措施在有害物产生地点把它们收集起来，经过净化处理排至室外，使车间内有害物浓度低至国家卫生标准规定的最高允许浓度以下。
●一、本次设计的目的和任务
1.1设计题目
1.2设计背景
1.3直流式空调系统简介
●二、粉尘源分布情况分析
●三、除尘管道设计；
3.1风道设计的基本原则
3.2风道设计的基本任务
3.3系统轴测图绘制与编号
3.4沿程阻力与局部阻力计算
3.5支路计算与阻力平衡
3.6系统总阻力的计算
●四、排风罩设计；
4.1设计原则
4.2排风形式
4.3排风量计算
●五、除尘器选择（处理风量的计算）；
5.1除尘器选择原则
5.2处理风量的计算
●六、通风机选择
6.1选择原则
6.2通风机选择
●七、通风除尘系统的日常安全管理措施
●八、设计心得体会
●九、参考文献及附表
一、本次设计的目的和任务
1.1设计题目
2.如图1所示的直流式空调系统，已知每个风口的风量为1500m3/h，空气处理装置的阻力（过滤器50Pa，表冷器150Pa，加热器70Pa，空气进出口及箱体内附加阻力35Pa）为305Pa；空调房间内的正压为10Pa，管道材料为镀锌钢板。
设计风道尺寸并计算选择通风机。
3.
其中：
A、D-百叶风口；B、C-多叶调节阀；F-风机；AHU-一般型空调箱，新风回风都有的
直流式系统：
又称全新风空调系统。
空调器处理的空气为全新风，送到各房间进热湿交换后全部排放到室外，没有回风管。
这种系统卫生条件好，能耗大，经济性差，用于有有害气体产生的车间，实验室等。
1.2设计背景
制鞋厂必需的工业胶水中，大都含有正己烷、二氯乙烷、二甲苯等化学原料。
人们中毒后，会严重损伤神经系统和呼吸、肾脏功能，如不及时抢救，便会给患者落下后遗症，造成终生遗憾。
而且工人在操作喷漆时所用的有机溶剂中，也含有正己烷、二氯乙烷、二甲苯等成分，以致造成工业中毒。
鞋厂存在苯、甲苯、二甲苯、1,2-二氯乙烷、正己烷等多种职业危害因素
案例 去年，郊区某鞋厂十多名从业人员工业中毒后，经权威部门检测，造成中毒的化学原料“元凶”，为含有正己烷、二氯乙烷等成分的工业胶水。
目前正在住院治疗的王女士，她操作喷漆时的有机溶剂中，也含有正己烷、二氯乙烷、二甲苯等成分，以致造成工业中毒。
根据上述事故背景及所学知识，在制鞋厂中，设计、铺设该直流式空调系统，设计风道尺寸及进行通风机选择。
表9-3空调系统中的空气流速（m/s）
部位
低速风道
高速风道
推荐风速
最大风速
推荐风速
最大风速
居住
公共
工业
居住
公共
工业
新风入口
风机入口
风机出口
主风道
水平支风道
垂直支风道
送风口
2.5
3.5
5~8
3.5~4.5
3.0
2.5
1~2
2.5
4.0
6.5~10
5~6.5
3.0~4.5
3.0~3.5
1.5~3.5
2.5
5.0
8~12
6~9
4~5
4.0
3~4
4.0
4.5
8.5
4~6
3.5~4.0
3.25~4
2.0~3.0
4.5
5.0
7.5~11
5.5~8
4.0~6.5
4.0~6.0
3.0~5.0
6.0
7.0
8.5~14
6.5~11
5~9
5~8
3~5
3.0
8.5
12.5
12.5
10
10
4.0
5.0
16.5
25
30
22.5
22.5
1.3直流式空调系统简介
直流式空调系统
就是采用直流调速技术的空调系统，也就是我们通俗地称为直流变频空调。
直流变频压缩机转子采用稀土永磁材料制作而成，其工作原理为：
定子产生旋转磁场与转子永磁磁场直接作用，实现压缩机运转。
可以通过改变送给电机的直流电压来改变电机的转速，直流变频压缩机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频压缩机效率高与噪音低特点，直流变频压缩机效率比交流变频压缩机高10%-30%，噪音低5分贝-10分贝。
所谓的“变频空调”是与传统的“定频空调”相比较而产生的概念。
众所周知，我国的电网电压为220伏、50赫兹，在这种条件下工作的空调称之为“定频空调”。
由于供电频率不能改变，传统的定频空调的压缩机转速基本不变，依靠不断地“开、停”压缩机来调整室内温度，其一开一关之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。
而与之相比的“变频空调”变频器改变压缩机供电频率，调节压缩机转速，依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的，室温波动小、电能消耗少，其舒适度得到较大提高。
运用变频控制技术的变频空调，可根据环境温度自动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要温度，并在低转速、低能消耗状态下以较小的温差波动，实现了快速、节能和舒适控温效果
三、除尘管道设计
3.1风道设计的基本原则
风道布置直接与工艺、土建、电气、给排水等专业关系密切，应相互配合、协调一致。
1．空调系统的风道在布置时应考虑使用的灵活性。
2．风道的布置应符合工艺和气流组织的要求。
3．风道的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。
4．风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定孔、采样孔等）或预留安装测量装置的接口。
5．风道布置应最大限度地满足工艺需要，并且不妨碍生产操作。
6．风道布置应在满足气流组织要求的基础上，达到美观、实用的原则。
3.2风道设计的基本任务
3.2.1风管材料的选择
1.用作风管的材料有薄钢板、硬聚氯乙烯塑料板、玻璃钢板、胶合板、铝板、砖及混凝土等。
薄钢板有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种，厚度一般为0.5~1.5mm左右。
2.需要经常移动的风管：
大多采用柔性材料制成各种软管，如塑料软管、金属软管、橡胶软管等。
3.对于有防腐要求的空调工程，可采用硬聚氯乙烯塑料板或玻璃钢板制作的风管。
硬聚氯乙烯塑料板表面光滑，制作方便，但不耐高温，也不耐寒，在热辐射作用下容易脆裂。
所以，仅限于室内应用，且流体温度不可超过-10~+60℃。
4.以砖、混凝土等材料制作风管，主要用于与建筑、结构相配合的场合。
为了减少阻力、降低噪声，可采用降低管内流速、在风管内壁衬贴吸声材料等技术措施。
5、采用组合式风柜全风系统。
一般风量比较大风压较高，送风距离长，采用钢板和玻璃钢比较好，强度较高。
6、采用吊装风柜或管道式分体空调。
采用复合风管比较好，安装简单，速度快，重量轻。
7、采用风机盘管。
这样的商场一般层高不大，用复合风管和钢板均可。
8、钢板风道加工比较麻烦，安装后还要保温，施工速度比较慢。
可以考虑采用卷板，共板法兰加工提高生产速度。
9、复合风管强度太低，低速低压时使用比较好。
如果需要加内支撑，施工速度会很慢。
10、玻璃风管主要是加工麻烦，一旦方案修改，就废了。
现场加工又难以保证质量。
运输费也是必须要考虑的。
11、另外考虑到排风排烟一般采用钢板或玻璃钢的比较好，从施工管理方面考虑，尽量减少材料种类。
综合上述，本设计采用镀锌薄钢板，该种材料做成的风管优点是使用寿命长，其材料来源广泛，摩擦阻力小，风道制作快速方便，通常可在工厂预制后送至工地，也可在施工现场临时制作，易于工业化加工制作、方便安装、能承受较高的温度，便于维修更换，经济。
各种材料的粗糙度表
风管材料
粗糙度（mm）
薄钢板或镀锌薄钢板
塑料板
矿渣石膏板
矿渣混凝土板
胶合板
砖砌体
混凝土
木板
0.15~0.18
0.01~0.05
1.0
1.5
1.0
3~6
1~3
0.2~1.0
3.2.2风管断面形状的选择
风管断面形状有圆形和矩形两种。
两者相比，在相同断面积时圆形风管的阻力小，材料省，占有效空间大强度也大，其弯头与三通需较长距离；圆形风管直径较小时比较容易制造，保温也方便，但圆形风管管件放样、制作相对矩形风管困难，布置时不易与建筑，结构配合，明装时不易布置得美观。
当风管中流速较高，风管直径较小时，通常使用圆形风管。
而矩形风管占由空间较小，易加工、好布置，能充分利用建筑空间，弯头、三通等部件的尺寸较圆形风管的部件小，且矩形风管易于布置、明装较美观的特点。
因此本设计采用矩形风管，而且矩形风管的高宽比控制在2.5以下。
常用矩形风管的规格如下表所示。
为了减少系统阻力，进行风道设计时，矩形风管的高宽比宜小于6，最大不应超过10。
矩形风管规格
外边长（长×宽）（mm）
120×120
320×200
500×400
800×630
1250×630
160×120
320×250
500×500
800×800
1250×800
160×120
320×320
630×250
1000×320
1250×1000
200×160
400×200
630×320
1000×400
1600×500
200×200
400×250
630×400
1000×500
1600×630
250×120
400×320
630×500
1000×630
1600×800
250×160
400×400
630×630
1000×800
1600×1000
250×200
500×200
800×320
1000×1000
1600×1250
250×250
500×250
800×400
1250×400
2000×800
320×160
500×320
800×500
1250×500
2000×1000
3.3系统轴测图绘制与编号
3.4沿程阻力与局部阻力计算
3.5支路计算与阻力平衡
3.6系统总阻力的计算
§8.4 风管内的压力分布
空气在风管中流动时，由于风管阻力和流速变化，风管内的压力是不断变化的。
一．单风机系统
单风机系统是指只设送风机而不设回风机，整个系统内的压力损失全部由送风机来承担的空调系统，单风机空调系统风管内全压分布示意图如下图所示。
对于单风机系统来说，要注意到零点的位置，若系统排风位于回风的负压区，则排风不可能通过排风阀排出，必须单设一轴流式排风机，如图中虚线所示。
4.计算结果分析
通风管道的计算是在系统和设备布置，风管材料、各送排风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。
起主要目的是，确定各管段的管径和阻力，保证系统内达到要求的风量分配。
在确定风管断面尺寸时，应该用附录6所列的通风管道统一规格，以利于工业化加工制作。
风管断面尺寸确定后应该按照管内实际流速计算阻力。
为保证各送、排风点达到预期的风量，两并联支路的阻力必须保持平衡。
对一般的通风系统，两支管的阻力应不超过15%；除尘系统应不超过10%。
最后确定风机的型号和动力消耗。
●四、排风罩设计（排风罩的形式确定、排风量计算）；
4.1局部排风罩的设计原则
应遵循型式适宜、风量适中、强度足够、检修方便的原则，并满足以下要求：
1、局部排风罩型式的确定，必须在先研究熟悉有害物的特点及其散发情况，了解工艺设备的结构及使用特点的基础上进行，首先考虑采用密闭罩，其次考虑采用半密闭罩、上吸罩、侧吸罩等排风；
2、在不影响操作的前提下，局部排风罩应尽可能包围或靠近有害物发生源，使有害物局限较小的范围，便于捕集与控制；
3、局部排风罩的吸入气流已受到有害物的污染，不允许再经过操作者呼吸区；
4、局部排风罩吸气气流方向应尽可能与有害物运动气流一致；
5、一般上吸罩罩口面积不应小于有害物扩散区的水平面积；侧吸罩罩口面积在不影响操作的情况下，应尽量加大，以扩大排风罩的吸气区域；
6、局部排风罩罩口风速及吸入风速应结合工艺特点，使其满足相应设计要求；
7、局部排风罩在可能的情况下，应尽量加设罩口围挡，以减少无效气流的干扰；
8、局部排风罩要尽可能避免或减弱干扰气流对吸气气流的干扰；
9、排风罩应力求结构简单、造价低、便于制作、安装与维修
4.2排风形式
4.3排风量计算
●五、除尘器选择；
5.1除尘器的选择原则
l、按处理气体量选型
处理气体l量的多少是决定除尘器大小类型的决定性因素，对大气量，一定要选能处理大气量的除尘器，如果用多个处理小气量的除尘器并联使用往往是不经济的；对较小气量要比较用哪一种类型的除尘器最经济、最容易满足尘源点的控制和粉尘排放的环保要求。
由于除尘器进入实际运行后．受操作和环境条件影响有时是不易预计的，因此，在决定设备的容量时，需保证有一定的余量或预留一些可能增加设备的空间。
2、按粉尘的分散度和密度选型
粉尘分散度对除尘器的性能影响很大，而粉尘的分散度相同，由于操作条件不同也有差异。
因此，在选择除尘器的型式时，首要的是确切掌握粉尘的分散度，如粒径多在10υm以上时可选旋风除尘器。
在粒径多为数微米以下，则应选用静电除尘器、袋式除尘器，而具体选择，可以根据分散度和其他要求，参考常用除尘器类型与性能表进行初步选择；然后再依照其他条件和介绍的除尘器种类和性能确定。
粉尘密度对除尘器的除尘性能影响也很大。
这种影响表现最为明显的是重力、惯性力和离心力除尘器。
所有除尘器的一个共同点是堆积密度越小，尘粒分离捕集就越困难，粉尘的二次飞扬越严重，所以在操作上与设备结构上应采取特别措施。
3、按气体含尘浓度选型
对张力、惯性和旋风除尘器。
一般说来，进口含尘浓度越大，除尘效率越高，可是这样又会增加出口含尘浓度，所以不能仅从除尘效率高就笼统地认为粉尘处理效果好，对文氏洗管除尘器、喷射洗涤器等湿式除尘器，以初始含尘浓度在10g／m以下为宜；对袋式除尘器，含尘浓度愈低，除中性能愈好，在较高初始浓度时。
进行连续清灰，压力损失和排放浓度也能满足环保要求。
电除尘器初始浓度在30g/m3以下，不加预除出尘器可以使用。
4、粉尘黏附性对选型的影响
粉尘和壁面的黏附机理与粉尘的比表面积和含湿量关系很大。
粉尘粒径d越小，比表面积越大含水量越多，其黏附性也越大。
在旋风除尘器中，粉尘因离心力黏附于壁面上，有发生堵塞的危险；而对袋式除尘器黏附的粉尘容易使过滤袋的孔道堵塞，对电除尘器则易使放电极和集尘极积尘。
5、尘比电阻对选型的影响
粉尘的比电阻随含尘气体的温度、湿度不同有很大变化，对同种粉尘，在100～200℃之间比电阻值最大；如果含尘气体加硫调质则比电阻降低。
电除尘器的粉尘比电阻应该在104～1011Ω·cm范围之内。
因此，在选用电除尘器时，需事先掌握粉尘的比电阻，充分考虑含尘气体温度的选择和含尘气体性质的调整。
6、含尘气体温度对选型的影响
干式除尘器设备原则上必须在含尘气体露点以上的温度下进行。
在湿式除尘器中，由于水的蒸发和排放到大气后的冷凝等原因，应尽可能在低温下进行处理。
在过滤除尘器中，直接或间接地处理含尘气体的温度应降低到滤布耐热温度以下。
玻璃纤维滤布的使用温度一般在250℃以下；其他滤布则在80—200℃之间。
在电除尘器中，使用温度可达400℃。
同时，要考虑粉尘的比电阻和除尘器结构热膨胀来选择处理含尘气体的温度。
粉尘性质
垂直管
水平管
粉尘性质
垂直管
水平管
粉状的粘土和砂
11
13
铁和钢（屑）
19
23
耐火泥
14
17
灰土、沙尘
16
18
重矿物粉尘
14
16
锯屑、创屑
12
14
轻矿物粉尘
12
14
大块干木屑
14
15
干型砂
11
13
干微尘
8
10
煤灰
10
12
燃料粉尘
14-16
16-18
湿土（2%以下水分）
15
18
大块湿木屑
18
20
铁和钢（尘末）
13
15
谷物粉尘
10
12
棉絮
8
10
麻、短纤维粉尘、杂质
8
12
水泥粉尘
8-12
18-22
5.2处理风量的计算
●六、通风机选择
6.1选择原则
对于一般业务人员，熟悉和掌握有因次性能表选型和风机专门的选型软件两种方法就可以了。
这两种方法简单容易操作。
选用风机时，首先根据所需要风机的风量、全压这两个基本参数，就可以通过风机的有因次性能表，确定风机的型号和机号，这时可能不止一个产品满足要求；这时再结合工艺要求、风机用途、使用场合等，选择风机的机型、种类以及结构材质等以符合所需的工作条件，尽量接近工艺要求的流量和压力，力求使风机的额定流量和额定压力，从而使风机运行时使用工况点接近风机特性的高效区。
具体原则有下面的8种：
1、在选择通风机前，应了解国内通风机的生产和产品质量情况，如生产的通风机品种、规格和各种产品的特殊用途，新产品的发展和推广情况等，还应充分考虑环保的要求，以便择优选用风机。
2、所选用的新风机应考虑充分利用原有设备、适合现场制作安装及安全运行等问题。
3、根据通风机输送气体的物理、化学性质的不同，选择不同用途的通风机。
如输送有爆炸和易燃气体的应选防爆通风机；排尘或输送煤粉的应选择排尘或煤粉通风机；输送有腐蚀性气体的应选择防腐通风机；在高温场合下工作或输送高温气体的应选择高温通风机等。
4、选择离心式通风机时，当其配用的电机功率小于或等于75KW时，可不装设仅为启动用的阀门。
当排送高温烟气或空气而选择离心锅炉引风机时，应设启动用的阀门，以防冷态运转时造成过载。
5、在通风机选择性能图表上查得有二种以上的通风机可供选择时，应优先选择效率较高、机号较小：
调节范围较大的一种，当然还应加以比较，权衡利弊而决定。
6、对有消声要求的通风系统，应首先选择效率高、叶轮圆周速度低的通风机，且使其在最高效率点工作；还应根据通风系统产生的噪声和振动的传播方式，采取相应的消声和减振措施。
通风机和电动机的减振措施，一般可采用减振基础，如弹簧减振器或橡胶减振器等。
7、如果选定的风机叶轮直径较原有风机的叶轮直径偏大很多时，为了利用原有电动机轴、轴承及支座等，必须对电动机启动时间、风机原有部件的强度及轴的临界转速等进行核算。
8、在选择通风机时，应尽量避免采用通风机并联或串联工作。
当不可避免时，应选择同型号、同性能的通风机联合工作。
当采用串联时，第一级通风机到第二级通风机之间应有一定的管路联结。
6.2通风机选择
空调系统类别
风机静压值（Pa）
小型空调系统（空调服务面积300m2以内）
中型空调系统（空调服务面积2000m2以内）
大型空调系统（空调服务面积大于2000m2）
高速送风系统（空调服务面积2000m2以内）
高速送风系统（空调服务面积大于2000m2）
400~500
600~750
650~1000
1000~1500
1500~2500
小型通风系统
一般通风系统
100~250
300~400
七、通风除尘系统的日常安全管理措施
7.1.平台、梯子及照明
对经常检查维修的地点，应设安全通道。
在检查维修处，如有危及安全的运动物体，均需设防护罩。
人可能进入而又有坠落危险的开口处，应设有盖板或安全栏杆。
除尘设备的内部应设36V检修照明灯，大、中型除尘器的平台、梯子、储灰仓及输灰装置处应设220V照明灯。
照明灯的最低光照密度10lx，适用光源为汞灯或钠灯。
7.2防雷及防静电
此处除尘器在非防雷保护范围区域，设立防雷装置，并且设置设备和金属结构的接地以及管道的接地。
7.3防火防爆
为了防止空气中的可燃物含量达到爆炸极限，遇到电火花、金属碰撞引起的火花或其它货源而爆炸。
虽然此处抛光车间里是布轮与金属接触，不会产生电火花，为了以防万一，还是应注意一下。
7.4袋式除尘器管理
运行前应检查除尘器各个检查门是否关闭严密，各转动或传动部件是否润滑良好；处理热、湿的含尘气体时，除尘器开车前应先预热滤袋，使其超过露点温度，以免尘粒粘结在滤袋上。
一般预热约5～15min。
预热期间滤袋和风机需一直运转，而清灰机构不运行。
预热完成，则整个系统才可投入正常运行。
如系统另外设有热风加热装置，则应先运行；运行时，要始终保持除尘器灰斗下面排灰装置运转。
不宜将除尘器的下部决斗作贮灰用；定期检查除尘器压力损失是否符合设计要求，清灰机构运行是否正常；在停车后，清灰机构还需运行几分钟，以清除滤袋上的积尘；经常检查滤袋有无破损、脱落等现象，并立即解决。
检查方法可采取：
观察粉尘排放浓度，是否冒灰，检查滤袋干净一侧，如发现有局部粉尘有明显粘结，通常表明对面滤袋有破损；检查滤袋出口花板有否积灰等；检查分室反吹的各除尘室，排风及进风阀门动作是否协调正常；注意脉冲阀动作是否正常，压缩空气压力是否符合要求；及时清理及运走除尘器排出的粉尘；除尘系统应在所服务的工艺设备运行前开车，在其停止运行后停车。
八、设计心得体会
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，考虑了实际可行性。
在管道长度及计算过程中可能存在少许误差。
此次课程设计，通过对某一通风除尘系统设计的分析、画图、计算、总结，使我有效地把理论知识运用到实际当中，从而提高了发现问题与解决问题的能力，同时学会了怎样计算工厂车间通风除尘系统的阻力计算等，对自己毕业所从事的的工作发展有了更深入的认识。
我在设计的工程中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。
同时也发现自己专业知识的不足,需要继续努力学习。
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，印证了“熟能生巧”这句话。
更重要的一点是，为我以后毕业论文的设计打下了良好的基础。
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。
感谢老师能给这次工业通风课程设计的实际锻炼，使我熟练掌握管道摩擦阻力、局部阻力计算，管道压力分布分析计算，管道尺寸计算的约束条件，设计计算方法，均匀送风管道的计算，设计中的有关问题等许多在课堂上学不到的东西，培养了我认真、细致，熟练掌握通风除尘系统设计计算方法的技巧。
在设计过程当中得到了同班同学娄全、赵先科、奂晓亮的大力支持和热情帮助，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。
九、参考文献及附表
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