车间除尘系统标准设计.doc

目 录

第1章 课程设计任务书 3
第2章 局部排风除尘系统组成 7
2.1 集气罩 7
2.2 除尘设备 7
2.3 风机 8
2.4 风管……………………………………….........................8
2.5 其它设备………………..,………………………………...8
第3章 除尘系统设计计算 9
3.1 集气罩设计计算 9
3.1.1集气罩集气原理 9
3.1.2 集气罩设计 10
3.1.3 集气罩设计小结 12
3.2管道设计 13
3.2.1管道设计标准 13
3.2.2管道分段计算 14
3.2.3并联管路压力平衡计算 17
3.2.4 除尘系统总压力损失 18
3.2.5 管段设计小结 18
3.3 通风机、电动机选择 20
3.3.1通风机分类及性能 20
3.3.2通风机应用 20
3.3.3风机、电动机选择 21
3.3.4风机、电动机小结 22
3.4 除尘器选择 23
3.4.1 除尘器介绍 23
3.4.2 除尘器计算 24
3.4.3 除尘器选择小结 25
第4章 车间部署 26
第5章 总结 27
第6章 参考文件 28

某车间除尘系统设计
第1章 课程设计任务书

一、 目标：
课程设计目标在于深入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设计，使学生得到一次综合训练。尤其是：
1． 工程设计基础方法、步骤，技术资料查找和利用；
2． 基础计算方法和绘图能力训练；
3． 综合利用本课程及其相关理论知识，处理工程中实际问题；
4． 熟悉、落实国家环境保护法及其相关政策。
二、 任务和要求
学生在限定时间内，必需在老师指导下独立、全方面地完成此要求设计。
其内容包含：
1． 设计说明书一份，设计计算书一份
2． 平面部署图一份
3． 立面部署图一份
4． 轴侧图一份
三、 设计内容
1． 集气罩设计
控制点控制速度V确实定
集气罩排风量、尺寸确实定
2． 管道初步设计
管内流速确定
管道直径确定
弯头设计
直管长确定
三通设计计算
3． 压损平衡计算
分段计算
压力校核
4． 总压损计算
5． 选风机、校核
6． 电机选择、校核
7． 车间大门设计
四、 设计课题和相关数据
1． 设计题：某车间除尘系统设计
说明：本设计为新建项目进行设计。项目设计完成后验收标准有：《大气污染物综合排放标准》GB16297-96表2中二级标准；《工业企业设计卫生标准》TJ36-79车间空气中有害物质最高许可浓度标准；
2． 课题已知条件
a. 车间面积和两台产生污染设备位置
见附图一
b. 产生污染源设备情况
污染源：两个污染源水平放置，立方体 L × W × H 1200×600×1000(mm)
操作条件：20℃ 101.3kPa
污染源产生粉尘情况：污染源产生轻矿物粉尘，以轻微速度发散到尚属平静空气中。
c. 在该污染设备顶部设计二个伞形集气罩，罩口边须距污染面积H=600mm，才操作正常。
d. 管道和集气罩均用钢板制作
钢管相对粗糙度 K=0.15
排气筒口离地面高12m
e. 所用除尘器：
LD14型布袋除尘器布，该布袋除尘器阻力为980Pa，长4.5m，宽2.2m，除尘器进口高度3.6m，出口高度8.9m。
f. 相关尺寸
车间长宽高分别为：18米*12米*12米。
墙厚 240mm 方块柱 300 x300
车间大门 可取x
窗台到地面距离 民用房 900—700mm
工业用房 1.0---2.0cm
仓 库 1.5～2.0 m

附图一：车间平面及两个污染源位置

第2章 局部排气通风系统组成
局部排气通风基础原理是经过控制局部气流，使局部工作范围不受有害物污染，而且造成符合要求空气环境。经典局部排气通风系统图2所表示，通常由下述多个部分组成。

2.1集气罩
集气罩是捕集含尘有害气体设备装置。经过集气罩口气流运动，可在有害物散发地点直接捕集有害物而控制其在车间扩散，确保室内工作区有害物浓度不超出国家卫生标准要求。集气罩设计应该考虑实际环境，工作场所，以和工作场所匹配为宜，从而最大程度上搜集有害气体，降低扩散。
2.2除尘器
为了保护大气环境或回收原材料，当排气中粉尘含量超出排放标按时，必需采取除尘器进行处理，达成排放标准后再排入大气。
2.3风机
风机由电动机带动，为空气流动提供动力。为了预防风机磨损和腐蚀，通常把它装置在除尘设备后面。
2.4风管
风管用于连接该系统各个设备，提供气体流动道路。风管部署要合理，努力争取短、直、顺。风管部署设计好坏关系到管内流体压力损失大小，从而影响了风机选择。
2.5其它辅助设备
其它辅助设备包含清灰除尘设备等，保障系统运行。

第3章 除尘系统设计计算
除尘系统通常由集气罩、通风管道、除尘器、通风机、电动机、烟囱等部分组成。本章节将对各部分进行具体计算和选择。
3.1 集气罩设计计算
污染物捕集装置按气流流动方法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。对密闭生产设备，若污染物在设备内部发生时，会经过设备孔和缝隙逸到车间内，假如设备内部许可微负压存在时，则可采取集气管捕集污染物，假如设备内部不许可微负压存在或污染物发生在污染源表面时，则可用集气罩进行捕集。
集气罩种类繁多，应用广泛。按集气罩和污染源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。依据要求，本设计采取上部吸气罩。
3.1.1 集气罩设计
由题目设计条件和要求可知，本设计采取外部集气罩中冷过程上部集气罩。对于外部集气罩排风量确实定多采取控制速度法。
（1）控制点控制速度Vx确实定
本设计中，污染源产生轻矿物粉尘，以轻微速度发散到尚属平静空气中，所以污染源控制速度按《大气污染控制工程》中表13-2可得
表13-2 外部集气罩污染源控制速度vx
污染物产生情况
举例
控制速度/
以轻微速度放散到相当平静空气中
一些化学槽液面蒸发，如去油槽等
0.25-0.5
以轻微速度放散到尚属平静空气中
低速输料机，如检选胶带机；粉料装袋摩擦压砖机压砖喷漆箱；焊接台；电镀槽 等
0.5-1.0
以相当大速度放散出来，或放散到空气运动快速区域
破碎机；高速胶带运输转运点；物料混合；粉料装卸等
1.0-2.5
以高速放散出来，或放散到空气运动快速区域
磨床、砂轮机、磨砖、切砖机、喷砂、喷漆等
2.5-10
取0.5~1.0 m/s之间。本设计选择vx=0.6 m/s。
（2）集气罩排风量、尺寸确实定；
本设计中污染源尺寸为L × W × H 1200×600×1000(mm)，故适宜采取矩形集气罩，长、宽分别以a、b表示。由《环境工程设计手册》P48图1.3.13得集气罩计算示意图以下：

题目已知罩口边距污染面积H=600mm，则有
a=
b=
为确保罩口吸气速度均匀，吸气罩扩张角α不应大于60°，本设计中取45°，则集气罩高度为
h’=。
为提升集气罩控制效果，降低无效气流吸入，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
h=h’+ 160=840+160=1000mm
集气罩置于污染源上排风量可按下式（《环境工程设计手册》P48，式1.3.12）计算：

式中 Q-----排风量（m3.s-1）
K-----考虑沿高度速度分布不均安全系数，通常取K=1.4
P-----罩口敞开面周长（m）
H-----罩口距污染源距离（0.6m）
u-----控制速度（m/s）
则可得集气罩排风量
因为两个污染源完全相同，则集气罩计算相同。
总排风量Qz：
Qz=2Q=2×10015.2=0.4m3/h

由图一可知，污染源边缘距墙中心线600mm，墙厚240mm，集气罩外边缘距污染源边缘240mm，则集气罩外边缘距墙内边缘为600-120-240=240mm。
3.1.3 集气罩设计小结
有以上设计计算，集气罩相关参数以下：
长a=1680mm，宽b=1080mm，高h=1000mm，
扩张角α=45°，排风量Q=0.4m3/h
集气罩边缘距墙240mm。
3.2管道设计
在净化系统中用以输送气流管道称为风管，经过风管使系统设备和部件连成一个整体。管段设计关键是依据集气罩流量和净化设备要求来完成必需管道参数设计。这关键包含：管内流速确实定；管道直径确实定；弯头设计；直管长度确实定；三通设计计算；沿程阻力损失和局部阻力损失。本设计采取圆形风管来进行连接。
3.2.1管道设计标准
依据 蒋文举.《大气污染控制工程》，管道设计关键遵照以下标准。
1. 管道系统部署应从总体布局考虑，统一计划，合理布局。努力争取简单、紧凑，安装、操作、维修方便，尽可能缩短管线长度，降低占地空间，适用、美观、节省投资。
2. 管道应尽可能集中成列、平行敷设，并应尽可能沿墙或柱子敷设。管径大或保温管道应设在靠墙侧。
3. 管道和梁、柱、墙、设备及管道之间应有一定距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩要求，通常大于100-200mm。
4. 管道应尽可能避免遮挡室内采光和妨碍门窗启闭；应不妨碍设备、管件、阀门和人孔操作和检修；应不妨碍起重机工作。
5. 管道经过人行道时，和地面净距应大于2m。
6. 除尘管道努力争取顺直，确保气流通畅。分支管和水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入；三通管夹角通常小于30°。
7. 进行管道压力损失计算时，管段长度通常按两管件中心线之间距离计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身长度。
8. 对并联管道进行阻力平衡计算，除尘系统小于10%，不然进行管径调整。
3.2.2管道阻力分段计算

图3-1 管道设计简图

图3.1

1.管道内最低速度确实定
《大气污染控制工程》 表13-4所列为除尘管道内最低气体流速，可供设计参考。
在本设计中，污染物为轻矿粉，查《大气污染控制工程》 表13-4得水平管内最低流速为14 m/s，垂直管为12 m /s。考虑要用到垂直管和水平管两部分，而用同一管径。故取管内气速：V1=14 m /s
2.管径计算和实际速度确实定
由Q=(πd2V)/4得到：d=
则有d1=550mm
核实实际速度：V1=4Q/(πd12)=14.9 m /s；
查计算表知：动压为 133.2Pa；当量阻力系数。
三通管后管径d2：
d2=774mm，圆整取d2=750mm；
核实实际速度：V2=14.9 m /s ；
查计算表知：动压为 133.2Pa；当量阻力系数。
3.管段长度确实定
总体设计草图见图3.1。
由除尘器进口高度：3653 mm，
故管段1长度L1=+7385=9385mm
管段2长度L2=mm
管段3长度L3=1615+1267=2882mm
管段4长度L4=3000+8890=11890mm
管段5长度L5=1200mm
4.集气罩和弯头确实定
查《环境工程设计手册》 ：
1、对集气罩1，ξ=0.11。
2、对集气罩2，ξ=0.11。
3、采取90°弯头(R/d=1.5)阻力系数ξ=0.18。
5.三通确实定
依据管径和流量查《环境工程设计手册》 ：
采取30°直流三通（图3.2）：阻力系数ξ1=0.02，阻力系数ξ2=0.21。

图3.2
6.管道阻力计算
(1) 管段①阻力计算
摩擦压力损失为

局部阻力包含集气罩1、90°弯头（R/d=1.5）和30°直流三通；
故∑ξ=0.11+0.18+1.02=0.31
则局部压损为

(2) 管段②阻力计算
摩擦压力损失为

局部阻力包含集气罩2、90°弯头（R/d=1.5）和30°直流三通；
故∑ξ=0.11+0.21+0.18=0.50
则局部压损为

(3) 管段③阻力计算
摩擦压力损失为

局部阻力包含除尘器阻力、90°弯头（R/d=1.5）和合流三通；
故局部压损为

(4) 管段④阻力计算
摩擦压力损失为

局部阻力有两个90°弯头（R/d=1.5）；
故局部压损为

(5) 管段⑤阻力计算
摩擦压力损失为

改管段有90°弯头（R/d=1.5）两个；伞形风帽压力损失ξ=0.10；通风机出口压力损失ξ=0.10。
故局部压损

(6) 并联管压力平衡

故有：
显然压力平衡，符合节点要求。

(7) 除尘器总压力损失计算
除尘系统总压损失为

3.2.3 管段设计小结
管段①直径550mm，距墙255mm，满足管段设计要求；其弯头为90°，R=1600mm；水平管段中心线距地面7m。
管段②直径550mm，距墙255mm，满足管段设计要求；其弯头为60°，R=800mm，三通为α=30°，支管长H=mm，直管部分安装尺寸mm。
管段③直径750mm，距墙120mm，满足管段设计要求；R=1600mm90°弯头三个，第一个弯头之前水平管长5.5m，第一个和第二个弯头之间水平管长3.5m，第二个和第三个弯头之间竖直管长为3.5m，进口中心线距地面距离为3.6m。
管段④(除尘器出风管)直径7500mm，距墙200mm，满足管段设计要求；R=1600mm90°弯头两个，管段长为11.9m。
管段⑤(即烟囱)直径7500mm，高为12m，伞形风帽h/D=0.5。

管段设计结果以下表：

表3-1管道计算表
管段编号
流量Q/
m3s-1
管长l
/m
管径d/mm
流速v/
m-1
λ/d
/m-1
动压v2ρ/2
/Pa
摩擦损失△PL/
Pa
局部压损系数∑ξ
局部压损△Pm/Pa
管段总压损△P/Pa
管段压损累计∑△P/Pa
①
2.78
9.38
550
14.9
0.0306
133.2
38.25
0.31
41.29
79.54

②
2.78
2.0
550
14.9
0.0306
133.2
8.15
0.50
66.60
74.75

③
5.56
2.88
750
14.9
0.02
133.2
7.68
0.3
1018.6
1026.28

④
5.56
11.9
750
14.9
0.02
133.2
31.67
0.36
47.95
79.62

⑤
5.56
12.0
750
14.9
0.02
133.2
31.97
0.56
74.59
106.56
1366.75

3.3 通风机、电动机选择
3.3.1通风机分类及性能
大气污染控制工程中，常见通风机按其作用原理可分为离心式和轴流式两种。
（1）离心式通风机 分高压、中压、低压三种，低压P≤1000Pa;
中压1000＜P＜3000Pa；P≥3000Pa。
（2）轴流式通风机 分高、低压二种：低压P＜500Pa；高压P≥500Pa；
通风机性能参数关键有流量、压力、功率、效率和转速。另外，噪声和振动大小也是通风机关键技术指标。流量也称风量，以单位时间内流经通风机气体体积表示。压力也称风压，是指气体在通风机内压力升高值，有静压、动压和全压之分。全压等于通风机出口截面和进口截面上气流全压之差；静压等于通风机出口截面和进口截面上气流静压之差；动压是指通风机出口截面上气流平均速度动压。在同一截面上，气流全压等于静压和动压之和。功率是指通风机输入功率，即轴功率。通风机有效功率和轴功率之比称为效率。通风机全压效率可达90％。
流量、风压、功率和效率等参数之间有一定函数关系，当其中一个参数发生改变时，其它各量也伴随改变。将它们之间关系绘成曲线，称为性能曲线。性能曲线形状和通风机类型相关。改变通风机风量和风压，以满足使用工况改变要求称为性能调整。
3.3.3风机、电动机选择
依据《大气污染控制工程》计算风量和风压：
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原因所采取安全系数，除尘管道取0.15~0.2

则风量为 Q0=Q（1+K1）=0.4×1.1=22033.44m3/h
风压为 ΔP0=ΔP（1+K2）=1292×1.2=2304Pa

3、依据上述风量和风压，查《环境工程设计手册》 ：
选排尘离心通风机BF4-72型，传动方法C，转速2240 r/min，全压225~3292 Pa，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。
3.3.4风机、电动机小结
设计风量为22033.44m3/h-1，设计风压为2304Pa。
本设计选择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 除尘器选择
通常，选择除尘器必需从除尘技术、经济排放标准三方面来考虑，合理选择除尘器在工业生产中意义重大。
3.4.1 除尘器介绍
除尘器是把粉尘从烟气中分离出来设备，是除尘系统中起关键作用部分。除尘器性能用可处理气体量、气体经过除尘器时阻力损失和除尘效率来表示。除尘器按其作用原理分成以下五类 ：
　　(1)机械式除尘器，包含重力除尘器、惯性除尘器、离心除尘器等。
　　(2)湿式除尘器，包含水浴式除尘器、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，包含布袋除尘器和颗粒层除尘器等。
　　(4)电除尘器。
　　(5)磁力除尘器。
现在工业中用比较多是电袋复合式除尘器及袋式除尘器。本设计采取袋式除尘器。袋式除尘器关键由滤袋、箱体、灰斗和清灰结构、排灰机构等多个关键部分。
布袋除尘器工作原理：含尘气体由灰斗上部进风口进入后，在挡风板作用下，气流向上流动，流速降低，部分大颗粒灰尘因为惯性力作用被分离出来落入灰斗。含尘气体进入箱体经滤袋过滤净化，粉尘被阻在滤袋外表面，净化后气体经滤袋口进入上箱体，由出风口排出。伴随滤袋表面粉尘不停增加，除尘器进出口压差随之上升，当除尘器阻力达成设定值时，控制系统发出清灰指令，清灰系统开始工作。布袋除尘器优缺点以下。
布袋除尘器优点：
（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，能够捕集不一样性质粉尘；
（4）布袋除尘器性能稳定可靠，对负荷改变适应性好，便于管理，所收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含尘气体。
布袋除尘器缺点：
（1）用于处理相对温度高含尘气体时，应采取保温方法，以免因结露而造成“糊袋”；
（2）对于净化有腐蚀性气体时，应选择适宜耐腐蚀滤料，处理高温烟气应采取降温方法，入口浓度不宜大于15g/m3；
（3）阻力较大，通常压力损失为1000～1500Pa；
（4）占地面积大。
3.4.2 除尘器计算
由题目知，该布袋除尘器长4.5m，宽2.2m，进口高度3.6m，出口高度8.9m，压力损失为980Pa。
1）过滤风速确定V
本设计中为轻矿物粉尘，机械振动清灰袋式除尘器，结构简单、清灰效果好、清灰耗电少，适适用于压力损失为800-1200Pa，过滤风速为1.0-2.0m/min，本设计取1.0m/min。
袋径D通常取100-400mm，本设计取D=300mm。袋长L取2-6m，本设计取
L=3mm。
2）计算过滤面积A
由上面计算可知除尘器处理风量为22033.44
A=Q/60V=22033.44/60×1.0=367.5㎡

3）计算每只滤袋过滤面积a
a=πDL=3.14×0.3×3=2.826㎡
4）计算滤袋数目n
N=A/a=367.5/2.826=130
3.4.3 除尘器选择小结
依据以上计算，由《环境工程设计手册》P174表1.6.44选择GCG8-6型袋式除尘器。该除尘器振打方法清灰，矩形箱体，玻璃纤维扁型滤袋，其具体参数以下：
过滤面积:3168㎡
最大风量:76000
滤袋数目：960条

第4章 车间部署
4.1 车间大门设计
为便于设备维护管理，需在除尘器南面（图中下）一侧设大门，大门宽×高为:×mm。因为车间18m×12m，较大，可在西面(图中左)另设一大门，尺寸为×mm。
4.2 车间部署
车间高12mm，总长18m，长度方向上4个方柱;长度方向3个窗，窗宽2m，高1.5m，距地面1.5m。
总宽12m，宽度方向3个方柱；宽度方向开2个窗，窗宽1m，高1.5m，距地面距离2m。
墙厚240mm。
第一个污染源中心线距左墙3m，两污染源中心线相距6m，除尘器右边缘距右墙边缘200mm。
集气罩边缘距后墙边缘240mm，管段①直径550mm，距墙255mm，水平管段中心线距地面7.1m。
管段②直径550mm，距墙255mm。
管段③直径750mm，距墙120mm。
管段④(除尘器出风管)直径750mm，距墙200mm。
管段⑤(即烟囱)直径750mm，右墙外部署，高为12m。
第5章 总结
此次课程设计为大气污染控制工程课程实践应用，也是对该课程理论知识检验和延伸，诣在培养我们理论联络实际、处理工程实际问题能力。
从设计过程中，我各方面全部有了较大提升，如查阅资料能力，独立思索、处理问题能力，及文档排版技能等。这次设计让我们对所学知识愈加熟练，对国家法规、标准有了深入了解，对工厂大气污染情况有了较全方面认识，最关键是掌握了除尘系统设计思绪和方法步骤。
当然，设计中我也发觉了本身不足，比如充足利用网络资源这方面。因为学校图书馆相关本设计手册收藏不全，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，以后意识到了，却又不知道去哪里搜，没有收藏部分有用网站，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。
最关键一点，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，可因为不会制图，只能赘述大量语言。
同时我也认识到了理论联络实践关键性，没有理论知识是不行，光有理论知识也是不行。
从这次课程设计过程中，我们看到了大气污染防治多么关键和必需，我们生活、工作中存在着多种大气污染，因为一些是看不到摸不到，所以往往被我们忽略，在不知不觉中危害这我们身心健康。我们需要提升环境保护意识，尤其我们学习环境工程学生，要利用所学知识，尽可能为大家减轻这种危害。
这次设计中发觉学校藏书不足，期望以后会有所改善，足量藏书是一个大学必需条件。
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步骤，给了我们这么锻炼机会。感谢设计过程中一起努力同学们。
第6章 参考文件
[1] 蒋文举.大气污染控制工程.高等教育出版社，.
[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，.
[3] 周兴求.环境保护设备设计手册[M].化学工业出版社，.
[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.
[6] 郝吉明. 大气污染控制工程.高等教育出版社，.
[7] 瞿义勇.《实用通风空调工程安装技术手册》.