大气污染控制综合重点工程优秀课程设计.docx

目录
1 绪论 2
1.1 课程设计目标 2
1.2设计任务和要求 2
2.设计说明书 3
2.1集气罩设计 3
2.1.1设计标准 3
2.1.2集气罩尺寸参数确实定 3
2.1.3控制点控制速度vx确实定 4
2.1.4排风量确实定 6
2.2 除尘器选型和设计 6
2.2.1除尘器类型比选 6
2.2.2 除尘器选型 7
2.3管道、弯头及三通设计 8
2.3.1 管道设计标准 8
2.3.2管道初步设计 8
2.3.3管径和管内流速确实定 9
2.3.4弯头设计 10
2.3.5三通设计计算 10
2.3.6管段长度确实定 10
2.4压损平衡设计 11
2.4.1管段压损计算 11
2.4.2压力校核 13
2.4.3除尘系统总压力损失 13
2.5 风机选择和校核 14
致谢 16
参考文件 17

1 绪论 
1.1 课程设计目标 
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，能使学生得到一次综合训练，尤其是：
1.巩固大气污染控制工程课堂中所学理论知识；
2.掌握除尘系统设计基础方法；
3.提升工程设计中资料利用、数据计算方法和计算机绘图能力。
1.2设计任务和要求
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)；1×6000;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）采取自选除尘器;
3.课程设计步骤和方法
（1）集尘罩设计和风量计算 （4）通风机和电机选择
（2）除尘器选择及除尘系统管网部署 （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集气罩设计 
2.1.1设计标准 
1.集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物扩散限制在最小范围内，方便预防横向气流干扰，降低排风量。 
2.集气罩吸气方向尽可能和污染气流运动方向一致，充足利用污染气流初始动能。 
3.尽可能降低集气罩开口面积，降低排风量。 4.集气罩吸气气流不许可先经过工人呼吸区再进入罩内。 
5.集气罩结构不应妨碍工人操作和设备检修。 
依据以上标准选择冷过程上部集气罩，为避免横向气流干扰，在罩口设置活动挡板，以确保罩口气流速度分布均匀。
2.1.2集气罩尺寸参数确实定 
本设计中污染源尺寸为 L×W×H=1200×600×1000，故适宜采取矩形集气罩. 
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
因为不考虑空间限制，B能够取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。
所以此次设计不存在横向气流干扰或干扰可忽略。同时为降低吸气范围和吸气量，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 
为确保罩口吸气速度均匀，吸气罩扩张角ɑ不应大于60°，本设计中取60°。
5.集气罩高度 
h'=0.5Ltanα=0.5×1360tan60°=393mm
 取390mm。
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=390+160=550mm
2.1.3控制点控制速度vx确实定 
当污染源为污染物发生量较小冷过程源时，能够采取速度控制法进行外部集气罩设计。采取控制速度法计算集气罩排风量，关键在于确定控制速度&119907;𝑥和集气罩结构、安设位置及周围气流运动情况，通常经过现场实测确定。因为本例缺乏现场实测数据，设计时参考表1-表4确定。
表1 污染源控制速度vx
污染物产生情况
举例
控制速度/m·s-1
以轻微速度放散到相当平静空气中
蒸汽蒸发，气体或烟气敞口容 器中外逸
0.25~0.5
以轻微速度放散到尚属 平静空气中
喷漆室内喷漆，断续地倾倒有尘屑干物料到容器中，焊接
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
翻砂、脱模、高速（大于1m/s）皮带运输机转运点、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快速区域
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
无气流或轻易安装挡板地方
0.20~0.25
0.25~0.30
中等程度气流地方
0.25~0.30
0.35~0.35
较强气流或不按挡板地方
0.35~0.40
0.38~0.50
强气流地方
0.5
0.5
很强气流地方
1.0
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
0.50
0.63
0.88
中
0.33
0.45
0.38
0.50
0.78
小
0.30
0.38
0.25
0.38
0.38

由上述知集气罩为矩形，三面开口且设置挡板；依据题设条件，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

综合考虑上述原因及安全性，采取最大值标准，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排风量确实定 
Q=KPHvx =1.4×2.88×0.2×0.9=0.726m3/s=2613 m3/h
总排风量Q总=2Q=5225 m3/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安全系数，通常取K=1.4； 
vx----控制速度。
2.2 除尘器选型和设计 
2.2.1除尘器类型比选
表5多种除尘器效率对比
除尘器名称
全效率/%
不一样粒径（μm）时分级效率/%
0~5
5~10
10~20
20~44
>44
带挡板沉降室
58.6
7.5
22
43
80
90
一般旋风除尘器
65.3
12
33
57
82
91
长椎体旋风除尘器
84.2
40
79
92
99.5
100
喷淋塔
94.5
72
96
98
100
100
电除尘器
97.0
90
94.5
97
99.5
100
文丘里除尘器
99.5
99
99.5
100
100
100
袋式除尘器
99.7
99.5
100
100
100
100

表6多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
100
袋式除尘器
250
250
电除尘器
450
200
塔式洗涤器
270
260
文丘里洗涤器
220
500
本方案依据运行稳定性，一次性投资及处理效率、运行成本等综合考虑，选择袋式除尘器。
2.2.2 除尘器选型 
1.选型 
除尘器选择DS/A型机械振打袋式除尘器，其技术性能见下表7。
表7 DS/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
3
30
3600~5400
120~150
99.5
160× 

2.规格参数 
滤袋：圆形带 
进出风方法：下进风上出风
 袋过滤方法：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： 
A=Q总60vF
 式中： 
vF----过滤气速， 3m/min 
Q总----欲处理烟气量，5225𝑚3/ℎ。
 则： 
A=522560×3=29.0m2
29.0𝑚2<30
19898;2，所以所选除尘器符合要求。
2.3管道、弯头及三通设计 
2.3.1 管道设计标准 
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。
2.3.2管道初步设计

2.3.3管径和管内流速确实定
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
14
16
轻矿物粉尘
12
14
灰土、沙尘
16
18
干细型沙
17
20
金刚砂、刚玉粉
15
19
 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，依据下式求得管径： 
d1=d2=4Qπvx=4×0.73π×14=0.258m=258mm
 依据《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

v1=4Qπd12=13.75m/s
不符合要求。 依据《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
v1=4Qπd12=14.8m/s>14

符合要求。  
2. 管段3： 
由𝑄3=𝑄1+𝑄2=1.46𝑚3/𝑠，依据下式求得管径： 
d3=4Q3πv1=4×1.46π×14.8=0.354m=35.4mm
依据《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
v1=4Q3πd32=14.4m/s>14

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弯头设计 
管段1：设计一个90°弯头。该管段管径为𝑑1=250mm，依据《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，依据《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，依据《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粉尘均能顺利进入管段3和其后管道系统。 
依据《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管径：𝑑1=𝑑2=500𝑚𝑚，经过三通后管径𝑑3=700𝑚𝑚 
L≥5 （𝑑3−𝑑1 ）=5×（360−250） =550mm
2.3.6管段长度确实定 
依据管段设计标准第7条，沿程损失计算应为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。 
除尘器进口高度：1200mm ，出风口高度为4300mm。
管段1：L1=+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
∆PL1=L1∙ρV122∙λd=4.20×0.0771×131.25Pa=42.5Pa
2）局部阻力包含： 
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°直流三通，ζ=0.02 故ζ=0.36 
则局部压力损失为：
∆P𝑚1=ζρv22=0.36×131.52Pa=47.35Pa
 管段2： 
1）管段𝐿2=2500𝑚𝑚， λ/d=0.0771， 动压为131.25Pa。 
则摩擦压力损失

∆PL2=L2∙ρV222∙λd=2.5×0.0771×131.25Pa=25.35Pa

2）局部阻力包含： 
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°，图，ζ=0.095， 
故Σζ=0.455 
则局部压力损失为：
∆P𝑚2=ζρv22=0.455×131.52Pa=59.85Pa

 管段3： 
1）管段𝐿3=5978𝑚𝑚 λ/d=0.0492，动压为124.46 Pa。 
则摩擦压力损失
∆PL3=L3∙ρV322∙λd=5.978×124.26×0.0492Pa=36.61Pa
2）局部阻力包含： 
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，图

则：
tanα2=360-×600=0.133，α2=7.5，α=15°
Ff=π4×3602π4×=2.24
查得ζ=0.18，则局部压力损失：
 ∆P𝑚3=ζρv22=0.79×124.46+1176Pa=1274.32Pa
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
∆PL4=L4∙ρV422∙λd=7.025×124.46×0.0492Pa=43.02Pa
2）局部阻力包含： 
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，图 

tanα2=600-3602×450=0.266，α2=14.9，α=30°
Ff=600×450π4×3602=2.65
取ζ=018，则ζ=0.72.
则
 ∆P𝑚4=ζρv22=0.72×124.46Pa=89.61Pa
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
∆PL5=L5∙ρV522∙λd=15×124.46×0.0492Pa=91.85Pa
2）局部阻力包含： 
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
tanα2=400-3602×150=0.133，α=15°
Ff=4003602=1.25
查得此时ζ=0.18，ζ=0.21
∆P𝑚5=ζρv22=0.21×124.46Pa=26.14Pa
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， 
ΔP1-ΔP2ΔP1=89.85-85.2089.85=5.2%＜10%
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)
1
0.73
4.2
250
14.8
0.0771
131.25
42.5
0.36
47.35
89.95
2
0.73
2.5
250
14.8
0.0771
131.25
25.35
0.455
59.85
85.20
3
1.46
5.978
360
14.4
0.0492
124.46
124.46
0.18
36.61
1310.63
4
1.46
7.025
360
14.4
0.0492
124.46
43.02
0.54
89.61
132.63
5
1.46
15
360
14.4
0.0492
124.46
91.85
0.21
26.14
118.10

2.5 风机选择和校核 
1.通风机风量 
𝑄0= 1+𝐾1 𝑄
式中： 
𝑄0----通风机风量(m3/h) 
𝐾1----考虑系统漏风时安全系数，除尘系统管道取𝐾1=0.1~0.15
 Q----管道系统总风量(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 
∆P0=∆P1+K2ρ0ρ=∆P1+K2Tρ0T0P
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 
依据上述风量和风压，选择C6-48No5C型离心通风机，性能和选择件见表3 。
表10  C6-48型排尘离心通风机性能和选择件表
转速r/min
序号
流量
m3/h
全压
Pa
效率
%
内功率
KW
所需功率
KW
电动机
三角带
型号
功率KW
型号
根数
内周长mm

4
6070
1753
76.8
3.83
4.83
Y132S1-2
5.5
B
2
2240

校核：对于C6-48No5C型离心通风机，当转速为r/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＜6070 𝑚3/h，基础符合要求。 
总而言之，风机选型符合系统要求。

致谢
在这次课程设计撰写中，我得到了很多人帮助。首先我要感谢我老师在课程设计上给我指导、提供给我支持和帮助，这是我能顺利完成这次设计关键原因，更关键是老师帮我处理了很多技术上难题，让我能把系统做得愈加完善。在此期间，我不仅学到了很多新知识，而且也开阔了视野，提升了自己设计能力。其次，我要感谢帮助过我同学，她们也为我处理了不少我不太明白设计上难题。 
最终再一次感谢全部在设计中帮助过我良师益友和同学。

参考文件
[1]  童志权.大气污染控制工程.机械工业出版社，. 
[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]  胡传鼎.通风除尘设备设计手册.化学工业出版社.
[5]  王海霞. 职业病综述.山西医科大学. 
[6]  瞿义勇.《实用通风空调工程安装技术手册》
[7] 郝吉明，马广大．大气污染控制工程．第二版．北京：高等教育出版社 
[8] 金国淼．除尘社备．北京：化学工业出版社 
[9] 周兴求．环境保护设备设计手册-大气污染控制工程．北京：化学工业出版社 
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