大气污染控制工程课程设计

大气污染控制工程课程设计

学生学院     城建学院 

专业班级     环境0902班    

学    号     090230        

学生姓名     刘海龙            

指导教师     王丽涛           

目   录

一．设计目的.....................................3

二．设计任务.....................................3

三．设计资料.....................................3

四．除尘系统组成.................................4

五．设计内容.....................................5

1．集气罩设计................................5

2．袋式除尘器设计............................7

3．烟囱的设计................................8

4．管道的初步设计............................9

5．压损平衡计算..............................11

6．总压计算..................................13

7．风机与电机的选择..........................13

8．有关说明..................................14

六．心得体会与总结...............................14 

参考文献........................................ 14

题目:小型车间的除尘系统

一．设计目的

通过对大气污染净化系统的工艺设计，初步掌握大气污染净化系统设计的基本方法，培养利用已经学过的理论知识综合分析问题，并解决实际问题的能力、绘图能力、以及正确使用设计手册的能力。

二．设计任务

本设计为一个小型车间的除尘系统。学生须在限定时间内，在老师的指导下独立、全面地完成此规定的设计。

具体内容包括：

1.   设计计算书一份；

2.  管道平、剖面图一张（1:50）；

3.  系统图及明细表一张（1:50）。

三．设计资料

1、设计题：车间除尘系统设计；

2、已知条件；

（1）  车间面积与两台产生污染设备的位置（见图1）。此图仅给出方柱及污染源相对位置，门、窗位置及墙厚由设计定；

（2）  产生污染源设备的情况

污染源：立方体   长×宽×高=1200×600×1000

操作条件：20℃  101.3KPa

污染源产生轻矿物粉尘，以轻微速度发散到尚属平静的空气中。

（3）  在该污染设备的顶部设计两个伞形集气罩，罩口边须距离污染源上平面H=600mm时才操作正常。

（4）  管道和集气罩均用钢板制作

钢管相对粗糙度  K=0.15

排气筒口离地面高度12m

(5)     所用除尘器
 LD14型布袋除尘器,
 该除尘器阻力为980Pa；
 所用除尘草图见附图。

（也可另选其它除尘器）

(6)     有关尺寸
 墙厚  240mm      方块柱  300×300
 车间大门    可取   2010×2010
                    3010×3010
                    2550×2410
                    4010×4010
 窗台到地面距离:     民   房    900～700mm
                     工业用房    1.0～2.0 m
                     仓    库    1.5～2.0 m

四．除尘系统组成

除尘系统的基本组成如图所示，主要由以下几部分组成：

1、集气罩；2、风管；3、除尘器；4、风机；5、烟囱

     1、集气罩：集气罩是烟气净化系统污染源的收集装置，可将粉尘及气体污染源导入净化系统，同时防止其向生产车间及大气扩散，造成污染。其性能对净化系统的技术经济指标有直接的影响。由于污染源设备结构和生产操作工艺的不同、集气罩的形式是多种多样的。

     2、风管：风管就是用于空气输送和分布的管道系统。风管可按截面形状和材质分类。按截面形状，风管可分为圆形风管，矩形风管，扁圆风管等多种，其中圆形风管阻力最小的高度尺寸最大，制作复杂。所以应用以矩形风管为主。按材质，风管可分为金属风管，复合风管，索斯风管等。

     3、除尘器：是把粉尘从烟气中分离出来的设备叫除尘器或除尘设备。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。同时，除尘器的价格、运行和维护费用、使用寿命长短和操作管理的难易也是考虑其性能的重要因素。

     4、通风机：通风机时系统中气体流动的动力设备。为了防止通风机的磨损和腐蚀，通常把风机设在净化设备后面。

     5、烟囱：烟囱是除尘系统中的排气装置。由于净化后烟气仍含有一定量的污染物，这些污染物在大气中扩散、稀释、悬浮或沉降到地面。为了保证污染物的地面浓度不超过环境空气质量标准，烟囱必须具有一定高度。    

五．设计内容

1、 集气罩的设计；

（1）控制点控制速度V_X的确定

1、集气罩的选择

选用两个外部集气罩，伞形

2、控制点控制速度V_X

污染源产生轻矿物粉尘，以轻微速度发散到尚属平静的空气中,控制速度V_X一般去0.5~1.0m/s，取0.785m/s。

（2）集气罩排风量、尺寸的确定；

另外此设计中，集气罩设置于污染源的上方，为避免横向气流的干;扰，要求H≦0.3L，罩口的长L为2000mm；上部集气罩的吸气流易受横向气流的影响，所以靠墙布置，在罩口四周加设活动挡板。由于墙厚240mm，污染源中心距离墙中心630mm，因此污染源距墙边S=630-240/2=510mm，设集气罩宽B=1000mm=1m

此设计中为立方体的污染源，长宽高=1200.罩口至污染源的距离为600mm.

1、排风量的计算

   _x     (m³/s)

   式中：P罩口敞开面周长，m；

         H罩口至污染源距离，m；

         V_X控制速度，m/s；

         K考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数，通常取K=1.4. 

     _x=m³/s   

2、尺寸的设计

   1) 集气罩采用伞形；

2) α角的选取考虑到综合结构、速度分布、阻力三方面的因素，一般去30°~ 60°，这里取60°；

3) 集气罩连接风管中的速度v,根据设计手册可知，对于轻矿物粉尘的要求，这里v取16m/s，查“计算表”得d₁=560mm,R_mo=4.7P_a/m.

²/4，即实际²=43.956/(3.140.56²)=16m/s。

即集气罩连接风管的直径d为560mm；

集气罩的具体形状、尺寸如下图：

集气罩的剖面图

2、 袋式除尘器的设计；

（1）  袋式除尘器的简介

袋式除尘器除尘器是一种高效率除尘器。是依靠纤维滤料做成的滤袋，更主要的是通过滤袋表面上形成的粉尘层来净化气体的。其除尘效率高，特别是对微细粉尘也有较高的除尘效率，一般可达99%以上。如果所用滤料性能好，设计、制造和运行均得当，则其除尘效率可达到99.9%。袋式除尘器的构造简单，适应性强，可以捕集不同性质的粉尘。通常袋式除尘器的滤袋多做成圆柱形，直径120~300mm，长度可达10m。为了结构紧凑，也有做成扁袋的，其厚度及间距可以只有25~50mm。袋式除尘器的处理风量可以从每小时几百立方米到百万立方米。由于所采用的滤袋形式、组合方式以及清灰方式等不同，滤袋除尘器的种类很多。

（2）  袋式除尘器的工作原理

    含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的空隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出。沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动下从滤料表面脱落，落入灰斗中。

（3）  袋式除尘器的选择

本设计中选择LD14-98型机械振打袋式除尘器，其性能参数如下表

     

3、 烟囱的设计;

烟囱一般高出周围建筑物3m。烟囱的高度及排气速度和温度要有利于气体高空扩散稀释，本设计中烟囱的高度为12m,管径d为800mm。排气筒的顶部不舍排气帽。为防止进水，如下图设置排水口

4、 管道的初步设计;

    一般情况下，管道配置应遵循下列一般性原则。

l  管道系统配置应从总体布局考虑，对全车间管线通盘考虑，统一规划，合理布局，力求简单、紧凑、实用、美观，而且安装、操作、维修方便，并尽可能缩短管线长度，减少占地与空间，节省投资。

l  对于有多个污染源的场合，可以分散布置多个独立系统，也可以采用集中布置成一个系统。在划分系统时，要考虑输送气体的性质。当污染物混合后会引起燃烧、爆炸；不同温度、湿度的烟气混合后会引起管道内结露；或者因烟尘性质不同而影响净化效率及综合利用时，则不能将其合在一个净化系统内进行处理。除此之外，课考虑采取集中或组合式净化系统来处理各种受污染气体，获得最佳的净化效果和经济效益。

l  管道布置应力求顺直、减少阻力。一般圆形管道强度大、耗用材料少，但占用空间大。矩形管件占用空间小、容易布置。管道铺设分明装和暗装，应尽量明装，不宜明装方采用暗装，以方便检修。管道应尽量集中成列、平行安装，并尽可能靠墙、梁、柱、设备及管道之间要保持一定距离，以满足安装、施工、管理、维修及热胀冷缩等诸因素的要求。

l  尽量避免遮挡室内采光和妨碍门窗的开闭；应避免通过电动机、配电盘、仪表盘上方；应不妨碍设备、管件、阀门和人孔的操作和检修；应不妨碍吊车通过。

l  水平管道的敷设应有一定的坡度，以便于放水、放气、疏水和防止积尘。

l  以焊接为主要连接方式的管道中，应设置足够数量的法兰，方便检修、安装。

l  管道和阀件不宜直接支承在设备上，需单独设置支架和吊架；保温管的支架应设管托；管道的焊缝应布置在施工方便和受力小的位置，焊缝不得位于支架处。

l  对于除尘系统的管道，在采用水平敷设时，应保证足够的流速，以防积尘。一般尽可能采用垂直或倾斜敷设，倾斜角度不小于烟尘的安息角。对于容易积尘的管道应设置清灰孔。当气体含尘浓度较大时，应将风机设于净化装置后面。

l  本设计管道布置简图如下图

（1）管内流速的确定；

1、 对于1管和2管，管径为560mm，长度分别为12米与4米，管内流速v=16m/s

2、 3管长度为10米，Q₃=3.9562=7.912m³/h，v=16m/s，查“计算表”得d₃=800mm,R_mo=3 P_a/m。

²/4，

即实际²=47.912/(3.140.80²)=15.7m/s

R_m= R_moK_r=R_mo^0.25=3(0.1515.7)^0.25=3.7 P_a/m

3、 4管与5管与3管管径一样d均为800mm，v=15.7m/s，长度均为12米。

（2）弯头的设计；

1管设一个90°弯头（R/d=1.5），ζ=0.17；2管同样设一个90°弯头（R/d=1.5），ζ=0.20；4管设三个90°弯头（R/d=1.5），ζ=0.17

（3）三通设计计算；

1管与2管、3管交汇处，设一个30°直流三通,风机出口与烟囱处设一个45°的直流三通。

5、 压损平衡计算；

（1）分段计算；

1、 管段1：据Q₁=3.956m³/h，v=16m/s,L=12m,R_mo=4.7P_a/m，动压为153.6 P_a，

   R_m= R_moK_r=R_mo^0.25=4.7(0.1516)^0.25=5.8 P_a/m

则摩擦压力损失为△P_L1=lR_M=125.8=69.6P_a

各管件局部压损系数（查手册）为：

集气罩1：ζ=0.09；90°弯头（R/d=1.5），ζ=0.17；30°直流三通，ζ=0.175（对应直通管的局部压损系数）。

0.175=0.435

则局部压损：△P_m1=²/2=0.435153.6=66.8

2、 管段2：Q₂=3.956m³/h，v=16m/s，L=4m,R_m=5.8P_a/m，动压为153.6 P_a，

则摩擦压力损失为△P_L2=lR_M=45.8=23.2 P_a

各管件局部压损系数（查手册）为：

集气罩2：ζ=0.09；90°弯头（R/d=1.5），ζ=0.20；30°直流三通，ζ=0.7（合流三通旁支管）。

则局部压损：△P_m2=²/2=0.7153.6=107.5

3、 管段3：据Q₃=7.912m³/h，v=15.7m/s，L=10m,R_m=3P_a/m，动压为147.9P_a，

则摩擦压力损失为△P_L3=lR_M=103.7=37P_a

局部压损为合流三通对应总管动压的压力损失，其局部压损系数ζ=0.15；除尘器压损850 P_a（进出口压损忽略不计）。

则局部压损：△P_m3=0.15147.9+980=1002.2

4、 管段4：气体流量同管段3，即Q₄= Q₃=7.912m³/h，v=15.7m/s，L=14m,R_m=3.7P_a/m，动压为147.9P_a，

则摩擦压力损失为△P_L4=lR_M=143.7=51.8P_a

该管段有90°弯头（R/d=1.5）三个，由手册查的ζ=0.17

则局部压损：△P_m4=0.173P_a

5、 管段:5：气体流量同管段3，即Q₅= Q₃=7.912m³/h，v=15.7m/s，L=12m,R_m=3P_a/m，动压为147.9P_a，

则摩擦压力损失为△P_L5=lR_M=123.7=44.4P_a

该管段局部压损主要包括风机进出口的压力损失，若风机入口处变径管压力损失忽略不计，风机出口ζ=0.1（估算）,直流三通总的压损系数ζ=0.5

则局部压损：△P_m5=（0.1+0.5）147.9=88.74 P_a

（2）压力校核；

并联管路压力平衡：

△P₁=△P_L1+△P_m1=69.6+66.8=136.4 P_a

△P₂=△P_L2+△P_m2=23.2+107.5=130.7 P_a

△P_1－△P₂/△P₁=136.4_－130.7/136.4=4%，未超过10%

无需对管径进行压力平横调节

6、 总压计算；

         除尘系统总压力损失：

P = △P₁+△P₂+△P₃+△P₄+△P₅

=136.4+130.7+1039.2+127.23+133.14=1566.67 P_a

        把上述结果填入计算表中

7、 选风机、电机并校核；

选择风机的计算风量：Q₀=Q（1+K₁）=7.9121.1=8.7m³/s=31320 m³/h

选择通风机的计算风压：△P₀=△P（1+ K₂）=1566.671.2=1880 P_a

根据上述风量与风压，在通风机样本上选择风机，4-79，N010E，当转数N=1170r/min，Q=34600m³/h，p=2160 P_a，配套电机为Y225S-4，基本满足要求，其主要性能参数如下表

复核电动机功率：

N_e= Q₀△P₀ K/（3600）

=313201880

配套电机满足要求。

8、 有关说明；

 1. 管道：本设计的管道均采用钢板制作，圆形管道，管厚2mm。涂刷防腐油漆以防腐。

      2. 管道加固筋：在制作及安装过程中，为避免发生较大变形，设置管道加固筋。

六.  课程设计总结

    经过了一星期的除尘课程设计，是我知道了自己努力和合作的重要性，  

虽然在设计过程中存在不少问题，但是同学们积极交流，互相帮助，不断克   

服在设计中遇到的种种困难，经过了大家共同的努力，最终完成了属于自己

的课程设计，尽管有些地方还是不太完善，但是作为我们的第一次设计成果，

感觉还是十分有成就感。我知道以后还会有更多的设计等着我们，相信在以

后的设计中会更加熟练，同时也可以更好的做出设计作品。设计和实践密不

可分，是我们在设计中应该注意的，如果我们在以后的实践环节可以把我们

的设计理念付诸于行动，将来就会有更多经验值得我们去学习。同时感谢老

师的指导。

主要参考资料

1、郝吉明，马广大主编. 大气污染控制工程（第二版）. 高等教育出版社，2002.

2、陆耀庆主编. 供暖通风设计手册. 中国建筑工业出版社，1987.

3、罗辉主编. 环保设备设计与应用. 高等教育出版社1997.

4、周兴求. 环保设备设计手册-大气污染控制工程.化学工业出版社，2004.

5、王汉青. 通风工程. 机械工业出版社，2005.

6、其他有关设计书籍。

附图一LD14-98型机械振打袋式除尘器