大气污染控制工程课程设计---车间除尘系统的设计

车间除尘系统的设计

摘 要

随着煤炭行业的高速发展，由煤炭工业的发展引起的环境污染也越来越严重并且也越来受到人们的重视，人们对生活质量特别是生活环境质量的要求同时也在提高。环境污染，如大气污染对人们赖以生存的大气环境造成了极大的影响，大气污染对环境的破坏是巨大的，它对我们的生活造成了许多的危害，已经成为亟待解决的问题之一。大气污染中粉尘颗粒物对环境造成的污染占据了重要的部分，严重影响了人们的身心健康。除尘系统的设计，不仅是环境保护方面的重要内容之一，它同时也对企业的经济效益和对外形象产生影响。本次对除尘系统的设计，就是建立在对环境保护发展的基础上的。本说明书对除尘系统方案的提出、系统的设计计算及除尘器和风机等设备的选型等各方面都进行了论述。通过对设计对象的深入了解，通过对系统阻力、风量等的计算，提出了合理的除尘方案，选用合适的除尘设备和管路组合成有效的除尘系统。最终达到预定的设计目标。

关键词：大气污染 除尘系统 环境保护 除尘器 阻力

ABSTRACT

With the rapid development of the coal industry, the development of the coal industry caused by the pollution of the environment is also more and more serious and also more and more attention by people, people life quality of life, especially the requirements of the quality of the environment as well as improved. The pollution of the environment, such as air pollution people depend on atmospheric environment caused great influence, atmospheric pollution damage to the environment is huge, it to our life caused a lot of damage, and have an urgent problem to solve. Dust particles in the air pollution to the environment pollution caused by occupy the important part, the serious influence on people's physical and mental health. Dust removal system design, not only is the important content of the environmental protection is one of these, and it also to the economic efficiency of enterprises and the external image effect. This on the dust removal system design, is based on the foundation of the development of environmental protection. This manual on the dust removal system of the scheme proposed, the system of design calculation and filter and machine equipment selection and other aspects are discussed in this paper. Through the design of the deep understanding of the object, through to the system, air flow rate of the calculation of the resistance, and put forward the reasonable dust control scheme, choose the right combination of dust removal equipment and pipeline into effective dust removal system. Finally reach the predetermined design goal.

Keywords：Air pollution Dust removal system Environmental protection Dirt catcher Resistance

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目 录

前 言 .............................................................................................................................. 3 1.大气污染控制工程课程设计任务 ............................................................................ 4 1.1目的 ..................................................................................................................... 4 1.2任务与要求 ......................................................................................................... 4 1.3设计内容 ............................................................................................................. 5 1.4设计课题与有关数据 ......................................................................................... 5 2.大气污染控制工程课程设计说明及计算 ................................................................ 6 2.1集气罩的设计 ..................................................................................................... 6 2.1.1控制点控制速度vx的确定 ........................................................................ 7 2.1.2集气罩排风量、尺寸的确定 ..................................................................... 7 2.2外部集气罩排风量的计算 ................................................................................. 7 2.3外部集气罩的设计要点 ..................................................................................... 8 2.4管道的初步设计 ................................................................................................. 8 2.4.1管道内流速的确定 ..................................................................................... 9

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2.4.2管道的初步设计及压损的确定 ................................................................. 9 2.4.3选择风机和电机 ....................................................................................... 12 3.有关说明 .................................................................................................................. 13 3.1室内布置 ........................................................................................................... 13 3.2除尘器的选择 ................................................................................................... 13 3.3除尘器地面标高 ............................................................................................... 14 3.4烟囱设计 ........................................................................................................... 14 3.5有关尺寸 ........................................................................................................... 14 4.结束语 ...................................................................................................................... 14 5.参考资料 .................................................................................................................. 15

前 言

大气是人类赖以生存和发展的必不可少的环境要素之一。然而人口的增多，人类活动频繁，自然因素影响使大气污染严重，保护大气环境是我们刻不容缓的义务。人类赖以生存的环境由自然环境和社会环境组成。自然环境是人类生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总和，即阳关、温度、气候、地磁、空气、水、岩石、土壤、动植物、微生物以及地壳的稳定性等自然因素的总和。而社会环境是人类在自然环境的基础上，为不断提高物质和精神生活水平，通过长期有计划、有目的地发展，逐步创造和建立起来的一种人工环境。社会环境是人类物质文明和精神文明发展的标志，它随着经济和科学技术的发展而不断地变化。社会环境的质量对人类的生活和工作，对社会的进步都有极大的影响。

目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题。主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。而大气污染可以说主要是人类活动造成的，大气污染对人体的舒适、健康危害包括对人体的正常生活和生理的影响。目前，大气污染直接影响到人们的身体健康。我国大气环境面临的形势仍然非常严峻。大气污染物排放总量居高

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不下。现在，全国二氧化硫年排放量高达1857万吨，烟尘1159万吨，工业粉尘1175万吨，大气污染仍然十分严重。全国大多数城市的大气环境质量超过国家规定的标准。全国47个重点城市中，约70%以上的城市大气环境质量达不到国家规定的二级标准；参加环境统计的338个城市中，137个城市空气环境质量超过国家三级标准，占统计城市的40%，属于严重污染型城市。酸雨区污染日益突出。所以我们必须通过有效的措施来处理以及防治大气的进一步污染。

大气污染控制工程课程设计是大气污染控制工程课程的重要实践性环节，是我们环境专业学生在校期间第一次较全面的大气污染控制设计能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。本课程设计涉及的基本理论主要有大气污染的基本概念和大气扩散部分、颗粒污染物控制部分、气态污染物控制部分、系统设计部分等等。通过本次课程设计，达到对这方面内容更加了解。

1.大气污染控制工程课程设计任务

1.1目的

课程设计的目的在于进一步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的设计，能使学生得到一次综合训练，特别是：

(1).工程设计的基本方法、步骤，技术资料的查找与应用； (2).基本计算方法和绘图能力的训练；

(3).综合运用本课程及其有关课程的理论知识解决工程中的实际问题； (4).熟悉、贯彻国家环境保护法规及其它有关政策。

1.2任务与要求

学生必须在限定时间内，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).设计说明书和计算书各一份(放在一起装订成册，要求有封面、目录、图纸等，一起放在设计资料袋中)；

(2).平面布置图一份； (3).立面布置图一份；

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(4).轴侧图一份。

1.3设计内容

(1).集气罩的设计：控制点控制速度Vx的确定；集气罩排风量、尺寸的确定；

(2).管道的初步设计：①.管内流速的确定；②.管道直径的确定；③.弯头的设计；④.直管长度的确定；⑤.三通设计计算；

(3).压损平衡计算：①.分段计算；②.压力校核；③.总压计算；④.选风机、校核；⑤.电机选择、校核；⑥.有关说明。

1.4设计课题与有关数据

(1).设计题：车间除尘系统设计； (2).课题已知条件：

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②.污染源相对位置，门、窗位置及墙厚由设计定； ③.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。

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，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，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） 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

BC ~ 5 ~

产生污染物的设备

图1-4-1 车间面积与两台产生污染设备的位置

图1-4-2 除尘器草图

2.大气污染控制工程课程设计说明及计算

空气污染物在车间内的扩散机理是污染物依附于气流运动而扩散的。对于生产过程中散发到车间空气中的污染物，只要采取合理的通风方式，控制住室内二次气流的运动，就可以控制污染物的扩散和飞扬，从而达到改善车间内外空气环境质量的目的。局部排气通风方式，就是在局部污染源设置集气罩，将污染气流捕集起来并经净化装置后排至室外。这就是控制车间空气污染最常用、最有效的方法。

所以本设计就是依据这个原理，设计一个车间除尘系统，主要包括的部分有：集气罩、风管、净化设备、风机、烟囱五个部分。通过这几个部分的设计才能完成整个系统的设计工作。

2.1集气罩的设计

集气罩是用以捕集污染气流的。其性能对净化系统的技术经济指标是有直接影响的。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。

按罩口气流流动方式可将集气罩分为两大类：吸气式集气罩和吹吸式集气

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罩。利用吸气气流捕集污染空气的集气罩称为吸气式集气罩，而吹吸式集气罩则是利用吹吸气流来控制污染物扩散的装置。本设计中采用吸气式集气罩中的外部集气罩来收集污染气体。

由题设条件可知，本设计适宜采用外部集气罩中的冷过程上部集气罩。对于外部集气罩排风量的确定多采用控制速度法。 2.1.1控制点控制速度vx的确定

本设计中，污染源产生轻矿物粉尘，从轻微速度发散到上述平静的空气中，所以污染源的控制速度按《大气污染控制工程》中表13-2可得，取0.5～1.0m/s之间。本设计选用vx=0.6m/s。 2.1.2集气罩排风量、尺寸的确定

由于气体只能从侧面流入罩内，为避免横向气流干扰，要求H尽可能≤0.3L，由于题设中已给出H=0.6m，因此，L≥2m，取L=2m。

为提高集气罩的控制效果，减少无效气流的吸入，罩口加设法兰边。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B=630-240/2=510mm，由此可知集气罩宽2B=1020mm=1.02m。为保证罩口吸气速度均匀，集气罩的扩张角α不应大于60°，本设计中取α为60°。

则其排风量按下式计算：

LkPHvx1.46.040.60.63.04m3/s10960m3/h 2.2外部集气罩排风量的计算

对于外部集气罩的计算，常用的方法是控制风速法。即有害物扩散时会产生一定的扩散速度，为捕捉、控制有害物，集气罩就必须在有害物扩散地点造成一个吸入速度v(控制风速)，根据这一速度计算出所需的排风量。控制风速的大小与工艺过程及其位置有关。

表1 外部集气罩控制风速v 有害散发情况 v 实例 某些化学槽的液面蒸发，如去油槽等 在相当平静的状态下产生0.25～0.5 极低的扩散速度 低速输料机，如检选胶带机；粉料装袋；在较稳定的状态下，产生0.5～1.0 摩擦压砖机压砖喷漆箱；焊接台；电镀槽 较低的扩散速度 及酸洗槽等 在空气快速流动的状态破碎机；高速胶带运输的转运点；物料混1.0～2.5 下，大量产生有害物 合；粉料装卸等 在空气流动很快的状态磨床、砂轮机、磨砖、切砖机、喷砂、喷2.5～10 下，有害物以很高的惯性漆等 ~ 7 ~

速度扩散 图2-2-1 集气罩设计示意图

根据设计要求所示，集气罩口据污染源的竖直高度H至少为600mm，本设计中即取竖直高度H为600mm。

两个污染源的尺寸相同，所以设计使用两个集气罩，均是相同尺寸和相同流量。

2.3外部集气罩的设计要点

(1).在设计外部集气罩时，应尽量减小吸气范围和避免横向气流干扰； (2).罩口上的速度分布应尽可能均匀。对伞形罩，其扩张角应不大于60o； (3).当罩口平面尺寸较大时，可用一下方法加以改进，使罩口上的速度分布均匀；

(4).把一个大的排风罩分割成几个小的排风罩； (5).在罩内设均流挡板； (6).在罩面上设条缝口；

(7).在不妨碍操作的条件下，集气罩应尽量靠近有害物质，并使气流从操作人员一侧流向有害物源。

2.4管道的初步设计

在净化系统中用以输送气流的管道称为风管，通过风管使系统的设备和部件连成一个整体。该段设计主要是根据集气罩的流量以及净化设备的要求来完成必须的管道的参数设计。这主要包括：管内流速的确定；管道直径的确定；弯头的

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设计；直管长度的确定；三通设计计算。本设计采用圆形风管来进行连接。 2.4.1管道内流速的确定

一般排风系统风管内常用流速见表2

根据除尘管道的最低流速分步表可知，本设计中的轻矿物粉尘的管内流行最低速度为：垂直管为12m/s，水平管为14m/s。

表2 除尘管道内最低气流速度 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) 18 20 耐火泥 14 17 灰土、砂土 16 18 重矿物粉尘 14 16 锯屑、刨屑 12 14 轻矿物粉尘 12 14 大块干木屑 14 15 干型砂 11 13 干粉尘 8 10 煤灰 10 12 燃料粉尘 14～16 16～18 湿土(2%水分以下) 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

2.4.2管道的初步设计及压损的确定

(1).设计管道的布置位置

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除尘器集气罩风机大门窗 对各管段进行编号，注上管段的流量与长度；按最大压损原则选择计算环路，本设计由管段1开始计算；本设计中，污染物为轻矿粉，查《大气污染控制工程》表14-2，得水平管内最低流速为14m/s。

(2).计算管径和压力损失

①.管段1 ：Q110960m3/h，v14m/s据错误！未找到引用源。，查《全国通用通风管道设计计算表》选用 错误！未找到引用源。=530mm，λ/d=0.0308，实际流速错误！未找到引用源。 ，动压为错误！未找到引用源。 则摩擦压力损失为错误！未找到引用源。。

②.各管件局部压力损失系数（查手册）为：集气罩1，ξ=0.11；90°弯头（R/d=1.5）,ξ=0.18;30°直流三通，ξ=0.020，∑ξ=0.11+0.18+0.02=0.31，则局部压损：错误！未找到引用源。。

③.管段2：Q210960m3/h，v14m/s据错误！未找到引用源。，查《全国通用通风管道设计计算表》选用 错误！未找到引用源。=530mm，λ/d=0.0308，实际流速错误！未找到引用源。 ，动压为错误！未找到引用源。 则摩擦压力损失为错误！未找到引用源。。

④.各管件局部压力损失系数（查手册）为：集气罩2，ξ=0.11；90°弯头（R/d=1.5）,ξ=0.23；30°合流三通旁支管，ξ=0.21 ∑ξ=0.11+0.23+0.21=0.55

则局部压损：错误！未找到引用源。。

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⑤.管段3：Q3Q1Q221920错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，查表，错误！未找到引用源。=700mm，λ/d=0.0217，实际流速错误！未找到引用源。，动压为153.8Pa，则摩擦压力损失为错误！未找到引用源。，局部压力损失为合流三通对应总管动压的压力损失，其局部压损系数ξ=0.11，除尘器压力损失为980Pa，则局部压力损失错误！未找到引用源。。

⑥.管段4：气体流量同管段3，错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，查表，错误！未找到引用源。=700mm，λ/d=0.0217，实际流速错误！未找到引用源。，动压为153.8Pa，则摩擦压力损失为错误！未找到引用源。，该管段有90°弯头（R/d=1.5）两个，由手册查得ξ=0.18 则局部压损：错误！未找到引用源。。

⑦.管段5：气体流量同管段4，Q5Q421920，错误！未找到引用源。，查表，错误！未找到引用源。=700mm，λ/d=0.0217，实际流速错误！未找到引用源。，动压为153.8Pa，则摩擦压力损失为错误！未找到引用源。，该管段局部压损主要包括风机进出口级排风口伞形风帽的压力损失，若风机入口变径管压力损失忽略不计，风机出口ξ=0.1，不设风帽，出口损失ξ=1.0。 则总损失∑ξ=0.1+1.0=1.1，则局部压力损失错误！未找到引用源。。

(3).并联管路压力平衡

，故节点压力平衡。

(4).除尘系统总压损失

错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。1373.32错误！

未找到引用源。

管流量Q 段编号 管长管径 l/m 流λ/d m-1 动压 摩擦局压损 /Pa /Pa 部压损系数∑ξ 10960 1 ~ 11 ~

局部压管段总压损/Pa 损/Pa d/mm 速 m/s 8.90 530 14.0 0.0308 11732.25 0.31 36.42 68.66

.5 10960 2.28 530 14.0 0.0308 1178.24 .5 21920 2.62 700 16.0 0.0217 1548.74 .6 21920 13.65 21920 8.09 700 16.0 0.0217 700 16.0 0.0217 15345.40 0.36 83.04 .6 15326.90 1.1 .6 2.4.3选择风机和电机

(1).选择通风机的计算风量：错误！未找到引用源。）=25120 (2).选择风机的计算风压：

=

式中：Q——管道计算总风量，

=1670.54

-----管道计算总压损，Pa；

169.17 196.18 128.45 0.11 995.92 1005.66 0.55 65.79 73.05 ——考虑系统漏风所附加的安全系数，除尘管道取0.1~0.15；

——考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数，

除尘管道取0.15～0.2。

根据上述风量和风压，查《除尘设备》风机样本上选择，排尘离心通风4-72型，机号8，转动方式C，转速1600r/min，全压2472-1844Pa，风量 17920-31000

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配套电动机为Y180M-2,22kW。复核电动机功率：=21.90 Kw配套电机满足需要。

3.有关说明

3.1室内布置

根据现代工业的要求，需要对整个的工艺流程进行实时监测，现代化的仪器完全有能力做到这一点，所以本设计中在原有污染物控制设备的基础之上加入数字化监控中心，实时监测烟气进口和出口的密度以及粉尘浓度，以此来衡量收集的尘粒量。在此套设备的作用下，既可以满足随时调节使满足环保部门的空气排放标准，也可以衡量尘粒的收集量(即生产量)。同时，数字化监控中心只与车间的大门相连，不会有尘粒进入监控中心，保证了室内的整洁和工人的安全可靠性，进入工厂车间的工人需要戴口罩。

注：此套设备的安装比较适合两种条件：(1).经济能力好的企业；(2).环境保护意识强烈的企业；(3).收集的尘粒即为其生产原料或初产品的企业；(4).具有高技术人才的企业。

同时在本设计中还设有工作室1、工作室2、净化室、排气式、办公室。让

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整个工艺车间丰满和完整，结构简单但是内容丰富。

3.2除尘器的选择

袋式除尘器主要由滤袋、箱体、灰斗与清灰结构、排灰机构等几个主要部分组成。对粒径为1μm的细微颗粒净化效率可高达99%，压力损失为1.0-1.5KPa，结构简单，操作方便，工作稳定，便于回收干料，可以捕集不同性质的粉尘。但占地面积大；不适宜净化黏性强及吸湿性强的粉尘，入口浓度不宜大于15g/m3。

本设计中的除尘器选择为袋式除尘器，其具体型号和参数如下：(1).选择LD14--84型布袋除尘器；(2).过滤面积:168m2；(3).最大风量:25200m3/h。

3.3除尘器地面标高

由于管段的敷设原因，导致与袋式除尘器的衔接处有部分问题，需要通过提高除尘器的地面高度来进行调节，以满足除尘器与风管的连接，在除尘器下侧筑一平台，高约500mm。

3.4烟囱设计

本设计中的烟囱高度有设计条件给定，不用进行计算，为H=12m。

3.5有关尺寸

(1).墙厚：240mm；(2).方块柱：300×300m2；(3)车间大门可取：2550×2410m2；(4).窗台到地面距离:工业用房1.0～2.0m。

4.结束语

通过这次课程设计，使我对集气罩，管道系统设计有了一定的了解，在设计之前，要对课本十三章，和十四章的知识有一定的了解，对知识进行梳理，形成系统。这次课程设计要求我们对所学知识，进行应用。不仅仅是课本知识，还要相关软件的学习与应用。如AUTO CAD 二维，三维的应用.PHOTOSHAOP图片的处理等等。需要的参数要查环境工程设计手册。相关的公式计算要应用到math type 软件等。

从开始着手做，到最后完成用了5天左右的时间。从一开始的接到任务时自己的脑子里的一片空白，接着和同学们一起讨论的学习。最好终于把这个设计完成。这种感觉只有自己经历过才会体会的到。

不管以后的学习还是工作，态度决定一切，不要被暂时的困难吓到。也许在某个时候就会找到灵感，有种柳暗花明又一村的感觉。总之，这次课程设计收获很多，成长历练很多。

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5.参考资料

[1] 郝吉明，马广大.大气污染控制工程[M] 第二版.高等教育出版社，2004. [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，2002. [3] 周兴求.环保设备设计手册[M].化学工业出版社，2007. [4] 中华人民共和国国家标准。环境空气质量标准GB3095—1996. [5] 姚玉英.化工原理（上下册）[M].天津大学出版社，2000. [6] 孙颐.袋式除尘技术与应用[M]。机械工业出版社，2002.

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