大气污染控制工程—课程设计经典2[1]

目 录 一设计内容.3 1设计基础资料3 2设计要求3 二设计计算.4 1集气罩设计4 2风量计算5 3旋风除尘器设计选型5 4旋风除尘器效率计算14 5管道设计计算16 6风机和电机的选择23 7排气烟囱的设计24 三心得体会与总结. 26 参考文献 28 题目:某厂球团车间制样间除尘系统设计 一设计内容 1）设计基础资料 1.某厂球团车间制样间除尘系统设计 两个颚式破碎机，一个双辊破碎机，一个 ISO 转鼓机，一个密闭室。在工艺密闭的基 础上，对粉尘加以控制，使经净化后的含尘气体，经烟囱排至室外大气 2）设计要求: 1、 设计说明书主要内容包括： （1）集尘罩结构形式、性能参数的选择计算； （2）输送管道的布置原则、管道内气体流速确定、管径选择、压力损失计算及通风机选择； （3）净化设备的型号规格选择及运行参数计算； （4）烟囱的结构尺寸及工艺参数（烟囱高度、出口直径、喷出速度等）的设计。 2、主要材料和设备表 3、除尘系统平面布置图、除尘系统剖面图 除尘系统平面布置图的要求： （1）按适当比例用细实线画出建筑平面图，图上应有轴线标号、与风管设备布置相关 尺寸； （2）用标准图例在建筑平面图上画出各设备以及风管的布置图，尺寸标注要完整； （3）图上应有技术要求的文字说明。 除尘系统剖面图的要求： （1）应能正确反映系统各设备、风管之间的相对位置和标高; （2）应标出设备的编号、风管的标高、管径等； （3）应列出材料表及技术要求。 4、部分大样图 5、设计与施工说明 二设计计算 1.集气罩设计 集气罩的设计原则： 改善排放粉尘有害物的工艺和环境，尽量减少粉尘排放及危害。 集气罩尽量靠近污染源并将其包围起来。 决定集气罩的安装位置和排气方向。 决定开口周围的环境条件。 防止集气罩周围的紊流。 决定控制风速。 本设计采用密闭集气罩，密闭罩设计的注意事项：密闭罩应力求密闭，尽量减少罩上的孔 洞和缝隙；密闭罩的设置应不妨碍操作和便于检修；应注意罩内气流的运动特点。 对本设计共需五个集气罩，均采用采用整体密闭集气罩，查钢铁企业采暖通风设计手册的： Q1=800m3/h, Q2=1000m3/h, Q3=800m3/h, Q3=800m3/h, Q5=800m3/h.，对所要除尘的为细粉， 取断面风速为 1.2m/s.因为 。 所以 d1=0.5m, d2=0.55m, d3=0.5m, d3=0.5m, d5=0.5m,分别选择整体密闭集气罩尺寸如下： 500200(高度)mm。 550200(高度)mm。 500200(高度)mm。 500200(高度)mm。 500200(高度)mm。 2.风量计算 总风量 :Q=Q1+Q2+Q3+Q3+Q5=4200 m3/h=1.2 m3/S 3.旋风除尘器的设计选型 1) 旋风除尘器简介 自 1886 年摩尔斯第一台圆锥形旋风除尘器问世以来的百余年里，许多学者对其流场特性、 结构、型式、尺寸比例的研究一直进行着。范登格南于 19291939 年对旋风除尘器气流 型式的研究发现了旋风除尘器中存在的双蜗流。1953 年特林丹画出了旋风除尘器内的流线。 20 世纪 70 年代西门子公司推出带二次风的旋流除尘器。1983 年许宏庆在论文中提出旋 风除尘器内径向速度分布呈现非轴对称性现象，研究出抑制湍流耗散的降阻技术。2001 年 浙江大学研究发现除尘器方腔内的流场偏离其几何中心，并呈中间为强旋流动和边壁附近 为弱旋的准自由蜗区的特点。随着数学模型的完善和计算机仿真的引人，旋风除尘器的研 究与设计将更为深人。虽然对旋风除尘器的运行机理做了大量的研究工作，但由于旋风除 尘器内部流态复杂，准确地测定有关参数比较困难，因而牵今理论上仍不十分完善，捕集 小于 5nm 尘粒的效率不高。 旋风除尘器的优点是结构简单，造价便宜，体积小，无运动部件，操作维修方便，压力损 失中等，动力消耗不大；缺点是除尘效率不高，对于流量变化大的含尘气体性能较差。旋 风除尘器可以单独使用，也可以作多级除尘系统的预级除尘之用。 1.3 旋风除尘器工作原理 旋风除尘器由筒体、锥体、进气管、排气管和卸灰管等组成，如下图 1 所示。旋风除尘器 的工作过程是当含尘气体由切向进气口进人旋风分离器时气流将由直线运动变为圆周运动。 旋转气流的绝大部分沿器壁自圆简体呈螺旋形向下、朝锥体流动，通常称此为外旋气流。 含尘气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于气体的尘粒甩向器壁。尘粒一旦与器 壁接触，便失去径向惯性力而靠向下的动量和向下的重力沿壁面下落，进人排灰管。旋转 下降的外旋气体到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。根据“旋转矩”不变 原理，其切向速度不断提高，尘粒所受离心力也不断加强。当气流到达锥体下端某一位置 时，即以同样的旋转方向从旋风分离器中部，由下反转向上，继续做螺旋性流动，即内旋 气流。最后净化气体经排气管排出管外，一部分未被捕集的尘粒也由此排出。 自进气管流人的另一小部分气体则向旋风分离器顶盖流动，然后沿排气管外侧向下流动； 当到达排气管下端时即反转向上，随上升的中心气流一同从排气管排出。分散在这一部分 的气流中的尘粒也随同被带走。 1.4 旋风除尘器中的流场 旋风除尘器内的流场分布如图 2 所示。旋风除尘器的除尘上作原理是基于离心力作用。由 于旋风除尘器内部流动的复杂性，只能把三维速度对旋图 2 旋风除尘器内的流场分布风除 尘器捕集、分离等性能所起作用进行分析如下 1.4.1 切向速度 切向速度分布曲线如图 3 所示，在同一横截面上，切向速度与旋风除尘器半径 r 成反比变 化，即随半径 R 的减小切向速度逐渐增大。 在半径 Rm=0.60.7Ro(排气管半径)处，切向速度达到最大。 图 3 切向速度分布 1.4.2 径向速度 径向速度是影响旋风除尘器分离性能的重要因素。径向速度分布如图 4 所示。径向速度方 向有向内(旋蜗中心)形成内向流，有向外(筒壁)形成外向流。内向流可以使尘粒沿半径方向， 由外向里推至旋蜗中心，阻碍尘粒的沉降。这是因为尽管由于旋转，一定存在正的圆球形 颗粒径向速度 Vp，但 Vp 是相对于气体径向流动的速度，即颗粒的绝对径向速度。 2)设计选型 除尘系统采用旋风除尘器，其特点是旋风除尘器没有运动部件，制作、管理十分方便；处 理相同风量的情况下体积小，价格便宜；作为预除尘器使用时，可以立式安装，亦可以卧 式安装，使用方便；处理大风量是便于多台联合使用，效率阻力不受影响，但是也存在着 除尘效率不高，磨损严重的问题。 普通除尘器是由进风管、筒体、锥体和排气管组成。含尘气体进入除尘器后，沿外壁由上 而下做旋转运动，同时少量气体沿径向运动到中心区域。当旋转气流的大部分到达锥体底 部后，转而向上沿轴心旋转，最后经排出管排出。 旋风除尘器净化气量应与实际需要处理的含尘气体量一致。选择除尘器直径时应尽量小些； 旋风除尘器入口风速要保持 1823m/s；选择除尘器时，要根据工况考虑阻力损失及结构 形式，尽可能减少动力消耗减少，便于制造维护；结构密闭要好，确保不漏风。 取除尘器筒体净空截面平均流速为 20m/s 除尘器直径： =（44200203.143600）0.5 = 0.3 m 本设计采用 CLT/A-3.0 型除尘器，入口风速 16.5m/s，风量 4200m3/h，外 形 如下。 1)运行管理 除尘器的漏风对净化效率有显著影响，尤其以除尘器的排灰口的漏风更为严重。因为旋风 除尘器无论是在正压下还是在负压下运行，其底部总是处于负压状态，如果除尘器底部密 封不严密，从外部渗入的空气会把正在落入灰斗的粉尘重新带走。使除尘器效率显著下降。 旋风除尘器漏风有 3 种部位：(1)除尘器进、出口连接法兰处；(2)除尘器本体；(3)除尘器卸 灰装置。 引起漏风的原因是：(1)除尘器进出口连接口处的漏风主要是由于连接件使用不当引起的， 例如螺栓没有拧紧，垫片不够均匀，法兰面不平整等。(2)除尘器的本体漏风原因主要是磨 损，特别是灰斗因为含尘气流在旋转或冲击除尘器本体时磨损特别严重，根据现场经验当 气体含尘质量浓度超过 10g/m3，在不到 100 天时间里可能磨坏 3mm 厚的钢板。(3)旋风除 尘器卸灰装置的漏风。卸灰阀多用于机械自动式，如重锤式等。这些阀严密性较差，稍有 不当，即产生漏风，这是除尘器运行管理的重要环节。 除尘器一旦漏风将严重影响除尘效率。据估算，旋风除尘器灰斗或卸灰阀漏风 1，除尘 效率下降 5，惯性除尘器灰斗或卸灰阀漏风 1，除尘效率下降 10。沉降室入口或出 口的漏风对除尘效率影响并不大，如果沉降室本体漏风则对除尘效率有较大影响。因此， 必须保持旋风除尘器线管的气密性，不允许有漏风(正压操作时)和吸风现象(负压操作时)。 一般在制造后需要进行气密性试验。 防止磨损的技术措施： (1)防止排尘口堵塞。防止堵塞的方法主要是选择优质卸灰阀，使用中加强对卸灰阀的调整 和检修。 (2)防止过多的气体倒流入排尘口。使用卸灰阀要严密，配重得当，减轻磨损。 (3)应该常检查除尘器有无因磨损而漏气的现象以便及时采取措施。可以利用蚊香或香烟 的烟气靠近易漏风处，仔细观察有无漏气。 (4)尽量避免焊缝和接头。必须要有的焊缝应磨平，法兰连接应仔细装配好。 (5)在灰尘冲击部位使用可以更换的抗磨板。或增加耐磨层。如铸石板、陶瓷板等。也 可以用耐磨材料制造除尘器，例如，以陶瓷制造多管除尘器的旋风 子；用比较厚或优质的钢板制造除尘器的圆锥部分。 (6)除尘器壁面的切向速度和入口气流速度应当保持在临界范围以下。 (7)采取有效的防腐措施，在除尘器的外壳一般要刷一层红丹、二层耐腐漆或耐热漆。 旋风除尘器的堵塞和积灰主要发生在排尘口附近，其次发生在进排气的管道里。引起 排尘口堵塞通常有两个原因，一是大块物料(如刨花、木片、木栉等)或杂物(如从吸尘口进 入的塑料袋、碎纸、破布等)滞留在排尘口形成障碍物，之后其他粉尘在周围堆积，形成堵 塞。二是灰斗内灰尘堆积过多，不能及时顺畅排出。不论哪一种情况，排尘口堵塞严重都 会增加磨损。降低除尘效率和加大设备 的压力损失。 预防排尘口堵塞措施：(1)在吸气口增加栅网，既不增加吸风效果，又能防止杂物吸入。(2) 在排尘口上部增加手掏孔，其位置应在易堵部位，大小以 150x 150ram 的方孔即可。手掏孔盖的法兰处应加垫片并涂密封膏，避免漏风。平时检查维修中 可用小锤敲打易堵处的壁板听其声音，以检查是否有堵塞。 与袋式吸尘器、电除尘器不同，旋风除尘器的进气口或排气口形式通常不 进行专门设计，所以在进、排气口略有粗糙直角、斜角等就会形成粉尘的粘附、加厚，直 至半堵塞或堵塞。因为除尘器压力损失的大小和内部气流强弱有直接 关系，故可依靠测定压力损失来检查工作状态正常与否。如果除尘器内部有灰尘堵塞，压 力损失就上升或者压力虽未上升，则气体流量减小，遇到这两种情况。 都应该检查设备是否存在堵塞情况。避免和预防堵塞的第一个环节是从设计中考虑，设计 时要根据粉尘性质和气体特点使除尘器进、出口光滑。避免容易形 成堵塞的直角、斜角。加工、制造设备时要打光突出的焊瘤、结疤等。运行管理旋风除尘 器要时常观察压力、流量的异常变化，并根据这些变化找出原因，及时消除。总之，防止 旋风除尘器的堵塞和积灰要做到：(1)灰斗内的粉尘位应在允许范围内；(2)排灰和运灰工具 良好；(3)及时清除灰斗中的灰尘；(4)防止贮灰和集灰系统中的粉尘接块硬化。 4.旋风除尘器除尘效率计算 旋风除尘器的筒体直径、气体进口以及排气管形状和大小都是影响旋风除尘器的主要 因素。 涡流系数 n 取气流切向速度 v = 18m/s，内外交界面圆柱直径 d0 = 0.13m，交界面圆柱高度 h0 = 2m 气流在交界面的切向速度 外涡旋气流平均径向速度 分隔粒径 效率 由此可以计算除尘效率和总效率 旋风除尘器效率计算表 粒径范围 dp/m 40 平均粒径范围/m515253540 质量百分数 gi/%2525202010 分级效率 i/%4870828890 总效率 /% igi/%1217.5 16.4 17.6 9 =igi 72.5 计算压力损失 =1.293 273/298=1.18kg/ m3 =16A/d =3.3 =0.5 u =0.51.183.316.516.5=534Pa 5.管道设计计算 一般情况下，管道配置应遵循下列一般性原则。 （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 （5）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。 （6）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。 （7）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。 （8）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。 本设计管道布置简图和处理流程见 CAD 出图 管道压力损失计算 （1）摩擦压力损失 对于圆管 式中 L管道长度，m； d管道直径，m； 密度， ； 管中气流平均速率，m/s； 摩擦阻力系数，是气体雷诺数 Re 和管道相对粗糙度 K/d 的函数。可以查手册得到。 （2）局部压力损失 (Pa) 式中 异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到； v与 像对应的断面平均气流速率，m/s； 烟气密度， 。 1）Q1 = 800m3/h v=16m/s 本段长度 L1=0.9m 查全国通用通风管道计算表得 实际流速 v1=16.8m/s 管径 d1=130mm 动压 169.3Pa 摩擦阻力系数 0.18 集气罩 =0.12 90 弯头 =0.25 直流三通 =0.1 =0.47 摩擦压力损失 PL1=0.90.18169.3=27.4 Pa 局部压力损失 PM1=0.47169.3=70.6 Pa 本段总压力损失 P1=PL1+ PM2=98 Pa 2)Q2=1600m3/h v=17m/s L2=0.9m 查表得 v2=17.5m/s d2=180mm 动压 183.8Pa 摩擦阻力系数 0.12 集气罩 =0.12 直流三通 =0.1 =0.22 摩擦压力损失 PL2=0.90.12183.8=19.9 Pa 局部压力损失 PM2=0.22183.8= 40.4Pa 本段总压力损失 P2=PL2+ PM2=60.3 Pa 3)Q3=2400m3/h v=18m/s L3=0.9m 查表得 v3=17.5m/s d3=220mm 动压 183.4Pa 摩擦阻力系数 0.09 集气罩 =0.12 直流三通 =0.1 =0.22 摩擦压力损失 PL3=0.90.09183.4= 14.9Pa 局部压力损失 PM3=0.22183.4=40.3 Pa 本段总压力损失 P3=PL3+ PM3=55.2 Pa 4）Q4=3400m3/h v=18m/s L4=2.45m 查表得 v4=17.8m/s d4=260mm 动压 190.1Pa 摩擦阻力系数 0.07 集气罩 =0.12 90 弯头 =0.25 直流三通 =0.1 =0.47 摩擦压力损失 PL4=2.450.07190.1= 32.6Pa 局部压力损失 PM4=0.47190.1=89.3 Pa 本段总压力损失 P4=PL4+ PM4=121.9 Pa 5）Q5= 800m3/h v=16m/s 本段长度 L1=2.46 m 查全国通用通风管道计算表得 实际流速 v5=16.8m/s 管径 d5=130mm 动压 169.3Pa 摩擦阻力系数 0.18 集气罩 =0.12 90 弯头 =0.25 90 弯头 =0.25 =0.62 摩擦压力损失 PL5=2.460.18169.3=75.0 Pa 局部压力损失 PM5=0.62169.3=105.0 Pa 本段总压力损失 P5=PL5+ PM5=180.0 Pa 6）Q6= 4200m3/h v=16m/s 本段长度 L1=1.8m 查全国通用通风管道计算表得 实际流速 v6=16.5m/s 管径 d6=300mm 动压 163.4Pa 摩擦阻力系数 0.06 =0.30 摩擦压力损失 PL6=1.80.06163.4=17.6Pa 局部压力损失 PM6=0.30163.4=49 Pa 本段总压力损失 P6=PL6+ PM6=66.6 P 旋风除尘器的压力损失为 7=534 Pa 7) Q7= 4200m3/h v=16m/s 本段长度 L7=4m 查全国通用通风管道计算表得 实际流速 v7=16.5m/s 管径 d7=300mm 动压 163.4Pa 摩擦阻力系数 0.06 90 弯头 =0.25 90 弯头 =0.25 =0.50 摩擦压力损失 PL7=40.06163.4=39.2Pa 局部压力损失 PM6=0.50163.4=81.7Pa 本段总压力损失 P7=PL7+ PM7=120.9 Pa 8) Q8= 4200m3/h v=16m/s 本段长度 L8=16m 查全国通用通风管道计算表得 实际流速 v8=16.5m/s 管径 d8=300mm 动压 163.4Pa 摩擦阻力系数 0.06 风机出口 =0.1 伞形风帽 =1.3 =1.4 摩擦压力损失 PL8=160.06163.4=156.9Pa 局部压力损失 PM6=1.4163.4=228.8.1Pa 本段总压力损失 P8=PL8+ PM8=385.7Pa 7）总压力损失： = =98+60.3+55.2+121.9+180+66.6+534+120.9+385.7 =1622.6 Pa 管道计算表 编号流量 Q/(m3/h)管长 L/(m)管径 d/(mm) 流速 v/(m/s)摩擦阻力系数动压 /(Pa)摩擦压损/(Pa)局部压损/(Pa)管段压损/(Pa) 1800 0.9 130 16.8 0.18 169.327.4 70.6 98 216000.9 180 17.5 0.12 183.819.9 40.4 60.3 324000.9 220 17.5 0.09 183.414.9 40.3 55.2 434002.45 260 17.8 0.07 190.132.6 893121.9 5800 2.46 130 16.8 0.18 169.375105 180 642001.8 300 16.5 0.06 163.417.6 4966.6 742004300 16.5 0.06 163.439.2 81.7 120.9 8420016300 16.5 0.06 163.4156.9228.8385.7 旋风除尘器压损 534Pa 总压损 1622.6Pa 7.风机和电机选择 选择风机的计算风量： 选择风机的计算风压： 根据此要求选择 采用如下型通风机，主要性能参数如下 机号传动方式转速/（r/min）流量/(m3/h)内效率/%全压/Pa 电动机 型号功率/kw 4A29004012-741980.1-81,61320-2014 Y132S1-25.5 配套电机 Y280S-6 主要性能参数如下 功率/kW 电压/V转速/(r/min)电流/A效率/%频率/ Hz 5.5 380 290011.1 9050 复核电机效率 符合要求，可以使用 8.排气烟囱的设计 查济南气候如下：济南市地处中纬度地带，属暖温带大陆性季风气候。其主要气候特征是： 季风明显，四季分明；冬冷夏热，雨量集中。济南年平均气温 14.7，年平均降水量 671.1mm，年日照时数 2616.8 小时。最冷月为 1 月，月平均气温为-0.4，最热月为 7 月， 月平均气温为 27.5。极端最低气温为-14.9，出现在 1972 年 2 月 7 日；极端最高气温 为 40.5，出现在 1997 年 6 月 23 日。霜冻一般开始于 11 月中旬前后，结束于次年 3 月下 旬至 4 月上旬，年无霜期 235 天。主导风向西南、东北，其次是偏东、偏北和偏南，最少 的是西北风。 对烟囱 Q= 4200m3/h v=16m/s 长度 L8=16m 实际流速 v8=16.5m/s 管径 d8=300mm 动压 163.4Pa 摩擦阻力系数 0.06 风机出口 =0.1 伞形风帽 =1.3 除尘系统净化后的气体经过烟囱排向大气，排气烟囱的设计包括烟囱排气能力的计算、烟 囱尺寸和材质的确定、等效烟囱的计算以及烟囱附属设施的设计等。 烟囱设计的注意事项： 1)烟囱高度除遵守大气污染物综合排放标准排放速率标准值外，还应高出周围 200m 半 径范围的建筑物 5m 以上；不能达到该要求的排气烟囱，应按其高度对应的排放速率标准 值减少 50%执行。 2)两个相同的污染物的烟囱，若其距离小于其几何高度之和，应合并视为一根等效排气 烟囱，若有 3 根以上的近距排气烟囱，且排放同种污染物时，应以前 2 根的等效排气烟囱 一次与第 3、第 4 根排气烟囱取等效值。 3)若某排放烟囱的高度处于本标准列出的两个值之间，其执行的最高允许排放速率以内 插法计算；当某排气烟囱的高度大于或小于本标准列出的最大值或最小值时，以外推法计 算其最高允许排放速率。 4)新污染源的脾气其烟囱