大气课程设计：水泥厂配料车间粉尘污染治理工程(课程)设计1

《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185前言空气污染物在车间的扩散机理是污染物依附于气流运动而扩散。对于生产过程散发到车间空气中的污染物，只要采用合理的通风方式，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，将污染气流不记起来并经净化装置净化后排至室外。这是控制车间空气污染最常用、最有效的方法。从气体中去除或捕集固态或液态微粒的设备成为除尘器。根据主要除尘机理，目前常用的除尘器可分为：机械除尘器；电除尘器；袋式除尘器；湿式除尘器等。旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。他结构简单、应用广泛、种类繁多。电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。题目:水泥厂配料车间粉尘污染治理工程 (课程)设计一、 设计内容集气罩，计算处理风量；计算旋风除尘器的分级除尘效率和除尘系统的总效率；设计第一级除尘系统：旋风除尘器设计第二级除尘系统：电除尘器或者袋式除尘器；选择风机和电机；绘制除尘系统平面布置图；绘制除尘器（2个）本体结构图；编制设计说明书；二、 设计条件计量皮带宽度:450mm配料皮带宽度:700mm皮带转换落差:500mm33设粉尘收集后,粉尘浓度为2000mg/m,粉尘的粒径分布如下表：粒径间隔/μm<1010~2020~3030~40>40质量频率/%2525202010-1-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185三、 设计计算集气罩设计密闭罩是将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩。其作用原理是污染物的扩散限制在一个很小的密闭空间内， 仅在必须留出的招商开口缝隙处吸入若干室内空气，使罩内保持一定的负压，达到防止污染物外逸的目的。密闭罩与其他类型集气罩相比，具有所需排风量少、控制效果好且不受室内横向气流的干扰。按照设计条件，在皮带转落点、破碎机处设置密闭罩。具体设计如下：a.在每个皮带转落点处设置1个局部密闭罩，本系统共有6个皮带转落点，故设置6个局部密闭罩。b.在一破（颚式破碎机）设置1个上部集气罩和1个局部密闭罩，共有2个破碎机，故设置2个上部集气罩和2个局部密闭罩。c.在二破（立轴式破碎机）设置1个局部密闭罩，共有2个破碎机，故设置2个局部密闭罩。排风量的确定a.皮带转落点-局部密闭罩：每个罩的缝隙处比传送皮带宽 50mm，取安全系数 1.1，缝隙高度为200mm，密闭罩上开启孔口及缝隙的总面积 A 0.2m2，通过缝隙或孔口风速v01m/s，则密闭罩排气量为：Qa3600v0A36001.110.2792m3/h0.22m3/sb.一破-局部密闭罩：在一破的底部传送带处设置1个局部密闭罩，取安全系数1.1，缝隙高度为20mm，密闭罩上开启孔口及缝隙的总面积A0.02m2，通过缝隙或孔口风速v01.0m/s，则密闭罩排气量为：Qb 3600 v0 A 3600 1.1 1.0 0.02 79.2m3/h 0.022m3/s-2-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185一破-上部集气罩：进料口尺寸为 1200×250，取罩口至污染源高度 H=125mm，则集气罩长 A与宽B为：A=1200+2×0.4H=1200+2×0.4×125=1212mmB=250+2×0.4H=250+2×0.4×125=262mm尺寸如图2所示：图1 上部集气罩尺寸图根据经验数据，吸风断面速度为取 vx 1.5m/s，则单个集气罩的吸风量及总吸风量为：Qc kLcHcvx 1.4 (1.212 0.262) 2 0.125 1.5 0.77m3/s 2772m3/hd. 二破-局部密闭罩：在二破的底部设置 1个局部密闭罩，取安全系数 1.1，缝隙高度为20mm，密闭罩上开启孔口及缝隙的总面积 A 0.02m2，通过缝隙或孔口风速v0 1.5m/s，则密闭罩排气量为：Qd 3600 v0 A 3600 1.11.5 0.02 118.8m3/h 0.033m3/s总风量：Q总 6Qa 2(Qb Qc Qd) 6 792 2 (79.2 2772 118.8)3 3-3-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185旋风除尘器的选择旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使粉尘从气流中分离出来的一种干式气-固装置。它历史悠久，结构简单，应用广泛，种类繁多。旋风除尘器具有以下几个特点：结构简单，造价低，占地面积小，对大于10微米的粉尘有较高的分离效率。无传动机构和运动部件，操作维护简单。可用于高温含尘烟气的净化，可承受内外压力。可干法清灰，可用以回收有价值的粉尘。压力损失比沉降室和惯性除尘器高。除尘器敷设耐磨、耐热、耐腐蚀材料，可净化含高腐蚀性粉尘的烟气。取进口气速v 15m/s，则进口断面面积：Q02.970.198m215选择XLP/B型号旋风除尘器，入口宽度b：bA/20.31m筒体直径：D 3.33b 1.032m查《环保设备设计手册》，选用XLP/B-10.6型旋风除尘器：表1 XLP/B-10.6 型旋风除尘器技术参数外型尺寸/mm质量型号/kgDHH1H2LWaCndX1060452068511851495134431571016-497.5XLP/BΦ13bb1D1D2D3D4a1C1n1-d1-10.616-6306766301140165197361591Φ13实际断面面积Aab0.3150.630.198m2实际进口风速：Q2.9715m/sv0.198A-4-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文32080081854. 旋风除尘器的除尘效率计算：涡流系数：0.3110.67(1.06)0.142980.3n110.67(D)0.14T0.67283283假定接近圆筒壁的气流切向速度v近似等于气流入口速度，即v=15m/s，则排气管直径：de 0.6D 0.6 1.06 0.636m内外交界面圆柱的直径（系数取 0.8）：do 0.8de 0.8 0.636 0.5m则半径ro1do0.25m2则交界面处气流的切向速度：n0.67vTv?D151.0624.8m/sd00.5内外交界面圆柱的高度 h0：取s/de1.2，则s0.7632m763.2mm，故h0(2.31.7)Ds41060763.23476.8mm3.48m外涡旋气流平均径向速度：Q2.97vr0.54m/s2r0h023.140.253.48查得μ=1.84×10-5Pa·s，则分割直径为(ρP取2420)：1/2181.841050.540.251/218vrro5.48106m5.48mdc242024.82pvTO2根据分级效率公式：-5-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文32080081851dp1ni1exp0.6931dc计算旋风除尘器的分级效率如下：表2 旋风除尘器的分级效率粒径范围/μm＜1010~2020~3030~40＞40平均粒径范围/μm515253545质量百分数gi/%2525202010分级效率/%48.1171.8282.0987.8091.33ηigi/%12.0317.9616.4217.569.13总效率/%73.10二级除尘器的工艺设计及总效率计算：取旋风除尘器总效率η=72%，则第二级除尘系统进口浓度：(1 72%) 2000 560mg/m33设计要求二级除尘器出口浓度小于 50mg/m，则二级除尘器最低效率为：56050100%91%560经考虑决定选除尘效率达 99%以上的电除尘器。根据气体流量，除尘效率，进口风速等因素，参照《除尘装置系统及设备设计选用手册》P573表9-15，决定选择GH230型电除尘器。GH230型电除尘器有关参数见下表：处理风量<14000含尘气体温度<250除尘器阻力/Pa<400/m3·h-1/℃电场风速-3/m·s-1<1.2进口浓度/g·m<100除尘效率/%99.5取集尘板间距为250mm。参照《除尘装置系统及设备设计选用手册》,计算集尘板面积A(ω取0.1m/s):η=1-exp(-Aω/Q)2A=-Qln(1-η)/ω=-3.292ln(1-92%)/0.1=83.147m查《除尘装置系统及设备设计选用手册》 P574表9-16，GH230型电除尘器尺寸见下表：-6-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程 2班 张懿文 3208008185HHHHDDDDD设备质型号1231234131025008800250026002800600650量/kg13000D5D6D7D8LL1L2n1n27500GH230500550600320030507761616700管道系统压力损失计算：管道系统压力损失计算的主要目的是确定断面尺寸和系统的压力损失，并由系统的总风量和总压力损失选择适当的风机和电机。厂房首层层高为 6m。管道布置如下图 2：Q旋风除尘器布袋除尘器图2 管道布置图按主管道中心设置于高度为 5m处，各段管道长度如下：管段长度/m管段长度/m管段长度/m118.664114.522.5715124.538.9813136.24697146.2561010156.2-7-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185摩擦损失与局部压力损失计算全部管道使用无缝钢管，其绝对粗糙度K=0.15mm，大部分情况下，管道中46λ<0.03。气流成湍流状态，10<Re<10，对应0.02<根据《环保设备设计手册》P529表3-3-12查得水泥配料车间的粉尘最低气流速度垂直管为8-12m/s，水平管为18-22m/s，取气流速度为16m/s。管段1Q12772m3/h，v=16m/s，计算管径D1：4Q140.77D10.25mv161取D=250mm核算实际风速：4Q140.7715.7m/sv0.252D12查《环境工程设计手册》得v=15.7m/s时，23时，(ρv/2)=148.15,Q1=2772m/h(/d)0.0757.摩擦损失v2pL1 l ? 18.6 0.0757 148.15 208.6Pad 2各管件局部压力损失系数为：集气罩1： 0.235；90o弯头2个（R/d=1.5）：0.25；直流三通：0.130.235 0.25 2 0.13 0.865局部压力损失：pm1v2148.15128.15Pa20.865-8-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185管段2Q2277279.22851.2m3/h，v=16m/s，计算管径D1：D24Q240.79v0.25m16取D2=250mm核算实际风速：4Q240.7916.1m/sv20.252D2查《环境工程设计手册》得 v=16.1m/s时，(ρv2/2)=155.8, Q2=2851.2m3/h时， ( /d) 0.0754.摩擦损失pL2l?v22.50.0754155.829.4Pad2各管件局部压力损失系数为：直流三通a：0.13；直流三通b：0。0.13局部压力损失：v2pm2 0.13 155.8 20.2Pa2管段3Q3 2772 79.2 118.8 2970m3/h，v=16m/s，计算管径D3：4Q340.825D30.26mv16取D3=260mm核算实际风速：4Q340.82515.6m/sv20.262D3查《环境工程设计手册》得2/2)=146.3,Q3v=15.6m/s时，(ρv1=2970m/h-9-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185时， ( /d) 0.0724.摩擦损失pL3l?v28.90.0724146.394.3Pad2各管件局部压力损失系数为：90o弯头（R/d=1.5）：0.25；直流三通b：0直流三通c：0.39。0.25 0.39 0.64局部压力损失：v2pm3 0.64 146.3 93.6Pa2管段4Q344277279.2118.87923762m/h，v=16m/s，计算管径D：4Q441.045D40.29mv164取D=300mm核算实际风速：v4Q441.04514.8m/sD420.302查《环境工程设计手册》得v=14.9m/s2/2)=131.6,Q3时，(ρv1=3762m/h时，(/d)0.0610.摩擦损失pL4l?v260.0610131.648.2Pad2各管件局部压力损失系数为：直流三通c：0.29；直流三通d：0.440.29 0.44 0.73局部压力损失：-10-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185v2pm4 0.73 131.6 96.1Pa2管段5Q5277279.2118.87922354554m/h，v=16m/s，计算管径D：4Q541.265D50.32mv16取D5=320mm核算实际风速：v4Q541.26515.7m/sD520.322查《环境工程设计手册》得v=15.7m/s2/2)=148.1,Q3时，(ρv5=4554m/h时，(/d)0.0558.摩擦损失pL5l?v260.0558148.149.6Pad2各管件局部压力损失系数为：直流三通d：0.28；直流三通e：0.38。0.28 0.38 0.66局部压力损失：v2pm5 0.66 148.1 97.7Pa2管段6Q6277279.2118.8792336：5346m/h，v=16m/s，计算管径D4Q641.485D60.34mv16取D6=340mm核算实际风速：-11-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185v4Q641.48516.4m/sD620.342查《环境工程设计手册》得v=16.4m/s2/2)=161.6,Q3时，(ρv6=5346m/h时，(/d)0.0519.摩擦损失pL6l?v240.0519161.633.5Pad2各管件局部压力损失系数为：直流三通e：0.24；150o弯头（1.5D）：0.22；60o圆形三通：0.83。0.24 0.22 0.83 1.29局部压力损失：v2161.6208.5Papm61.292管段7-10Q7105346210692m3/h，v=16m/s，计算管径D7-10：D74Q71042.97100.49mv16取D7-10=500mm核算实际风速：4Q71042.9715.1m/sv20.502D710查《环境工程设计手册》得v=15.1m/s2/2)=137,Q7-103时，(ρv=10692m/h时， ( /d) 0.0325.摩擦损失pL710l710?v2(1513710)0.0325137200.4Pad2各管件局部压力损失系数为：-12-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文320800818560o圆形三通：0.32；90o弯头7个（R/d=1.5）：0.25×7=1.75。0.32 1.75 2.07局部压力损失：pm7v2137283.6Pa102.072管段11Q1179.2m3/h，v=16m/s，计算管径D6：4Q1140.022D110.04mv16取D11=80mm核算实际风速：v4Q1140.02215.1m/sD1120.082查《环境工程设计手册》得v=15.1m/s时，(ρv2/2)=137,Q11=79.2m3/h时，(/d)0.330.摩擦损失pL11l?v24.50.330137203.4Pad2各管件局部压力损失系数为：集气罩2： 0.82；90o弯头2个（R/d=1.5）：0.25×2=0.50；直流三通a：-0.57。0.82 0.50 0.57 0.75局部压力损失：v2137102.8Papm110.752-13-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185管段12Q1279.2m3/h12：，v=16m/s，计算管径D4Q1240.022D120.04mv16取D12=80mm核算实际风速：v4Q1240.02215.1m/sD1220.082查《环境工程设计手册》得v=15.1m/s时，(ρv2/2)=137,Q11=79.2m3/h时，(/d)0.330.摩擦损失pL12l?v24.50.34260.1203.4Pad2各管件局部压力损失系数为：集气罩3： 0.82；90o弯头2个（R/d=1.5）：0.25×2=0.50；直流三通b：-1.00。0.82 0.50 1.00 0.32局部压力损失：v213743.8Papm120.322管段13Q13792m3/h，v=16m/s，计算管径D：134Q1340.22D130.13mv16取D13=130mm核算实际风速：4Q1340.2216.6m/sv20.132D13-14-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185查《环境工程设计手册》得v=16.6m/s2/2)=165.6,Q3时，(ρv12=792m/h时，(/d)0.170.摩擦损失pL13l?v26.20.170165.6174.5Pad2各管件局部压力损失系数为：集气罩4：0.57；90o弯头（R/d=1.5）：0.25；直流三通c：-0.32。0.570.250.320.5局部压力损失：pm13v20.5165.682.8Pa2管段14Q14792m3/h，v=16m/s，计算管径D14：D144Q1440.220.13mv16取D14=130mm核算实际风速：v4Q1440.2216.6m/sD1420.132查《环境工程设计手册》得v=16.6m/s2/2)=165.6,Q3时，(ρv12=792m/h时，(/d)0.170.摩擦损失pL14l?v26.20.170165.6174.5Pad2各管件局部压力损失系数为：集气罩5： 0.57；90o弯头（R/d=1.5）：0.25；直流三通c：-0.42。0.57 0.25 0.42 0.4-15-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185局部压力损失：v2165.666.2Papm140.42管段15Q15 1584m3/h，v=16m/s,计算管径D15：4Q1540.22D150.13mv16取D15=130mm核算实际风速：v4Q1540.2216.6m/sD1520.132查《环境工程设计手册》得v=16.6m/s2/2)=165.6,Q3时，(ρv12=792m/h时，(/d)0.170.摩擦损失pL15l?v26.20.170165.6174.5Pad2各管件局部压力损失系数为：集气罩6： 0.57；90o弯头（R/d=1.5）：0.25；直流三通c：-0.56。0.57 0.25 0.56 0.26局部压力损失：v2165.643.1Papm130.262-16-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185并联管路压力平衡p1pL1pm1208.6128.1336.7Pap2pL2pm229.420.249.6Pap3pL3pm394.393.6187.9Pap4pL4pm448.296.1144.3Pap5pL5pm549.697.7147.3Pap6pL6pm633.5208.5242.0Pap11pL11pm11203.4102.8306.2Pap12pL12pm12203.443.8247.2Pap13pL13pm13174.582.8257.3Pap14pL14pm14174.566.2240.7Pap15pL15pm15174.543.1217.6Pa管段1和管段11：p1p11336.7306.2，节点压力平衡p19%10%336.7管段2和管段12：管段1和管段11并联后压力为：p1111160.4Pa11p1p11p12(p111p2)247.2(160.449.6)10%，节点压力不平衡p12247.215%‘d(p/p)0.22580(247.2/210)0.22583mm,取管径d调整管段12管径：2221d‘2=90mm按上述方法计算，同理可得：-17-《大气污染控制工程课程设计》2008级环境工程2班张懿文3208008185管段3和管段13：节点压力不平衡，调整管段 13管径为140mm。管段4和管段14：节点压力不平衡，调整管段 14管径为140mm。管段5和管段15：节点压力不平衡，调整管段 15管径为140mm。除尘系统总压力损失pp1p2p3p4p5p6p7p8p9p101591.8Pa选择风机和电机选择通风机的计算风量：Q0=Q(1+K)=2.97×(1+0.13)=3.356m3/s=12081.96m3/h选择通风机的计算风压：P0= P（1+K2）=1591.8×(1+0.4)=2229Pa根据上述计算结果，选4-72型普通风机，参数如下表：机传动转速/风量电动机地脚螺栓（1号全压/Pa套）方式(r·min)/(m3·h)型号kWNo规格5A29002197~31787950~14720Y-160M-2B3515