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1、目录一、课程设计任务书.2二、集气罩的设计.3 2.1集气罩的基本形式.3 2.2集气罩的设计原则.4 2.3集气罩的选择.4 2.4集气罩的参数确定.4三、除尘器的设计.7 3.1冶金粉尘的介绍.7 3.2除尘器的类型及优缺点.7 3.3除尘器的选型.7 3.4电除尘器的设计和选型.8四、确定计算环路进行除尘系统管网阻力计算.9 4.1相关参数.9 4.2管径和压力损失计算.10 4.3并联管路压力平衡.14 4.4除尘系统总压力损失.14五、选择通风机和电动机.15 5.1公式介绍.15 5.2选择通风机和电动机.16参考文献.16一、课程设计任务书一、 课程设计题目：除尘系统的设计二、
2、设计参数和指标：某冶金车间除尘系统管道布置如图所示，系统内的空气平均温度为20，该地区大气压力为1.013105Pa。1、 设计参数1有三个集气罩1、2、3，其流量分别为4850m3/h、3450 m3/h、3350m3/h。2、 设计指标 气体的含尘浓度为10g/m3，93%。32三、 设计内容：1、 集气罩的设计；2、 除尘器的设计，确定除尘器的型号；3、 确定计算环路，进行除尘系统管网阻力计算；4、 风机、电机的选择。四、 课程设计结果：书面报告1、 正文：宋体，5号字；1号标题小四号字；2、 行间距：20磅；3、 页眉（大气污染控制工程课程设计）、页码：如 -1-；4、 所有公式必须用
3、公式编辑器进行编辑；5、 表格必须三线表。化工学院盐湖系环境工程教研室二、集气罩的设计2.1集气罩的基本形式 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。按集气罩与污染源的相对位置及围挡情况,还可以将吸气式集气罩分为密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩。(1)密闭罩 密闭罩是将污染源的局部或整体封闭起来的一种集气罩.其特点为所需排风量小,控制效果好,且不受室内横向气流的干扰。 按密闭罩的阻挡范围和结构特点,可将其分为局部密闭罩、整体密闭罩和大容积密闭罩。a.局部密
4、闭罩: 容积比较小,工艺设备大部分露在罩外,方便操作和设备检修,一般适用于污染气流速度较小的,且连续发散的地点。b.整体密闭罩 容积较大,将污染源全部或大部分密闭起来,只把设备需要经常观察和维修的部分留在罩外,罩本身基本上成为独立整体,容易做到严密,适用于有振动且气流速度较大的场合。c.大容积密闭罩: 罩内容积大,可以缓冲污染气流,减少局部正压,设备检修可在罩内进行.适用于多点、阵发性、污染气流速度大的设备或地点。(2) 排气柜 排气柜也成为箱式集气罩。由于生产工艺需要,在罩上开有较大的操作孔。操作时,通过空口吸入的气流来控制污染物外溢。其特点是控制效果好,排风量比密闭罩大,而小于其他形式集气
5、罩。(3) 外部集气罩 由于工艺条件的限制,有时无法对污染源进行密封,则只能在其周围附近设置外部集气罩。外部集气罩依靠罩口外吸入气流的运动而实现捕集污染物的目的。外部集气罩形式多样,按集气罩与污染源的相对位置可将其分为四类:上部集气罩,下部集气罩,侧吸罩和槽边集气罩。 由于外部集气罩吸气方向与污染气流运动方向往往不一致,一般需要较大的风量才能控制污染气流的扩散,而且容易受室内横向气流的干扰,致使捕集效率降低。(4) 接受式集气罩 有些生产过程或设备本身会产生或诱导气流运动,并带动污染物一起运动,如由于加热或惯性作用形成的污染气流。接受式集气罩即沿污染气流流动方向设置集气罩口,污染气流便可借助自
6、身的流动能量进入罩口。(5) 吹吸式集气罩 当外部集气罩与污染源距离较大,单纯的依靠罩口的抽吸作用往往控制不了污染物的扩散.则可以在外部集气罩的对面设置吹气口,将污染气流吹向外部集气罩的吸气口,以提高控制效果。一般把这类依靠吹吸气流的综合作用来控制污染气流扩散的集气方式称为吹吸式集气罩。由于吹出气流的速度衰减的慢,以及气幕的作用,使室内空气混入量大为减少,所以达到同样的控制效果时,要比单纯采用外部集气罩节约风量,且不易受室内横向气流的干扰。2.2集气罩的设计原则集气罩的设计原则:a.对发散粉尘和有害气体的工艺流程与设备应采取密闭措施,尽量采用密闭罩.b.当不能或不便采用密闭罩时,可根据工艺要求
7、和技术经济条件选择适宜的其他开敞式集气罩,集气罩应尽可能包围或靠近有害污染源,使污染物局限在较小的空间内,并尽可能的减少吸气范围.c.集气罩的吸气方向应尽可能与污染气流一致方向,充分利用污染气流的初始动能.d.保证控制污染物的条件下,尽量减少集气罩的开口面积,以减少排气量.e.集气罩的结构不应该妨碍人工操作和设备维修.f.防止集气罩周围的紊流,应尽可能避免或减弱干扰气流,穿堂风和送风气流等对吸气气流的影响.2.3集气罩的选择1) 由于在冶金车间中，污染源不集中,重矿物粉尘扩散范围大,无法对污染源进行密闭，则只能在其附近设置外部集气罩。2) 外部集气罩依靠罩口外吸入气流的运动而实现捕集污染物的目
8、的，因此根据图中集气罩的方位和集气的效果：1、2、3集气罩均用外部集气罩（四周有边圆形罩口）；其中，1集气罩用侧吸罩，2、3集气罩用上部集气罩。3) 为了提高集气罩的控制效果，减少无效气流的吸入，罩口增加法兰边，而且集气罩的扩张角不应大于60。2.4 集气罩的参数确定2.4.1 公式介绍 外部集气罩吸风量的计算，罩口为圆形或矩形(宽长比BL0.2)，沿罩子轴线的气流速度衰减公式为1：式中：u0罩口气流速度，m/s； ux控制点的控制速度，m/s； C与集气罩的结构形状和设置情况有关的系数，前面无障碍，有边的集气罩取C=0.752。 x罩口到控制点的距离，m； A0罩口面积，m3； 外部集气罩吸
9、风量公式： 于是：2.4.2相关参数的确定 污染源的控制速度vx3污染物的产生状况举例控制速度m/s以轻微的速度放散到相当平静的空气中蒸气的蒸发,气体或烟气敞口容器中外逸0.25-0.5以轻微的速度放散到尚属平静的空气中喷漆室内喷漆,断续的倾倒有尘屑的干物料到容器中,焊接0.5-1.0以相当大的速度放散出来,或放散到空气运动迅速的区域翻砂,脱模,高速(大于1m/s)皮带运输机的转运点,混合,装袋或装箱1.0-2.5以高速放散出来,或是放散到空气运动迅速的区域磨床,重破碎,在岩石表面工作2.5-10 冶金车间中多为重矿物粉尘，因此粉尘的控制速度取为1.5m/s,控制距离取为0.2m。2.4.3集
10、气罩参数的计算号集气罩：已知排风量，查表（大气污染控制工程书表132），控制速度取为，控制距离根据公式： 代入数据得：解得： 取反算排风量： 核算后排风量符合要求号集气罩：已知排风量，查表（大气污染控制工程书表132），控制速度取为，控制距离根据公式： 代入数据得：解得： 取反算排风量： 核算后排风量符合要求号集气罩：已知排风量，查表（大气污染控制工程书表132），控制速度取为，控制距离根据公式： 代入数据得：解得： 取反算排风量： 核算后排风量符合要求三、除尘器的设计3.1冶金粉尘的介绍3.1.1冶金粉尘的概述钢铁冶炼粉尘是钢铁生产过程中产生的粉末状物质，是钢铁工业的主要大气污染物之一。冶金
11、粉尘分为：由物料的破碎,筛分,运输过程和堆料场所散发的粉尘,一般称为工业粉尘；在钢铁冶炼、加工过程各种炉窑排放的高温烟气中含有的烟尘.3.1.2冶金粉尘的物理性质粉尘的性质与其发生源有关。一般由物料的破碎,筛分,输送过程散发到空气中的粉尘,其化学成分,真密度等物理性质与原物料近似,颗粒较粗,大颗粒可达数百微米,炉窑烟尘是在金属冶炼或加热过程中,因物理化学过程产生的升华物或蒸气,在空气中凝结或氧化而形成的固体颗粒物,如氧气转炉烟尘,吹氧平炉烟尘,电炉烟尘等,主要是金属氧化物,颗粒很细,大都是随高温烟气经烟囱排放的。3.2除尘器的类型及优缺点1. 重力沉降室 通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除
12、尘装置.优点有:结构简单,投资少,压力损失小(一般为50130Pa),维修管理容易.但它的体积大,效率低,只能作为高效除尘的预除尘装置,除去较大和较重的粒子.2. 旋风除尘器 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.它具有结构简单,应用广泛,种类繁多等优点.3. 电除尘器 电除尘器是含气体在通过高压电场进行的电离的过程,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.其优点压力损失小,处理烟气量大,耗能低,对细粉尘有很高的捕集效率,可在高温或强腐蚀性气体下操作.4袋式除尘器 袋式除尘器是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装
13、置,采用滤纸或玻璃纤维等填充层作滤料的空气过滤器,主要用于通风及空气调节方面的气体净化.5. 湿式除尘器 湿式除尘器是使含尘气体与液体(一般为水)密切接触,利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒,或使粒径增大的装置.3.3除尘器的选型 选择除尘器时必须全面考虑有关因素,如除尘效率,压力损失,一次投资,维护管理等,其中最只要的是除尘效率,以下问题要特别引起注意:a.选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放要求.b.粉尘颗粒的物理性质对除尘器性能具有较大的影响.c.气体的含尘浓度较高时,在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的与处理设备,去除较大颗粒,以使设备更好地发挥作用.d.烟气温度和其他性
14、质也是选择除尘设备时必须考虑的因素.e.选择除尘器时,必须同时考虑收集粉尘的处理问题.f.选择除尘器时还必须考虑设备的位置,可利用的空间,环境条件等因素,设备的一次投资(设备,安装和工程等)以及操作和维修费用等经济因素也必须考虑.通过以上对除尘器选择原则要求的综合考虑,以及对资料中几种除尘器性能的了解和本设计题目中所给的一些设计参数,我们初步选用电除尘器对冶金车间的污染颗粒进行除尘.原因如下:a.根据除尘效率97%,可选择下列:湿式除尘器,电式除尘器,袋式除尘器b.考虑污染物为重矿物粉尘,如果不改变其物理化学性质,可以对粉尘进行回收利用,故在其他影响不大的情况下,做好不使用湿式除尘器.所以不采
15、用湿式除尘器.c.电除尘器的优点:压力损失小,一般为200-500Pa；处理烟气量大，可达105-106m3/h；耗能低,大约0.2-0.4kWh/(1000m3)；对细粉尘有很高的捕集效率,可高于99%；可在高温或强腐蚀性气体下操作.3.4电除尘器的设计和选型3.4.1比集尘板表面积的确定根据公式：式中 : A -集尘极面积,m2； -集尘效率； Q-处理气量，m3/h； We-粉尘的有效驱进速度,m/s。查大气污染控制工程表6-4,可知飞灰的驱进速度We=0.10-0.14m/s之间,故取We=0.12m/s。处理气量：则： 3.4.2电除尘器的选型综合以上各个因素，选择WDN系列电除尘器
16、，其具体参数如下：型号有效截面积（m2）处理风量（m3/h）电场清灰方式设备阻力（Pa）允许温度（）除尘效率外型尺寸电流MA/KV重量WDN-7718000顶部电机振打200999.652.87.640/10017.1四、确定计算环路进行除尘系统管网阻力计算4.1相关参数4.1.1管道数据由管道布置图可知管道数据：管段1： 管段2： 管段3： 管段4： 管段5： 管段6： 管段7： 4.1.2管件局部压力损失系数表管件和阀件名称值标准弯头45，=0.7590，=0.7590方形弯头1.3180回转头1.5活接管0.4弯管R/d30456075901051201.50.80.110.140.16
17、0.1750.190.202.00.070.100.120.140.150.160.17突然扩大A1/A200.10.20.30.40.50.60.70.80.9110.810.640.490.360.250.160.090.040.011突然缩小A1/A200.10.20.30.40.50.60.70.80.910.50.470.450.380.340.30.250.200.150.0904.2管径和压力损失计算 根据（大气污染控制工程书表134）可知：重矿物粉尘在水平管道中的最低气流速度为16m/s。这里取。管段1：根据，查“全国通用通风管道计算表4”计算得：，实际流速动压为15.49mm
18、水柱，即则摩擦压力损失为:各管件局部压力损失系数(查手册)为:集气罩2:=0.12 ； 90弯头(R/d=1.5) =0.25 ； 30直流三通=0.12 (对应直通动压的局部压力损失系数) 则局部压力损失为： 管段2：根据，查“全国通用通风管道计算表3”计算得：，实际流速动压为17.91mm水柱，即则摩擦压力损失为:各管件局部压力损失系数(查手册)为:集气罩1:=0.15 ； 90弯头(R/d=1.5)两个=0.25 ； 合流三通旁支管 则局部压力损失为： 管段3：根据，查“全国通用通风管道计算表3”计算得：，实际流速动压为17.49mm水柱，即则摩擦压力损失为:各管件局部压力损失系数(查手
19、册)为:合流三通对应总管动压的局部压力损失系数=0.11 ；直流三通=0.12 (对应直通动压的局部压力损失系数) 则局部压力损失为： 管段4：根据，查“全国通用通风管道计算表3”计算得：，实际流速动压为14.53mm水柱，即则摩擦压力损失为:各管件局部压力损失系数(查手册)为:集气罩3:=0.19 ；90弯头(R/d=1.5)=0.25 ； 合流三通旁支管 则局部压力损失为： 管段5：根据，查“全国通用通风管道计算表3”计算得：，实际流速动压为17.08mm水柱，即则摩擦压力损失为:各管件局部压力损失系数(查手册)为:合流三通对应总管动压的局部压力损失系数=0.11 ； 除尘器的压力损失为9
20、81Pa(进出口压力损失忽略不计) 则局部压力损失为： 管段6：根据，查“全国通用通风管道计算表3”计算得：，实际流速动压为17.08mm水柱，即则摩擦压力损失为:各管件局部压力损失系数(查手册)为:该管段局部压损主要包括风机进出口以及排风口伞形风帽的压力损失，若通风机入口处变径管压力损失忽略不计，风机出口（估算），伞形风帽（） 则局部压力损失为： 管段7：根据，查“全国通用通风管道计算表3”计算得：，实际流速动压为17.08mm水柱，即则摩擦压力损失为:各管件局部压力损失系数(查手册)为:该段有90弯头（R/d=1.5）两个： 则局部压力损失为： 4.3并联管路压力平衡 节点压力不平衡,采用
21、调整管径的方法,进行压力平衡的调节:据式: 调整后管径为：圆整管取径280mm则实际流速 节点压力不平衡,采用调整管径的方法,进行压力平衡的调节:据式: 圆整管取径320mm则实际流速 4.4除尘系统总压力损失把上述结果填入计算表之中:管段编号流量Q（m3/h）管长l(m)管径d（mm）流速(m/s)(m-1)动压摩擦压力损失局部压力损失系数局部压力损失管段总压力损失管段压力损失累计备注134501128015.56 0.0667151.802111.377 0.4974.383185.7601664.202 压力不平衡24850632016.75 0.0562175.51859.185 0.
22、85149.190208.37524850628021.88 0.0653301.154 117.992 0.85255.981373.97338300542016.64 0.0403171.40234.538 0.2339.42273.96043350628015.11 0.0668142.39457.072 0.6491.132148.20443350632011.57 0.057883.59428.990 0.6453.50082.491511650450016.48 0.0325167.38421.760 0.11999.4121021.172611650850016.48 0.032
23、5167.38443.520 1.4234.338277.857711650450016.48 0.0325167.38421.760 0.583.692105.452五、选择通风机和电动机5.1公式介绍5.1.1风量计算公式选择通风机的风量按下式计算:式中: qv-管道计算的总风量,m3/h K1-考虑系统漏风所附加的安全系数.一般管道取K1=0.1；除尘管道取K1=0.1-0.155.1.2风压的计算公式选择通风机的风压按下式计算:式中: p-管道计算的总压力损失,Pa； K2-考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数.一般管道取K2=0.1-0.15,除尘管道取K2=0.15-0
24、.2； -通风机性能表中给出的标定状态的空气密度压力温度.一般说,p0=101.325kpa,对于通风机T0=20,0=1.2kg/m3,对于引风机T0=200,0=0.745kg/m3. -运行工况下进入通风机时的气体密度、压力和温度. 计算出qv,0和p0后,即可按通风机产品样品本给出的性能曲线或表格选择所需通风机的型号规格.5.1.3所需电动机的功率Ne电动机的功率可按下式计算:式中:K-电动机备用系数,对于通风机,电动机功率为2-5kW时取1.2,大于5kW时取1.15,对于引风机取1.3； 1-通风机全压效率,可以由通风机样本中查的,一般为0.5-0.7； 2-机械传动效率,对于直联
25、传动为1,联轴器传动为0.98,皮带传动为0.95.5.2选择通风机和电动机（1）选择通风机的计算风量：（2） 选择通风机的计算风压：（3） 电动机功率：综合以上各个因素，在通风机样本上选择4-272型离心通风机,其性能参数与配套电动机参数如下表：机号NO转速(r/min)风量(m/h)风压（Pa）电动机传动方式型号功率62000212002136Y180L-422E配套电机的型号为Y180L-4,其功率为22kW,大于19.45kW,符合要求。参考文献1廖雷，解庆林，魏建文.大气污染控制工程M.北京：中国环境科学出版社，2012：230-231.2刘天齐.三废处理工程技术手册（废气卷）M.北京：化学工业出版社，1999：580.3郝吉明，马广大，王书肖.大气污染控制工程M.北京：高等教育出版社，2010:556.4全国通用通风管道计算表M.中国建筑工业出版社，1978.
