大气污染控制工程课程设计高伟.doc

课程设计成绩评定表

课程设计评分（按下表要求评定）
评分项目
设计说明书质量
（50分）
图纸质量
（30分）
任务完成情况
（10分）
学习态度
（10分）
合计
（100分）
得分

指导教师评语

指导老师签名：
年 月 日
教研室主任审核意见

教研室主任签名：
年 月 日

《大气污染控制工程》课程设计
说明书

题目：双峰海螺水泥厂车间
除尘系统设计

院 系：化学与生物工程学院
班 级：环境工程0801
学 号：200829090119
姓 名：高伟
指导教师：宋剑飞

2011年 7 月 5 日

《大气污染控制工程》课程设计任务书

一、 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，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，技术资料的查找与运用；
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及其有关政策。
二、 任务与要求
学生在限定时间内，必须在老师指导下独立、全面地完成此规定的设计。
其内容包括：
1． 设计说明书一份
2． 平面布置图一份（A3）
3． 立面布置图一份（A3）
4． 工艺流程图一份（A4）
三、 设计内容
1． 集气罩的设计
控制点控制速度V的确定
集气罩排风量、尺寸的确定
2． 管道的初步设计
管内流速确定
管道直径确定
弯头设计
直管长确定
三通设计计算
3． 压损平衡计算
分段计算
压力校核
4． 总压损计算
5． 选风机、校核
6． 电机选择、校核
7． 车间大门设计
四、 设计课题与有关数据
1． 设计题：双峰海螺水泥厂车间除尘系统设计
2． 说明：本设计为新建项目进行设计（即为1997年1月1日后建成的项目）。项目设计完成后的验收标准有：《大气污染物综合排放标准》GB16297-96表2中二级标准；《工业企业设计卫生标准》TJ36-79车间空气中有害物质的最高容许浓度标准
3． 课题已知条件
a. 车间面积与两台产生污染设备的位置
见附图一
产生污染源设备的情况
污染源：立方体1200× 300× 800
操作条件：20℃ 101.3kPa
污染源产生粉尘情况:以轻微的速度发散到尚属平静的空气中
b. 在该污染设备的顶部设计二个伞形集气罩，罩口边须距污染面积H=600mm，才操作正常。
在污染设备侧部设计两个侧吸罩，罩口边须距污染面积H=300mm，才操作正常。）
c. 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15m
d. 所用除尘器：
布袋除尘器
e. 有关尺寸
车间长宽高分别为：18米*12米*12米。
墙厚 240mm 方块柱 300 x300
车间大门 可取2010x2010
窗台到地面距离 民用房 900—700mm
工业用房 1.0---2.0cm
仓库 1.5—2.0 cm

附图一 污染源水平放置（两个污染源在同一水平线上）。双击，可转换成Autocad图。

目录

第1章 绪 论 5
1.1 车间粉尘污染现状 6
1.1.1 车间粉尘性质 6
1.1.2 车间粉尘分类与污染状况 6
1.2 车间粉尘危害及治理 7
1.2.1 粉尘危害 7
1.2.2 粉尘治理原理 7
1.3 课程设计背景、主要内容、意义与预期目标 7
1.3.1 课程设计背景 7
1.3.2 课程设计主要内容 8
1.3.3 课程设计意义 8
1.3.4 课程设计预期目标 8
第2章 集气罩设计 8
2.1 集气罩选择 8
2.1.1 集气罩集气原理及类型 8
2.1.2 集气罩类型和选择 9
2.2 外部吸气罩排风量的计算方法 9
2.2.1 风量计算方法选择 9
2.2.2 设计示意图 10
2.2.3 风量计算 10
第3章 除尘器的选择 11
3.1 除尘器分类 11
3.2 除尘设备选择 12
第4章 管道、弯头及三通设计 12
4.1 管道设计 12
4.1.1 管道布置的一般原则 13
4.2管道系统的设计与计算 13
4.2.1管道内最低速度的确定 13
4.2.2管径的计算与实际速度的确定 13
4.2.3实际速度的确定 14
4.2.4 管段长度的确定 14
4.3集气罩和弯头的确定 15
4.4三通的确定 15
第5章 阻力平衡校核 15
5.1 设计说明 15
5.2 管段一的阻力计算 16
5.3 管段二的阻力计算 16
5.4 管段三的阻力计算 17
5.5 管段四的阻力计算 17
5.6 管段五的阻力计算 17
5.7 并联管压力平衡 18
5.8 除尘器总压力损失计算 18
第6章 风机、电机选择与计算 18
6.1 风机的选择 18
7.1.1 通风机的风量 18
6.1.2 通风机的风压 19
6.1.3 风机及电机选型 20
6.1.4复核电动机功率 21
第7章 厂房设计 22
7.1 车间大门设计 22
7.2 厂房总体布局 22
参考文献 23
设计总结 24

第1章 绪 论
大气污染对工农业生产的危害十分严重，这些危害可影响经济发展，造成大量人力物力和财力的损失。大气污染物对工业的危害主要有两种：一是大气中的酸性污染物和二氧化硫、二氧化氮等，对工业材料、设备和建筑设施的腐蚀；二是飘尘增多给精密仪器、设备的生产、安装调试和使用带来的不利影响。
大气污染对农业生产也造成很大危害。酸雨可以直接影响植物的正常生长，又可以通过渗入土壤及进入水体，引起土壤和水体酸化、有毒成分溶出，从而对动植物和水生生物产生毒害。严重的酸雨会使森林衰亡和鱼类绝迹。粉尘属于气溶胶状态污染物之一：悬浮于气体介质中的小固体颗粒，受重力作用能够发生沉降，但在一段时间内能保持悬浮状态。车间空气中有害物质的最高允许浓度，就生产性粉尘（Dust）而言一般不能超过10mg/m3 。粒径大小 1-200微米。
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。

1.1 车间粉尘污染现状
1.1.1 车间粉尘性质
a) 粉尘的分散度：粉尘是由粒径不同的尘粒组成，粉尘的分散度是指不同粒径的粉尘所占的重量百分比。粉尘中微细颗粒占的百分比大，表示分散度高，粗颗粒占的百分比大，表示分散度低，分散度高的粉尘不易被除尘器捕集。
b) 粉尘的密度；指单位体积内粉尘的重量
c) 粉尘的粘附性：指粉尘尘粒间相互凝聚的能力，粉尘的粒径越小，粘附性越强。
d) 粉尘的荷电性：由于尘粒间的摩擦、碰撞和吸附使粉尘具有荷电性。
e) 粉尘的湿润性：粉尘是否容易被水湿润，对除尘器的效能有很大影响
f) 粉尘的燃暴性：有些粉尘（如镁粉、炭化钙粉）与水接触后会引起自燃或爆炸，有些粉尘在空气中达到一定浓度时，若存在着能量足够的火源，也会引起爆炸。
1.1.2 车间粉尘分类与污染状况
车间粉尘分类
 1、机械振动性产尘：由于机械振动，使机械设备内、外产生压力差，而造成粉尘飞扬。如鄂式破碎机进料口和卸料口。
2、机械高、低速旋转型产尘：机械部件的旋转带动风速，使周围空气形成旋转气流，造成粉尘飞扬。
3、物料运动型产尘：物料借助自身的重力，由上而下坠落，造成的粉尘。
污染状况
水泥工业每年粉尘排放量约占全国工业粉尘排放量的40%,是我国主要大气粉尘污染源。随着国家对水泥行业粉尘排放量的一再严格限定,水泥行业在生产技术与除尘技术方面有了飞速发展。
1.2 车间粉尘危害及治理
1.2.1 粉尘危害
1、对人体的危害：生产过程中，有尘作业工人长时间吸入粉尘，能引起肺部组织纤维化病变，硬化，丧失正常的呼吸功能，导致尘肺病。尘肺病是无法痊愈的职业病。此外，部分粉尘还可以引发其他疾病，如造成刺激性疾病（沥青烟尘、石灰、皮毛引起的皮炎），急性中毒（如铅烟、锰尘等），致癌率增高（如石棉、放射性物质粉尘）。
2、对生产的影响：
（1）、对产品的质量、精度的影响。
（2）对设备的影响，增加转动部件的磨损。
（3）造成材料的消耗等 
3、对环境的影响：造成环境污染内、破坏生态环境
1.2.2 粉尘治理原理
1）采用密闭管道输送、密闭自动（机械）称量、密闭设备加工，防止粉尘外逸；不能完全密闭的尘源，在不妨碍操作条件下，尽可能采用半封闭罩、隔离室等设施来隔绝、减少粉尘与工作场所空气的接触，将粉尘限制在局部范围内，减弱粉尘的存在。
2）通过降低物料落差、适当降低溜槽倾斜度、隔绝气流、减少诱导空气量和设置空间（通道）等方法，抑制由于正压造成的扬尘。
3）为消除二次尘源、防止二次扬尘，应在设计中合理布置、尽量减少积尘平面，地面、墙壁应平整光滑、墙角呈圆角，便于清扫；使用副压清扫装置来消除逸散、沉积在地面、墙壁、构件和设备上的粉尘；对碳黑等污染大的粉尘作业及大量散发沉积粉尘的工作场所，则应采用防水地面、墙壁、顶棚、构件和水冲洗的方法，清理积尘。严禁用吹扫方式清尘。
1.3 课程设计背景、主要内容、意义与预期目标
1.3.1 课程设计背景
这学期学习了大气污染控制工程这门课程，学习了大气污染的基础知识，在后期的学习中，特别是课本的第13章后，重点讲了大气污染控制工程的设备选型以及案例分析。为了更好的让我们理解所学，老师安排了这次课程设计。
1.3.2 课程设计主要内容
双峰海螺水泥厂车间除尘系统设计。老师给出必要条件，要求设计集气罩、管道布局、三通设计、电机、厂房等详细设计
1.3.3 课程设计意义
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，使我们得到一次综合训练。特别是：
工程设计的基本方法、步骤，技术资料的查找与运用；
基本计算方法和绘图能力的训练；
综合运用本课程及其有关的理论知识，解决工程中的实际问题；
熟悉、贯彻国家环境保护法及其有关政策。
1.3.4 课程设计预期目标
按要求独立完成设计任务，并画出设计图纸。
罗列工程设计的基本方法、步骤。
掌握基本计算方法和绘图能力的训练。
熟悉、贯彻国家环境保护法及其有关政策。

第2章 集气罩设计
2.1 集气罩选择
2.1.1 集气罩集气原理及类型
污染物捕集装置按气流流动方式分为吸气式和吹吸式（吹吸罩）两大类。吸气捕集装置按形状可分为：集气罩和集气管。对密闭的生产设备，若污染物在设备内部发生时，会通过设备的孔和缝隙逸散到车间内，如果设备内部允许微负压存在时，则可采用集气管捕集污染物。对于密闭设备内部不允许微负压存在或污染物发生在污染源的表面上时，则可用集气罩进行捕集。
集气罩种类繁多，应用广泛。按集气罩与污染源的相对位置及围挡情况，可把集气罩分为三类：密闭集气罩、半密闭集气罩、外部集气罩。这三类机器还可分为个各种型式。
2.1.2 集气罩类型和选择
由于工艺条件限制，有时无法对污染源进行密闭，只能在气附近设置排气罩，依靠罩口吸入气流，将有害气体吸入罩内，这类排气罩称为外部吸气罩。
由题设条件可知，本设计适宜采用外部集气罩中的侧吸罩。
2.2 外部吸气罩排风量的计算方法
2.2.1 风量计算方法选择
目前多采用“控制速度法”计算外部吸气罩的排风量。从污染源散发出的污染物具有一定的扩散速度，该速度随污染物扩散而慢慢减少。所谓控制速度系指罩口前污染物扩散方向的任意点上均能使污染物随吸入气流流入罩内并将其捕集所必须的最小吸气速度。吸气气流有效作用范围内的最远点称为控制点。控制点距罩口的距离称为控制距离。
2.2.2 设计示意图
2.2.3 风量计算
计算外部集气罩排风量时，首先应根据工艺设备及操作要求，确定配风罩的形状及尺寸，由此确定罩口面积；其次根据控制要求安排罩口几何中心与控制点的距离x。
表1 污染源控制风速
有害散发情况
vx
实例
在相当平静的状态下产生极低的扩散速度
0.25-0.5
某些化学槽的液面蒸发，如去油槽等
在较稳定的状态下，产生较低的扩散速度
0.5-1.0
低速输料机，如检选胶带机；粉料装袋；摩擦压砖机压砖喷漆箱；焊接台；电镀槽 及酸洗槽等
在空气快速流动的状态下，大量产生有害物
1.0-2.5
破碎机；高速胶带运输的转运点；物料混合；粉料装卸等
在空气流动很快的状态下，有害物以很高的惯性速度扩散
2.5-10
磨床、砂轮机、磨砖、切砖机、喷砂、喷漆等
(一) 控制点控制速度ux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=1.0m/s。
(二) 控集气罩排风量、尺寸的确定
1. 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=0.3m，因此，L≥1m，取L=2m。
2. 由于吸气流易受横向气流的影响，所以靠墙布置。由于墙厚240mm，污染源中心距离墙中心680mm，因此污染源距墙边B=680-240/2=560mm，由此可知集气罩宽：
2B=2×560mm=1120mm=1.12m。
3. 为保证罩口吸气速度均匀，本设计中取α为30o。
4. 排风量按下式计算：

式中：P——罩口敞开面周长（m）
H——罩口至污染源距离（m）
——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。
因为罩口四周无边，前面无障碍，古取C=1.0.
(三) 总排风量QZ
由于本设计含有两个收集装备故

第3章 除尘器的选择
3.1 除尘器分类
从含尘气流中将粉尘分离出来并加以捕集的装置称除尘装置或除尘器。除尘器是除尘系统中的主要组成部分，其性能好坏对全系统的运行效果有很大影响。
按照除尘器的分离捕集粉尘的主要机理，可将其分为如下四类
机械式除尘器 它是利用质量力（重力、惯性力和离心力等）的作用使粉尘与气流分离沉降的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。
电除尘器 它是利用高压电场使尘粒荷电，在库仑力的作用下使粉尘与气流分离沉降的装置。
过滤式除尘器 它是使含尘气流通过织物或多孔填料层进行过滤分离的装置，包括袋式除尘器、颗粒层除尘器等。
湿式除尘器 亦称湿式洗涤器，它是利用了几种除尘机理。
3.2 除尘设备选择
本设计除尘设备由题设给出，选择袋式除尘器。

第4章 管道、弯头及三通设计
4.1 管道设计
各种净化装置组合成净化系统，必须依靠完善的管道系统。因此，合理布置和设计管道系统是净化系统设计的重要环节之一。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、弯头的设计、直管长度的确定。三通设计计算。综合考虑本设计采用圆形风管来进行连接。
首先设计管道的布置位置，然后对各管段进行编号，按最大压损原则选择计算环路，如下图。
4.1.1 管道布置的一般原则
a) 管道系统布置应该冲总体上考虑，各种管线统一规划，合理布局。
b) 当集气罩较多时，可以全部集中在一个净化系统中，也可分为几个净化系统。
c) 管道敷设分为明装和暗设，应尽量明装
d) 管道应尽量集中成列、平行敷设，并应尽量沿墙或柱子敷设
e) 管道与梁、柱、墙、设备及管道之间应有一定距离
f) 管道应尽量避免遮挡室内采光和妨碍门窗的启闭。
g) 水平管道应有一定的坡度
h) 管道与阀件的重量不宜支承在设备上
i) 为了方便管网的管理和运行调节，管网系统不宜过大。
j) 除尘管道力求顺直，保证气流通畅
4.2管道系统的设计与计算
4.2.1管道内最低速度的确定
在本设计中，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，垂直管为12m/s。考虑要用到垂直管和水平管两部分，而用同一管径。故取管内气速：V1=15m/s。
4.2.2管径的计算与实际速度的确定
由

得

代入数据：

则有，圆整取
核算实际速度公式为：

代入数据，得

查计算表知：动压力为133.2Pa；当量阻力系数=0.0306。
4.2.3实际速度的确定
三通管后的管径d2：
d2 =667mm，圆整取d2 =680mm；
核算实际速度：V2=4Q/()=14.44m/s；
查表14-7，取=1.2，可得=125.10，=0.0149，=0.0219。
查计算表知：动压力为125.10Pa；当量阻力系数=0.0219。

4.2.4 管段长度的确定
总体设计草图
由除尘器进口高度：3600mm，
故管段1的长度L1=6200+4200+1120=11520mm
管段2的长度L2=4200+1120=5320mm
管段3的长度L3=8800mm
管段4的长度L4=3000+8890=11890mm
管段5的长度L5=12000mm
4.3集气罩和弯头的确定
查《环境工程设计手册》 ：
1、 对集气罩1， =0.11。
2、 对集气罩2， =0.11。
3、 采用弯头(R/d=1.5) 阻力系数 =0.18。
4.4三通的确定
根据管径与流量查《环境工程设计手册》 ：
采用直流三通（如图3.2）：阻力系数 =0.02，阻力系数 =0.21。

第5章 阻力平衡校核
5.1 设计说明
5.2 管段一的阻力计算
摩擦压力损失为

局部阻力包括集气罩1、弯头(R/d=1.5)和直流三通：

则局部压损为

5.3 管段二的阻力计算
摩擦压力损失为

局部阻力包括集气罩2、弯头(R/d=1.5)和直流三通：

则局部压损为

5.4 管段三的阻力计算
摩擦压力损失为

局部阻力包括除尘器阻力、弯头(R/d=1.5)和合流三通：
故局部压损为

5.5 管段四的阻力计算
摩擦压力损失为

局部阻力有2个弯头(R/d=1.5)：
故局部压损为

5.6 管段五的阻力计算
摩擦压力损失为

该管段有弯头(R/d=1.5)两个；伞行风帽压力损失=0.10；通风机出口压力损失=0.10。
故局部压损为

5.7 并联管压力平衡

故有：

显然压力平衡，符合节点要求。

5.8 除尘器总压力损失计算
除尘系统总压损失为

第6章 风机、电机选择与计算
6.1 风机的选择
根据输送气体的性质（气体的含尘浓度，腐蚀性与爆炸性成分的含量、温度、湿度等）及风量、风压范围来选择合适的风机。如高温、高含尘浓度烟气，易燃易爆烟气，在风机选择时要考虑能满足烟气性能的风机类型。
6.1.1 通风机的风量
可按以下公式计算

式中 ——通风机风量（）
Q——管道系统的总风量（）
——考虑系统漏风时的安全系数。一般管道取=0-0.1；除尘系统管道取=0.1-0.2.本设计取0.2.
代入数据，得

6.1.2 通风机的风压
按下式计算

式中 ——通风机风压（Pa）
——管道系统的总阻力损失（Pa）
——安全系数，一般管道取=0.1—0.15，除尘管道取=0.15~0.20
、、——通风机性能表中给出的空气密度、压力和温度，通常=101326pa,对于通风机=293K，=1.2kg/m3。
本设计中近似等于1。故

取=0.2
代入数据，得

6.1.3 风机及电机选型
根据上述风量和风压，查《环境工程设计手册》 ：
选排尘离心通风机4-72型，机号8，传动方式C，转速2240r/min，全压2472-1844 Pa，风量17920-31000m3/h，配套电动机为Y180M-2，22kW。

相关参数如下
转速（r/min）
流量（m3/h）
全压（pa）
内效率（%）
内功率（kw）
所需功率（kw）
电动机
三角带
主轴皮带轮
电机皮带轮
电机导轨
3150
2405
1703
75.8
1.49
2.04
Y90l-2
2.2
A
180*24*A2
ST0203-03
ST0203-03

6.1.4复核电动机功率
电动机所需功率按下式计算

式中 K——电动机备用系数，对于通风机，当电动机功率为2~5kw时，取K=1.2，当电动机功率大于5kw时，取K=1.15，对于引风机，取K=1.3；
——通风机的全压效率，可由通风机样本中查的，一般取=0.5~0.7
——机械传动效率，一般直联传动效率取=1.0，联轴器传动取=0.98，V带传动取=0.95
本设计中，取=0.6，=0.95
代入数据，得

故其配套电机满足要求

第7章 厂房设计
7.1 车间大门设计
车大门宽度由设计已知条件给出设计宽度为2100mm。
7.2 厂房总体布局

参考文献
[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
[7] 童志权.大气污染控制工程 机械工业出版社 2006

设计总结
本次课程设计立时两个星期，其实早在第18周就陆续开始了这个课程设计的准备工作，首先是在网上和图书馆查找相关文献，一直到老师将各组的数据全部弄出来后才开始真正进行计算工作。
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，要对课本十四章（废气净化系统的组成和设计）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.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。
万事开头难，这句话一点也没错。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。在这里我要感谢老师给予的详细资料和指导以及组员的细心指导。没有他们的帮助，以我个人所学很难完成这次设计任务，从中再一次体会到团队的魅力和团结的力量。
听说这次的课程设计几年前是没有的，就是从去年才开始了大气的课程设计，虽然开始一直在埋怨为什么我们这一届这么不走运，偏偏开始了课程设计，做完后在发现，学长学姐没有经历这次课程设计是他们的损失，我们从中学到的东西只有经历过的人才知道，一直都认为课程设计才是真正学东西的课程，现在更加坚信了。
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。