大气污染控制工程课程设计.docx

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1、目录1 前言.22 集气罩的设计.2 2.1集气罩的基本形式.2 2.2集气罩的选择.3 2.3集气罩主要参数的确定.33 除尘器的设计.4 3.1除尘器类型的选择.4 3.2确定除尘器的型号.54 确定计算环路,除尘系统管网阻力的计算.6 4.1管道系统设计.6 4.1.1管道内气体流动的压力损失.6 4.1.2管道系统压力损失的计算.8 4.2计算管径的压力和损失.95 并联管路压力平衡.136 除尘系统总压力损失.147 风机和电机的选择.14参考文献.15 1 前言通过课程设计进一步巩固本课程所学内容，“实践是检验真理的唯一标准”。培养了我们运用理论知识进行净化系统的设计能力。通过设计

2、，了解工程设计的内容、方法和步骤。培养我们进行设计计算、使用公式编辑器、绘制三线表和使用技术资料查阅相关手册的能力。2 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类：吸气式集气罩和吹气式集气罩。按集气罩与污染源的相对位置及围挡情况，还可将吸气式集气罩分为密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩等。密闭罩：密闭罩是将污染源的局部或整体密闭起来的一种集气罩，其作用原理是使污染物的扩散限制在一个很小的密闭空间内，仅在必须留出的罩上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。密闭罩的特点是，与其他类型集气罩相比，所需排风量最小，控制效果好，且不

3、受室内横向气流的干扰。所以在设计中应优先考虑选用。按集气罩的围挡范围和结构特点，可将其分为局部集气罩、整体密闭罩和大容积密闭罩三种。局部集气罩的特点是容积比较小，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，且连续散发的特点；整体集气罩的特点是容积比较大，将污染源全部或大部分密闭起来，适用于有振动且气流速度较大的场合；大容积密闭罩是将污染设备或地点全部密闭起来，特点是罩内容积大，适用于多点、阵发性、污染气流速度大的设备或地点。排气柜：也称箱式集气罩外部集气罩：由于工艺条件的限制，有时无法对污染源进行密闭，则只能在其附近设置外部集气罩。外部集气罩形式多样，按集气罩与污染

4、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。 （a） 上部集气罩 （b）侧吸罩接受式集气罩：即沿污染气流流线方向设置集气罩，污染气流便可借助自身的流动能量进入罩口。吹吸式集气罩：当外部集气罩与污染源距离较大，单纯依靠罩口的吹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，将污染气流吹响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。2.2集气罩的选择 由于工艺条件的限制，有时无法对污染源进行密闭，则只能在其附近设置外部集气罩。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

5、四类：上部集气罩、下部集气罩、侧吸罩和槽边集气罩。上部集气罩又称伞形罩，设置于污染源的上方，其形状多为伞形，用于热设备最为有利。当污染源向下抛射时，由于工艺操作上的限制在上部或在侧面不允许设置集气罩时，才采用下部集气罩。侧集气罩按罩口的形状可分为圆形、矩形、条缝和槽边集气罩。因为在冶金车间中污染源不集中，重矿物粉尘扩散范围大，从而不能用密闭罩只能在污染源附近设置外部集气罩；通过较大气流运动实现污染物的捕集，因此根据集气罩的方位和及其效果，、集气罩均用外部集气罩（四周有边圆形罩口），用侧吸罩。2.3集气罩主要参数的确定 污染源的控制速度 vx污染物的产生状况举例控制速度（m/s）以轻微的速度放散

6、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；断续地倾倒有尘屑的干物料到容器中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号集气罩： 由已知的排风量Q=4800 m3/h C=0.75 查表(大气污染控制工程书表13-2) 控制速度 v x=1.5m/s 控制距离x=0.2m 根据公式 解得d=0.99986m 取d=1m反算排风量：根据公式m/h号集

7、气罩：假设最小排风量Q=3000m/h C=0.75查表（大气污染控制工程书表13-2） 控制速度设为v=1.5m/s 控制距离x=0.2m根据公式 = 解得d=0.659m 取d=0.65反算排风量，根据公式 m/h集气罩：排风量Q=3200m/h C=0.75查表（大气污染控制工程书表13-2） 控制速度为v=1.5m 控制距离x=0.2m根据公式 =解得d=0.705m 取d=0.75m m/h经核算后，排风量达到要求。3 除尘器的设计3.1除尘器类型的选择 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、维修管理等，其中最主要的是除尘效率。以下问题要特别引起注意：（1

8、） 选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放要求。对于运行状况不稳定的系统，要注意烟气处理量变化对除尘效率和压力损失的影响。如旋风除尘器除尘效率和压力损失，随处理烟气量增加而增加，但大多数除尘器的效率却随处理的烟气量增加而下降。（2） 粉尘颗粒的物理性质对除尘器性能具有较大的影响。例如，黏性大的粉尘容易黏结在除尘器的表面，不宜采用干法除尘；电阻率过大或过小的粉尘，不宜采用电除尘。（3） 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净化设备，去除较大的尘粒，以使设备更好地发挥作用。例如，降低除尘器入口的含尘浓度，可以提高袋式除尘器的过滤速度，可以防止电除尘器产生电晕闭塞。（4）

9、 烟气温度和其他性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素。对于高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器。如果烟气中同时含有SO、NO等气态污染物，可以考虑采用湿式除尘器，但是必须注意腐蚀问题。（5） 选择除尘器时，必须同时考虑收集粉尘的处理问题。（6） 选择除尘器时还必须考虑设备的位置、可以利用的空间、环境条件等因素、设备的一次投资以及操作和维修费用等经济因素也必须考虑。 常见除尘设备的投资费用和运行费用设备投资费用运行费用高效旋风除尘器100100袋式除尘器250250电除尘器450150塔式洗涤器270260文丘里洗涤器220500 常用除尘器的综合性能表除尘器名称适用的粒径范围/m效率/%阻力/Pa

10、设备费运行费重力沉降室505050130少少惯性除尘器20505070300800少少旋风除尘器53060708001500少中文丘里洗涤器0.519098400010000少多电除尘器0.51909850130多中上袋式除尘器0.51959910001500中上多通过资料对几种除尘器的了解和本设计题目中所给的一些参数，并结合以上对除尘器选择原则要求的综合考虑。我们初步选择电除尘器对冶金车间的污染颗粒进行除尘。理由：根据除尘效率97%，可以选择：文丘里除尘器、电除尘器、袋式除尘器；电除尘器的优点有：压力损失小，一般为200500Pa，处理烟气量大，能耗低，对细粉尘有很高的捕集效率，可在高温或强

11、腐蚀气体下操作；考虑污染物为重矿粉尘，如果不改变其物化性质，可以对粉尘进行回收利用。故在除尘器其他条件影响不大的条件下，最好不使用湿式除尘器，故不用文丘里除尘器。3.2确定除尘器的型号（1） 集尘极面积： =m A：集尘极面积，m； ：集尘效率； Q:处理气体量，m/s； w:粉尘的有效趋进速度，m/s； (2)电场段面面积： ：电场段面面积，m； v:气体平均流速，m/s；(3) 工作电压： U:工作电压，KV； B：集尘极板间距，m；（4） 工作电流： I:工作电流，A；I：集尘极电流密度，可取0.0005A/m；(5) 卧式电除尘器与SHWB型电除尘器参数的比较：除尘器类型型号有效过滤面

12、积/m通过电场风速/（m/s）处理能量/(m/h)操作直流电压/KV电场长度/m卧式电除尘器4m3.90.8-1.011250-1405050-702.85SHWB型电除尘器5m5.10.6-0.811000-147004 根据设计的要求计算电场段面面积、工作电压、工作电流、最大风量等，通过与卧式除尘器和SHWB型电除尘器参数比较。综合各种因素，最终选除尘器的型号为4m型卧式电除尘器。4 确定计算环路，进行除尘系统管网阻力计算4.1管道系统设计4.1.1管道内气体流动的压力损失 管道内气体流动的压力损失有两种，一种是由于气体本身的黏滞性及其与管壁间的摩擦而产生的压力损失，称为摩擦压力损失或沿程

13、压力损失；另一种是气体流经管道系统中某些局部构件时，由于流速大小和方向改变形成涡流而产生的压力损失，称为局部压力损失。摩擦压力损失和局部压力损失之和即为管道系统总压力损失。 （1）摩擦压力损失：根据流体力学的原理，气体流经断面不变的直管时，摩擦压力损失P可按下式计算： 式中：R：单位长度管道的摩擦压力损失，简称比压损（或比摩阻），Pa/m； l：直管段长度，m； ：摩擦压力损失系数； V：管内气体的平均流速，m/s； ：管内气体的密度，kg/m； R：管道的水力半径，m，它是指流体流经直管段时，流体的断面积A（m）与润湿周边x（m）之比，即： 对于气体充满直径d的圆形管道的水力半径: （Pa/

14、m）（2） 局部压力损失：气体流经管道系统中的异形管件（如阀门、弯头、三通等）时，由于流动情况发生骤然变化，所产生的能量损失称为局部压力损失。局部压力损失一般用动压头的倍数表示，即： （Pa）式中：局部压力损失系数； V：异形管件处管道断面平均流速，m/s。 局部压力损失系数通常是通过实验确定的，各种管件的局部压力损失系数在有关设计手册中可以查到。选用时要注意试验用的管件形状和实验条件，特别要注意值对应的何处动压值。管件三通的作用是使气流分流或合流，对合流三通，两股气流汇合过程中的能量损失不同，两分支管的局部阻力应分别计算。合流三通的直管和支管流速相差较大时，会发生引射现象。4.1.2管道系统

15、压力损失计算管道系统损失计算的目的是确定管道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通风机和电动机。管道计算的常用方法是流速控制法，也称比摩阻法，即以管道内气流速度作为控制因素，据此计算管道断面尺寸和压力损失。用流速控制法进行管道计算通常按以下步骤进行。（1） 确定个抽风点位置和风量，净化装置、通风机和其他部件的型号规格，风管材料等。（2） 根据现场实际情况布置管道，绘制管道系统轴测图，进行管段编号，标注长度和风量。管段长度一般按两管件中心线间距离进行计算，不扣除管件本身长度。（3） 确定管道内气体流速。当气体流量一定时，若流速选高了，则管道断面尺寸小，材料消耗小，一次

16、投资减少。当系统压力损失大，噪声增大，动力消耗大，运转费用增高。对于除尘管道，还会增加管道的磨损。（4） 根据系统各管段的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸。对于圆形管道，在已知流量和预先选取流速v的前提下，管道内径可按下式计算：（5） （mm）式中：体积流量，m/h； ：质量流量，kg/h。 确定管道断面尺寸时，应尽量采用“计算表”中所列的全国通用通风管道的统一规格，以有利于工业化加工制作。（5） 风管断面尺寸确定后，按管内实际流速计算压力损失。压力损失计算应从最不利环路（系统中压力损失最大的环路）开始。（6） 对并联管道进行压力平衡计算。两分支管段的压力差应满足以下要求：除尘系统应小于1

17、0%，其他通风系统应小于15%。否则，必须进行管径调整或增设调压装置（阀门、阻力全等），使之满足上述要求。调整管径平衡压力，可按下式计算： (mm)式中：调整后的管径，mm； ：调整前的管径，mm； ：管径调整前的压力损失，Pa； ：压力平衡基准值（若调整支管管径，即为干管的压力损失），Pa。（7） 计算管道系统的总压力损失（即系统中最不利环路的总压力损失），以上计算内容可列表进行。（8） 根据系统的总风量、总压力损失选择通风机和电动机。风机的选择： 风机的基本类型的选择是由被处理气体的特性所决定的。而风机的规格则是由性能表来决定的。一般来说，位于性能表中部性能点的风机效率最高。若涉设计操作点

18、位于性能表的上部或下部，甚至于性能表之外，则该风机的效率较低，应该考虑选择其他型号的风机。当然若选不到其他合适风机，则尽管效率不高，只能使用所选的风机。选择通风机的风量按下式计算： （m/h）式中：q：管道计算的总风量，m/h； K:考虑系统漏风所附加的安全系数。一般管道取K=0.1；除尘管道取K=0.1-0.15。选择通风机的风压按下式计算： （Pa）式中：管道计算的总压力损失，Pa； ：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=0.1-0.15，除尘管道取=0.15-0.2；：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，KPa，对于通风机T=20，对于引

19、风机,；：运行工况下进入通风机时的气体密度、压力和温度。 计算出和后，即可按通风机产品样本给出的性能曲线或表格选择所需通风机的型号规格。 所需电动机的功率N可按下式计算： （KW）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；：通风机全压效率，可以由通风机样本本中查得，一般为0.5-0.7；：机械传动效率，对于直联传动为1，联轴器传动为0.98，皮带传动为0.95。4.2计算管径的压力和损失(1)冶金车间主要为重矿粉和灰土，水平管内的流速v=16m/s。(2)三通局部阻力系数：三通局部阻力系数参考下表 三通局部阻力系数表局部

20、阻力系数局部阻力系数0.06 0.200.25 0.200.090.280.120.32 0.700.150.440.211.00 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黏土和沙1113铁和刚（屑）1820耐火泥1417灰土、沙尘1618重矿物粉尘1416锯屑、刨屑1214轻矿物粉尘1214大块干木屑1415干型砂1113干微尘810煤灰1012染料粉尘14-1616-18湿土（2%以下水分）1518大块湿木屑1820铁和刚（尘末）1315谷物粉尘1012棉絮810麻（短纤维粉尘、杂质）812水泥粉尘8-1218-22管段：=3000，v=16m/s，查“全国通

21、用通风管道计算表”得=250mm，=0.0763根据：实际流速=16.99m/s 动压：18.55mm水柱 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，弯头一个，直流三通（对应直通管动压的局部压力损失系数）则局部压力损失：管段：，v=16m/s，查“全国通用通风管道计算表”得，根据：实际流速=16.59m/s 动压：17.49mm水柱 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：=1.0，弯头一个，合流三通旁支管 则管段：，v=16m/s，查“全国通用通风管道计算表”得，根据：实际流速动压：15.49mm水柱 则摩擦压力损失为局部压损为合流三通总

22、管的动压的压力损失，其局部压力损失系数，直流三通（对应通管动压的局部压损系数）管段：,v=16m/s/,查“全国通用通风管道计算表”,根据：实际流速动压：17.91mm水柱 则摩擦压力损失为：各管件局部压损系数：集气罩3:0.19，直流三通：（对应通管动压的局部压损系数）局部压力损失:管段： ，v=16m/s，查“全国通用通风管道计算表”得，根据 实际流速动压：15.29mm水柱 则摩擦压力损失为：局部压损为合流三通总管的动压的压力损失其局部压损系数，除尘器的压力损失为980Pa（进出口压损忽略不计）。局部压损管段：，查“全国通用通风管道计算表”得，根据 实际流速动压：15.29mm水柱 则摩

23、擦压力损失为： 该管段局部压损主要包括通风机进出口以及排风口伞形风帽的压力损失，若风机入口处变径管压力损失忽略不计，通风机出口=0.1(估算)，伞形风帽（h/D0=1.5），=1.3。局部压力损失：管段：V=16m/s,查“全国通用通风管道计算表”得，根据 实际流速动压：15.29mm水柱 则摩擦压力损失为：各管件局部压力损失系数：该管道有90弯头(R/d=1.5)两个，则局部压损：5 并联管路压力计算： 节点压力不平衡，采用调整管径方法，进行压力平衡调节。圆整管取径d1，=240mm则实际流速调整管径后的动压： 节点压力不平衡，采用调整管径方法，进行压力平衡调节。圆整管取径d4，=300mm

24、则实际流速调整管径后的动压： 6 除尘系统和总压力损失：7 选择通风机和电动机 选择通风机的计算风量：选择通风机的计算风压： 根据上述风量和风压，在通风机样本上选择G4-73，No.11通风机，当转数n=960r/min时，qv=27806m3/h,p=1741Pa,配套电动机为Y200L2-6，22KW，基本满足要求。配套电动机满足要求。将以上数据总结到下表 管道计算表管道编号流量Qv/(m3h-1)管长l/m管径d/mm流速v/(ms-)/m-1动压/Pa摩擦压力损失/Pa局部压力损失系数局部压力损失/Pa管段总压力损失/Pa管段压力损失累计/Pa备注4800632016.590.0563

25、171.4057.901.45248.53306.432621.89 7800542015.650.0404151.8030.660.5583.49114.1511000450015.570.0327149.8419.600.11996.481016.0811000850015.570.0327149.8439.201.4209.78248.9811000450015.570.0327149.8419.600.5074.9294.5230001125016.990.0763181.79152.580.5599.98252.56压力不平衡30001124018.430.0760213.91178

26、.830.55117.65296.483200626016.750.0727175.5276.560.63110.58187.14压力不平衡3200630012.580.072799.0043.180.6362.37105.55 参考文献：选用教材及参考书（名称、编著者、出版社、出版时间）：1大气污染控制工程（第三版）.郝吉明.马广大.王书肖.北京：高等驾驭出版社.2009.2实用环境工程手册.吴忠标.北京:化学工业出版社.2001.3环保设备设计手册.周兴求.北京:化学工业出版社.2003.4全国通用通风管道配件图表.中国建筑工业出版社.1978.5 大气污染控制该工程.吴忠标.杭州：浙江大学出版社.2001.6三废处理工程技术手册（废弃卷).刘天齐.北京：化学工业出版社.1999.7大气污染控制工程及应用实例.何争光.北京：化学工业出版社.2004.8大气污染控制工程实践教程.黄学敏.张承中.北京:化学工业出版社.2003.9大气污染控制技术.李广超.北京：化学工业出版社.2001.19