工业通风除尘系统课程设计资料

工业通风课程设计

某企业加工车间通风除尘系统设计

学生姓名：余玉环

学号：1350240205

专业：安全工程

班级：安工1302班

指导教师：易灿南职称副教授

完成时间：2015年12月

湖南工学院工业通风课程设计任务书今年任务书有变动学院：安全与环境工程学院专业：安全工程

摘要

此设计以某企业加工车间的五个加工平台为研究对象，以多种通风设计资料书为参考，运用所学的通风知识为此加工车间设计一套通风除尘系统，控制该车间三个振动筛和两个高温炉在工作过程中产生的污染粉尘及污染气体，从而确保该车间职工拥有一个健康、安全、舒适的工作环境。

关键词：加工车间；振动筛；高温炉；除尘系统

ABSTRACT

In this design,the five processing platform which is a part of an enterprise’s processing workshop is chosen as the subject,according to various of ventilation design data books,we design a set of dust removal system for the processing workshop by using the knowledge about ventiliation that we have learned.The dust removral system is designed to control the dust pollution and the gas pollution produced from three vibrating screen’s working time and two high temperature fumnace’s working time ,thus guaranteeing that the worker who work in the processing workshop have a healthily,safely,comfortable work environment

Key words ：processing workshop; vibrating screeen; high temperature furnace; dust removal system

目录

1 前言 (1)

2 车间简介 (2)

3 系统划分 (3)

4 加工车间通风除尘系统设计 (4)

4.1 排风罩的选择及风量计算 (4)

4.1.1 振动筛工作台排风罩的选用及风量计算 (4)

4.1.2 高温炉工作台排风罩的选用及风量计算 (5)

4.2 净化装置的选择 (6)

4.2.1 振动筛净化装置的选择 (7)

4.2.2 高温炉净化装置的选择 (7)

4.3 风管的确定 (8)

4.3.1 风管的截面形状及管道定型化 (8)

4.3.2 风管的材料 (8)

4.3.3 风管的布置 (9)

5 水力计算 (10)

5.1 C1系统水力计算 (10)

5.2 C2系统的水利计算 (15)

6 总结 (20)

参考文献 (21)

附录 (22)

1 前言

在工业生产过程中散发的各种污染物（颗粒物、污染蒸气和气体）以及余湿和余热。如果不加控制，会使室内外环境空气受到污染和破坏，危害人类的身体健康、动植物的生长，影响生产过程的正常运行。因此，控制工业污染物对室内外空气环境的影响和破坏，是当前急需解决的问题。

该加工车间的污染物主要产自振动筛及高温炉。振动筛是利用振子激振所产生的往复旋型振动而工作的，由于振动筛工作时整个筛箱是振动的，其集尘罩为负压，运行过程中滤布被筛箱内部负压所吸，易使其滤布与其吊耳相互摩擦而产生一定的粉尘，而且加工物料进入料漏斗时落下弹起的过程中也会产生一定量的粉尘，从而降低加工车间的环境质量，并且在一定程度上会缩短振动筛的使用寿命。另外，高温炉的工作原理是基于能量守恒定律，由电能转化为热能，从而达到对材料进行加热的目的；在加热过程中，高温炉会改变其周围的气体温度，从而进一步改变气体的运动方向，气体会带着污染粉尘扩散至车间其他地方，扩大污染范围。这会直接影响到车间空气环境质量，并且对职工的健康带来一定的危害，若污染气体及粉尘在排向室外时没能得到较好的净化，也会给室外空气环境质量造成一定的损害。

我们在设计此套通风除尘系统时，充分考虑振动筛及高温炉的工作特点，依据其工作特点选定适当、合理的排风罩类型，根据其工作台的尺寸大小确定排风罩的尺寸，计算风量大小；接着根据污染物特点选定净化装置；然后用风管将系统中的设备或部件连接起来，合理布置网管、决定管道尺寸、材料等，从而达到适用、省工、省材的目的；最后通过水利计算选定系统风机。

2 车间简介

某车间有5个工作平台，其中3个为振动筛（1#、2#、3#），尺寸为：E=9000mm，l=600mm，振动筛工作时会产生一定的污染粉尘，在空气中悬浮，在二次尘化作用下会扩大污染范围直至整个加工车间，增大了车间职工的职业患病机率；另外2个为高温炉（4#、5#），尺寸均为1.0×1.0m；炉内温度为500℃，室温仅有20℃，高温炉会使其上方空气受热膨胀、扩散，使污染物进一步分散到车间各处及室外，会对大气造成污染，影响人体健康及动植物的生长。车间平面如下图1所示：

图1 生产车间的平面图

3 系统划分

系统划分的原则是：

（1）空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划分一个系统。

（2）生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为一个系统。

（3）对下列情况应单独设置排风系统：

1）两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或爆炸；

2）两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性的混合物或化合物：

3）两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘；

4）散发剧毒物质的房间和设备；

5）建筑物内设有存储易燃易爆物质的单独房间或有防火防爆要求的单独房间。

（4）除尘系统的划分应符合下列要求：

1）同一生产流程、同时工作的扬尘点相距不远时，宜合设一个系统；

2）同时工作但粉尘种类不同的扬尘点，当工艺允许不同粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，也可合设一个系统；

3）温湿度不同的含尘气体，当混合后可能导致风管内结露时，应分设系统。

（5）如排风量大的排风点位于风机附近，不宜和远处排风量小的排风点合为同一系统。增设该排风点后会增大系统总阻力。

根据系统划分原则，三个振动筛1#、2#和3#为一个生产流程，切扬尘点相距不远，因此可设为一个系统C1。由于4#和5#产生的含尘气体与其他三个工作台产生的含尘气体的温湿度不同，为避免其混合后导致风管内结露，所以4#和5#工作台另设为一个系统C2。

4 加工车间通风除尘系统设计

4.1 排风罩的选择及风量计算

局部排风罩是局部排风系统的重要组成部分。通过局部排风罩口的气流运动，可在污染物质散发地点直接捕集污染物或控制其在车间的扩散，保证室内工作区污染物浓度不超过国家标准的要求。设计完善的局部排风罩，用较小的排风量即可获得最佳的控制效果。

设计局部排风罩时应遵循以下原则：

（1）局部排风罩应尽可能靠近污染物发生源，使污染物局限于较小空间，尽可能减小其吸气范围，便于捕集和控制。

（2）排风罩的吸气气流方向应尽可能与污染气流运动方向一致。 （3）已被污染的吸入气流不允许通过人的呼吸区。设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围。

（4）排风罩应力求结构简单、造价低，便于制作安装和拆卸维修。 （5）与工艺密切相结合，使局部排风罩的配置与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作。

（6）要尽可能避免或减弱干扰气流,如穿堂风、送风气流等对吸气气流的影响。

4.1.1 振动筛工作台排风罩的选用及风量计算

由于振动筛不易密闭，故我们应尽可能的将排风罩设在污染源附近，依靠找扣的抽吸作用，在污染物发散地点造成一定的气流运动，把污染物吸入罩内，所以我们选定外部吸气罩为C1系统的排风罩。振动筛尺寸E=900mm ，l=600mm ，粉尘散发速度为0.4m/s ,周围气流干扰速度u=0.4m/s 。

将外部吸气罩安置在污染源上方，为减少干扰气流的影响，在吸气找的一个长边设有挡板；综合结构、速度分布、阻力三方面的因素，确定两短边之间的夹角（即扩张角）为120°。

根据a H 3.0≤，取m H 4.0=，

罩口尺寸：长边m A 22.14.04.029.0=??+= 短边m B 92.04.04.026.0=??+=

由于罩口的平面尺寸较大，因此采取图3所示的措施： 因一长边设有挡板，罩口周长为：

m P 06.392.0222.1=?+=

取控制速度s m V x 25.0=，

排风量为：

s m KPHV L x 343.025.04.006.34.1≈???==

图3 保护罩口气流均匀的措施

4.1.2 高温炉工作台排风罩的选用及风量计算

高温炉在工作过程中会产生或诱导一定的气流运动，带动污染物一起运动，所以系统C2的排风罩选用热源上部接受式排风罩。将接受罩安置在高温炉上方0.5m 处；两短边之间的夹角（即扩张角）为120°，确保该角度达到排风罩局部阻力系数最小区域。高温炉尺寸均为1.0×1.0m ；炉内温度为500℃，室温仅有20℃。

热源流收缩断面至热源的距离：

H m A H P >=?==5.1]

11[5.15.12

1

因此该接受罩为低悬罩。由于低悬罩位于收缩断面附近，罩口断面上的热射流横断面积一般小于（或等于）热源的平面尺寸。在横向气流影响小的场合，排风罩口尺寸应比热源尺寸扩大150~200mm 。

罩口尺寸：长mm A A 120020010002001=+=+=

宽mm B B 120020010002001=+=+=

由于罩口的平面尺寸较大，因此采取措施如图4所示 风量计算：

m B H Z 76.1126.15.026.1=?+=+=

热源的对流散热量为：

s kJ s J t

F tF Q 39.606.6389)

20500()11(7.17.13

4

3

4

≈≈-???=?=?=α

热射流收缩断面上的流量为：

m Z

Q L 32

33

1

2

33

1017.076

.1)39.6(04.004.0≈??==

取罩口风速为s m v 5.0'=，排风罩排风量为：

s m F v L L 3''093.05.0)112.12.1(17.0≈??-?+=+=

图4 保护罩口气流均匀的措施

4.2 净化装置的选择

要有一个清洁的空气环境，排入大气中的污染气体必须进行净化处理，达到国家大气污染物排放标准要求后才允许排放。空气的净化分为两类净化：颗粒物的净化和有害气体的净化。

除尘器是将粉尘从含尘气流中分离出来的设备，根据其除尘机理的不同,通常将除尘设备分为六大类：重力除尘、惯性除尘、离心力除尘、过滤除尘、洗涤除尘、静电除尘。

选择除尘器时必须全面考虑各种因素的影响，如处理风量、除尘效率、阻力、一次投资、维护管理。各种常用除尘器的综合性能如表1所示：

表1 各种常用除尘器的综合性能表

除尘器名称 适用的粒径范围（μm ） 效率（％） 阻力（Pa ）

设备费 运行费 重力沉降室 ＞50 ＜50 50～130 少 少 惯性除尘器 20～50 50～70 300～800 少 少 旋风除尘器 5～15 60～90 800～1500 少 中 水浴除尘器 1～10 80～95 600～1200 少 中下 卧式旋风水膜 ≥5 95～98 800～1200 中 中 冲激式除尘器 ≥5 95 1000～1600 中 中上 电除尘器 0.5～1 90～98 50～130 大 中上 脉冲袋式除尘器 0.5～1 98～99.5 300～500 大 大 袋式除尘器 0.5～1 95～99

1000～1500

中上 大 文丘里除尘器

0.5～1

90～98 4000～10000

少

大

有害气体的净化方法主要有四种：燃烧法、冷凝法、吸收法和吸附法。低浓度的气体的净化通常采用吸收法和吸附法，它们是通风排气中有害气体的主要净化方法。

4.2.1 振动筛净化装置的选择

振动筛在工作过程中主要产生污染物颗粒为粘土，而该粘土的粒径约为10-20mm，所以该系统采用旋风除尘器作为其净化装置。旋风除尘器结构简单、体积小，维护方便；其基本组成有筒体、锥体、排出管三部分。含尘气流由切线进入除尘器，沿外壁由上向下作螺旋形旋转运动，这股向下旋转的气流称为外涡旋。外涡旋到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转，最后经排出管排出。这股向上旋转的气流称为内涡旋。向下的外涡旋和向上的内涡旋，两者的旋转方向是相同的。气流作旋转运动时，尘粒在惯性离心力的推动下，要向外壁移动。到达外壁的尘粒在气流和重力的共同作用下沿壁面落入灰斗。根据振动筛C1系统的实际情况，C1系统的净化装置选择GQX-F/8型旋风式除尘器，它的具体参数如表2所示，结构图如图5所示。

表2 GQX-F/8型旋风式除尘器的具体参数

处理烟气量

配用锅炉

图5 GQX-F/8型旋风式除尘器的结构图

4.2.2 高温炉净化装置的选择

高温炉在工作过程中会产生高温烟气，由于所产生的烟气温度较高，烟气中污染物粒径较小，所以宜采用旋风除尘器作为净化装置。利用气流旋转过程中作

用在尘粒上的惯性离心力，使尘粒从气流中分离的设备，它结构简单、体积小、维护方便。根据高温炉C2系统的实际情况，C2系统的净化装置选择XZZ-Ⅱ-560型旋风式除尘器，它的具体参数如表3所示，结构图如图6所示。

表3 XZZ-Ⅱ-560型旋风式除尘器的具体参数

风量

进口风速

图6 XZZ-Ⅱ-560型旋风式除尘器的结构图

4.3 风管的确定

通风系统中的风管把系统中的各种设备或部件连成了一个整体。合理选定风管中的气体流速，管路力求短、直，对提高系统的经济性有很大帮助。

4.3.1 风管的截面形状及管道定型化

风管截面形状有圆形和矩形两种。两者相比，在相同断面积时圆形风管的阻力小、材料省、强度也大；而且圆形风管直径较小时比较容易制造，保温亦方便。当风管中流速较高，风管直径比较小时，例如除尘系统和高速空调系统都采用圆形风管。焊接车间通风设计属于除尘系统，管内流速较高，阻力较大，因此C1系统选择圆形风管。同样C2系统也选择圆形风管。

为最大限度地利用板材，实现风管制作、安装机械化、工厂化，所用管道应符合《通风管道统一规格》。

4.3.2 风管的材料

用作风管的材料有钢板、硬聚氯乙烯塑料板、胶合板、纤维板、矿渣石膏板、

砖及混凝土等。风管材料应根据使用要求和就地取材的原则选用。实际生产中钢管是最常用的材料，有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种。它们的优点是易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高温度。镀锌钢板具有一定的防腐性能，适用于空气湿度较高或室内潮湿的通风、空调系统，有净化要求的空调系统。。除尘系统因为管壁磨损大，通常用厚度为3.0-5.0mm的钢板，能承受较大的冲击力。

根据车间实际情况，风管材料要求耐磨损耐高温，阻力较小。故振动筛和高温炉风管材料均选择钢板。

4.3.3 风管的布置

风管布置应考虑以下因素：

1）除尘系统的排风点不宜过多，以利各支管间阻力平衡。

2）除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设，倾斜敷设时与水平夹角最好大于45，必须水平敷设或倾角小于30°时，应采取措施，如加大流速、设清扫口等。

3）在除尘系统小，为防止风管堵塞，风管直径不宜小于下列数值：

排送细小粉尘80mm；

排送较粗粉尘100mm；

排送粗粉尘130mm。

4）排除含有剧毒物质的正压风管，不应穿过其他房间。

5）风管上应设置必要的调节测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定孔和采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作和观察的地点。

6）风管的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件要安排得当，与风管的连接要合理，以减少阻力和噪声。

综合以上理论知识，再结合车间结构特点，我们将C1、C2系统的通风管道均设为蟹爪形，分别见附图二（某企业加工车间C1通风除尘系统轴测图）、附图三（某企业加工车间C2通风除尘系统轴测图）。

5 水力计算

5.1 C1系统水力计算

（1）绘制通风系统轴测图，对各管段进行编号，标出各管段长度和各排风点的排风量。

（2）选定最不利环路，此通风系统选择1-3-5-除尘器-6-风机-7为最不利环路。

（3）根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。

根据表4，输送含有粘土的空气时，风管内最小风速为，垂直风管为13m/s 、水平风管为16m/s 。

表4 除尘风管最小风速（m/s ）

粉尘类型

粉尘名称 垂直风管 水平风管 矿物粉尘

粘土

13 16 石灰石 14 16 水泥

12

18

考虑到除尘器及风管的漏风，管道6及7的计算风量为：

m L 3487605.14644=?=

管段1

根据)43.0(1548331s m h m L =、s m v 131=，由工业通风第四版附录9查出管径和单位长度摩擦阻力。所选管径应尽量符合附录8的通风管道的统一规格。

mm D 2001= m Pa R m 0.111=

同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，具体结果见表5。 （4）确定管段2、4的管径及单位长度摩擦阻力，见表5。 （5）查工业通风第四版附录10，确定各管段的局部阻力系数。 1）管段1

设备为外部吸气罩，查文献得：

21.0=ζ

90弯头()5.1=D R 一个，

17.0=ζ

圆形三通（1→3） 90=α：

5.013=L L

查表得:

03.01=ζ

41.003.017.021.0=++=∑ζ

2）管段2

与管道1所求方法一致，可得

41.0=∑ζ 3）管段3

直流三通（3→5）， 30=α

543F F F =+

44.03002002254==F F

33.04644154854==L L

查表得：

15.035=ζ

4）管段4

设备为外部吸气罩，查文献得：

21.0=ζ

90弯头()5.1=D R 一个，

17.0=ζ

直流三通（4→5）， 30=α

61.045=ζ

99.061.017.021.0=++=∑ζ

5）管段5

除尘器进口变径管（渐扩管）

除尘器进口尺寸为：mm mm 430400?，变径管长度mm l 300=。

43.0300

30043021=-?=αtg ， 3.23≈α

查表得：

6.0=ζ

6）管段6

除尘器出口变径管（渐缩管）

除尘器出口尺寸：mm mm 430400?，变径管长度mm l 150=。 53.0150

35043021=-?=αtg ， 28=α

查表得：

1.0=ζ

90弯头()5.1=D R 2个，

34.017.02=?=ζ

风机进口渐扩管，进口直径mm D 500=，变径管长度mm l 300=

04.25002260==F F

25.0300

35050021=-?=

αtg 、 14=α 查表得：

11.0=ζ

55.011.034.01.0=++=∑ζ

7）管段7 风机出口渐缩管

风机出口尺寸：mm mm 280364?、mm D 3507=，

06.1096.0102.07==F F 出口

0≈ζ

带扩伞管的伞形风帽()5.0=D h ，6.0=ζ

60.0=∑ζ

（6）计算各管段的沿程摩擦阻力和局部阻力，计算结果如表3所示。 （7）对并联管路进行阻力平衡 1）汇合点A ：

57.1621=?P 、67.1632=?P

%10%167

.16357.16267.163212<=-=??-?P P P

符合要求

2）汇合点B ：

92.30635.14457.16231=+=?+?P P 、39.1664=?P

()%10%8.4592

.30639

.16692.3063

14

31>=-=

?+??-?+?P P P P P

为了使3、4达到阻力平衡，改变4的管径，增大其阻力。

mm D D 3.17492.30639.166225

.04'

4=?

?

?

??=

根据通风管道统一规格，取mm D 180"4=，其对应的阻力为：

7.26518020039.166"225

.01

4=?

?

?

??=?P

()%20%4.1392

.3067

.26592.3063

1'

'431<=-=

?+??-?+?P P P P P

仍处于阻力不平衡状态，因此取mm D 180"4= ，在运行时再辅以阀门调节，消除不平衡。

（8）计算系统的总阻力：

Pa P 47.1926120005.1133.942.21235.14457.162=+++++=?

（9）选择风机

风机风量 h m L L f 35589486015.115.1=?== 风机风压 Pa P P f 4.221547.192615.115.1=?=?=

选用4-68型NO.4-4A 风机

h m L f 35633= Pa P f 1970=

风机转速m in 2900r n =皮带传动，

配用2322-JO 型电动机，电机功率为kW N 4=。

表5 C1系统的除尘系统水力计算表

管段编号

流量

（m3/h

(m3/s)

长度l(m)

管径

D(mm)

流速v

(m/s)

动压Pd

(Pa)

局部阻力

系数Σξ

局部

阻力

Z（Pa)

单位长

度摩擦

阻力

摩擦阻力

1

m

R

(Pa)

管段阻力

1

m

R+Z

(Pa)

备注

1 1548（0.43）11 200 13 101.4 0.41 41.57 11 121 162.57

3 3096（0.86）9.7 300 16 153.6 0.15 23.1 12.5 121.25 144.35

5 4644（1.29）12 300 1

6 153.6 0.60 92.2 10 120 212.2

6 4860（1.35）

7 350 13 101.4 0.55 55.

8 5.5 38.5 94.3

7 4860（1.35）9.5 350 13 101.4 0.60 60.8 5.5 52.25 113.05

2 1548（0.43）11.1 200 1

3 101.

4 0.41 41.57 11 122.1 163.57

4 1548（0.43）11 200 13 101.4 0.99 100.39 11 66 166.39 阻力不平衡4 1548（0.43）180 18

除尘

器

1200

14

5.2 C2系统的水利计算

（1）对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。

（2）选定最不利环路，本系统选择1-3-除尘器-4-风机-5为最不利环路。 （3）根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。

根据表6，输送含有粘土的空气时，风管内最小风速为，垂直风管为16m/s 、水平风管为18m/s 。

表6 除尘风管最小风速（m/s ）

粉尘类型 粉尘名称 垂直风管 水平风管 矿物粉尘

灰土、砂尘 16 18 干细型砂 17 20 金刚砂、刚玉粉

15

19

考虑到除尘器及风管的漏风，管道4及5的计算风量为：

h m L 34.294805.12808=?=

管段1

根据)39.0(1404331m h m L =、s m v 181=，由工业通风第四版附录9查出管径和单位长度摩擦阻力。所选管径应尽量符合附录8的通风管道的统一规格。

mm D 1801= m Pa R m 0.221=

同理可查得管段3、4、5的管径及比摩阻，具体结果见表7 （4）确定管段2的管径及单位长度摩擦阻力，见表7。 （5）查工业通风第四版附录10，确定各管段的局部阻力系数。 1）管段1

接受罩，查文献得：

36.0=ζ

90弯头()5.1=D R 两个，

34.0217.0=?=ζ

直流三通（1→3），o 45=α

67.022********≈=F F 6702201802231 ≈=F F

0.121=L L

查表得:

26.031=ζ

96.026.034.036.0=++=∑ζ