大气课设

摘要

本文主要针对水泥分装车间除尘系统进行设计计算。水泥工业是我国一大支柱产业，为我国建设事业做出过很大贡献。但其粉尘排放对环境造成的污染尤为严重，如果对粉尘不加以治理，将会给经济带来很大损失。如今我国水泥厂使用的除尘方式有多种，本文主要通过与其他除尘设备比较，并对相关工艺参数进行简要分析，从而找出最佳除尘方案。

关键词：水泥厂车间除尘袋式除尘器

目录

1 说明书 (1)

1.1 设计基本概况 (1)

1.1.1设计概况 (1)

1.1.2 除尘净化系统的意义 (1)

1.1.3 设计的原始资料 (2)

1.1.4 提交设计成果 (2)

2 水泥厂分装车间除尘系统设计及计算 (4)

2.1 确定除尘系统设计方案 (4)

2.2 集气罩的设计 (4)

2.2.1集气罩的计算 (5)

2.2.2集气罩排风量的计算 (5)

2.2.3集气罩的压力损失计算 (6)

2.3除尘器的选型 (6)

2.3.1除尘器的相关计算 (6)

2.3.2除尘器的选定 (6)

2.4管道的设计 (12)

2.4.1管道系统布置 (13)

2.4.2管道设计计算 (13)

2.4.3管道压力平衡 (17)

2.4.4除尘系统总压力损失 (17)

2.5 风机及配用电机的选择与确定 (18)

2.6 烟囱的设计计算 (19)

3 小结 (20)

参考文献 (21)

水泥分装车间除尘系统设计

1 说明书

1.1 设计基本概况

1.1.1设计概况

本文为某水泥厂分装车间除尘系统的设计。运用之前课堂上所学理论知识进行净化系统的简单设计，并通过设计了解工程设计的内容、方法及步骤，来培养学生确定大气污染控制系统设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料及编写说明书的能力。

1.1.2 除尘净化系统的意义

水泥厂中有许多生产过程产生粉尘，如矿山开采、原料破碎、烘干、研磨、煅烧及粉状物料运输过程等，都不可避免地产生粉尘。如果不加以控制，这些粉尘会对工作人员的身体造成很多的隐患，特别是在矿山与生料磨系统中产生的活性二氧化硅，可导致硅肺病等职业病的发生。一般粉尘浓度在 20mg/m3以上肉眼就看得到，粒径在 30μm 以上的粉尘肉眼便可看到，5～10μm 的粉尘可在鼻腔或上呼吸道中除去，3～5μm 的粉尘在呼吸道中可除去，1～3μm 的粉尘则要在肺泡中除去，0.1～1μm 的粉尘会在肺泡中沉积，小于 0.1μm 的粉尘可与人体呼吸空气一起进出。一般来说，小于 5μm 的粉尘可能会被吸入呼吸道，沉积在呼吸道以上的粉尘都可通过人体内部的分泌液排出体外，停留在肺部的粉尘则可能会造成硅肺病、肺部硬化等。粉尘如果落到机器上，会加速各种机件的磨损，造成设备使用寿命及运转率缩短，降低控制设备的精度及可靠性，建筑物中积灰过多会造成增加负荷，影响外观，农作物如果受到粉尘污染会造成减产。粉尘如果不进行回收，会增加原料、燃料及动力消耗，水泥生产中粉尘的产生量约为 6～

12%。由此可见做好水泥厂收尘工作，对于保护人体健康、提高生产效率、降低生产成本、保护生态环境有着非常重要意义。

1.1.3 设计的原始资料

表1—1 各扬尘点的设计风量估算表

表1—2粉尘粒径分布

粉尘进口浓度为2000mg/m3，要求处理后的粉尘排放浓度低于100 mg/m3。其他所需数据查找手册或其他文献。

1.1.4 提交设计成果

设计说明书内容应包括：净化系统设计方案的分析确定；除尘器的比较选择，确定除尘器的类型，规格及型号，并确定其主要运行参数；管网布置及计算，计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统的总阻力；风机及电机的选择设计，根据净化系统处理的气体量、烟气温度、系统阻力等计算选择风机种类、型号及电机型号和功率。设计说明书应按设计程序编写，包括方案的确

定，设计计算、设备选型和有关设计的简图等内容。设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺、内容正确完整。

设计图纸除尘系统平面布置图，除尘器结构及尺寸图。图纸应按比例绘制，标出设备、管件标号，并附设备材料明细表。较复杂的图可用A2或A3纸，一般用A4图纸。

2 水泥厂分装车间除尘系统设计及计算

空气污染物在车间的扩散机理是污染物依附与气流而扩散的。因此，对于生产过程散发的污染物，只要控制室内二次气流的运动，就能控制污染物的扩散和飞扬，进而达到改善车间内外空气质量的目的。这是局部排气通风方法控制污染物的依据。

水泥厂分装车间的粉尘控制就采取局部净化系统。局部排气净化系统由集气罩、风管、净化设备、通风机，烟囱等部分组成。本章就局部排气净化系统的各部分设计计算陈述如下：

2.1 确定除尘系统设计方案

水泥厂分装车间产生的粉尘主要为成品水泥，细小颗粒物，组成单一，性质稳定，温度不高。由于排放点均处于室内，故采用局部净化系统。由于车间内布局紧凑，有三个抽风点，故采用集中式除尘系统。

2.2 集气罩的设计

集气罩一般分为三类：密闭式，半密闭式，外部集气罩等，本车间采用外部集气罩集气罩设计内容主要包括结构形式设计及性能参数计算。集气罩设计得合理，使用较小的排风量就可以有效的控制污染物的扩散。设计时应注意以下几点：（1）集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物的扩散限制在最小范围内，以便防止横向气流的干扰，减小排风量。

（2）集气罩的吸气方向尽可能与污染气流的运动方向一致，充分的利用污染气流的初始动能。

（3）尽量减少集气罩的开口面积，减少排风量。

（4）集气罩的吸气气流不允许先经过工人的呼吸区再进入罩内。

（5）集气罩的结构不应妨碍工人操作和设备检修。

2.2.1集气罩的计算

鉴于灌装设备的结构和车间内的布置方式，为了更好地收集粉尘，控制污染物的扩散和操作的方便，采用伞形上吸罩。根据灌装设备尺寸，台数，设计三个集气罩。

2.2.2集气罩排风量的计算

①号集气罩： 由已知排风量h m 33600Q =，0.75C =；

查表（大气污染控制工程书表13—2），控制速度设为s m v x 5.1=，控制距离m x 2.0=

根据公式

x A x C Q υ)10(02+=可得 5.1)4

2.010(75.0360036002

2?+??=d π 解得：m d 789.0=，取m d 1= 反算排风量：h m Q /36555.1)48.014.32.010(75.032

2

'

1=??+??= ②③号集气罩： 假定最小排风量h m 32000Q =，0.75C =

查表（大气污染控制工程书表13—2），控制速度设为s m v x 5.1=，控制距离

m x 2.0=。根据公式x A x C Q υ)10(02+=可得

5.1)4

2.010(75.0360020002

2?+??=d π 解得：m d d 35.032==，取m d d 4.032== 反算排风量：h m Q Q /21295.1)44.014.32.010(75.032

2

'3'

2=??+??==

则总排风量为h m Q Q Q /79132321=+=

2.2.3集气罩的压力损失计算

根据《大气污染物控制工程及应用实例》表 10-1 几种罩口的流量系数和局部阻力系数选择，知设计排风量压力系数ξ=0.235

根据集气罩压力损失的公式：Δ P=22

V ρξ

式中，ξ——压力损失系数，V ——气流速度，m/s ，ρ ——气流密度，kg/m 密度根据经验取 1.34 kg/m 3 ，V 取管道中的速度，m/s

a p p p 97.1172.82

34.1235.0221=??=?=? a p p 79.103=? 2.3除尘器的选型

在选择除尘器时，应考虑以下因素：（1）粉尘发生设备的结构，原料，成品核燃料的种类，操作条件和含尘气体的性质和量 （2）使用除尘器的目的，需要捕集粉尘的特性和价值，捕集量等情况以组合成最经济的除尘系统有保证适宜的除尘效率 （3）在除尘器的维护管理上，考虑由于粉尘性质不同和操作条件变化处理措施。

2.3.1除尘器的相关计算

（1）除尘器的流量

Q=7913h m /3

（2）除尘器的效率

%952000

10011=-=-=C C s η 2.3.2除尘器的选定

I 国内外除尘设备

现在用的除尘方法有很多种，主要可分为干式除尘和湿式除尘。干式除尘包括有：电除尘器，袋式除尘器，旋风除尘器等，而湿式除尘器有各种型式的喷淋塔、离心喷淋洗涤除尘器和文丘里式洗涤器等。

（1）电除尘器

电除尘器是利用静电力实现粒子与气流分离的一种除尘装置。在阴极(与高压直流电源相连)与阳极(接地)之间施加直流高压，使阴极发生电晕放电，气体分离，生成大量的自由电子和正负离子在阴极附近的所谓电晕区内正离子立即被阴极吸引过去而失去电荷。自由电子和负离子则因受电场力的驱使向阳极(正极)移动，并充满到两极间的绝大部分空间。含尘气流通过电场空间时，自由电子、负离子与粉尘碰撞并附着其上，实现了粉尘的收集。

电除尘器具有如下的优点：

电除尘器的除尘效率高。

（b）可以净化气体量较大的烟气。

（c）电除尘器能够除下的粒子粒径范围较宽，对于粒径≤0.1μm 的粉尘粒子仍有较高的除尘效率。

（d）可净化温度较高的含尘烟气。

（e）电除尘器结构简单，气流速度低，压力损失小，干式清灰电除尘器压力损失约为 0.1～0.2kPa。

（f）电除尘器的能耗比其它类型除尘器低。

（g）电除尘器自动化程度高，可以实现微机控制，远距离操作。

电除尘器具有如下缺点：

（a）建造电除尘器一次投资费用高，钢材消耗量较大。据估算，平均每平方米收尘面积所需钢材大约为 3.0～4.0t。

（b）电除尘器的除尘效率受粉尘物理性质影响很大，特别是粉尘的比电阻的影响更为突出。电除尘器最适宜捕集比电阻为 104～1011Ω·cm 的粉尘粒子。净化小于 104Ω·cm 或大于 1011Ω·cm 粉尘粒子，除尘效率较低。

（c）对制造和安装质量要求较高。

（d）需要高压变电及整流控制设备。

（2）袋式除尘器

袋式除尘器的过滤机理是一个综合效应的结果，如重力、惯性力、碰撞、静电吸附、筛滤作用等。当含烟尘、粉尘气体经进气口进入除尘器，较大的粉尘颗粒因截面积的增大，风速下降，而直接沉降；较小的烟尘、粉尘颗粒被滤袋阻留在滤袋表面。经过滤袋的净化气体，经出气口，由引风机排出。随着过滤的不断进行，滤袋表面的烟尘、粉尘越积越多，滤袋阻力不断升高，当设备阻力达到一定的限值时，滤袋表面积聚的烟尘、粉尘需及时清除；在外力（主要是脉冲压缩气体、反吹风气体、机械振打等）的作用下，抖动和反吹滤袋，将附着在滤袋表面的烟尘、粉尘清除，使滤袋再生，周而复始，实现连续过滤，以保证设备连续稳定运行。

图 1－2 袋式除尘器

袋式除尘器的主要优点有：

（a）除尘效率高，特别是对微细粉尘也有较高的效率，一般可达 99%以上。

（b）适应性强，可以捕集不同性质的粉尘。

（c）使用灵活，处理风量可由每小时数百立方米到每小时数十万立方米。

（d）结构简单，可以因地制宜采用简单的所谓“土布袋除尘器”，在条件允许时也可采用效率更高的脉冲喷吹袋式除尘器。

（e）工作稳定，便于回收干料，没有污泥处理、腐蚀等问题，维护简单。

袋式除尘器的主要缺点有：

（a）袋式除尘器的应用范围主要受滤料的耐温、耐腐蚀性等性能的局限，特别是在耐高温方面，目前常用的滤料适用于 120～130℃，而玻璃纤维等滤料可耐250℃左右，烟气温度更高时，或者要采用造价高的特殊滤料，或者要采取烟气降温措施。这会使系统复杂化，造价也高。

（b）袋式除尘器不适宜于粘结性强及吸湿性强的粉尘，特别是烟气温度不能低于露点温度，否则会产生结露，致使滤袋堵塞。

（e）处理风量大时，袋式除尘器占地面积较大。袋式除尘器原来的一些缺点（如换袋困难、劳动条件差等）已随着技术的改进而得到一定程度的克服。

（3）旋风除尘器

旋风除尘器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置。当含尘气流由进气管进入旋风除尘器时，气流将由直线运动变为圆周运动。密度大于气体的尘粒与器壁接触便失去惯性力而沿壁面下落，进入排灰管。旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部，由下而上继续做螺旋形流动。最后净化气经排气管排出器外。一部分未被捕集的尘粒也由此逃失。

图 1－3 旋风除尘器

旋风除尘器具有以下优点：

（a）设备结构简单，造价低；

（b）除尘器中没有活动部件，维护方便；

（c）可以耐高温，例如可耐达 400℃高温，如采用特殊的耐高温材料，还可以耐受更高的温度；

（d）可以承受高压（正压和负压），用以对高压气体进行除尘；

（e）采用干式旋风除尘器，可以捕集干灰，便于粉料的回收利用；

（f）除尘器内敷设耐磨内衬后，可用以净化含高磨蚀性粉尘的烟气。

旋风除尘器的缺点是：

（a）对捕集微细粉尘的效率不高；

（b）由于除尘效率随筒体直径增加而降低，因而单个除尘器的处理风量有一定的局限。处理风量大时，要采用多个旋风除尘器并联，设置不当，对除尘性能有严重影响。

（4）湿式除尘器

湿式除尘器是用洗涤水或其它液体与含尘气体相互接触实现分离捕集粉尘粒子的装置。它是基于含尘气体与液体接触，借助于惯性碰撞、扩散等机理，将粉尘予以捕集。这种方法简单、有效，因而在实际中得到相当广泛的应用。

与其他除尘器相比，湿式除尘器较具有以下优点：

（a）在消耗同等能量的情况下，湿式除尘器的除尘效率要比干式的高，高能湿式洗涤器对于小至 0.1μm 的粉尘仍有很高的除尘效率；

（b）湿式除尘器适用于处理高温、高湿烟气以及粘性大的粉尘。在这些情况下，采用干式除尘器往往要受到各种条件的限制；

（c）很多有害气体可以采用湿法净化，因此在这些情况下湿式除尘器可以同时除尘和净化有害气体。为了更有效地净化有害气体，可以根据有害气体的性质选用其他液体（例如化学溶剂）代替水；

（d）湿式除尘器结构简单，一次投资低，占地面积少；

（e）湿式除尘器安全性好，可有效地防止设备内可燃性粉尘的燃烧、爆炸，但对特殊粉尘要注意工作液体的成分，如氧化镁粉尘不能与酸性溶液接触，以免产生氢气发生爆炸事故。

湿式除尘器的缺点主要有：

（a）从湿式除尘器中排出的泥浆要进行处理，否则会造成二次污染；

（b）当净化有腐蚀性的气体时，化学腐蚀性转移到水中，因此污水系统需使用防腐材料加以保护；

（c）湿式除尘器不适用于憎水性和水硬性粉尘；

（d）排气温度低，不利于排气的抬升、扩散，还可能出现白烟。如进行尾气再热，则需消耗能量；

（e）在寒冷地区使用湿式除尘器要防止冬季结冰。由于湿式除尘器对细粉尘具有较高的除尘效率，且对高温气体的降温效果也很好，所以广泛用于高温气体的降温、除尘上，如炼铁高炉煤气、炼钢转炉炉气以及有色金属冶炼和化工生产中各种高温烟气净化。

表1－3 三种除尘器的简单比较

除尘器名称

适用粒径范围

μm

除尘效

率﹪

压力损失

Pa

旋风除尘器5～30 60～70 800～1500

电除尘器0.5～1 90～99 50～130

袋式除尘器0.5～1 90～99 1000～1500 II 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、维护管理，其中最重要的是除尘效率。

通过以上对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，以及水泥粉尘的性质。我们初步选用袋式除尘器对水泥厂车间的污染颗粒进行除尘。

其选择理由如下：

①除尘效率要高于95%，可选择有袋式除尘器、文丘里洗涤除尘器、电除尘器三种选择；

②袋式除尘器与电除尘器相比，前者结构简单、投资省、运行稳定，还可以回收因比电阻高而难于回收的粉尘；

③袋式除尘器与文丘里洗涤除尘器相比，前者动力消耗小，回收的干粉尘便于综合利用，而且不存在泥浆处理；

④袋式除尘器的结构简单、易清灰，除尘效率一般可达95%-99%，且压力损失适中，投资运行费用也比较经济。

因此，对于细小而干燥的粉尘，采用袋式除尘净化是适宜的。

III 除尘器的选型

根据除尘器的最大风量和动力要求我们选袋式除尘器的型号为54-LD18型机械振打袋式除尘器，具体参数如下：

①滤袋数N=54条，滤袋直径D=(130~140)mm ，滤袋分3排，每排18条。 ②风量Q=6750-8100m3/h.

③力（压力损失）Pa P 980~784=?

④滤面积A=50m2.

⑤具体尺寸： mm mm mm 160219581556

??=??高宽长 ⑥除尘器电机型号为JO221-4(N=1.1KW)

对滤料的要求：

滤料是组成袋式除尘器的核心部分，根据水泥粉尘的性质，水泥颗粒属于磨损力很强的粉尘，可以选用尼龙织布滤料，它的耐磨性很好。

2.4管道的设计

管道系统的设计时净化系统设计中不可缺少的重要组成部分，合理的设计施工和使用管道系统，不仅能充分发挥净化装置的性能，而且直接关系到设计

和运转的经济合理性，其设计主要包括三个方面的内容：管道系统的布置，管道设计计算，管道保护。

2.4.1管道系统布置

管道系统的布置关系到整个系统的整体布局，因此应从整体出发对全车间管

图1—3管道布置流程图 2.4.2管道设计计算

I 管道管径的计算

据《大气污染控制控制设计手册》表 10-5 管道内各种流体常用流速范围查得粉尘常用流速在 V=10-20 m/s 内，水泥粉尘在垂直管段 8-12m/s ，水平管 18-22m/s 由 4/2v d Q π=

(1)管段 1-2 3-2当 Q=2129 m3 / h 时取 V=10 m/s

据 4/2v d Q π=得 d=276mm 圆整取 300 mm 圆管并取风道

内径 mm d 296223001=?-=,则可算出实际气流速度 V 实=8.72m/s

当管段 5-4，Q=1.02s m /3 时取 V=10 m/s

据 4/2v d Q π=得d=360mm 圆整取 400 mm 圆管并取风道

内径 mm d 396224002=?-=,则可算出实际气流速度 V 实=8.28m/s

管段 2-4 2.16.0232=?=+=Q Q Q s m /3时取 V=20s m /

据4/2v d Q π=得 d=276mm 圆整取 300mm 圆管并取风道

内径mm d 296223003=?-=,则可算出实际气流速度V 实=17.44m/s

（4）管段 4-6 Q=2.22s m /3 时，V 取 20m/s

据4/2v d Q π=得 d=376mm 圆整取 400mm 圆管并取风道

内径 mm d 396224004=?-=,则可算出实际气流速度 V 实=18.03m/s

(5)管段 7-8 8-9当Q=2.22 s m /3 时取 V=10m/s

据4/2v d Q π=得 d=532mm 圆整取 600mm 圆管并取风道

内径 mm d 596226005=?-=,则可算出实际气流速度 V 实=7.96m/s

II 管道沿程摩擦阻力损失计算

根据手册查的除尘风管阻力系数λ=0.02，ρ——气流密度，3/m kg 。密度根据经验取 1.34 kg/m

管段 1-2 3-2 据 Q= 2129 h m /3， d =296 mm ， V=8.72m/s ，L=3.75m 动压)(2/2a p v p ρ=?

摩擦压损)(22

a L p v d L p ρλ?=? 式中L ——管道长度，m d ——管道直径，m Ρ——烟气密度，3/m kg v ——管中气流平均速率，m/s

=?1L p 12.91a P

（2）管段 5-4据 Q=3655 h m /3 d=396 mm V=8.28m/s L=8m

摩檫压损为2L p ?=18.56Pa

管段 2-4 据 Q=4258h m /3 d=296 mm V=17.44 m/s L=4m

摩檫压损为3L P ?=55.08Pa

管段 4-6据 Q= 7913h m /3 d=396 mm V=18.03m/s L=8m

摩檫压损为4L P ?= 88Pa

（5）管段 7-8据Q=7913h m /3 d=596 mm V=7.96 m/s L=5m

摩檫压损为5L P ?= 7.12Pa

（6）管段 8-9 Q=7913h m /3 d=596mm V=7.96 m/s L=15m

摩檫压损为6L P ?= 21.37Pa

III 局部压力损失计算

全部管路中：有 9个 90°弯管，2个三通， 按手册的局部阻力系数查得90°弯管ξ=0.18 ，插板阀(全开) ξ=0.0 ，集气罩ξ=0.235 。

1m P ?=22

v ρξ

管道 1-2集气罩ξ=0.235 ，90°弯管 ξ=0.18 插板阀(全开) ξ =0.0 ，三通α=30° ，ξ=0.2

=∑ξ0.18+0.235+0.2=0.615

1m P ?=31.33Pa

(2)管道 3-2三通α=30°，ξ =0 集气罩，ξ =0.235，90°弯管 ξ =0.18 ，插板阀(全开) ξ=0.0

=∑ξ0.18+0.235=0.353

2m P ?=17.98Pa

（3）管道 5-4三通α=30°，ξ=0

=∑ξ0.18*5+0.235=1.135

3m P ?=52.13Pa

(4)管道2-4 90°弯管 ξ=0.18 ，三通α=30°，ξ=-0.15

=∑ξ0.08－0.15=0.03

4m P ?=6.11Pa

（5）管道 7-8

=∑ξ2*0.18=0.36

5m P ?=15.28Pa

除尘器压力损失

6m P ?=950Pa

管道 8-9渐扩选 f1/f0=1.5, α=30°, 0ξ=0.13 ，1ξ=0ξ*1.5*1.5=0.22 风帽选 h/D=0.5, ξ=1.3

=∑ξ 1.3+0.22=1.52

7m P ?=64.53Pa

2.4.3管道压力平衡

07.7583.3024.4431=+=?+?=?p p p a Pa

a b p p p 69.704=?=?

()%83.5%10007

.7569.7007.75=?-<10% 所以节点压力平衡。 2.4.4除尘系统总压力损失