噴漆車間通風除塵系統(tǒng)設計,噴漆,車間,通風,透風,除塵,系統(tǒng),設計 《大氣污染控制工程》課程設計 噴漆車間通風除塵系統(tǒng)設計 指導老師：楊家寬教授 課設編寫者：鄧威 班級：環(huán)工1102 學號：U201115834 華中科技大學環(huán)境科學與工程學院 2014年5月 目 錄 一、局部排氣通風系統(tǒng)的組成 3 二、局部排氣通風系統(tǒng)的設計 3 2.1 集氣罩 3 2.2 除塵設備 3 2.3 風管、風機 3 三、集氣罩 4 3.1 集氣罩的設計方針 4 3.2 方案選定 4 3.3 設計計算 5 四、管網(wǎng)的設計 5 4.1 管網(wǎng)類型的選擇 5 4.2 管段標號、管段流量及長度 5 4.3 選擇流速及管徑 6 4.4 摩擦阻力損失計算 6 五、布袋除塵器的選型 10 5.1 布袋除塵器的選擇思路 10 5.2 方案選定 11 5.3 設計計算 12 六、通風機的選型 13 6.1 風量 13 6.2 全壓 13 七、輸排灰裝置的設計 14 7.1 卸灰閥的選擇 15 7.2 螺旋輸送機計算 15 八、排氣筒出口設計 16 8.1 排氣筒出口尺寸計算 16 8.1 風帽設計 16 九、工程經(jīng)濟概算 17 8.1 設備投資 17 8.1 運行費用 18 十、致謝 18 十一、參考文獻 18 一、局部排氣通風系統(tǒng)的組成 局部排氣通風基本原理是通過控制局部氣流，使局部工作范圍不受有害物的污染，并且造成符合要求的空氣環(huán)境。典型的局部排氣通風系統(tǒng)如圖下所示，通常由集氣罩、除塵器、風管、風機等部分組成。 二、局部排氣通風系統(tǒng)的設計 1.集氣罩 集氣罩，是煙氣凈化系統(tǒng)污染源的收集裝置，可將粉塵及氣體污染源導入凈化系統(tǒng)，同時防止其向生產車間及大氣擴散，造成污染。其性能對凈化系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標有直接的影響。由于污染源設備結構和生產操作工藝的不同、集氣罩的形式是多種多樣的，要根據(jù)實踐情況進行合理的選擇。 2.除塵器 把粉塵從煙氣中分離出來的設備叫除塵器或除塵設備。除塵器的性能用可處理的氣體量、氣體通過除塵器時的阻力損失和除塵效率來表達。同時，除塵器的價格、運行和維護費用、使用壽命長短和操作管理的難易也是考慮其性能的重要因素。此次選擇布袋除塵器。 3.風管和風機 通風系統(tǒng)中用來輸送氣體的管道稱為風管，它把系統(tǒng)中的各種設備和部件連成一個整體。風管布置要合理，力求短、直、順。風管布置設計的好壞關系到管內流體的壓力損失大小，從而影響了風機的選擇。風機由電動機帶動，為空氣流動提供動力。為了防止風機的磨損和腐蝕，一般把它裝置在除塵設備的后面。 三、集氣罩 1.集氣罩的設計方針 （1）集氣罩應盡可能將污染源包圍起來，使污染物的擴散限制在最小的范圍內； （2）以便防止橫向氣流的干擾，減少排氣量； （3）在保證控制污染的條件下，盡量減少集氣罩的開口面積，以減少排風量； （4）集氣罩的吸氣氣流不允許經(jīng)過人的呼吸區(qū)再進入罩內； （5）集氣罩的結構不應妨礙人工操作和設備檢修。 （6）設計集氣罩時，盡量減少吸氣范圍，以增強控制效果。 2.方案選定 基于設計要求，不能為密閉罩。由于工作臺面積較小，可以考慮柜式排風罩，其將粉塵發(fā)生源圍擋在柜狀空間內，工作臺小，所以安裝費用不大，同時，柜式排風罩的流量較小，后面的管道直徑可以選小，風機也可以選相對較小功率的。 采用柜式排風罩，由于柜內沒有熱源，故不能在柜頂排氣，因為在柜頂?shù)脑挷僮骺谏暇夛L速偏大，可達孔口平均速度的150%，下緣風速則僅為平均風速的60%，有害氣體有可能從操作口下部泄露。為改善此情況，在柜狀空間的下部設置排氣點。 3.設計計算 排風量的計算： Q=3600vβA+V 式中 Q——排風量，m3 /h； v——工作口截面處平均吸氣速度，m/s； β——泄露安全系數(shù)，一般取1.05~1.10，若有活動設備，經(jīng)常需拆卸時，可取1.5~2.0，m/s； A——工作口、觀察孔及其它孔口的總面積，m2； V——柜內污染氣體的發(fā)生量，m3/h; 對于某些特定的工藝過程，工作口截面處平均吸氣速度有不同的規(guī)定。由《工業(yè)通風》一書附表9可知，對噴漆工藝過程中產生的漆懸浮物和溶解蒸汽，其工作口截面處平均速度一般取1.0～1.5 m/s，此處取v=1.0 m/s。 β這里取1.10。 由于每個工作臺的尺寸為0.4m×0.3m，故可以寬0.4m，高0.4m的工作口。所以A=0.4m×0.3m=0.12㎡ V取0.9m3/h。代入上式可得排風量的值： Q=477.2m3/h 四、管網(wǎng)的設計 1. 管網(wǎng)類型的選擇 采用臥式集合管除塵系統(tǒng)。兩邊支管對稱分布，不占用工廠中間行走、活動空間，方便了工廠搬運、施工等大型活動，管道設計簡單、實用。 2. 管段標號、管段流量及長度 為簡化計算，管長一中心線計算，管道垂直段均為0.8m，水平支管為0.5m，兩操作臺間距2.5m，連接除塵器管段長4m，除塵器與風機連接長度為5m，排氣口段高10m。 簡圖如下： 另外一側與其對稱。 3. 選擇流速及管徑 根據(jù)除塵系統(tǒng)管道內最低風速規(guī)定，染料粉塵等最低風速為16m/s。故設計流速為16m/s，通過流量和流速計算出管徑，通過選型修正管徑，在通過修正后管徑計算出修正后流速。 4. 摩擦阻力損失計算 圓形管道單位長度的摩擦阻力為 ： 式中 ——摩擦阻力系數(shù)； ——風管內的空氣的平均流速，m/s； ——空氣的密度，； D——圓形風管直徑，m。 由《工業(yè)通風》的附錄6所示的線解圖，已知流量、管徑、流速、阻力四個參數(shù)中的任意兩個，即可久的其余兩個參數(shù)。附錄6的線解圖是按過渡區(qū)的值，在壓力=101.325kPa,溫度=，空氣密度=1.204,運動粘度=15.06×,管壁粗糙程度K=0.15mm、圓形風管等條件下得出的。而本題的適用條件是1.5的含塵空氣，故用密度和粘度的修正： =（/(/ 式中 ——實際的單位長度的摩擦阻力，；——圖上查出的單位長度摩擦阻力，； ——實際的空氣密度，； ——實際的空氣運動粘度，。 因此在本設計中，查表得當空氣密度=1.5時，其運動粘度為=，故： ==1.25 由課程設計資料可知，含燃料粉塵的空氣，風管內最小速度為，垂直風管14~16m/s，水平風管為16~18m/s。 摩擦損失系數(shù)的計算： 根據(jù)Q1~b=0.133，v1~b =17m/s由附錄6查出單位長度摩擦阻力=43 Pa/m，故摩擦阻力為 l1~b×Rm=3.8×43=163.6Pa/m 同理可求得其他管段的摩擦阻力，其數(shù)據(jù)見表1。 查附錄7，確定各管段的局部損失系數(shù)。 管段1~a的局部損失系數(shù): 90°彎頭（R/D=1.5）兩個ζ1=0.09 柜式集氣罩一個，ζ12=0.2 故總的 ζ=0.2+2×0.09=0.38 同理可求得其他管段的局部損失系數(shù)，表2。 對并聯(lián)管路進行阻力平衡，對于匯合點B： ?P1~b=376.8Pa ?P2~b=161.5 Pa 因為 ， 由以下公式進行修正 式中 D`——調整后的管徑，mm； ——原設計的管徑，mm； ——原設計的管徑，mm ； ——要求達到的支管阻力，Pa。 故 =100×161.5376.80。225=82.6mm 取=80mm，其對應的阻力為 ?P2~b‘=161.5×100801/0。225=415.4Pa ?P2~b‘-?P1~b?P2~b‘=415.4-376.8415.4=9.3%<10% 故符合要求。C、D、E、F、G、H各點的平衡計算同上。 水力計算表如下： 加上除塵器的壓力損失后，管道的總阻力 ΔP=415.4+52+60.3+47.6+58.8+90+106.9+391=1222Pa 五、布袋除塵器的選型 1. 布袋除塵器的選擇思路 （1）袋式除塵器的初步選型 袋式除塵器是一種利用有機纖維或無機纖維過濾布（又稱過濾材料）將含塵氣體中的固體粉塵因過濾（捕集）而分離出來的一種高效除塵設備。因過濾材料多做成布袋，所以又稱為布袋除塵器。 初步選型為脈沖噴吹袋式除塵器，因為其所用空去壓力較低，切能耗較低，已經(jīng)得到廣泛應用，技術成熟，故確定為脈沖噴吹袋式除塵器。 （2）濾料的選擇 濾料的性能對袋式除塵器的工作具有很大的影響，選擇濾料時必須全面考慮含塵氣體的特性，如粉塵和氣體的性質、溫度、濕度、粒徑等。性能良好的濾料應具備耐溫、耐磨、耐腐蝕、機械強度高、吸濕性小、效率高、阻力低、使用壽命長、成本低等優(yōu)點。此外，還要考慮濾料的表面結構，表面起毛的濾料容塵量大，粉塵能深入濾料的內部。 綜合粉塵的性質和性狀與除塵器的清灰方式，本設計選用化纖針刺氈或壓縮氈濾料，單位面積質量為500～650g/㎡。 （3）過濾袋數(shù)的確定 a、過濾速度的確定 根據(jù)《工業(yè)通風》，冷凝或化學反應形成的氣溶膠并且采用脈沖噴吹的過濾速度取0.8~2.0m/min之間，這里取2.0m/min。 v= 2.0m/min = 0.0333m/s b、氣體流量的確定 由于氣體溫度為室溫25°C時，產生的氣體量為18×477.2=7635.2m3/h,考慮到管道回轉裝置漏風等因素，附加10%的風量，擇除塵器進口氣體量： Q=1.1×7635.2=8398.72 m3/h c、過濾面積的確定 A=Q/3600v=8398.72/(3600×0.0333)=70. 0㎡ d、過濾袋數(shù)的確定 取單個濾袋直徑 D=120mm，單個濾袋長度L=1200mm，則過濾袋數(shù)： n=A/（πDL）=154.8 為方便設計取n=156 2. 方案選定 根據(jù)以上情況，決定選用PWW32型脈沖袋式除塵器。 其性能指標如下： 3. 設計計算 （1）除塵器阻力的確定 氣體的含塵質量濃度： ci=（1.5-1.204）×1000/477.2=0.63g/m3 濾袋粉塵負荷： g=civt 式中 ci——氣體的含塵質量濃度，g/m3； v——過濾風速，m/min； t——濾袋清灰周期，min。 這里取t=60min，則g=75.2 g/㎡。 由《除塵設計手冊》查表可得，過濾阻值為391Pa。 （2）除塵效率的確定 除塵器進口煙塵濃度： ci=（1.5-1.204）×1000/477.2=0.63g/m3 由于氣體排放濃度要求苯系污染物濃度 c0= 3.0×10-6kg/ m3=3.0×10-3g/ m3 所以要求達到的除塵效率： η=1-3.0×10-30.63=99.52% 對于PWW32型脈沖袋式除塵器，其除塵效率可以達到99.9%，這樣，除塵器出口煙塵濃度達3.0×10-6kg/ m3以下，完全可以達到排放標準。 六、通風機的選型 1. 風量 Qr=kQ1kQ2Q 式中 Qr—氣體總流量，m3/s； kQ1——設備漏風附加系數(shù)， kQ2——管網(wǎng)漏風附加系數(shù)，除塵系統(tǒng)取1.1～1.15。 其中取kQ1=1.2 ，kQ2=1.15。所以求得風量為： Qr=0.0414 m3/s 即149.04m3/h。 2、全壓 式中 Pf——風機的風壓，Pa； p——管網(wǎng)總壓力損失，Pa； ps——設備壓力損失，Pa； kp1——管網(wǎng)壓力損失附加系數(shù)，除塵系統(tǒng)取1.1～1.15； kp2——風機全壓負差系數(shù)，取1.1； 其中取kp1=1.1 ，kp2=1.1，p=831Pa， ps=391Pa。得： Pf=831×1.1+391×1.1=1435.61Pa 結合上述計算，查閱《除塵設計手冊》后，決定使用4-72-No6C型風機。 七、輸排灰裝置的設計 各種除塵器都裝有卸塵裝置，它應能順利地排除粉塵，并使除塵器保持良好的氣密性，以免漏風導致除塵器效率降低或者不能正常運行。輸排灰系統(tǒng)由卸灰閥、刮板輸送機、斗式提升機、貯灰罐、汽車登封組成。本裝置相對屬于小型除塵器，排灰少，只用卸灰閥，螺旋輸送機直接送至灰小車即可。 1、卸灰閥的選擇 選擇錐形卸料閥，則卸灰閥直徑 d=1.12Gy/q 式中 Gy——排放的灰塵量，kg/s； q——卸灰閥的單位排放的灰塵量；可在60至100 kg/s Gy=1.5-1.204×477.23600×16=0.63kg/s Q這里取60kg/s。所以d=0.115m。按規(guī)格選型 可選直徑150mm的卸灰閥。 2、螺旋輸送機計算 （1）螺旋直徑 D=K×=0.047m 查表得：物料填充系數(shù) ，物料綜合特性經(jīng)驗系數(shù) K=0.0565，校正系數(shù)C=1.0。 按規(guī)格選型最小直徑為150mm，故選150mm直徑。 （2）螺旋輸送機轉速 n==90r/min 查表得:物料綜合特性系數(shù) A=35。 校核填充系數(shù) ： ==0.084 值低于推薦值很多,故降低螺旋軸轉速,一提高螺旋機的壽命.取n=30r/min，則 =0.252。 正好在推薦范圍內，最后確定D=150mm，n=30r/min。 （3）螺旋輸送機的功率 軸功率 P==0.003kW 取k=1.2， =3.2， 輸送機長度L取6m。 額定功率 P==0.003kW 八、排氣筒出口設置 1、排氣筒出口尺寸計算 其截面積可由下式求出： S=Qg/3600vg 式中 S——排氣筒出口截面積，m2； Qg——煙氣量，m3/h； vg——煙氣自煙囪口排出的速度，m/s。 這里取vg=16m/s。所以S=0.113m2，直徑D=0.38m。由于此排氣裝置非正式煙囪且煙氣物腐蝕性，故高度可以放低，材料也可以不用鋼筋混凝土結構。高度取10m即可，材料用薄鋼管。 2、風帽設計 為了防止雨水的侵蝕，通常在其頭部加裝風帽，這已成一種約定俗成的組合。其常見的做法是在排氣筒出口加裝傘形風帽。其結構尺寸為： 傘蓋直徑：2.88m； 傘蓋距排氣筒出口距離：0.72m； 傾角：15°。 九、工程經(jīng)濟概算 1. 設備投資 （1） 除塵器 布袋除塵器的價格可根據(jù)其處理能力還估計，每處理10000m3/h的價格約在2.2萬元左右。本系統(tǒng)處理量為8393.72m3/h，故除塵器價格約為1.85萬元。 （2） 風管 風管目前市場價約為60元/m。本系統(tǒng)總長61.3m，買65m，故花費3678元。 （3） 柜式集氣罩 柜式集氣罩可做成簡單形式，價格約為400元/個。本系統(tǒng)共16個，所以花費6400元。 （4） 風機 風機按市場價格2100元計算。 2.運行費用 （1） 電費 系統(tǒng)的裝機容量按18.5kW計，全年工作時按300天考慮，每度電電費按工業(yè)用電0.95元計，則全年的電費為：18.5×300×8×0.95=4.2萬元。 （2） 維修費用 由于設備、管道均為鋼結構，無易損部件，所以全年的維修費僅考慮總投資的2%即可，即582元。 袋式除塵器的布袋要更換這是不容置疑的，滌綸針刺粘的使用壽命一般為2年，即每2年要把所有的布袋換完。那么2年換袋的費用就為0.393萬元，折算到每年就是1965元。因此，每臺設備每年的維修費為582+1965=2547元。 十、致謝 本噴漆車間通風除塵系統(tǒng)設計的所有研究工作從課程設計的選題、實現(xiàn)條件到寫作等階段都是在導師楊家寬教授的悉心指導下完成的。在課設完成之際，向老師表示由衷的感謝和敬意！ 同時，還要感謝各位同學在繪圖和計算過程中對我的幫助，還有在資源共享方面的幫助，在此表示衷心的感謝。 十一、參考文獻 [1]孫一堅 沈恒根 主編 工業(yè)通風（第四版） 中國建筑工業(yè)出版社，2010 [2]唐敬麟 張祿虎 主編 除塵裝置系統(tǒng)及設備設計選用手冊 化學工業(yè)出版社，2003.8 [3]續(xù)魁昌 主編 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