打磨车间通风除尘旋风除尘器系统设计(课程设计) (3)
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大气污染控制工程课程设计打磨车间通风除尘旋风除尘器系统设计指导老师:杨家宽课设编写者:吴晶班级:环工1102学号:u201115883华中科技大学环境科学与工程学院2014年5月 目 录一、局部排气通风系统设计的背景资料61.1设计任务及目的61.2设计资料61.2.1打磨机及车间布置61.2.2本系统产生粉尘的粒径特性7二、局部排气通风系统的设计8三、集气罩93.1集气罩的基本类型93.2集气罩的设计原则113.3排风量的计算11四、管网的设计144.1管网设计原则144.2管段标号并注上各管段流量和长度154.3选择流速和管径154.4压强损失计算16五、旋风除尘器的选型255.1旋风除尘器的特点255.2旋风除尘器的选型原则255.3旋风除尘器的选型步骤265.4除尘器的相关参数计算275.5旋风除尘器的压力损失计算285.6旋风除尘器的除尘效率计算28六、通风机的选型316.1风量316.2全压316.3通风机的选型原则31七、输排灰装置的设计337.1卸灰阀的选择337.2螺旋输送机计算33八、烟囱设计358.1烟囱出口尺寸计算358.2风帽设计35九、工程经济概算369.1工程投资369.2运行费用36十、致谢37十一、参考文献38一、局部排气通风系统设计的背景资料 1.1设计任务及目的在工业生产中把气体与粉尘微粒的多相混合物的分离操作称为工业除尘,该除尘操作过程是将粉尘微粒从气体中分离出来。本通风除尘系统的设计对象是一个工厂的打磨车间,工厂在打磨过程中会产生细小粉尘,对工厂内部和周围区域的空气环境造成污染,会影响到厂内工人和周围居民的身体健康,并会对周围的生态环境造成一定程度的危害。国家规定在大、中及小型工厂中,凡与粉尘有关的工序必须有防尘设计。生产过程和规模不断改变,防尘设计中系统与设备应与生产规模相适应,有效地进行工业防尘需要在技术上有一 套与生产工艺特点相适应的措施。本设计选用旋风除尘器进行该打磨间通风除尘系统的设计,以期降低空气中粉尘浓度,维持工厂和周围区域良好的空气环境,以防粉尘对工人和周围居民造成危害。1.2设计资料1.2.1打磨机及车间布置本打磨车间打磨的是铝件,共有两种型号的打磨机:A型与B型。其中A型打磨机共8台,外形尺寸(mm)为700600(长宽);B型打磨机共6台,外形尺寸(mm)为600600(长宽)。已知A型打磨机产尘量为8kg/h,B型打磨机产尘量为10kg/h。要求对A型与B型打磨机的粉尘收集分别采用不同类型的吸气罩。打磨机工作台距二楼地面高1.2m。本通风系统的打磨车间位于厂房的二楼,二楼地面标高为4.0m。打磨车间的平面图如图1所示。图1 打磨车间平面布置图1.2.2本系统产生粉尘的粒径特性粉尘分布如表1所示。表1 粉尘粒径分布情况平均粒径d(mm)粒级分布f(%)累计粒级分布f(%)25335071075132310070931256991501100含尘空气密度为1.204kg/m3,气体温度为常温。 二、局部排气通风系统的设计(1)集气罩:集气罩是用来捕集污染空气的,其性能对净化系统的技术经济指标有直接影响。集气罩的形式是多种多样的。(2)风管: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练成一个整体。(3)除尘设备:除尘设备指从气体中去除或捕集固态或液态微粒的设备。(4)通风机:通风机是系统中气体流动的动力。为了防止通风机的磨损和腐蚀,通常把通风机防止净化设备的后面。(5)烟囱:烟囱是净化设备的排气装置。由于净化后的烟气仍含有一定量的污染物,这些污染物在大气中扩散、稀释,并最终沉降到地面。为了保证污染物的地面浓度。(6)风机:风机指向机械排风系统提供空气流动动力的设备,通过输入机械能以提高气体压力。为了防止风机的磨损和腐蚀,一般把它装置在除尘设备的后面。(7)消声器:消声器是阻止声音传播而允许气流通过的一种器件,是消除空气动力性噪声的重要措施。消声器是安装在空气动力设备的气流通道上或进、排气系统中的降低噪声的装置。消声器能够阻挡声波的传播,允许气流通过,是控制噪声的有效工具。三、集气罩3.1集气罩的基本类型 集气罩是烟气净化系统污染源的收集装置,可将粉尘及气体污染源导入净化系统,同时防止向其他生产车间及大气扩散,造成污染。 按罩口气流流动方式集气罩分为吸气式和吹气式。 按集气罩和污染源的相对位置及适用范围,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。3.1.1密闭罩 定义:将污染源的局部或整体密闭起来,在罩内保持一定负压,可防止污染物的任意扩散。 特点:,所需排风量最小,控制效果好,且不受室内气流干扰,设计中应优先选用。 结构形式:局部密闭罩、整体密闭罩、大容积密闭罩。 (1) 局部密闭罩 特点:局部产尘点密闭,产尘设备和传动装置留在罩外,便于观察和检修,罩的容积小,材料消耗少,经济性好; 适用:产尘点固定、产尘气流速度较小且连续产尘的地点。(2) 整体密闭罩 特点:容积大,密闭性好; 适用:多点尘源、携气流速大或有振动的产尘设备。(3) 大容积密闭罩 特点:容积大,可缓冲产尘气流,减少局部正压,设备检修可在罩内进行;缺点是占地面积大,材料消耗多; 适用:多点源、阵发性、气流速度大的设备和污染源。(4) 布置要求 A.设置必要的观察窗、操作门和检修门; B.罩内应保持一定均衡负压,避免烟尘溢出; C.尽量避开扬尘中心,防止大量物料随气流带至罩口被吸走; D.处理热物料时,应考虑热压对气流运动的影响,通常适当加大密闭罩容积,吸风点设于罩子顶部最高点。3.1.2排气柜排气柜可使有害烟尘的操作在柜内进行。(1)结构形式: A.排气口在操作口对面操作口气流分布均匀,有害气体外逸的可能性较小。 B.排气口设在柜顶操作口上部形成较大进气流速,而下部进气流速较小,气柜内易形成涡流,可能造成有害气体外逸。 C.在对面和顶部同时设置排气口(2)布置要求:尽量避开门窗和其他进风口。3.1.3外部吸(集、排)气罩 定义:通过罩的抽吸作用,在污染源附近把污染物全部吸收起来的集气罩。 特点:结构简单,制造方便;但所需排放量较大,且易受室内横向气流的干扰,捕集效率较低。 常见形式:顶吸罩、侧面吸罩、底吸罩、槽边吸罩。3.1.4接受式排气罩 定义:接受由生产过程(如热过程、机械运动过程)产生或诱导出来的污染气流的一种排气罩。 特点:罩口外的气流运动不是由于罩子的抽吸作用,而是由于生产本身过程产生的。 类型:a.低悬罩(罩口高度1.5A1/2) A热设备的水平投影面积3.2集气罩的设计原则(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的范围内,以便防止横向气流的干扰,减少排气量。 (2) 集气罩的吸气方向尽可能与污染气流运动方向一致,充分利用污染气流的初始动能。 在保证控制污染的条件下,尽量减少集气罩的开口面积,以减少排风量; (3) 集气罩的吸气气流不允许经过人的呼吸区再进入罩内; (4) 集气罩的结构不应妨碍人工操作和设备检修。 由于打磨机需要人工操作,不适用密闭罩;又因工作台面积小,故初步定为外部吸气罩和排气柜。外部吸气罩是通过罩的抽吸作用,在污染源附近把污染物全部吸收起来;排气柜可使有害烟尘的操作在柜内进行,防止有害烟尘外逸。其中A型打磨机使用外部吸气罩中的侧吸罩,B型打磨机使用排气柜。3.3排风量的计算 A型打磨机选用侧吸罩,矩形罩口。工作台尺寸为700mm600mm(长宽),所以控制点到罩口的最大距离x=0.3m。设计罩口尺寸为200mm100mm,由于x2.4F,将该罩假象成200mm200mm的罩,b/a=1,x/b=1.5,查下图可得vx/v0=0.067,由上表可知控制点的最小控制风速为2.510m/s,取vx=4m/s,因此可得平均速度v0=4/0.067=59.7m/s,实际排风量L1=Fv0=0.20.159.7=1.19m3/s B型打磨机工作台尺寸为600600(长宽),罩口尺寸为600mm600mm,排气柜的排气量按下式计算:L2=L0+vF (m3/s)L0柜内的污染气体发生量,m3/sv工作孔上的控制风速,m/sF工作孔或缝隙的面积,m2安全系数,=1.11.2 根据已知条件,B型打磨机产尘量为10kg/h,含尘空气密度为1.204kg/m3,得L0=10/1.204=2.3110-3 m3/s,设v=1.0m/s,=1.2,得到L2=2.3110-3+1.00.60.61.2=0.4343m3/s 总排风量L=8L1+6L2=81.19+60.4343=12.13m3/s四、管网的设计4.1管网设计原则(1) 管网的布置应避免与工艺管道、溜槽相碰,还要满足通风管道布置的特点(尽量避免水平铺设,防止管道堵塞);(2) 除尘系统的排风点不宜过多,以利于支管间阻力平衡,如排风点多,可用大断面集合管连接各支管,集合管内流速不宜超过3m/s;(3) 除尘风管尽可能垂直或倾斜敷设;(4) 输送含有整齐雾滴的气体时,应有不小于0.005的坡度,以排出积液;(5) 在除尘系统中,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(如木屑) 100mm排送粗粉尘(如小块物体) 130mm(6) 排送含有剧毒物质的正压风管,不应穿过其他房间;(7) 风管上应设置必要的调节和测量装置或预留测量装置的接口,调节和测量装置应设在便于操作和观察的地点;(8) 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。 由于打磨车间内有14个抽风点,因此宜采用集合管式除尘系统,该系统有以下优点:(1) 可以直接关闭任何抽风支管,而这对周围其余的集气罩及整个系统的工作没有重大影响;(2) 局部集气罩的抽风量变化范围较宽,具有一定的自动调节风压和风量的功能,因而可以改变任何一个局部集气罩的抽风量而对整个系统运行影响不大;(3) 因为集合管内气速较低,部分粗颗粒粉尘在此分离出来,这样不仅减小了净化设备的负荷,而且减轻对总管和主要设备的磨损。因为产尘设备在同一层,宜采用卧式集合管除尘系统,不占用工厂中间行走、活动空间,方便工厂搬运、施工等大型活动,管道设计简单、实用。系统的所有抽风支管均可以以任何角度在集合管上部或侧部与之相连接。集合管的底部沿全长设有粉尘输送装置,用来排出沉降在集合管内的粉尘。带有集合管的集中式除尘系统运行简单可靠,管道和除尘器的磨损较轻,尤其在生产设备工作条件不同的情况下,也能获得较好的除尘效果。管网布置图如下:4.2管段标号并注上各管段流量和长度为简化计算,管长以中心线计算,管道垂直段均设1.0m,风管弯头处的曲率半径为接头处进口管径的2倍,各水平管段长度根据打磨车间平面图测得,结果如下表所示:管段12243446566771289长度/m3.127.821.037.821.0311.753.912.47管段9101011111212161314141515161620长度/m7.207.8211.755.976.596.4811.752.86管段171818191920202122232425长度/m6.596.4811.752.314.947.584.3选择流速和管径根据除尘系统管道内最低风速规定,金属粉尘垂直风管最低风速为13m/s,水平风管最低风速为15m/s。设计过程中根据各管段的风量和设计风速,确定各个管段的断面尺寸。4.4压强损失计算圆形管道沿程压力损失为:式中:摩擦阻力系数; v风管内空气的平均流速,m/s; 空气的密度,kg/m3; D圆形风管直径,m由工业通风的附录6所示的线解图,已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个,即可求得其余两个参数。附录6的线解图是按过渡区的值,在压力P0=101.325kPa,温度t0=20,空气密度0=1.204kg/m3,运动粘度0=15.0610-6m2/s,管壁粗糙程度K=0.15mm,圆形风管等条件下得出。本设计符合条件。圆形管道局部压力损失为:式中:局部阻力系数 v风管内的空气的平均流速,m/s 空气的密度,kg/m3各管段的局部损失系数可通过查附录7得到。1、8、13点为控制点,17点所在干管和13点所在干管相同,且在主干管上的压力损失比13点小,可忽略。4.4.1以1点为压强控制点(1) 集气罩及其上部竖向风管和90弯头的阻力损失查除尘工程设计手册表6-25得到集气罩局部阻力系数=1.78,水平风本设计取v=16.8m/s,所以集气罩压力损失为P=302.4Pa。垂直管段长1.0m,空气量1.19m3/s,选择管径300mm,空气流速为v=16.8m/s,单位长度沿程损失为10Pa/m,总沿程压力损失为10Pa。设定弯头的曲率半径为0.6m,所以r/d=2,查局部阻力系数表得到局部阻力系数=0.15,所以90弯头压力损失为25.5Pa,所以集气罩及垂直风管和90弯头的总阻力损失为P=302.4+10+25.5=337.9Pa。(2) 1点处的局部压力损失(90弯头)设定弯头的曲率半径为0.6m,所以r/d=2,查局部阻力系数表得到局部阻力系数=0.15,所以1点处(90弯头)局部压力损失为25.5Pa(3)12管段沿程压力损失水平管段长3.12m,空气量1.19m3/s,选择管径300mm,空气流速为v=16.8m/s,单位长度沿程损失为10Pa/m,总沿程压力损失为31.2Pa。(4)2点处的局部压力损失(45合流三通)分流管的管径分别为300mm和300mm,合流管的管径为400mm,所以F2/F1=0.6,F3/F1=0.6,L3/L2=1,查局部阻力系数表得=0.26,所以2点(45合流三通)压力损失为44.2Pa。(5)24管段沿程压力损失水平管段长7.82m,空气量2.38m3/s,选择管径400mm,空气流速为18.9m/s,单位长度沿程损失为8.7Pa/m,总沿程压力损失为68.0Pa。(6)4点处的局部压力损失(45合流三通)分流管的管径分别为300mm和400mm,合流管的管径为550mm,所以F2/F1=0.5,F3/F1=0.3,L3/L2=0.5,查局部阻力系数表得=0.72,所以4点(45合流三通)压力损失为154.8Pa。(7)46管段沿程压力损失水平管段长7.82m,空气量3.57m3/s,选择管径550mm,空气流速为15m/s,单位长度沿程损失为4.3Pa/m,总沿程压力损失为33.6Pa。(8)6点处的局部压力损失(45合流三通)分流管的管径分别为300mm和550mm,合流管的管径为600mm,所以F2/F1=0.8,F3/F1=0.3,L3/L2=0.3,查局部阻力系数表得=0.42,所以6点(45合流三通)压力损失为64.7Pa。(9)67管段沿程压力损失水平管段长11.75m,空气量4.76m3/s,选择管径600mm,空气流速为16.8m/s,单位长度沿程损失为4.6Pa/m,总沿程压力损失为54.1Pa。(10)7点处的局部压力损失(90弯头)设定弯头的曲率半径为1.2m,所以r/d=2,查局部阻力系数表得到局部阻力系数=0.15,所以90弯头压力损失为25.5Pa。(11)712管段沿程压力损失水平管段长3.91m,空气量4.76m3/s,选择管径600mm,空气流速为16.8m/s,单位长度沿程损失为4.6Pa/m,总沿程压力损失为18.0Pa。所以112段总沿程损失为337.9+25.5+31.2+44.2+68.0+154.8+33.6+64.7+54.1+25.5+18.0=857.5Pa。4.4.2以8点为压强控制点(1)集气罩及其上部竖向风管和90弯头的阻力损失查除尘工程设计手册表6-25得到集气罩局部阻力系数=1.78,水平风本设计取v=16.8m/s,所以集气罩压力损失为P=302.4Pa。垂直管段长1.0m,空气量1.19m3/s,选择管径300mm,空气流速为v=16.8m/s,单位长度沿程损失为10Pa/m,总沿程压力损失为10Pa。设定弯头的曲率半径为0.6m,所以r/d=2,查局部阻力系数表得到局部阻力系数=0.15,所以90弯头压力损失为25.5Pa,所以集气罩及垂直风管和90弯头的总阻力损失为P=302.4+10+25.5=337.9Pa。(2)8点处的局部压力损失(90弯头)设定弯头的曲率半径为0.6m,所以r/d=2,查局部阻力系数表得到局部阻力系数=0.15,所以8点处的局部压力损失(90弯头)为25.5Pa(3)89管段沿程压力损失水平管段长2.47m,空气量1.19m3/s,选择管径300mm,空气流速为v=16.8m/s,单位长度沿程损失为10Pa/m,总沿程压力损失为24.7Pa。(4)9点处的局部压力损失(45合流三通)分流管的管径分别为300mm和300mm,合流管的管径为400mm,所以F2/F1=0.6,F3/F1=0.6,L3/L2=1,查局部阻力系数表得=0.26,所以9点(45合流三通)压力损失为44.2Pa。(5)910管段沿程压力损失水平管段长7.20m,空气量2.38m3/s,选择管径400mm,空气流速为18.9m/s,单位长度沿程损失为8.7Pa/m,总沿程压力损失为62.6Pa。(6)10点处的局部压力损失(45合流三通)分流管的管径分别为300mm和400mm,合流管的管径为550mm,所以F2/F1=0.5,F3/F1=0.3,L3/L2=0.5,查局部阻力系数表得=0.72,所以10点(45合流三通)压力损失为154.8Pa。(7)1011管段沿程压力损失水平管段长7.82m,空气量3.57m3/s,选择管径550mm,空气流速为15m/s,单位长度沿程损失为4.3Pa/m,总沿程压力损失为33.6Pa。(8)11点处的局部压力损失(45合流三通)分流管的管径分别为300mm和550mm,合流管的管径为600mm,所以F2/F1=0.8,F3/F1=0.3,L3/L2=0.3,查局部阻力系数表得=0.42,所以11点(45合流三通)压力损失为64.7Pa。(9)1112管段沿程压力损失(包括一个45弯头的损失)水平管段长11.75m,空气量4.76m3/s,选择管径600mm,空气流速为16.8m/s,单位长度沿程损失为4.6Pa/m,总沿程压力损失为54.1Pa。设定45弯头的曲率半径为1.2m,所以r/d=2,查局部阻力系数表得到局部阻力系数=0.09,所以45弯头压力损失为15.3Pa。所以1112管段的沿程压力损失为69.4Pa。所以812段总沿程损失为337.9+25.5+24.7+44.2+62.6+154.8+33.6+64.7+69.4=817.5Pa856.3Pa,所以1点与8点相比,1点为控制点。(10)12点处的局部压力损失(45合流三通)分流管的管径分别为600mm和600mm,合流管的管径为900mm,所以F2/F1=0.4,F3/F1=0.4,L3/L2=1.0,查局部阻力系数表得=1.10,所以12点(45合流三通)压力损失为186.9Pa。(11)1216管段沿程压力损失水平管段长5.97m,空气量9.52m3/s,选择管径900mm,空气流速为15m/s,单位长度沿程损失为2.3Pa/m,总沿程压力损失为13.7Pa。所以116段总沿程损失为857.5+186.9+13.7=1058.1Pa。4.4.3以13点为压强控制点(1)集气罩及其上部竖向风管和90弯头的阻力损失查除尘工程设计手册表6-25得到集气罩局部阻力系数=0.1,水平风本设计取v=18.1m/s,所以集气罩压力损失为P=19.7Pa。垂直管段长1.0m,空气量0.4343m3/s,选择管径175mm,空气流速为v=18.1m/s,单位长度沿程损失为24Pa/m,总沿程压力损失为24Pa。设定弯头的曲率半径为0.35m,所以r/d=2,查局部阻力系数表得到局部阻力系数=0.15,所以90弯头压力损失为29.6Pa,所以集气罩及垂直风管和90弯头的总阻力损失为P=19.7+24+29.6=73.3Pa。(2)13点处的局部压力损失(90弯头)设定弯头的曲率半径为0.35m,所以r/d=2,查局部阻力系数表得到局部阻力系数=0.15,所以13点处的局部压力损失(90弯头)为29.6Pa(3)1314管段沿程压力损失水平管段长6.59m,空气量0.4343m3/s,选择管径175mm,空气流速为v=18.1m/s,单位长度沿程损失为24Pa/m,总沿程压力损失为158.2Pa。(4)14点处的局部压力损失(45合流三通)分流管的管径分别为175mm和175mm,合流管的管径为250mm,所以F2/F1=0.5,F3/F1=0.5,L3/L2=1,查局部阻力系数表得=0.88,所以14点(45合流三通)压力损失为173.6Pa。(5)1415管段沿程压力损失水平管段长6.48m,空气量0.8686m3/s,选择管径250mm,空气流速为17.7m/s,单位长度沿程损失为14.5Pa/m,总沿程压力损失为94.0Pa。(6)15点处的局部压力损失(45合流三通)分流管的管径分别为175mm和250mm,合流管的管径为300mm,所以F2/F1=0.7,F3/F1=0.3,L3/L2=0.5,查局部阻力系数表得=0.58,所以15点(45合流三通)压力损失为109.4Pa。(7)1516管段沿程压力损失(包括一个45弯头的损失)水平管段长11.75m,空气量1.303m3/s,选择管径300mm,空气流速为18.4m/s,单位长度沿程损失为12Pa/m,总沿程压力损失为141.0Pa。设定45弯头的曲率半径为0.6m,所以r/d=2,查局部阻力系数表得到局部阻力系数=0.09,所以45弯头压力损失为18.3Pa。所以1516管段的沿程压力损失为159.3Pa。所以1316段总沿程损失为73.3+29.6+158.2+173.6+94.0+109.4+159.3=797.4Pa1058.1Pa,所以1点与13点相比,1点为控制点。1点为整个通风管网的控制点。4.4.4总压力损失(1)16点处的局部压力损失(45合流三通)分流管的管径分别为300mm和900mm,合流管的管径为900mm,所以F2/F1=1.0,F3/F1=0.1,L3/L2=1.0,查局部阻力系数表得=0.15,所以16点(45合流三通)局部压力损失为30.6Pa。(2)1620管段沿程压力损失水平管段长2.86m,空气量10.82m3/s,选择管径900mm,空气流速为17.0m/s,单位长度沿程损失为2.8Pa/m,总沿程压力损失为8.0Pa。(3)20点处的局部压力损失(45合流三通)分流管的管径分别为300mm和900mm,合流管的管径为900mm,所以F2/F1=1.0,F3/F1=0.1,L3/L2=1.0,查局部阻力系数表得=0.15,所以20点(45合流三通)局部压力损失为26.1Pa。(4)2021管段沿程压力损失水平管段长2.31m,空气量12.13m3/s,选择管径900mm,空气流速为19.1m/s,单位长度沿程损失为3.4Pa/m,总沿程压力损失为7.9Pa。(5)旋风除尘器的压力损失为1131.3Pa。(6)2223管段沿程压力损失水平管段长4.94m,空气量12.13m3/s,选择管径900mm,空气流速为19.1m/s,单位长度沿程损失为3.4Pa/m,总沿程压力损失为16.8Pa。(7)2324管段沿程压力损失水平管段长7.58m,空气量12.13m3/s,选择管径900mm,空气流速为19.1m/s,单位长度沿程损失为3.4Pa/m,总沿程压力损失为25.8Pa。各管段的沿程损失见下表:管段长度L/m流量Q/(m3/s)管径D/mm流速v/(m/s)比摩阻Rm/(Pa/m)沿程损失Rml/Pa123.121.1930016.81031.2247.822.3840018.98.768.0341.031.1930016.81010.3467.823.5755015.04.333.6561.031.1930016.81010.36711.754.7660016.84.654.17123.914.7660016.84.618.0892.471.1930016.81024.79107.202.3840018.98.762.610117.823.5755015.04.333.6111211.754.7660016.84.669.412165.979.5290015.02.313.713146.590.434317518.124158.214156.480.868625017.714.594.0151611.751.30330018.412159.316202.8610.8290017.02.88.017186.590.434317517.724158.218196.480.868625017.014.594.0192011.751.30330018.4128.020212.3112.1390019.13.47.922234.9412.1390019.13.416.824257.5812.1390019.13.425.8五、旋风除尘器的选型5.1旋风除尘器的特点(1) 旋风除尘器与其他除尘器相比,具有结构简单、占地面积小、投资低、操作维修方便以及适用面宽的优点。适用于工业炉窑烟气除尘和工业通风除尘;工业气力输送系统气固两相分离与物料气力烘干回收。 (2) 旋风除尘器的除尘效率一般达85%左右,高效的旋风除尘器对于输送、破碎、卸料、包装、清扫等工业生产过程产生的含尘气体除尘效率可达95%-98%,对于燃煤炉窑产生烟气的除尘效率可以达到92%-95%。 (3) 旋风除尘器捕集5m颗粒的效率不高,一般可以作为高浓度除尘系统的预除尘器,与其他类型高效除尘器合用。可用于10m以上颗粒的去除,符合此题的题设条件。(4) 粘性大的粉尘容易粘结在除尘器表面,不宜采用干法除尘;比电阻过大或过小的粉尘,不宜采用电除尘;纤维性或憎水性粉尘不宜采用湿法除尘。本题为锅炉排烟,锅炉排烟的特点是烟气流量大,而且烟气流量变化也很大,选取旋风除尘器是适当的。(5) 旋风除尘器适宜于高温高压含尘气体的除尘。综合气体的含尘浓度、烟气温度和其他性质以及收集粉尘的处理、运行费用等多项因素,可选用旋风除尘器。5.2旋风除尘器的选型原则(1) 旋风式除尘器净化气体量应与实际需要处理的含尘气体量一致。选择旋风式除尘器直径时应尽量小些,如果要求通过的风量较大,可采用几个小直径的旋风除尘器并联为宜。(2) 旋风式除尘器入口风速要保持1823m/s,过低时除尘效率下降;过高时阻力损失及耗电量均要增加,且除尘效率提高不明显。(3) 所选择的旋风式除尘器的阻力损失小,动力消耗少,且结构简单、维护简便。(4) 旋风式除尘器能捕集到的最小粉尘粒子应稍小于被处理气体中的粉尘粒度。(5) 当含尘气体温度很高时,要注意保温,避免水分在除尘器内凝结。假如粉尘不吸收水分、露点为3050时,除尘器的温度最少应高出30左右,假如粉尘吸水性较强(如水泥、石膏和含碱粉尘等)、露点为2050时,除尘器的温度应高出露点温度4050。(6) 旋风除尘器结构的密闭要好,确保不漏风。尤其是负压操作,更应注意卸料锁风装置的可靠性。(7) 易燃易爆粉尘(如煤粉)应设有防爆装置。防爆装置的通常做法是在入口管道上加一个安全防爆阀门。(8) 当粉尘粘性较小时,最大允许含尘质量浓度与旋风筒直径有关,即直径越大其最大允许含尘质量浓度越大。5.3旋风除尘器的选型步骤 旋风除尘器的选型计算主要包括类型和筒体直径及个数的确定等内容。一般步骤和方法如下所述。 (1) 除尘系统需要处理的气体量。当气体温度较高、含尘量较大时,其风量和密度发生较大变化,需要进行换算。若气体中水蒸气含量较大时,亦应考虑水蒸气的影响。(2) 根据所需处理气体的含尘质量浓度、粉尘性质及使用条件等初步选择除尘器类型。(3) 根据需要处理的含尘气体量Q,按下式算出除尘器直径:式中,D除尘器直径,m; Vp除尘器体净空截面平均流速,根据前人的研究结果,Vp的取值 范围为1.35.2m/s,本设计取4m/s; Q操作温度和压强下的气体流量,m3/h 根据公式,计算除尘器直径或根据需要处理气体量算出除尘器进口气流速度(一般在1225m/s之间),由选定的含尘气体进口速度和需要处理的含尘气体量算出除尘器入口截面积,再由除尘器各部分尺寸比例关系选出除尘器。当气体含尘质量浓度较高,或要求捕集的粉尘粒度较大时,应选用较大直径的旋风除尘器;当要求净化程度较高,或要求捕集微细尘粒时,可选用较小直径的旋风除尘设备并联使用。(4) 必要时按给定条件计算除尘器的分离界限粒径和预期达到的除尘效率,也可直接按有关旋风除尘器性能表选取,或将性能数据与计算结果进行核对。(5) 除尘器必须选用气密性好的卸料器,以防器体下部漏风,影响效率急剧下降。(6) 旋风除尘器并联使用时,应采用同型号旋风除尘器,并需合理地设计连接风管,使每个除尘器处理的气体量相等,以免除尘器之间产生串流现象,降低效率。彻底消除串流的办法是为每一除尘器设置单独的集尘箱。(7) 旋风除尘器一般不宜串联使用。必须串联使用时,应采用不同性能的旋风除尘器,并将低效者设于前面。5.4除尘器的相关参数计算 型号规格处理风量m/h进口风速m/s121620XLP/B-20.0311003888046660根据风量选用XLPB-20.0型旋风除尘器,并设进口风速为18m/s理由是:(1)XLP/B型旋风除尘器是在一般旋风除尘器的基础上增设旁路式分离器的一种除尘器,阻力损失较小,特别对5m以上的粉尘有较高的除尘效率。(2)XLP/B型旋风除尘器对5m以上的粉尘有较高的除尘效率,设计处理的烟气平均粒径为5m以上的颗粒占95%,基本满足了颗粒物得处理要求。(3)XLP/B型在颗粒粒径大于5m以上时其分级除尘效率大于87.8%。局部阻力系数旋风除尘器型式XLTXLTA XLPA XLPB 5.36.58.0 5.8根据上表得XLPB型旋风除尘器的局部阻力系数为5.8。除尘器入口截面积:入口高度:入口宽度:排出筒直径:筒体长度:锥体长度:灰口直径:排气管插入深度:5.5旋风除尘器的压力损失计算 根据公式:式中:气体的密度,kg/m3 Vin气体入口速度,m/s 局部阻力系数计算得P=1/25.81.204182=1131.3Pa5.6旋风除尘器的除尘效率计算(1)根据旋风除尘器的特征长度l,得出交界圆柱面的高度h0:(2) 由交界圆柱面直径,得r0=0.415m平均径向速度,(3)涡流指数的计算:根据涡流定律,外涡旋的切向速度反比于旋转半径R的n次方,即vRn=常数,其中n为涡流指数。 n的计算公式为: 本设计D=1.96m,T=20+273=293 K,计算得n=0.733(4)气流在交接面上的切向速度,其中v1=18m/s,D=1.96m/s,de=1.18m,代入得v0=33.91m/s(5) 分割直径:(6) 分级效率:计算结果如下表:平均粒径d(m)粒级分布f(%)累计粒级分布f(%)分级效率i(%)253377.955071089.5275132394.22100709396.5412569997.82150110098.58总效率计算得六、通风机的选型6.1风量通风机风量由下式计算得到:式中:Qr气体总流量,m3/s kQ1设备漏风附加系数,取1.2 kQ2管网漏风附加系数,取1.15所以求得风量为:Qr=kQ1kQ2Q=1.21.1512.13=16.74m3/s=60264m3/h6.2全压式中:Pf风机的风压,Pa p管网总压力损失,Pa ps设备压力损失,Pa kp1管网压力损失附加系数,取1.1 kp2风机全压负差系数,取1.1p=1058.1+8.0+7.9+16.8+25.8=1116.6Pa,ps=1131.3Pa,得Pf=(1116.61.1+1131.3)1.1=2595.5Pa6.3通风机的选型原则(1) 在选择通风机前,应了解国内通风机的生产和产品质量情况,如生产的通风机品种、规格和各种产品的特殊用途,以及生产厂商产品质量、后续服务等情况综合考察。(2) 根据通风机输送气体的性质不同,选择不同用途的通风机。(3) 在通风机选择性能图表查得两种以上的通风机可供选择时,应优先选择效率较高、机号较小、调节范围较大的一种。(4) 在选择通风机时,应尽量避免采用通风机并联或串联工作。当通风机联合工作时,应尽可能选择同型号同规格的通风机并联或串联工作;当采用串联时,第一级通风机到第二级通风机之间应有一定的管路连接。(5) 原有除尘系统更换用新风机应考虑充分利用原有设备、适合现场安装及安全运行等问题。结合上述计算,参考除尘工程设计手册表8-15,选择使用6-30型普通中压风机,风量为221017300m3/h、全压为17854355Pa,功率为137kW。七、输排灰装置的设计除尘器收集的粉尘需要从除尘器排出并输送到适合的位置加以储存、回收、利用。因此,输排灰系统是除尘工程设计中的一个环节,是除尘系统不可缺少的组成部分。输排灰系统包括排灰装置、输灰装置和储运装置等。7.1卸灰阀的选择 卸尘量为124kg/h,参考除尘工程设计手册表5-2可选用D70型圆锥式卸尘阀,D=70mm,H=450mm,F=30mm,M=340mm,P=160mm。7.2螺旋输送机计算(1) 螺旋直径 查表得物料填充系数=0.30,物料综合特性经验系数K=0.0565,校正系数C=1.0。计算得到螺旋运输及的螺旋直径为式中:D螺旋直径,m K物料综合特性经验系数 Q输送量,t/h 物料填充系数 物料的堆积密度,查除尘工程设计手册表1-1为2.53,取2.5,t/m3 C螺旋输送机倾斜安装时输送量的校正系数结果小于规格中的最小直径,因此选用最小直径150mm作为螺旋运输机的直径。(2) 螺旋输送机转速为防止物料受切向力过大而被抛起影响物料的输送,选用螺旋输送机时,应控制螺旋轴的极限转速。极限转速可按下式计算:式中:n螺旋输送机转速,r/min A物料综合特性系数查除尘工程设计手册表5-8,物料综合特性系数A=35,根据公式算得。充填分数式中:充填分数 S螺距,m,S制法,S=0.8D;D制法,S=D算得=0.084,低于推荐值很多,故降低鲁鲁修轴转速,以提高螺旋机的寿命。取n=0.252,正好在推荐范围内,最后确定D=150mm,n=30r/min。(3) 螺旋输送机的功率螺旋运输及轴功率式中:P0轴功率,kW k功率备用系数,可取1.21.4 0物料阻力系数 L螺旋输送机水平投影长度,m H螺旋输送机垂直投影高度,m,向上输送时取正值,向下输送时取负值 始终取k=1.2,0=3.2,输送机长度取L=6m,算得P0=0.003kW(4) 螺旋输送机驱动装置的额定功率式中:P驱动装置额定功率,kW 驱动装置总效率,与减速机直联时=0.94算得P=0.0032kW八、烟囱设计8.1烟囱出口尺寸计算烟囱截面积可由下式求出:式中:S排气筒出口截面积,m2 Qg烟气量,m3/h Vg烟气自烟囱口排出的速度,m/s 取Vg=16m/s,计算得到S=0.75m,直径D=0.98.由于此排气装置非正式烟囱,故高度可以放低,材料也可以不用钢筋混凝土结构。高度取10m,材料用薄钢管。8.2风帽设计 为了防止雨水的侵蚀,通常在其头部加装风帽,其常见的做法是在排气筒出口加装伞形风帽。其结构尺寸为伞盖直径2.88m,伞盖距排气筒出口距离0.72m,倾角15。九、工程经济概算9.1工程投资(1) 除尘器 旋风除尘器的价格可根据其处理能力估算,每处理10000m3/h的价格在2.2万左右。本系统处理量为43668m3/h,故除尘器价格约为9.61万元。(2) 风管风管目前市场价约为60元/m。本系统总长138m,买140m,故花费8400元。(3) 集气罩柜式集气罩价格约400元/个。本系统共用6个,花费2400元;侧吸罩价格约400元/个。本系统共用8个,花费3200元。集气罩总花费为5600元。(4) 风机 高压风机9-26型风机市场报价1900元/台。综上所述,如果不考虑粉尘的回收,整个通风除尘系统的建设投资为11.2万元。9.2运行费用(1) 电费 系统的装机容量按50kW计,全年工作按360天,每天工作10小时计,电费工业用电0.95元/千瓦时计,则全年电费为17.1万元。(2) 维修费用由于设备、管道均为钢结构,无易损部件,所以全年的维修费按总投资的2%计,即2240元。由此可知,系统每年的运行费用为17.324万元。十、致谢 在一周忙碌的课程设计中我受益良多,从资料查找,工艺计算和设计报告的编写,以及CAD图的绘制,不仅充分检验了我对所学专业知识的掌握,还考验了我如何合理安排、统筹规划,并与同学相互交流探讨。在此真诚地感谢杨家宽老师的悉心指导以及同学们在我遇到困难时认真地给予我帮助。课程设计是我们综合运用课堂所学知识的重要平台,是我们今后走人社会在自己的工作岗位上进行相关设计工作的一次模拟,是我们成人成才的一个重要过程。十一、参考文献1 孙一坚. 工业通风. 中国建筑工业出版社, 19852 唐敬麟, 张禄虎. 除尘装置系统及设备设计手册. 化学工业出版社. 20043 张殿印, 王纯. 除尘工程设计手册. 化学工业出版社, 20034 胡传鼎. 通风除尘设备设计手册. 化学工业出版社, 200337
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