打磨車間通風除塵旋風除塵器系統(tǒng)設計（課程設計） (3)
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《大氣污染控制工程》課程設計
打磨車間通風除塵旋風除塵器系統(tǒng)設計
指導老師：楊家寬
課設編寫者：吳晶
班級：環(huán)工1102
學號：u201115883
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)設計的背景資料 6
1.1設計任務及目的 6
1.2設計資料 6
1.2.1打磨機及車間布置 6
1.2.2本系統(tǒng)產(chǎn)生粉塵的粒徑特性 7
二、局部排氣通風系統(tǒng)的設計 8
三、集氣罩 9
3.1集氣罩的基本類型 9
3.2集氣罩的設計原則 11
3.3排風量的計算 11
四、管網(wǎng)的設計 14
4.1管網(wǎng)設計原則 14
4.2管段標號并注上各管段流量和長度 15
4.3選擇流速和管徑 15
4.4壓強損失計算 16
五、旋風除塵器的選型 25
5.1旋風除塵器的特點 25
5.2旋風除塵器的選型原則 25
5.3旋風除塵器的選型步驟 26
5.4除塵器的相關參數(shù)計算 27
5.5旋風除塵器的壓力損失計算 28
5.6旋風除塵器的除塵效率計算 28
六、通風機的選型 31
6.1風量 31
6.2全壓 31
6.3通風機的選型原則 31
七、輸排灰裝置的設計 33
7.1卸灰閥的選擇 33
7.2螺旋輸送機計算 33
八、煙囪設計 35
8.1煙囪出口尺寸計算 35
8.2風帽設計 35
九、工程經(jīng)濟概算 36
9.1工程投資 36
9.2運行費用 36
十、致謝 37
十一、參考文獻 38
一、局部排氣通風系統(tǒng)設計的背景資料
1.1設計任務及目的
在工業(yè)生產(chǎn)中把氣體與粉塵微粒的多相混合物的分離操作稱為工業(yè)除塵，該除塵操作過程是將粉塵微粒從氣體中分離出來。本通風除塵系統(tǒng)的設計對象是一個工廠的打磨車間，工廠在打磨過程中會產(chǎn)生細小粉塵，對工廠內(nèi)部和周圍區(qū)域的空氣環(huán)境造成污染，會影響到廠內(nèi)工人和周圍居民的身體健康，并會對周圍的生態(tài)環(huán)境造成一定程度的危害。國家規(guī)定在大、中及小型工廠中，凡與粉塵有關的工序必須有防塵設計。生產(chǎn)過程和規(guī)模不斷改變，防塵設計中系統(tǒng)與設備應與生產(chǎn)規(guī)模相適應，有效地進行工業(yè)防塵需要在技術(shù)上有一 套與生產(chǎn)工藝特點相適應的措施。
本設計選用旋風除塵器進行該打磨間通風除塵系統(tǒng)的設計，以期降低空氣中粉塵濃度，維持工廠和周圍區(qū)域良好的空氣環(huán)境，以防粉塵對工人和周圍居民造成危害。
1.2設計資料
1.2.1打磨機及車間布置
本打磨車間打磨的是鋁件，共有兩種型號的打磨機：A型與B型。其中A型打磨機共8臺，外形尺寸(mm)為700×600（長×寬）；B型打磨機共6臺，外形尺寸(mm)為600×600（長×寬）。已知A型打磨機產(chǎn)塵量為8kg/h，B型打磨機產(chǎn)塵量為10kg/h。要求對A型與B型打磨機的粉塵收集分別采用不同類型的吸氣罩。打磨機工作臺距二樓地面高1.2m。
本通風系統(tǒng)的打磨車間位于廠房的二樓，二樓地面標高為4.0m。打磨車間的平面圖如圖1所示。
圖1 打磨車間平面布置圖
1.2.2本系統(tǒng)產(chǎn)生粉塵的粒徑特性
粉塵分布如表1所示。
表1 粉塵粒徑分布情況
平均粒徑d(mm)
粒級分布f(%)
累計粒級分布f′(%)
25
3
3
50
7
10
75
13
23
100
70
93
125
6
99
150
1
100
含塵空氣密度為1.204kg/m3，氣體溫度為常溫。
二、局部排氣通風系統(tǒng)的設計
（1）集氣罩：集氣罩是用來捕集污染空氣的，其性能對凈化系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標有直接影響。集氣罩的形式是多種多樣的。
（2）風管：在凈化系統(tǒng)中用以輸送氣流的管道稱為風管。通過風管使系統(tǒng)的設備和部件練成一個整體。
（3）除塵設備：除塵設備指從氣體中去除或捕集固態(tài)或液態(tài)微粒的設備。
（4）通風機：通風機是系統(tǒng)中氣體流動的動力。為了防止通風機的磨損和腐蝕，通常把通風機防止凈化設備的后面。
（5）煙囪：煙囪是凈化設備的排氣裝置。由于凈化后的煙氣仍含有一定量的污染物，這些污染物在大氣中擴散、稀釋，并最終沉降到地面。為了保證污染物的地面濃度。
（6）風機：風機指向機械排風系統(tǒng)提供空氣流動動力的設備，通過輸入機械能以提高氣體壓力。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。
（7）消聲器：消聲器是阻止聲音傳播而允許氣流通過的一種器件，是消除空氣動力性噪聲的重要措施。消聲器是安裝在空氣動力設備的氣流通道上或進、排氣系統(tǒng)中的降低噪聲的裝置。消聲器能夠阻擋聲波的傳播，允許氣流通過，是控制噪聲的有效工具。
三、集氣罩
3.1集氣罩的基本類型
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)，同時防止向其他生產(chǎn)車間及大氣擴散，造成污染。
按罩口氣流流動方式集氣罩分為吸氣式和吹氣式。
按集氣罩和污染源的相對位置及適用范圍，吸氣式集氣罩分為：密閉罩、排氣柜、外部集氣罩、接受式集氣罩等。
3.1.1密閉罩
定義：將污染源的局部或整體密閉起來，在罩內(nèi)保持一定負壓，可防止污染物的任意擴散。
特點：，所需排風量最小，控制效果好，且不受室內(nèi)氣流干擾，設計中應優(yōu)先選用。
結(jié)構(gòu)形式：局部密閉罩、整體密閉罩、大容積密閉罩。
（1） 局部密閉罩
特點：局部產(chǎn)塵點密閉，產(chǎn)塵設備和傳動裝置留在罩外，便于觀察和檢修，罩的容積小，材料消耗少，經(jīng)濟性好；
適用：產(chǎn)塵點固定、產(chǎn)塵氣流速度較小且連續(xù)產(chǎn)塵的地點。
（2） 整體密閉罩
特點：容積大，密閉性好；
適用：多點塵源、攜氣流速大或有振動的產(chǎn)塵設備。
（3） 大容積密閉罩
特點：容積大，可緩沖產(chǎn)塵氣流，減少局部正壓，設備檢修可在罩內(nèi)進行；缺點是占地面積大，材料消耗多；
適用：多點源、陣發(fā)性、氣流速度大的設備和污染源。
（4） 布置要求
A.設置必要的觀察窗、操作門和檢修門；
B.罩內(nèi)應保持一定均衡負壓，避免煙塵溢出；
C.盡量避開揚塵中心，防止大量物料隨氣流帶至罩口被吸走；
D.處理熱物料時，應考慮熱壓對氣流運動的影響，通常適當加大密閉罩容積，吸風點設于罩子頂部最高點。
3.1.2排氣柜
排氣柜可使有害煙塵的操作在柜內(nèi)進行。
（1）結(jié)構(gòu)形式：
A.排氣口在操作口對面
操作口氣流分布均勻，有害氣體外逸的可能性較小。
B.排氣口設在柜頂
操作口上部形成較大進氣流速，而下部進氣流速較小，氣柜內(nèi)易形成渦流，可能造成有害氣體外逸。
C.在對面和頂部同時設置排氣口
（2）布置要求：盡量避開門窗和其他進風口。
3.1.3外部吸（集、排）氣罩
定義：通過罩的抽吸作用，在污染源附近把污染物全部吸收起來的集氣罩。
特點：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；但所需排放量較大，且易受室內(nèi)橫向氣流的干擾，捕集效率較低。
常見形式：頂吸罩、側(cè)面吸罩、底吸罩、槽邊吸罩。
3.1.4接受式排氣罩
定義：接受由生產(chǎn)過程（如熱過程、機械運動過程）產(chǎn)生或誘導出來的污染氣流的一種排氣罩。
特點：罩口外的氣流運動不是由于罩子的抽吸作用，而是由于生產(chǎn)本身過程產(chǎn)生的。
類型：a.低懸罩（罩口高度<1.5A1/2）
b.高懸罩（罩口高度>1.5A1/2）
A——熱設備的水平投影面積
3.2集氣罩的設計原則
（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(nèi)，以便防止橫向氣流的干擾，減少排氣量。
（2） 集氣罩的吸氣方向盡可能與污染氣流運動方向一致，充分利用污染氣流的初始動能。 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；
（3） 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(nèi)；
（4） 集氣罩的結(jié)構(gòu)不應妨礙人工操作和設備檢修。
由于打磨機需要人工操作，不適用密閉罩；又因工作臺面積小，故初步定為外部吸氣罩和排氣柜。外部吸氣罩是通過罩的抽吸作用，在污染源附近把污染物全部吸收起來；排氣柜可使有害煙塵的操作在柜內(nèi)進行，防止有害煙塵外逸。其中A型打磨機使用外部吸氣罩中的側(cè)吸罩，B型打磨機使用排氣柜。
3.3排風量的計算
A型打磨機選用側(cè)吸罩，矩形罩口。工作臺尺寸為700mm×600mm（長×寬），所以控制點到罩口的最大距離x=0.3m。設計罩口尺寸為200mm×100mm，由于x<2.4√F，將該罩假象成200mm×200mm的罩，b/a=1，x/b=1.5，查下圖可得vx/v0=0.067，
由上表可知控制點的最小控制風速為2.5~10m/s，取vx=4m/s，因此可得平均速度v0=4/0.067=59.7m/s，實際排風量L1=Fv0=0.2×0.1×59.7=1.19m3/s
B型打磨機工作臺尺寸為600×600（長×寬），罩口尺寸為600mm×600mm，排氣柜的排氣量按下式計算：
L2=L0+v·F·β (m3/s)
L0——柜內(nèi)的污染氣體發(fā)生量，m3/s
v——工作孔上的控制風速，m/s
F——工作孔或縫隙的面積，m2
β——安全系數(shù)，β=1.1~1.2
根據(jù)已知條件，B型打磨機產(chǎn)塵量為10kg/h，含塵空氣密度為1.204kg/m3，得L0=10/1.204=2.31×10-3 m3/s，設v=1.0m/s，β=1.2，得到L2=2.31×10-3+1.0×0.6×0.6×1.2=0.4343m3/s
總排風量L=8L1+6L2=8×1.19+6×0.4343=12.13m3/s
四、管網(wǎng)的設計
4.1管網(wǎng)設計原則
（1） 管網(wǎng)的布置應避免與工藝管道、溜槽相碰，還要滿足通風管道布置的特點（盡量避免水平鋪設，防止管道堵塞）；
（2） 除塵系統(tǒng)的排風點不宜過多，以利于支管間阻力平衡，如排風點多，可用大斷面集合管連接各支管，集合管內(nèi)流速不宜超過3m/s；
（3） 除塵風管盡可能垂直或傾斜敷設；
（4） 輸送含有整齊霧滴的氣體時，應有不小于0.005的坡度，以排出積液；
（5） 在除塵系統(tǒng)中，為防止風管堵塞，風管直徑不宜小于下列數(shù)值：
排送細小粉塵 80mm
排送較粗粉塵（如木屑） 100mm
排送粗粉塵（如小塊物體） 130mm
（6） 排送含有劇毒物質(zhì)的正壓風管，不應穿過其他房間；
（7） 風管上應設置必要的調(diào)節(jié)和測量裝置或預留測量裝置的接口，調(diào)節(jié)和測量裝置應設在便于操作和觀察的地點；
（8） 風管的布置應力求順直，避免復雜的局部管件，彎頭、三通等管件要安排得當，與風管的連接要合理，以減少阻力和噪聲。
由于打磨車間內(nèi)有14個抽風點，因此宜采用集合管式除塵系統(tǒng)，該系統(tǒng)有以下優(yōu)點：
（1） 可以直接關閉任何抽風支管，而這對周圍其余的集氣罩及整個系統(tǒng)的工作沒有重大影響；
（2） 局部集氣罩的抽風量變化范圍較寬，具有一定的自動調(diào)節(jié)風壓和風量的功能，因而可以改變?nèi)魏我粋€局部集氣罩的抽風量而對整個系統(tǒng)運行影響不大；
（3） 因為集合管內(nèi)氣速較低，部分粗顆粒粉塵在此分離出來，這樣不僅減小了凈化設備的負荷，而且減輕對總管和主要設備的磨損。
因為產(chǎn)塵設備在同一層，宜采用臥式集合管除塵系統(tǒng)，不占用工廠中間行走、活動空間，方便工廠搬運、施工等大型活動，管道設計簡單、實用。系統(tǒng)的所有抽風支管均可以以任何角度在集合管上部或側(cè)部與之相連接。集合管的底部沿全長設有粉塵輸送裝置，用來排出沉降在集合管內(nèi)的粉塵。
帶有集合管的集中式除塵系統(tǒng)運行簡單可靠，管道和除塵器的磨損較輕，尤其在生產(chǎn)設備工作條件不同的情況下，也能獲得較好的除塵效果。
管網(wǎng)布置圖如下：
4.2管段標號并注上各管段流量和長度
為簡化計算，管長以中心線計算，管道垂直段均設1.0m，風管彎頭處的曲率半徑為接頭處進口管徑的2倍，各水平管段長度根據(jù)打磨車間平面圖測得，結(jié)果如下表所示：
管段
1~2
2~4
3~4
4~6
5~6
6~7
7~12
8~9
長度/m
3.12
7.82
1.03
7.82
1.03
11.75
3.91
2.47
管段
9~10
10~11
11~12
12~16
13~14
14~15
15~16
16~20
長度/m
7.20
7.82
11.75
5.97
6.59
6.48
11.75
2.86
管段
17~18
18~19
19~20
20~21
22~23
24~25
長度/m
6.59
6.48
11.75
2.31
4.94
7.58
4.3選擇流速和管徑
根據(jù)除塵系統(tǒng)管道內(nèi)最低風速規(guī)定，金屬粉塵垂直風管最低風速為13m/s，水平風管最低風速為15m/s。設計過程中根據(jù)各管段的風量和設計風速，確定各個管段的斷面尺寸。
4.4壓強損失計算
圓形管道沿程壓力損失為：
式中：λ——摩擦阻力系數(shù)；
v——風管內(nèi)空氣的平均流速，m/s；
ρ——空氣的密度，kg/m3；
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，即可求得其余兩個參數(shù)。附錄6的線解圖是按過渡區(qū)的λ值，在壓力P0=101.325kPa，溫度t0=20℃，空氣密度ρ0=1.204kg/m3，運動粘度υ0=15.06×10-6m2/s，管壁粗糙程度K=0.15mm，圓形風管等條件下得出。本設計符合條件。
圓形管道局部壓力損失為：
式中：ζ——局部阻力系數(shù)
v——風管內(nèi)的空氣的平均流速，m/s
ρ——空氣的密度，kg/m3
各管段的局部損失系數(shù)可通過查附錄7得到。
1、8、13點為控制點，17點所在干管和13點所在干管相同，且在主干管上的壓力損失比13點小，可忽略。
4.4.1以1點為壓強控制點
（1） 集氣罩及其上部豎向風管和90°彎頭的阻力損失
查《除塵工程設計手冊》表6-25得到集氣罩局部阻力系數(shù)ζ=1.78，水平風本設計取v=16.8m/s，所以集氣罩壓力損失為△P=302.4Pa。
垂直管段長1.0m，空氣量1.19m3/s,選擇管徑300mm，空氣流速為v=16.8m/s，單位長度沿程損失為10Pa/m，總沿程壓力損失為10Pa。設定彎頭的曲率半徑為0.6m，所以r/d=2，查局部阻力系數(shù)表得到局部阻力系數(shù)ζ=0.15，所以90°彎頭壓力損失為25.5Pa，所以集氣罩及垂直風管和90°彎頭的總阻力損失為△P=302.4+10+25.5=337.9Pa。
（2） 1點處的局部壓力損失（90°彎頭）
設定彎頭的曲率半徑為0.6m，所以r/d=2，查局部阻力系數(shù)表得到局部阻力系數(shù)ζ=0.15，所以1點處（90°彎頭)局部壓力損失為25.5Pa
（3）1~2管段沿程壓力損失
水平管段長3.12m，空氣量1.19m3/s,選擇管徑300mm，空氣流速為v=16.8m/s，單位長度沿程損失為10Pa/m，總沿程壓力損失為31.2Pa。
（4）2點處的局部壓力損失（45°合流三通）
分流管的管徑分別為300mm和300mm，合流管的管徑為400mm，所以F2/F1=0.6,F3/F1=0.6,L3/L2=1,查局部阻力系數(shù)表得ζ=0.26，所以2點（45°合流三通）壓力損失為44.2Pa。
（5）2~4管段沿程壓力損失
水平管段長7.82m，空氣量2.38m3/s，選擇管徑400mm，空氣流速為18.9m/s，單位長度沿程損失為8.7Pa/m，總沿程壓力損失為68.0Pa。
（6）4點處的局部壓力損失（45°合流三通）
分流管的管徑分別為300mm和400mm，合流管的管徑為550mm，所以F2/F1=0.5,F3/F1=0.3,L3/L2=0.5,查局部阻力系數(shù)表得ζ=0.72，所以4點（45°合流三通）壓力損失為154.8Pa。
（7）4~6管段沿程壓力損失
水平管段長7.82m，空氣量3.57m3/s，選擇管徑550mm，空氣流速為15m/s，單位長度沿程損失為4.3Pa/m，總沿程壓力損失為33.6Pa。
（8）6點處的局部壓力損失（45°合流三通）
分流管的管徑分別為300mm和550mm，合流管的管徑為600mm，所以F2/F1=0.8,F3/F1=0.3,L3/L2=0.3,查局部阻力系數(shù)表得ζ=0.42，所以6點（45°合流三通）壓力損失為64.7Pa。
(9)6~7管段沿程壓力損失
水平管段長11.75m，空氣量4.76m3/s，選擇管徑600mm，空氣流速為16.8m/s，單位長度沿程損失為4.6Pa/m，總沿程壓力損失為54.1Pa。
(10)7點處的局部壓力損失（90°彎頭）
設定彎頭的曲率半徑為1.2m，所以r/d=2，查局部阻力系數(shù)表得到局部阻力系數(shù)ζ=0.15，所以90°彎頭壓力損失為25.5Pa。
(11)7~12管段沿程壓力損失
水平管段長3.91m，空氣量4.76m3/s，選擇管徑600mm，空氣流速為16.8m/s，單位長度沿程損失為4.6Pa/m，總沿程壓力損失為18.0Pa。
所以1~12段總沿程損失為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點為壓強控制點
（1）集氣罩及其上部豎向風管和90°彎頭的阻力損失
查《除塵工程設計手冊》表6-25得到集氣罩局部阻力系數(shù)ζ=1.78，水平風本設計取v=16.8m/s，所以集氣罩壓力損失為△P=302.4Pa。
垂直管段長1.0m，空氣量1.19m3/s,選擇管徑300mm，空氣流速為v=16.8m/s，單位長度沿程損失為10Pa/m，總沿程壓力損失為10Pa。設定彎頭的曲率半徑為0.6m，所以r/d=2，查局部阻力系數(shù)表得到局部阻力系數(shù)ζ=0.15，所以90°彎頭壓力損失為25.5Pa，所以集氣罩及垂直風管和90°彎頭的總阻力損失為△P=302.4+10+25.5=337.9Pa。
（2）8點處的局部壓力損失（90°彎頭）
設定彎頭的曲率半徑為0.6m，所以r/d=2，查局部阻力系數(shù)表得到局部阻力系數(shù)ζ=0.15，所以8點處的局部壓力損失（90°彎頭）為25.5Pa
（3）8~9管段沿程壓力損失
水平管段長2.47m，空氣量1.19m3/s,選擇管徑300mm，空氣流速為v=16.8m/s，單位長度沿程損失為10Pa/m，總沿程壓力損失為24.7Pa。
（4）9點處的局部壓力損失（45°合流三通）
分流管的管徑分別為300mm和300mm，合流管的管徑為400mm，所以F2/F1=0.6,F3/F1=0.6,L3/L2=1,查局部阻力系數(shù)表得ζ=0.26，所以9點（45°合流三通）壓力損失為44.2Pa。
（5）9~10管段沿程壓力損失
水平管段長7.20m，空氣量2.38m3/s，選擇管徑400mm，空氣流速為18.9m/s，單位長度沿程損失為8.7Pa/m，總沿程壓力損失為62.6Pa。
（6）10點處的局部壓力損失（45°合流三通）
分流管的管徑分別為300mm和400mm，合流管的管徑為550mm，所以F2/F1=0.5,F3/F1=0.3,L3/L2=0.5,查局部阻力系數(shù)表得ζ=0.72，所以10點（45°合流三通）壓力損失為154.8Pa。
（7）10~11管段沿程壓力損失
水平管段長7.82m，空氣量3.57m3/s，選擇管徑550mm，空氣流速為15m/s，單位長度沿程損失為4.3Pa/m，總沿程壓力損失為33.6Pa。
（8）11點處的局部壓力損失（45°合流三通）
分流管的管徑分別為300mm和550mm，合流管的管徑為600mm，所以F2/F1=0.8,F3/F1=0.3,L3/L2=0.3,查局部阻力系數(shù)表得ζ=0.42，所以11點（45°合流三通）壓力損失為64.7Pa。
(9)11~12管段沿程壓力損失(包括一個45°彎頭的損失)
水平管段長11.75m，空氣量4.76m3/s，選擇管徑600mm，空氣流速為16.8m/s，單位長度沿程損失為4.6Pa/m，總沿程壓力損失為54.1Pa。設定45°彎頭的曲率半徑為1.2m，所以r/d=2，查局部阻力系數(shù)表得到局部阻力系數(shù)ζ=0.09，所以45°彎頭壓力損失為15.3Pa。所以11~12管段的沿程壓力損失為69.4Pa。
所以8~12段總沿程損失為337.9+25.5+24.7+44.2+62.6+154.8+33.6+64.7+69.4=817.5Pa<856.3Pa，所以1點與8點相比，1點為控制點。
（10）12點處的局部壓力損失（45°合流三通）
分流管的管徑分別為600mm和600mm，合流管的管徑為900mm，所以F2/F1=0.4,F3/F1=0.4,L3/L2=1.0,查局部阻力系數(shù)表得ζ=1.10，所以12點（45°合流三通）壓力損失為186.9Pa。
（11）12~16管段沿程壓力損失
水平管段長5.97m，空氣量9.52m3/s，選擇管徑900mm，空氣流速為15m/s，單位長度沿程損失為2.3Pa/m，總沿程壓力損失為13.7Pa。
所以1~16段總沿程損失為857.5+186.9+13.7=1058.1Pa。
4.4.3以13點為壓強控制點
（1）集氣罩及其上部豎向風管和90°彎頭的阻力損失
查《除塵工程設計手冊》表6-25得到集氣罩局部阻力系數(shù)ζ=0.1，水平風本設計取v=18.1m/s，所以集氣罩壓力損失為△P=19.7Pa。
垂直管段長1.0m，空氣量0.4343m3/s,選擇管徑175mm，空氣流速為v=18.1m/s，單位長度沿程損失為24Pa/m，總沿程壓力損失為24Pa。設定彎頭的曲率半徑為0.35m，所以r/d=2，查局部阻力系數(shù)表得到局部阻力系數(shù)ζ=0.15，所以90°彎頭壓力損失為29.6Pa，所以集氣罩及垂直風管和90°彎頭的總阻力損失為△P=19.7+24+29.6=73.3Pa。
（2）13點處的局部壓力損失（90°彎頭）
設定彎頭的曲率半徑為0.35m，所以r/d=2，查局部阻力系數(shù)表得到局部阻力系數(shù)ζ=0.15，所以13點處的局部壓力損失（90°彎頭）為29.6Pa
（3）13~14管段沿程壓力損失
水平管段長6.59m，空氣量0.4343m3/s,選擇管徑175mm，空氣流速為v=18.1m/s，單位長度沿程損失為24Pa/m，總沿程壓力損失為158.2Pa。
（4）14點處的局部壓力損失（45°合流三通）
分流管的管徑分別為175mm和175mm，合流管的管徑為250mm，所以F2/F1=0.5,F3/F1=0.5,L3/L2=1,查局部阻力系數(shù)表得ζ=0.88，所以14點（45°合流三通）壓力損失為173.6Pa。
（5）14~15管段沿程壓力損失
水平管段長6.48m，空氣量0.8686m3/s，選擇管徑250mm，空氣流速為17.7m/s，單位長度沿程損失為14.5Pa/m，總沿程壓力損失為94.0Pa。
（6）15點處的局部壓力損失（45°合流三通）
分流管的管徑分別為175mm和250mm，合流管的管徑為300mm，所以F2/F1=0.7,F3/F1=0.3,L3/L2=0.5,查局部阻力系數(shù)表得ζ=0.58，所以15點（45°合流三通）壓力損失為109.4Pa。
（7）15~16管段沿程壓力損失(包括一個45°彎頭的損失)
水平管段長11.75m，空氣量1.303m3/s，選擇管徑300mm，空氣流速為18.4m/s，單位長度沿程損失為12Pa/m，總沿程壓力損失為141.0Pa。設定45°彎頭的曲率半徑為0.6m，所以r/d=2，查局部阻力系數(shù)表得到局部阻力系數(shù)ζ=0.09，所以45°彎頭壓力損失為18.3Pa。所以15~16管段的沿程壓力損失為159.3Pa。
所以13~16段總沿程損失為73.3+29.6+158.2+173.6+94.0+109.4+159.3=797.4Pa<1058.1Pa，所以1點與13點相比，1點為控制點。1點為整個通風管網(wǎng)的控制點。
4.4.4總壓力損失
（1）16點處的局部壓力損失（45°合流三通）
分流管的管徑分別為300mm和900mm，合流管的管徑為900mm，所以F2/F1=1.0,F3/F1=0.1,L3/L2=1.0,查局部阻力系數(shù)表得ζ=0.15，所以16點（45°合流三通）局部壓力損失為30.6Pa。
（2）16~20管段沿程壓力損失
水平管段長2.86m，空氣量10.82m3/s，選擇管徑900mm，空氣流速為17.0m/s，單位長度沿程損失為2.8Pa/m，總沿程壓力損失為8.0Pa。
（3）20點處的局部壓力損失（45°合流三通）
分流管的管徑分別為300mm和900mm，合流管的管徑為900mm，所以F2/F1=1.0,F3/F1=0.1,L3/L2=1.0,查局部阻力系數(shù)表得ζ=0.15，所以20點（45°合流三通）局部壓力損失為26.1Pa。
（4）20~21管段沿程壓力損失
水平管段長2.31m，空氣量12.13m3/s，選擇管徑900mm，空氣流速為19.1m/s，單位長度沿程損失為3.4Pa/m，總沿程壓力損失為7.9Pa。
（5）旋風除塵器的壓力損失為1131.3Pa。
（6）22~23管段沿程壓力損失
水平管段長4.94m，空氣量12.13m3/s，選擇管徑900mm，空氣流速為19.1m/s，單位長度沿程損失為3.4Pa/m，總沿程壓力損失為16.8Pa。
（7）23~24管段沿程壓力損失
水平管段長7.58m，空氣量12.13m3/s，選擇管徑900mm，空氣流速為19.1m/s，單位長度沿程損失為3.4Pa/m，總沿程壓力損失為25.8Pa。
各管段的沿程損失見下表：
管段
長度L/m
流量Q/(m3/s)
管徑D/mm
流速v/(m/s)
比摩阻Rm/(Pa/m)
沿程損失Rml/Pa
1~2
3.12
1.19
300
16.8
10
31.2
2~4
7.82
2.38
400
18.9
8.7
68.0
3~4
1.03
1.19
300
16.8
10
10.3
4~6
7.82
3.57
550
15.0
4.3
33.6
5~6
1.03
1.19
300
16.8
10
10.3
6~7
11.75
4.76
600
16.8
4.6
54.1
7~12
3.91
4.76
600
16.8
4.6
18.0
8~9
2.47
1.19
300
16.8
10
24.7
9~10
7.20
2.38
400
18.9
8.7
62.6
10~11
7.82
3.57
550
15.0
4.3
33.6
11~12
11.75
4.76
600
16.8
4.6
69.4
12~16
5.97
9.52
900
15.0
2.3
13.7
13~14
6.59
0.4343
175
18.1
24
158.2
14~15
6.48
0.8686
250
17.7
14.5
94.0
15~16
11.75
1.303
300
18.4
12
159.3
16~20
2.86
10.82
900
17.0
2.8
8.0
17~18
6.59
0.4343
175
17.7
24
158.2
18~19
6.48
0.8686
250
17.0
14.5
94.0
19~20
11.75
1.303
300
18.4
12
8.0
20~21
2.31
12.13
900
19.1
3.4
7.9
22~23
4.94
12.13
900
19.1
3.4
16.8
24~25
7.58
12.13
900
19.1
3.4
25.8
五、旋風除塵器的選型
5.1旋風除塵器的特點
（1） 旋風除塵器與其他除塵器相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、投資低、操作維修方便以及適用面寬的優(yōu)點。適用于工業(yè)爐窯煙氣除塵和工業(yè)通風除塵；工業(yè)氣力輸送系統(tǒng)氣固兩相分離與物料氣力烘干回收。
（2） 旋風除塵器的除塵效率一般達85%左右，高效的旋風除塵器對于輸送、破碎、卸料、包裝、清掃等工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的含塵氣體除塵效率可達95%-98%，對于燃煤爐窯產(chǎn)生煙氣的除塵效率可以達到92%-95%。
（3） 旋風除塵器捕集<5μm顆粒的效率不高，一般可以作為高濃度除塵系統(tǒng)的預除塵器，與其他類型高效除塵器合用。可用于10μm以上顆粒的去除，符合此題的題設條件。
（4） 粘性大的粉塵容易粘結(jié)在除塵器表面，不宜采用干法除塵；比電阻過大或過小的粉塵，不宜采用電除塵；纖維性或憎水性粉塵不宜采用濕法除塵。本題為鍋爐排煙，鍋爐排煙的特點是煙氣流量大，而且煙氣流量變化也很大，選取旋風除塵器是適當?shù)摹?
（5） 旋風除塵器適宜于高溫高壓含塵氣體的除塵。綜合氣體的含塵濃度、煙氣溫度和其他性質(zhì)以及收集粉塵的處理、運行費用等多項因素，可選用旋風除塵器。
5.2旋風除塵器的選型原則
（1） 旋風式除塵器凈化氣體量應與實際需要處理的含塵氣體量一致。選擇旋風式除塵器直徑時應盡量小些，如果要求通過的風量較大，可采用幾個小直徑的旋風除塵器并聯(lián)為宜。
（2） 旋風式除塵器入口風速要保持18~23m/s，過低時除塵效率下降；過高時阻力損失及耗電量均要增加，且除塵效率提高不明顯。
（3） 所選擇的旋風式除塵器的阻力損失小，動力消耗少，且結(jié)構(gòu)簡單、維護簡便。
（4） 旋風式除塵器能捕集到的最小粉塵粒子應稍小于被處理氣體中的粉塵粒度。
（5） 當含塵氣體溫度很高時，要注意保溫，避免水分在除塵器內(nèi)凝結(jié)。假如粉塵不吸收水分、露點為30～50℃時，除塵器的溫度最少應高出30℃左右，假如粉塵吸水性較強(如水泥、石膏和含堿粉塵等)、露點為20～50℃時，除塵器的溫度應高出露點溫度40～50℃。
（6） 旋風除塵器結(jié)構(gòu)的密閉要好，確保不漏風。尤其是負壓操作，更應注意卸料鎖風裝置的可靠性。
（7） 易燃易爆粉塵(如煤粉)應設有防爆裝置。防爆裝置的通常做法是在入口管道上加一個安全防爆閥門。
（8） 當粉塵粘性較小時，最大允許含塵質(zhì)量濃度與旋風筒直徑有關，即直徑越大其最大允許含塵質(zhì)量濃度越大。
5.3旋風除塵器的選型步驟
旋風除塵器的選型計算主要包括類型和筒體直徑及個數(shù)的確定等內(nèi)容。一般步驟和方法如下所述。
（1） 除塵系統(tǒng)需要處理的氣體量。當氣體溫度較高、含塵量較大時，其風量和密度發(fā)生較大變化，需要進行換算。若氣體中水蒸氣含量較大時，亦應考慮水蒸氣的影響。
（2） 根據(jù)所需處理氣體的含塵質(zhì)量濃度、粉塵性質(zhì)及使用條件等初步選擇除塵器類型。
（3） 根據(jù)需要處理的含塵氣體量Q，按下式算出除塵器直徑：
式中，D——除塵器直徑，m；
Vp——除塵器體凈空截面平均流速，根據(jù)前人的研究結(jié)果，Vp的取值 范圍為1.3~5.2m/s，本設計取4m/s；
Q——操作溫度和壓強下的氣體流量，m3/h
根據(jù)公式，計算除塵器直徑
或根據(jù)需要處理氣體量算出除塵器進口氣流速度(一般在12～25m/s之間)，由選定的含塵氣體進口速度和需要處理的含塵氣體量算出除塵器入口截面積，再由除塵器各部分尺寸比例關系選出除塵器。
當氣體含塵質(zhì)量濃度較高，或要求捕集的粉塵粒度較大時，應選用較大直徑的旋風除塵器；當要求凈化程度較高，或要求捕集微細塵粒時，可選用較小直徑的旋風除塵設備并聯(lián)使用。
（4） 必要時按給定條件計算除塵器的分離界限粒徑和預期達到的除塵效率，也可直接按有關旋風除塵器性能表選取，或?qū)⑿阅軘?shù)據(jù)與計算結(jié)果進行核對。
（5） 除塵器必須選用氣密性好的卸料器，以防器體下部漏風，影響效率急劇下降。
（6） 旋風除塵器并聯(lián)使用時，應采用同型號旋風除塵器，并需合理地設計連接風管，使每個除塵器處理的氣體量相等，以免除塵器之間產(chǎn)生串流現(xiàn)象，降低效率。徹底消除串流的辦法是為每一除塵器設置單獨的集塵箱。
（7） 旋風除塵器一般不宜串聯(lián)使用。必須串聯(lián)使用時，應采用不同性能的旋風除塵器，并將低效者設于前面。
5.4除塵器的相關參數(shù)計算
型號規(guī)格
處理風量m3/h
進口風速m/s
12
16
20
XLP/B-20.0
31100
38880
46660
根據(jù)風量選用XLP?B-20.0型旋風除塵器，并設進口風速為18m/s理由是：
（1）XLP/B型旋風除塵器是在一般旋風除塵器的基礎上增設旁路式分離器的一種除塵器，阻力損失較小，特別對5μm以上的粉塵有較高的除塵效率。?
（2）XLP/B型旋風除塵器對5μm以上的粉塵有較高的除塵效率，設計處理的煙氣平均粒徑為5μm以上的顆粒占95%，基本滿足了顆粒物得處理要求。??
（3）XLP/B型在顆粒粒徑大于5μm以上時其分級除塵效率大于87.8%。
局部阻力系數(shù)
旋風除塵器型式
XLT
XLT?A
XLP?A
XLP?B
ξ
5.3
6.5
8.0
5.8
根據(jù)上表得XLP?B型旋風除塵器的局部阻力系數(shù)為5.8。
除塵器入口截面積：
入口高度：
入口寬度：
排出筒直徑：
筒體長度：
錐體長度：
灰口直徑：
排氣管插入深度：
5.5旋風除塵器的壓力損失計算
根據(jù)公式：
式中：ρ——氣體的密度,kg/m3
Vin——氣體入口速度，m/s
ζ——局部阻力系數(shù)
計算得△P=1/2×5.8×1.204×182=1131.3Pa
5.6旋風除塵器的除塵效率計算
（1）根據(jù)旋風除塵器的特征長度l，得出交界圓柱面的高度h0：
（2） 由交界圓柱面直徑，得r0=0.415m
平均徑向速度，
（3）渦流指數(shù)的計算：根據(jù)渦流定律，外渦旋的切向速度反比于旋轉(zhuǎn)半徑R的n次方，即vτRn=常數(shù)，其中n為渦流指數(shù)。
n的計算公式為：
本設計D=1.96m，T=20+273=293 K，計算得n=0.733
（4）氣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vτ0=33.91m/s
（5） 分割直徑：
（6） 分級效率：
計算結(jié)果如下表：
平均粒徑d(μm)
粒級分布f(%)
累計粒級分布f′(%)
分級效率ηi（%）
25
3
3
77.95
50
7
10
89.52
75
13
23
94.22
100
70
93
96.54
125
6
99
97.82
150
1
100
98.58
總效率計算得
六、通風機的選型
6.1風量
通風機風量由下式計算得到：
式中：Qr——氣體總流量，m3/s
kQ1——設備漏風附加系數(shù)，取1.2
kQ2——管網(wǎng)漏風附加系數(shù)，取1.15
所以求得風量為：
Qr=kQ1kQ2Q=1.2×1.15×12.13=16.74m3/s=60264m3/h
6.2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)，取1.1
kp2——風機全壓負差系數(shù)，取1.1
p=1058.1+8.0+7.9+16.8+25.8=1116.6Pa，ps=1131.3Pa，得Pf=（1116.6×1.1+1131.3）×1.1=2595.5Pa
6.3通風機的選型原則
（1） 在選擇通風機前，應了解國內(nèi)通風機的生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量情況，如生產(chǎn)的通風機品種、規(guī)格和各種產(chǎn)品的特殊用途，以及生產(chǎn)廠商產(chǎn)品質(zhì)量、后續(xù)服務等情況綜合考察。
（2） 根據(jù)通風機輸送氣體的性質(zhì)不同，選擇不同用途的通風機。
（3） 在通風機選擇性能圖表查得兩種以上的通風機可供選擇時，應優(yōu)先選擇效率較高、機號較小、調(diào)節(jié)范圍較大的一種。
（4） 在選擇通風機時，應盡量避免采用通風機并聯(lián)或串聯(lián)工作。當通風機聯(lián)合工作時，應盡可能選擇同型號同規(guī)格的通風機并聯(lián)或串聯(lián)工作；當采用串聯(lián)時，第一級通風機到第二級通風機之間應有一定的管路連接。
（5） 原有除塵系統(tǒng)更換用新風機應考慮充分利用原有設備、適合現(xiàn)場安裝及安全運行等問題。
結(jié)合上述計算，參考《除塵工程設計手冊》表8-15，選擇使用6-30型普通中壓風機，風量為2210~17300m3/h、全壓為1785~4355Pa，功率為1~37kW。
七、輸排灰裝置的設計
除塵器收集的粉塵需要從除塵器排出并輸送到適合的位置加以儲存、回收、利用。因此，輸排灰系統(tǒng)是除塵工程設計中的一個環(huán)節(jié)，是除塵系統(tǒng)不可缺少的組成部分。輸排灰系統(tǒng)包括排灰裝置、輸灰裝置和儲運裝置等。
7.1卸灰閥的選擇
卸塵量為124kg/h，參考《除塵工程設計手冊》表5-2可選用D70型圓錐式卸塵閥，D=70mm，H=450mm，F(xiàn)=30mm，M=340mm，P=160mm。
7.2螺旋輸送機計算
（1） 螺旋直徑
查表得物料填充系數(shù)ψ=0.30，物料綜合特性經(jīng)驗系數(shù)K=0.0565，校正系數(shù)C=1.0。計算得到螺旋運輸及的螺旋直徑為
式中：D——螺旋直徑，m
K——物料綜合特性經(jīng)驗系數(shù)
Q——輸送量，t/h
Ψ——物料填充系數(shù)
ρ——物料的堆積密度，查《除塵工程設計手冊》表1-1為2.5~3，取2.5，t/m3
C——螺旋輸送機傾斜安裝時輸送量的校正系數(shù)
結(jié)果小于規(guī)格中的最小直徑，因此選用最小直徑150mm作為螺旋運輸機的直徑。
（2） 螺旋輸送機轉(zhuǎn)速
為防止物料受切向力過大而被拋起影響物料的輸送，選用螺旋輸送機時，應控制螺旋軸的極限轉(zhuǎn)速。極限轉(zhuǎn)速可按下式計算：
式中：n——螺旋輸送機轉(zhuǎn)速，r/min
A——物料綜合特性系數(shù)
查《除塵工程設計手冊》表5-8，物料綜合特性系數(shù)A=35，根據(jù)公式算得。
充填分數(shù)
式中：Ψ——充填分數(shù)
S——螺距，m，S制法，S=0.8D；D制法，S=D
算得Ψ=0.084，低于推薦值很多，故降低魯魯修軸轉(zhuǎn)速，以提高螺旋機的壽命。取n=0.252，正好在推薦范圍內(nèi)，最后確定D=150mm，n=30r/min。
（3） 螺旋輸送機的功率
螺旋運輸及軸功率
式中：P0——軸功率，kW
k——功率備用系數(shù)，可取1.2~1.4
ω0——物料阻力系數(shù)
L——螺旋輸送機水平投影長度，m
H——螺旋輸送機垂直投影高度，m，向上輸送時取正值，向下輸送時取負值
始終取k=1.2,ω0=3.2，輸送機長度取L=6m，算得P0=0.003kW
（4） 螺旋輸送機驅(qū)動裝置的額定功率
式中：P——驅(qū)動裝置額定功率，kW
η——驅(qū)動裝置總效率，與減速機直聯(lián)時η=0.94
算得P=0.0032kW
八、煙囪設計
8.1煙囪出口尺寸計算
煙囪截面積可由下式求出：
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
取Vg=16m/s，計算得到S=0.75m，直徑D=0.98.由于此排氣裝置非正式煙囪，故高度可以放低，材料也可以不用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。高度取10m，材料用薄鋼管。
8.2風帽設計
為了防止雨水的侵蝕，通常在其頭部加裝風帽，其常見的做法是在排氣筒出口加裝傘形風帽。其結(jié)構(gòu)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
9.1工程投資
（1） 除塵器
旋風除塵器的價格可根據(jù)其處理能力估算，每處理10000m3/h的價格在2.2萬左右。本系統(tǒng)處理量為43668m3/h，故除塵器價格約為9.61萬元。
（2） 風管
風管目前市場價約為60元/m。本系統(tǒng)總長138m，買140m，故花費8400元。
（3） 集氣罩
柜式集氣罩價格約400元/個。本系統(tǒng)共用6個，花費2400元；
側(cè)吸罩價格約400元/個。本系統(tǒng)共用8個，花費3200元。
集氣罩總花費為5600元。
（4） 風機
高壓風機9-26型風機市場報價1900元/臺。
綜上所述，如果不考慮粉塵的回收，整個通風除塵系統(tǒng)的建設投資為11.2萬元。
9.2運行費用
（1） 電費
系統(tǒng)的裝機容量按50kW計，全年工作按360天，每天工作10小時計，電費工業(yè)用電0.95元/千瓦時計，則全年電費為17.1萬元。
（2） 維修費用
由于設備、管道均為鋼結(jié)構(gòu)，無易損部件，所以全年的維修費按總投資的2%計，即2240元。
由此可知，系統(tǒng)每年的運行費用為17.324萬元。
十、致謝
在一周忙碌的課程設計中我受益良多，從資料查找，工藝計算和設計報告的編寫，以及CAD圖的繪制，不僅充分檢驗了我對所學專業(yè)知識的掌握，還考驗了我如何合理安排、統(tǒng)籌規(guī)劃，并與同學相互交流探討。
在此真誠地感謝楊家寬老師的悉心指導以及同學們在我遇到困難時認真地給予我?guī)椭?
課程設計是我們綜合運用課堂所學知識的重要平臺，是我們今后走人社會在自己的工作崗位上進行相關設計工作的一次模擬，是我們成人成才的一個重要過程。
十一、參考文獻
[1] 孫一堅. 工業(yè)通風. 中國建筑工業(yè)出版社, 1985
[2] 唐敬麟, 張祿虎. 除塵裝置系統(tǒng)及設備設計手冊. 化學工業(yè)出版社. 2004
[3] 張殿印, 王純. 除塵工程設計手冊. 化學工業(yè)出版社, 2003
[4] 胡傳鼎. 通風除塵設備設計手冊. 化學工業(yè)出版社, 2003
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