大氣污染課程設計

1、大氣污染控制工程課程設計題目： 某白合金澆鑄車間煙氣收集系統(tǒng)方案設計 目 錄前 言3第一章 工程概況 3 1.1 設計條件 3 1.2 設計要求 4第二章 設計說明 4 2.1 設計依據 4 2.2 設計原則 4 2.3 設計范圍 4 2.4 設計規(guī)模 5第三章 工藝選擇 5 3.1凈化系統(tǒng)簡介 5第四章 處理流程 5 4.1 集氣系統(tǒng) 5 4.2 設計機理 5 4.3吸入氣流 5 4.31吸入機理 5 4.3.2吹吸氣流比較 7 4.3.3吹吸氣罩的氣流特點 7第5章 集氣罩的類型與特點 7 5.1.型號的確定 7 5.2集氣罩類型10 5.3集氣罩的特點與選擇10第六章 主要設施與設備設計

2、選型 10 6.1 主要設施設計計算 10 6.2集氣罩的設計與計算 10 6.2.1、大白合金鍋 10 6.2.2、第一、二澆鑄臺 10 6.2.3、預熱爐11 6.2.4、離心澆鑄臺11 6.2.5、小白合金鍋11 6.3管道的設計計算 12 6.3.1管道設計計算的具體步驟14 6.4風機的選擇計算 14第七章 總圖設計14前 言 大氣是人類賴以生存的最基本的環(huán)境因素，構成了環(huán)境系統(tǒng)的大氣環(huán)境子系統(tǒng)。一切生命過程，一切動物、植物和微生物都離不開大氣。大氣為地球生命的繁衍，人類的發(fā)展，提供了理想的環(huán)境。它的狀態(tài)和變化，時時處處影響到人類的活動與生存。 造成大氣污染的原因，既有自然因素又有人

3、為因素，尤其是人為因素，如工業(yè)廢氣、燃燒、汽車尾氣和核爆炸等。隨著人類經濟活動和生產的迅速發(fā)展，在大量消耗能源的同時，也將大量的廢氣、煙塵物質排入大氣，嚴重影響了大氣的質量，特別是在人口稠密的城市和工業(yè)區(qū)域。造成大氣污染的物質主要有：一氧化碳CO、二氧化硫SO2、一氧化氮NO、臭氧O3以及煙塵、鹽粒、花粉、細菌、苞子等。 如何在經濟快速發(fā)展、能源需求增加的同時遏制大氣污染已成為一項巨大的科技挑戰(zhàn)。我國政府采用綜合措施，控制大氣污染水平，包括：提高能源效率優(yōu)化能源結構；改造和遷移污染工業(yè)；城市規(guī)劃和綠化；機動車排污量控制；道路建設和管理等。 源頭治理已成為大氣污染控制中一項積極有效的措施，因而每

4、個工廠中的除塵凈化設施就顯得尤為重要。經濟合理的除塵設備可將污染扼殺在“搖籃”中，還我們賴以生存的大氣一片潔凈。第一章 工程概況1.1 設計條件某機車機務段掛瓦車間擔負白合金澆鑄任務，在整個工藝操作中鉛以氣溶膠和煙氣的形式向空氣中散發(fā)，污染工作場所及周圍環(huán)境。產生鉛污染的來源有六處：1.大白合金鍋、2.第一澆鑄工作臺、3.第二澆鑄工作臺、4.預熱爐、5.離心澆鑄機、6.小白合金鍋。它們在車間中的布置位置如圖所示。今擬在車間的東北角建一凈化設備，假定設備的阻力為170mmH2O,風機消聲器的阻力為10mmH2O，設計一廢氣收集系統(tǒng)。1.2設計要求1.選擇和設計吸氣罩、排氣管道、選擇風機，并寫出設

5、計說明書；2.繪出排風系統(tǒng)裝備圖、平面圖、軸側圖；3.試編制管道計算的計算機程序。第二章 設計說明2.1 設計依據 1、大氣污染防治技術及工程應用 2、三廢處理工程技術手冊 3、大氣污染控制工程 4、工業(yè)通風 5、液體力學、風機及泵 6、采暖通風設計手冊 7Air Pollution Control Theor2.2設計原則 本設計遵循如下原則進行工藝路線的選擇及工藝參數的確定： （1）基礎數據可靠，總體布局合理。 （2）避免二次污染，降低能耗，近期遠期結合、滿足安全要求。 （3）采用成熟、合理、先進的處理工藝，處理能力符合處理要求； （4）投資少、能耗和運行成本低，操作管理簡單，具有適當的安

6、全系數，各工藝參數的選擇略有富余，并確保處理后的尾氣可以達標排放； （5）在設計中采用耐腐蝕設備及材料，以延長設施的使用壽命； （6）廢氣處理系統(tǒng)的設計考慮事故的排放、設備備用等保護措施； （7）工程設計及設備安裝的驗收及資料應滿足國家相關專業(yè)驗收技術規(guī)范和標準。2.3 設計范圍 該集氣系統(tǒng)、集氣的輸送系統(tǒng)、總圖布置、集氣罩的選擇、配套裝置管道設計以及總圖設計（包括平面，側面與俯視布置圖、管道輸送的總圖）等。2.4 設計規(guī)模 1、污染源的大小、形狀和空間位置 1.1 圖中打斜線的區(qū)域為污染物散發(fā)表面；其中，大白合金鍋口徑為450mm，離心澆鑄機口為90mm，小白合金鍋方形鍋口為250mm*25

7、0mm,污染源中心距地面高度、離墻面的距離及相互間沿墻方向的中心距離如圖中所示。 1.2 兩澆鑄操作臺實際上連為一體，貼墻布置，臺面高350mm，它們的最大操作空間均為600mm(長)*450mm(寬)*500mm(高)。 1.3 預熱爐門離墻700mm，爐頂高1800mm，爐門口650mm(寬)*800mm(高)，其一半高度在地面以上，另一半則在寬800mm的地溝內，預熱爐寬1020mm，帶式電爐面積(2*0.7+0.8)*0.8/2平方米，爐表面溫度900度。 1.4 離心澆鑄機寬600mm，澆鑄口落在中心線上，澆鑄口中心離墻距離為1850mm，距離地面550mm，至澆鑄機主體(高750m

8、m)內端面距離為250mm，澆鑄機低端面500mm，其外端面離墻2450mm.。 1.5 假設凈化設備的進口法蘭中心離地面1750 mm，到墻的距離為1100mm,與小白金鍋中心沿墻方向的距離為3800mm，設備頂出口法蘭高4700mm，風機機座高1200mm ,并要求煙囪的高度不低于12500mm , 1.6 澆鑄用的鉛料液勺口徑為150mm，勺嘴突出30mm。 1.7 墻厚240mm.。2、工藝操作過程簡介 待澆鑄件在預熱爐中熔去已損壞的白合金零件，電動裝置把爐門連同放工件的爐床（圖中用點線表示），一起拖出爐門口外1000mm，由吊車把工件吊至澆鑄操作臺上，從大白合金鍋中取鉛液澆鑄，小白合

9、金鍋內的鉛液供離心澆鑄機用，離心成型的工件在操作臺上裝配并掛鉛固定。 工件尺寸：550mm*300mm*400mm 熔鉛溫度：400 oC 第三章 工藝選擇3.1 凈化系統(tǒng)簡介  凈化系統(tǒng)的組成及系統(tǒng)設計的基本內容 一、局部排氣凈化系統(tǒng)的組成  (1)集氣罩:用來捕集污染空氣的，其性能對凈化系統(tǒng)的技術經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。  (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)的設備和部件連成一個整體。  (3)凈化設備:為了防止大氣污染，當排氣中污染物含量超過排放標準時，必

10、須采用凈化設備進行處理，達到排放標準后，才能排人大氣。 (4)通風機系統(tǒng)中氣體流動的動力。為了防止通風機的磨損和腐蝕，通常把風機設在凈化裝備的后面。 (5)煙囪煙囪是凈化系統(tǒng)的排氣裝置。由于凈化后的煙氣中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不超過環(huán)境空氣質量標準，煙囪必須具有一定高度。二、局部排氣凈化系統(tǒng)設計的基本內容 (1)捕集裝置設計：集氣罩結構形式、安裝位置以及性能參數確定等。  (2)凈化系統(tǒng)的選擇或設計 選擇依據a.污染物的種類與性質；b.處理量；c.凈化效率；d.凈化系統(tǒng)的環(huán)境、經濟及社會效益。 

11、;一般程序a.工程調查；b.確定凈化程度；c.選擇合理的凈化工藝；d.選擇適當的凈化裝置，確定合理的凈化系統(tǒng)配置；e.確定凈化系統(tǒng)運行參數和技術經濟指標。除塵系統(tǒng)與裝置的選擇；吸收系統(tǒng)與裝置的選擇；吸附系統(tǒng)與吸附裝置的選擇凈化裝置的費用：設備投資費、運行費用、總費用 (3)管道系統(tǒng)的設計：管道布置、管道內氣體流速的確定、管徑選擇、壓力損失計算以及通風機選擇 (4)排放煙囪設計：煙囪高度、出口直徑、排氣速度等。第四章 處理流程41集氣系統(tǒng) 包括：氣體輸送管道、集氣罩系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、風機等。4.2設計機理 綜述：集氣罩匯集污染物，是一種流體動力學捕集 ，因此要對集氣罩合理設計，必須要了解吸氣罩罩口

12、的氣流流動規(guī)律。集氣罩口氣流流動方式有兩種 :一種是吸氣口氣流的吸人流動，一種是吹氣口氣流的吹出流動。 4.3吸入氣流4.3.1吸入機理 吸氣口吸氣時，在吸氣口附近形成負壓，周圍的空氣從四面八方流向吸氣口，形成吸入氣流或匯流。 吸氣流斷面的速度分布和特點： 四周加擋板 4.3.2吹吸氣流比較 吹氣氣流呈錐形且流量隨距離增加，而吸氣流呈橢球面，通過各等速面流量相等，且等于吸入口流量 吹氣速度與離吹口距離呈反比，吸氣與距離平方呈反比 吹氣作用范圍大，吸氣作用范圍小且能量衰減較快。4.3.3吹吸氣罩的氣流特點第五章 集氣罩的類型與特點5.1型號的確定（1）集氣罩類型 局部密閉罩 接受式集氣罩整體密閉

13、罩外部集氣罩還有吹吸式集氣罩等類型。 （2）集氣罩的選擇 總述：集氣罩是用以捕集污染氣流的。其性能對凈化系統(tǒng)的技術經濟指標是有直接影響的。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。按罩口氣流流動方式可將集氣罩分為兩大類：吸氣式集氣罩和吹吸式集氣罩。利用吸氣氣流捕集污染空氣的集氣罩稱為吸氣式集氣罩，而吹吸式集氣罩則是利用吹吸氣流來控制污染物擴散的裝置。本設計中采用吸氣式集氣罩中的外部集氣罩來收集污染氣體。 由題設條件可知，本設計適宜采用外部集氣罩中的側集氣罩。對于外部集氣罩排風量的確定多采用控制速度法。 （3）集氣罩罩口尺寸確定 控制點控制速度Vx的確定本設計中，污染源產

14、生于金屬澆鑄氣體，從輕微速度發(fā)散到上述相當平靜的空氣中，所以污染源的控制速度按大氣污染控制工程中表13-2或表1可得，取0. 51.0m/s之間。本設計選用vx=0.6m/s。表1 外部集氣罩控制風速vx有害散發(fā)情況vx實例在相當平靜的狀態(tài)下產生極低的擴散速度0.25-0.5某些化學槽的液面蒸發(fā)，如去油槽等在較穩(wěn)定的狀態(tài)下，產生較低的擴散速度0.5-1.0低速輸料機，如檢選膠帶機；粉料裝袋；摩擦壓磚機壓磚噴漆箱；焊接臺；電鍍槽 及酸洗槽等在空氣快速流動的狀態(tài)下，大量產生有害物1.0-2.5破碎機；高速膠帶運輸的轉運點；物料混合；粉料裝卸等在空氣流動很快的狀態(tài)下，有害物以很高的慣性速度擴散2.5

15、-10磨床、砂輪機、磨磚、切磚機、噴砂、噴漆等 由于氣體只能從側面流入罩內，我們選用側吸罩。為避免橫向氣流干擾，要求H盡可能0.3L，可設題中H=0.6m，因此，L2.0m，取L=2.4m。 吸氣流易受橫向氣流的影響，所以靠墻布置。設墻厚260mm，設污染源中心距離墻中心660mm，因此污染源距墻邊B=660-260/2=530mm，由此可知集氣罩寬2B=1060mm=1.06m。為保證罩口吸氣速度均勻，集氣罩的擴張角不應大于60°，本設計中取為60°。 （4）與罩口連接處直管尺確定 本設計中，污染源產生白金澆鑄氣體，屬于染料粉塵，所以污染源的控制速度按大氣污染控制工程中表

16、13-4可得，水平管速度應在16-18m/s.所以，選擇的水平管道斷面為長0.5m,寬0.4m的方形管道。第六章 主要設施與設備設計選型6.1主要設施設計計算6.2集氣罩的設計與計算 集氣罩設為天圓地方或圓臺型，且都設為無邊，則應滿足下列條件： F16f D4d L3d d / E > 0.2 , 1.0 < D/E < 2.0 , H / E < 0.7 , u / E 2.5 其中，d代表風管的特征尺寸（圓形為直徑，矩形為短邊），D為集氣罩的特征尺寸（圓形為直徑，矩形為短邊），f為風管的橫斷面積，F為罩口面積，E為污染源特征尺寸（圓形為直徑，矩形為短邊），L為集氣罩

17、的長度，H為集氣罩距離污染源的垂直距離，u為側吸罩邊至污染源的距離。（參考書目：三廢處理工程技術手冊之廢氣卷 P578）6.2.1、大白合金鍋 a.集氣罩的結構尺寸設計： 集氣罩采用全密閉式，罩口設為圓形，風管截面設為圓形。 E為 450mm，則根據上述應滿足條件得：d>100mm , 450mm <D<900mm ,H<305mm 設d=120 mm , D= 600mm , H=0, L=300mm b.流量計算： F=(/4)D2 =0.2826m2 (F為罩口面積) V=0.5 m/s（為吸入速度） min=FV=0.28260.5=0.1413 m3/s 設計

18、=min1.1=0.1554 m3/s （參考書目：三廢處理工程技術手冊之廢氣卷 P578表17-4,P582表17-8） 6.2.2、第一、二澆鑄臺 a.集氣罩的結構尺寸設計： 集氣罩采用側吸臺上式，罩口設為矩形，風管截面設為圓形。 E為 450mm，則根據上述應滿足條件得：d>100mm , 450mm <D<900mm ,H<315mm 設d=240 mm , D短邊=650 mm ,D長邊=800mm ,L=300mm,=0，u=0 b.流量計算： F= D短邊D長邊 =0.52 m2 (F為罩口面積) Vx =0.4 m/s（Vx為X軸向吸入速度） X=E+H

19、=0.45m (集氣罩幾何中心于與與控制點的距離) min=0.75(10X2+F)Vx =0.75(100.452+0.52)0.4 =0.766m3/s 設計=min1.1=0.8624 m3/s （參考書目：三廢處理工程技術手冊之廢氣卷P580表17-8） 6.2.3、預熱爐 a.集氣罩的結構尺寸設計： 集氣罩采用上部傘形罩(熱態(tài)低懸罩)，罩口設為方形，風管截面設為圓形。 E為 400mm，則根據上述應滿足條件得：d>90mm , 400mm <D<850mm 設d=200 mm , D短邊=660 mm , D長邊=900mm ，L=400mm，u=0 H<1.

20、5 (f為風管的橫斷面積, f=(/4)d2), 取H=500mm b.流量計算： B= D短邊 (罩口實際寬度)=0.66m W= D長邊(罩口實際長度)=0.9m t=（400-25）OC （熱源與周圍溫度差） min=221B3/4(t)W5/12 =2210.653/4(400-25)0.95/12 =0.362 m3/s 設計=min1.1=0.398 m3/s （參考書目：三廢處理工程技術手冊之廢氣卷P581表17-8）6.2.4、離心澆鑄臺 a.集氣罩的結構尺寸設計： 集氣罩采用側吸式，罩口設為圓形，風管截面設為圓形。E為 90mm，則根據上述應滿足條件得：d>20mm ,

21、 90mm <D<180mm ,H<63mm， u225mm 設d=120 mm , D =240 mm ,L=200mm,=60mm，u=50mm b.流量計算： F= (/4)D2= 0.047m2 (F為罩口面積) Vx =0.4 m/s（Vx為X軸向吸入速度） X=E+H=0.15m (集氣罩幾何中心于與與控制點的距離) min= (10X2+F)Vx = (100.152+0.049)0.4 =0.1086 m3/s 設計=min1.1=0.1195 m3/s （參考書目：三廢處理工程技術手冊之廢氣卷P580表17-8）6.2.5、小白合金鍋 a.集氣罩的結構尺寸設

22、計： 集氣罩采用全密閉式，罩口設為方形，風管截面設為圓形。 E為 250mm，則根據上述應滿足條件得：d>60mm , 250mm <D<500mm ,H<175mm 設d=150 mm , D短邊=D長邊= 450mm , H=0, L=200mm b.流量計算： F= D短邊D長邊=0.204 m2 (F為罩口面積) V=0.5 m/s（為吸入速度） min=FV=0.2040.5=0.102m3/s 設計=min1.1=0.1122 m3/s （參考書目：三廢處理工程技術手冊之廢氣卷 P578表17-4,P582表17-8） 6.3管道的設計計算 管道計算首先需要

23、選擇適當的流速，在已知流量和確定流速以后，管道斷面尺寸即可確定。還須計算管道內氣體流動的壓力損失，按照流體力學原理，流體在流動過程中，由于阻力的作用產生壓力損失。根據阻力產生的原因不同，可分為沿程阻力和局部阻力。 管道設計計算的具體步驟： 根據實際情況布置管道，確定管道內的氣體流速。 （2）根據系統(tǒng)各管段的風量和選擇的流速確定各管段的斷面尺寸。 式中，為管段內徑，m 為含塵氣體流量，m3/s 為管道內含塵氣體流速，m/s （3）確定管道的壓力損失。壓力損失計算應從最不利環(huán)路開始，壓力損失包括含塵氣體和管壁摩擦而引起的摩擦壓力損失，以及含塵氣體在經過各種管道附件或遇到某種障礙而引起的局部壓力損失

24、。 =+ 式中，為管道的總摩擦損失，Pa 為摩擦壓損 ，Pa 為局部壓損，Pa （4）對并聯(lián)管道進行壓力平衡計算。兩分支管段的壓力差應滿足小于10%，根據這一要求調整支管管徑平衡壓力。 D2=D1()0.225 式中，D2為調整后的管徑，mm D1為調整前的管徑，mm 為管徑調整前的壓力損失，Pa 為壓力平衡基準值，Pa （a）并聯(lián)管道壓力平衡: =97.04 Pa, =133.6 Pa , =32.2>10 節(jié)點壓力不平衡,采用調整管徑方法,進行壓力平衡調節(jié). 調整后管徑為: D2=D2()0.225=280(133.6/97.04) 0.225=300.6mm , 取d=300mm (b) 并聯(lián)管道壓力平衡: =100.5 Pa, =133.6 Pa , =24.8>10 節(jié)點壓力不平衡,采用調整管徑方法,進行壓力平衡調節(jié). 調整后管徑為: D2=D2()0.225=280(133.6/100.5) 0.225=299.6mm , 取d=300mm (c) 并聯(lián)管道壓力平衡: =67.06 Pa, =103.57 Pa , =35.3>10 節(jié)點壓力不平衡,采用調整管徑方法,進行壓力平衡調節(jié). 調整后管徑為: D2=D2()0.225=200(103.68/67.06) 0