大气污染课程设计解读

大气污染控制工程课程设计题目：某白合金浇铸车间烟气收集系统方案设计
目录
前言..................................................................‥ (3)
第一章工程概况 (3)
1.1 设计条件 (3)
1.2 设计要求 (4)
第二章设计说明 (4)
2.1 设计依据 (4)
2.2 设计原则 (4)
2.3 设计范围 (4)
2.4 设计规模 (5)
第三章工艺选择 (5)
3.1净化系统简介 (5)
第四章处理流程 (5)
4.1 集气系统 (5)
4.2 设计机理 (5)
4.3吸入气流 (5)
4.31吸入机理 (5)
4.3.2吹吸气流比较 (7)
4.3.3吹吸气罩的气流特点 (7)
第五章集气罩的类型与特点 (7)
5.1.型号的确定 (7)
5.2集气罩类型 (10)
5.3集气罩的特点与选择 (10)
第六章主要设施与设备设计选型 (10)
6.1 主要设施设计计算 (10)
6.2集气罩的设计与计算 (10)
6.2.1、大白合金锅 (10)
6.2.2、第一、二浇铸台 (10)
6.2.3、预热炉 (11)
6.2.4、离心浇铸台 (11)
6.2.5、小白合金锅 (11)
6.3管道的设计计算 (12)
6.3.1管道设计计算的具体步骤 (14)
6.4风机的选择计算 (14)
第七章总图设计 (14)
前言
大气是人类赖以生存的最基本的环境因素，构成了环境系统的大气环境子系统。

一切生命过程，一切动物、植物和微生物都离不开大气。

大气为地球生命的繁衍，人类的发展，提供了理想的环境。

它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与生存。

造成大气污染的原因，既有自然因素又有人为因素，尤其是人为因素，如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。

随着人类经济活动和生产的迅速发展，在大量消耗能源的同时，也将大量的废气、烟尘物质排入大气，严重影响了大气的质量，特别是在人口稠密的城市和工业区域。

造成大气污染的物质主要有：一氧化碳CO、二氧化硫SO2、一氧化氮NO、臭氧O3以及烟尘、盐粒、花粉、细菌、苞子等。

如何在经济快速发展、能源需求增加的同时遏制大气污染已成为一项巨大的科技挑战。

我国政府采用综合措施，控制大气污染水平，包括：提高能源效率优化能源结构；改造和迁移污染工业；城市规划和绿化；机动车排污量控制；道路建设和管理等。

源头治理已成为大气污染控制中一项积极有效的措施，因而每个工厂中的除尘净化设施就显得尤为重要。

经济合理的除尘设备可将污染扼杀在“摇篮”中，还我们赖以生存的大气一片洁净。

第一章工程概况
1.1 设计条件
某机车机务段挂瓦车间担负白合金浇铸任务，在整个工艺操作中铅以气溶胶和烟气的形式向空气中散发，污染工作场所及周围环境。

产生铅污染的来源有六处：1.大白合金锅、2.第一浇铸工作台、3.第二浇铸工作台、4.预热炉、5.离心浇铸机、6.小白合金锅。

它们在车间中的布置位置如图所示。

今拟在车间的东北角建一净化设备，假定设备的阻力为170mmH2O,风机消声器的阻力为10mmH2O，设计一废气收集系统。

1.2设计要求
1.选择和设计吸气罩、排气管道、选择风机，并写出设计说明书；
2.绘出排风系统装备图、平面图、轴侧图；
3.试编制管道计算的计算机程序。

第二章设计说明
2.1 设计依据
1、《大气污染防治技术及工程应用》
2、《三废处理工程技术手册》
3、《大气污染控制工程》
4、《工业通风》
5、《液体力学、风机及泵》
6、《采暖通风设计手册》
7《Air Pollution Control Theor》
2.2设计原则
本设计遵循如下原则进行工艺路线的选择及工艺参数的确定：
（1）基础数据可靠，总体布局合理。

（2）避免二次污染，降低能耗，近期远期结合、满足安全要求。

（3）采用成熟、合理、先进的处理工艺，处理能力符合处理要求；
（4）投资少、能耗和运行成本低，操作管理简单，具有适当的安全系数，各工艺参数的选择略有富余，并确保处理后的尾气可以达标排放；
（5）在设计中采用耐腐蚀设备及材料，以延长设施的使用寿命；
（6）废气处理系统的设计考虑事故的排放、设备备用等保护措施；
（7）工程设计及设备安装的验收及资料应满足国家相关专业验收技术规范和标准。

2.3 设计范围
该集气系统、集气的输送系统、、总图布置、集气罩的选择、配套装置管道设计以及总图设计（包括平面，侧面与俯视布置图、管道输送的总图）等。

2.4 设计规模
1、污染源的大小、形状和空间位置
1.1 图中打斜线的区域为污染物散发表面；其中，大白合金锅口径为450mm，离心浇铸机口为90mm，小白合金锅方形锅口为250mm*250mm,污染源中心距地面高度、离墙面的距离及相互间沿墙方向的中心距离如图中所示。

1.2 两浇铸操作台实际上连为一体，贴墙布置，台面高350mm，它们的最大操作空间均为600mm(长)*450mm(宽)*500mm(高)。

1.3 预热炉门离墙700mm，炉顶高1800mm，炉门口650mm(宽)*800mm(高)，其一半高度在地面以上，另一半则在宽800mm的地沟内，预热炉宽1020mm，带式电炉面积(2*0.7+0.8)*0.8/2平方米，炉表面温度900度。

1.4 离心浇铸机宽600mm，浇铸口落在中心线上，浇铸口中心离墙距离为1850mm，距离地面550mm，至浇铸机主体(高750mm)内端面距离为250mm，浇铸机低端面500mm，其外端面离墙2450mm.。

1.5 假设净化设备的进口法兰中心离地面1750 mm，到墙的距离为1100mm,与小白金锅中心沿墙方向的距离为3800mm，设备顶出口法兰高4700mm，风机机座高1200mm ,并要求烟囱的高度不低于12500mm ,
1.6 浇铸用的铅料液勺口径为150mm，勺嘴突出30mm。

1.7 墙厚240mm..。

2、工艺操作过程简介
待浇铸件在预热炉中熔去已损坏的白合金零件，电动装置把炉门连同放工件的炉床（图中用点线表示），一起拖出炉门口外1000mm，由吊车把工件吊至浇铸操作台上，从大白合金锅中取铅液浇铸，小白合金锅内的铅液供离心浇铸机用，离心成型的工件在操作台上装配并挂铅固定。

工件尺寸：550mm*300mm*400mm
熔铅温度：400 oC
第三章工艺选择
3.1 净化系统简介
净化系统的组成及系统设计的基本内容
一、局部排气净化系统的组成
(1)集气罩: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的影响。

由于污染源设备结构和生产操作工艺的不同、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连成一个整体。

(3)净化设备:为了防止大气污染，当排气中污染物含量超过排放标准时，必须采用净化设备进行处理，达到排放标准后，才能排人大气。

(4)通风机系统中气体流动的动力。

为了防止通风机的磨损和腐蚀，通常把风机设在净化装备的后面。

(5)烟囱烟囱是净化系统的排气装置。

由于净化后的烟气中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不超过环境空气质量标准，烟囱必须具有一定高度。

二、局部排气净化系统设计的基本内容
(1)捕集装置设计：集气罩结构形式、安装位置以及性能参数确定等。

(2)净化系统的选择或设计①选择依据a.污染物的种类与性质；b.处理量；c.净化效率；
d.净化系统的环境、经济及社会效益。

②一般程序a.工程调查；b.确定净化程度；c.选择合理的净化工艺；d.选择适当的净化装置，确定合理的净化系统配置；
e.确定净化系统运行参数和技术经济指标。

③除尘系统与装置的选择；④吸收系统与装置的选择；⑤吸附系统与吸附装置的选择⑥净化装置的费用：设备投资费、运行费用、总费用
(3)管道系统的设计：管道布置、管道内气体流速的确定、管径选择、压力损失计算以及通风机选择
(4)排放烟囱设计：烟囱高度、出口直径、排气速度等。

第四章处理流程
41集气系统
包括：气体输送管道、集气罩系统、控制系统、风机等。

4.2设计机理
综述：集气罩汇集污染物，是一种流体动力学捕集，因此要对集气罩合理设计，必须要了解吸气罩罩口的气流流动规律。

集气罩口气流流动方式有两种:一种是吸气口气流的吸人流动，一种是吹气口气流的吹出流动。

4.3吸入气流
4.3.1吸入机理
吸气口吸气时，在吸气口附近形成负压，周围的空气从四面八方流向吸气口，形成吸入气流或汇流。

吸气流断面的速度分布和特点：
四周加挡板
4.3.2吹吸气流比较
吹气气流呈锥形且流量随距离增加，而吸气流呈椭球面，通过各等速面流量相等，且等于吸入口流量
吹气速度与离吹口距离呈反比，吸气与距离平方呈反比
吹气作用范围大，吸气作用范围小且能量衰减较快。

4.3.3吹吸气罩的气流特点
第五章集气罩的类型与特点
5.1型号的确定
（1）集气罩类型
①局部密闭罩
②接受式集气罩
③整体密闭罩
④外部集气罩
还有吹吸式集气罩等类型。

（2）集气罩的选择
总述：集气罩是用以捕集污染气流的。

其性能对净化系统的技术经济指标是有直接影响的。

由于污染源设备结构和生产操作工艺的不同，集气罩的形式是多种多样的。

按罩口气流流动方式可将集气罩分为两大类：吸气式集气罩和吹吸式集气罩。

利用吸气气流捕集污染空气的集气罩称为吸气式集气罩，而吹吸式集气罩则是利用吹吸气流来控制污染物扩散的装置。

本设计中采用吸气式集气罩中的外部集气罩来收集污染气体。

由题设条件可知，本设计适宜采用外部集气罩中的侧集气罩。

对于外部集气罩排风量的确定多采用控制速度法。

（3）集气罩罩口尺寸确定
①控制点控制速度Vx的确定
本设计中，污染源产生于金属浇铸气体，从轻微速度发散到上述相当平静的空气中，所以污染源的控制速度按《大气污染控制工程》中表13-2或表1可得，取0. 5~1.0m/s之间。

本设计选用vx=0.6m/s。

表1 外部集气罩控制风速vx
有害散发情况vx 实例
在相当平静的状态下产生极
低的扩散速度
0.25-0.5 某些化学槽的液面蒸发，如去油槽等
在较稳定的状态下，产生较低的扩散速度0.5-1.0
低速输料机，如检选胶带机；粉料装袋；摩擦压
砖机压砖喷漆箱；焊接台；电镀槽及酸洗槽等
在空气快速流动的状态下，大量产生有害物1.0-2.5
破碎机；高速胶带运输的转运点；物料混合；粉
料装卸等
在空气流动很快的状态下，有
害物以很高的惯性速度扩散
2.5-10 磨床、砂轮机、磨砖、切砖机、喷砂、喷漆等
由于气体只能从侧面流入罩内，我们选用侧吸罩。

为避免横向气流干扰，要求H尽可能≤0.3L，可设题中H=0.6m，因此，L≥2.0m，取L=2.4m。

吸气流易受横向气流的影响，所以靠墙布置。

设墙厚260mm，设污染源中心距离墙中心660mm，因此污染源距墙边B=660-260/2=530mm，由此可知集气罩宽2B=1060mm=1.06m。

为保证罩口吸气速度均匀，集气罩的扩张角α不应大于60°，本设计中取α为60°。

（4）与罩口连接处直管尺确定
本设计中，污染源产生白金浇铸气体，属于染料粉尘，所以污染源的控制速度按《大气污染控制工程》中表13-4可得，水平管速度应在16-18m/s.所以，选择的水平管道断面为长0.5m,宽0.4m的方形管道。

第六章主要设施与设备设计选型
6.1主要设施设计计算
6.2集气罩的设计与计算
集气罩设为天圆地方或圆台型，且都设为无边，则应满足下列条件：
F≤16f D≤4d L≤3d
d / E > 0.2 , 1.0 < D/E < 2.0 , H / E < 0.7 , u / E ≤2.5
其中，d代表风管的特征尺寸（圆形为直径，矩形为短边），D为集气罩的特征尺寸（圆形为直径，矩形为短边），f为风管的横断面积，F为罩口面积，E为污染源特征尺寸（圆形为直径，矩形为短边），L为集气罩的长度，H为集气罩距离污染源的垂直距离，u为侧吸罩边至污染源的距离。

（参考书目：《三废处理工程技术手册之废气卷》P578）
6.2.1、大白合金锅
a.集气罩的结构尺寸设计：
集气罩采用全密闭式，罩口设为圆形，风管截面设为圆形。

E为450mm，则根据上述应满足条件得：d>100mm , 450mm <D<900mm ,H<305mm 设d=120 mm , D= 600mm , H=0, L=300mm
b.流量计算：
F=(π/4)⨯D2 =0.2826[m2 ] (F为罩口面积)
V=0.5 m/s（Ｖ为吸入速度）
Ｑmin=F⨯V=0.2826⨯0.5=0.1413[ m3/s]
Ｑ设计=Ｑmin⨯1.1=0.1554[ m3/s ]
（参考书目：《三废处理工程技术手册之废气卷》P578表17-4,P582表17-8）
6.2.2、第一、二浇铸台
a.集气罩的结构尺寸设计：
集气罩采用侧吸台上式，罩口设为矩形，风管截面设为圆形。

E为450mm，则根据上述应满足条件得：d>100mm , 450mm <D<900mm ,H<315mm 设d=240 mm , D短边=650 mm ,D长边=800mm ,L=300mm,Ｈ=0，u=0
b.流量计算：
F= D短边⨯D长边=0.52[ m2 ] (F为罩口面积)
Vx =0.4 m/s]（Vx为X轴向吸入速度）
X=E+H=0.45[m] (集气罩几何中心于与与控制点的距离)
Ｑmin=0.75⨯(10X2+F)⨯Vx
=0.75⨯(10⨯0.452+0.52)⨯0.4
=0.766[m3/s]
Ｑ设计=Ｑmin⨯1.1=0.8624 [m3/s ]
（参考书目：《三废处理工程技术手册之废气卷》P580表17-8）
6.2.3、预热炉
a.集气罩的结构尺寸设计：
集气罩采用上部伞形罩(热态低悬罩)，罩口设为方形，风管截面设为圆形。

E为400mm，则根据上述应满足条件得：d>90mm , 400mm <D<850mm 设d=200 mm , D短边=660 mm , D长边=900mm ，L=400mm，u=0
H<1.5f
(f为风管的横断面积, f=(π/4)⨯d2), 取H=500mm
b.流量计算：
B= D短边(罩口实际宽度)=0.66[m]
W= D长边(罩口实际长度)=0.9[m]
∆t=（400-25）OC（热源与周围温度差）
Ｑmin=221⨯B3/4⨯(∆t)⨯W5/12
=221⨯0.653/4⨯(400-25)⨯0.95/12
=0.362[ m3/s]
Ｑ设计=Ｑmin⨯1.1=0.398[ m3/s]
（参考书目：《三废处理工程技术手册之废气卷》P581表17-8）
6.2.4、离心浇铸台
a.集气罩的结构尺寸设计：
集气罩采用侧吸式，罩口设为圆形，风管截面设为圆形。

E为90mm，则根据上述应满足条件得：d>20mm , 90mm <D<180mm ,H<63mm，u≤225mm
设d=120 mm , D =240 mm ,L=200mm,Ｈ=60mm，u=50mm
b.流量计算：
F= (π/4)⨯D2= 0.047[m2 ] (F为罩口面积)
Vx =0.4 [m/s]（Vx为X轴向吸入速度）
X=E+H=0.15[m] (集气罩几何中心于与与控制点的距离)
Ｑmin= (10X2+F)⨯Vx
= (10⨯0.152+0.049)⨯0.4
=0.1086[ m3/s]
Ｑ设计=Ｑmin⨯1.1=0.1195[ m3/s]
（参考书目：《三废处理工程技术手册之废气卷》P580表17-8）
6.2.5、小白合金锅
a.集气罩的结构尺寸设计：
集气罩采用全密闭式，罩口设为方形，风管截面设为圆形。

E 为 250mm ，则根据上述应满足条件得：d>60mm , 250mm <D<500mm ,H<175mm 设d=150 mm , D 短边=D 长边= 450mm , H=0, L=200mm b.流量计算：
F= D 短边⨯D 长边=0.204 [m2 ] (F 为罩口面积) V=0.5 m/s （Ｖ为吸入速度） Ｑmin=F ⨯V=0.204⨯0.5=0.102[m3/s] Ｑ设计=Ｑmin ⨯1.1=0.1122 [m3/s] （参考书目：《三废处理工程技术手册之废气卷》 P578 表17-4,P582 表17-8）
6.3管道的设计计算
管道计算首先需要选择适当的流速，在已知流量和确定流速以后，管道断面尺寸即可确定。

还须计算管道内气体流动的压力损失，按照流体力学原理，流体在流动过程中，由于阻力的作用产生压力损失。

根据阻力产生的原因不同，可分为沿程阻力和局部阻力。

管道设计计算的具体步骤：
根据实际情况布置管道，确定管道内的气体流速。

接风机及除尘设备D=500mm L=3.2m
D=400mm L=0.64m
D=360mm L=1.66m
D=320mm L=1.5m D=160mm L=3.3m
D =160m m
D =
300m m D =300m m D =
220m m D =120m m D =
120m m
（2）根据系统各管段的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸。

g v Q d π4=
式中，d 为管段内径，m
Q 为含尘气体流量，m3/s
g v 为管道内含尘气体流速，m/s
（3）确定管道的压力损失。

压力损失计算应从最不利环路开始，压力损失包括含尘气体和管壁摩擦而引起的摩擦压力损失，以及含尘气体在经过各种管道附件或遇到某种障碍而引起的局部压力损失。

p ∆=l p ∆+m p ∆
式中，p ∆为管道的总摩擦损失，Pa l p ∆为摩擦压损 ，Pa m p ∆为局部压损，Pa
（4）对并联管道进行压力平衡计算。

两分支管段的压力差应满足小于10%，根据这一要求调整支管管径平衡压力。

D2=D1(21
p p ∆∆)0.225
式中，D2为调整后的管径，mm D1为调整前的管径，mm 1p ∆为管径调整前的压力损失，Pa 2p ∆为压力平衡基准值，Pa （a ）并联管道①②压力平衡:
1p ∆=97.04 Pa, 2p ∆=133.6 Pa ,
21
2p p p ∆∆-∆=32.2℅>10℅ 节点压力不平衡,采用调整管径方法,进行压力平衡调节.
调整后管径为: D2`=D2(12
p p ∆∆)0.225=280(133.6/97.04) 0.225=300.6mm , 取d=300mm
(b) 并联管道③④压力平衡:
1p ∆=100.5 Pa, 2p ∆=133.6 Pa ,
21
2p p p ∆∆-∆=24.8℅>10℅ 节点压力不平衡,采用调整管径方法,进行压力平衡调节.
调整后管径为: D2`=D2(12
p p ∆∆)0.225=280(133.6/100.5) 0.225=299.6mm , 取d=300mm
(c) 并联管道⑤⑥压力平衡:
1p ∆=67.06 Pa, 2p ∆=103.57 Pa ,
21
2p p p ∆∆-∆=35.3℅>10℅ 节点压力不平衡,采用调整管径方法,进行压力平衡调节.
调整后管径为: D2`=D2(12
p p ∆∆)0.225=200(103.68/67.06) 0.225=220.6mm , 取d=220mm
(d) 并联管道⑦⑧压力平衡:
1p ∆=193.72 Pa, 2p ∆=173.59 Pa ,
12
1p p p ∆∆-∆=10.4℅>10℅ 节点压力不平衡,采用调整管径方法,进行压力平衡调节.
调整后管径为: D2`=D2(12
p p ∆∆)0.225=120(173.59/193.72) 0.225=117.1mm
(e) 并联管道⑨⑩压力平衡:
1p ∆=147.55Pa, 2p ∆=96.84 Pa ,
12
1p p p ∆∆-∆=34.4℅>10℅ 节点压力不平衡,采用调整管径方法,进行压力平衡调节.
调整后管径为: D1`=D1(21
p p ∆∆)0.225=450(147.75/96.84) 0.225=498.4mm , 取d=500mm
6.4风机的选择计算
除尘系统的总压力损失是管道压力损失和各设备压力损失之和。

在进行管道系统压力损失的估算时,管道压力损失只包括排风罩的压力损失,不包括净化设备的压力损失。

风量
选择风机的风量应按下式计算:
Q0=Q(1+K1)=8848.9(1+0.12)=9910.8 m3/h 式中 Q0----风机的风量, m3/h
Q----系统的排风量, m3/h
K1---风管漏风所附加的安全系数,取0.12 风压
选择风机的风压按下式计算:
△P0=△P(1+K2)= 1585.14 (1+0.17)=1854.61 [Pa] △P =△P1+△P3+△P5+△P7+△P9+△Pi
=97.04+100.5+67.06+193.72+94.32+1032.5=1585.14[Pa] 式中 △P0----风机的风压, Pa
△P----管道计算的总压力损失, Pa △Pi---风机阻力, Pa
K2-----考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数.取0.17 (3) 根据上述风量及风压,在<<大气污染防治技术及工程应用>>P200表8-13中选取排尘风机BF4-72。

第七章 总图设计
7.1管道的总图
见附图一
7.2集气罩平面与立面布置图
见附图二
7.3风机布置图
见附图三。