通風除塵與氣力輸送系統(tǒng)的設計講訴

1、第一章通風除塵與氣力輸送系統(tǒng)的設計第一節(jié)概述在食品加工廠中，車間的通風換氣、設備和物料的冷卻、粉塵的清除等都需要通風除塵系統(tǒng)來完成。粉狀、顆粒狀的物料(如奶粉、谷物等)的輸送都可借助氣力輸送系統(tǒng)實現(xiàn)。通風除塵和氣力輸送系統(tǒng)是食品加工廠的常用裝置。食品加工廠中粉塵使空氣污染，影響人的身體健康?；覊m還會加速設備的磨損，影響其壽命?；覊m在車間內(nèi)或排至廠房外，會污染周圍的大氣，影響環(huán)境衛(wèi)生。由于粉塵的這些危害性，國家規(guī)定工廠中車間內(nèi)部空氣的灰塵含量不得超過10mg/m 3，排至室外的空氣的灰塵含量不得超過150mg/m 3，為了達到這個標準，必須裝置有效的通風除塵設備。圖 1 是食品加工廠常見的通風除

2、塵裝置。主要由通風機、吸風罩、風管和除塵器等部分組成。當通風機工作時，由于負壓的作用，外界空氣從設備外殼的縫隙或?qū)ｉT的風管引入工作室，把設備工作時產(chǎn)生的粉塵、熱量和水汽帶走，經(jīng)吸風罩沿風管送入除塵器凈化，凈化后的空氣排出室外。風機旋風分離器彎頭三通管布袋除塵器吸塵罩設備設備氣力輸送系統(tǒng)的形式與通風除塵系統(tǒng)相似，但其目的是輸送物料，主要由接料器 （供料器）、管道、卸料器、除塵器、風機等部分組成。氣力輸送系統(tǒng)除了起到輸送作用外，還可以在輸送過程中對物料進行清理、冷卻、分級和對作業(yè)機完成除塵、降溫等。小型面粉廠氣力輸送工藝流程如圖2。1物料空氣風機布袋除塵器卸料器旋風分離器物料接料器接料器空氣氣力輸

3、送具有設備簡單、一次性投資低、可以一風多用等特點，與機械輸送相比，氣力輸送的缺點主要是能耗較大，對顆粒物料易造成破碎。通風除塵和氣力輸送都是利用空氣的流動性能來進行空氣的凈化或物料的搬運的，因此，流體力學是本章的基礎知識。有關流體力學的知識可參閱相關書籍資料，在此不再敷述。本章主要討論食品加工廠通風除塵和氣力輸送系統(tǒng)的設計。第二節(jié)通風除塵系統(tǒng)的設計與計算1 通風除塵系統(tǒng)的設計原則和計算內(nèi)容通風除塵系統(tǒng)也叫除塵網(wǎng)路或風網(wǎng)。通風除塵網(wǎng)路有單獨風網(wǎng)和集中風網(wǎng)兩種形式。在確定風網(wǎng)形式時，當：1) 吸出的含塵空氣必須作單獨處理；2) 吸風量要求準確且需經(jīng)常調(diào)節(jié)；3) 需要風量較大；或設備本身自帶通風機；

4、24) 附近沒有其它需要吸風或可以合并吸風的設備或吸點時應采用單獨風網(wǎng)。不符合上述任一條例的兩個或兩個以上的設備或吸點，應盡量采用集中風網(wǎng)，以發(fā)揮 “一風多用”的作用。在把幾臺設備或吸點組合成一個集中風網(wǎng)時，應該遵循以下原則：1）吸出物的特性相似。由于各種設備的工藝任務各不相同，它們產(chǎn)生的粉塵的五華特性及其價值存在差異。因此不同特性的吸出物，應根據(jù)情況盡可能分別吸風。2）設備工作的間歇應該相同。以保持風機負荷的穩(wěn)定，提高電氣設備的效率。3）管道配置要簡單。 同一風網(wǎng)中的設備之間的距離要短，連接設備的風管的彎曲和水平部分要少。遵守上述原則就可以節(jié)省管道，減少壓力損失，降低通風裝置的投資和經(jīng)常費用

5、，使不同特性的吸出物能分別利用。在組合風網(wǎng)時，集中風網(wǎng)的總風量在25008000m 3/h 的范圍內(nèi)。過大或過小，在經(jīng)濟上和設備的選用、安排上都不適宜。通風網(wǎng)路計算的目的主要是確定各段風管的尺寸全部網(wǎng)路的阻力，選擇適宜的風機。通風網(wǎng)路計算的主要內(nèi)容包括下列幾項：1）確定設備或吸風點所需的風量和產(chǎn)生的空氣阻力。2）確定風管中的風速。3）計算風網(wǎng)中各段風管的尺寸。4）選擇除塵器的形式、規(guī)格和計算其阻力。5）計算風網(wǎng)的全部阻力。6）確定通風機的型號、轉(zhuǎn)速和功率，確定電機的規(guī)格，傳動方式等。2 吸點和設備的風量和阻力有些設備為了吸塵、降溫、風選等工藝目的，常裝有吸風裝置。其吸風量的大小取決于工藝要求和

6、設備形式。在確定時要考慮：1）在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的灰塵、熱量和水汽能被吸風帶走或保證不向機器外擴散。2）吸風量應滿足物料風選分離的要求。3）在完成上述任務的前提下，要求吸風量達到最少。因此，首先要求設備具有合理的風道結(jié)構(gòu)和罩蓋，并盡量做到密閉。糧食加工廠常見設備的吸風量可參見表1。定型設備的風量和空氣阻力通常由設備生產(chǎn)廠家提供，阻力也可在機器的吸風管上測3量全壓來求得。在設備的結(jié)構(gòu)形式一定時，阻力與風量有如下的關系：H機Q2式中： H 機 設備的阻力，mmH 2O 阻力系數(shù)，見表Q 風量， m3 /s表 1 糧食加工廠常見設備或裝置的吸風量和阻力吸風量 Q阻力 H 機阻力名稱系數(shù)備注m3/hk

7、g/m 222003吸塵罩寬度1500mm ，入口風速下糧坑吸塵罩835m/s( 粉料入口風速 0.51.5m/s) 。3600-45001524篩面寬 1000mm ，其它寬度的風量按振動篩15比例推算。吸式比重去石機220034004050礱谷機200030005膠輥長 356 毫米，風選谷殼米機吸糠3005溜篩、圓篩、升運機底座、螺旋輸送機、膠帶輸送機、蕎子30048024拋車進口碟片精選機6003 63027 片金鋼砂打麥機24002660鐵皮圓筒打麥機120025220立式刷麩機40053 通風除塵網(wǎng)路主要設備的計算和選擇3.1 除塵器除塵器是使含塵空氣凈化的設備。空氣的除塵凈化一般

8、有粗凈化、中凈化和精凈化三種等級要求。食品加工廠常見空氣除塵凈化的方法、設備和效果見表2。表 2 食品加工廠常見空氣除塵凈化的方法、設備和效果凈化等級臨界粒徑 d pc設備工作原理凈化后粉塵在空氣中的含量mmg/m 3粗凈化4050降塵室重力沉降-中凈化5， dpc50=12旋風分離器離心沉降1， dpc90=0.5布袋過濾器截留 1000mm 時，其除塵效率較低，此時應考慮多個旋風分離器并聯(lián)使用。當沙克龍串聯(lián)使用時，所能處理的風量為單個沙克龍所能處理的風量，而阻力為所有沙克龍阻力之和。例如兩個直徑D=500mm的沙克龍串聯(lián)使用，當進口風速為12m/s 時，所能處理的風量為1231m3 /h，

9、而阻力為240=80kg/m 2 。沙克龍在串聯(lián)使用時，其除塵效果一般提高不多，而阻力卻成倍增加，所以沙克龍一般不采用串聯(lián)形式。對于經(jīng)沙克龍初步除塵后的空氣，如需要進一步凈化，應采用其它類型的除塵器(如布筒過濾器 )。除個別特殊情況外，阻力通常不要超過100kg/m 2。3.1.2.4 旋風分離器的選擇目前，旋風分離器都有定型產(chǎn)品，其大小均以外圓筒直徑為基準，其它部分尺寸均按比例變化。食品加工廠中常用旋風分離器的型號規(guī)格見附錄3。在選型時，先根據(jù)物料或含塵空氣的特性確定旋風分離器的型號，按后根據(jù)風量大小確定其規(guī)格。例如，設所需處理的含塵空氣量為1800m3/h。附錄 -，可選用直徑 D =52

10、5mm 的下旋 60 型沙克龍。 因為當進口風速為=16m/s 時，可處理 1809m3/h進的風量，與所要求的風量1800m 3/h 相近。此時的阻力H 71kg/m 2。另外也可選用 D=600mm的，進口風速約為 12m/s13m/s ，此時阻力 H 4047kg/m 2。還可以選用兩只直徑較小的沙克龍并聯(lián)起來使用，例如選兩只直徑 D=400mm 的，此時每只沙克龍應該處理的風景為900m3/h。與表中當風速的14m/s的處理風量為 917m3/h 相接近。其阻力為 H 54kg/m2 。3.1.3 袋過濾器布袋過濾器是利用多孔織物對粉塵的截留過濾作用，使含塵氣體中的塵粒被截留在濾布表面

11、上，氣體則穿過濾布纖維間的孔隙，從而使空氣凈化的設備。布袋過濾器在使用一定時間后，就要對過濾介質(zhì)的表面進行清理，以減小過濾阻力，新的過濾介質(zhì)由于塵粒沒有建立“架橋”結(jié)構(gòu)，一些細小塵粒不能被截留，因而效果較差。目前，市場上已有多種帶自動清理機構(gòu)的布袋除塵器，詳細情況可查閱有關手冊和設備使用說明書，常見的布袋除塵器的型號、規(guī)格見附錄4。3.1.4 除塵器的組合為了能有效分離含塵氣體中不同大小的塵粒，一般由重力降塵室、旋風分離器及袋濾器組成除塵系統(tǒng)。含塵氣體先在重力降塵室中除去較大的塵粒、然后在旋風分離器中除去大部分的塵粒，最后在10袋濾器中除去較小的塵粒?？筛鶕?jù)塵粒的粒度分布及除塵的目的要求，省去

12、其中某個除塵設備。除塵器的組合使用見圖4。含塵氣體凈化空氣重力沉降離心沉降布袋過濾圖 4除塵器的組合3.2 離心風機3.2.1 風機的工作點除塵風網(wǎng)路常采用離心風機作風源，離心風機風量與壓力的關系如下：H=KQ2式中 K 值取決于風網(wǎng)的組合形式、幾何形狀和管道內(nèi)表面的粗糙度等因素。將風網(wǎng)特性曲線和所選用的通風機在某一轉(zhuǎn)速下的性能曲線繪在同一個圖中，如圖6 所示，這兩根曲線的交點就是通風機在這個風網(wǎng)中的工作點。風網(wǎng)特性曲線工作點風機性能曲線圖 5 離心風機的工作點K 值須通過試驗才能求得，因此在進行風網(wǎng)設計時，并不描繪出該風網(wǎng)的特性曲線，而只是計算出在某一風量下風網(wǎng)的阻力，確定能提供這一風量和克

13、服該阻力的風機規(guī)格。風機在該風網(wǎng)中工作時的工作點，肯定就是所要求的工作點。如果風機性能曲線較陡峭，則當風網(wǎng)阻力變化而使通風機工作點偏移所引起的風量變化就較小。反之，如果通風機的性能曲線較平坦，則當風網(wǎng)阻力變化而使通風機工作點偏移時所引起的風量變化就較大。因此對于風壓的變動較頻繁的風網(wǎng)應選用性能曲線較陡的風機或把工作點選在曲線高效區(qū)的陡峭部分。對于風量變化頻繁的風網(wǎng)則應選用性能曲線較平坦的風機。3.2.2 離心風機的選擇應根據(jù)以下原則選擇風機：1）根據(jù)被輸送氣體的性質(zhì)和系統(tǒng)的阻力確定風機的型式：壓力的大小11取決于風網(wǎng)的阻力，由此決定采用中、低壓風機還是高壓風機?？諝獾男再|(zhì)，主要是指含塵粒的情況

14、。通常對于輸送清潔空氣或含塵屑不超過150mg/m 3 的空氣，可選用一般的通風機。輸送粉塵含量較多的空氣，則選用葉片數(shù)量較少的排塵通風機。2）風機的規(guī)格（風量的壓力）：其依據(jù)是通風機所能產(chǎn)生的風量和壓力，能否與風網(wǎng)的阻力和風量相適應。選擇通風機的大小，實質(zhì)就是選擇一臺在所要求的風量和壓力下具有較高工作效率的通風機。我國市場上已有許多型號規(guī)格的風機的定型產(chǎn)品，具體情況可查閱有關手冊和設備的使用說明書。食品加工廠通風除塵網(wǎng)路一般采用低中壓離心通風機。比較適合的型號有4-72 、6-30 等。常用除塵風機的型號規(guī)格見附錄5。4 通風網(wǎng)路的水力計算4.1 管道風速的確定含塵空氣在風管中流動時，應保持

15、一定的速度，以免在水平風管中產(chǎn)生沉淀而逐漸堵塞風管。風速過大則會產(chǎn)生較大的摩擦阻力，風速一般在u=1014m/s 的范圍內(nèi)。直徑小于100mm 的小風管應取較小的風速，u=10m/s。直徑在150mm 左右的管子，可取12m/s 的風速；直徑在200mm 以上的較大風管，可取1314m/s 的較高風速。臨近風機的總風管，其風速應該是風網(wǎng)中最高的。另外，對于較長的水平風管中的風速，應該偏高一些。個別支管為了平衡阻力而提高風速，則不受上述范圍的限制。4.2 管道尺寸的確定可用下式計算風管的尺寸：DQ4 u式中， D 風管直徑，mmQ風量， m3 /hu風速， m/s計算出 D 后，還應對其圓整。通

16、風管道的直徑通常以10mm 為單位進位，如100mm ， 110mm，120mm ， 500mm， 550mm 等。材料常用1.0mm2.0mm 的鍍鋅鋼板等。對于非圓管，則D 應采用當量直徑D 當：12風管截面積D當 風管截面周長圓整后的風管，還應計算其實際風速：u4.3 阻力的計算Q24 D4.3.1 單獨風網(wǎng)的阻力計算單獨風網(wǎng)只對一臺設備或吸點吸風，其阻力就是這條管道上各種阻力的總和。如圖6 所示的單獨風網(wǎng)，空氣從振動篩吸入，經(jīng)吸氣管道進入風機，然后經(jīng)壓氣管道和沙克龍，再由布袋除塵器凈化后排出。風網(wǎng)阻力等于：振動篩的阻力+10 米直長管道的阻力+3 個彎頭的阻力+沙克龍的阻力+ 布袋除塵

17、器的阻力。在進行風網(wǎng)的阻力計算時，應先根據(jù)設備和管道的布置繪制網(wǎng)路示意圖，將風管和其它設備之間的相互關系表示清楚。如圖6 所示，這種圖大致按比例繪制即可。圖上的通風機、設備和除塵器等均用簡單的符號表示。管道用單線表示，并用短線畫出管件的位置。對于每一段直徑不變而又連續(xù)的管道，作為一個管段，并編上號碼。在號碼旁邊注明該管段的長度l 、直徑 D 和風速 。在管件旁邊注明管件的名稱和規(guī)格。設備的旁邊寫上名稱、規(guī)格及所需的風量、產(chǎn)生的阻力。在除塵器旁邊寫上除塵器的規(guī)格和數(shù)量。風機在計算確定后，也要在旁邊注明風量、壓力、型號和轉(zhuǎn)速，以及配用電動機的功率和規(guī)格。13=90R=D布袋除塵器下旋式旋風分離器l

18、=6mD=300=14 =906-46型NO5通風機R=DQ風機=3960H風 機=108l=6mn=1400轉(zhuǎn) /分N=208千瓦D=300=14振動篩篩面寬 1000Q=3600H機 =15圖 6 單獨風網(wǎng)示意圖阻力分直管阻力（沿程阻力）和局部阻力因分別進行計算。4.3.1.1 沿程阻力圓直管的阻力計算如下：lu2lH 直2gH 動DDH 動u 22g式中： H 直 沿程阻力，kg/m 2l 直管長度，m沿程阻力系數(shù)，通常是雷諾數(shù)Re 和絕對粗糙度的函數(shù)，可用表 11 中的公式計算。其中，雷諾數(shù)ReDu。不同材料的絕對粗糙。在進行新系統(tǒng)的設計時，常采用輕微銹蝕狀態(tài)下的度 見表 12。D 風

19、管直徑， m。對于非圓管，應采用當量直徑D 當。 空氣比重，在標準狀態(tài)下，=1.2kg/m 3。表 11 沿程阻力系數(shù) 的計算公式流態(tài)Re主力區(qū)沿程阻力系數(shù)14層流2300層流區(qū)64Re2320Re4000臨界區(qū)0.00253Re0 .31648/7水力光滑區(qū)Re 0 . 254000Re27.0( d/ )12 lg(Re)0.8紊流27.0(d/ )8/7 191 . 2d水力粗糙區(qū)2 lg( d1.74) 2沿程阻力系數(shù)也可通過雷諾數(shù)Re 和相對粗糙度/D 查表獲得。表 12 一些材料的絕對粗糙度材料管制內(nèi)壁狀況絕對粗糙度， mm黃銅、銅、鋁、塑料、玻璃新的、光滑的0.00150.01新

20、的冷拔無縫鋼管0.010.03新的熱拉無縫鋼管0.050.10新的扎制無縫鋼管0.050.10新的縱縫焊接鋼管0.050.10新的螺旋焊接鋼管0.10鋼輕微銹蝕的0.10020銹蝕的0200.30長硬皮的0.500.30嚴重起皮的2新的、涂瀝青的0.030.05一般的、涂瀝青的0.100.20度鋅的0.120.15新的0.25鑄鐵銹蝕的1.01.5起皮的1.53.0新的涂瀝青的0.100.15木材光滑0.21.0混凝土新的、抹光的0.15新的、不抹光的0.20.84.3.1.2 局部阻力通風管道的局部阻力主要有彎頭、三通、收縮管、擴散管等管件產(chǎn)生。局部阻力的常用計算方法有阻力系數(shù)法和當量長度法

21、。阻力系數(shù)法采用公式：15H 局u 2H 動2 g式中： 局部阻力系數(shù)。不同管件的局部阻力系數(shù)見附錄2-1。彎頭的阻力系數(shù)也可用下式計算：彎 0.0820.75。0.6（R / D）式中： 彎曲角；R曲率半徑，m；通常 R=(1 2)D 。匯集管的阻力可用下式計算：l大D小D =D11 D2Dn D2lu 2H 匯2gD大圖 7 匯集管當量長度法采用公式：l 當u2l當H 局2 gH動DD計算式中， l 當 管件的當量長度，不同管件的當量長度見附錄2-2。風網(wǎng)的總阻力等于沿程阻力、局部阻力和設備阻力之和。即：H 總 (u 2或D)H 設2gH 總l l當u 2或DH 設2gH 總H 直H 局H

22、 設下面以圖6 為例，進行單獨風網(wǎng)的水力計算，并將計算結(jié)果填入表14 中。1）選管子16設振動篩用于二道小麥除雜，篩面寬為1000mm 。查表 1 得其風量為Q=3600m 3/h，阻力H 振=15kg/m 2。對于吸氣段，初選管道風速為14m/s，則有DQ3600/ 36000.302m4 u4 14圓整： D=300mm 。則實際風速為：uQ3600 / 360014.15m / s224D4 0. 3所以風管直徑為300mm ，采用 1.5mm厚的鍍鋅鋼板制作。風管中的實際風速為14.15m/s，動壓為：u 21 .214 .1522H 動29 .8112 .25 kg / m2 g雷諾

23、數(shù)： ReDu0.3 14.15 1.251.73 10 52.94 10絕對粗糙度為：=0.15mm ，相對粗糙度為/D =0.0005 。用公式計算沿程阻力系數(shù)0.350.350.0150.25(2 .94 105 )0.25Re2)阻力計算直管阻力（沿程阻力）吸入管和壓送管采用相同速度的氣流和相同直徑的管道，則管段、 和的阻力可以同時計算。H 直l0.015( 36 2)12.256.13kg / m2H 動0.3D局部阻力該系統(tǒng)的局部阻力由3 個 90彎頭產(chǎn)生。0.0080.750.008900.750.183彎R/ D0.60.6（）（）1.5D / DH 局H 動30.18312.

24、256.73kg / m2如果壓氣段和吸氣段的風速或管徑不同，則應分別計算其沿程阻力。設備阻力該系統(tǒng)的設備阻力由一臺旋風分離器、一臺布袋除塵器和振動篩產(chǎn)生。其中，旋風分離器選用下17旋 60 型，其阻力查附錄，根據(jù)其風量、進口風速和組合形式(兩臺并聯(lián) ) ，查得 H 沙=54kg/m 2。根據(jù)風量，由附錄，查得布袋過濾器的阻力H 袋 =1000Pa。則設備阻力：H 設= H 沙 =+H 袋 + H 振 =53+100+15=168kg/m 2。則系統(tǒng)的總阻力：H 總H 直H 局H 設6.136.73168180.86kg / m23)風機的選擇通風機應提供的壓力為風網(wǎng)阻力加上15% 的附加量，

25、即：H 風機 =H 總 （ 1+0.15 ） =180.68 1.15=207.99 （ kg/m 2）通風機應提供的風量為風網(wǎng)所需風量加上10% 的漏風量， 即：Q 風機 =3600（ 1+0.1 ）= 3960（ m3/h）查附錄 5，可選用6-30 離心通風機，其性能參數(shù)為：風量4000 全壓 230 轉(zhuǎn)速為2520 轉(zhuǎn) /分，效率 78%。表 14 風網(wǎng)阻力計算表沿程 局部沿程 局部阻力設備阻力機器名稱或管段風量 Q風速 動壓 H 動 管徑 D 管長 L 阻力 阻力阻力 系數(shù)或當H 設說明編號m3/hm/skg/m 2mmmH 直H 局系數(shù)量長度2kg/m 2 kg/m 2(l 當 )

26、kg/m123456789101113振動篩360015管段 + +360014.1512.253003+5+26.136.730.0150.18312.86彎頭 3 個： 90， 1.5D下旋 60 型沙克96053D=600, 兩只并聯(lián)龍布袋除塵器96050總阻力180.86kg/m 24.3.2 集中風網(wǎng)的阻力計算集中風網(wǎng)的空氣從多個不同的設備或吸點同時吸入，在總管匯集后進入通風機。集中風網(wǎng)相當于有多段管路并聯(lián)。在進行并聯(lián)管路的阻力計算時，應采用適當?shù)姆椒ㄊ姑慷尾⒙?lián)管路的阻力相等，以保證每段風管的風量達到設計要求。管道阻力平衡的方法有兩種。一種是把需要提高阻力的管道的直徑適當縮小，這種方

27、法主要用于并聯(lián)阻力相差較大的情況。另一種辦法是在管道中裝設閥門，通過調(diào)節(jié)閥門的開度來改變局部阻力的大小。在實際生產(chǎn)中，可按下式計算平衡后的管徑：D2D1 ( H 1 ) 0.225H 2式中， D 1、D2 平衡前后的管徑18H 1、H 2平衡前后的風管阻力并聯(lián)管的阻力差在10% 的范圍內(nèi)，就可以滿足工程精度。集中風網(wǎng)的設計舉例：某面粉廠清理間的除塵風網(wǎng)如圖8 所示。試對該風網(wǎng)進行水力計算，并選擇合適的風機。為計算方便，將各管段編號，如圖。管段和管段為并聯(lián)管段。管段加管段(或 )與管段并聯(lián)。水力計算從管段開始。DMC-60布袋除塵器 =90 R=DD =4505D4 =4505l =6m =

28、90 D =420l =4m34R=D3l =3m =90 風機R=D =60 =30 R=D7l =5mD =30022 l =5mD1=260振動篩1 l =2.5mQ=3600m3/hH機 =15mmHg =30 =90 R=DR=1.5D =60 R=1.5D割麥機6 l =1m金剛砂打麥機D =190Q=1200m3/h6Q=2400m3/h機H =25 mmHgH=25mmHg機圖 8某面粉廠清理間的除塵風網(wǎng) (p304)管段：1）選管子查表 1 可知金剛砂打麥機的風量為Q=2400m 3/h，阻力 H 打 =25kg/m 2。初選管道的風速為14m/s，則管徑DQ2400 / 36000.246mu1444圓整后?。?D=250mm 。(同理，管段的直徑為 170mm。管段的風量為3600m3/h ，管徑為 300mm。)則實際風速為：uQ2400/ 360013.59m / s4 D 24 0.252所以風管的直徑為250mm ，采用1.5mm 厚的鍍鋅鋼板制作。風管中的