鑄造車間負壓除塵系統(tǒng)的設計

1、1 序言1.1鑄造車間的污染及其除塵狀況的概述1.1.1研究目的和意義鑄造是現(xiàn)代機械制造工業(yè)的基礎工藝之一，因此鑄造機械業(yè)的發(fā)展標志著一個國家的生產(chǎn)實力。我國目前已經(jīng)成為世界鑄造機械大國之一，在鑄造機械制造行業(yè)近年來取得了很大的成績。我國是鑄造大國，在十五期間，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展我國鑄件年產(chǎn)量一直居世界鑄件生產(chǎn)大國榜首。從數(shù)量上來看整個形勢是喜人的但鑄造生產(chǎn)的粗放特征沒有得到根本改變。據(jù)報道，沖天爐配備有效環(huán)保設施的不到總數(shù)的5采用手工造型為主的鑄造廠占9095：現(xiàn)場環(huán)境惡劣、作業(yè)條件差、技術落后、粗放式生產(chǎn)的鑄造企業(yè)占90以上。我國鑄造業(yè)環(huán)境問題尤其表現(xiàn)在對自然資源的超量消耗上有“資源漏

2、斗”的說法。 可以看出，鑄造產(chǎn)業(yè)的除塵是非常有必要的。一個合理的除塵系統(tǒng)，能讓除塵的效率大大提高，不僅能讓鑄造車間環(huán)境大大改善，對車間以外的環(huán)境也能起到保護作用。除塵技術的好壞也能體現(xiàn)一國鑄造技術的好壞。1.1.2中國鑄造業(yè)現(xiàn)狀及鑄造車間污染情況近年來我國鑄造業(yè)獲得了飛躍式的發(fā)展，從2000年至2003年中國鑄件產(chǎn)量躍居世界首位。從2003年至今，中國鑄件產(chǎn)量依舊保持持續(xù)增長。并且。整個世界都在從中國尋求更多的鑄件毛坯及含有鑄件的終端制品。這種趨勢在近期內(nèi)有可能將繼續(xù)保持并保證中國鑄造業(yè)的持續(xù)繁榮。但在鑄造業(yè)繁榮的背后。也存在著形勢嚴峻的一面。有資料表明。我國鑄造生產(chǎn)中。材料和能源的投人之比可

3、占到產(chǎn)值的55到70。能源環(huán)境的制約以及國際鑄造科技競爭加劇和知識產(chǎn)權的保護強化已成為我國鑄造業(yè)發(fā)展的瓶頸發(fā)展節(jié)約環(huán)保型、科技創(chuàng)新型鑄造之路刻不容緩。我國鑄造生產(chǎn)中。材料和能源的投人占產(chǎn)值的5570。我國每產(chǎn)1 t鑄件。約散發(fā)50 kg粉塵熔煉和澆注工序排放廢渣300 kg、廢氣1 000 m3造型和清理工序排廢砂1315 t。每年排污物總量：廢渣300萬t、廢砂近1 650萬t、廢氣110億m314若從2004年開始按照平均發(fā)展速度向前發(fā)展，可以預測至2020年各年的鑄件產(chǎn)量。根據(jù)鑄件產(chǎn)量對鑄造廢砂、鑄造廢渣及粉塵的數(shù)量進行回歸預測嘲(如圖1)，可以看出，中國鑄造業(yè)如果按照現(xiàn)行的模式生產(chǎn)，到

4、2020年，主要廢棄物鑄造廢砂、廢渣及粉塵、co：、co的排放量分別為3 235萬t、1 122萬t、882萬t、485萬t。如果考慮有色金屬鑄造產(chǎn)生的污染物以及非鑄鐵件熔煉中排放的廢氣，按混合量計對13億中國人口來說，單鑄造業(yè)就給每個人平均帶來約50 kg的污染物1.1.3除塵的目的粉塵是鑄造車間的主要污染源。在鑄造車間生產(chǎn)中把氣體與粉塵微粒的多相混合物的分離操作稱為鑄造車間除塵，該除塵操作過程是將粉塵微粒從氣體中分離下來在鑄造車間生產(chǎn)中由于固定物料在加工、運輸、儲存及包裝等生產(chǎn)工序中，其生產(chǎn)設備在操作過程中產(chǎn)生粉塵的同時將粉塵擴散分揚，這些粉塵將影響環(huán)境安全、設備的使用壽命及操作人員的身體

5、健康。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，在防塵設計中系統(tǒng)與設備如何與生產(chǎn)規(guī)模相適應的措施，也是一個問題。由此可見，搞好工廠防塵，在技術上必須有一套與生產(chǎn)工藝特點相適應的措施。 鑄造車間除塵的內(nèi)容及目的 礦石（包括石灰石）與煤（包括焦碳）是化學鑄造車間、冶金鑄造車間、建材鑄造車間的基本原料和燃料。為了生產(chǎn)優(yōu)質化的化工產(chǎn)品、水泥、鋼材、有色金屬及其它稀有金屬，必須對原、燃料進行加工處理，以滿足生產(chǎn)需要。而在原、燃料系統(tǒng)各工序（運輸、干燥、破碎、篩分和包裝等）生產(chǎn)操作時會產(chǎn)生大量的粉塵，這些工藝粉塵如不及時給予捕集回收，不僅污染了環(huán)境，嚴重影響崗位操作人

6、員的身體健康，也浪費了寶貴的能源和資源。1.1.4鑄造車間組成根據(jù)鑄造生產(chǎn)的特點，鑄造車間一般是由生產(chǎn)部分，輔助部分，倉庫以及辦公和生活設施組成。生產(chǎn)部分通常有熔化，造型（包括造型，烘干，合箱），制芯（包括造芯，烘干，裝配和檢驗），砂處理，澆注，落砂，消理（包括表面清理，焊補，熱處理，檢驗等）等工段組成。此外在鑄鋼車間中有時還有鑄錠，鑄鐵車間中還有有色合金鑄造工段。輔助部分通常有：機修，生產(chǎn)準備，修爐，修包，造型原材料和涂料的準備，型砂試驗及化驗室等。倉庫一般有爐料庫，造型材料庫，砂箱庫，鋼錠模庫，鑄件和鋼錠成品庫，模型庫，專用設備及工具庫以及其他材料庫。1.2工業(yè)生產(chǎn)中的除塵設備1.2.1除

7、塵系統(tǒng)的組成各種通風除塵設備包括吸塵罩、風道、除塵器、通風機等,通常聯(lián)系在一起組成一個系統(tǒng),叫做通風除塵系統(tǒng)。圖2就是一個簡單的通風除塵系統(tǒng)示意圖。吸塵罩通過抽風,以控制塵源。風道作輸送 含塵空氣之用。除塵器 是從含塵氣流中把塵粒 分離出來,并加以收 集。風機是把含塵空氣從吸塵罩經(jīng)風道、除塵器排入大氣所需要的動力設備。1.2.2除塵設備在鑄造車間生產(chǎn)中的應用除塵操作在鑄造生產(chǎn)中的應用主要有如下：1.凈化分散介質 如催化反應的原料氣中如有固體微粒，會嚴重影響催化劑的效能，必須在原料氣進入反應器之前把它除掉。2.回收分散物質 如流化床反應器送出的氣體中一般夾帶著許多催化劑微粒，為降低成本，也為保護

8、環(huán)境，這些催化劑必須加以回收，又如從干燥等工藝過程的氣流中回收固體產(chǎn)品等。3.凈化排放氣 在生產(chǎn)中排放廢氣之前，要盡量分離出其中的固體微粒，以便開展綜合利用和保護環(huán)境。4.消除爆炸危險 某些含碳物質及金屬細粉與空氣混合能形成爆炸混合物，因此在混合之前應將能爆炸的物質除掉。除塵設備在化工生產(chǎn)中應用極為廣泛，而在某些基本化學工業(yè)如硫酸、合成氨等，除塵器歷來被作為關鍵設備。隨著化學工業(yè)的迅速發(fā)展，特別是裝置日益大型化，在能量回收、氣體凈化、催化時回收及防大氣污染等工程中，高效除塵器則成為關鍵設備之一。1.2.3鑄造車間中除塵設備運行現(xiàn)狀 鑄造車間里配套使用的除塵設備絕大部分為旋風除塵器。旋風除塵器有

9、易堵塞、易漏風的缺點，堵塞、漏風均會使除塵器運行效率下降，甚至為零。調查表明，有50%的旋風除塵器未正常運行，表現(xiàn)為漏風、堵塞。旋風除塵器未正常運行的原因為司爐工或除塵工平時不對除塵器進行認真維護，致使煙塵超標排放。 對除塵下灰的處置，是旋風除塵器運行管理的一部分，但目前旋風除塵器使用部門只重視煙塵是否達標情況，忽視對除塵下灰的處置管理。1.3除塵設備的選擇1.3.1除塵系統(tǒng)分類及特點除塵系統(tǒng)按照除塵和通風機在流程中的相對位置，可以分為負壓除塵系統(tǒng)和正壓除塵系統(tǒng)。（1） 負壓除塵系統(tǒng)中，除塵器設置在通風機之前（負壓段或吸入段）。其特點： 由于除塵器設置在通風機之前，流過通風機的氣體已經(jīng)經(jīng)過除塵

10、，含塵量低。通風機受磨損大大減低，運行壽命長，處理初濃度高的含塵氣體時，一般采用負壓除塵系統(tǒng)。除塵器和管道處于通風機的負壓階段，容易吸入空氣，產(chǎn)生漏風。負壓除塵系統(tǒng)的漏風率為5%10%，加大了通風機的風量，增加了電耗。在負壓除塵系統(tǒng)設計中應采用措施盡可能的減少除塵器和管道的漏風，以保證除塵器的良好運行。（2） 正壓除塵系統(tǒng)中，除塵器設置在通風機之后（正壓段或壓入段）。特點： 由于流過通風機的含塵氣體未經(jīng)除塵器凈化，通風機的葉輪和機殼易遭到粉塵磨損，因此，正壓除塵系統(tǒng)只適用于在氣體含塵濃度3g/m以下，粉塵磨損較弱，粉塵粒度小的條件下使用。除塵器處于通風機的正壓段，不必考慮除塵器的漏風附加率，通

11、風機電耗較低。除塵器的圍護結構簡單，如正壓袋式除塵器的圍護結構不需要密封，只要防雨即可，設備制造，安裝簡便，造價低。正壓除塵系統(tǒng)中，凈化后的氣體直接由除塵器排入大氣。除塵器有一定的消聲作用。1.3.2原始資料(數(shù)據(jù))及設計技術要求1處理氣量q：2600m3/h；2空氣密度：1.29kg/m3；3。粉塵密度c：1960kg/m3； 4?？諝怵ざ龋?.810-5p.s。根據(jù)除塵系統(tǒng)的分類以及技術要求，最終選擇旋風除塵器1.4旋風除塵器概述利用旋轉的含塵氣體所產(chǎn)生的離心力，將粉塵從空氣中分離出來的一種干式凈化設備，成為旋風除塵器。旋風除塵器應用最為廣泛，其特點是結構簡單，除塵效率較高，操作簡單，價格

12、低廉。旋風除塵器對于大于10m的較粗粉塵，凈化效率很高。但對于510m以下的細顆粒粉塵（尤其是密度小的顆粒粉塵）凈化效率較低，所以旋風除塵器多用于粗顆粒粉塵的凈化，或多用于多級凈化的初步處理。1.5旋風除塵器的優(yōu)缺點1.5.1旋風除塵器 - 優(yōu)點 (1)旋風除塵器內(nèi)部沒有運動部件。維護方便。 (2)制作、管理十分方便。 (3)處理相同風量的情況下體積小，結構簡單，價格便宜。 (4)作為預除塵器使用時，可以立式安裝，使用方便。 (5)處理大風量時便于多臺并聯(lián)使用，效率阻力不受影響。 (6)可耐400高溫，如采用特殊的耐高溫材料，還可以耐受更高的溫度。 (7)除塵器內(nèi)設耐磨內(nèi)襯后，可用以凈化含高磨

13、蝕性粉塵的煙氣。 (8)可以干法清灰，有利于回收有價值的粉塵。1.5.2旋風除塵器的缺點(1)卸灰閥如果漏損會嚴重影響除塵效率。(2)磨損嚴重，特別是處理高濃度或磨損性大的粉塵時，入口處和錐體部位都容易磨壞。(3)除塵效率不高(對捕集粒徑小于5um的微細粉塵和塵粒密度小的粉塵，效率較低)，單獨使用有時滿足不了含塵氣體排放濃度的要求。(4)由于除塵效率隨筒體直徑增加而降低，因而單個除塵器的處理風量受到一定限制。.2 旋風除塵器的設計2.1旋風除塵器的結構和工作原理 旋風除塵器的結構如圖2所示，由排灰管；圓錐體；圓筒體；進氣管；排氣管；頂蓋等組成。含塵氣體從進氣口以較高的速度沿外圓筒的切線方向進入

14、時，氣流將由直線運動變?yōu)閳A周運動，并向上、向下流動，向上的氣流被頂蓋阻擋返回，向下的氣流在內(nèi)外圓筒間的筒體部位和椎體部位作自上而下的螺旋線運動。含塵氣體在旋轉過程中產(chǎn)生很大的離心力，由于塵粒的慣性比空氣大很多倍，因此密度大于氣體的塵粒甩向器壁，塵粒一旦與器壁接觸后便失去慣性力而靠入口速度的動能和向下的重力巖壁下落，與氣體分離開，經(jīng)椎體排入集灰箱內(nèi)。旋轉下降的外旋氣流在圓錐部分運動時隨圓錐的外收縮而向除塵器中心靠攏，當氣流達到椎體下端某一位置時便以同樣的旋轉方向從旋風除塵器中部，形成一股由下轉向上的螺旋線運動。并經(jīng)內(nèi)圓筒向外排出，一部分未被捕集的塵粒也由此逃出。圖2旋風除塵器 1排灰管；2圓錐體

15、；3圓筒體； 4進氣管；5排氣管；6頂蓋2.2旋風除塵器的性能及其影響因素2.2.1 旋風除塵器的性能指標除塵器性能包括流量、壓力損失和除塵效率，此外還應包括設備的耐用年限以及維修難易等經(jīng)濟性能。（一）流量除塵氣體流量。除塵器流量為給定值，一般以體積流量表示。高溫氣體和不是一個大氣壓情況時必須把流量換算到標準狀態(tài)，其體積以m3（標）/min或m3（標）/h表示。在操作溫度、壓力下則取m3/min或m3/h即可。某些情況下，氣體的特性參數(shù)與空氣相近，其密度及黏度（黏滯系數(shù)）可取空氣的值。在濕度大的場合，即使有少許的溫度變化，由于水蒸氣凝結分離也會使氣體體積發(fā)生相當大的變化，這一點應當注意。特別是

16、當計算除塵器排出濃度時，因為以干氣體體積或以濕氣體體積作為基準時，濃度差別將很大，因此在計算中必須標明使用什么基準。（二）壓力損失除塵器的壓力損失是指含塵氣體通過除塵器的阻力，對除塵器的重要性能之一。其值當然愈小愈好，因為風機的功率幾乎與它成正比。除塵器的壓力損失和管道、風罩等壓力損失以及除塵器的氣體流量為選擇風機的根據(jù)。除塵器的壓力損失，一般以除塵器主要部分的動壓（速度頭）的倍數(shù)來表示，其倍數(shù)稱為除塵器的阻力系數(shù)。除塵器的壓力損失一般表達式為： （2-1）式中 除塵器的壓力損失，pa； 除塵器的阻力系數(shù)，無因次； 操作溫度與壓力下的氣體密度，kg/m3； 通過除塵器的氣速，m/s。（三）除塵

17、效率如圖3的除塵性能，圖3除塵性能示意圖通常用除塵效率來表示。它的表達式為： （2-2） （2-2a）式中 除塵效率，%； 除塵器進口處的粉塵流入量，g/s； 除塵器出口處的粉塵流出量，g/s； 除塵器分離捕集的粉塵流量，g/s。如把含塵氣量換算成標準狀態(tài)的氣量則有： 式（2-2a）可變?yōu)槿缦滦问剑?設，則 （2-2b）式中 除塵器進口處的氣體含塵濃度，g/m3（標）； 除塵器出口處的氣體含塵濃度，g/m3（標）； 進口處標準狀態(tài)的含塵氣量，m3（標）/s； 出口處標準狀態(tài)的含塵氣量，m3（標）/s。粉塵濃度單位中的m3（標）是指含塵氣體在標準狀態(tài)下的體積。式（2-2）和式（2-2a）主要是在

18、實驗室里，以人工方法供給粉塵，研究除塵器性能時使用的。而式（2-2b）是對運轉中的除塵器進行粉塵采樣，供現(xiàn)場試驗時應用的。如果效率已知，從除塵器排入大氣的粉塵量，由式（2-2a）得出如下計算式： （2-3） 同理，排出氣體的含塵濃度，可由式（2-2b）計算如下： （2-3a）再者從可知，即使是在某一容許的定值下，如果處理的氣量增大時，也會出現(xiàn)（排放粉塵量）的絕對值增大的問題，這也可能使作業(yè)地點空氣中粉塵濃度超過最高允許濃度。需要指出，除塵效率是對特定的粉塵、除塵器及其運轉條件而言的，缺乏一般性。如果用分級除塵效率來表示，就能顯示一般性，能比較展現(xiàn)出除塵器的特點，它是按不同粒徑分別表示的除塵效率

19、。（四）分級除塵效率除塵效率作為除塵器性能的局限性是很大的，它受塵粒大小的影響很大。就是說，即使在同一裝置、同一運行條件下，由于塵粒分散度的不同，其性能也有顯著的差別。分級除塵效率就能更好地反映除塵器的性能。分級除塵效率如當量粒徑用表示時，對于粒徑范圍在的粉塵的除塵效率，以表示。其數(shù)學表達式為： （2-4）或 （2-4a） 式中 進口處平均粒徑為m，粒徑范圍在內(nèi)的粉塵量，g/s； 出口處平均粒徑為m，粒徑范圍在內(nèi)的粉塵量，g/s； 平均粒徑為m，粒徑范圍在內(nèi)的粉塵捕集量，g/s。粉塵粒徑不同的分布規(guī)律，將對分級除塵效率產(chǎn)生不同的影響。而粒徑分布規(guī)律可以用粉塵的粒徑分布曲線（或為粒徑分散度）來表

20、示。2.2.2 影響旋風除塵器性能的主要因素影響性能的主要因素：（一）幾何尺寸旋風除塵器的直徑、氣體進口以及排氣管形狀和大小是旋風除塵器性能的主要因素。1.旋風除塵器的直徑（筒體直徑） 一般，旋風除塵器的直徑越小，旋轉半徑越小，粉塵顆粒所受的離心力越大，旋風除塵器的除塵效率也就越高。但過小的筒體直徑，由于旋風除塵器器壁與排氣管太近，造成較大直徑顆粒有可能反彈至中心氣流而被帶走，使除塵效率降低。另外，筒體太小容易引起堵塞，尤其是對于黏性物料。因此，一般筒體直徑不宜小于5075mm。工程上常用的旋風除塵器的直徑（多管式旋風除塵器除外）是在200mm以上。如今，旋風除塵器的直徑也日趨大型化，已出現(xiàn)大

21、于1000mm，甚至2000mmm的大型旋風除塵器。2. 旋風除塵器高度 通常，較高除塵效率的旋風除塵器，都有較大的長度比例。它不但使進入筒體的塵粒停留時間增長，有利于分離，且能使尚未到達排氣管的顆粒，有更多的機會從旋流核心中分離出來，減少二次夾帶，以提高除塵效率。足夠長的旋風除塵器，還可以避免旋轉氣流對灰斗頂部的磨損。但是過長的旋風除塵器，會占據(jù)較大的空間，尤其對于內(nèi)旋風除塵器來說，更受到設備內(nèi)部空間位置的限制。因此，提出了旋風除塵器自然長度l這一概念。即從排氣管下端至旋風除塵器自然旋轉頂端的距離 (2-5)在設計中，旋風除塵器的高度h，應保證有足夠的自然長度，但大于自然長度的的過長旋風除塵

22、器顯然也是不經(jīng)濟的。一般常取旋風除塵器的圓筒段高度，=(1.52.0)。旋風除塵器的圓錐體可以在較短的軸向距離內(nèi)將外旋流變?yōu)閮?nèi)旋流，因而節(jié)約了空間和材料。另外，在“自由旋轉區(qū)”采用圓錐型結構，旋轉半徑可逐漸變小，使切向速度不斷提高，離心力隨之增大，這樣，除塵效率將會隨離心力的增加而提高。圓錐體的另一個作用，是將已分離出來的粉塵微粒集中于旋風除塵器中心，以便將其排入儲灰斗中。旋風除塵器的圓錐高度，直接與圓錐體的半錐角和錐體下端排灰口直徑有關。當錐體高度一定，而錐體角度較大時，由于氣流旋流半徑很快變小，很容易造成核心氣流與器壁撞擊，使沿錐壁旋轉而下的塵粒被內(nèi)旋流所帶走，影響除塵效率。所以，半錐角不

23、宜過大，另外，它還取決于粉塵顆粒的物理性質，一般30，或小于90減去粉塵的內(nèi)摩擦角。設計時常取為1315。在旋風除塵器氣流中，“自由旋流”的軸線通常是偏的，這個偏心度，根據(jù)實驗所側大約為。為防止由于核心旋流與錐壁接觸時將已分離下來的粉塵重新卷入核心旋流，而造成二次夾帶，要求排灰口直徑不得小于。對于較大的旋風除塵器和在處理粉塵濃度較高的情況下，應考慮能使粉塵順利排出的。即通過排灰口的粉塵的質量流速不宜過大。這就需要設計較大的排灰口直徑。但排灰口直徑越大，則會有較多的氣體進入灰斗，形成激烈的旋渦氣流，反而容易將已捕集的粉塵重新卷起，影響除塵效率。設計中一般取 =（1/24/5）圓錐高度 =(22.

24、5) 3.旋風除塵器進口（1）進口型式 旋風除塵器的進口型式主要有軸向進口和切向進口兩種。切向進口又分為螺旋面進口、漸開線進口及切向進口。見圖4 圖4旋風除塵器進口切向進口為最普通的一種進口型式，制造簡單，用得比較多。這種進口型式的旋風除塵器外形尺寸緊湊。（2）進口管的型式與位置 進口管可以制成矩形和圓形兩種型式。但由于圓形進口管與旋風除塵器器壁只有一點相切，而矩形進口管其整個高度均與筒壁相切。故一般多采用矩形進口管。矩形寬度和高度的比例要適當，通常長而窄的進口管與器壁有著更大的接觸面。寬度越小，臨界粒徑越小，除塵效率越高。但過長而窄的進口也是不利的。因為進口太長，為了要保持一定的氣體旋轉圈數(shù)

25、n，必須加長筒體，否則除塵效率仍不能提高。一般矩形進口管高與寬之比為： =23； =(0.20.25)； =(0.40.75)水平進口管的位置通常有兩種見圖5 圖5水平進口管的位置 一種與旋風除塵器的頂蓋相平，這有利于清除上旋流；另一種則與頂蓋由一定距離，這可使細粉塵富集在頂蓋下面的上旋流中，通過旁室將其送入主旋流進一步分離，以減少短路機會4.排氣管 常見的排氣管型式有直管型和收縮型兩種，如圖6所示： 圖6排氣管的基本型式在相同的排氣管直徑下，下端采用收縮型式，既不影響旋風除塵器的除塵效率，又可以降低阻力損失。所以，在設計分離較細粉塵的旋風除塵器時，可考慮設計成這種型式的排氣管。一定范圍內(nèi)，排

26、氣管直徑越小，則旋風除塵器的除塵效率越高，壓力損失也越大。反之，除塵器的效率越低，壓力損失也越小。當=2.53時，除塵效率達到最高點。如再增加（即減小排氣管直徑），除塵效率提高緩慢，但阻力系數(shù)急劇上升。所以在旋風除塵器設計時，需控制d0/de在一定的范圍內(nèi)，即排氣管直徑不能取得過小，以免帶來動能消耗過大的后果。一般常取=（0.30.5）由于旋流是在排氣管與器壁之間運動。因此，排氣管的插入深度hc直接影響旋風除塵器的性能。插入深度過大，縮短了排氣管與錐體底部的距離，減少了氣體的旋轉圈數(shù)n。同時也增多了二次夾帶了機會。排氣管插入深度過大，會增加表面摩擦，提高了壓力損失。但插入深度過小，或甚至不插入

27、筒體，會造成正常旋流核心的彎曲，甚至破壞，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)。同時也容易造成氣流短路而降低除塵效率。因此，插入深度要適當，一般為0.8a。5.灰斗 是旋風除塵器設計中最容易被忽視的部分。一般都把它僅看作是排除粉塵的裝置。其實在除塵器的錐底處，氣流非常接近高湍流，而粉塵也正是由此排出。因此，二次夾帶的機會也就更多。再則，旋流核心為負壓，如果設計不當，造成灰斗漏氣，就會使粉塵的二次飛揚加劇，嚴重的影響除塵效率。常見兩種灰斗見圖7 圖7常見兩種灰斗（二）氣體常數(shù)對除塵性能的影響1.氣流量的影響。氣流量或者說除塵器入口氣流速度，對除塵器壓力損失，除塵效率都有著很大的影響。從理論上來說，旋風除塵器的壓力

28、損失與氣流量的平方成正比因而也和入口風速的平方成反比（與實際有一定偏差） 入口流速增加，能增加塵粒在運動中的離心力，塵粒易于分離，除塵效率提高。除塵效率隨入隨入口口流速，平方根而變化，但是當入口流速超過臨界值時，紊流的影響就比分離作用增加的更快，以致除塵器效率隨入口風速增加的指數(shù)小于1；若流速進一步增加，除塵效率反而降低。因此，旋風除塵器的入口風速宜選取1823m/s。2.氣體含塵濃度的影響。氣體的含塵濃度對旋風除塵器的除塵效率和壓力損失都由影響。實驗結果表明，壓力損失隨含塵量增加而減少，這是因為徑向運動的大量塵粒拖拽了大量空氣；粉塵從速度較高的氣流向外運動到速度較低的氣流中時，能把能量傳遞給

29、渦旋氣流的外層，減少其需要的壓力，從而降低壓力降。由于含塵濃度的提高，粉塵的凝集與團聚性的提高，因而凈化率有明顯提高，但是高的速度比含塵濃度增加的速度要慢得多，因此，排出氣體的含塵濃度總是隨著入口處的粉塵濃度的增加而增加3.氣體含濕量影響。氣體的含濕量對旋風除塵器的工況有較大影響4.氣體的密度、黏度、壓力、溫度對旋風除塵器工況有較大影響。立即 氣體的密度越大，除塵效率越小。但是，氣體的密度和固體的密度幾乎可以忽略。所以，其對除塵效率的越小較之固體密度來說，也可以忽略不計。通常溫度越高，旋風除塵器的壓力損失越小；氣體黏度的影響在考慮除塵器壓力損失時常忽略不計，但從臨界顆粒的計算公式中知道，臨界粒

30、徑與黏度的平方根成正比。所以，除塵器效率的隨著氣體氣體黏度的增加而降低。由于溫度升高，氣體黏度增加，當進口氣速等條件保持不變時，除塵效率降低。氣流量為常數(shù)時，黏度對除塵效率的影響可按下式進行近似計算： 式中，、為a、b條件下的總除塵效率，、為a。b條件下的氣體黏度。（3） 粉塵的物理性質對除塵器的影響1.粒徑對除塵器的影響。較大粒徑的顆粒在旋風除塵器中會產(chǎn)生較大的離心力，有利于分離。所以大顆粒所占百分數(shù)越大，除塵效率越高。2.粉塵密度對除塵器性能的影響粉塵密度對除塵效率有著重要的影響。臨界粒徑或和顆粒密度的平方根成反比，密度越大或越小，除塵效率也越高。但粉塵密度對壓力損失影響很小，設計計算中可

31、忽略不計。影響旋風除塵器性能的因素，除上述外，除塵器內(nèi)壁粗糙度也會影響旋風除塵器的性能。濃縮在壁面附近的粉塵微粒，會因粗糙的表面引起旋流，使一些粉塵微粒被拋入上升的氣流，進入排氣管，降低了除塵效率。所以在旋風除塵器的設計中應避免出現(xiàn)沒有打光的焊縫，粗糙的法蘭連接點等。（二）操作條件1.進口氣速及氣體流量（1）進口氣速在一定范圍內(nèi)，進口氣速越高，除塵效率也越高。這可由rosin的臨界粒徑計算公式看出。進口氣速越大，臨界粒徑越小，除塵性能越好。但氣速太高，氣流的湍動程度增加，二次夾帶嚴重。另外，氣速太高，粉塵微粒與器壁的摩擦加劇，粗顆粒（大于40m）粉碎，使細粉塵含量增加。過高的氣速，對具有凝聚性

32、質的粉塵也會起分散作用。這些均對除塵是不利的。氣體通過旋風除塵器的壓力損失，和氣體的進口速度的平方成正比。所以，進口氣速過大雖除塵效率會稍有提高（有時不提高甚至下降），但壓力損失卻急劇上升，能量損耗大大增加。因此，在設計旋風除塵器的進口截面時，必須使進口氣速為一適宜值。這樣既保證旋風的除塵效率，又考慮到能量的消耗。其次，進口氣速過大，也會加速旋風除塵器本體的磨損，降低旋風除塵器的使用壽命。一般取進口氣速為1025m/s，最好不超過35m/s。（2）氣體流量氣體流量q對總除塵效率的影響可近似用下式估算： （2-6）式中 、分別為條件、情況下的總除塵效率，%； 、分別為條件、情況下的氣體體積流量，

33、m3/s。氣體流量變化時，分級除塵效率的修正，可在分級除塵效率曲線中，根據(jù)等除塵效率原則，按需求分級除塵效率曲線上的粒徑等于給定曲線的粒徑乘，從而得到需求的新的分級效率曲線。2.氣體的密度、黏度、壓力和溫度氣體的密度對除塵效率的影響可以在臨界粒徑計算公式中得以表明，即氣體密度越大，臨界粒徑亦越大，故除塵效率下降。但是，氣體的密度和固體密度相比，特別是在低壓下幾乎可以忽略。所以，其對除塵效率的影響較之固體密度來說，也可以忽略不計。通常溫度越高，旋風除塵器壓力損失越?。粴怏w密度增加，壓力損失也增加。黏度的影響在計算除塵器壓力損失時常忽略不計。但從臨界粒徑的計算公式中知道，臨界粒徑與黏度的平方根成正

34、比。所以除塵效率是隨著氣體的黏度的增加而降低。由于溫度升高，氣體黏度增加，當進口氣速等條件保持不變時，除塵效率也略有降低。氣體流量為常數(shù)時，黏度對除塵效率的影響可按下式近似計算： （2-7） 式中 、分別為條件、條件下的總除塵效率，%； 、分別為條件、條件下的氣體黏度，kgs/m2。需求分級除塵效率曲線上的粒徑等于給定曲線的粒徑乘，從而得到新的分級除塵效率曲線。氣體黏度變化，直接與溫度的改變有關，因此必將引起實際流量的變化。所以在修正黏度時還需對氣體流量加以修正。3.氣體含塵濃度旋風除塵器的除塵效率，隨粉塵濃度增加而提高。這是因為含塵濃度大時，粉塵的凝聚與團聚性能提高，使較小的塵粒凝聚在一起而

35、被捕集。另外，在含塵濃度大時，大顆粒向器壁移動產(chǎn)生一個空氣曳力，也會將小顆粒夾帶至器壁而被分離。大顆粒對小顆粒的撞擊也使小顆粒有可能被捕集。但值得注意的是，含塵濃度增加后除塵效率雖有提高，可是排氣管排出之粉塵的絕對量也會大大增加?？偝龎m效率隨含塵濃度的變化可用式（2-8）估算。 （2-8） 式中 、分別為、條件下的含塵濃度，g/m3(標)。粉塵濃度對旋風除塵器的壓力損失有影響。處理含塵氣體的壓力損失要比處理清潔空氣時小，當進口塵濃度為12g/m3(標)時，壓力損失可以降低到近清潔氣體的60%。塵濃增至250g/m3(標)時，壓力損失下降緩慢，但在濃度超過50g/m3(標)時，壓力損失又迅速下降

36、。這是因為氣體中即使含有少量顆粒，也會使氣體的內(nèi)摩擦力增加。由于分離到器壁的顆粒產(chǎn)生摩擦，使旋流速度降低，減小了離心力。因而，壓力損失也就下降。含塵濃度變化對壓力損失的影響，近似表示為： （2-9）式中 含塵氣體的壓力損失，pa； 清潔氣體的壓力損失，pa； 進口的粉塵濃度，g/m3(標)。（三）固體粉塵的物理性質固體粉塵的物理性質主要指顆粒大小、密度與粉塵的粒級分布。關于粉塵的粒級分布與旋風除塵器的分級除塵效率關系，見分級除塵效率計算。1.固體顆粒大?。戳剑πL除塵器性能影響較大粒徑的顆粒在旋風除塵器中會產(chǎn)生較大的離心力，有利于分離。所以，在粉塵篩分組成中，凡大顆粒所占有的百分數(shù)越大，

37、總除塵效率越高。2.顆粒密度對旋風除塵器性能影響粉塵單顆粒密度對除塵效率有著重要的影響。臨界粒徑計算式中，或和顆粒密度的平方根成反比，越大，或越小，除塵效率也越高。它們的關系是：由上式所得的結果，按等除塵效率原則，在給定分級除塵效率曲線上做圖，即可求得新的分級除塵效率曲線。影響旋風除塵器性能的因素，除上述外，除塵器內(nèi)壁粗糙度也會影響旋風除塵器的性能。濃縮在壁面附近的粉塵微粒，可因粗糙的表面引起旋流，使一些粉塵微粒被拋入上升的氣流，進入排氣管，降低了除塵效率。所以在旋風除塵器的設計中應避免沒有打光的焊縫，粗劣的法蘭連接點，設計不當?shù)倪M口等。旋風除塵器軸心處具有很高的負壓，所以此處的泄漏程度對除塵

38、效率有著一定的影響。在旋風除塵器設計時，應考慮排灰口及料腿的密封。另外，氣體的濕度（含濕量）過大將會引起粉塵黏壁，甚至堵塞。以致大大的降低旋風除塵器的性能。3 除塵器結構設計計算3.1 選擇旋風除塵器的型式3.1.1 旋風除塵器的分類旋風除塵器的種類繁多，分類方法也各有不同。（1）按其性能分類：可分類為高效旋風除塵器。其筒體直徑較小，用來分離較細的粉塵，除塵效率在95%以上；高流量旋風除塵器。筒體直徑較大，用于處理很大的氣體流量，其除塵效率為5080%；介于上述兩者之間的通用旋風除塵器。用于處理適當?shù)闹械葰怏w流量，其除塵效率為8095%。（2）按結構型式分類，可分為長錐體、圓筒體、擴散式、旁通

39、型。（3）按組合、安裝情況分為內(nèi)旋風除塵器（安裝在反應器或其他設備內(nèi)部）、外旋風除塵器、立式與臥式以及單筒與多管旋風除塵器。（4）按氣流導入情況分類，可分為切向導入或軸向導入，氣流進入旋風除塵器后的流動路線反轉、直流，以及帶二次風的形式，可概括地分為以下幾種。切流反轉式旋風除塵器這是旋風除塵器最常用的型式。含塵氣體由筒體的側面沿切線方向導入。氣流在圓筒部旋轉向下，進入錐體，到達錐體的端點前反轉向上。清潔氣流經(jīng)排氣管排出旋風除塵器。根據(jù)不同的進口型式又可以分為蝸殼進口、螺旋面進口、狹縫進口。為提高捕集能力，把排出氣體中含塵濃度較高的氣體以二次風形式引出后，經(jīng)風機再重復導入旋風除塵器內(nèi)。這種狹逢進

40、口的旋風除塵器，按二次風引入的方式又可分為切流二次風和軸流二次風。軸流式旋風除塵器軸流式旋風除塵器是利用導流葉片使氣流在旋風除塵器內(nèi)旋轉。除塵效率比切流式旋風除塵器低，但處理流量較大。根據(jù)氣體在旋風除塵器內(nèi)的流動情況分為軸流反轉式、軸流直流式。軸流直流式的壓力損失最小，尤其適用于動力消耗不宜過大的地方，但除塵效率較低。它同樣可以把排出氣體含塵濃度較大部分（或干凈氣體）以二次風的形式再導回旋風除塵器內(nèi)，以提高除塵效率，此即成為龍卷風除塵器。龍卷風除塵器按二次風導入的形式可分為切流二次風和軸流二次風。3.1.2 旋風除塵器的選用旋風除塵器的性能包括有三個技術性能（處理風量、壓力損失、及除塵效率）和

41、三個經(jīng)濟指標（基建投資和運轉管理費、占地面積、使用壽命）。在評價及選擇旋風除塵器時，需全面考慮這些因素。理想的旋風除塵器必須在技術上能滿足工藝生產(chǎn)及環(huán)境保護對氣體含塵的要求，在經(jīng)濟上是最合算的。在具體設計選擇型式時，要結合生產(chǎn)實際（氣體含塵情況、粉塵的性質、粒度組成），參考國內(nèi)外類似工廠的實踐經(jīng)驗和先進技術，全面考慮，處理好三個技術性能指標的關系。例如，在含塵濃度較高的化工生產(chǎn)，諸如像流態(tài)化反應、氣流輸送等，對于回收昂貴的細顆粒催化劑或其他產(chǎn)品，只要動力允許，提高捕集效率則是主要的。而對于分離顆粒較大的粗粉塵，就不需采用高效旋風除塵器，以免帶來較大的動力損耗。計技術要求1 處理氣量q：2600

42、m3/h；2 空氣密度：1.29kg/m3；3 粉塵密度c：1960kg/m3；4 空氣黏度：1.810-5p.s。3.2 確定旋風除塵器進口速度一般情況下，進口的風速范圍是1025m/s，風速過大會增大壓力損失，但是過低的話會大大降低除塵效率。所以，根據(jù)推薦：取=22m/s3.3 確定旋風除塵器的幾何尺寸（圖8）圖8旋風除塵器的幾何尺寸 由于矩形的進口管其整個高度均與筒壁相切，而圓形進口管與旋風除塵器器壁只有一點相切，所以矩形的進口比圓形更加優(yōu)越，故將旋風除塵器的進口設計成為矩形，即高為，寬度為，另外，由于整個旋風除塵器的要求處理風量為2600m3/h，所以將旋風除塵器單體的處理風量定為13

43、00m3/h，則 （1）進口面積=*=1300/(3600*22)=0.0164m3 根據(jù)比例關系，取，得到 =0.180m=180mm， =0.090m=90mm即旋風除塵器單體的高度為180mm，寬度為90mm。 （2） 筒體尺寸根據(jù)比例關系，取=0.25，則=4=0.269m=360mm筒體長度h，取h=1.5，則 h=360*1.5=540mm （3）椎體尺寸椎體長度h-h，取h-h=2.0，則h-h=2*360=720mm排灰口直徑，取=0.25，則=0.25*360=90mm（4） 出口管直徑和插入深度 取出口管直徑=0.5，則=0.5*360=180mm 取插入深度=0.7，則=

44、0.7*360=252mm3.4計算進口過渡管的尺寸由于含塵氣體通過圓形氣體輸送管道進入過渡管，然后再進入到除塵器進口，所以進口過渡管設計為一端為圓形一端為矩形：取定氣體輸送管道中的速度為15m/s，對于圓形管道的氣體流量計算公式為： （3-1） 對于矩形管道的氣體流量計算公式為： （ 3-2） 式中： 氣體流量，m3/h； 圓形管道的內(nèi)徑，m;、矩形管道的邊長，m； 管道內(nèi)的氣體流速，m/s 。因為進口過渡管與兩個旋風除塵器單體并排向連接，所以矩形那端的面積為兩個進口面積之和，即為2=2*180*90，而且現(xiàn)在已經(jīng)確定了氣流進入到了旋風除塵器進口的速度為22m/s，另外在進入到進口過渡管之前

45、，即在氣流輸送管道中的速度為15m/s，又進入到進口過度管與流出的氣體的流量是相等的，所以可以得到下列關系： 3600*3.14/4*15=3600*2*0.18*0.09*22由此等式可以求得=246mm 進口過渡管的圓形端的直徑為246 mm取其長度為260mm。具體尺寸如圖9所示：圖9進口過渡管的基本尺寸3.5計算風量匯集箱的尺寸由于兩個旋風除塵器單體并聯(lián)然后接到風量匯集箱，而每個旋風除塵器的出口管直徑為均180，且兩個旋風除塵器是并排放置，所以將風量匯集箱的尺寸定為如圖10所示：圖10風量匯集箱的基本尺寸其中，風箱上、下蓋的形狀為矩形與半圓的組成，半圓所在圓的半徑r為360mm風箱總長

46、度為600mm，寬度為720 mm,體高度為200mm。3.6 計算出口過渡管的尺寸因為氣流從風量匯集箱經(jīng)出口過渡管后進入到圓形的氣流輸送管道，所以把出口過渡管設計成一端為矩形，另外一端為圓形，且與輸送管道連接的那端的直徑可以適當?shù)脑O計大點有助于氣流的輸送。根據(jù)風量匯集箱的尺寸，將出口過渡管的尺寸定為如圖11所示： 圖11出口過渡管的基本尺寸其中，與風量匯集箱連接的矩形那端的尺寸為：長為720 mm寬為200mm；而與氣流輸送管道連接的那端圓形直徑為400mm。3.7 計算灰斗的尺寸因為兩并排放置的單筒旋風除塵器的筒徑均為360 mm,以將灰斗的尺寸設計如12圖所示：圖12灰斗的基本尺寸其中，

47、蓋板直徑為720mm，厚度為10mm，錐體高度為600mm，圓筒直徑600mm，高度為80mm，支承角鐵直徑為640mm，厚度為20mm，下端圓面的直徑為100mm。3.8旋風除塵器單體左外筒鋼板展開尺寸由于旋風除塵器的進口設計成下旋的型式，所以鋼板展開后，最大高度為圓筒高度540 mm,最小高度為圓筒高度與進口高度之差，所以最小高度為530-180=350mm.板與進口水平向接的一部分展開后是水平的，這部分的長度可以又下面的計算得到：根據(jù)旋風除塵器左單體的零件圖，出口管直徑為180 mm,半徑為90 mm，而筒體直徑為360 mm,徑為180 mm,在所構成的直角三角形中，所求的圓弧對應的圓

48、心角的余弦值為90/180=0.5,該段圓弧所對應的圓心角為arccos0.5=60，所以要求的圓弧長度為：3.14*360*60/360=188 mm,鋼板的總長度為：3.14*360+6=1136 mm。鋼板展開圖的具體尺寸如圖13所示：圖13左外筒鋼板展開圖3.9 關風器的選擇因為含塵氣流在進入到旋風除塵器進口之前的含塵濃度本身不是很大，所以在灰斗中的待處理的塵粒量不大，另外，由于灰斗的下端圓面的直徑為100mm，因此我選擇了容量較小的tgfy.4（5）型關風器，其主要技術參數(shù)見表3.1：型 號tgfy.4（5）葉輪直徑*寬度（mm）200*150容 量（升）4(5)轉 速（轉、分）40

49、60配用動力（kw）0.37外型尺寸（長*寬*高）mm293*246*352重 量（kg）32 表3.1 tgfy.4（5）型關風器的主要技術參數(shù)此外，該型號關風器的安裝尺寸見表3.2所示：型號123abcdefghd1d2tgfy.4(5)195165130130145195230160195163140m811 表3.2 關風器的安裝尺寸 其視圖如圖14所示： 圖14關風器3.10 風機的選擇因為旋風除塵器的設計處理風量為2600 m3/h,選擇的是處理風量為19753640 m3/h的4-72no3.2型離心通風機，其主要技術參數(shù)如下表3.3所示：型 號機 號轉 速(r/min)風 量(

50、m3/h)電動機功率 (kw)傳動方式4-723.22900197536401.5a表3.3風機的主要技術參數(shù)本風機的特點是高效率、低噪音，可作為室內(nèi)通風換氣用，亦可輸送無腐蝕性、不自燃、不含有粘性物質的氣體。輸送介質的溫度一般不超過80，介質中所含的塵土及硬質細顆粒不大于150mg/m3。4 除塵器壓力損失p和除塵效率的計算4.1 壓力損失p的計算除塵器的壓力損失是指含塵氣體通過除塵器的阻力，為除塵器的重要性能之一。其值當然越小越好，因風機的功率幾乎與它成正比。除塵器的壓力損失和管道、風罩等壓力損失以及除塵器的氣體流量為選擇風機的依據(jù)。旋風除塵器的壓力損失主要包括有：進口管的摩擦損失；氣體進入旋風除塵器內(nèi)，因膨脹或壓縮而造成的能量損