除塵管道系統(tǒng)設計研究

王義

摘 要：針對工業(yè)環(huán)境除塵的要求，通過試驗測算出管道阻力系數(shù)的數(shù)值，對正確設計除塵管網(wǎng)提供參考依據(jù)，同時具有一定的指導意義。本文就除塵管道系統(tǒng)設計進行研究。

關(guān)鍵詞：除塵管道;系統(tǒng);設計

在工業(yè)生產(chǎn)過程中把氣體與粉體微粒的多相混合物的分離操作稱之為除塵，而在車間生產(chǎn)過程中，由于投料、搬用、氣力輸送、混合，下料、篩選等過程中不可避免的存在粉塵的飛揚。

1 密閉罩排塵口及排塵罩的設計

對于不同的物料和粉塵微粒，排塵口位置和排塵風速在設計時都不盡相同。下面以堆積密度為0.4g/cm3的粉塵除塵系統(tǒng)為例。

1.1 排塵罩的風速和壓降

排塵罩風速控制在1.2m/s左右。排塵罩壓力損失控制在500Pa左右。排塵罩的直徑最小要為管徑的2.5倍。

1.2 排塵罩的位置和排塵風量

1）斗式提升機。斗式提升機內(nèi)粉塵微粒會沉降在提升機底部滑輪附近，經(jīng)過多年的設計經(jīng)驗，考慮到安裝和檢修需要，避免排塵口抽走物料，排塵口應位于提升機底部滑輪上方2.5m處。排塵風量與提升機的截面積和提升機速度成正比。Q=1.3·A·v。

Q=排塵口風量（m3/s），A=氣體通過提升機的面積（m2），v=提升機的提升速度（m/s）

2）皮帶運輸機。因出料口會有粉塵微粒大量放散，排塵口應據(jù)出料口至少3m的位置。每個排塵罩間距6m。Q=M+1.1·v·A。

Q=排塵口風量（m3/s），M=物料處理量（m3/s），A=氣體通過提升機的面積（m2），v=提升機的提升速度（m/s）。

3）振動篩。為避免振動篩的振動影響風管固定，在排塵罩上方應設置柔性風管。Q=1.1·A·v。

[Q=排塵口風量（m3/s），A=篩子面積（m2），v=0.22～0.33（m/s）]

4）攪拌罐。攪拌罐的進料形式分為自動填料式和人工填料式兩種。除塵系統(tǒng)多用于人工填料攪拌罐。因人工填料時，隨著物料的傾瀉，大量的粉塵微粒會快速放散，有效的除塵系統(tǒng)可以保護工人健康和室內(nèi)空氣質(zhì)量。排塵罩應設置在盡量遠離進料管并且不妨礙攪拌罐掀蓋的位置。攪拌罐關(guān)閉時，插板閥閉合，該除塵子系統(tǒng)停止。當人工填料，掀蓋的同時，插板閥開啟，該除塵子系統(tǒng)運行。為了節(jié)省投資，可以在攪拌罐蓋板和手動插板閥之間設置一個機械聯(lián)鎖機構(gòu)，蓋板和插板閥機械聯(lián)動。這樣可以不用設置電動插板閥，同時省去了自動控制系統(tǒng)。在甲、乙類車間內(nèi)，避免了有風險的電路系統(tǒng)，可操作性強，減少建設及運行成本。

2 除塵管道的設計

2.1 除塵系統(tǒng)形式

小型的除塵系統(tǒng)，如獨立式除塵機組和分散式除塵系統(tǒng)，較易解決風管壓力平衡問題。但當一個廠房或工段內(nèi)有較多個抽風點時，這種集中式除塵系統(tǒng)在風道設計時是相對復雜的。在理論上，很多書籍會推薦使用集合管式除塵系統(tǒng)。但在有限空間內(nèi)，有多個抽風點的情況下，枝狀式除塵系統(tǒng)明顯要比集合管式節(jié)省空間。

大型生產(chǎn)車間內(nèi)的工藝設備往往不會同時開啟。如果枝狀式除塵系統(tǒng)的設計是按照所有抽風點風量總和計算，當采用定頻除塵風機時會出現(xiàn)支管風速過大，除塵系統(tǒng)抽走物料的問題;當采用變頻除塵風機時會出現(xiàn)干管風速過小，粉塵沉降在除塵干管內(nèi)的問題。如此，在短期內(nèi)就會出現(xiàn)除塵風管內(nèi)物料及粉塵的堆積，除塵系統(tǒng)近乎癱瘓的情況。

這時如果要改造，只能大面積拆換除塵風管和除塵設備。下面介紹一種對枝狀式除塵系統(tǒng)的優(yōu)化改進設計。

引入同時使用系數(shù)的概念。以最常用的設備除塵支管做參照，設該支管使用系數(shù)為1。之后以其它各除塵支管的使用時間與其做比值，得出0～1之間的各個系數(shù)。各支管除塵風量與其系數(shù)的乘積之和才是干管的需求風量。各支管的風量不做系數(shù)修改，以實際運行需求風量為準。每根匯集管管徑不得小于其支管的管徑。

這種設計有以下幾個優(yōu)點：第一，減小了總的設計風量及風壓，這樣減少了風管與設備的建設成本和運行成本。第二，不影響各支管的實際需求風量，保證了在抽走粉塵的同時，不會抽走物料。第三，由于干管截面積減少，保證了干管內(nèi)的風速，減少了干管內(nèi)粉塵堆積的可能性。

2.2 管道標高

對于管底標高，很多規(guī)范和書籍沒有統(tǒng)一明確的規(guī)定。管底標高在沒有設計明確要求的時候，要考慮風管下預留人員穿行的空間。類生產(chǎn)車間的特殊性就是工作人員會頭戴安全帽，腳穿抗靜電安全鞋。而且自動控制系統(tǒng)能力不高的生產(chǎn)車間，人流頻率還會維持在很高的水平。所以，設計時，為了保護人員安全，保護除塵風管不會被人員通行時損壞，風管下預留空間要充分考慮到安全帽及安全鞋帶來的高度附加。因此，管底預留高度推薦為2.2m。

3 彎頭阻力優(yōu)化設計

3.1 彎頭的曲率半徑

除塵管道的布置要盡量減少彎頭的數(shù)目，這樣，在減少氣流阻力的同時，也減少了粉塵微粒堆積的可能性?？紤]到空間和成本因素，彎頭曲率半徑推薦取管道直徑的2～2.5倍。經(jīng)驗表明，當彎頭曲率半徑小于2倍直徑時，可能會出現(xiàn)粉塵堵塞風管的情況，這樣不僅降低了除塵效率，而且由于粉塵持續(xù)堆積，會使風管荷載升高，增加了管道坍塌的危險。在理論上，采用Realizablek-雙方程湍流模式，完成了管道內(nèi)湍流流場評價指標的數(shù)值模擬。從其結(jié)果可知，彎曲半徑小的彎頭，在管道突然拐彎時，氣流被迫發(fā)生轉(zhuǎn)向，這時氣流往往有沿管道內(nèi)側(cè)壁面逆向流動的特性，形成大渦流。而外側(cè)氣流轉(zhuǎn)向的曲率半徑大，氣流的動壓損失小，同時受內(nèi)側(cè)氣流的擠壓，壓力增大。壓力的不平衡改變粉塵流動軌跡，各個質(zhì)點互相交換，形成湍流的脈動作用。這也很好的解釋了，曲率半徑小的彎頭，在彎頭內(nèi)側(cè)和彎頭外側(cè)會積聚大量粉塵的原因。在除塵器后的管道，由于風管內(nèi)介質(zhì)已經(jīng)過濾掉了絕大多數(shù)的粉塵，限制于空間因素，可以適當減小曲率半徑，可取管道直徑的1～1.5倍。

3.2 彎頭的防磨措施

對于粉塵微粒形狀為針狀粒子時，或球形系數(shù)小于0.5 的粒子，由于微粒在拐彎時高速的運動，對彎頭的撞擊和摩擦會引起十分嚴重的彎頭磨損現(xiàn)象。彎頭在壽命急劇減少的同時，也造成了彎頭內(nèi)壁摩擦系數(shù)急劇升高，使粉塵更易聚集。設置耐磨彎頭是有效避免此類情況發(fā)生的措施之一。耐磨彎頭由彎頭及耐磨管件組成，而耐磨管件則包括外殼、阻流板及耐磨填料。耐磨彎頭結(jié)構(gòu)簡單，可現(xiàn)場制作、改造，不影響過流面積，成本低，可顯著提高彎頭的使用壽命。

3.3 在彎頭處加裝導流葉片

導流葉片很薄，布置在管道彎頭處可以對均化氣流流動速度和壓力及避免渦流的產(chǎn)生有很好的效果。能否正確的選擇導流葉片的形狀、尺寸、數(shù)目、設置角以及其間的距離，直接關(guān)系到能否改善管內(nèi)氣流的流動狀態(tài)，消除渦流引起的振動。在導向葉片設置采用從內(nèi)側(cè)壁至外側(cè)壁間距逐漸增大的原則，這樣可以減少導向葉片的數(shù)目和摩阻又能達到預定目的。

4 結(jié)束語

總之，在安裝空間有所限制的車間內(nèi)，采取以上幾點設計優(yōu)化措施，可以有效地減少成本，提高除塵效率。

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