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工业通风的相关计算与仪器选型
除尘器的选型
1.1除尘效率
根据设计要求知:
气体含尘浓度为1g/m3,而要求排放粉尘浓度小于100mg/m3
则需要除尘器所要达到的除尘效率为:
η=(1-0.1)×100%/1=90%
1.2除尘器的选择
粉尘的物理化学特性是除尘方案确定的重要依据,为了正确选择、安装、应用,维护除尘设备,必须了解所要处理的粉尘物理化学特性。在粉尘的物理特性中粉尘的粒径大小是*关键的特征数据。一般除尘器与粉尘粒径大小的适用关系如下表:
除尘器类型
粒径大小/um
重力沉降室
>50
惯性除尘器
20-50
旋风除尘器
普通规格
20-200
上等规格
5-30
湿式除尘器
水浴除尘器
1-10
文氏管除尘器
0.5-10
滤袋除尘器
0.2-10
电除尘器
0.2-5
根据铝粉粒径在100um左右和工作空间的限制,则*合适除尘器应选择重力沉降室除尘器。但是由于重力除尘器效率较低,所以无法达到预期的除尘目的,因此在重力除尘器作为预除尘的前提下,还应再增加一个普通型的旋风除尘器。这样整个系统就构成了一个**为重力除尘器,二级为旋风除尘器的两级除尘系统,除尘效果就会达到预期的目的。
1.3重力沉降室优缺点及旋风除尘的选型
1重力沉降室的优缺点
优点:结构简单、投资少、易维护管理、压损小(50—130Pa)。
缺点:占地面积大、除尘效率低(仅作为高效除尘器的预除尘装置,除去较大和较重的粒子)
2旋风除尘的选型
一般使用经验法
1)、计算所要求的除尘效率
2)、选择除尘器的型式
根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征,及除尘要求、允许的阻力和制造条件等因素进行确定
3)、根据允许的压力降确定进口气速,或取为 10~25 m/s,由
可得
4)、根据处**量和入口风速计算除尘器的进口面积A,入口宽度b和高度h
5)、确定各部分几何尺寸
旋风除尘的比例尺寸如下表:
**节 喷涂车间通风除尘系统排风量的计算
按设计要求拟采用局部除尘上吸气式集气罩
控制风速Vx=0.4m/s
操作台面的尺寸:长0.8m 宽0.5m
操作台面距罩口距离H=0.4m
则罩口尺寸:长边A=0.8+0.4×0.4×2=1.12m
短边B=0.5+0.4×0.4×2=0.82m
罩口周长:P=2×(1.12+0.82)=3.88m
则得单个产尘点所需排风量为:
L=KPHV
x
=1.4×3.88×0.4×0.4=0.869 m
3
/s
由于该喷涂车间内有12个操作台,则有12个产尘点,故系统所需总的排风量为:
L
总
=
12 L=12×0.869=10.428m
3
/s
考虑到除尘器及风管漏风,则管段10及11的计算风量,即系统实际所需总风量为:
L
总,实
=
1.05×10.428=10.949 m
3
/s
第三节 重力沉降室的长度计算
当t=20℃时:空气密度u=1.79×10
-5
Pa.s,ρ
g
=1.205kg/m
3
,
粉尘粒径d
p
=100um,粉尘密度ρ
p
=2700kg/m
3
,
设重力沉降室宽B=5m,沉降室内流速为:v
0
=1.12m/s
则沉降室的高度为: H= L
总
/B v
0
=10.43/(1.12×5)= 1.86m
考虑到实际情况,取沉降室高为2m。
沉降室的雷诺系数为:
Re
p
=
v
0
ρ
g
d
p
/u=1.12×1.205×100×10
-6
/1.79×10
-5
=7.54
沉降速度:
v
s
=0.25(ρ
p
g)
0.67
d
p
(uρ
p
)
-0.33
=0.25×(2700×9.8)
0.67
×100×10
-6
×(1.79×10
-5
×2700)
-0.33
=0.62 m/s
则沉降室长度:
A=H v
0
/ v
s
=2×1.12/0.62=3.6m
取沉降室长度为5m。
第四节 通风管道的水力计算
由于设计要求12台操作台每3台一排对称布置,所以需要每2排一组分别对称布置在除尘器两边,因此只需进行一组水利计算即可。
以下是通风管道的水力计算步骤:
(1) 根据设计要求绘制该喷涂车间通风除尘系统的系统图。
(2) 对各个管段进行编号,标出各管段长度及各排风点的排风量。
(3) 选定系统的*不利环路,该系统为1-2-3-7-8-重力沉降室除尘器-旋风除尘器(普通型)-10-风机-11。
(4) 根据各管段的风量及选定的流速,确定*不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。
(5) 根据书上表6-4,输送含有钢铁粉尘的空气时,风管内*小风速为,垂直风管为13m/s、水平风管为15m/s。
对于管段1
根据L
1
=
0.869 m
3
/s,v
1
=15m/s,由附录9查出管径和单位长度摩擦阻力。所选管径应尽量符合附录11的通风管道统一标准。
则D1=250mm Rm1=13.5Pa/m
同理可查得其他管段的管径及比摩阻。具体见水利计算表。
(6) 查附录9确定各管段的局部阻力系数。
1) 管段1
矩形伞形罩:a=40 : ξ=0.13
90°弯头(R/D=1.5):1个, ξ=0.17
则:
ξ
1
=0.13+0.17=0.30
Z
1
=ξ
1
v
1
2
ρ
g
/2=0.30
×15
2
×1.205/2=40.67
Pa
2) 管段2
矩形伞形罩:a=40 ° : ξ=0.13
直流三通(1-2)
F
1
/ F
2
=(250/360)
2
=0.48
L
1/
L
2
=0.869/1.738=0.5
查得: ξ=-0.3
则:
ξ
2
=0.13+(-0.3)= -0.17
Z
2
=ξ
2
v
2
2
ρ
g
/2=-0.17
×15
2
×1.205/2=-19.60
Pa
3) 管段3
矩形伞形罩:a=40 °: ξ=0.13
直流三通(2-3)
F
2
/ F
3
=(360/400)
2
=0.81
L
2/
L
3
=1.738/2.607=0.67
查得: ξ=0.06
90°弯头(R/D=1.5):1个 ξ=0.17
则:
ξ
3
=0.13+0.06+0.17=0.36
Z
3
=ξ
3
v
3
2
ρ
g
/2=-0.36
×15
2
×1.205/2=41.51
Pa
4) 由于对称性,则管段4与管段1,管段2与管段5相关计算相同.
5) 管段6
矩形伞形罩:a=40 °: ξ=0.13
直流三通(2-3)
F
2
/ F
3
=(360/400)
2
=
0.81
L
2/
L
3
=1.738/2.607=0.67
查得ξ=0.06
则:
ξ
6
=0.13+0.06 =0.19
Z
3
=
ξ
3
v
3
2
ρ
g
/2=-0.19
×15
2
×1.205/2=21.91
Pa
6) 管段7
直流三通(3-7)
F
6
/ F
7
=(400/450)
2
=
0.80
L
6/
L
7
=2.607/5.214=0.5
查得ξ=0.21
则:
ξ
7
=0.21
Z
7
=
ξ
7
v
7
2
ρ
g
/2=0.21
×15
2
×1.205/2=23.06
Pa
7) 管段8
圆形三通(合流)(7-8)
L
7/
L
8
=5.214/10.428=0.5
查得ξ=0.03
90°弯头(R/D=1.5):1个 ξ=0.17
重力沉降室除尘器进口变径管(渐缩管)
除尘器进口尺寸为300mm×800mm,变径管长度为500mm
tana=(1000-800)/(2×500)=0.2
则 a=11.3°
则 ξ=0.10
则:
ξ
8
=0.03+0.10+0.17=0.30
Z
8
=
ξ
8
v
8
2
ρ
g
/2=0.30
×13
2
×1.205/2=30.55
Pa
8)管段9
重力除尘器出口变径管(渐缩管)
除尘器出口尺寸为300mm×800mm,变径管长度为400mm
tana=(950-800)/(2×400)=0.19
则 a=10.62°
则 ξ=0.10
旋风除尘器(普通型)进口变径管(渐缩管)
除尘器进口尺寸为300mm×800mm,变径管长度为500mm
tana=(950-800)/(2×500)=0.15
则 a=8.5°
则 ξ=0.10
则:
ξ
9
=0.1
×2
=0.2
Z
8
=
ξ
9
v
9
2
ρ
g
/2=0.2
×15
2
×1.205/2=23.06
Pa
9)管段10
旋风除尘器(普通型)出口变径管(渐缩管)
除尘器出口尺寸为300mm×800mm,变径管长度为400mm
tana=(1000-800)/(2×400)=0.25
则 a=14.04°
则 ξ=0.10
90°弯头(R/D=1.5):2个 ξ=2×0.17=0.34
风机进口渐缩管
先拟选一台风机,风机进口直径D
1
=500mm,变径管长度l=300mm
tana=(1000-500)/(2×300)=0.83
则 a=39.7°
则 ξ=0.10
则:
ξ
10
=0.1
×2+0.34
=0.54
Z
10
=
ξ
10
v
10
2
ρ
g
/2=0.54
×13
2
×1.205/2=54.98
Pa
10)管段11
风机出口渐缩管
风机出口尺寸420mm×315mm,直径D
2
=420mm
tana=(1000-420)/(2×315)=0.92
则 a=42.6°
则 ξ=0.10
带扩散管的伞形风帽(h/D=0.5)ξ=0.60
则:
ξ
11
=0.1
+0.60
=0.70
Z
10
=
ξ
11
v
11
2
ρ
g
/2=0.70
×13
2
×1.205/2=71.28
Pa
管道水力计算表:
管道编号
流量
(m
3
/s)
长度L(m)
管径
D(mm)
流速
V(m/s)
局部阻力系数
∑ξ
局部阻 力
Z(Pa)
单位长度摩擦阻力
Rm(Pa/m)
摩擦阻力
Rml(Pa)
管道阻力
Rml+Z
(Pa)
备注
1
0.869
5
250
15
0.17
40.67
13.50
67.50
108.17
2
1.738
2
360
15
-0.17
-19.60
9.00
18.00
-1.60
3
2.607
6
400
15
0.36
41.51
8.00
48.00
89.51
7
5.214
4
450
15
0.21
23.06
6.50
26.00
49.06
8
10.428
5
1000
13
0.30
30.55
1.50
7.50
38.05
9
10.428
2
950
15
0.2
23.06
2.80
5.60
28.66
10
10.949
4
1000
13
0.54
54.98
1.30
5.20
57.18
11
10.949
8
1000
13
0.70
71.28
1.30
5.20
76.48
4
0.869
5
250
15
0.17
40.67
13.50
67.50
108.17
5
1.738
2
360
15
-0.17
-19.60
9.00
18.00
-1.6
6
2.607
2
400
15
0.19
21.91
6.50
13.00
34.91
阻力不平衡
6
2.607
280
16.8
38.85
阻力平衡
除尘器1
1200
除尘器2
1200
(7) 对各个并联管路进行阻力平衡
由对称性可知,汇合点A、B、D均处于平衡状态。因此,不需要进行阻力平衡。现对汇合点C进行分析。
汇合点C
△P
3
=89.51pa △P
6
=34.91pa
则:
(△P
3
-△P
1
)/△P
3
=(89.51-34.91)/89.51=61%>10%
为使管路3、6达到阻力平衡,故需要改变管路6的管径,增大其阻力
则:
D
6
’
=D
3
(△P
6
/△P
6
’
)
0.225
=400×(34.91/89.51)
0.225
=323.6mm
又根据通风管道的统一规格,取D
6
,,
=320mm
此时对应的阻力为:
△P
6
,,
=
34.91(400/320)
0.225
=36.71pa
(△P
3
—△P
6
,,
)/△P
3
=14.4%>10%
此时仍不处于平衡状态,因此继续缩小管道6的管径至280mm,经计算,此时处于平衡状态,在运行时再辅以阀门调节,消除不平衡。
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