除塵管道系統設計研究

王義

摘 要：針對工業環境除塵的要求，通過試驗測算出管道阻力系數的數值，對正確設計除塵管網提供參考依據，同時具有一定的指導意義。本文就除塵管道系統設計進行研究。

關鍵詞：除塵管道;系統;設計

在工業生產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。斗式提升機內粉塵微粒會沉降在提升機底部滑輪附近，經過多年的設計經驗，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，有效的除塵系統可以保護工人健康和室內空氣質量。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。攪拌罐關閉時，插板閥閉合，該除塵子系統停止。當人工填料，掀蓋的同時，插板閥開啟，該除塵子系統運行。為了節省投資，可以在攪拌罐蓋板和手動插板閥之間設置一個機械聯鎖機構，蓋板和插板閥機械聯動。這樣可以不用設置電動插板閥，同時省去了自動控制系統。在甲、乙類車間內，避免了有風險的電路系統，可操作性強，減少建設及運行成本。

2 除塵管道的設計

2.1 除塵系統形式

小型的除塵系統，如獨立式除塵機組和分散式除塵系統，較易解決風管壓力平衡問題。但當一個廠房或工段內有較多個抽風點時，這種集中式除塵系統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。但在有限空間內，有多個抽風點的情況下，枝狀式除塵系統明顯要比集合管式節省空間。

大型生產車間內的工藝設備往往不會同時開啟。如果枝狀式除塵系統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支管風速過大，除塵系統抽走物料的問題;當采用變頻除塵風機時會出現干管風速過小，粉塵沉降在除塵干管內的問題。如此，在短期內就會出現除塵風管內物料及粉塵的堆積，除塵系統近乎癱瘓的情況。

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的優化改進設計。

引入同時使用系數的概念。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。各支管除塵風量與其系數的乘積之和才是干管的需求風量。各支管的風量不做系數修改，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，保證了干管內的風速，減少了干管內粉塵堆積的可能性。

2.2 管道標高

對于管底標高，很多規范和書籍沒有統一明確的規定。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。而且自動控制系統能力不高的生產車間，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。考慮到空間和成本因素，彎頭曲率半徑推薦取管道直徑的2～2.5倍。經驗表明，當彎頭曲率半徑小于2倍直徑時，可能會出現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，完成了管道內湍流流場評價指標的數值模擬。從其結果可知，彎曲半徑小的彎頭，在管道突然拐彎時，氣流被迫發生轉向，這時氣流往往有沿管道內側壁面逆向流動的特性，形成大渦流。而外側氣流轉向的曲率半徑大，氣流的動壓損失小，同時受內側氣流的擠壓，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，在彎頭內側和彎頭外側會積聚大量粉塵的原因。在除塵器后的管道，由于風管內介質已經過濾掉了絕大多數的粉塵，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象。彎頭在壽命急劇減少的同時，也造成了彎頭內壁摩擦系數急劇升高，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。耐磨彎頭結構簡單，可現場制作、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生有很好的效果。能否正確的選擇導流葉片的形狀、尺寸、數目、設置角以及其間的距離，直接關系到能否改善管內氣流的流動狀態，消除渦流引起的振動。在導向葉片設置采用從內側壁至外側壁間距逐漸增大的原則，這樣可以減少導向葉片的數目和摩阻又能達到預定目的。

4 結束語

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

參考文獻

[1]項慶偉，張寧.SQ37A型切絲機集中除塵方案設計[J].技術與市場，2015，22（07）：60+62.

[2]黃浩，李立民.基于Workbench的除塵管道流固耦合數值分析[J].武漢科技大學學報，2015，38（03）：186-189.

[3]劉建民.修復除塵管道用耐磨鐵基堆焊合金的組織和性能[J].熱處理，2015，30（01）：39-41.

[4]陳天富，莊永平.袋式除塵器在大化肥裝置的應用及改進[J].大氮肥，2014，37（05）：326-329.

[5]張偉明，沈月明，楊先坪.金屬耐磨襯板技術在除塵管道中的應用[J].浙江冶金，2014（03）：56-57.