鑄造車間除塵系統設計及除塵設備選擇

陰愛平

(汾西礦業集團設備修造廠，山西 介休 032000)

在工業生產車間中，由于各種生產設備不斷運行，會在車間內形成大量粉塵與煙霧，這些粉塵漂浮于空氣中，不僅影響車間內能見度，還會影響車間內工作人員的身體健康，造成工作環境污染。根據我國政府提出的“工業生產車間空氣處理標準”要求，建議要優化設計除塵系統，保證除塵系統能夠滿足車間凈化需要。建議工作人員結合車間內實際情況，靈活選擇不同的除塵系統設計，調整設備結構、設計關風器與風機，精準計算壓力損失與除塵效率，有效提升車間內部空氣質量，凸顯除塵系統設計價值[1]。

1 鑄造車間除塵系統設計案例

1.1 案例概況

本次鑄造車間除塵系統設計選擇地區工業園區內的新建鑄造車間配套除塵系統設計作為研究案例(以下簡稱“新建鑄造車間配套除塵系統”)。本次案例中車間占地面積約為90 m×52 m，主要生產鋼鐵高爐使用的氧氣噴槍，生產產品材質為純銅、銅鎂合金，屬于小型鑄造作業；生產工藝為混砂、熔煉、澆注、清理等，涉及設備包括：中頻感應電爐、烘干爐、混砂機、耐火材料攪拌機等，車間內存在大量粉塵顆粒、油煙，對工作人員人體危害較大，且不符合我國工業制造業的環評要求，因此需開展除塵系統設計工作。

“新建鑄造車間配套除塵系統”結構構成包括：吸塵罩、通風機、關風器、除塵器風道等；在運行過程中，通過吸塵罩抽取車間攜帶粉塵顆粒與油煙的空氣，通過風道運輸，從氣流中分離粉塵顆粒及其他有害物質，實現除塵目的，提升車間內空氣質量[2]。

1.2 除塵系統設計目的

根據鑄造車間的實際情況，分析出本次“新建鑄造車間配套除塵系統”的設計目的如下。

1) 凈化空氣中分散介質(粉塵顆粒)。在鑄造車間中，催化反應的原料氣中會產生固體微粒，這些微粒會影響催化劑的使用，因此需要原料氣進入反應器之前去除分散介質。

2) 回收分散介質。在鑄造車間的生產線中，反應器設備送出的氣體中一般含有大量的催化劑懸浮顆粒，為了維護車間內工作環境，必須借助除塵系統回收分散物質，同時將車間中其他工藝環節送出的氣體回收，統一回收處理分散介質[3]。

3) 凈化排放氣體。近兩年，我國政府有關部門對工業生產車間廢氣排放的要求標準不斷提高，在生產廢氣排放之前，需要借助除塵系統分離出空氣中的固體微粒，去除氣體混合排放之前的易爆炸物質，這樣既能夠維護車間作業安全，又能夠達到規定的排放標準。

在工業生產鑄造車間中，除塵系統極為重要，其具有明顯的應用作用，設計人員要有目的的設計除塵系統各部分結構與參數，保證系統充分滿足需求。

2 鑄造車間除塵系統設計

2.1 結構設計

在“新建鑄造車間配套除塵系統”的設計中，技術人員需要考慮旋風除塵器的三個主要技術性能，分別為處理風量、壓力損失與除塵效率，全面評價與分析這些因素，在技術層面能夠滿足工藝環境要求與環境保護要求。一般情況下，旋風除塵器的進口風速范圍在10 m/s～25 m/s，若風速過大則會影響壓力損失，若風速過低則會影響除塵效率，因此設計風速為Vj=22 m/s。基于此參數，設計旋風除塵器(如圖1)幾何尺寸。根據圖1可以發現，旋風除塵器的矩形進口管高度與筒壁相切，圓形進口管高度與除塵器器壁之間只有一個相切點，因此矩形進口管更加契合[4]。設計進口形狀為矩型，設置高度為a，寬度為b，處理風量要求為2 600 m3/h，設計處理風量定為1 300 m3/h，此時進口面積為F1=(a×b)=1 300/(3 600×22)=0.0 164 m3；由于a=2b，可以得到a=0.18 m，b=0.09 m，因此除塵器的尺寸為a=180 mm，b=90 mm。之后，根據除塵器的比例關系，設計b=0.25D0，D0=4b=0.269 m=360 mm，得到筒體長度h=1.5D0=360×1.5=540 mm。

圖1 旋風除塵器圖示

2.2 關風器設計

關風器(如第134頁圖2)是含塵空氣進入除塵器裝置之前的最初環節，此時含塵氣體中的懸浮介質濃度較小，設備灰斗中的待處理塵粒量不大，且灰斗下方的圓面直徑設計約為100 mm，可以選擇容量較小的關風器類型，確定型號為TGFY.4(5)，葉輪尺寸為200 mm×150 mm，容量為4(5)L，配用動力為0.37 kW，外型尺寸為293 mm×246 mm×352 mm，質量約為32 kg。

圖2 關風器

2.3 風機設計

在本次鑄造車間除塵系統設計中，處理風量設計為2 600 m3/h，離心通風機的處理風量設計為1 975 m3/h～3 640 m3/h，型號為4-72No3.2型號，技術參數設計如下：

1) 轉速為2 900 r/min；

2) 風量為1 975 m3/h～3 640 m3/h；

3) 電動機功率為1.5 kW。

通過設計之后，本次除塵系統中的風機具有高效率、低噪音的特點，能夠滿足鑄造車間內的通風換氣需求，滿足無腐蝕性、不自燃性、不含黏性物質的氣體輸送需求。本風機能夠滿足溫度≤80 ℃的介質輸送需求，滿足塵土及硬質顆粒≤150 mg/m3的需求[5]。

2.4 計算壓力損失

圖3 旋風除塵器進出口

2.5 除塵效率計算

除塵效率是評價除塵系統性能的重要指標之一，可以分為總除塵效率與分級除塵效率。關于除塵效率的計算步驟，具體為：

第一，測定粉塵粒徑質量參數f，分析粒徑x與小于該粒徑的質量百分數之間的函數關系，得到f=1—E(E為粉塵粒徑分布積分分數)[6]。

2.6 吸塵罩設計

吸塵罩是除塵系統的重要構成之一，設計此部分需要合理選擇吸塵罩類型，若不能夠實現密封，則需要將吸塵罩盡可能地靠近揚塵區域，讓吸塵口對準粉塵擴散方向。技術人員可以計算全密封吸塵罩抽風量為L=250S，其中L表示抽風量，單位為m3/h；S表示吸塵罩容積，單位為m3。之后，分別調整罩內的揚塵強度，控制罩體漏風情況。

3 鑄造車間除塵設備選擇方法

根據本次案例的“新建鑄造車間配套除塵系統”設計原始資料，可以確定鑄造車間的設計參數如下。

1) 處理空氣氣體量Q=2 600 m3/h；

2) 空氣密度ρ=1.29 kg/m3；

3) 粉塵密度ρc=1 960 kg/m3；

4) 空氣黏度μ=1.8×10-5P.s。

結合上述技術參數，分別分析負壓除塵系統與正壓除塵系統運行效果，選擇符合本次設計要求的設備類型。

負壓除塵系統結構中，除塵器設置在通風機前方，氣體流過通風機時已經經過除塵處理，空氣含塵量較低，能夠大大降低通風機磨損率，延長通風機運行壽命；在具有高濃度含塵空氣的車間中，一般選擇負壓除塵系統。這一系統的管道與除塵裝置均處于負壓階段，比較容易吸進空氣，容易出現漏風的情況，且漏風率能夠達到5%～10%，會增加系統運行電耗量。

正壓除塵系統結構中，除塵器設置在通風機后方，處于正壓段位置或者壓入段位置，此時進入通風機的氣體沒有經過除塵，容易損傷通風機中的葉輪或者機殼，且這一系統主要適用于含塵質量濃度<3 g/m3的氣體。

綜合以上設備情況，本次選擇除塵設備為屬于負壓除塵系統結構的旋風除塵器，這一除塵器設備具有制作簡單、易于維護的優勢，能夠滿空氣中≤3μm粒子的去除，除塵率達到85%，能夠適用于高溫煙氣環境，充分滿足本次鑄造車間內的空氣除塵要求。

4 結語

綜上所述，除塵系統是鑄造車間的重要構成部分，本次對鑄造車間中除塵系統的設計，主要是針對除塵設備的結構、風機構件、關風器、吸塵罩等進行系統設計。之后，考慮到除塵系統運行需求，分別計算了系統運行的壓力損失與除塵效率，為除塵系統的有效運行提供保障。在本次設計的過程中，工作人員根據鑄造車間實際情況靈活選擇除塵設備類型，查閱大量資料，精準獲取計算參數，最終得到了能夠滿足車間空氣凈化需求的除塵系統設計方案，為進一步提升車間整體工作效率提供技術支持。