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        工業通風的相關計算與儀器選型
        第一節 除塵器的選型

        1.1除塵效率
        根據設計要求知:
        氣體含塵濃度為1g/m3,而要求排放粉塵濃度小于100mg/m3
        則需要除塵器所要達到的除塵效率為:
        η=(1-0.1)×100%/1=90%

        1.2除塵器的選擇
        粉塵的物理化學特性是除塵方案確定的重要依據,為了正確選擇、安裝、應用,維護除塵設備,必須了解所要處理的粉塵物理化學特性。在粉塵的物理特性中粉塵的粒徑大小是最關鍵的特征數據。一般除塵器與粉塵粒徑大小的適用關系如下表:
        除塵器類型 粒徑大小/um
        重力沉降室 >50
        慣性除塵器 20-50
        旋風除塵器 普通規格 20-200
        高級規格 5-30
        濕式除塵器 水浴除塵器 1-10
        文氏管除塵器 0.5-10
        濾袋除塵器 0.2-10
        電除塵器 0.2-5
        根據鋁粉粒徑在100um左右和工作空間的限制,則最合適除塵器應選擇重力沉降室除塵器。但是由于重力除塵器效率較低,所以無法達到預期的除塵目的,因此在重力除塵器作為預除塵的前提下,還應再增加一個普通型的旋風除塵器。這樣整個系統就構成了一個一級為重力除塵器,二級為旋風除塵器的兩級除塵系統,除塵效果就會達到預期的目的。

        1.3重力沉降室優缺點及旋風除塵的選型
        1重力沉降室的優缺點
        優點:結構簡單、投資少、易維護管理、壓損?。?0—130Pa)。
        缺點:占地面積大、除塵效率低(僅作為高效除塵器的預除塵裝置,除去較大和較重的粒子)

        2旋風除塵的選型
        一般使用經驗法
        1)、計算所要求的除塵效率
        2)、選擇除塵器的型式
        根據含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征,及除塵要求、允許的阻力和制造條件等因素進行確定
        3)、根據允許的壓力降確定進口氣速,或取為 10~25 m/s,由 工業通風的相關計算與儀器選型 可得
        工業通風的相關計算與儀器選型
        4)、根據處理氣量和入口風速計算除塵器的進口面積A,入口寬度b和高度h
        工業通風的相關計算與儀器選型
        5)、確定各部分幾何尺寸
        旋風除塵的比例尺寸如下表:
        工業通風的相關計算與儀器選型


        第二節 噴涂車間通風除塵系統排風量的計算

        按設計要求擬采用局部除塵上吸氣式集氣罩
        控制風速Vx=0.4m/s
        操作臺面的尺寸:長0.8m 寬0.5m
        操作臺面距罩口距離H=0.4m

        則罩口尺寸:長邊A=0.8+0.4×0.4×2=1.12m
        短邊B=0.5+0.4×0.4×2=0.82m

        罩口周長:P=2×(1.12+0.82)=3.88m

        則得單個產塵點所需排風量為:
        L=KPHVx=1.4×3.88×0.4×0.4=0.869 m3/s

        由于該噴涂車間內有12個操作臺,則有12個產塵點,故系統所需總的排風量為:
        L=12 L=12×0.869=10.428m3/s
        考慮到除塵器及風管漏風,則管段10及11的計算風量,即系統實際所需總風量為:
        L總,實=1.05×10.428=10.949 m3/s


        第三節 重力沉降室的長度計算

        當t=20℃時:空氣密度u=1.79×10-5Pa.s,ρg=1.205kg/m3,
        粉塵粒徑d p=100um,粉塵密度ρp=2700kg/m3,
        設重力沉降室寬B=5m,沉降室內流速為:v0=1.12m/s
        則沉降室的高度為:   H= L/B v0=10.43/(1.12×5)= 1.86m
        考慮到實際情況,取沉降室高H為2m。
        沉降室的雷諾系數為:
        Rep= v0ρg d p/u=1.12×1.205×100×10-6/1.79×10-5=7.54
        沉降速度:
        vs=0.25(ρpg)0.67d p(uρp-0.33
        =0.25×(2700×9.8)0.67×100×10-6×(1.79×10-5×2700)-0.33=0.62 m/s
        則沉降室長度:
        A=H v0/ vs=2×1.12/0.62=3.6m
        取沉降室長度為5m。



        第四節 通風管道的水力計算

        由于設計要求12臺操作臺每3臺一排對稱布置,所以需要每2排一組分別對稱布置在除塵器兩邊,因此只需進行一組水利計算即可。
        以下是通風管道的水力計算步驟:
        (1) 根據設計要求繪制該噴涂車間通風除塵系統的系統圖。
        (2) 對各個管段進行編號,標出各管段長度及各排風點的排風量。
        (3) 選定系統的最不利環路,該系統為1-2-3-7-8-重力沉降室除塵器-旋風除塵器(普通型)-10-風機-11。
        (4) 根據各管段的風量及選定的流速,確定最不利環路上各管段的斷面尺寸和單位長度摩擦阻力。
        (5) 根據書上表6-4,輸送含有鋼鐵粉塵的空氣時,風管內最小風速為,垂直風管為13m/s、水平風管為15m/s。

        對于管段1
        根據L1=0.869 m3/s,v1=15m/s,由附錄9查出管徑和單位長度摩擦阻力。所選管徑應盡量符合附錄11的通風管道統一標準。
        則D1=250mm  Rm1=13.5Pa/m
        同理可查得其他管段的管徑及比摩阻。具體見水利計算表。
        (6) 查附錄9確定各管段的局部阻力系數。
        1) 管段1
        矩形傘形罩:a=40   :      ξ=0.13
        90°彎頭(R/D=1.5):1個, ξ=0.17
        則:
        ξ1=0.13+0.17=0.30
        Z11v12ρg /2=0.30×152×1.205/2=40.67 Pa

        2) 管段2
        矩形傘形罩:a=40 ° :      ξ=0.13
        直流三通(1-2)
        F1/ F2=(250/360)2 =0.48
        L1/ L2=0.869/1.738=0.5
        查得:  ξ=-0.3
        則:
        ξ2=0.13+(-0.3)= -0.17
        Z22v22ρg /2=-0.17×152×1.205/2=-19.60 Pa

        3) 管段3
        矩形傘形罩:a=40 °:       ξ=0.13
        直流三通(2-3)
        F2/ F3=(360/400)2 =0.81
        L2/ L3=1.738/2.607=0.67
        查得:  ξ=0.06
        90°彎頭(R/D=1.5):1個    ξ=0.17
        則:
        ξ3=0.13+0.06+0.17=0.36
        Z33v32ρg /2=-0.36×152×1.205/2=41.51 Pa

        4) 由于對稱性,則管段4與管段1,管段2與管段5相關計算相同.
        5) 管段6
        矩形傘形罩:a=40 °:       ξ=0.13
        直流三通(2-3)
        F2/ F3=(360/400)2 =0.81
        L2/ L3=1.738/2.607=0.67
        查得ξ=0.06
        則:
        ξ6=0.13+0.06 =0.19
        Z3=ξ3v32ρg /2=-0.19×152×1.205/2=21.91 Pa

        6) 管段7
        直流三通(3-7)
        F6/ F7=(400/450)2 =0.80
        L6/ L7=2.607/5.214=0.5
        查得ξ=0.21
        則:
        ξ7=0.21
        Z7=ξ7v72ρg /2=0.21×152×1.205/2=23.06 Pa

        7) 管段8
        圓形三通(合流)(7-8)
        L7/ L8=5.214/10.428=0.5
        查得ξ=0.03
        90°彎頭(R/D=1.5):1個     ξ=0.17
        重力沉降室除塵器進口變徑管(漸縮管)
        除塵器進口尺寸為300mm×800mm,變徑管長度為500mm
        tana=(1000-800)/(2×500)=0.2
        則    a=11.3°
        則    ξ=0.10
        則:
        ξ8=0.03+0.10+0.17=0.30
        Z8=ξ8v82ρg /2=0.30×132×1.205/2=30.55Pa

        8)管段9
        重力除塵器出口變徑管(漸縮管)
        除塵器出口尺寸為300mm×800mm,變徑管長度為400mm
        tana=(950-800)/(2×400)=0.19
        則     a=10.62°
        則     ξ=0.10
        旋風除塵器(普通型)進口變徑管(漸縮管)
        除塵器進口尺寸為300mm×800mm,變徑管長度為500mm
        tana=(950-800)/(2×500)=0.15
        則     a=8.5°
        則     ξ=0.10
        則:
        ξ9=0.1×2=0.2
        Z8=ξ9v92ρg /2=0.2×152×1.205/2=23.06 Pa

        9)管段10
        旋風除塵器(普通型)出口變徑管(漸縮管)
        除塵器出口尺寸為300mm×800mm,變徑管長度為400mm
        tana=(1000-800)/(2×400)=0.25
        則     a=14.04°
        則     ξ=0.10
        90°彎頭(R/D=1.5):2個      ξ=2×0.17=0.34
        風機進口漸縮管
        先擬選一臺風機,風機進口直徑D1=500mm,變徑管長度l=300mm
        tana=(1000-500)/(2×300)=0.83
        則     a=39.7°
        則     ξ=0.10
        則:
        ξ10=0.1×2+0.34=0.54
        Z10=ξ10v102ρg /2=0.54×132×1.205/2=54.98 Pa

        10)管段11
        風機出口漸縮管
        風機出口尺寸420mm×315mm,直徑D2=420mm
        tana=(1000-420)/(2×315)=0.92
        則      a=42.6°
        則      ξ=0.10
        帶擴散管的傘形風帽(h/D=0.5)ξ=0.60
        則:
        ξ11=0.1+0.60=0.70
        Z10=ξ11v112ρg /2=0.70×132×1.205/2=71.28 Pa


        管道水力計算表:
        管道編號 流量
        (m3/s)
        長度L(m) 管徑
        D(mm)
        流速
        V(m/s)
        局部阻力系數
        ∑ξ
        局部阻 力
        Z(Pa)
        單位長度摩擦阻力
        Rm(Pa/m)
        摩擦阻力
        Rml(Pa)
        管道阻力
        Rml+Z
        (Pa)
        備注
        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
        除塵器1 1200
        除塵器2 1200
        (7) 對各個并聯管路進行阻力平衡
        由對稱性可知,匯合點A、B、D均處于平衡狀態。因此,不需要進行阻力平衡?,F對匯合點C進行分析。
        匯合點C
        △P3=89.51pa    △P6=34.91pa
        則:
        (△P3-△P1)/△P3 =(89.51-34.91)/89.51=61%>10%
        為使管路3、6達到阻力平衡,故需要改變管路6的管徑,增大其阻力
        則:

        D6=D3(△P6/△P6)0.225=400×(34.91/89.51)0.225=323.6mm
        又根據通風管道的統一規格,取D6,,=320mm
        此時對應的阻力為:
        △P6,,=34.91(400/320)0.225=36.71pa
        (△P3—△P6,,)/△P3=14.4%>10%
        此時仍不處于平衡狀態,因此繼續縮小管道6的管徑至280mm,經計算,此時處于平衡狀態,在運行時再輔以閥門調節,消除不平衡。
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