除尘与收集装置说明书

1、中国矿业大学2010届本科生毕业设计 目 录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第1章续论 (1) HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第1.1节通风除尘的意义(1) HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第1.2节 除尘与收集系统设计的目的、内容、要求 (3) HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第1.3节除尘与收集系统的结构设计 (3) HYPERLINK l bookmark

2、20 o Current Document 第1.4节除尘系统工作原理 (4) HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第1.5节设计重点(5) HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第2章 旋风除尘器的设计计算 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第2.1节已知条件(7) HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 第2.2节 旋风除尘器设计步骤 (7) HYPERLINK l bookmark38 o Curren

3、t Document 第2.3节 水浴除尘器的设计步骤 (9) HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 第3章通风除尘系统管道设计(12) HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 管网的布置(12) HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 管内流动状态(13) HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 管内气体流动阻力(15) HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 风管内的压力

4、分布 (22) HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 通风管道的设计 (22) HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3.6除尘风管直径和实际风速计算(25) HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 第4章离心通风机的选择计算(27)(27)(38)(44)第4.1节风机概述 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 第4.2节 风机选型 (34)英文原文 中文译文 HYPERLINK l bookmark74 o C

5、urrent Document 参考文献 (36)(50)致谢第1章绪论第1.1节通风除尘的意义1.1.1粉尘的危害随着我国工业生产的快速发展，工业有害物的排放量也日益增加，环 境污染问题是越来越严重。严重的环境污染和生态破坏会给社会带来很 大的负面影响。对于排放的有害物，如果不进行适当的处理，将会严重污染室内外空气 环境，对人民身体健康造成极大危害。特别是采矿、铸造、锻造、热处 理、喷漆、发电、建材生产、纺织以及食品加工等工艺过程，会产生大 量的粉尘等有害物质。人们长期在这种含有粉尘、湿热的空气环境中工 作会感到不舒服，疲倦等，严重时会引起各种职业病，例如矽肺病等。另外，粉尘环境也会危害生产

6、设备以及产品，例如会使仪表、机械设 备精度降低，产品质量下降等。因此，必须消除或控制粉尘，其最常用、 最有效和最经济的方法就是通风除尘。1.1.2通风除尘的概念、任务及作用1、风是什么：空气流动即成为风。空气之所以流动是由于气体的压力差促成的。2、通风是什么：如果在局部空间人为地使气体处于负压状态（低于大气压力的状态），这样，局部空间的气体与其周围环境的大气之间就形成了压力差，于是空 气就要流动，这就是所谓的通风。所谓通风，就是把室外的新鲜空气适当的处理（如净化、加热等）后送 进室内，把室内的废气（经消毒、除害）排至室外，从而保持室内空气 的新鲜和洁净。3、粉尘是什么：粉尘是指空气中含有的微细

7、固体颗粒，其粒径在75微米以下（1mm = 1000 m）。粉尘是大气环境中涉及面最广、危害最严重的一种污染物。大气环境中 的粉尘分为飘尘和降尘两种。所谓飘尘就是指粒径在10微米以下的浮游粒子，所谓降尘是指大气中污染物由自身的重量而沉降的物质。不论飘 尘或降尘，对大气环境、气温、气候、日照、能见度、人体健康以及动、 植物都有影响。粉尘中尤其是0.5-5微米的漂尘对人的危害最大，因为这 类漂尘中含有多种有毒金属或致癌物，极易随呼吸进入人体，约有一半 可附在肺壁上，构成或加重人体的呼吸道疾病。据调查，飘尘浓度为100微克咪3时，儿童呼吸道感染显著增加；飘尘浓度为 200微克咪3时， 慢性呼吸道疾病

8、死亡率增加；飘尘浓度为 300微克/米 3时，呼吸道疾病 急性恶化；飘尘浓度为800微克/米 3时，呼吸道疾病、心脏病死亡率增 加，交通事故严重。因此，国家规定居民区大气中飘尘最高容许一次浓 度为0.50毫克/米3,日平均浓度为0.15毫克/米 3。4、除尘是什么：除尘就是控制含有粉尘的气体，并加以适当处理，使其净化的过程。5、通风除尘是什么：通风除尘是人们以通风为手段，以除尘、净化环境、保护人类健康和提 高产品质量为目的的一门综合性的应用科学。6、通风除尘的作用：改善室内空气质量、保护人民身体健康、保证生产正常进行、提高劳动 生产率、提高产品质量。7、通风除尘的任务：消除或控制生产过程中产生

9、的粉尘、有害气体、高温和高湿等危害，创 造良好的生产环境和保护大气环境。&通风除尘的研究内容：粉尘的性质；含尘气体的运动规律；通风除尘各种专门设备的结构原理；通风除尘系统的设计与计算；通风除尘的测试技术等。1.1.3洗煤厂中的除尘与收集装置洗煤厂对环境的污染主要是排放气体中的粉尘，为了达到排放标准的要 求，煤泥烘干机的除尘与收集装置，一般采取二级除尘，第一级采用旋 风除尘器，第二级采取湿式除尘器或布袋除尘器。做好除尘工作，对保 护人体健康、提高生产效率、降低生产成本、保护生态环境都有着非常 重要的意义。第1.2节 除尘与收集系统设计的目的、内容、要求1.2.1设计的目的此装置毕业设计的目的，在

10、于通过分析给定数据，设计出可以达到洗 煤厂排放要求的的除尘与收集装置。使我们得到设计构思、方案的分析、 结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的 综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设 计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.2.2设计内容（1）第一级除尘设备的设计（2）第二级除尘设备的设计（3）管道的选择计算（4）离心通风机的选择第1.3节除尘与收集系统的结构设计对于煤泥烘干、煤粉烘干的统一收尘，一般配备旋风除尘器，布袋除 尘器，湿式除尘器等。旋风除尘器也称作离心力分离器，它是利用含细粉气流做旋转运动时 产生的离心力，把细

11、粉从气体中分离出来。被广泛应用在对流干燥系统 中，是从气体中收集产品的主要设备。旋风除尘器结构简单，制造方便， 只要设计合理，制造恰当，可以获得很高的分离效率。可以把随引风系 统排出的湿气中大颗粒产品捕捉收集，但当气体中含的粒子非常细时， 由于本身比重较轻，采用旋风除尘效果不佳。布袋除尘器（袋滤器或袋式除尘器）经常作为从干燥尾气中分离粉状产 品的最后一级气固分离设备，是截留尾气中粉体的最后一道防线。布袋 除尘器的特点是捕集效率高，可以说，在众多的气固分离设备中，它的 捕集效率是其它设备所不及的，特别是捕集20 ym以下的粒子时更加明显，效率达到99%以上。煤泥烘干机配备布袋除尘器可将旋风除尘器

12、未 捕集的细粉微粉二次回收，防止粉尘排入大气造成资源浪费和环境污染 湿式除尘器俗称水除尘器”它是使含尘气体与液体（一半为水）密切接 触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使颗粒增大的装 置。湿式除尘器可以有效地将直径为 0.120微米的液态或固态粒子从气 流中除去，同时，也能脱除部分气态污染物。它具有结构简单、占地面 积小、操作及维修方便和净化效率高等优点，能够处理高温、高湿的气 流，将着火、爆炸的可能减至最低。对于烘干机废气的除尘一般采取二级除尘系统。第一级选用旋风除尘 器，第二级除尘器根据被烘干物料的水分高低进行选取。由于设计任务 书中给定的被烘干物料水分较大，不可采取袋式除尘器

13、，因此选择湿式 除尘器作为第二级除尘。经过二级除尘后的废气，通过离心通风机，排放。第1.4节除尘系统工作原理含尘气体从烘干机出来后，进入旋风除尘器。气体沿旋风筒切线方向 进入筒内旋转产生离心力，将粉尘分离出来。分离出来的灰尘通过密封 排灰装置，通过输送带运往车间外。经过一级除尘的气体，通过管路， 进入二级除尘装置湿式除尘器。经过二级除尘的气体，通过离心通风机 排出。二级除尘杀蜒第1.5节设计重点由1.2段介绍可知，此装置的重点在于设计好旋风除尘器与湿式除尘 器，各部分之间的管道以及离心通风机的选择。下图就是旋风除尘器的典型结构图图4 J普逋雄冈除尘器1.5.1旋风除尘器的工作原理：含尘气体从进

14、气口以一定的速度 （12-20m/s）切向进入外筒后，形成旋 转运动，由于内外筒及顶盖的限制，气流在其间形成一股自上而下的外 旋流，旋转过程中粉尘颗粒由于惯性力大部分被甩向筒壁失去动能沿筒 壁滑下，经锥体下口入集灰斗，最后由排灰阀排出。旋转下降的旋流随 着圆锥的收缩而向除尘器中心靠拢，旋转气流进入排气管半径范围附近 便开始上升，形成一股自下而上的内旋流，最后经排气管向外作为净化 气体排出。1.5.2湿式除尘器的工作原理和选择：此类除尘器是通过水与含尘气体生成的微液滴、液膜或气泡，使含尘 气体中的粉尘分离得以捕集的一种粉尘设备。湿式除尘器有水膜除尘器、水浴除尘器、泡沫除尘器、冲击式除尘器 等多种

15、形式。其中水浴除尘器结构简单，造价和运行费用非常低，便于现场制作。可以用砖石或者刚劲混凝土砌筑，也可以钢板制作。所以本设计中，第 二级除尘器采用水浴除尘器。水浴除尘器的工作原理是：含尘气体经进风管由喷头上的环形窄缝高速 喷出，高速喷出的气体冲向水面，激器大量的水力泡沫，粉尘则在水层 和水雾中被捕集，净化后的气体由排风管排出。下图是水浴除尘器典型结构图F面就是各部分的设计第2章除尘器的设计计算第2.1节已知条件风量：21600m3/h进口气体温度60 r进口处气体压强0.9个大气压进口处风速度15m/s第2.2节 旋风除尘器设计步骤2. 2. 1旋风除尘器尺寸设计旋风除尘器的净化能力按下式计算Q

16、=3600(J)mA式中Q收器净化能力即风量，m3/h;3 进口风速，m/sA除尘器进口截面积，卅 n旋风筒个数由设计任务书给定数据 可以推断出要设计的除尘器如果为普通式样即 CLT型单筒式样，那么进口截面积为21600m3/h=3600*15m/s*1*AA=0.4 m2在相同的旋转速度下，筒体直径越小，尘粒受到的离心力越大，除尘效 率越高，但处理风量减少，而且筒径过小还会引起粉尘堵塞，所以筒径 一般不小于150mm。由于处理量有些大，且只设计1个旋风除尘器，不采取多个并联。 所以确定筒体直径D1为1900mm。旋风器结构尺寸一般以筒体直径D1(m)为定性尺寸给出各部位的无因次比值，旋风器在

17、筒体直径 D1确定之后，可以按照无因次结构比值 KD2、KD3、KD4、KH1/KH2、KH、Ka、Kb、KS 确定其他部位尺寸。KD2=D2/D1KD2=D3/D1KD4=D4/D1KD2=D2/D1KH1=H1/D1KH2=H2/D1Ka=a/D1 Kb=b/D1 Ks=s/D1 Kh=H/D1=KH1+KH2-Ks其中D1筒体直径、D2芯管进口直径、D3芯管出口直径、D4锥体下部 直径（排灰口直径），m； H芯管进口截面到锥体排灰口的距离（或称分离区 高度）、H1筒体高度、H2锥体高度，m； a进口宽度、b进口高度、s芯 管插入深度，m。所以确定 D2=0.55D1=1050mmH1=0

18、.9D1=1680mmH2=2.15D1=4066.61mm a*b=0.4 m2a=500mmb=800mm由此旋风除尘器的基本尺寸得以确定 其他尺寸根据实际需要 确定。2.2.2旋风除尘器材料选择和防锈处理旋风除尘器采用45钢。支架采用8号槽钢根据GB50017-2003（钢结构设计规范）：材质为Q235的8号槽钢许用 应力为215Mpa（215N/mm2），抗剪许用应力：125Mpa。用3根8号槽钢 做支架，足够支撑起整个旋风除尘器。内层涂2层防锈漆，外层喷1道防锈漆和1道面漆。第2.3水浴除尘器的设计步骤2.3.1选择水浴除尘器的原因第2级除尘装置 设计为水浴除尘器湿式除尘器作为除尘装

19、置，有很多优势，也有一些缺点。湿式除尘器制造成本相对较低。但对于化工、喷漆、喷釉、颜料等行 业产生的带有水份、粘性和刺激性气味的灰尘是最理想的除尘方式。因 为不仅可除去灰尘，还可利用水除去一部分异味 ，如果是有害性气体（如 少量的二氧化硫、盐酸雾等），可在洗涤液中配制吸收剂吸收。缺点: 有洗涤污泥，要解决污泥和污水问题；设备需要选择耐腐蚀材质；动力消耗较大；北方或者寒冷地区需要考虑设备防冻。在工程上使用的湿式除尘器形式很多。总体上可分为低能和高能两 类。低能湿式除尘器的压力损失为 0.2 1.5kPa,包括喷雾塔和旋风洗涤 器等，在一般运行条件下的耗水量（液气比）为0.53.0升每立方米，对1

20、0微米以上颗粒的净化效率可达到 90% 95%,高能湿式除尘器的压 力损失为2.5 9.0kPa净化效率可达99.5%以上，如文丘里洗涤器等。根据湿式除尘器的净化机理，可将其大致分成七类；1重力喷雾洗涤器2旋风洗涤器3自激喷雾洗涤器4板式洗涤器5填料洗涤器6文丘里洗涤器7机械诱导喷雾洗涤器。我们选择结构相对简单，成本低，对场地要求不高的水浴除尘器。 水浴除尘器可以采用砖石垒造。对尺寸形状没有什么太高的要求。唯一 的问题就是污水处理的问题，这也是水浴除尘器的通病。2.3.2 污水处理关于污水的处理，我们可以采用循环利用的方法。在本次设计中，我采用了设计 2个水池的方法。地面上建筑净化水池， 负责

21、净化含尘气体。在底下挖 1个沙滤池，内填细沙，过滤污水。污水 通过过滤进入旁边的蓄水池，蓄水池中的水，经过抽水泵，循环水管， 再次进入净化水池，循环利用，大大减少了成本和污水排放。出于成本考虑，此除尘系统采用砖石垒造。尺寸可以现场根据情况制作。 不影响除尘效率和效果。但是防腐蚀是个问题。233湿式除尘器防腐蚀问题简介湿式除尘兼有脱硫作用，通常可除去烟气中硫份20%左右。再者，湿式除尘通常是采用花岗岩一类材料制作的，因而耐磨损、耐腐蚀，只要 正确安装使用就经久耐用。就除尘器本体而言，几乎没有什么维修工作 量。但是，冋题出在管道上。湿式除尘耗水量较大，为了节省用水，并防止除尘水的排放污染环境j除尘

22、用水通常循环使用，如果循环水系统设计得合理，可以利用锅炉本 体的煤闸门、。炉排后轴、引风机、电动给水泵等轴承的冷却水，水处理 系统的排水，以及锅炉排污水，生活用洗澡水做为循环水的补充水已足 够使用。因此，综合考虑湿式除尘实际耗水并不大；但循环用水也给我 们带来一系列问题。除尘用循环水在使用中不断与烟气接触时， 逐渐被烟气中的SO2所酸化， 其PH值通常在45之间，如果是单纯用于烟气除尘， PH值通常在3 左右，因而循环水系统腐蚀十分严重，如果除尘器的供水是喷淋式的， 除尘器出口烟气带水，也会使除尘器后钢制烟道造成严重腐蚀。通过调 查，有些厂除尘器后，用普通钢板制成的钢烟道，一使用不到一个采暖

23、期就腐蚀穿了，特别是循环水系统管道采用普通钢管时，有的单位使用 不到一个星期就发现漏水，可见其腐蚀的严重程度。因而通常情况下， 湿式除尘系统，虽其除尘器本体固然可靠，而除尘器的配套设施又很不 可靠。通过凋查我们还发现，这些除尘器的配套设施容易损坏，不仅仅由于除 尘用水的酸化腐蚀，也有带尘的烟气流或灰水流连续不断的冲刷所造成 的，观象几个锅炉房的湿式除尘系统发现，在钢烟道上，凡转弯处最易 损坏。除尘用循环水管，最早发生漏水的地方也是管道的弯头附近，这 说明烟气流或灰水流中含的尘粒对管道的磨损作用很强，那么管道在与 腐蚀性介质长期接触的条件下，加之冲刷，使管壁盼损坏得以极高的速 度进行因而要解决除

24、尘系统的损坏问题，应从防腐和防止尘粒严重的冲 刷磨损入手。对烟气管道的防腐只需自除尘器出口开始。除尘器或文丘里管以前的烟 气是高温干燥的，不存在酸腐蚀问题，除了考虑必要的防冲刷磨损的措 施外不必进行防腐，电力部所颁布的标准中（见SDGJ59 84火力发电 厂设备和管道保温油漆设计技术规定）也规定此类烟道内壁只保持光洁 的金属表面即可，对除尘器出口的大口径烟气管道必须进行防腐，不仅 因为这段烟道中的烟气带水严重，其腐蚀性首当其冲，而且因为这些烟 道多安装在高空，损坏后难以发现也不易修补。此处烟道通常采用的防腐办法是：尽量采用耐腐蚀的材料来制作，例如 用花岗岩或砖或内壁衬砌瓷砖制成直立烟道（俗称付

25、筒）。这种方法十分可 行，一方面使这段烟道结构简羁无需设支架或支撑，只砌筑即可，施工 方便；另一方面可将这段烟道的断面积适当扩大，使烟气流速降低，烟 气在这段烟遭中起到沉降，捕捉 烟气中液滴的作用，以保护后部的烟道和弓I风机少受腐蚀性湿烟气所害。 第二种方法是：在这些连接用的钢烟道内壁涂以耐高温，耐水的防腐涂 料。在防止循环水的腐蚀方面，应使与循环水直接接触的水泵、管道，冲 灰沟都采用耐腐蚀材料制作。具体来说，循环水泵不可采用普通的清水 泵，应采用耐腐蚀泵，国内有一种HZ-BK型耐腐蚀的陶瓷沙浆泵，即可 耐腐蚀、又耐磨，用在该系统上效果较好 循环水管采用硬聚氯乙烯塑料 管或玻璃钢管都十分耐腐蚀

26、，但机械强度差些，北京有部分单位采用铸铁管作循环水管，使用寿命也很长，但沿程用承插I : 1接头敷设起来十分费工，占地方也较大。目前国内已生产内衬塑料的复合钢管是一种较 为理想的防腐蚀钢管，其机械强度与普通钢管基本相同，对于冲灰沟和 冲渣沟无疑要用耐腐蚀的材料来砌筑，如用普通水泥砌筑，其使用寿命 通常不足三年就不能用了，较理想的方法是采用辉绿岩铸石镶板来砌筑， 有的单位采用玻璃钢砂浆来成型，成为整体的防腐灰渣沟，也是一种造 价低廉，耐磨蚀性能好，。施工方便的沟道，但目前使用的单位不多，有待于进一步提高工艺加以推广。对沉灰池和沉渣池，其表面也应涂以不 饱和树脂防腐层，通常采用 2068=甲苯不饱

27、和树脂可有效地起到防腐作 用。对于循环水管道的防止冲刷磨损的方法，主要依靠使循环水中的尘粒 尽量分离出来来解决，如果循环水中的灰、渣含量太高，不仅使循环水 泵和循环水管很快受到磨损而破坏，同时，易引起文丘里喷嘴，除尘器 水槽以及循环水管的严重堵塞；从而严重影响除尘系统的正常运行，也 显著缩短除尘系统中各个设备的寿命，因此循环水的灰水分离很重要。 应该把灰水分离作为保证除尘系统正常运行的重要环节，投入必不可少的设备和财力来加以解决。目前，国内决大部分单位仅依靠建立不大的 沉灰池或加上一、二道垂直布置的滤网作为灰水分离的手段。大量事实 证明，这是很不够的，应该采用灰水分离器（或称悬浮物分离器）或建

28、立斜 板沉淀装置，使循环水泵前清水池的含灰量少于 50mg/1,即可有效地防 止循环水管的磨损破坏，也可基本避免循环水中各系统为沉积的灰渣所 堵塞。.第3章通风除尘系统管道设计一个完整的通风除尘系统应该包括以下几个过程：1、用吸尘罩将尘源散发的含尘气体捕集；2、借助风机通过通风管道输送含尘气体；3、在除尘设备中将粉尘分离；4、将已净化的气体通过烟囱排至大气；5、将在除尘设备中分离下来的粉尘输送出去。因此，在通风除尘系统中的主要设备有：吸尘罩、风机、管道、除尘器、 烟囱、输灰装置等。然而在各个具体情况下，并不是每个系统都具有以 上这些设备，例如直接由炉内抽烟气，可以不要吸尘罩；当在尘源附近 设置

29、就地除尘机组时，净化后的气体可以直接排入室内，而不要管道和 烟囱；当利用热压排出热烟气时，可以不设风机等等。但是，在一般情况下都应有除尘设备，只是根据不同的工艺设备及要求 不同，选择的除尘设备不同而已。3.1管网的布置管道将吸尘罩、除尘器、风机联成整体，构成通风除尘系统。管网的设 计就在于确定各设备的位置、通风管道的大小和布置、合理地组织气体 流动，有效地输送含尘气体。1、除尘设备的布置与工艺设备及车间的布置有关通常希望将除尘器与工艺设备尽量靠近，这不仅使设备布置紧凑，而且 可以缩短管道长度和节约能源，但是在有的情况下，特别是当处理风量 很大时，除尘器及风机要设在远离尘源点的地方，甚至设在室外

30、。在这 种情况下，精心地进行管道的布置和计算就显得非常必要，否则，将会 给以后的运行和维护带来许多不利。管道设计不合理，不仅可能浪费材 料和能源，而且可能会使粉尘沉积于管道中，造成管道堵塞。清理被堵塞的管道是件很麻烦的工作。2、在多个尘源点的情况下，可以采取多个单独除尘系统的分散布置，也 可以将各尘源点联合起来，形成一集中的除尘系统采用分散系统还是集中系统要经过技术经济比较，结合当地条件确定。 例如，车床的除尘多采用分散的设在车床附近的小除尘器。含尘气体经 过净化后，直接排入车间内。对于原料车间则趋向于采用集中系统。例 如，对于多尘源点的多层厂房，甚至可将最上层楼层全部用作除尘室， 将各楼层的

31、尘源点都接到顶部除尘器室内，净化后排入大气。3、为了保证管道内不积尘，一方面要使管道内的气流速度不小于一定的 数值，另一方面要尽量避免管道水平布置。在厂房高度允许的情况下，可以布置成人字形，管道与水平面的夹角最 好不小于550。当必须布置水平管道时，为了防止积灰，可以在管道上设 置吹灰装置或清灰孔，有时也可在大直径管道下面设灰斗，此时这种大 管道就起着沉降室的作用。大颗粒粉尘在管道内直接沉积到灰斗内。4、管道的布置要尽量减少弯头的数目减少弯头数目，不仅能使管道布置简化，而且可以减少气流阻力，节约 能源。弯头要求一定的曲率半径，除了空间受局限外，曲率半径一般应-D取管道直径的22.5倍。曲率半径

32、为2 的直角拐弯的效果最差。5、支管与主管的连接（三通）一般应设在渐扩管处支管与主管的夹角一般为300 450 （最好小于300）。当有几个支管汇合于同一主管时，汇合点最好不要在同一断面上。直管段断面的改变，应设渐扩管或渐缩管，渐扩管或渐缩管的长度应为 管道直径差的5倍以上。3.2管内流动状态ZZZXZ/ZZZ Z/Z / z Z Z Z Z Z / / z Z Z Z Z Z5-2素流示意图管内基本存在两种流动状态，层流和紊流。1、层流：它是一种有秩序分层的流动，即流体微 团在流动中其轨迹与管壁平行，流动轨迹（流线） 间也平行，流体微团流动轨迹是一层层互不干扰 的，如图5-1所示。2、紊流：

33、它是杂乱无章的流动，由层流到紊流的 转变往往与干扰、涡流联系在一起，在管内流动中流体微团相互掺混，如图5-2所示。3、层流转换为紊流的条件层流和紊流的根本区别在于各流层间是否掺混。流体的运动状态是层流 还是紊流取决于管内流动速度、管径、流体运动粘性系数的无因次组合 数，这无因次组合数称为雷诺数，以 Re表示(它是流体力学里面的一个 重要参数)。当流体一定，在确定的管道中以某一速度流动，则可计算出雷诺数Re的值。当Re小时，流动稳定，层间不掺混，层流不易变为紊流；当Re大时，流体微团杂乱无章地运动，层间任意窜越，流线层破坏， 流线层不稳定很容易变成紊流，即 Re增大，有序向无序变化。临界雷诺值：

34、刚刚开始向无序变化的Re值，称为临界雷诺值，以Rek 表示。此种流动状态称为临界状态。流动状态判别：层流并不是刚到临界状态就完全变成紊流，而是存在 一过渡区域，也就是Re值有一定范围，即下临界和上临界。例如雷诺值 Re= 20004000,为层流向紊流转变的过渡区。在工程上为了便于使用，假设临界值Rek= 2000,则流动状态的判别条件为：Re2000时为紊流。雷诺数的表达式层流受扰动后，当粘性的稳定作用起主导作用时，则扰动受到粘性的阻 滞而衰减下来，层流稳定；当扰动占上风，粘性的稳定作用无法使扰动 衰减下来，于是流动便变成紊流。可见，流动是什么状态(是层流还是 紊流)，取决于扰动的惯性作用和

35、粘性的稳定作用相互斗争的结果。所以，雷诺数Re是惯性力与粘性力的比值，即惯性力PvlRe=6粘性力式中 流体密度；v 流体的速度；1物体的特征长度(指横截面上的长度，如为圆管就是其直径);流体的动力粘性系数。3.3管内气体流动阻力流动阻力：由于流体本身的粘性、管壁表面的摩擦以及某些扰动惯性， 含尘气体在通风管道内的流动过程中，必然会遇到阻滞运动的力，这就 是流动阻力。阻力损失：克服流动阻力造成的能量损耗，称为阻力损失。 流动阻力包括摩擦阻力和局部阻力两种。摩擦阻力：由气体本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的阻力，称 为摩擦阻力或沿程阻力。局部阻力：气体流经管道中的某一部件时（例如阀门、弯头等

36、），气流方 向、大小将发生变化，以及因粘性产生的涡流而造成的阻力，称为局部 阻力。很显然，流体的粘性是造成流动阻力的内因；管壁摩擦、局部管件扰动 是造成流动阻力的外因。一、摩擦阻力气体沿管壁流动，不可避免地产生摩擦阻力。根据流体力学理论，气体 在任何截面形状不变的管道内流动时，摩擦阻力按下式计算：14Rs式中摩擦阻力系数;V 管内气流的平均速度，m/s ；空气密度，kg/m3;1 风管长度，m；Rs 风管的水力半径，m； RsSF 风管截面积，m2;S风管截面周长，m1、圆形风管的摩擦阻力计算对于圆形截面风管，其所以其阻力计算式为:式中 D 圆形风管直径，m。(1)比摩阻单位长度的摩擦阻力，称

37、为比摩阻。对于圆形风管，其比摩阻为:札v2PRm 八 Pm /ID 2(2)摩擦阻力系数摩擦阻力系数与管内流动状态和风管管壁的粗糙度有关，一般采用柯氏公式来计算:= -2Ig式中 K 风管内壁粗糙度，mm；D 风管直径，mm上式是柯列勃洛克根据大量的工业管道试验资料整理出来的。美国、日 本、德国的一些暖通手册中广泛采用。我国编制的全国通用通风管道 计算表也米用该公式。(3)表格或线算图上面的计算公式都是很复杂的，因此，为了避免繁琐的计算，可根据式(5-4) 和式(5-5)制成各种形式的表格或线算图，一般通风除尘书后附录给出， 可供计算管道阻力时使用。运用线算图或计算表，只要已知流量、管径、 流

38、速、阻力四个参数中的任意两个，即可求得其余两个参数。2、矩形风管的摩擦阻力计算全国通用通风管道计算表和线算图是按圆形风管得出的，因此，在 进行矩形风管的摩擦阻力计算时，需要把矩形风管断面尺寸折算成与之相当的圆形风管直径，即当量直径，再由当量直径求得矩形风管的单位 长度的摩擦阻力。当量直径：就是与矩形风管有相同单位长度摩擦阻力的圆形风管直径， 分为流速当量直径和流量当量直径两种。(1)流速当量直径如果某一圆形风管中的空气流速与矩形风管中的空气流速相等，同时两 者的单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为此矩形风管 的流速当量直径，以Dv表示。根据这一定义，可以得出，圆形风管和矩 形风管的

39、水力半径必须相等。 圆形风管的水力半径R，s矩形风管的水力半径ab2(a b)令Rs = R s，则2aba b=DvDv称为边长a b的矩形风管的流速当量直径。圆形管和矩形管内的流速相同时，因为矩形风管内的比摩阻等于直径为Dv的圆形风管的比摩阻，所以可以根据矩形风管的流速当量直径 Dv和实际流速v，由书中附录查得的对应圆形风管的比摩阻Rm即为矩形风管的比摩阻。(2)流量当量直径如果某一圆形风管中的空气流量与矩形风管中的空气流量相等，并且单 位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为此矩形风管的流量 当量直径，以DL表示。通过推导计算，流量当量直径可近似按下式计算：0.625Dl= 1.3

40、(ab)0.25(a b)以流量当量直径Dl和对应的矩形风管的流量L,查书中附录所得的单位长度摩擦阻力Rm即为矩形风管的单位长度的摩擦阻力。值得注意的是，不管是采用流速当量直径还是流量当量直径，一定要注 意其对应关系：采用流速当量直径时，必须用矩形风管中的空气流速去 查出阻力；采用流量当量直径时，必须用矩形风管中的空气流量去查处 阻力。用两种方法求得的矩形风管单位长度摩擦阻力应该是相等的。二、局部阻力1、局部阻力的确定一般情况下，通风除尘管道都要安装一些断面变化的管件（例如各种变 径管、变形管、风管进出口、阀门等）、流向变化的管件（弯头）、流量 变化的管件（如三通、四通、风管的侧面送、排风口）

41、，用以控制和调节 管内的气流流动。流体经过这些管件时，这一局部地区的均匀流动遭到破坏，必然引起流 速的大小、方向或分布的变化，或者气流的合流与分流，使得气流中出 现涡流区，由此而产生局部阻力。因为，局部阻力的种类繁多，体形各异，其边壁的变化大多比较复杂， 加以紊流本身的复杂性，多数局部阻力的计算还不能从理论上解决，必 须借助于由实验得来的经验公式或系数。局部阻力一般按下面公式确定式中局部阻力系数 局部阻力系数是一无因次的量，它表示为克服阻力所消耗的动能的多 少。局部阻力系数还不能从理论上求得，一般用实验方法确定，具体方 法是，实验时先测出管部件前后的全压值，其差值即为局部压力损失， 也就是局部

42、阻力Z值，再除以与流速v相对应的动能 2，便可得到局部阻力系数值。局部阻力系数也可根据已有的经验公式确定。一般通风工程书都会在附 录中给出2、减小局部阻力的措施局部阻力在通风、空调系统中占用较大的比例，所以在设计时应给以足 够的重视。（1）渐扩管和渐缩管当气体流经断面面积变化的管件（如渐扩管和渐缩管），或断面形状变化 的管件（如异形管）时，由于管道断面的突然变化使气流产生冲击，周 围出现涡流区，造成局部阻力。扩散角大的渐扩管局部阻力系数也较大，因此应尽量避免风管断面的突 然变化，用渐扩或渐缩代替突然扩大或突然缩小的管件，其角度最好在 8010，不要超过45，如图5-3所示。忧优三通三通内流速不

43、同的两股气流汇合时的碰撞，以及气流速度改变时形成的 涡流是造成局部阻力的原因。两股气流在汇合过程中的能量损失一般是 不相同的，它们的局部阻力应分别计算。影响三通局部阻力的因素：三通断面的形状分支管中心夹角：一般不超过 30，只是在受到现场条件限制或者为 了阻力平衡需要的情况下，才采用较大的夹角。支管与总管的截面积比 支管与总管的流量比（即流速比）：应尽量使支管和干管内的流速保 持相等。三通的使用情况（用作分流还是合流）优不可图咅旳三通支管利千管的避接弯管管道布置时，应尽量采取直线，减少弯管，或者用弧管代替直角弯管。 弯管的阻力系数在一定范围内随曲率半径的增大而减小，圆形风管弯管 的曲率半径一般

44、应大于12倍管径，如图5-5所示。矩形风管弯管断面的 长宽比（B/A ）越大，阻力越小，如图5-6所示，其曲率半径一般为当量 直径的612倍。对于断面大的弯管，可在弯管内布置一组导流叶片，以 减小旋涡区，降低弯管的阻力系数。(4)管道进出口气流进入风管时，由于产生气流与管道内壁分离和涡流现象，造成局部 阻力。气流从风管出口排出时，它在排出前所具有的能量全部损失。当出口处无阻挡时，此能量损失在数值上等于出口动压，即;当出口处有阻挡时(如风帽、网格、百叶)，能量损失将大于出口动压，也就是 局部阻力系数会大于1。因此，只有与局部阻力系数大于1的部分相应的 阻力才是出口的局部阻力(即阻挡造成)，等于1

45、的部分是出口动压损失。 为了降低出口动压损失，有时把出口制作成扩散角较小的渐扩管，如下 图所示。(5)管道和风机的连接管道与风机的连接应当保证气流在进出风机时均匀分布，避免发生流向 和流速的突然变化，避免在接管处产生局部涡流。为了使风机正常运行， 减少不必要的阻力，最好使连接风机的风管管径与风机的进、出口尺寸 大致相同。如果在风机的吸入口安装多叶形或插板式阀门时，最好将其设置在离风 机进口至少5倍于风管直径的地方，避免由于吸入口处气流的涡流影响 风机效率。在风机的出口处避免安装阀门，连接风机出口的风管最好用 一段直管。如果受到安装位置的限制，需要在风机出口处直接安装弯管 时，弯管的转向应与风机

46、叶轮的旋转方向一致。3.4风管内的压力分布空气在风管中流动时，由于风管阻力和流速变化，空气的压力是不断变 化的。研究风管内空气压力的分布规律，有助于我们更好地解决通风除尘系统 的设计和运行管理问题。根据能量守恒定律，可以写出空气在管道内流动时不同两断面间的能量 方程（伯努利方程）Pji式中 Pj1、Pj2 断面1、2处的静压，Pa；v v养、22 断面1、2处的动压，Pa；乙、乙管道中心线断面1、2处的高度，m；g重力加速度，m/s2;P2 断面1、2间摩擦阻力和局部阻力之和，Pa。由于空气密度小，由高程 乙、乙的不同所引起的管内、外位压变化很小, 因此上式两边的第三项可以忽略，所以可以简化为

47、pj1即断面1的全压等于断面2的全压加上管段1-2之间的阻力损失。我们 可以利用上式对任一通风除尘系统的压力分布进行分析。3.5通风管道的设计一、风道设计的内容及原则风道的设计内容分为设计计算和校核计算两类:1、设计计算：通风工程中，在已知系统和设备布置、通风量的情况下， 设计计算的目的就是经济、合理的选择风管材料，确定各段风管的断面 尺寸和阻力，在保证系统达到要求的风量分配的前提下，选择合适的风 机型号和电动机功率。2、校核计算通风工程中，当已知系统和风管断面尺寸，或者通风量发生变化时，校 核风机是否能满足工艺要求，以及采用该风机时，其动力消耗是否合理。 风道设计时必须遵循以下原则：风道系统

48、要简洁、灵活、可靠。要便于安装、调节、控制与维修。风道断面尺寸要标准化。 风道的断面形状要与建筑结构相配合，使其完美统一。二、风道设计方法和设计步骤风管设计计算方法有假定流速法、压损平均法和静压复得法三种，其中 常用的方法是假定流速法。假定流速法的具体设计步骤是：确定通风除尘系统方案，绘制管路系统示意图对系统图分段，注明管段长度，风量，管件部位并进行编号 假定系统不同管段的风速风管内空气流速对整个系统的经济性影响很大。流速高风管截面积小， 风管材料耗用小，投资费用少，单这样会使管路阻力增加，动力消耗增 大，运行费用增加：风管内空气流速低，会使尘粒在风管内沉积，造成 风管堵塞，同时也使风管管径增

49、大，用料增加等；因此，必须确定最佳 流速，以使管路系统造价，运行费用等综合起来最经济。一般根据经验 数据绘制成表5-4、5-5、5-6供假定风管内流速选用。根据假定空气流速和已知管段的风量确定各管段的管径，计算管道阻力（摩擦阻力和局部阻力）。确定风管管径时，应尽量符合附录中所列通风 管道的尺寸规格。对通风除尘系统中的各并联支管的阻力平衡计算，其差值不宜大于10%，对于一般的通风系统阻力误差不超过 15%。计算系统管道总阻力，作为选择通风机的依据般工厂通风管道推荐速度（m/s）部件采气口5风机入口5主风道6-9风机入口8-12支风道1-1.5立风道1送风道3-4工厂除尘管道空气最低速度（m/s）

50、粉尘性质垂直水平粉状粘土砂1113耐火泥1417粘土1316重矿粉尘1416轻矿粉尘1214铜铁屑1923干微尘810细沙1113煤粉1012湿土1518钢铁尘土1518水泥粉尘8-1218-22石棉粉末8-1216-22锯刨木屑1214含尘气体在工厂环境管道中的最低速度（m/s)蒸汽烟气7-10烟尘7-10细微轻尘10-12干粉尘12-17工业尘17-20重尘20-22湿尘223.6风管直径和实际风速计算（1）3600二w式中：V通风量（m3/h）,w管内风速，一般倾斜管道 w=i2 16m/s，垂直管道w=812m/s,水平管道 w=18 22m/s,D 风管直径（m）,计算出的风管直径，

51、因该按圆形通风管道统一规格选用。在选择管径时，应优先选用基本系列。风管的厚度可按下表选用表6-6除尘风管的壁厚一般除尘风管含尘浓度咼的风管管径（mm）壁厚（mm）管径（mm）壁厚（mm） 100 - 4001.5 2.5 100 - 3002.02.5 400 - 6502.5 3.0 300- 7002.54.0 650 - 9003.0 3.5 700- 10004.05.0 900 10003.5 4.0（2）烘干机至旋风除尘器段，取 w=10m/sr I 4V D917mm垂直段：3600： w取外径为900mm，取壁厚为3.6mm,贝U风管内径为900 -2900 -2 3.6 89

52、3.8mm管内实际风速：w =10.37m/s/ 4VD775m水平段：3600二w取外径为800mm，取壁厚为3.4mm，贝U风管内径为800 -2 =800 -2 3.4 =793.2mm管内实际风速:W =13.13m/ s（3）旋风收尘器至水浴除尘器段，取 w=io/si 4VD811mm垂直段： 3600二w取外径为800mm取壁厚为3.4mm则风管内径为800 一2、. =800 -2 3.4 =793.2mm管内实际风速：w =10.37m/s3600二 w水平段：取外径为 700mm， 取壁700 一2、. =700 -2 3.0 = 694mm=704mm为 3.0mm则风管

53、内径管内实际风速：w T6.36m/s（4）又水浴除尘器至离心通风机段:w=10/sD 垂直段：取w=10m/s ， 取外径为 900mm， 900 一2、=900 -2 3.6 =893.8mm取4V-840mm厚3600二 w为 3.6mm则风管内径管内实际风速:W| = 10.46m/s水平段：取w =20m/s :取外径为 700mm， 取壁700 一2、=700 -2 3.0 =694mm管内实际风速：w =19.107m/s（5）又排风机至出口：垂直段：取w=10m/s ，3600九 w为 3.0mm二 968mm626mm，则风管内径取外径为 1000mm , 取壁厚为 4.0m

54、m ,则风管内径1000 2、. =1000 2 4.0 = 992mm第4章离心通风机的选择计算4.1风机概述风机是用来连续输送气体的设备。在通风除尘系统中，风机用来从尘 源将含尘气体抽出并通过风管输送到除尘设备，净化后由排气筒排入大 气，因此风机是通风除尘系统中的重要设备之一。通风除尘系统有排尘罩、除尘器、通风管道、通风机等构成。而通风机 是推动系统运行的动力部分。一般通风系统常用的风机有离心式和轴流 式两种。通风机的结构及其工作以离心式通风机为例说明。离心式通风机主要由叶轮、壳体、机轴、吸 气口、排气口等构成，如图6-1所示。用61肉心贰罐机苹灼示鳶图 机羔； 一昨疳；3机辅j 一黛气

55、苗一排弋口禺62叶轮p轴的连按1 *4）3畔片 rL抽4叶轮：也是通风机的工作轮，它是由一系列叶片、前盘和后盘组成的 叶轮通过后盘固定在机轴上，如图 6-2所示。壳体：一般是用钢板焊制而成，其形状像阿基米德螺线形。电动机带动风机旋转，当叶轮随轴旋转时，叶片间的空气也随之旋转。 空气各部分间作用力大于向心力时，空气做离心运动而从叶片间通道开 口处被甩出，之后，汇集到螺旋形壳体中，由于空气连续不断地挤入，使气体压力增高（动压转化为静压的结果）。最后，空气以一定压力由排除口排出。空气被甩出后，叶轮中心部位气体压力降低(低于大气压力)， 这样空气就通过吸入口源源不断地被吸入，源源不断地从排出口排出。通

56、风机的各部件中，叶轮是最关键性的部件，特别是叶轮上叶片的形式 很多，但基本上可分为闪向式、径向式和后向式三种。(a)前向叶片(b)后向叶片(c)径向叶片叶純叶片的型或堪其出口速度三角形的吐牧叶片出口角B:叶片的出口方向(出口端的切向方向)和叶轮的圆周方向(在叶片 出口端的圆周切线方向)之间的夹角。三种叶片形式各有特点后向式叶片的弯曲度较小，而且符合气体在离心力作用下的运动方 向，空气与叶片之间的撞击很小。因此能量损失和噪音较小，效率较高. 但后向式叶片只能使空气以较低的流速从叶轮甩出，空气所获得的动压 较低。前向式叶片形状与空气在离心力作用下的运动方向完全相反，空气与叶 片之间撞击剧烈。因此能

57、量损失和噪音都较大，故效率就低，但前向式 叶片能使空气以较高的流速从叶轮中甩出，从而使空气在风机出口处获 得较大的静压。径向式叶轮的特点介入后向式和前向式之间。机壳一般呈螺旋形，它的作用是吸集从叶轮中甩出的空气，并通过气流 断面的渐扩作用，将空气的动压力转化为静压。离心式通风机所产生的压力一般小于 1500毫米水柱。压力小于100毫米水柱的称为低压风机，一般用于空气调节系统。 压力小于300毫米水柱的称为中压风机，一般用于通风除尘系统。压力大于300毫米水柱的称为咼压风机，一般用于气力输送系统。二：离心式通风机性能参数一、风量通风机每单位时间内所排送的空气体积，称为风量Q,又称送风量或流量，其

58、单位为米3/秒或米3/时，工程上常用单位是米3/时。 风机所产生的风量与风机叶轮直径、转速、叶片形式等有关，其三者之 间的相互关系要用下式表示：3Q =Q D；V2 米 3/秒 或：Q=148QD2n 米 3/时4式中：Q 通风机的风量；D2通风机叶轮的外径，米；V2叶轮外周的圆周速度，米/秒Q 流量系数，与风机型号有关。风机的风量一般用实验方法测得。风量的大小与通风机的尺寸和转速成 正比。在管道系统中，风量可以通过闸门或改变通风机的转速来调节。二、风压通风机的出口气流全压与进口气流全压之差称为风机的风压H，其单位为毫米水柱。风机所产生的风压与风机的叶轮直径、转速、空气密 度及叶片形式有关，其

59、关系可用下式表示：H= p Hv22式中：H通风机全压，毫米水柱；p 空气的密度，千克 秒2/米 4;当大气压强在760毫米汞柱，气 温为 20C, p =1.2 千克/米 2;v叶轮外周的圆周速度，米/秒;H全压系数，根据实验确定，一般如下：后向式：H=0.40.6;径向式：H=0.60.8;前向式：H=0.81.1;D2 风机叶轮的外径，米；n风机的转速，转/分。风机的风压与转速的平方成正比，适当提高转速就能增大风压。在管道 系统中，风压也可用调节闸门来改变。三、功率单位时间内所消耗的能量称为功率 N，功率的单位用千瓦来表示。通风 机的有效功率（Ny千瓦）即：NyQH102式中：Q通风机输

60、送的风量，米3/秒； H通风机产生的风压，毫米水柱；102千瓦与千克 米/秒之间的换算关系系数，1千瓦=102千克米 /秒。轴功率N与有交效功率Ny之间的关系如下：N旦亠n102口式中:通风机效率，%N轴功率，千瓦当通风机的转速一定时，它的轴功率随着风量的改变而改变，一般离 心式通风机的轴功率随着风量的增加而增加。通风机的有效功率与轴功率之比为通风机的效率 n ,即：二叫 100%N通风机的有效功率反映了通风机工作的经济性。后向叶片风机的效率一般在0.80.9之间，前向叶片风机的效率在0.60.65 之间。同一台风机在一定的转速下，当风量和风压改变时，其效率也随之改变， 但其中必有一个最高效率