铸造车间除尘系统设计及除尘设备选择

阴爱平

(汾西矿业集团设备修造厂，山西 介休 032000)

在工业生产车间中，由于各种生产设备不断运行，会在车间内形成大量粉尘与烟雾，这些粉尘漂浮于空气中，不仅影响车间内能见度，还会影响车间内工作人员的身体健康，造成工作环境污染。根据我国政府提出的“工业生产车间空气处理标准”要求，建议要优化设计除尘系统，保证除尘系统能够满足车间净化需要。建议工作人员结合车间内实际情况，灵活选择不同的除尘系统设计，调整设备结构、设计关风器与风机，精准计算压力损失与除尘效率，有效提升车间内部空气质量，凸显除尘系统设计价值[1]。

1 铸造车间除尘系统设计案例

1.1 案例概况

本次铸造车间除尘系统设计选择地区工业园区内的新建铸造车间配套除尘系统设计作为研究案例(以下简称“新建铸造车间配套除尘系统”)。本次案例中车间占地面积约为90 m×52 m，主要生产钢铁高炉使用的氧气喷枪，生产产品材质为纯铜、铜镁合金，属于小型铸造作业；生产工艺为混砂、熔炼、浇注、清理等，涉及设备包括：中频感应电炉、烘干炉、混砂机、耐火材料搅拌机等，车间内存在大量粉尘颗粒、油烟，对工作人员人体危害较大，且不符合我国工业制造业的环评要求，因此需开展除尘系统设计工作。

“新建铸造车间配套除尘系统”结构构成包括：吸尘罩、通风机、关风器、除尘器风道等；在运行过程中，通过吸尘罩抽取车间携带粉尘颗粒与油烟的空气，通过风道运输，从气流中分离粉尘颗粒及其他有害物质，实现除尘目的，提升车间内空气质量[2]。

1.2 除尘系统设计目的

根据铸造车间的实际情况，分析出本次“新建铸造车间配套除尘系统”的设计目的如下。

1) 净化空气中分散介质(粉尘颗粒)。在铸造车间中，催化反应的原料气中会产生固体微粒，这些微粒会影响催化剂的使用，因此需要原料气进入反应器之前去除分散介质。

2) 回收分散介质。在铸造车间的生产线中，反应器设备送出的气体中一般含有大量的催化剂悬浮颗粒，为了维护车间内工作环境，必须借助除尘系统回收分散物质，同时将车间中其他工艺环节送出的气体回收，统一回收处理分散介质[3]。

3) 净化排放气体。近两年，我国政府有关部门对工业生产车间废气排放的要求标准不断提高，在生产废气排放之前，需要借助除尘系统分离出空气中的固体微粒，去除气体混合排放之前的易爆炸物质，这样既能够维护车间作业安全，又能够达到规定的排放标准。

在工业生产铸造车间中，除尘系统极为重要，其具有明显的应用作用，设计人员要有目的的设计除尘系统各部分结构与参数，保证系统充分满足需求。

2 铸造车间除尘系统设计

2.1 结构设计

在“新建铸造车间配套除尘系统”的设计中，技术人员需要考虑旋风除尘器的三个主要技术性能，分别为处理风量、压力损失与除尘效率，全面评价与分析这些因素，在技术层面能够满足工艺环境要求与环境保护要求。一般情况下，旋风除尘器的进口风速范围在10 m/s～25 m/s，若风速过大则会影响压力损失，若风速过低则会影响除尘效率，因此设计风速为Vj=22 m/s。基于此参数，设计旋风除尘器(如图1)几何尺寸。根据图1可以发现，旋风除尘器的矩形进口管高度与筒壁相切，圆形进口管高度与除尘器器壁之间只有一个相切点，因此矩形进口管更加契合[4]。设计进口形状为矩型，设置高度为a，宽度为b，处理风量要求为2 600 m3/h，设计处理风量定为1 300 m3/h，此时进口面积为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，因此除尘器的尺寸为a=180 mm，b=90 mm。之后，根据除尘器的比例关系，设计b=0.25D0，D0=4b=0.269 m=360 mm，得到筒体长度h=1.5D0=360×1.5=540 mm。

图1 旋风除尘器图示

2.2 关风器设计

关风器(如第134页图2)是含尘空气进入除尘器装置之前的最初环节，此时含尘气体中的悬浮介质浓度较小，设备灰斗中的待处理尘粒量不大，且灰斗下方的圆面直径设计约为100 mm，可以选择容量较小的关风器类型，确定型号为TGFY.4(5)，叶轮尺寸为200 mm×150 mm，容量为4(5)L，配用动力为0.37 kW，外型尺寸为293 mm×246 mm×352 mm，质量约为32 kg。

图2 关风器

2.3 风机设计

在本次铸造车间除尘系统设计中，处理风量设计为2 600 m3/h，离心通风机的处理风量设计为1 975 m3/h～3 640 m3/h，型号为4-72No3.2型号，技术参数设计如下：

1) 转速为2 900 r/min；

2) 风量为1 975 m3/h～3 640 m3/h；

3) 电动机功率为1.5 kW。

通过设计之后，本次除尘系统中的风机具有高效率、低噪音的特点，能够满足铸造车间内的通风换气需求，满足无腐蚀性、不自燃性、不含黏性物质的气体输送需求。本风机能够满足温度≤80 ℃的介质输送需求，满足尘土及硬质颗粒≤150 mg/m3的需求[5]。

2.4 计算压力损失

图3 旋风除尘器进出口

2.5 除尘效率计算

除尘效率是评价除尘系统性能的重要指标之一，可以分为总除尘效率与分级除尘效率。关于除尘效率的计算步骤，具体为：

第一，测定粉尘粒径质量参数f，分析粒径x与小于该粒径的质量百分数之间的函数关系，得到f=1—E(E为粉尘粒径分布积分分数)[6]。

2.6 吸尘罩设计

吸尘罩是除尘系统的重要构成之一，设计此部分需要合理选择吸尘罩类型，若不能够实现密封，则需要将吸尘罩尽可能地靠近扬尘区域，让吸尘口对准粉尘扩散方向。技术人员可以计算全密封吸尘罩抽风量为L=250S，其中L表示抽风量，单位为m3/h；S表示吸尘罩容积，单位为m3。之后，分别调整罩内的扬尘强度，控制罩体漏风情况。

3 铸造车间除尘设备选择方法

根据本次案例的“新建铸造车间配套除尘系统”设计原始资料，可以确定铸造车间的设计参数如下。

1) 处理空气气体量Q=2 600 m3/h；

2) 空气密度ρ=1.29 kg/m3；

3) 粉尘密度ρc=1 960 kg/m3；

4) 空气黏度μ=1.8×10-5P.s。

结合上述技术参数，分别分析负压除尘系统与正压除尘系统运行效果，选择符合本次设计要求的设备类型。

负压除尘系统结构中，除尘器设置在通风机前方，气体流过通风机时已经经过除尘处理，空气含尘量较低，能够大大降低通风机磨损率，延长通风机运行寿命；在具有高浓度含尘空气的车间中，一般选择负压除尘系统。这一系统的管道与除尘装置均处于负压阶段，比较容易吸进空气，容易出现漏风的情况，且漏风率能够达到5%～10%，会增加系统运行电耗量。

正压除尘系统结构中，除尘器设置在通风机后方，处于正压段位置或者压入段位置，此时进入通风机的气体没有经过除尘，容易损伤通风机中的叶轮或者机壳，且这一系统主要适用于含尘质量浓度<3 g/m3的气体。

综合以上设备情况，本次选择除尘设备为属于负压除尘系统结构的旋风除尘器，这一除尘器设备具有制作简单、易于维护的优势，能够满空气中≤3μm粒子的去除，除尘率达到85%，能够适用于高温烟气环境，充分满足本次铸造车间内的空气除尘要求。

4 结语

综上所述，除尘系统是铸造车间的重要构成部分，本次对铸造车间中除尘系统的设计，主要是针对除尘设备的结构、风机构件、关风器、吸尘罩等进行系统设计。之后，考虑到除尘系统运行需求，分别计算了系统运行的压力损失与除尘效率，为除尘系统的有效运行提供保障。在本次设计的过程中，工作人员根据铸造车间实际情况灵活选择除尘设备类型，查阅大量资料，精准获取计算参数，最终得到了能够满足车间空气净化需求的除尘系统设计方案，为进一步提升车间整体工作效率提供技术支持。