抛丸机除尘器系统设计

PAGE2PAGE1抛丸机浴淋除尘器系统一．工程简介：现在钢构公司的抛丸机除尘器使用的是原来与抛丸机配套的一级除尘器，即布袋除尘器，两台抛丸机，分别有一个。由于设备使用时间较长，效果大大减弱，如今除尘器排出气体已经达不到国家标准要求的排放参数，因此需要设计二级除尘器，分别把两台抛丸机一级布袋除尘器的排放气体引入二级除尘器，再次进行除尘，使之达到国家排放气体标准，保护环境，确保员工的健康。为了节约成本，因此需要设计制作一个二级除尘器，将两台抛丸机的一级除尘器未处理掉的气体粉尘同时引入二级除尘器中共同处理。并且要求设计的二级除尘器能实现自动化工作和自动排污处理工作。二、选择课题（一）提出问题钢构公司现今的两台抛丸机除尘器除尘效果极差，开始设备投入使用的时候效果完全能达到国家标准的排放要求，为什么经过三年的使用了之后不行了呢？原来的除尘器主要是干式除尘，即使用的是布袋除尘，布袋的使用时间一长容易堵塞，导致离心风机的吸风量减小，另外干式除尘在未除净的情况下排放到空气中可以看到粉尘到处飘扬，而且都是微小的粉尘，不容易沉淀下来，对环境和员工都有极大的危害。怎么样让微小粉尘颗粒沉淀下来是主要问题。（二）分析问题干式除尘器本身的除尘原理限制了使用时间的长短，灰尘越微小越容易在空气中漂浮，而且布袋除尘容易堵塞，基本上每三个月就要对布袋进行清理，工作极其繁琐，工作量大，而且对工作人员的身体危害也严重。但是布袋除尘对大颗粒的除尘效果极其明显，对于钢构厂内的抛丸机灰尘大小颗粒都有，所以才导致除尘不尽。（三）确定课题由于布袋除尘不能满足完全除尘的效果，必须找到一个既能除去大颗粒的灰尘，也能干净方便地除去小颗粒的微尘，而且清理和设备维护方便，最好能实现自动化。清理工作轻松，只需要按动一下按钮开关能自动完成清理。我们的课题就是设计一个自动化的除尘器能方便地除去排放气体中的微小粉尘。三、设定目标（一）课题目标：小组仔细分析了现场实际条件和问题产生的根源，根据以往设备改造的经验，确定了本次活动的目标是：确保新设备的研究在30天内设计、制造、安装、调试一次性成功，并且效果达到设计要求。（二）目标的可行性：经过小组的分析此次设计制造的的有利条件：本小组的成员配备都是机电专业人士和电气、机械制造工程师，从事相关工作多年，经验丰富，实战能力强。钢构厂主要是钢结构制造行业，对设计图纸有很强的加工能力。本项目施工中，全部施工材料、机具等资源能得到钢钢厂其他车间的大力支持与配合，实施方案有关计算验证能得到设计人员支持。为施工进度提供了有利的保障。设备的安装可以得到钢构公司安装队伍的大力支持，其安装人员大多都从项目工程调回，可以确保安装中出现的大部分安装困难的解决。对于此次设备设计制造的不利条件：安装过程中一些管道的连接可能会产生一些误差，导致实际连接处不能很好结合，因此对误差的控制一定要严谨，一丝不苟。安装过程中起重设备的配备较为困难。综合有利条件和不利条件，通过小组共同努力，施工方法严谨精细设计、合理组织安排，按照科学途径逐步实施，活动目标能够实现。四、提出方案，确定最佳方案除尘方法的选定1．抛丸机一级布袋除尘未去除粉尘粒大小确定由于从粉尘源即抛丸机出来经过了一级除尘，一级除尘采用脉冲除尘器，直径在100微米以上的小颗粒已被除去。但是大量的灰尘由于重量较小，重力不足，加上布朗运动和风速的影响未能除去达到效果，因此还需采用二级除尘器，查阅除尘装置系统及设备设计选用手册可知：表1-1部分工艺设备内抽出含尘空气的参数数据工艺设备名称粉尘类别含尘浓度Mg.m-4粉尘粒径/um0-55-1010-2020-4040-60>60磨料分级筛碳化硅850-15001.862.4014.6653.8426.101.10工具磨床磨料铁屑100-30013.0412.0622.8022.9221.747.44球磨机煤粉锅炉灰粉20000-26000-25.6024.5023.0011.9015.00磨机媒粉锅炉灰粉27000-50000-10.7011.2021.8115.2041.16水泥磨水泥40000-450007.609.0223.1022.6015.1422.54螺旋输送机陶土650-85022.1018.0230.9023.374.091.50电炉锰铁合金900-12002.321.0020.0047.7010.3518.86电炉硅铁合金<1500.5010.0041.3848.050.640.03电炉电石9500-1150055.3017.8014.607.305.00-球磨机媒9500-1150072.3072.3019.2019.204.304.20喷砂室10m3砂4000-60006.0012.006.8032.808.4034.0020m3砂6000-100005.808.508.507.9015.8046.10石棉梳棉机石棉、尘土72-2250-66-1010-24>244.6037.452.705.30根据此表工艺设备为喷砂室可知有大约40%粉尘颗粒已经在一级布袋除尘器中被除去，采用的原理主要是重力法。剩下的微粉尘颗粒在40um以下，根据国家排尘标准：表1-2烟尘及生产性粉尘排放标准有害物名称排放有害物企业、地区排放标准排气筒高度/m排放量/kg.h-1排放浓度/mg.m-3烟尘电站(煤粉)3082-45170-60310-80650-1001200-1201700-1502400-烟尘生产性粉尘炼钢电炉--200炼钢转炉<12t--200>12t--150水泥--150抛丸机等生产设备--200然而小于60微米的大约60%的粉尘却无法去除。此时含尘浓度至少还有2000mg/m3，国家标准是200mg/m3，因此不可排放。2.除尘方法选定根据粉尘粒的大小来选取除尘方法，除尘设备一般可以分为干式与湿式两大类，无论是干式除尘器还是湿式除尘器都是利用重力、惯性力、热力、扩散粘附性和电力等作用把粉尘除下来的。由于本设计是在有前级除尘的基础上进行的，而前级除尘采用了重力法把大量的较重的颗粒已经除去，所以二级将采用湿式除尘。而湿式除尘主要是针对60微米以下的粉尘。3.方案的提出针对本项目需要解决的问题，结合现场条件，小组召开了方案分析会，集思广益，运用“头脑风暴法”充分发表意见，提出各种方案。1）冲击式水浴除尘将一级布袋除尘器排出的带大量微小粉尘的含尘气体直接引入水中，即冲击式，虽然水浴会对风速产生很大的阻力，但是这样可以让粉尘气体和水充分接触，使粉尘能够大量的溶解在水中，最终排出的气体基本上是水雾或水汽，而风阻大可以增加一台或者两台离心风机来解决。方法简单，实施和操作也简便，工程造价底和安装也容易实施。2）喷淋式除尘将一级布袋除尘器排出的带大量微小粉尘的含尘气体直接引入喷淋室，运用水泵将清水吸入并带一定的压力，管道末端安装喷淋头，使压力水成雾状喷出，这样能和含尘气体充分接触，并且对风力风量的影响很小，也不用增加离心风机增加工程造价。节约了成本，实施也更简单。3）运用冲击式水浴除尘和喷淋除尘的结合即浴淋除尘此种方案主要是上两种方案的共同运用。4.方案的深入分析针对上述拟定的三种方案，小组从实施内容、可操作性、成本、最终的效果和安全及其他方面进行分析评估，详细见下表：方案名称方案内容可操作性成本评估除尘效果弊端冲击水浴除尘将一级布袋除尘器风机带出的粉尘直接引入水浴中，使其充分和水接触，让大量灰尘溶解于水中本方案只需要设计一个装水的箱体，让从水浴中经过过滤的气体集中排放，并且有个凝结的过程即可。需要增加一台风机，使抛丸机的吸风口的风量不变。容易实现10万元元箱体钢材费防腐费离心风机费电气控制人工费安装费80%由于水对从风管引入的大风量具有退让作用，并且风在水下会形成气泡，所以除尘效果会不明显喷淋除尘将一级布袋除尘器风机带出的粉尘直接引入喷淋室中，使其充分和雾状水接触。本方案只需要设计一个装水的箱体，不需要增加离心风机，但是需要增加水泵和管道电磁阀等。容易实现9.5万元箱体钢材费防腐费水泵管道费电气控制人工费安装费75%喷淋中总有间隙，一些含尘其他可以从间隙中跑掉，除尘效果不明显浴淋除尘以上两种方案的结合以上两种方案的结合11万元95%除尘效果明显，但是成本高5．最佳方案的确定经过小组的深入分析，认为多增加一万元的成本，但是达到的效果明显，可以彻底解决实际问题。因此本设计主要选用水冲击式除尘和喷淋除尘结合。6.制定对策1.除尘器管道大小的确定1．气体流量的计算流量是表示单位时间通过风管的空气的体积。计算公式为式中为流量,m3/sVn为风管某一截面上空的平均流速，m/s；An为流体通过的该截面面积，m2理论上可知，风道内任意面上的各点空气的流速是不相等的，风道中心的流速最大，越接近管壁速度越小。这是由于管壁的粗糙度对气流的摩擦阻力以及空气本身的粘性与管壁的粘附作用造成的。因此，将某一截面上不同位置的流速进行算术平均，所得的值就是该截面的平均流速。对于圆形风管的流量计算式为对于矩形风管的气体流量计算式为；式中Q为气体通过风管的流量，m3/s；Vn为风管某一截面上空的平均流速，m/s；Dn为圆管的内径，m；L,W为矩形管道的长边和宽边，m通常设计除尘系统管道时，为了防止粉尘沉降，除尘风管中应该保持输送粉尘所必须的最低风速。除尘管道内气体的最底速度见表3-3。除尘器后的排气管道内气速一般为8-12m/s.大型除尘系统采用砖或者混凝土管道时，管道内的气速采用6-8m/s，垂直管道出口气速采用10-12m/s.由于本设计是在有一级除尘装置的前提下进行的，所以管道的设计必须符合一级设备装置的管道标准，并且利用部分一级管道，这样可以节省大量成本和造价，在一级除尘装置中运用管道为方形400×600和圆筒形φ600（mm）。为防止管道堵塞，风管直径不应该小于表1-3所列数据：表1-3除尘系统最小管径粉尘性质管道最小直径/mm粉尘性质管道最小直径/mm细粒粉尘80可能含有大块物料的混合性粉尘（如含有刨花屑之类的物料）200较粗粒粉尘100将本设计的数据代入，查小抛丸机一级风机可得Q=14000m3/h,Dn=0.6m可得：Vn=Q/900πDn2=14000/(900×3.14×0.62)=13.76m/s将大抛丸机的数据代入，查大抛丸机的一级风机可得Q=22000M3/S,Dn=0.6m，由此可得：Vn=Q/900πDn2=22000/(900×3.14×0.62)=21.62m/s根据冲击式水浴除尘器的风速要求为10-15m/s，因此可以选用冲击式水浴除尘器。如图所示：（本图参考除尘系统设计手册）它是由喷头、本体水池、挡水板、进气管、排气管、进水管、溢流阀管等部分所组成。当具有一定速度的含尘气体经进气管后，在设置于本体中央的喷头处以较高喷入水中（喷头没入水面以下），对水层产生冲击作用后，改变了气流的运动方向，而尘粒由于惯性则继续按照原来的方向运动，其中大部分的尘粒与水粘附后便留在水中，此为水浴阶段。在冲击水作用后，有一部分尘粒仍随气体运动与大量的冲击水滴和泡沫混合在一起，池内形成一抛物线形的水滴和泡沫区域，含尘气体在此区域内进一步净化，次为淋水浴阶段。此时含尘气体中的尘粒便被水所捕集。净化后的气体经折式挡水板除雾滴后排出。在进行水浴除尘器喷头选型时，一般情况下，通过喷头的气流速度可取10-15m/s，一般大于11m/s，出口气速一般取8-12m/s,确定水浴除尘器筒体截面尺寸时，除尘器内断面气体上升速度可取1-2m/s，以免带出水滴。喷头没水深度根据尘粒密度和粒径大小确定。对于密度轻和粒径小的尘粒，一般可取没入深度在30-50mm，此时的冲击速度分别为8-10m/s，当没入深度为50-100mm时，冲击速度为5-8m/s。对于密度大和粒度大的尘粒，一般可取没如深度为0-30mm，此时冲击速度为10-14m/s，或将喷头离水面0-50mm，冲击速度高达14-40m/s。现今取除尘器内断面气体上升速度可取1.5m/s来测算除尘器断面的面积：首先进入除尘器的气流量应该等于从除尘器出来的净化气流量则有Q进=Q出Q进=Q大抛丸机+Q小抛丸机=12000+22000m3/hQ出=VnA=1.5×3600×A所以有12000+22000=1.5×3600×AA=6.30m2所以除尘器的横截面积为6.3平方米，今取长为4米，宽为2米来制造除尘器箱体。2.管道材质的选择根据输送介质的特性和管道机构形式等进行选择。现今用得最多的是Q235高强度结构钢，一是强度高，特别是屈服强度，抗拉强度，刚度等特性较好，并且在一些不便用螺栓连接的地方可以用焊接。3.管道厚度的确定除尘系统风管的最小壁厚可以参考除尘装置系统及设备设计选用手册表3-表3-4除尘系统风管管壁最小厚度/mm粉尘风管类别备注类别种类直管异径管一般磨料木工、化工原料、化肥粉尘1.01.5本表按普通钢板编制，当用其他材料时，应按要求减薄或加厚，如采用低合金普通钢板时，厚度可相应地减少20%-30%。中等磨料砂轮、机床中粉尘、煤粉1.52.5高强磨料各种金属矿石粉尘、石英粉尘、炉渣2.03因此本设计中除尘管道厚度选取2个或者3个毫米。4.机械系统的设计机械系统的设计主要是考虑管道的厚度和粉尘其他引入管直径的选取，以及箱体的大小和高度，稳定性计算以及气体处理后排气管的直径大小和排气管高度。主要机械装配图和机械零件图如附件：5.喷淋管道的布置和安装设计管道材料计划表序号名称规格型号单位数量配置备注1礼花喷头LZ8014个62电动碟阀Q971X-10C个43法兰盘50带丝口个84直接头50mm个8PPR5弯头50mm个8PPR无丝口6弯头50mm个2PPR丝口7铁接头50mm个1外丝2寸8等径三通接头50mm个1PPR9变径三通接头50mm变3/4寸个7PPR10铜对丝3/4寸个511变径三通接头50mm变1寸个312堵头50mm个213PPR管φ50mm米4014螺栓M10*30颗2006.电气系统的设计本设计要求能自动控制，又能手动控制，电气图如下1.离心风机星三角启动电路电气控制电路信号灯电路4.台达PLC电路：电气元件材料计划表如下表：电气元件材料计划表序号名称规格型号单位数量配置电路图代号1空气开关DZ47D63个24PQ0Q12交流接触器CJX2-1201个6线圈220VKM1-KM63热继电器JR36F-10个2FR1-FR24离心风机4-72个2功率15KWM1-M25熔断器10A个2陶瓷型FU0-FU16中间继电器JQX-13F个13KA0-KA127控制变压器220V变36V个1300WTX18指示灯LA19个9L0-L89电缆线3*42+1米20010多芯塑套线1．52米10011按钮开关LA19个8X0-X712水泵QX25-18-2.2个1川蛟牌13电磁碟阀与电机Q971X-10C个514台达PLCDVP-32ES个1PLC15PLC编程数据线USBACAB230根1USB转PLC16空气开关100A个1正泰PLC自动控制程序如下：（梯形图）LDOUT指令如下：本程序采用台达PLC公司的软件编制与调试和下载到PLC，运用的软件为DeltaWPLsoft.7.电路控制和自动使用说明书：风机的启动由于离心风机的功率为15KW，直接启动电流过大，对电机线圈绝缘影响很大，会严重缩短电机的使用寿命，因此必须采用星三角降压启动，整个启动过程由PLC自动完成星型与三角形接线的转换，启动时间为10S。自动控制除尘器工作过程当按下启动风机1或者按下启动风机2启动按钮，PLC程序将自动控制风机的启动，待风机完全启动完毕后，PLC将控制水泵的启动，并且启动喷水电磁阀电机，此时喷水电磁阀电机动作打开了喷淋管道，除尘器开始工作，直到操作人员按下停止按钮，风机才停止，水泵关闭，电磁阀关闭。自动清理过程和手动清理过程自动清理过程由于除尘器工作时间较长了之后，箱体内会沉淀很多污垢，需要隔一段时间进行清理，然而清理过程需要2个小时左右，为了不耽误工作时间，因此需要设备在工人下班后能自动进行清理，等操作工人第二天上班时，除尘器一切都准备好，又可以继续工作。整个过程只需要操作工人下班时按下排箱体与自动清理和自动