某机械加工车间除尘工艺设计

布袋除尘器运行中控制烟气通过滤料的速度(称为过滤速度)颇为重要。它定义为烟气实际体积流量与滤布面积之比，所以也称为气布比。一般取过滤速度为0.5—2m/min，对于大于0.1µm的微粒效率可达99％以上，设备阻力损失约为980—1470Pa。
2.3.3文丘里管除尘器
文丘里管除尘器由文丘里管凝聚器和除雾器两部分组成。文丘里管凝聚器又由收缩管、喉管和扩散管组成。烟气进入收缩管时流速逐渐增加，进入喉管时流速达到最大值，同时在喉管处加入压力水。由于水在高速气流下迅速雾化，烟气中的尘粒被强制湿润和凝聚。在扩散管凝聚过程继续进行。最后，含尘的水在除雾器被分离出来，从而实现除尘的全过程。
题目：某机械加工车间除尘系统工艺设计
一、前言
1课题的背景、目的和意义
1.1背景
在机械加工厂，常规的加工方法例如车削、铣削、磨削等，都需要切削液来帮助加工，切割液在加工中的作用主要有冷却、润滑、排屑和清洗的作用。但是，随着高速加工技术的迅猛发展。加工过程中使用的切削液用量越来越大，其流量有时高达80—100L／min。大量切削液的使用造成了很多有害影响，如零件的生产成本大幅度提高，更会对环境造成严重的污染，对工人的身体健康造成危害等。干式加工是在加工过程中不采用切削液的一种加工方法。由于在加工过程中不采用切削液，所以可获得洁净无污染的切屑，省去了切削液及其处理的大量费用。这种加工方法从原理上来讲并不陌生。比如铸铁的干铣削加工就在实际生产中使用了很长时间。但是现在我们说的干式加工并不是只在铸铁材料的加工中应用。而是要在所有材料的加工中采用干式加工技术。目前，我国的机械加工技术向着精密、高速、自动化方向发展。
2课题的现状与发展趋势；课题欲解决哪一方面的问题
2.1课题的现状
2.1.1我国机械加工技术的现状
机械加工业发展的总趋势为“四化”：柔性化——使工艺装备与工艺路线能适应于生产各种产品的需要；灵捷化——使生产力推向市场准备时间为最短，使工厂机械灵活转向；智能化—柔性自动化的重要组成部分，它是柔性自动化的新发展和延伸；信息化—机械制造业将是由信息主导的，并采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织合理方式的全新的机械制造业。21世纪初机械制造业的重要特征表现在它的全球化、网络化、虚拟化以及环保协调的绿色制造等，人类不仅要摆脱繁重的体力劳动，而且要从烦琐的计算分析等脑力劳动中解放出来，以便有更多的经理从事高层次的创造性劳动。智能化促进柔性化，它使生产系统具有更完善的判断与适应能力。
特点：
a除尘尘效率高：除尘装置可以很方便的通过加长电场长度达到99%以上的除尘效率。当前，我国普遍使用三个电场的电除尘器，当烟气中粉尘状态处于一般状态时，其捕集效率可达99%以上。国外工业化国家目前普遍使用5个电场的电除尘器，收尘效率在99.9%以上。
b处理烟气量大：电除尘器易模块化，可以很方便地实现装置的大型化。目前单台电除尘器处理气量已达2 106m3/h。这样大的气量用袋式除尘器或旋风除尘器来处理是很难想象的。即使勉强做到也是不经济的。
2.3.4旋风除尘器
旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘装置。它具有结构简单，体积较小，不需特殊的附属设备，造价较低．阻力中等，器内无运动部件，操作维修方便等优点。旋风除尘器一般用于捕集5-15微米以上的颗粒．除尘效率可达80％以上，近年来经改进后的特制旋风除尘器．其除尘效率可达85％以上。旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于5微米的效率不高．
e捕集能力强：电除尘器可以捕集0.1µm的微小粒子，而且捕集效率很高，可以达到99%。对于湿式电除尘器，不仅能去除烟气中的粉尘粒子，而且对水雾和酸雾有一定去除效果。此外，当烟气的性质发生变化时，电除尘器还能保持良好的除尘效率，这是其它类型除尘器不能比拟的优点。当比电阻小于104Ω·cm和大于1011Ω·cm时电除尘器的正常过程受到干扰。需要对烟气调质。
2.3常用除尘器的类型、原理、特点
2.3.1喷淋式除尘器
喷淋式除尘器：在除尘器内水通过喷嘴喷成雾状，当含尘烟气通过雾状空间时，因尘粒与液滴之间的碰撞、拦截和凝聚作用，尘粒随液滴降落下来。这种除尘器构造简单、阻力较小、操作方便。其突出的优点是除尘器内设有很小的缝隙和孔口，可以处理含尘浓度较高的烟气而不会导致堵塞。又因为它喷淋的液滴较粗，所以不需要雾状喷嘴，这样运行更可靠，喷琳式除尘器可以使用循环水，直至洗液中颗粒物质达到相当高的程度为止，从而大大简化了水处理设施。所以这种除尘器至今仍有不少企业采用。它的缺点是设备体积比较庞大，处理细粉尘的能力比较低，需用水量比较多、所以常用来去除粉尘粒径大、含尘浓度高的烟气。
b粉尘的比电阻
粉尘层的导电不仅靠粉尘颗粒本体内的电子或离子发生容积导电，还靠颗粒表面吸附的水分和化学膜发生的表面导电。粉尘的比电阻是进行电除尘设计的主要技术参数。本次要处理的粉尘的比电阻在107～109Ω·cm，在电除尘的使用范围（104～5×1010）之间。
3)粉尘的爆炸性
粉尘的爆炸性是指可燃物的剧烈氧化作用，在瞬间产生大量的热量和燃烧产物，在空间造成很高的温度和压力。引起可燃物爆炸必须具备的条件有以下两个：
近几年的主要成果有：
（1）多进口旋风除尘器，分割粒径小于1.0μm，在燃媒电厂锅炉、水泥回转窑、轧钢加热炉上应用，取得很好的效果。
（2）旋流除Biblioteka Baidu器减阻杆，可保证在原除尘效率不降低的前程下，减少阻力约30%。在除尘效率降低小于3%时，减少阻力约70%。
（3）陶瓷多管旋风除尘器。
（4）带有二次风的旋流器。
常用的喷淋式除尘器依照气体和液体在除尘器内流动型式分为三种结构：
顺流喷淋式,即气体和水滴以相同的方向流动
逆流喷淋式,即液体逆着气流喷射
错流喷淋式,即在垂直于气流方向喷淋液体。
2.3.2布袋除尘器
布袋除尘器的工作机理是含尘烟气通过过滤材料，尘粒被过滤下来，过滤材料捕集粗粒粉尘主要惯性碰撞作用，捕集细粒粉尘主要扩散和筛分作用。颗粒因截留，惯性碰撞，静电和扩散等作用，逐渐在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉尘初层。初层形成后，它成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率。
c捕集到的粉尘干燥：因为粉尘以干燥的形态被捕集，有利于粉尘的输送和再利用，减少二次污染。
d烟气阻力小，总的能耗低：电除尘器的能耗主要是由烟气阻力损失、供电装置、电加热保温和振打电机等能耗组成。其他烟气除尘装置的烟气阻力占总能耗的90%以上，其数值是静电除尘器的5～8倍，电除尘器的烟气阻力，不管装置的体积有多大，一般仅200Pa左右；即使4个电场、5个电场也不会超过300Pa。由于总的能耗低，有很少更换易损件，所以运行费用比袋除尘器、文丘里除尘器等要小得多。
1.1.1加工产生粉尘的性质
1)润湿性
粉尘颗粒能否与流体相互附着或附着的难易的性质称为粉尘的润湿性。粉尘的润湿性与粉尘的性质，如颗粒生成条件、温度、含水率、表面粗糙度、荷电性有关，还与其它的一些条件有关[1]。
2)荷电性和导电性
a荷电性
粉尘在其运动及产生过程中，由于相互碰撞、摩擦、电晕放电及接触带电体等原因，几乎总会带有一定量的电荷。
布袋除尘器除尘效果的优劣与多种因素有关，但主要取决于滤料。布袋除尘器的滤料就是合成纤维、天然纤维或玻璃纤维织成的布或毡。根据需要再把布或毡缝成圆筒或扁平形滤袋。根据烟气性质，选择出适合于应用条件的滤料。通常，在烟气温度低于120℃，要求滤料具有耐酸性和耐久性的情况下，常选用涤纶绒布和涤纶针刺毡；在处理高温烟气(<250℃)时，主要选用石墨化玻璃丝布；在某些特殊情况下，选用炭素纤维滤料等。
2.3.6电除尘器
电除尘器是利用静电力实现尘粒与烟气流分离的一种装置。电除尘器的原理[2]是：含尘气体以较低的速度进入电除尘器，通过一个足以使气体电力的静电场，产生大量的正负离子荷电子并使粉尘荷电，绝大部分荷电粉尘在电场力的作用下向击集尘板运动，并在集尘极上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当粉尘达到一定厚度时，通过清灰机构是粉尘落下，可见，电除尘器的工作原理涉及：气体的电离，粒子荷电，粒子沉积和清灰过程。
旋风除尘器内气流与尘粒的运动概况：
旋转气流的绝大部分沿器壁自圆简体，呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。旋转下降的气流在到达圆锥体底部后．沿除尘器的轴心部位转而向上．形成上升的内旋气流，并由除尘器的排气管排出。自进气口流人的另一小部分气流，则向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达到排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从诽气管排出，分散在其中的尘粒也随同被带走。。
1.2目的
本课题的研究目的在于针对当前环境污染比较严重的机械加工粉尘飞扬进行电除尘系统的设计。通过对除尘系统的设计，对于机械加工过程中产生的各类粉尘，能够根据相关标准进行排放，同时也满足了日益严格的环保要求。更重要的是，通过本设计要达到将所学的专业知识融会贯通的目的，并将理论与实践结合起来，为将来的工作奠定基础。
2.2除尘器的发展趋势
从目前我国企业的承受能力、管理技术水平和国家排放标准来看，我国还缺乏生产应用大型除尘设备的能力，所研究开发的除尘器在未来一段时间内还是局限于小型简单、效率较高、运行费用低的设备。国内一些大型企业和公司，则可以借鉴或引进消化国外较为先进的设备，尽快提高我国除尘器生产落后的状况;同时，国家也应该对有关法规的实施情况加强监督，并不断完善法规的制定，以促进我国除尘设备的发展。
1.3意义
通过对常州市某厂机械加工车间电除尘系统的设计，能够深入了解电除尘系统的类型、以及它们各自的工作原理。并且还能掌握各种除尘器之间的优缺点并通过比较选择最合适的除尘设备。其次，对机械加工厂车间进行除尘是当今社会的一个比较受关注的话题，将所学知识与实践相联系，参照前辈们的辛勤杰作，融入自己的新观点来与社会紧密联系起来，本设计也为自己将来工作奠定良好的基础。
a可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度。
b存在能量足够的火源。
粉尘的这些性质对设计除尘器有极其重要的作用，如粉尘的密度（真，堆积密度）在除尘器的灰斗设计时是要考虑的一方面，根据粉尘的导电性和润湿性可决定是否采用湿式除尘法还是采用电除尘。除此之外，粉尘中各种粒级所占的质量分数，称为质量分散度，如果粒径小的粉尘百分比大，就表示粉尘的分散度高，粉尘的粒径值是粉尘的重要特征只一，其粒径分布大部分是细尘粒还是粗尘粒，是最关键的数据，对选除尘设备很重要。
文丘里管后面的除雾器有多种，如重力脱水器、弯头脱水器、旋风脱水器、旋流板脱水器、冲击式脱水器等。选用时，可以根据工作的可靠性、液体的雾化程度、是否需要吸收有害气体和经济性综合考虑。
文丘里管除尘器的优点是可以处理含尘浓度高的烟气，且能除去0.05—100µm的粉尘，效率可达99％以上。然而由于其压力损失大，耗能多，所以一般只用于处理尘径细微或温度较高的烟气。
2.3.5脱硫除尘器
高效组合式锅炉烟气脱硫除尘装置设计应用高效旋流分离技术、结构独特,采用焊接结构、高性能耐腐蚀耐磨损涂层与内置不锈钢分离结构组合，下排烟方式；结构紧凑，占地面积小；安装、管理简便；可进行液位、PH值监测与调整全自动控制，有利于保持高效率运行；可充分利用锅炉灰水、渣水、排污水作为脱硫吸收液，闭式循环，无二次污染。经过XD型多管式旋风除尘器完成第一级除尘净化的含微细粉尘和二氧化硫烟气，由上部连接管切向进入TS/Ⅲ型高效组合式锅炉烟气脱硫除尘装置，先被高速喷射、雾化的吸收液的充分撞击过程中接触混合，在经旋流板与独特的旋风分离器两级高效脱水、分流，烟气中的微细粉尘和二氧化硫在穿之中传质过程中被吸收液吸收脱除，排入脱硫除尘装置底部的循环沉淀池；再次净化后的烟气经外置脱水器脱水后引入锅炉引风机（负压状态）或烟囱（正压状态）。近几年开发了10多种湿法除尘脱硫一体化净化装置。其中湿式麻石除尘器应用较广，具有我国特色。脱硫效率一般在60%左右，但耐磨、防腐、脱水、防结垢及堵塞等问题还需继续改进。