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第四章 結構設計
4.1 灰斗組件的結構設計
灰斗上部與中箱體相連，設計灰斗，除根據(jù)工藝要求確定灰斗的容積和下灰口尺寸外，灰斗組件同其后介紹的進風裝置、中箱體和上箱體一樣，是屬于負壓裝置。為防止發(fā)生被細癟（凹陷）的現(xiàn)象?；叶繁诎宓暮穸纫话銥?mm。本設計中，灰斗采用抽屜式結構。
4.2 進風裝置的設計
對進風裝置進行設計，一般采用5mm厚度的16Mn鋼板制作。此外，進風裝置的合理布置也很重要：應保證煙塵在經(jīng)過進風裝置時，煙氣流向合理，對管壁的沖刷降低到最低。
為防止高濃度含塵煙氣對中箱體內(nèi)濾袋及壁板的沖刷，煙氣離開進風裝置，通過矩形進風管的風速一般控制在4m/s以下。
4.3中箱體的結構設計
中箱體由若干件壁板連接后連續(xù)焊接而成。中箱體壁板一般采用厚度為5mm的普通鋼板制造。在靠近中箱體中間部位有斜隔板組件，負責將塵氣室和凈氣室隔離開。中箱體的結構設計，主要是考慮壁板的耐負壓程度和斜隔板的耐負壓程度。一般采用5mm厚鋼板。
4.4 上箱體的結構設計
上箱體在整個除塵器的設計中是屬于關鍵部位的設計，它的設計好壞直接關系到除塵器能否正常運行。設計上箱體時，應考慮到孔在上箱體內(nèi)的合理布置、上箱體橫截面高度、離線孔的大小及方位。在有內(nèi)旁通的情況下，還要考慮到離線孔與內(nèi)旁通孔的位置關系。當然，對上箱體結構強度的驗算也是同等的重要。
4.5上箱體橫截面高度
對上箱體橫截面高度進行控制，主要是保證凈化后的氣體在通過上箱體內(nèi)部空間時，氣流流向均衡，不會發(fā)生由于上箱體截面太小而造成氣流阻力太大，甚至造成風機吸力不夠、無法正常工作的情況發(fā)生。
根據(jù)多年來的設計經(jīng)驗，通過上箱體橫截面的風速不應當超過3m/s。因此，上箱體橫截面為 1500*988mm .
4.6 氣包容量的確定
氣包的工作最小容量為單個脈沖閥噴吹一次后，氣包內(nèi)的工作壓力下降到原工作壓力的70%。在進行氣包容量的設計時，應按最小容量進行設計，確定氣包的最小體積，然后在此基礎上，對氣包的體積進行擴容。氣包體積越大，氣包內(nèi)的工作氣壓就越穩(wěn)定。我們也可以先設計氣包的規(guī)格，然后用最小工作容量進行校正，設計容量要大于（最好遠遠大于）最小工作容量，一般來說，氣包工作容量為最小容量的2～3倍為好。
本設計中，氣包容量為80L，
4.7 噴嘴直徑及數(shù)量
噴嘴直徑及噴嘴數(shù)量是整個噴吹管設計的核心。在脈沖閥型號確定后的情況下，噴嘴數(shù)量不能無限制增多，它要受到噴吹氣量、噴吹壓力及噴吹濾袋長度等各類因素的綜合影響。目前，3寸脈沖閥所帶領的噴嘴數(shù)量建議最多不要超過20只（一般來說，16只以下比較合適）。根據(jù)澳大利亞高原公司和國內(nèi)上海袋配等知名廠家的多年試驗，在中壓噴吹的狀態(tài)下，噴吹管上所有噴嘴口徑的面積之和應該為噴吹管內(nèi)徑的60～80%，即：
（60～80%）A噴吹管=nA噴嘴。
應當注意，靠近脈沖閥側的噴嘴比遠離脈沖閥側的噴嘴口徑大0.5～1mm（澳大利亞高原公司建議），這樣設計的目的，是要保證噴吹管上所有噴嘴噴射出的壓縮氣流均衡（壓縮氣量和壓力的差別控制在10%以內(nèi)）。
若采用低壓噴吹，噴嘴口徑還要進一步加大2～3mm。
4.8 噴吹短管的設計
噴吹短管的作用是導向和引流（誘導噴嘴周圍的數(shù)倍于噴吹氣流的上箱體內(nèi)凈氣流一同對濾袋進行噴吹清灰）。根據(jù)澳大利亞高原控制有限公司的多年噴吹試驗，高速脈沖噴吹氣流通過噴嘴后，氣流沿噴吹軸線成20°角度（0.3Mpa的工作壓力下）向軸線周圍超音速膨脹（擴散錐形角為40°）。還有些時候，由于噴吹管上噴嘴的加工制造有缺陷，造成噴嘴略微歪向一邊。這樣，當噴吹氣流通過噴嘴后，將不會垂直于噴吹管，產(chǎn)生吹偏現(xiàn)象。為了解決這個問題，便引入了噴吹短管的概念（有些除塵設備制造廠家稱其為導流管）。
澳大利亞高原公司提供的噴吹短管的規(guī)格：在使用3寸脈沖閥時，建議采用φ36×3的圓管，長度L=50mm。在遠離噴吹管一段距離20mm處，鉆一φ20通孔（初次誘導氣流與輔助糾偏）。噴吹短管與噴吹管間點焊固定即可。需要特別注意的是，噴吹短管與噴嘴的同軸度至少應控制在φ2內(nèi)。
摘要
ABSCTACT
目錄
第一章 緒論
1.1 課題的意義
在焊接操作中經(jīng)常會產(chǎn)生一些有毒的物質。如：乙醛、松香酸、異氰酸鹽、氮氧化物、硫化物、碳氫化合物等。并在空氣中飛揚。它通過呼吸道侵入到人的肝、肺、心血管及血液中。這些有毒物質正嚴重的吞噬人類的健康。導致許多職業(yè)病的出現(xiàn)。如：肺癌、哮喘、濕疹、支氣管炎、皮膚過敏、呼吸道感染等等，重則紊亂中樞神經(jīng)，破壞消化系統(tǒng)，導致并發(fā)癥而衰竭死亡。
因此，工業(yè)空氣凈化設備對提高國民經(jīng)濟，對每個企業(yè)有著重要意義：能保證員工的健康與安全，有利于提高企業(yè)生產(chǎn)利潤。
1.2 國內(nèi)外除塵技術發(fā)展及現(xiàn)狀
為了防止粉塵對人體的危害，世界各國制定了愈來愈嚴格的控制標準，大力發(fā)展凈化氣體的除塵設備。袋式除塵器近年來得到了很快發(fā)展；電除塵器作為高效除塵設備得到各國廣泛重視，但它們在國內(nèi)外還沒有得到大量應用。
80年代以來，世界各國的除塵設備有了很大的發(fā)展。
（1）對環(huán)境污染的控制標準趨于嚴格
粉塵作為對人體健康及大氣環(huán)境污染的重要有害物，越來越為人們所重視，因而世界各國也采取了相應的限制措施，其中之一是制定嚴格的法律、法規(guī)和標準。
在美國，1963年頒布了潔凈空氣法(Clean Air Act)以后，于1970年、1975年、1977年多次修訂，1990年修訂和補充的潔凈空氣法經(jīng)國會通過后成為一部目前國際上最為嚴格和詳盡的法規(guī)。它的主要內(nèi)容包括確定有害空氣污染物的種類，并將全國劃分成達標區(qū)，未達標區(qū)(隨污染物不同而不同)，對后者限期達標，同時實行排放許可證制度，此外還有關于汽車排放、酸雨和臭氧層保護等有關條款。
在標準方面，美國制定了國家環(huán)境空氣質量標準(NAAQS),國家有害污染物排放標準(NE-SNAPS)以及新污染源性能標準(NSPS)等，這些標準控制了污染物排放，而且愈來愈趨于嚴格，例如對電站，本世紀初美國的排放標準是0. 6lb/10^6Btu. 1971年的NSPS規(guī)定為0.116/10^6Btu，而1978年的NSPS進一步降低到0. 031b/Btu，僅為本世紀初的1/20。
在德國，規(guī)定各種工業(yè)污染物的排放標準為50mg/m^3，不久前公布的17B1mSchV標準中規(guī)定日平均濃度為l0mg/m^3, 1/2小時的平均濃度為30mg/m^3。
由于采用了嚴格的排放標準，德國粉塵排放量自60年代以來逐步降低，三十年來約降低了65%，并有進一步的降低趨勢，而環(huán)境中總懸浮物(TSP)濃度也降低了約65%。
日本對于通常的燃煤電廠煙氣凈化系統(tǒng)要求其出口粉塵排放濃度小于30mg/Nm^3，而在大城市附近的燃煤電廠，其要求與燃油電廠相似，要求低于10mg/Nm^3。
從以上可以看出，依照發(fā)達國家的排放標準，煙囪上已經(jīng)看不見煙塵。
我國自1973年第一次公布13種物質的試行排放標準以來，各個工業(yè)部門都相繼制定了本行業(yè)的粉塵排放標準。例如，工業(yè)鍋爐的排放標準是按照大氣環(huán)境標準的一、二、三類地區(qū)來確定的，1983年的標準(GB3841- 83)分別為200, 400, 600mg/Nm^3, 1992年公布的標準(GB13271一91)對于1992年8月1日前安裝的分別為200, 300, 400mg/Nm^3，而8月1日以后安裝的則分別為100,250, 350mg/Nm^3，同時對SO2的排放濃度也提出了要求。顯然要達到新標準就需要采用更高效率的除塵設備。
（2）著眼于對人體特別有害的粉塵
細小的粉塵對人體危害較粗顆粒為大，因此從70年代以來各國都著重于研究微細粉塵(通常稱為微粒)的控制技術，并提出了許多相應的技術措施。在美國1992年潔凈空氣法中明確提出對小于lO微米的粉塵(PM10)進行分類。其達標區(qū)與非達標區(qū)是按PM10劃分的。在非達標區(qū)內(nèi)，中等程度的要求在1994年底前達標，再嚴重的要求在2001年底達標。
毒性粉塵對人體危害最大，1990年前NESHAPS僅對7種有毒污物染規(guī)定了標準，其中包括:汞、被、石棉、砷等。但在1990的潔凈空氣法中提出了189種有毒污染物(其中許多是固態(tài)粉塵)，涉及到許多工業(yè)部門，例如燃煤鍋爐的排放物中就有37種之多。1988年美國這些有毒污染物排放的總量超過24億磅。
目前對這些毒物尚未制定標準，潔凈空氣法要求分期分批在10年內(nèi)完成對這些毒物的標準制定工作，而在未制定前要求降低90%，對粉塵要求降低96% 。
德國對某些毒物制定了標準，1986年的TA一Lnft標準規(guī)定第I級的毒物:Hg, Cd,Ti的總量要小于0.2mg/m^3，第I級Ag,Co, Ni, Se, T。的總量要小于1. Omg/m3，第.級Pb, Sb, Cr,Co,Cu,Mn,V,Sn的總量要小于5mg/m'，但是新近頒布的標準17BLmSch V有所提高，規(guī)定Cd,Ti總量小于0. 05mg/m';Sb,As,小于0. 5mg/m3，并且對DioXius及呋喃的總量規(guī)定為0. OOOOOO1mg/m'。
我國的衛(wèi)生標準對工作區(qū)內(nèi)不同毒性的粉塵有著不同的標準，但是在排放標準中尚未得到反映，只是根據(jù)不同工業(yè)、不同工藝規(guī)定了具體的排放標準。
（3）除塵設備的市場不斷擴大
據(jù)美國R. W. Meilvaine報道，1992年全世界的電除塵器及袋式除塵器的市場如表所示。
1992年除塵器的市場(百萬美圓)
美國歐洲/非洲 亞洲 總計
電除塵器 600 6001200 2400
袋式除塵器 800 700700 2200
合計 1400 1300 1900 4600
這兩類除塵器的銷售總和為46億美元。兩者的市場相差不大。但是電除塵器在亞洲的市場遠遠大于美國和歐洲，而袋式除塵器則在美國占首位。
美國1993年粉塵控制設備的市場為1.53X 10^9，美元，略高于氣體處理設備1.456X10^9美元，其中的一個原因是電廠的煙氣脫硫設備減少。在空氣污染控制設備中，電站占第一位，其次是化工，造紙占第3位，石油精煉占第4位，再其次是冶金、水泥、礦山等。
我國的除塵設備自80年代以來也得到很大發(fā)展，全國生產(chǎn)各類除塵設備的制造廠約900多家，發(fā)展較快的是電除塵器和袋式除塵器。以電除塵器為例，70年代我們只有1-2個廠生產(chǎn)電除塵器，而目前電除塵器的生產(chǎn)廠已達136個，其中年產(chǎn)值超干萬元的20多家。全行業(yè)產(chǎn)值近10億元。到1992年為止已制造電除塵器2800余臺，特別在電力工業(yè)中1979年全國僅18臺電除塵器，占火電廠鍋爐容量的4.8%,而到1989年10年間發(fā)展到165臺，占29. 96 0 o，目前在200MW及以上的大型發(fā)電機組已經(jīng)全部采用高效電除塵器。
（4）結合氣體凈化設備發(fā)展除塵設備
由于對環(huán)境要求的提高，對有害氣體如SO,, NO:等也要求控制。在國外發(fā)展較快的一種形式是在噴霧吸收有害氣體的同時，用電除塵器或袋式除塵器回收其中的固體顆粒，這樣除塵設備成為氣體凈化系統(tǒng)中的重要組成之一。
近年來，意大利、日本以及我國的許多單位，都在開展用脈沖供電的電除塵器來同時清除煙氣中的so，并取得了較好的效果。
（5）發(fā)展高效除塵器
由于各國排放標準日趨提高，特別是對微?？刂频囊笤絹碓絿溃率垢咝С龎m設備得到特別迅速的發(fā)展，同時也促進了高效除塵器的研究和開發(fā)，其中最為突出的是電除塵器和袋式除塵器。
在發(fā)展高效除塵器的同時，也出現(xiàn)了多種用不同機理組合的除塵設備，如電一袋式除塵器等，但此類除塵器無論在國內(nèi)還是國外都沒有得到大量應用。
1.3 焊煙凈化器的分類
根據(jù)工作原理的不同，焊煙凈化器可分為靜電式焊煙凈化器和機械式焊煙凈化器。
根據(jù)安裝方式的不同，焊煙凈化器可分為臥式焊煙凈化器和移動式焊煙凈化器。
根據(jù)吸氣臂的數(shù)量，焊煙凈化器可分為單臂焊煙凈化器和雙臂焊煙凈化器。
焊煙凈化器的焊煙凈化器的清灰方式有手動清灰和脈沖自動清灰，比較方便工人作業(yè)。
第二章 焊煙凈化設備原理方案擬定
2.1 除塵原理
含塵氣體進入除塵器灰斗后，由于氣流斷面突然擴大及氣流分布板作用，氣流中一部分粗大顆粒在動和慣性力作用下沉降在灰斗；粒度細、密度小的塵粒進入濾塵室后，通過布朗擴散和篩濾等組合效應，使粉塵沉積在濾料表面上，凈化后的氣體進入凈氣室由排氣管經(jīng)風機排出。
隨著濾袋表面粉塵不斷增加，除塵器進出口壓差也隨之上升。當除塵器阻力達到設定值時，控制系統(tǒng)發(fā)出清灰指令，清灰系統(tǒng)開始工作。首先電磁閥接到信號后立即開啟，使小膜片上部氣室的壓縮空氣被排放，由于小膜片兩端受力的改變，使被小膜片關閉的排氣通道開啟，大膜片上部氣室的壓縮空氣由此通道排出，大膜片兩端受力改變，使大膜片動作，將關閉的輸出口打開，氣包內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)由輸出管和噴吹管噴入袋內(nèi)，實現(xiàn)清灰。當控制信號停止后，電磁閥關閉，小膜片、大膜片相繼復位，噴吹停止。
圖2-1 除塵原理
2.2 過濾器材的選擇
目前市面主要的過濾器材有濾袋式過濾器和濾筒式過濾器：
圖1 濾筒式過濾器和濾袋式過濾器
（1）濾料對比
濾袋濾料：是三維網(wǎng)狀滌綸針刺氈。延伸率達20%，主要靠纖維纖度阻當粉塵，建立一次粉餅層后提高過濾精度，隨著清灰脈沖氣流使三維壯結構松弛，粉塵易進入濾料內(nèi)部。濾料與粉塵易吸潮。濾料厚度為2.5毫米。實際為深層過濾。
濾筒濾料：用細紗連續(xù)長纖維紡粘聚酯熱軋無紡布做基布，涂覆高分子微孔塑料燒結膜，延伸率達0.5-2%，主要依靠濾料表面的微孔膜來阻擋粉塵顆粒進入濾料的內(nèi)部。燒結膜濾料具有防水性能布易吸潮。濾料厚度為0.5毫米。起到表面過濾。
（2）過濾元件結構對比
濾袋結構：圓柱形濾料展開是平面的，為實際面積。列如直徑150mm*2000mm的面積是1平方。濾袋形狀有圓袋和扁袋，安裝時需要另加籠架支撐，安裝更換麻煩。
濾筒結構：圓柱形濾料展開是波浪型。（類似汽車濾芯，濾料硬挺可打摺波紋狀，增加過濾面積）實際面積大。列如：150mm*2000mm的過濾面積是4—5平方，是濾袋面積的4—5倍，濾筒形狀有園柱型和方型。
安裝時不需要另加籠架，安裝更換方便。
（3）清灰與過濾精度及阻力
濾袋除塵：以往的濾袋除塵器過濾風速設計的偏高，在1.5—2.5m/min，有于迎面速度過高粉塵極易進入濾料內(nèi)部，造成清灰困難，阻力高常在1200Pa—2000 Pa 濾速高阻力大，且濾料松弛易造成濾料透粉，排放超標。特別在含濕糊袋的工況超速高阻力易造成濾袋破損。一般過濾精度大于5微米99.9%。
濾筒除塵：濾筒式除塵器過濾風速常設計在0.85 m/min以下（根據(jù)粉塵的細度定）。迎面風速低、表面的高分子燒結膜、延伸率低。在清灰時粉塵難以進入濾料內(nèi)部，清灰頻率低，阻力上升的慢。阻力常在800-900Pa.。過濾精度大于1微米99.9%。
（4）除塵器的鋼耗與占地對比
濾袋除塵：由于單個濾袋過濾面積小使袋式除塵器殼體外形大，每平方濾料耗鋼量在20.5公斤。
濾筒除塵：由于單個濾筒的過濾面積大，使得濾筒式除塵器殼體外形較小，每平方濾料耗鋼量在8.5公斤。耗鋼量是濾袋除塵器的35—40%。占地面積是濾袋除塵器的60%。有于小的鋼耗節(jié)約了制造周期和安裝周期，獲得了低的制造成本，投資是濾袋式除塵器的80—85%。給除塵器使用企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)場地的空間。使除塵器使用企業(yè)獲得了更大的利益。
綜合以上比較，本設計所設計的焊煙凈化設備要求能移動，因此，要求結構更緊湊，重量更輕；因此，采用濾筒式過濾器材更合理。
第三章 動力設計與計算
?3.1 過濾風速及過濾面積計算
本焊煙凈化設備處理風量:18立方/min
根據(jù)已知條件選擇過濾風速
一般的過濾風速的選擇范圍是在0.8~1.5m/min
此時根據(jù)除塵設備大小和濾帶選擇風速,本設計選擇的是1m /min
根據(jù)過濾風速和處理風量計算過濾面積
公式為：S=Q/V
V---------過濾風速
S---------過濾面積
Q---------處理風量
計算后得S=Q/V=10/1=18平方米
3.2 濾筒個數(shù)計算
濾筒的過濾面積的選擇濾筒過濾面積是指濾筒上濾材展開的有效面積。當我們把濾筒垂直布置時，濾筒越高對節(jié)約整體成本越有利。但濾筒過高，清灰會較困難，目前國際上一般最長的濾筒也是2米。如果除塵器進口粉塵濃度越高，濾材折疊數(shù)可選少一點，折寬選淺一點，即過濾面積少一點，這樣更有利于清灰。對于濾筒式除塵器過濾風速一般為0.6～1.8m/min。最理想的過濾風速為0.9m/min。當粉塵濃度較高時，可以考慮選擇較低的過濾風速，降低了過濾風速有利于提高除塵器的過濾效率，延長濾筒使用壽命，降低工作阻力，改善通風性能。但除塵器造價有所提高，但在有些特殊情況下，濾筒除塵器的過濾風速也可選到3m/min以上。
濾筒有效過濾面積計算公式：
A=L×2×N×M
A-過濾面積m2
L-濾材褶皺寬度m
N-濾材褶皺數(shù)量（個）
M-濾筒高度m
本次設計所選濾筒規(guī)格為為：350mm/250mm/660mm的濾筒，褶皺寬度為：0.04m，褶皺數(shù)為170個，N-濾材褶皺數(shù)量為2個
A=0.04×2×170×0.66=8.97M2
?所需濾筒個數(shù) K=S/A=18/8.97=2.0 取為2個。
3.3 氣流上升速度
??? 在除塵器內(nèi)部,濾袋低端含塵氣體能夠上升的實際速度,就是氣流上升速度。氣流上升速度的大小對濾袋被過濾的含塵氣體磨損及因脈沖清灰而脫離濾袋的粉塵隨氣流重新返回除塵布袋表面有重要影響。氣流上升速度是除塵器內(nèi)煙氣不應超過的最大速度,達到和超過這個速度,煙氣中的顆粒物就會磨壞濾筒或帶走粉塵,甚至導致設備運行阻力偏大。
除塵器氣流上升速度按下式計算:
?????????? Vk = Sa?Vc/S
? 式中 Vk———除塵器氣流上升速度,m/min;
???????? ?Sa———濾筒過濾面積,m2;
????????? Vc———過濾速度,m/min;
????????? S ———濾筒口的截面積,m2。
計算
Vk = Sa?Vc/S
=18×1/0.08
=112s/min