第四节　纺织除尘系统设计

一、纺织除尘系统的组成

图2-12是纺织除尘系统示意图。从图中可以看出，除尘系统是和纺织生产设备紧密相连的，该系统包括粉尘收集、过滤、分离等工艺。纺织除尘系统可分为三个组成部分，即管网、除尘设备和风机。

管网的作用是连接每一台纺织生产设备上的排尘口，把生产设备上排出或散发的纤维尘杂收集起来，由气力输送到除尘设备之中。除尘系统对管网的要求是：管网中的任何一根管道、任何一个部位都不允许积尘；管道内光滑、密封、干燥；凡是性能相同的纺织设备排尘口的吸风量和风压应该基本一致。

二、管网内空气流动的阻力

1—抓棉机　2—除铁杂装置　3—混棉机4—开棉机　5—多仓混棉机　6—开棉机7—双棉箱给棉机　8—单打手成卷机9—圆盘预过滤器　10—平板式过滤器11—主风机　12—吸尘风机13—纤维分离器　14—吸尘风机15—集尘器

管网内空气流动的阻力有两种，一种是由于空气本身的黏滞性及其与管壁间的摩擦而产生的沿程能量损失，称为摩擦阻力；另一种是空气流经风管中的管件及设备时，由于流速的大小和方向变化以及产生涡流造成比较集中的能量损失，称为局部阻力。

1.摩擦阻力　根据流体力学原理，空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩擦阻力（Pa）按下式计算：

式中：λ——摩擦阻力系数；

v——风管内空气的平均流速，m/s；

ρ——空气的密度，kg/m3；

l——风管长度，m；

Rs——风管的水力半径，m。

式中：f——管道中充满流体部分的横断面积，m2；

C——湿周，在除尘、空调系统中即为风管的周长，m。

圆形风管的摩擦阻力（Pa）计算公式为：

式中：D——圆形风管直径，m。

圆形风管单位长度的摩擦阻力称比摩阻（Pa/m）：

摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管管壁的粗糙度有关。在除尘系统中，风管的空气流动状态大多数属于紊流光滑区到粗糙区之间的过渡区。在紊流过渡区内目前广泛的采用的计算式为：

式中：K——风管内壁粗糙度，mm；

D——风管直径，mm。

风管内壁粗糙度K与管材有关。镀锌钢板K=0.10～0.18mm；塑料板K=0.01～0.05mm；玻璃K=0.01mm；光滑石棉水泥板K=0.10～0.20mm；水磨石K=0.133mm。

进行除尘管道设计时，为了避免烦琐的计算，可采用由式（2-9）和式（2-10）制成的线解图计算。只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，即可利用图2-13求得其余的两个参数。

图2-13是按圆形风管绘出的。为利用该图进行矩形风管计算，需先把矩形风管断面尺寸折算成相当的圆形风管直径，即折算成当量直径。再由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。

工程中常用流速当量直径计算。假设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，并且两者的单位长度摩擦阻力也相等，则该圆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，从式（2-7）可以看出，圆形风管和矩形风管的水力半径必须相等。

圆形风管的水力半径：

矩形风管的水力半径：

式中：a——矩形风管横截面的长，mm；

b——矩形风管截面的宽，mm。

当Rs′=Rs″时，有：

则

DV称为边长为a×b的矩形风管的流速当量直径。如果矩形风管内的流速与管径为DV的圆形风管内的流速相同，两者的单位长度摩擦阻力也相等。这样，可根据矩形风管的流速当量直径DV和实际流速v，由图2-13查得的Rm即为矩形风管的单位长度摩擦阻力。

2.局部阻力　当空气流过断面变化的管件（如各种变径管、风管进出口、阀门）、流向变化的管件（如弯头）和流量变化的管件（如三通、四通、排风口）都会产生局部阻力。在除尘系统中，局部阻力在系统中的总压力损失中占有很大的比例。因此，在风管的设计与制作时要特别注意减小局部阻力。

布置管道时，应尽量取直线，减少弯头。圆形风管弯头的曲率半径一般应大于（1～2）倍管径，如图2-14所示。三通、四通的连接方式也应注意，应该尽量地减小其夹角，如图2-15和图2-16所示。管道变径处要做成渐扩或渐缩形式，如图2-17所示。

三通内流速不同的两股气流汇合时的碰撞，以及气流速度改变时形成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。合流三通内直管的气流速度大于支管的气流速度时，会发生直管气流引射支管气流的现象，即流通大的直管气流失去能量，流速小的支管气流得到能量。因而支管的局部阻力有时出现负值。同理，直管的局部阻力有时也会出现负值。但是，不可能同时为负值。必须指出，引射过程会有能量损失，为了减小三通的局部阻力，应避免出现引射现象。

局部阻力z（Pa）可按下式计算：

式中：ζ——局部阻力系数。

局部阻力系数一般用实验方法确定。除尘系统中常见管件的局部阻力系数可以从有关的资料中查到。计算局部阻力时，必须注意ζ值所对应的气流速度。

三、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，有助于更好地解决除尘系统的设计和运行管理问题。图2-18示出了风管系统中的压力分布情况。

从图2-18可看出空气在管内的流动规律为：

①风机的风压pf等于风机进、出口的全压差，或者说等于风管的阻力及出口动压损失之和，即等于风管总阻力。可用下式表示：

②风机吸入段的全压和静压均为负值，在风机入口处负压最大；风机压出段的全压和静压一般情况下均是正值，在风机出口正压最大。因此，风管连接处不严密，会有空气漏入或逸出，以致影响风量分配或造成粉尘和有害气体向外泄漏。

③各并联支管的阻力总是相等。如果设计时各支管阻力不相等，在实际运行时，各支管会按其阻力特性自动平衡，同时改变预定的风量分配。

④压出段上断面9的静压出现负值是由于断面9处收缩得很小，使流速大大增加，当动压大于全压时，该处的静压出现负值。若在断面9处开孔，将会吸入空气而不是压出空气。

四、除尘管道的阻力计算

除尘管道的阻力计算是在系统和设备布置、风管材料、各送排风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。其主要任务是，确定各管段的管径和阻力，以保证系统内达到要求的风量分配。然后选定风机的型号。或者在风机的风量、风压已经确定的情况下，确定风管的管径。

常用的风管阻力计算方法是假定流速法。假定流速法的特点是，先按技术经济要求选定风管的流速，再根据风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力。

假定流速法的计算步骤和方法如下。

①绘制除尘风管系统轴测图，对各管段进行编号，标注长度和风量。管段长度一般按两管件间中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。

②确定合理的管内输送流速。对于输送含有尘杂的除尘管道，粉尘在管道内的输送速度vs必须大于粉尘的自由沉降速度vc。因而这种输送速度与物料性质有关。不同性质的物料，自由沉降速度不同。根据实验资料得到的纺织杂质的自由沉降速度见表2-5。

表2-5　纺织杂质的自由沉降速度vc

输送速度与还与料气比有关。料气比不同时，输送速度的选择也应有所不同。料气比大，表示空气中物料浓度大，则物料与管壁之间的相互摩擦、黏附现象增多，物料间相互碰撞增多，故输送速度应增大。在纺织厂由于物料轻而蓬松，故料气比较小，通常输送棉花、羊毛时的料气比为0.2～0.5。纺织厂目前所采用的实际输送速度vs的经验值列于表2-6。

表2-6　输送速度vs的经验值

一般在纺织工厂中常用的输送速度vs值为，棉花10～14（m/s）；羊毛12～15（m/s）；麻12～16（m/s）；落棉13～14（m/s）；破籽14～16（m/s）；棉尘8～12（m/s）。

③根据各风管的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力和局部阻力。风管断面尺寸确定后，应按管内实际流速计算阻力。阻力计算应从最不利环路（即阻力最大的环路）开始。

④并联管路的阻力平衡。为了保证各送、排风点达到预期的风量，两并联支管的阻力必须保持平衡。对除尘管网系统，两支管的阻力差应不超过10%。若超过上述规定，可采用调整支管管径的方法使其阻力平衡。调整后的管径按下式计算

式中：D——调整前的管径，mm；

D′——调整后的管径，mm；

Δp——调整前的支管阻力，Pa；

Δp′——调整后的支管阻力，Pa。

⑤计算除尘系统的总阻力。整个除尘管网的各串、并联支管的相关连接形式确定后，计算得出总阻力和总风量，供选配除尘风机时采用。

⑥选配除尘系统的风机。根据除尘系统的总阻力和总风量，选择风机。然后，校核此选配的风机实际工作点是否满足设计要求。

思考题

1.纺织粉尘有哪些特性？描述纺织粉尘的物理参数有哪些？

2.纺织粉尘燃爆必备的基本条件有哪些？如何防止纺织车间发生燃爆？

3.如何计算纺织除尘设备的效率？

4.机组化二级除尘设备是如何工作的？

5.板式除尘器有哪些主要部件？板式除尘器采用的滤料有什么特点？

6.何谓风管的流速当量直径？空气在管网内流动的阻力是如何产生的？

7.如何确定风管里的空气流速？

8.纺织除尘系统设计的步骤和内容有哪些？纺织除尘系统水力计算的主要任务是什么？