75 t熔鋁爐除塵器集氣罩排風量計算

發布日期：2023-07-30 　瀏覽次數：3084

集(ji)氣罩是氣體凈化系(xi)(xi)統的(de)重要(yao)組成部(bu)分，用于收集(ji)粉塵及污染(ran)氣體并將其導人通風(feng)、凈化系(xi)(xi)統，防止(zhi)污染(ran)物向生產車(che)間及大氣擴散。集(ji)氣罩性能的(de)好壞對整個(ge)通風(feng)、凈化系(xi)(xi)統的(de)效(xiao)(xiao)能及運行(xing)成本影響很大。設(she)計(ji)合理的(de)集(ji)氣罩可使系(xi)(xi)統以較(jiao)小的(de)排風(feng)量獲得最(zui)佳(jia)的(de)控(kong)制(zhi)效(xiao)(xiao)果。在控(kong)制(zhi)效(xiao)(xiao)果相同的(de)前(qian)提下，排風(feng)量越(yue)大，則整個(ge)凈化系(xi)(xi)統越(yue)龐大，設(she)備投資、占地面積及運行(xing)費用也(ye)越(yue)大。因此，集(ji)氣罩在凈化系(xi)(xi)統設(she)計(ji)中占有非常重要(yao)的(de)位(wei)置。

鋁(lv)(lv)熔煉爐側爐口集氣罩(zhao)的排風量，大多按(an)照(zhao)《供暖通(tong)風設計(ji)手冊》川(以下簡稱《手冊)))中的傘形罩(zhao)排風量公式(shi)計(ji)算(suan)。近年來，隨(sui)著我國鋁(lv)(lv)工業的迅猛發

展，很多企業開始采用大噸(dun)位的熔(rong)煉爐(lu)及保溫爐(lu)，原來(lai)的手(shou)工加料和扒渣作業已(yi)無法適應(ying)工藝要求，基(ji)本(ben)被(bei)機械操(cao)作所替代，爐(lu)口(kou)(kou)(kou)尺寸越來(lai)越大。在實際(ji)應(ying)用中發現(xian)《手(shou)冊》中的排風量(liang)計(ji)算公(gong)式不適合于寬大爐(lu)口(kou)(kou)(kou)集氣罩(zhao)，筆者針對這種情況，在設計(ji)}s噸(dun)矩形熔(rong)爐(lu)口(kou)(kou)(kou)集氣罩(zhao)時(shi)對排風量(liang)的計(ji)算方法進(jin)行了一(yi)些(xie)修改。

1 75 t燃氣熔鋁爐主(zhu)要參數

爐子(zi)型式:固定式矩形爐;

原料:80%電(dian)解原鋁液+20%固(gu)體料;

爐(lu)子容量:7s t;

爐(lu)膛工作溫度:‘i iso℃;

鋁液出爐溫度:700一760℃;

熔化期熔化速率:8 t/h;

燃料(liao):天然(ran)氣;

燃(ran)料低發(fa)熱(re)值(zhi):4. 18 x 8 096 kJ/ m';

燃料最大耗(hao)量(liang):620 m'/h;

燒嘴形式:LNOX蓄(xu)熱式燒嘴2個;

電氣控制(zhi)(zhi)系(xi)紛(fen):采用PLC自(zi)動控制(zhi)(zhi)，爐膛壓力(li)自(zi)動控制(zhi)(zhi)，爐壓控制(zhi)(zhi)范圍(wei)*100 Pa，控制(zhi)(zhi)精度土(tu)20 Pa(不包括換向時爐壓波動);

空氣過剩系數(shu):1.05一1.15;

主煙(yan)道煙(yan)氣排放溫度:‘250℃;

熔化期單位(wei)能(neng)耗:,75 m'/t鋁(lv);

  爐(lu)門尺寸(cun):10.5 m(寬)x1.5 m(高);

加料扒渣方式:加料扒渣車;

車間環境溫度:27℃。

2爐(lu)口(kou)集氣罩(zhao)排風(feng)量計算方(fang)法

鋁熔(rong)煉爐(lu)側(ce)爐(lu)口集氣(qi)罩排(pai)風(feng)量，通常采用《供暖通風(feng)設計手冊》中的有關公式進行計算，簡述如(ru)下。

以上各式(shi)中p,為爐口的流(liu)量系數，取o.7s;o尸為爐

內余(yu)壓，取100 Pa;p為(wei)煙(yan)(yan)氣密度(du)(du)(du)，當煙(yan)(yan)氣溫(wen)度(du)(du)(du)取爐(lu)(lu)膛溫(wen)度(du)(du)(du)時}P二(er)1. 293 x 273/( T + 273)二(er)0. 248 kg/m' ; do為(wei)爐(lu)(lu)口(kou)當量(liang)直徑，d。二(er)2abl( a + b ) , a二(er)10. s m,b二(er)1.s m(分別為(wei)爐(lu)(lu)口(kou)的(de)寬度(du)(du)(du)和(he)高(gao)度(du)(du)(du));a為(wei)氣流紊流系數，取o.l;y=y/do,y為(wei)排風(feng)罩(zhao)口(kou)至(zhi)爐(lu)(lu)口(kou)軸線的(de)距離，y二(er)b +0. 12s m(按(an)工藝(yi)要求(qiu)定);Ar為(wei)阿(a)基米德數;g

=9. 81 m/sZ，重力加速度;To為(wei)爐(lu)內絕對溫度/K; T}為(wei)周圍空氣絕對溫度/K;。為(wei)由爐(lu)口(kou)噴出(chu)的煙氣速度/m"s-';bo=b/2,b為(wei)爐(lu)口(kou)的高度/m}

利用上(shang)述(shu)公式和數據計算出(chu)75 t鋁熔煉爐集氣(qi)(qi)(qi)罩最小伸出(chu)長度(du)l二二+b, = 8. 98 m ;爐口排出(chu)的(de)起始煙氣(qi)(qi)(qi)量L=a}b}v=1 149 984 m'/h，當煙氣(qi)(qi)(qi)溫度(du)T=1 150℃時，煙氣(qi)(qi)(qi)的(de)質量為(wei)Ge = pL = 285 265 kg/h o 為(wei)避免集氣(qi)(qi)(qi)罩過(guo)熱，必須(xu)吸入(ru)周(zhou)圍空氣(qi)(qi)(qi)，使溫度(du)降低到250 }C o假定空氣(qi)(qi)(qi)溫度(du)為(wei)27℃，混人的(de)空氣(qi)(qi)(qi)

量Ge =1 151 293 kg/h。因此，集(ji)氣罩總風(feng)量為(wei)Go=GB + G} = 1 436 558 kg/h = 212 8451 m'/h，罩口平(ping)均風(feng)速。，= 6. 4 m/s o

當空氣(qi)過剩系數。=I時}2} , 1 m，天(tian)然氣(qi)燃(ran)燒產生(sheng)的(de)煙氣(qi)量(liang)為(wei)10.5 m'。熔煉爐燃(ran)料(天(tian)然氣(qi))最大(da)耗(hao)量(liang)為(wei)620 m'/h，所產生(sheng)的(de)最大(da)煙氣(qi)量(liang)為(wei)L = 6 510

m'/ho 從以上計(ji)(ji)算(suan)結(jie)果可以看出(chu)(chu)，按《手冊》計(ji)(ji)算(suan)出(chu)(chu)的(de)(de)爐口集氣罩(zhao)的(de)(de)煙氣排放量遠(yuan)遠(yuan)大于實(shi)際產生的(de)(de)煙氣量，計(ji)(ji)算(suan)結(jie)果嚴重失真。

3.1爐(lu)內余(yu)壓

爐內余(yu)壓是煙(yan)氣流(liu)出的動力。按照(zhao)上述計算，爐內余(yu)壓為(wei)100 Pa時，煙(yan)氣由(you)爐口(kou)噴出的速度為(wei)21. 3m/s;進人罩口(kou)時，射流(liu)軸線至爐壁的距離為(wei)6. 65 m,

爐(lu)(lu)口排出(chu)的(de)起始(shi)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)量(liang)(liang)為(wei)2 l28 451 m'/h，遠遠大(da)于(yu)(yu)熔煉時(shi)燃燒(shao)所產生的(de)最(zui)大(da)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)量(liang)(liang)6 510 m'/h，更何況(kuang)(kuang)爐(lu)(lu)門開(kai)啟時(shi)，燒(shao)嘴已停止(zhi)工作。即使(shi)將爐(lu)(lu)內(nei)余壓(ya)調整為(wei)0. 5 Pa，按上(shang)述公式(shi)計算的(de)爐(lu)(lu)口噴出(chu)速度達1.31 m/s,進人罩口時(shi)射流軸線至爐(lu)(lu)壁(bi)的(de)距離為(wei)0.88 m,爐(lu)(lu)口排出(chu)的(de)起始(shi)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)量(liang)(liang)為(wei)91 783 m'/h，也遠大(da)于(yu)(yu)燃料燃燒(shao)所產生的(de)最(zui)大(da)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)量(liang)(liang)。爐(lu)(lu)門開(kai)啟時(shi)，爐(lu)(lu)膛大(da)面積與大(da)氣(qi)(qi)相通，爐(lu)(lu)內(nei)壓(ya)力應接近于(yu)(yu)零(ling)。如(ru)將爐(lu)(lu)內(nei)壓(ya)力調為(wei)零(ling)，本計算方法也就失(shi)去前(qian)提，爐(lu)(lu)內(nei)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)也就失(shi)去動力，不會向(xiang)外流出(chu)，而實際情況(kuang)(kuang)是(shi)爐(lu)(lu)內(nei)煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)向(xiang)外流出(chu)。因此(ci)判斷(duan)，即使(shi)爐(lu)(lu)內(nei)余壓(ya)確定不當，最(zui)多(duo)也只(zhi)能分(fen)(fen)擔計算結果(guo)失(shi)真(zhen)的(de)部分(fen)(fen)原(yuan)因。

3. 2爐(lu)口當量直徑

筆者曾對寬大(da)爐(lu)口(kou)煙(yan)氣(爐(lu)內(nei)產生大(da)量(liang)黑(hei)煙(yan)時)進(jin)行(xing)了仔細觀察(cha)，發現煙(yan)氣確(que)實是(shi)由爐(lu)內(nei)向外流出，但并非滿(man)口(kou)流，僅(jin)占爐(lu)口(kou)高度的(de)1乃一1/2(上半部(bu))，

出流(liu)面(mian)積(ji)也(ye)僅占爐口(kou)面(mian)積(ji)的1/3一1/2。通過簡單的模擬試驗，發現爐口(kou)下(xia)半部不(bu)僅不(bu)向(xiang)外(wai)流(liu)出煙氣，爐外(wai)空(kong)氣反而(er)流(liu)向(xiang)爐內(nei)。因此判斷(duan)，按照(zhao)爐口(kou)當量直徑

計算出流面積必將導(dao)致計算結果失真。

3. 3爐(lu)口壓力分布

由以上分(fen)析聯想到熱壓作(zuo)用下車(che)間自然通風的(de)概念，爐門(men)開啟時的(de)爐膛就如同一個散熱強(qiang)度很大(da)的(de)側開大(da)窗的(de)車(che)間。在爐內煙(yan)氣產生量不很大(da)的(de)情況

下(xia)，爐(lu)口(kou)處壓力分(fen)布應如圖3所示(shi)。可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，空(kong)氣(qi)由爐(lu)口(kou)下(xia)半(ban)部(bu)(bu)流(liu)(liu)人爐(lu)膛，在爐(lu)內(nei)被(bei)加熱后隨同爐(lu)內(nei)產生的煙氣(qi)由爐(lu)口(kou)上半(ban)部(bu)(bu)流(liu)(liu)出(chu)，煙氣(qi)流(liu)(liu)動(dong)的動(dong)力并(bing)非爐(lu)

膛壓力，流(liu)出(chu)煙氣(qi)溫(wen)度(du)也不是爐(lu)膛溫(wen)度(du)，煙氣(qi)流(liu)出(chu)面積更不能按照爐(lu)口當量直徑來確定。如仍(reng)按照《手冊》所提(ti)供的(de)方法進行計算，就(jiu)必須(xu)調(diao)整爐(lu)內計算壓

力、煙(yan)氣(qi)(qi)溫度及(ji)煙(yan)氣(qi)(qi)流(liu)出(chu)面(mian)積，但(dan)爐內計算壓力和煙(yan)氣(qi)(qi)溫度無(wu)法確(que)定。

4計算方法的修正

根據距有(you)害物源距離(li)的不(bu)(bu)同，集(ji)氣(qi)罩可分為低(di)(di)懸罩和高懸罩，小(xiao)于1 m的為低(di)(di)懸罩，大(da)于1 m的為高懸罩。75 t熔鋁(lv)爐(lu)的2個相(xiang)向對稱的寬(kuan)大(da)爐(lu)門合流煙氣(qi)的流動規(gui)律(圖4)與低(di)(di)懸罩(圖5)相(xiang)似(除熱源位置不(bu)(bu)同外(wai))，因(yin)此(ci)實際設計時(shi)，筆者(zhe)改用(yong)《手冊》中低(di)(di)懸罩與爐(lu)口傘形罩相(xiang)結合的計算(suan)方法(fa)，罩寬(kuan)度(du)按爐(lu)門高度(du)考慮。

經計算，低懸罩的排風(feng)(feng)量(liang)(liang)為(wei)95 022 m'/h;罩口(kou)(kou)平均風(feng)(feng)速為(wei)1.357 8 m/so爐口(kou)(kou)傘形罩排風(feng)(feng)量(liang)(liang)為(wei)低懸罩排風(feng)(feng)量(liang)(liang)的一半，即單個爐口(kou)(kou)傘形罩的排風(feng)(feng)量(liang)(liang)為(wei)47 516

m'/ho 公式(shi)(5)沒(mei)有考慮爐(lu)膛(tang)排煙(yan)溫度(du)。煙(yan)氣(qi)溫度(du)，可以根據由(5)式(shi)計算出的(de)排風量，再(zai)按(an)(an)熱(re)壓(ya)的(de)計算公式(shi)計算空氣(qi)經爐(lu)膛(tang)后的(de)溫度(du)及(ji)產生的(de)熱(re)壓(ya)，最后按(an)(an)爐(lu)口傘形罩的(de)方法(fa)計算出流壓(ya)力及(ji)速度(du)等。注意(yi)，此時出流面積僅(jin)為(wei)爐(lu)口卜半部的(de)面積。

經計(ji)算，爐(lu)(lu)膛(tang)(tang)排氣溫度(du)(du)為(wei)503.6 K(230.6℃);爐(lu)(lu)膛(tang)(tang)排煙(yan)余壓△尸為(wei)1. 7 Pa;罩(zhao)口(kou)至(zhi)爐(lu)(lu)口(kou)軸線的距離(li)Y為(wei)0. 5 m;進人罩(zhao)口(kou)時射流(liu)軸線至(zhi)爐(lu)(lu)壁(bi)的距離(li)x為(wei)0. 93 m;煙(yan)氣由爐(lu)(lu)口(kou)噴(pen)出速度(du)(du)。為(wei)1. 68 m/s;罩(zhao)口(kou)最小伸出長度(du)(du)L為(wei)1. 52 m;考慮吸人周(zhou)圍空氣，罩(zhao)內(nei)煙(yan)氣溫度(du)(du)按爐(lu)(lu)膛(tang)(tang)排出溫度(du)(du)(攝(she)氏度(du)(du))的0. 8倍計(ji)，排煙(yan)罩(zhao)總(zong)風(feng)(feng)量43 035 kg/h(55 777 m'/h);罩(zhao)口(kou)平均風(feng)(feng)速:，為(wei)0. 9 m/s。筆者在實際工程設(she)計(ji)中按此(ci)計(ji)算結果選用設(she)備，實際使用效果良(liang)好。