文丘里濕式除塵器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王武強(qiáng)

（保定維爾鑄造機(jī)械股份有限公司，河北保定 071000）

隨著現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)展，粉塵傷害在絕大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域都或多或少的存在。鑄造車間經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生附帶高溫的煙氣粉塵；拋丸清理車間經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生高濃度的金屬粉塵。粉塵不僅對(duì)生產(chǎn)環(huán)境有所影響，更對(duì)人體健康造成重大傷害。高濃度的粉塵，不僅會(huì)導(dǎo)致塵肺病的發(fā)生，更可怕的是，某些金屬粉塵達(dá)到一定濃度后，遇火發(fā)生爆炸事件。所以，工廠一般使用除塵器來(lái)消除工業(yè)粉塵的危害。工廠中經(jīng)常使用的除塵器為干式除塵器，比如布袋式除塵器、濾筒式除塵器。此類除塵器除塵效率高，但是遇到高溫、腐蝕、易燃爆之類的粉塵，普通布袋或者濾筒就不好處理。相對(duì)來(lái)說，濕式除塵器的優(yōu)勢(shì)就一目了然。

1 文丘里濕式除塵器的介紹

濕式除塵器主要分為水浴除塵器、噴淋塔類除塵器、文丘里除塵器等。水浴除塵器與噴淋塔可以處理高溫、易燃爆的粉塵，但是除塵效率較低。文丘里濕式除塵器占地較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、后期維護(hù)成本低。因此，對(duì)文丘里濕式除塵器的研究與開發(fā)，推廣文丘里除塵器的使用勢(shì)在必行。

文丘里效應(yīng)，也稱文氏效應(yīng)。這種現(xiàn)象以其發(fā)現(xiàn)者意大利物理學(xué)家文丘里（G．B．Venturi．1746～1822）命名。該效應(yīng)表現(xiàn)在流體在通過縮小的過流截面時(shí)，出現(xiàn)流速增大的現(xiàn)象，其流速與過流斷面成反比。通俗地講，這種效應(yīng)指在高速流動(dòng)的流體附近會(huì)產(chǎn)生低壓，從而產(chǎn)生吸附作用。

文丘里濕式除塵器就是利用了文丘里效應(yīng)，它是一種高效除塵器，常用于高溫?zé)煔饨禍睾统龎m，也可用于高濃度金屬粉塵的去除與有價(jià)值金屬材料的回收。如圖1所示，它主要由文丘里段、離心脫水筒、底部水箱、刮板輸送機(jī)和風(fēng)機(jī)組成。

圖1 文丘里濕式除塵器1—文丘里段2—離心脫水筒3—底部水箱4—刮板輸送機(jī)5—風(fēng)機(jī)

圖2 文丘里段結(jié)構(gòu)1—收縮段2—供水管3—喉管段4—擴(kuò)張段5—調(diào)整抽板

文丘里段作為整個(gè)文丘里濕式除塵器的關(guān)鍵部分，承擔(dān)了絕大部分的含塵氣體與霧化水滴混合的任務(wù)。文丘里段的結(jié)構(gòu)如圖2所示，分為收縮段、供水管、喉管段、擴(kuò)張段和調(diào)整抽板。

水由水泵輸送至文丘里供水管入口，再由供水管內(nèi)圓孔分配至各處，保證各噴水處噴水量均勻。此時(shí)水泵的水量可根據(jù)液氣比來(lái)計(jì)算，選取合適的水泵來(lái)保證文丘里段有充足的水量進(jìn)行除塵過程。含塵氣體以（15～20）m/s的速度進(jìn)入文丘里收縮段，在喉管段通過最小面積的截面，風(fēng)速可達(dá)到（40～120）m/s，就在此處，粉塵與已經(jīng)霧化的水滴相互碰撞，完成捕捉粉塵過程。處理過的氣體，經(jīng)過擴(kuò)張段，再以（15～20）m/s的風(fēng)速進(jìn)入離心脫水筒。通過文丘里段的含塵氣體形成混合物（干凈氣體、含塵液滴、含塵污水），一起通過彎脖管，進(jìn)入離心脫水筒。離心脫水筒采用下部進(jìn)風(fēng)、上部出風(fēng)的形式，含塵污水直接從離心脫水筒錐段流入底部水箱。離心脫水筒的進(jìn)口風(fēng)管采用漸開線進(jìn)口形式，內(nèi)部安裝有切向?qū)Я靼?，絕大部分含塵液滴在筒內(nèi)做離心運(yùn)動(dòng)時(shí)接觸到筒壁后會(huì)黏在筒內(nèi)，干凈氣體由風(fēng)機(jī)排出除塵器外部，這樣的設(shè)計(jì)可以使干凈氣體和含塵液滴在離心脫水筒內(nèi)分離地更加完整。含塵污水進(jìn)入底部水箱沉淀形成淤泥，由連續(xù)刮板輸送機(jī)緩慢地將淤泥排出，排出后的淤泥和少量污水由轉(zhuǎn)運(yùn)小車承載，收集后統(tǒng)一處理。在離心脫水筒出風(fēng)口處安裝有穩(wěn)流筒，穩(wěn)流筒焊接有六片彎曲葉片，保證進(jìn)入風(fēng)機(jī)的氣體穩(wěn)定且干燥。文丘里濕式除塵器的底部水箱內(nèi)的水位控制由自動(dòng)補(bǔ)水裝置和水位檢測(cè)機(jī)構(gòu)組成。自動(dòng)補(bǔ)水裝置含有先導(dǎo)二通閥和手動(dòng)補(bǔ)水閥，平時(shí)工作時(shí)使用先導(dǎo)二通閥，檢修時(shí)使用手動(dòng)補(bǔ)水閥。水位檢測(cè)機(jī)構(gòu)含有浮球和高位、低位檢測(cè)開關(guān)，以保證除塵器的水位恒定，從而保證除塵器的穩(wěn)定使用。若在較寒冷的區(qū)域使用，文丘里濕式除塵器可選配加熱裝置，以保證在此區(qū)域內(nèi)的正常使用。對(duì)于0.5～5μm的塵粒，文丘里濕式除塵器的除塵效率可達(dá)到99%以上。

2 文丘里濕式除塵器的設(shè)計(jì)

我們可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程中制作的一臺(tái)文丘里濕式除塵器來(lái)說明文丘里段的設(shè)計(jì)過程。用戶拋丸設(shè)備處理工件為淬油后的鍛造齒輪，原有除塵器為濾筒式除塵器，曾經(jīng)發(fā)生過數(shù)次除塵器濾筒著火現(xiàn)象，現(xiàn)要求將現(xiàn)有濾筒式除塵器更換為一臺(tái)處理風(fēng)量Q=8000m3/h的濕式除塵器，選定所配套的除塵器為文丘里濕式除塵器。

根據(jù)Q=8000m3/h的風(fēng)量，可以根據(jù)離心脫水筒的入口尺寸來(lái)確定文丘里段入口與出口的尺寸。我們?cè)O(shè)定離心脫水筒的入口高寬比h/b為1.8，根據(jù)離心脫水筒入口風(fēng)速為v=18m/s，可以得出此文丘里段出口長(zhǎng)與寬分別為450mm和250mm。文丘里段的收縮段和擴(kuò)張段在入口風(fēng)速與出口風(fēng)速要求相近，取v=18m/s，其入口與出口的尺寸相同。根據(jù)相關(guān)除塵資料，收縮段和擴(kuò)張段的夾角分別取28°和7°，由此確定收縮段和擴(kuò)張段的高度分別為230mm和700mm。

喉管段作為文丘里段的關(guān)鍵部分，通過風(fēng)速取60m/s，可計(jì)算出喉管段的面積。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，喉管部分設(shè)計(jì)成通過面積大小可調(diào)節(jié)的抽拉結(jié)構(gòu)。這樣，通過調(diào)節(jié)喉管面積，安調(diào)人員可直觀觀察到濕式除塵器除塵效果的好壞，并方便調(diào)節(jié)。調(diào)試至合適狀態(tài)后，將固定螺釘頂緊抽拉調(diào)節(jié)板。

離心脫水筒可參考旋風(fēng)除塵器形式，取進(jìn)入離心脫水筒入口的風(fēng)速v=18m/s，得到脫水筒矩形入口的寬與高，可得到脫水筒的直徑d約為1000mm。參考旋風(fēng)除塵器的參數(shù)，可得到離心脫水筒的其他尺寸。

此時(shí)，可選配一臺(tái)合適的風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)風(fēng)量約為8000m3/h，根據(jù)計(jì)算風(fēng)壓約為4500Pa，用變頻器來(lái)控制風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、流量。通過測(cè)試文丘里段的壓力損失判斷其除塵效果，如表1所示?？傻贸鑫那鹄锒蔚膲毫p失越高，除塵效率越高，除塵器使用效果越好。

表1 變頻器參數(shù)對(duì)除塵效果的影響

此臺(tái)濕式除塵器使用至今，除塵效果良好，后期維護(hù)成本較低，無(wú)著火等安全隱患，在用戶工廠得到了推廣。

3 結(jié)語(yǔ)

在“安全生產(chǎn)大于天”的生產(chǎn)環(huán)境下，濕式除塵器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本較低、操作簡(jiǎn)單方便、占地較小等優(yōu)勢(shì)，使得濕式除塵器得到了大力的推廣。