《旋風除塵器》課程設計

1、 引言引言隨著人類社會的發(fā)展與進步，人們對生活質(zhì)量和自身的健康越來越重視，對空氣質(zhì)量也越來越關注。然而人們在生產(chǎn)和生活中，不斷的向大氣中排放各種各樣的污染物質(zhì)，使大氣遭到了嚴重的污染，有些地域環(huán)境質(zhì)量不斷惡化，甚至影響人類生存。在大氣污染物中粉塵的污染占重要部分，可吸入顆粒物過多的進入人體，會威脅人們的健康。所以防治粉塵污染、保護大氣環(huán)境是刻不容緩的重要任務 1。除塵器是大氣污染控制應用最多的設備，其設計制造是否優(yōu)良，應用維護是否得當直接影響投資費用、除塵效果、運行作業(yè)率。所以掌握除塵器工作機理，精心設計、制造和維護管理除塵器，對搞好環(huán)保工作具有重要作用2 。工業(yè)中目前常用的除塵器可分為：機械

2、式除塵器、電除塵器、袋式除塵器、濕式除塵器等。機械式除塵器包括重力沉降室、慣性除塵器、旋風除塵器等。 重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置，主要用于高效除塵的預除塵裝置， 除去大于40 m以上的粒子。慣性除塵器是借助塵粒本身的慣性力作用使其與氣流分離，主要用于凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵。旋風除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置，多用作小型燃煤鍋爐消煙除塵和多級除塵、預除塵的設備12 。本次設計為旋風除塵器設計，設計的目的在于設計出符合要求的能夠凈化指定環(huán)境空氣的除塵設備，為環(huán)保工作貢獻一份力量。設計時力求層次分明、圖文結(jié)合、內(nèi)容詳細。此設計主要

3、由筒體、錐體、進氣管、排氣管、排灰口的設計計算以及風機的選擇計算等組成，在獲得符合條件的性能的同時力求達到加工工藝簡單、經(jīng)濟美觀、維護方便等特點。旋風除塵器的除塵機理及性能 大氣課程設計 第一章旋風除塵器的除塵機理及性能旋風除塵器的基本工作原理旋風除塵器的結(jié)構(gòu)旋風除塵器的結(jié)構(gòu)如圖2-1 所示，當含塵氣體由進氣管進入旋風除塵器時，氣流將由直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)閳A周運動，旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分延器壁呈螺旋形向下，朝椎體流動。通常稱為外旋氣流，含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力，將重度大于氣體的塵粒甩向器壁。塵粒一旦與器壁接觸，便失去慣性力而靠入口速度的動量和向下的重力延壁面下落，進入排灰管。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流在到

4、達椎體時，因椎體形狀的收縮而向除塵器中心靠攏。根據(jù)“旋轉(zhuǎn)矩”不變原理，其切向速度不斷增加。當氣流到達椎體下端某一位置時，即以同樣的旋轉(zhuǎn)方向從旋風除塵器中部，由下反轉(zhuǎn)而上，繼續(xù)做螺旋運動，即內(nèi)旋氣流。最后凈化氣體經(jīng)排氣管排除旋風除塵器外，一部分未被捕集的塵粒也由此遺失。1 排氣管2頂蓋 3排灰管4圓錐體5圓筒體6進氣管1 1 旋風除塵器用途及壓力分布用途 ：旋風除塵器適用于各種機械加工，冶金建材，礦山采掘的粉塵粗、中級凈化。一般用于捕集5-15 微米以上的顆粒除塵效率可達80以上。機械五金、鑄造爐窖、家具木業(yè)、機械電子、化工涂料、冶金建材、礦山采掘等粉塵旋風分離、中央集塵凈化和原材料回收設備。旋

5、風除塵器內(nèi)的壓力分布一般旋風除塵器內(nèi)的壓力分布如圖2 2 所示。依據(jù)對旋風除塵器的工作原理、結(jié)構(gòu)形式、尺寸以及氣體的溫度、濕度和壓力等分析和試驗測試，其壓力損失的主要影響因素可歸納如下：（ 1）結(jié)構(gòu)形式的影響旋風除塵器的構(gòu)造形式相同或幾何圖形相似，則旋風除塵器的阻力系數(shù) 相同。若進口的流速相同，壓力損失基本不變。（ 2）進口風量的影響壓力損失與進口速度的平方成正比，因而進口風量較大時，壓力損失隨之增大。（ 3）除塵器尺寸的影響除塵器的尺寸對壓力損失影響較大，表現(xiàn)為進口面積增大，排氣管直徑減小，而壓力損失隨之增大，隨圓筒與椎體部分長度的增加而減小。（ 4）氣體密度變化的影響壓力損失隨氣體密度增大

6、而增大。由于氣體密度變化與T、 P 有關， 換句話說，壓力損失隨氣體溫度或壓力的增大而增大。（ 5）含塵氣體濃度的大小的影響試驗表明，含塵氣體濃度增高時，壓力損失隨之下降，這是由于旋轉(zhuǎn)氣流與塵粒之間的摩擦作用使旋轉(zhuǎn)速度降低所致。（ 6）除塵器內(nèi)部障礙物的影響旋風除塵器內(nèi)部的葉片、突起、和支撐物等障礙物能使氣流旋轉(zhuǎn)速度降低。但是，除塵器內(nèi)部粗糙卻使壓力損失很大。旋風除塵器的性能及其影響因素旋風除塵器的技術(shù)性能（ 1）處理氣體流量Q處理氣體流量Q是通過除塵設備的含塵氣體流量，除塵器流量為給定值，一般以體積流量表示。高溫氣體和不是一個大氣壓情況時必須把流量換算到標準狀態(tài)，其體積m3/h 或m3/mi

7、n 表示。（ 2）壓力損失旋風除塵器的壓力損失p 是指含塵氣體通過除塵器的阻力，是進出口靜壓之差，是除塵器的重要性能之一。其值當然越小越好，因風機的功率幾乎與它成正比。除塵器的壓力損失和管道、風罩等壓力損失以及除塵器的氣體流量為選擇風機的依據(jù)。壓力損失包含以下幾個方面：進氣管內(nèi)摩擦損失；氣體進入旋風除塵器內(nèi)，因膨脹或壓縮而造成的能量損失；與容器壁摩擦所造成能量損失；氣體因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的能量消耗；排氣管內(nèi)摩擦損失，以及由旋轉(zhuǎn)氣體轉(zhuǎn)為直線氣體造成的能量損失；排氣管內(nèi)氣體旋轉(zhuǎn)時的動能轉(zhuǎn)換為靜壓能所造成的損失等。( 3)除塵效率一般指額定負壓的總效率和分級效率，但由于工業(yè)設備常常是在負荷下運行，有些場合

8、把70%負荷下的除塵總效率和分級效率作為判別除塵性能的一項指標。從額定負荷下的總效率與70%負荷下總效率對比中，可以看出除塵器負荷適應性。分級效率是說明除塵器分離能力的一個比較確切的指標。對同一灰塵粒徑的分級效率越高，除塵效果越好。在工業(yè)測試中，一般把3 m、 5 m和 10 m灰塵的分級效率作為衡量旋風除塵器分離能力的一個依據(jù)。旋風除塵器的分割粒徑dc50和 dc100在某程度上也說明除塵器除塵效率高低。( 4)耗鋼量旋風除塵器的耗鋼量是每小時處理1000m3 氣體除塵器本身所需要的鋼材數(shù)量。在除塵效率接近或相等時，耗鋼量越小越好。處理氣量為300012000m3/h 的旋風除塵器耗鋼量一般

9、為3550kg/(1000m3)； 小于3000m3/h 氣體流量的阻力除塵器的耗鋼量，一般都在100kg/(1000m 3/h) 以上； 處理氣體流量大于等于20000m3/h時，所配旋風除塵器分兩種情況，一是多筒式旋風結(jié)構(gòu)，包括進出口組合接管、灰斗和支架的耗鋼量都很高為90160kg/(1000m3/h) 。 而雙極旋風除塵器，由于沒有灰斗和支架，耗鋼量一般都很低，約4060kg/(1000m3/h) 。( 5)使用壽命使用壽命與旋風除塵器本身結(jié)構(gòu)特點、耐磨損措施以及操作條件有關。延長使用壽命的積極措施是：合理組織除塵器內(nèi)部氣流并在內(nèi)部設抗磨內(nèi)襯。影響旋風除塵器性能的主要因素( 1)旋風除

10、塵器幾何尺寸的影響在旋風除塵器的幾何尺寸中，以旋風除塵器的直徑、氣體進口以及排氣管形狀與大小為最主要的影響因素。一般，旋風除塵器的直徑越小，粉塵所受的離心力越大，旋風除塵器的除塵效率也就越高。但過小的筒體直徑會造成較大直徑顆粒有可能反彈至中心氣流而被帶走，使除塵效率降低。另外，筒體太小對于粘性物料。因容易引起堵塞。因此，一般筒體直徑不宜小于5075mm；大型化以后己出現(xiàn)筒徑大于20O0mm的大型旋風除塵器。較高除塵效率的旋風除塵器都有合適的長度比例。它不但使進入筒體的塵粒停留時間增長，有利于分離，且能使尚未到達排氣管的顆粒，有更多的機會從旋流核心中分離出來，減少二次夾帶，以提高除塵效率。足夠長

11、的旋風除塵器，還可避免旋轉(zhuǎn)氣流對灰斗頂部的磨損。但是過長的旋風除塵器，會占據(jù)較大的空間，即從排氣管下端至旋風除塵器自然旋轉(zhuǎn)頂端的距離?？捎孟率接嬎?2 13l 2.3deab TOC o 1-5 h z 式中 l 旋風除塵器筒體長度，m;D旋風除塵器筒體直徑，m;b除塵器入口寬度，m;de除塵器出口直徑，m。H=(l.52.0)D 。旋風除塵器的圓錐體可圓錐體的作用是將已分離出來的粉塵微粒集中于旋風除塵器中心，以便將其排入灰斗中。當錐體高度一定，而錐體角度較大時，由于氣流旋流半徑很快變小，很容易造成核心氣流與器壁撞擊，使沿錐壁旋轉(zhuǎn)而下的塵粒被內(nèi)旋流所帶走，影響除塵效率。所以，半錐角a 不宜過大

12、。設計時常取a 為 13 15。旋風除塵器的進口有兩種主要的進口形式：軸向進口和切向進口。切向進 口為最普通的一種進口形式，制造簡單，用的比較多。這種形式進口的旋風除塵器外形尺寸緊湊。在切向進口中螺旋面進口為氣流通過螺旋而進口，這種進口有利于氣流向下做傾斜的螺旋運動同時也可以避免相鄰兩螺旋圈的氣流互相干擾。漸開線(蝸殼形)進口進入筒體的氣流寬度逐漸變窄，可以減少氣流對筒體內(nèi)氣流的撞擊和干擾，是顆粒向壁移動的距離減小，而且加大了進口氣體和排氣管的距離，減少氣流的短路機會，因而提高除塵效率。這種進口處理氣量大，壓力損失小，是比較理想的一種進口形式。軸向進口是最理想的一種進口形式，它可以最大限度的避

13、免進口氣體與旋轉(zhuǎn)氣流之間的干擾，以提高除塵效率。但因氣體均勻分布的關鍵是葉片形狀和數(shù)量，否則靠近中心處分離效果很差。軸向進口常用于多管式旋風除塵器和平置式旋風除塵器。進口管可以制成矩形和圓形兩種形式。由于圓形進口管與旋風除塵器器壁只有一點相切，而矩形進口管整個高度均與向壁相切，故一般多采用后者。矩形寬度和高度的比例要適當，因為寬度越小，除塵效率越高，但過長而窄的進口也是不利的，一般矩形進口管高與寬之比為24。排氣管常風的排氣管有兩種形式：一種是下端收縮式；另一種是直筒式。在設計分離較細粉塵的旋風除塵器時，可考慮設計為排氣管下端收縮式。排氣管直徑越小，則旋風除塵器的效率越高，壓力損失也越大；反之

14、，除塵器效率越低，壓力損失也越小。在旋風除塵器設計時，需控制排氣管與筒徑之比在一定范圍內(nèi)。由于氣體在排氣管內(nèi)劇烈的旋轉(zhuǎn)，將排氣管末端制成蝸殼形式可以減少能量損失，這在設計中已被采用?；叶肥切L除塵器設計中不可忽視的部分，因為在除塵器的錐度處氣流處于湍流狀態(tài)，而粉塵也由此排除容易出現(xiàn)二次夾帶的機會，如果設計不當，造成灰斗漏氣，就會使粉塵的二次夾帶飛揚加劇，影響除塵效率。（ 2）氣體參數(shù)對除塵器性能的影響氣體運行參數(shù)對性能的影響有以下幾個方面：氣體流量的影響氣體流量或者說除塵器入口氣體流速對除塵器性能的壓力損失、除塵效率都有很大的影響。從理論上來說，旋風除塵器的壓力損失與氣體流量的平方成正比，因而

15、也和入口風速的平方成正比（與實際有一定偏差）。入口流速增加，能增加塵粒在運動中的離心力，塵粒易于分離，除塵效率提高。除塵效率隨入口流速平方根而變化，但是當入口速度超過臨界值時，紊流的影響就比分離作用增加的更快，以致除塵效率隨入口風速增加的指數(shù)小于1；若流速進一步增加，除塵效率反而降低。因此，旋風除塵器入口的風速宜選1823m/s。氣體含塵濃度的影響氣體的含塵濃度對旋風除塵器的除塵效率和壓力損失都有影響。試驗結(jié)果表明，壓力損失隨含塵負荷增加而減小，這是因為頸向運動的大量塵粒拖拽了大量空氣，粉塵從速度較高的氣流智能向外運動到速度較低的氣流中時，把能量傳遞給渦旋氣流的外層，較少其需要的壓力，從而降低

16、壓力降。由于含塵濃度的提高，粉塵的凝集與團聚性能提高，因而除塵效率有明顯提高，但是提高的速度比含塵濃度增加的速度要慢得多，因此，排出氣體的含塵濃度總是隨著入口處的粉塵濃度增加而增加。氣體含濕量的影響氣體的含濕量對旋風除塵器工況有很大影響。例如，分速度很高而黏著性很小的粉塵（小于10 m的顆粒含量為30%40%，含濕量為1%）氣體在旋風除塵器中凈化不好；若細顆粒量不變，含濕量增至5%10%時，那么顆粒在旋風除塵器內(nèi)互相粘結(jié)成比較大的顆粒，這些顆粒被猛烈沖擊在器壁上，氣體凈化將大有改善。氣體的密度、粘度壓力、溫度對旋風除塵器性能的影響氣體的密度越大，除塵效率下降，但是，氣體的密度和固體的密度相比幾

17、乎可以忽略。所以，其對除塵效率的影響較之固體密度來說，也是可以忽略不計。通常溫度越高，旋風除塵器壓力損失越小；氣體粘度的影響在考慮旋風除塵器壓力損失時常忽略不計。但從臨界粒徑的計算公式中知道，臨界粒徑與粘度的平方根成正比。所以，除塵效率時隨著氣體粘度的增加而降低。由于溫度升高，氣體粘度增加，當進氣口氣速等條件保持不變時，除塵效率略有降低。氣體流量為常數(shù)時，粘度對除塵效率的影響可按下式進行近似計算。100 aa100 bb式中 a 、 b a、b 條件下的總除塵效率，%；a、 b a、b條件下的氣體粘度，kg.s/ m2。（3）粉塵的物理性質(zhì)對除塵器的影響粒徑對除塵性能的影響及較大粒徑的顆粒在旋

18、風除塵器內(nèi)會產(chǎn)生較大的離心力，有利于分離。所以大顆粒所占有的百分數(shù)越大，總除塵效率越高。粉塵密度對除塵器性能的影響及粉塵密度粉塵密度對除塵效率有著重要的影響。臨界粒徑d50和 d100顆粒密度的平方根成反比，密度越大，d50 和d100越小，除塵效率也越高。但粉塵密度對壓力損失影響很小，設計計算中可以忽略不計。影響旋風除塵器性能的主要因素，除上述外，除塵器內(nèi)部粗糙度也會影響旋風除塵器的性能。濃縮在壁面附近的粉塵微粒，會因粗糙的表面引起旋流，使一些粉塵微粒被拋入上升的氣流，進入排氣管，降低了除塵效率。所以，在旋風除塵器的設計中應避免有沒有打光的焊縫、粗糙的法蘭連接點等。旋風除塵器性能與各影響因素

19、的關系表11 所列表 1 1 旋風除塵器性能與各影響因素的關系變化因素性能趨向投資趨向流體阻力除塵效率煙塵性質(zhì)煙塵密度增大幾乎不變提高（磨損）增加煙塵密度增大幾乎不變提高（磨損）增加煙氣含塵濃度增加幾乎不變略提高（磨損）增加煙氣溫度增高減少提高增加結(jié)構(gòu)尺寸圓筒體直徑增大降低降低增加圓筒體加長稍降低提高增加圓錐體加長降低提高增加入口面積增大降低降低排氣管直徑增加降低降低排氣管插入長度增加增大提高增加運行狀況入口氣流速度增大增大提高減少灰斗氣密性降低稍增大大大降低內(nèi)壁粗糙度增加增大降低大氣課程設計 大氣課程設計 第二章旋風除塵器的設計2.1 旋風除塵器各部分尺寸的確定2.1.1 形式的選擇根據(jù)國家

20、規(guī)定的粉塵排放標準、粉塵的性質(zhì)、允許的阻力和制造條件、經(jīng)濟性合理選擇旋風除塵器的形式，選通用型旋風除塵器。2.1.2 確定進口風速（初次設定）根據(jù)推薦取Vj =18/s確定旋風除塵器的尺寸（ 1）進氣口面積A 的確定進氣口截面一般為長方形，尺寸為a 和b，根據(jù)處理氣量Q和進氣速度vj 可得QAj abj3600vj4000/(3600 18)=0.062取 a=2.5b, 則 a=0.25m， b=0.10m（ 2）筒體直徑的確定一般旋風除塵器的直徑越小，氣流的旋轉(zhuǎn)半徑越小，粉塵顆粒所受的離心力越大，除塵效率越高。但是過小的筒體直徑，和排氣管太近，可能造成大直徑顆粒反彈至中心被氣流帶走，使除塵

21、效率降低，另外還可能引起筒體內(nèi)堵塞。因此，一般筒體直徑不宜小于5075mm。因為旋風除塵器以筒體直徑D 為其規(guī)格的標準，因此，一般取整數(shù)。取b=0.2D, 則 D=500mm現(xiàn)取 ,D=500m。m實際風速VcVc=Q/(3600 ab)=44.44m/s旋風除塵器的設計旋風除塵器的設計旋風除塵器強度的校核已知處理煙氣溫度T 150，查表或用公式可得常壓下煙氣密度 g0.9kg/m3，動力黏度 2.4 10 5 Pa s。由篩分理論，其粉塵分割徑為dc 18 Q/2 pLVc218 2.4 105 40005.56 m23600 2500 0.5 44.4421）分級除塵效率由除塵器圖6查得旋

22、風除塵器分級除塵效率公式為dpexp 0.693 p dc式中dp取平均粒徑。所以，各分級粒徑的除塵效率為：=0.31231 1 exp 0.6935.567.52 1 exp 0.693 . =0.6075.56203 1 exp 0.6935.56=0.917454 1 exp 0.6935.56=0.996705 1 exp 0.6935.56=0.9996 1 exp 0.693 90 5.56=12）總除塵效率ni1gi i 0.06 0.312 0.12 0.607 0.22 0.917100.29 0.996 0.18 0.999 0.13 1 0.899 89.9%大氣課程設計

23、 旋風除塵器的設計 ? 因 T90%，故滿足設計要求。（ 3）旋風除塵器筒體長度的確定L=D=0. 8m錐體長度的確定 取 H =2D =2 800=1600mm（ 5）排氣管直徑的確定 d=0.5D=0.4m（6） 排塵口直徑的確定Dd=0.25D=0.2m2.2 法蘭的畫法法蘭材料的確定采用角鋼，查手冊：選不等邊角鋼40 25 4還可選等邊角鋼：36 4螺栓孔距確定需滿足JB/ZQ4248-86。如螺栓直徑為8mm，孔距大于28mm。對于旋風除塵器法蘭，總滿足。故可視法蘭尺寸而定，見法蘭設計圖孔徑確定采用通孔。1015mm螺栓直徑、長度及螺紋長度的確定(C級全螺紋)考慮時間關系，不作受力分

24、析。螺栓直徑視孔徑而定，GB5277-85。 選粗裝配。如孔徑為10mm，螺栓直徑8mm，孔徑12，螺栓直徑10mm。螺栓長度：考慮角鋼厚度、密封膠墊、墊片和螺母厚度，取l 40mm選型結(jié)果：GB5781-86-M10 40大氣課程設計 旋風除塵器的設計 旋風除塵器的安裝和使用第三章 旋風除塵器的安裝和使用維護安裝 TOC o 1-5 h z 起重運輸時應將繩索系于外圓筒內(nèi)中部法蘭盤上. 其它部位不可作受力點.除塵器就根據(jù)選用風量及阻力配備相應的通風機. 并應將 Y型或X型除塵器分別安裝在通風機的后面或前面.除塵器排塵口下方應安裝集塵器, 其容積根據(jù)除塵器及使用情況選擇.排塵口與集塵器間應安裝

25、連接管道, 管道長度不得短于排塵口內(nèi)徑的5 倍 . 并在管道間安裝有排塵閥門( 如 : 插板閥 , 自動排塵閥或旋轉(zhuǎn)排塵閥等).除塵器安裝在支架上應保證堅固性和穩(wěn)定性.安裝妥善后應將通風機啟動, 試驗除塵器及其它管道的密封性. 如有漏風現(xiàn)象應立即修理.使用 .通風系統(tǒng)工作時應保持除塵器進口風速在12-17M/S范圍內(nèi) .除塵器的開始濃度不應大于1.7g/m3. 當作第一級除塵時, 開始濃度不應大于40g/m3. TOC o 1-5 h z 進入除塵器的灰塵應干燥, 含水量不大于4%,不得有塵氣的分溜物.進入除塵器的灰塵應特別注意防止爆炸. 若為可爆粉塵為安全計應在通風系統(tǒng)中安裝消防管道及安全閥.使用時應注意除塵器及管道的密封性. 微量的滲漏也會顯著地降低除塵效率.排塵口下連接管道內(nèi)的積塵面離排塵口的距離不小于排塵口直徑的5 倍 .使用中經(jīng)常注意除塵器的阻力變化, 若阻力過大時應予分解清洗.維護經(jīng)常操持除塵器表面的清潔, 如有油化脫落現(xiàn)象應予補漆.除塵器應根據(jù)使用場所和灰塵性質(zhì)及濃度確定清洗周期.清洗時首先應按如下步驟將除塵器進行分解.將除塵器與其相連接的管道拆開.將除塵器從支架上吊裝上來.將蝸形室(X型) , 下部錐筒從除塵器上部卸下.可以用清水, 堿水或壓縮空氣清洗, 也可對不易清洗的污垢用刷擦洗.清洗干凈后用清水洗掉殘留的含堿水跡.裝