工業(yè)通風除塵用旋風除塵器的選擇計算

工業(yè)通風除塵用旋風除塵器的選擇計算摘要針對工業(yè)通風除塵用旋風除塵器應用，介紹了旋風器的構造組成及改良措施，簡述了單體使用和多筒多管組合技術注意問題和選擇計算方法，文中給出了多種旋風器構造參數(shù)和技術參數(shù)。關鍵詞旋風除塵器選擇計算通風除塵1引言旋風除塵器〔簡稱旋風器〕與其他除塵器相比，具有構造簡單、造價廉價、維護管理方便以及適用面寬的特點。旋風器適用于工業(yè)爐窯煙氣除塵和工廠通風除塵；工業(yè)氣力輸送系統(tǒng)氣固兩相別離與物料氣力烘干回收。高性能的旋風器對于輸送、破碎、卸料、包裝、清掃等工業(yè)消費過程產(chǎn)生的含塵氣體除塵效率可以到達95%～98%，對于燃煤爐窯產(chǎn)箋煙塵除塵效率可以到達92%～95%。旋風器亦可以作為高濃度除塵系統(tǒng)的預除塵器，與其他類型高效除塵器合用。旋風器具有可以適宜和于高溫高壓含塵氣體除塵的特點。旋風器的類型有切流反轉式、軸流反轉式、直流式等。工廠通風除塵使用的主要是切流反轉式旋風器。2旋風器構造2．1單體根本構造單體根本構造參見圖1，含塵氣體通過進口起旋器產(chǎn)生旋轉氣流，粉塵在離心力作用下脫離氣流和筒錐體邊壁運動，到達壁附近的粉塵在氣流的作用下進入收塵灰斗，去除了粉塵的氣體匯向軸心區(qū)域由排氣芯管排出。圖1旋風器構造示意圖2．2構造改良措施旋風器在長期使用中，為了到達低阻高效性能其構造不斷進展改良，改良措施主要有：〔1〕進氣通道由切向進氣改為回轉通道進氣，通過改變含塵氣體的濃度分布、減少短路流排塵量?；剞D通道在90°左右時阻力較?！?〕把傳統(tǒng)的單進口改為多進口，有效地改良旋轉流氣流偏心，同時旋風器阻力顯著下降。〔3〕在筒錐體上加排塵通道，防止到達壁面的粉塵二次返混?！?〕采用錐體下部裝有二次別離裝置〔反射屏或中間小灰斗〕防止收塵二次返混。〔5〕排氣芯管上部加裝二次別離器，利用排氣強旋轉流進展微細粉塵的二次別離，對捕集短路粉塵極為有效?！?〕在筒錐體別離空間加裝減阻件降阻，等。2．3組合技術處理氣體量較大時，可以采用多個旋風器單體進展并聯(lián)組合?！?〕多筒組合：多筒組合可以采用分支并聯(lián)和環(huán)狀并聯(lián)方式，見圖2。組合技術的關鍵在于含塵氣流分配的均勻性和防止氣流串流。分支并聯(lián)一般采用雙旋風器、四旋風器方式。對于處理氣體量較大時，也可以采用母管分支并聯(lián)方式。分支旋風器一般采用渦殼排氣方式。〔2〕多管組合：多管組合可以采用數(shù)十個旋風子〔小尺寸旋風器〕進展箱式并聯(lián)安裝。旋風子在進氣箱體中可以采用順排并聯(lián)或錯排并聯(lián)，采用慣性沉降一旋風子兩級一體復合除塵參見圖3，含塵氣流分配的均勻性可以通過調整旋風子進氣口角度、排氣芯管長度、進氣空間高度、旋風子間距等措施實現(xiàn)。圖2多筒組合并聯(lián)方式圖3多管組合并聯(lián)方式3旋風器使用旋風器單體直徑一般控制在200～1000，特殊情況下可以超過1000。旋風器單體安裝角度應不小于45°，宜大于粉塵的流動角，對于氣體量負荷變化較大的系統(tǒng)尤其要注意。旋風器單體組合應注意含塵氣流的均勻性分配和增加防止氣流串流的技術措施。旋風器組合空間的進氣區(qū)、灰斗區(qū)、排氣區(qū)應嚴格分開，連接處不得漏風。對旋風器性能影響較大的因素是運行管理不善造成的灰斗漏風和排灰不及時造成的錐體下部堵管。它不僅影響除塵效率，還會加劇旋風器筒錐體磨損影響使用壽命。根據(jù)使用條件可以選用不同材料制作旋風器，如鋼板、有機塑料板、玻璃鋼等加；鑄鐵、鑄鋼澆筑；陶土、石英砂、白剛玉燒制。也可以采用礬土水泥骨料、灰綠巖鑄石等材料作鋼制件的耐磨內襯。除塵器串聯(lián)使用時，在與低性能除塵器串聯(lián)使用時，應將高效旋風器放在后級。在與高性能除塵器串聯(lián)使用時，就將旋風器放在前級。除高濃度場合外，一般不采用同種旋風器串聯(lián)使用。4旋風器的主要技術參數(shù)4．1旋風器的構造參數(shù)旋風器構造尺寸一般以筒體直徑D1〔〕為定性尺寸給出各部位的無因次比值，旋風器在筒體直徑D1確定之后，可以按照無因次構造比值KD2、KD3、KD4、KH1、KH2、KH、Ka、Kb、KS確定其他部位尺寸，參見圖1。即：KD2=D2/D1KD2=D3/D1KD4=D4/D1KD2=D2/D1KH1=H1/D1KH2=H2/D1Ka=a/D1Kb=b/D1KS=s/D1KH=H/D1=KH1+KH2-KS其中D1筒體直徑、D2芯管進口直徑、D3芯管出口直徑、D4錐體下部直徑〔排灰口直徑〕，；H芯管進口截面到錐體排灰口的間隔〔或稱別離區(qū)高度〕、H1筒體高度、H2錐體高度，；a進口寬度、b進口高度、s芯管插入深度，。表1中列出了局部旋風器的構造參數(shù)[1-4]。常見旋風器的構造尺寸表1型號KD2KD3KD4KH1KH2KaKbKSDun-SD0.550.550.240.901.520.2250.4341.33Dun-SD0.5350.5350.240.901.520.2340.5931.33ЦH0.590.590.351.501.500.200.601.20ЦK0.5460.5460.2930.601.330.2130.3871.00LG0.550.550.171.002.500.230.440.70ZT0.500.500.300.9172.800.1790.7170.677XLK0.500.500.1652.003.000.261.001.10XLT/A0.600.602.622.000.260.661.50XLP/A0.600.600.182.901.300.260.7800.734XLP/B0.600.600.431.702.300.300.600.46XZ0.500.500.400.922.750.180.720.72XX0.500.500.251.202.850.240.240.90XY0.500.650.400.902.750.180.720.82XD0.500.500.251.102.500.2860.800.80Stirand(h)0.500.500.401.502.500.200.500.50Sift0.400.400.401.402.500.210.440.50井伊谷鋼一0.500.500.401.002.000.300.600.70LEith-Liht0.500.500.3753.002.000.160.441.25Friedland0.690.690.402.002.000.250.500.62Strn0.500.500.401.250.750.200.450.62XY-Ⅱ0.500.650.402.702.700.09/20.720.824.2旋風器進口速度和筒體截面標稱速度旋風器進口速度v0〔/s〕指氣流L〔3/h〕由旋風器進口進入時的速度，筒體截面標稱速度vA(/s)是指氣流量L與旋風器筒體截面面積的比值，即〔1〕4.3阻力計算〔2〕式中ΔP--旋風器阻力，Pa；Pd--氣流動壓；Pd0、PdA--分別為對應于進口截面和筒體面的氣流動壓，Pa；ρ--氣體密度，kg/3。Ρ=353KB/〔273+t〕〔空氣〕；ρ=366KB/〔273+t〕〔一般煙氣〕〔3〕式中KB環(huán)境壓力B的修正系數(shù)，KB=B/Ba，Ba為標準大氣壓力〔101.3kPa〕。t為氣體溫度，℃。ξ為設備廠家提供的旋風器阻力系數(shù)，常見旋風器的阻力系數(shù)ξ見表2、3,可以用ξ0或ξA表示。常見高效旋風器的阻力系數(shù)ξ表2-1型號ξ0ξA型號ξ0ξAXX3.50654LG3.0182XLP/B5.52106XD5.3187ЦH3.86166XLP/A7.58114ЦK4.82440ZT9.2346Stirand(h)5.40334XZ8.3306Sift9.20471XY8.0295Stern7.41567XY-Ⅱ6.5240井伊谷鋼一8.10349Friedland12.4492Dun-SD7.8053Leith-Liht2.76345Dun-SD7.6058Buell10192常見旋風器的阻力系數(shù)ξ0表2-2型號ξ0型號ξ0XNX3.6雙級渦旋4.0XND5.6XS2.5XP7.5LT/A2.8XXD5.1LT/A6.5XDF4.1LT5.1ξ0為對應于進口截面的阻力系數(shù)；ξA為對應于筒體截面的阻力系數(shù)，可以反映同一直徑的不同類型旋風器在處理一樣風量時的阻力大校ξ0與ξA間關系為ξA/ξ0=0.62〔KaKb〕-2〔4〕旋風器安裝方式不同會對旋風器阻力計算值產(chǎn)生影響，如旋風器出口方式采用出口渦殼比采用圓管彎頭阻力下降10%左右；使多筒、多管由于增加接收，與單個使用也有差異，可以通過工程經(jīng)歷進展修正。一般來講，同類型直徑大小不同的旋風器阻力一樣。4．4除塵效率計算4．4．1分級效率[5]〔5〕〔6〕式中a、β--分別為分布系數(shù)；分割粒徑d50，μ；n--旋風器切向速度分布指數(shù)。切向進氣旋風器：〔7-1〕〔7-2〕其中〔8〕4．4．2分割粒徑〔9〕式中θ錐體半角，度；μ為氣體黏性系數(shù)，PaS；ρP為粉塵真密度，kg/3。4．4．3總效率旋風器的除塵效率計算為：式中x=d;f(x)表示含塵氣體中粉塵的質量分布密度，一般可以用R-R分布函數(shù)或對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)表示。實際應用中一般采用粒級分布累計質量表示，分為n個粒級給出，除塵效率計算又可以為：〔10〕其中式中ηi〔dpi,dpi+1〕粒級除塵效率可以取ηi〔kdpI+(1-k)dpi+1〕，0k1.0，通常取k為0.5。對于某些場合采用理論計算除塵效率往往誤差比擬大，通常可以采用計算與實際應用相結合的方法修正，亦可參照類似工程進展斷定。對于某一工況B的旋風器在工況波動到工況A時估算除塵效率ηA，可以對除塵效率ηB進展工況修正，有〔11〕對于同類型但直徑大小不同的旋風器除塵效率有〔12〕4．4．4含塵深度計算旋風器中實際運行的是工況含塵濃度，g/3；作為評價、監(jiān)視使用標況濃度N，g/3〔標準〕，P為工況排放濃度，g/3。它們之間的關系為：4．4．5算例Stairand旋風器構造尺寸：筒體直徑D1=203；芯管直徑D2=D3=102；錐體下部直徑D4=76；入口寬度a=41；入口高度b=102；筒體長度H1=；錐體長度H2=；芯管深度s=102；錐體角2θ=14.2°。工況參數(shù)：入口速度v0=15.3/s；粉塵密度ρP=2000kg/3；氣體溫度t=20℃；進口含塵濃度P=2.0g/3；阻力ΔP=748Pa。由式〔2〕計算除塵器阻力系數(shù)ξ0=5.33；由式〔9〕計算分割粒徑d50=2.0320μ〔注：分割粒徑d50.s的測定值為2.0μ〕；由式〔5〕、〔6〕計算得該除塵器的分級效率為5旋風器選用條件：氣體量、氣體溫度；旋風器阻力；含塵氣體濃度；粉塵真密度和粒徑的質量分布；供選用的旋風器技術參數(shù)[6]〔阻力系數(shù)；分級效率；主要構造尺寸〕；等。計算要求：確定旋風器的直徑和個數(shù)；校核阻力；估算除塵效率。選用過程：〔1〕根據(jù)阻力計算所用旋風器的筒體截面的標稱速度：。〔2〕計算旋風器筒體截面總面積：Az=L/〔3600vA〕?！?〕確定旋風器直徑D1和N?？稍O定參數(shù)N或D1確定另一參數(shù)：?！?〕根據(jù)選定的旋風器個數(shù)N和現(xiàn)場提供的場地、運行方式確定旋風器的連接方式和組合方式。〔5〕計算設計工況下的旋風器除塵效率和排放濃度。注意工況含塵濃度為運行濃度，標況濃度為環(huán)境監(jiān)視、評價用的含塵濃度?！?〕根據(jù)處理氣體和粉塵的性質確定制作旋風器的設備材料，如耐磨措施可以采用耐磨材料加工或加耐磨內襯材料?！?〕確定旋風器的排灰方式，選定卸灰閥、灰斗、輸灰器。對粉塵負荷少于一個班次工作量的可以采用人工清灰?！?〕旋風器支架、檢查平臺、連接配管、檢測孔設計?！?〕旋風器運行工況分析，如工藝周期性負荷變化引起除塵系統(tǒng)處理氣體量變化時旋風器單體堵灰、