工業(yè)通風(fēng)除塵用旋風(fēng)除塵器的選擇計(jì)算

工業(yè)通風(fēng)除塵用旋風(fēng)除塵器的選擇計(jì)算摘要針對(duì)工業(yè)通風(fēng)除塵用旋風(fēng)除塵器應(yīng)用，介紹了旋風(fēng)器的構(gòu)造組成及改良措施，簡述了單體使用和多筒多管組合技術(shù)注意問題和選擇計(jì)算方法，文中給出了多種旋風(fēng)器構(gòu)造參數(shù)和技術(shù)參數(shù)。關(guān)鍵詞旋風(fēng)除塵器選擇計(jì)算通風(fēng)除塵1引言旋風(fēng)除塵器〔簡稱旋風(fēng)器〕與其他除塵器相比，具有構(gòu)造簡單、造價(jià)廉價(jià)、維護(hù)管理方便以及適用面寬的特點(diǎn)。旋風(fēng)器適用于工業(yè)爐窯煙氣除塵和工廠通風(fēng)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(fēng)器對(duì)于輸送、破碎、卸料、包裝、清掃等工業(yè)消費(fèi)過程產(chǎn)生的含塵氣體除塵效率可以到達(dá)95%～98%，對(duì)于燃煤爐窯產(chǎn)箋煙塵除塵效率可以到達(dá)92%～95%。旋風(fēng)器亦可以作為高濃度除塵系統(tǒng)的預(yù)除塵器，與其他類型高效除塵器合用。旋風(fēng)器具有可以適宜和于高溫高壓含塵氣體除塵的特點(diǎn)。旋風(fēng)器的類型有切流反轉(zhuǎn)式、軸流反轉(zhuǎn)式、直流式等。工廠通風(fēng)除塵使用的主要是切流反轉(zhuǎn)式旋風(fēng)器。2旋風(fēng)器構(gòu)造2．1單體根本構(gòu)造單體根本構(gòu)造參見圖1，含塵氣體通過進(jìn)口起旋器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流，粉塵在離心力作用下脫離氣流和筒錐體邊壁運(yùn)動(dòng)，到達(dá)壁附近的粉塵在氣流的作用下進(jìn)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(fēng)器構(gòu)造示意圖2．2構(gòu)造改良措施旋風(fēng)器在長期使用中，為了到達(dá)低阻高效性能其構(gòu)造不斷進(jìn)展改良，改良措施主要有：〔1〕進(jìn)氣通道由切向進(jìn)氣改為回轉(zhuǎn)通道進(jìn)氣，通過改變含塵氣體的濃度分布、減少短路流排塵量?；剞D(zhuǎn)通道在90°左右時(shí)阻力較?！?〕把傳統(tǒng)的單進(jìn)口改為多進(jìn)口，有效地改良旋轉(zhuǎn)流氣流偏心，同時(shí)旋風(fēng)器阻力顯著下降?！?〕在筒錐體上加排塵通道，防止到達(dá)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?！?〕排氣芯管上部加裝二次別離器，利用排氣強(qiáng)旋轉(zhuǎn)流進(jìn)展微細(xì)粉塵的二次別離，對(duì)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(shù)處理氣體量較大時(shí)，可以采用多個(gè)旋風(fēng)器單體進(jìn)展并聯(lián)組合。〔1〕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(shù)的關(guān)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(fēng)器、四旋風(fēng)器方式。對(duì)于處理氣體量較大時(shí)，也可以采用母管分支并聯(lián)方式。分支旋風(fēng)器一般采用渦殼排氣方式?！?〕多管組合：多管組合可以采用數(shù)十個(gè)旋風(fēng)子〔小尺寸旋風(fēng)器〕進(jìn)展箱式并聯(lián)安裝。旋風(fēng)子在進(jìn)氣箱體中可以采用順排并聯(lián)或錯(cuò)排并聯(lián)，采用慣性沉降一旋風(fēng)子兩級(jí)一體復(fù)合除塵參見圖3，含塵氣流分配的均勻性可以通過調(diào)整旋風(fēng)子進(jìn)氣口角度、排氣芯管長度、進(jìn)氣空間高度、旋風(fēng)子間距等措施實(shí)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(fēng)器使用旋風(fēng)器單體直徑一般控制在200～1000，特殊情況下可以超過1000。旋風(fēng)器單體安裝角度應(yīng)不小于45°，宜大于粉塵的流動(dòng)角，對(duì)于氣體量負(fù)荷變化較大的系統(tǒng)尤其要注意。旋風(fēng)器單體組合應(yīng)注意含塵氣流的均勻性分配和增加防止氣流串流的技術(shù)措施。旋風(fēng)器組合空間的進(jìn)氣區(qū)、灰斗區(qū)、排氣區(qū)應(yīng)嚴(yán)格分開，連接處不得漏風(fēng)。對(duì)旋風(fēng)器性能影響較大的因素是運(yùn)行管理不善造成的灰斗漏風(fēng)和排灰不及時(shí)造成的錐體下部堵管。它不僅影響除塵效率，還會(huì)加劇旋風(fēng)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(fēng)器，如鋼板、有機(jī)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(nèi)襯。除塵器串聯(lián)使用時(shí)，在與低性能除塵器串聯(lián)使用時(shí)，應(yīng)將高效旋風(fēng)器放在后級(jí)。在與高性能除塵器串聯(lián)使用時(shí)，就將旋風(fēng)器放在前級(jí)。除高濃度場合外，一般不采用同種旋風(fēng)器串聯(lián)使用。4旋風(fēng)器的主要技術(shù)參數(shù)4．1旋風(fēng)器的構(gòu)造參數(shù)旋風(fēng)器構(gòu)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(fēng)器在筒體直徑D1確定之后，可以按照無因次構(gòu)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(jìn)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(jìn)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(jìn)口寬度、b進(jìn)口高度、s芯管插入深度，。表1中列出了局部旋風(fēng)器的構(gòu)造參數(shù)[1-4]。常見旋風(fēng)器的構(gòu)造尺寸表1型號(hào)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(fēng)器進(jìn)口速度和筒體截面標(biāo)稱速度旋風(fēng)器進(jìn)口速度v0〔/s〕指氣流L〔3/h〕由旋風(fēng)器進(jìn)口進(jìn)入時(shí)的速度，筒體截面標(biāo)稱速度vA(/s)是指氣流量L與旋風(fēng)器筒體截面面積的比值，即〔1〕4.3阻力計(jì)算〔2〕式中ΔP--旋風(fēng)器阻力，Pa；Pd--氣流動(dòng)壓；Pd0、PdA--分別為對(duì)應(yīng)于進(jìn)口截面和筒體面的氣流動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)大氣壓力〔101.3kPa〕。t為氣體溫度，℃。ξ為設(shè)備廠家提供的旋風(fēng)器阻力系數(shù)，常見旋風(fēng)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(fēng)器的阻力系數(shù)ξ表2-1型號(hào)ξ0ξA型號(hào)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(fēng)器的阻力系數(shù)ξ0表2-2型號(hào)ξ0型號(hào)ξ0XNX3.6雙級(jí)渦旋4.0XND5.6XS2.5XP7.5LT/A2.8XXD5.1LT/A6.5XDF4.1LT5.1ξ0為對(duì)應(yīng)于進(jìn)口截面的阻力系數(shù)；ξA為對(duì)應(yīng)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(fēng)器在處理一樣風(fēng)量時(shí)的阻力大校ξ0與ξA間關(guān)系為ξA/ξ0=0.62〔KaKb〕-2〔4〕旋風(fēng)器安裝方式不同會(huì)對(duì)旋風(fēng)器阻力計(jì)算值產(chǎn)生影響，如旋風(fēng)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(gè)使用也有差異，可以通過工程經(jīng)歷進(jìn)展修正。一般來講，同類型直徑大小不同的旋風(fēng)器阻力一樣。4．4除塵效率計(jì)算4．4．1分級(jí)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(fēng)器切向速度分布指數(shù)。切向進(jìn)氣旋風(fēng)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(fēng)器的除塵效率計(jì)算為：式中x=d;f(x)表示含塵氣體中粉塵的質(zhì)量分布密度，一般可以用R-R分布函數(shù)或?qū)?shù)正態(tài)分布函數(shù)表示。實(shí)際應(yīng)用中一般采用粒級(jí)分布累計(jì)質(zhì)量表示，分為n個(gè)粒級(jí)給出，除塵效率計(jì)算又可以為：〔10〕其中式中ηi〔dpi,dpi+1〕粒級(jí)除塵效率可以取ηi〔kdpI+(1-k)dpi+1〕，0k1.0，通常取k為0.5。對(duì)于某些場合采用理論計(jì)算除塵效率往往誤差比擬大，通?？梢圆捎糜?jì)算與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的方法修正，亦可參照類似工程進(jìn)展斷定。對(duì)于某一工況B的旋風(fēng)器在工況波動(dòng)到工況A時(shí)估算除塵效率ηA，可以對(duì)除塵效率ηB進(jìn)展工況修正，有〔11〕對(duì)于同類型但直徑大小不同的旋風(fēng)器除塵效率有〔12〕4．4．4含塵深度計(jì)算旋風(fēng)器中實(shí)際運(yùn)行的是工況含塵濃度，g/3；作為評(píng)價(jià)、監(jiān)視使用標(biāo)況濃度N，g/3〔標(biāo)準(zhǔn)〕，P為工況排放濃度，g/3。它們之間的關(guān)系為：4．4．5算例Stairand旋風(fēng)器構(gòu)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(jìn)口含塵濃度P=2.0g/3；阻力ΔP=748Pa。由式〔2〕計(jì)算除塵器阻力系數(shù)ξ0=5.33；由式〔9〕計(jì)算分割粒徑d50=2.0320μ〔注：分割粒徑d50.s的測(cè)定值為2.0μ〕；由式〔5〕、〔6〕計(jì)算得該除塵器的分級(jí)效率為5旋風(fēng)器選用條件：氣體量、氣體溫度；旋風(fēng)器阻力；含塵氣體濃度；粉塵真密度和粒徑的質(zhì)量分布；供選用的旋風(fēng)器技術(shù)參數(shù)[6]〔阻力系數(shù)；分級(jí)效率；主要構(gòu)造尺寸〕；等。計(jì)算要求：確定旋風(fēng)器的直徑和個(gè)數(shù)；校核阻力；估算除塵效率。選用過程：〔1〕根據(jù)阻力計(jì)算所用旋風(fēng)器的筒體截面的標(biāo)稱速度：?！?〕計(jì)算旋風(fēng)器筒體截面總面積：Az=L/〔3600vA〕?！?〕確定旋風(fēng)器直徑D1和N?？稍O(shè)定參數(shù)N或D1確定另一參數(shù)：?！?〕根據(jù)選定的旋風(fēng)器個(gè)數(shù)N和現(xiàn)場提供的場地、運(yùn)行方式確定旋風(fēng)器的連接方式和組合方式。〔5〕計(jì)算設(shè)計(jì)工況下的旋風(fēng)器除塵效率和排放濃度。注意工況含塵濃度為運(yùn)行濃度，標(biāo)況濃度為環(huán)境監(jiān)視、評(píng)價(jià)用的含塵濃度?！?〕根據(jù)處理氣體和粉塵的性質(zhì)確定制作旋風(fēng)器的設(shè)備材料，如耐磨措施可以采用耐磨材料加工或加耐磨內(nèi)襯材料?！?〕確定旋風(fēng)器的排灰方式，選定卸灰閥、灰斗、輸灰器。對(duì)粉塵負(fù)荷少于一個(gè)班次工作量的可以采用人工清灰。〔8〕旋風(fēng)器支架、檢查平臺(tái)、連接配管、檢測(cè)孔設(shè)計(jì)?！?〕旋風(fēng)器運(yùn)行工況分析，如工藝周期性負(fù)荷變化引起除塵系統(tǒng)處理氣體量變化時(shí)旋風(fēng)器單體堵灰、