旋风除尘器系统设计——周晶

江汉大学《除尘技术》课程设计任务书化学与环境工程学院环境工程系2007级环境工程专业题目10000m3/h含尘气流旋风除尘器系统的设计起止日期：2010年6月28日至2010年7月3日学生姓名：周晶学号：200932000002指导教师：米铁教研室主任：年月日审查系主任：年月日批准2目的和要求大气是人类赖以生存的基本环境要素，大多数生命过程（人类、一切动植物和大多数微生物）都离不开大气。大气不仅给人类创造了一个适宜的生活环境，而且能阻挡过量的紫外线照射到地球表面，有效保护地球上的生物。由于大量燃料燃烧产生的含尘烟气、工业废气及汽车尾气的排放等原因，曾发生多起以大气污染为主要特征的公害事件，逐渐引起了世界各国的重视，并着手采取各种措施控制大气污染。本设计要求完成一个旋风分离器的设计。主要内容1、对国内外各种除尘技术原理及相关特性进行简单介绍，着重介绍各种机械式除尘器的原理及其相关特点。1、根据实验任务书设计旋风除尘器。3、绘制设计图纸。应完成的工作1、对国内外各种除尘技术原理及相关特性进行简单介绍，着重介绍各种机械式除尘器的原理及其相关特点。2、根据实验任务书设计旋风除尘器。3、绘制设计图纸进度安排2009-2010学年第二学期：第19周周一收集相关资料，完成初步构思周二－周四根据设计任务书设计旋风除尘器，写出设计工艺计算书、绘制设计图纸周五上交课程设计报告应收集的资料及主要参考文献1、郝吉明，马广大；大气污染控制工程.，北京：高等教育出版社2、张殿印、王纯主编，除尘工程设计手册，北京，化学工业出版社，20033、吴忠标主编，实用环境工程设计手册，北京，化学工业出版社，20014、M．克劳福特著，大气污染控制理论，科学出版社出版，19875、中国期刊网收集相关资料备注设计原始数据见设计任务书附页3《除尘技术》课程设计背景材料课程设计内容为：10000m3/h含尘气流旋风除尘器系统的设计设计原始数据及相关参数：某工厂一台锅炉，风量10000m3/h，烟气温度150℃，粉尘浓度4.5g/m3，烟尘密度ρ＝2000kg/m3，经测试分析，粉尘粒度分布如下表1所示。根据现场实际情况，现欲采用一台旋风分离器进行粉尘的分离，要求设计的旋风分离器的分离效率大于85％，阻力不大于1200Pa。除尘器出口距离引风机距离150m。表1烟尘的粒度分布粒径范围（μm）＜55～1010～3030～6060～80＞80平均粒径（μm）37.520457090质量百分数分布61222291813根据设计任务书提供的相关数据设计旋风除尘器并进行除尘结构设计计算。4目录1、前言............................................51.1、工作原理.....................................51.2、影响旋风器性能的因素.......................62、设计方案的确定..................................73、工艺设计计算....................................73.1、选择旋风除尘器的型式.......................73.2、选择旋风除尘器的入口风速...................73.3、计算入口面积A..............................73.4、入口高度a、宽度b的计算....................73.5、计算旋风除尘器的筒体直径...................73.6、按尺寸比计算旋风除尘器各部分尺寸...........73.7、除尘器阻力与总阻力计算.....................73.8、除尘效率计算...............................84、课程设计心得...................................1051、前言旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的，用来分离粒径大于5—10μm以上的的颗粒物。工业上已有100多年的历史。特点：结构简单、占地面积小，投资低，操作维修方便，压力损失中等，动力消耗不大，可用于各种材料制造，能用于高温、高压及腐蚀性气体，并可回收干颗粒物。优点：效率80%左右，捕集5μm颗粒的效率不高，一般作预除尘用。旋风除尘器的结构形式按进气方式可分为直入式、蜗壳式和轴向进入式；按气流组织分类有回流式、直流式、平流式和旋流式多种1.1、工作原理⑴气流的运动普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成;气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋;少量气体沿径向运动到中心区域;旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋;气流运动包括切向、轴向和径向：切向速度、轴向速度和径向速度。图1⑵尘粒的运动：切向速度决定气流质点离心力大小，颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁；到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗；上涡旋－气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出。1.2、影响旋风器性能的因素⑴二次效应－被捕集粒子的重新进入气流在较小粒径区间内，理应逸出的粒子由于聚集或被较大尘粒撞向壁面而脱离气流获得捕集，实际效率高于理论效率；6在较大粒径区间，粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起，实际效率低于理论效率；通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器内壁上，能有效地控制二次效应；临界入口速度。⑵比例尺寸在相同的切向速度下，筒体直径愈小，离心力愈大，除尘效率愈高；筒体直径过小，粒子容易逃逸，效率下降；锥体适当加长，对提高除尘效率有利；排出管直径愈少分割直径愈小，即除尘效率愈高；直径太小，压力降增加，一般取排出管直径de=（0.6～0.8）D；特征长度（naturallength）-亚历山大公式：排气管的下部至气流下降的最低点的距离旋风除尘器排出管以下部分的长度应当接近或等于l，筒体和锥体的总高度以不大于5倍的筒体直径为宜。⑶运行系统的密闭性，尤其是除尘器下部的严密性：特别重要，运行中要特别注意。在不漏风的情况下进行正常排灰⑷烟尘的物理性质气体的密度和粘度、尘粒的大小和比重、烟气含尘浓度⑸操作变量提高烟气入口流速，旋风除尘器分割直径变小，除尘器性能改善；入口流速过大，已沉积的粒子有可能再次被吹起，重新卷入气流中，除尘效率下降；效率最高时的入口速度，一般在10-25m/s范围。21/3e2.3()DldA72、设计方案的确定根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征及除尘要求、允许的阻力和制造条件等因素选择适宜的处理方式，然后进行计算，核对。如果所选的方式符合标准并且除尘效率高和阻力要求，就证明所选的方案是可行的，否则需要重新选取新的方案设计。直到符合标准为止。3、工艺设计计算3.1、选择旋风除尘器的型式选XLP/B型旁路式旋风除尘器3.2、选择旋风除尘器的入口风速一般进口的气速为12~25m/s。取进口速度=15m/s。3.3、计算入口面积A已知烟气的流量Q=100003/mh，15m/s则入口面积A=Q/υ=0.1852m3.4、入口高度a、宽度b的计算查几种旋风除尘器的主要尺寸比例表得：入口宽度b=2A=0.304m高度0.6edD=0.61m3.5、计算旋风除尘器的筒体直径筒体直径3.33Db=1.013m参考XLP/B产品系列，取D=1060mm3.6、按所选择型式的尺寸比计算旋风除尘器各部分尺寸排出筒直径0.6edD=636mm筒体长度L=1.7D=1802mm椎体长度h=2.3D=2438mm灰口直径10.43404.2dDmm3.7、除尘器阻力与总阻力计算查大气污染控制工程课本表6-1可得XLP/B型旋风除尘器的局部阻力系数值30.98/kgm=5.8烟气的密度30.98/kgm则可以求出该除尘器的阻力2ΔP==0.98152=5.8=639.45Pa已知：取排风管的直径为600mm，管道的当量粗糙粒高度K=0.15mm。烟气8在0°的粘滞系数0=613.7102/ms，烟气的温度T=423K。除尘器出口到引风机水平风管的长度l=0.5m，竖直风管的长度150lm，90°弯头（R/d1.5）=0.25风管的面积2210.6r3.142A=0.28262m烟气的流速Q/A=1000036000.2826=9.8m/s烟气在工况下的粘度320273273CTTC=32627317342313.710423173273=6219.810m/s公式中的：C是常数为173；T的单位为K管内的雷诺数Re=D69.819.8100.6=60.3010K/D=42.510，根据Re和K/D查莫迪图可以得沿程阻力系数0.017则可求得沿程压力损失22150.50.989.80.01720.62lDLΔP=λ=200.7Pa局部压力损失220.989.80.2511.7622PamΔP=除尘的总阻力mL+=851.91Pa3.8、除尘效率计算假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度，即1=15m/s，取内外涡流交界圆柱的直径00.7edd。涡流指数0.30.14110.67283TnD=0.30.14423110.671.060.63283气流在交界面上的切向速度：0.6301.061525.91/0.70.636Tms9外涡旋气流的平均径向速度rQ2rh=2.780.70.63622.4382=0.82m/s则分割直径120c018drpTr122180.820.22266.89m200025.91分级效率221picipicdddd当3pidm时i2236.89316.890.1594同理可以演算出pid=7.5mi0.5423；pid=20m，i0.8439；pid=45m，i0.9771；pid=70m，i0.9904pid=90mi0.9942烟尘的粒度分布粒径范围（μm）＜55～1010～3030～6060～80＞80平均粒径（μm）37.520457090质量百分数分布61222291813再根据以上烟尘粒度分布表可以求算出总的除尘效率iiiηηg0.15940.060.54230.120.84390.220.97710.290.99040.180.99420.13=85.11%10四、课程设计心得大气污染控制是我们的主要专业课之一，虽然在大三开学初我对这门课并没有什么兴趣，甚至觉得枯燥乏味，但在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力中对大气污染控制技术有了了解。这次我们课程设计历时三个星期，对我来说学到的不仅是那些知识，更多的是团队和合作。现在想来，也许学校安排的课程设计有着它更深层的意义吧，它不仅仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜能!三个星期前我们这大组人还在为到底选哪个老师的课题而发生分歧，最后我们还是选择了可爱的米老师，但是随之而来的问题却远比我们想想的要困难的多。过没想到这项看起来不需要多少技术的工作却是非常需要耐心和精力在三个星期后的今天我已明白课程设计对我来说的意义，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是同学间的团结，虽然我们这次花去的时间比别人多，但我相信我们得到的也会更多!作为一名环境工程的大三学生，我觉得做大气污染控制课程设