环保设备设计基础4

环保设备设计基础刘敏毅[e-mail]旋风除尘器旋风除尘器也称作离心力除尘器，是利用含尘气流作旋转运动产生的离心力把尘粒从气体中分离出来的装置。在通常情况下，旋风除尘器能捕集5μm以上的尘粒，其除尘效率可达90%以上。1、旋风除尘器的工作原理和分离理论（1）工作原理（2）气体流动状况（3）临界粒径与分离理论2、旋风除尘器的分类3、旋风除尘器的设计计算4、影响旋风除尘器性能的主要因素（1）几何尺寸（2）操作条件（3）固体粉尘的物理性质5、旋风除尘器的选用与运行维护（1）旋风除尘器的型号（2）旋风除尘器的选用（3）旋风除尘器的设计主要内容1、旋风除尘器的工作原理和分离理论普通旋风除尘器是由进气筒、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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，最后被到达顶部的上升气流从排出管排出。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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切向速度外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的n次方此处n≤1,称为涡流指数0h：2、旋风除尘器内的速度场和压力场旋风除尘器交界面性能交界圆柱面的高度3/1203.2ADdlheedd7.00交界圆柱面的直径交界圆柱面的切向速度nTdDvv010在内、外涡旋的交接面上，当FC=FD时，有所以分割粒径的表达式为dc50越小，说明除尘效率越高，性能越好。旋风除尘器的除尘效率随切向速度和粉尘密度的增加、径向速度和排出管直径的减小而增加，其中起主要作用的是切向速度。径向速度假定外涡旋气流均匀地经过交界圆柱面进入内涡旋，则平均径向速度——r0和h0分别为交界圆柱面的半径和高度压力分布旋风除尘器内的全压和静压的径向变化非常显著，由外壁向轴心逐渐降低，周新出静压为负值，负压一直延伸到锥体底部后达到负压最大值（-300Pa）。有图是除尘器在正压（900Pa）条件下得到如果除尘器在负压下工作，其底部的负压值会更大。所以，旋风除尘器底部一定要保持严密，如果不严密就会从底部吸入大量外部空气，形成一股上升气流，将已分离出来的一部分粉尘重新带出除尘器，使除尘效率大幅度降低。旋风除尘器的性能指标计算分割直径是确定除尘效率的基础（一）旋风除尘器的除尘效率1.分割直径（1）分级效率为50%的粉尘粒径为半分离直径或分割直径dc50。（2）临界粒径dc愈小，除尘效率愈高。（3）一般而言：dp(100%)≈2-3dc(50%)2、旋风除尘器的分级效率指除尘装置对某一粒径dPi或粒径间隔dPi至dPi+Δdp内粉尘的除尘效率。%1000GGcd旋风除尘器分级效率曲线对于球形粒子dc确定后，雷思一利希特模式计算其它粒子的分级效率1150693.0exp1ncpdddD——旋风器的直径3、分级效率与总除尘效率关系dinipiTf1fdi是指入口处某一粒径的粒子质量占粒子群总质量的百分数。22/1/cPicPiidddd（二）旋风除尘器的压力损失旋风除尘器型式XLTXLT⁄AXLP⁄AXLP⁄Bξ5.36.58.05.8：局部阻力系数A：旋风除尘器进口面积de：旋风除尘器排出口直径旋风除尘器的压力损失特点：相对尺寸对压力损失影响较大，除尘器结构型式相同时，几何相似放大或缩小，压力损失基本不变。操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa。1、按除尘效率和处理风量分：（1）高效旋风除尘器：筒体直径较小（900mm），效率高：95%。K=6-13.5（2）高流量旋风除尘器：直径较大（1.2-3.6m），处理流量大。除尘效率：50-80%。K3（3）通用旋风除尘器：K=4-6，除尘效率：80-90%相对截面比（K）：进气口截面面积和筒体截面面积之比。旋风除尘器类型2、按气流导入情况分：进气方式有切向导入式和轴向导入式两大类，同时根据气流进入旋风除尘器后的流动路线（反转、直流）或二次风的形式，可分为下列几种a、切流反转式旋风除尘器：常见的型式，含尘气体由筒体的侧面沿切线方向导入。根据不同的进口型式又可分为蜗壳进口、螺旋面进口和狭缝进口。b、轴流式旋风除尘器：利用导流叶片促进气流在旋风除尘器内旋转，在相同的压力损失下，能够处理的气体流量大，且气流分布较均匀，主要用于多管旋风除尘器和处理气量大的场合。根据气体在旋风除尘器内的流动感情况，可分为轴流反转式（f）、轴流直流式（g）轴流直流式旋风除尘器的压力损失最小，尤其适用于动力消耗不宜过大的地方，但除尘效率较低。3、按排气方式分可分为轴向排灰和周边排灰两种。轴向排灰最为常见，包括切向进气—轴线排气（图a）和轴向进气—轴向排气（图c）两种，其清除下来的粉尘集中由下部排除。周边排灰则包括切向进气—周边排气（图d）和轴向进气—周边排气（图d）两种，采用周边排气需要同时抽出少量气体另行净化。4、按清灰方式分类可分为干式和湿式两种。在旋风除尘器中，粉尘被分离都除尘器筒体内壁上后，直接依靠重力和旋转气流的推力而落于灰斗中，称为干式清灰。如果通过喷水或淋水的方法，将内壁上粉尘冲洗到灰斗中，则称为湿式清灰。属于湿式清灰的旋风除尘器有：水膜除尘器和中心喷水（雾）旋风除尘器。由于采用湿式清灰，消除了反弹、冲刷等引起的二次扬尘，因而除尘效率可显著提高。旋风除尘器排灰装置：锁气器(a)双翻板式(b)回转式旋风除尘器实验室装置3、按结构型式分：由多个相同构造形状和尺寸的小型旋风除尘器（又叫旋风子）组合在一个壳体内并联使用。具有处理风量大,除尘效率较高的特点。（1）多管旋风除尘器多管旋风除尘器设有旁路分离室,利用上旋涡分离粉尘,从而提高除尘效率.为了使除尘器顶部空间形成明显的上旋涡,进气口上沿离顶盖要相距一定的距离。（2）旁路式旋风除尘器它是一种具有呈倒锥体形状的锥体,并在锥体的底部装有反射屏的旋风除尘器.反射屏可防止上升气流卷起粉尘,从而提高除尘效率。（3）扩散式旋风除尘器旋风除尘器型号代码XLP型旋风除尘器多管型旋风除尘器型号入口流速压力损失除尘效率XLT10-18500-70080-85XLP/A12-16700-90090XLP/B14-18XLK10-20900-120088-92筒体直径：200mm-1000mm筒体高度H：直筒部分是直径的1-2倍，锥体部分是直径的1-3倍轴向进口：靠近中心处分离效果差（小型）渐开线进口：处理量大，压力损失小旋风除尘器的进口螺旋面进口切向进口影响旋风除尘器性能的因素（一）结构尺寸进口管：圆形、矩形b=(0.2-0.25)D0a=(0.4-0.75)D0排气管：直径越小，除尘效率越高，压力损失越大，筒体直径的0.3-0.5。排气管下端与进气管的下缘平齐或稍低卸灰装置：漏风量1%，效率降低5%；漏风量5%，效率降低15%；漏风量15%，效率极低比例尺寸对性能的影响比例变化性能趋向投资趋向压力损失效率增大旋风除尘器直径降低降低提高加长筒体稍有降低提高提高增大入口面积（流量不变）降低降低——增大入口面积（速度不变）提高降低降低加长锥体稍有降低提高提高增大锥体的排出孔稍有降低提高或降低——减小锥体的排出孔稍有提高提高或降低——加长排出管伸入器内的长度提高提高或降低提高增大排气管管径降低降低提高（1）入口速度与入口风量：18-23m/s，35m/s（2）气体物理性质：温度增加，黏度增加，密度越大，效率越低（二）操作条件211221)(100100QQηη)(22212121ρρQTTQPP212121)(100100μμηηTPKQPρ2（3）气体含尘浓度：浓度越大，压力损失减小，除尘效率增加，出口处含尘浓度增加（4）粉尘粒径：粒径越大，颗粒密度越大，效率越gao（5）含湿量：分散度高而黏着性很小（10μm，颗粒含量30-40%，含湿量1%）效果不好，细颗粒量不变，含湿量5%-10%，效果较好。182.01221)(100100SSCCηη212p1p21)--(100100ρρρρηη129.2013.00SCPP旋风除尘器的设计步骤(1)首先通过计算来确定需要处理的气体量。当气体温度。密度、水蒸气含量等变化较大时，要对气体量进行换算。(2)根据需要处理的气体量确定除尘器进口气流速度。进而确定旋风式除尘器是否并联使用。(3)由选定的含尘砌体进口速度和需要处理含尘气体量计算旋风除尘器入口截面积，再由旋风除尘器各部分尺寸比例关系选出除尘器。υ36004QD确定各部分几何尺寸A3A2A23/A2/A5.2/A75.1/A尺寸名称XLP/AXLP/BXLT/AXLT入口宽度，b入口高度，h筒体直径，D上3.85b下0.7D3.33b（b=0.3D）3.85b4.9b排出筒直径，de上0.6D下0.6D0.6D0.6D0.58D筒体长度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D锥体长度，H上0.50D下1.00D2.3D2.0D1.3D灰口直径，d10.296D0.43D0.3D0.145D进口速度为右值时的压力损失12m/s700（600）5000（420）860（770）440（490）15m/s1100（940）890（700）1350（1210）670（770）18m/s1400（1260）1450（1150）1950（1740）990（1110）A75.1（4）按给定条件计算旋风式除尘器的分离界面粉尘粒径和预期达到的除尘效率，计算除尘器的压力损失。交界圆柱面的高度3/1203.2ADdlheedd7.00交界圆柱面的直径交界圆柱面的切向速度nTdDvv010002hrQvr平均径向速度3.014.028367.011TDn涡流指数分割粒径i22/1/cPicPiidddd：除尘效率2p0rtr18υρμυcd压力损失(5)旋风式除尘器必须设置气密性好的卸尘阀，以防除尘器本体下部漏风、保证除尘效果。(6)并联使用时旋风式除尘器必须是同型号、同规格，并需要合理地设计连接风管，使每个除尘器处理的气体量相等，以免除尘器之间产生串流现象而降低除尘效率。机械式除尘器案例某工厂一台锅炉，风量10000m3/h，烟气温度300℃，粉尘密度4.5g/m3，烟尘密度2000kg/m3，经测试，粉尘粒径分布如表1所示。要求经除尘装置后粉尘排放浓度为0.8g/m3，压力损失不大于2000Pa。粒径范围（μm）平均粒径（μm）质量百分数分布(﹪)5355-107.5710-30202230-60453560-807018809013机械式除尘器案例设计一锅炉烟气除尘用的除尘器，已知烟气量Q=0.778m3/s，烟气温度t=150℃，烟尘真密度ρ=2100kg/m3,要求除去50μm以上的球形颗粒的烟尘。重力沉降室设计步骤（1）气体水平流速计算gpLρρυ6kgdpK：流线系数，10-20，随尘粒直径的减小而递增（2）尘粒沉降速度的确定（100μm，通常采用stokes区的沉降速度公式）μρρ18g)-(gp2pcdvndψpd（6）求长度cvHvL（7）校核LgvHdgp)min(18ρρμ（3）确定有效截面积BHVQF（4）定高度FFH~5.0（5）求宽度HFB除尘工程设计手册.张殿印,王纯.化学工业出版社环保设备设计手册——大气污染控制设备.周兴求.化学工业出版社旋风除尘器串联旋风除尘器串联使用的目的是提高净化效果。串联使用的旋风除尘器，可以是同类型的，也可以是不同类型