《大气污染控制工程》课程设计--旋风除尘器设计

《大气污染控制工程》课程设计题目：旋风除尘器的设计专业：指导老师：姓名：学号：2017年6月1日目录1.引言............................................12.除尘设计的有关标准..............................22.1环境空气质量分类和分级(GB3095-2012)..........22.2大气污染物综合排放标准.......................23.旋风除尘器的除尘机理及性能......................33.1旋风除尘器简介...............................33.2旋风除尘器的结构.............................33.3旋风除尘器的除尘机理.........................33.4旋风除尘器内的流场...........................43.5涡流.........................................53.6旋风除尘器的压力损失.........................53.7影响旋风除尘器效率的因素.....................64.旋风除尘器的选型................................74.1旋风除尘器选型原则...........................74.2旋风除尘器的设计选型.........................85.旋风除尘器的设计................................95.1旋风除尘器各部分尺寸的确定...................95.1.1形式的选择..............................95.1.2确定进口风速............................95.1.3确定旋风除尘器的尺寸....................95.2旋风除尘器的效率检验........................105.2.1计算分级效率...........................105.2.2计算总效率.............................115.2.3压力损失估算...........................11参考文献11.引言课程设计是每位大学生对所学知识的一次综合性的检测，需要每位学生通过大学三年里面所学的专业课、公共课的理论知识，然后通过查阅资料等实际方式，理论结合实际从而设计出符合要求的产品。课程设计锻炼了我们作为大学生应当具备的发现问题，解决问题的能力，为我们以后走上工作岗位打下了一个良好的基础。这次课程设计的课题是设计旋风除尘器，在拿到课程设计课题之前，我对于旋风除尘器知之甚少，所以不断地搜集资料，最终拿出设计方案。通过这次的课程设计，我加深了专业课所学的知识，又强化了专业软件的使用。我相信这次课程设计对我以后的工作是很有帮助的。随着我国经济的进一步发展，环境问题也变得越来越突出。水污染，大气污染等已经严重影响到了我们的健康。这几年，全国持久不散的雾霾天气现在依然让人们感到大气污染的严峻形势。环境污染的原因是多方面的，有一些生活垃圾的污染，还有一些工业生产带来的污染。对我们影响最大的其实是工业生产中一些企业排放不达标所致。在一些工厂，我们随处可见飘散的微尘，高耸的烟囱。可想而知，这些污染物，特别是PM2.5以下的可吸入污染物对我们身体的健康有着很大的影响。经济发展应当以人为本，可持续发展，所以，环境污染的防止是迫在眉睫的。现在在工业生产上常用的除尘方式是使用除尘器除尘。主要的除尘器的除尘方式有湿式除尘装置、机械式除尘、电除尘和袋式除尘器等。本次课程设计的课题是旋风除尘器的设计。旋风除尘器是机械式除尘装置的一种，除了机械式除尘还有重力沉降等几种常见的除尘方式。旋风除尘器对于除去直径较大的尘粒效果显著，而在处理一些污染物尘粒较小的情况下，效果不好。旋风除尘器是一种在大气污染防治中使用最多的设备。由于旋风除尘器结构简单，没有运动部件，设备成本低廉，维修保养方便。所以旋风除尘器是除尘设备中应用最多，使用最广的设备。旋风除尘器的设备费用，维护保养成为旋风除尘器的主要参考指标。本次设计的目的在于设计出符合要求的能够净化指定环境空气的除尘设备，进一步巩固和加深课程理论知识，并能结合实践，学以致用。设计时力求层次分明、图文结合、内容详细。此设计主要由筒体、锥体、进气管、排气管、排灰口2的设计计算以及风机的选择计算等组成，在获得符合条件的性能的同时力求达到加工工艺简单、经济美观、维护方便等特点。由于学识水平有限，设计错误之处难免，衷心感谢希望各位老师和同学能够给予指导。2.除尘设计的有关标准2.1环境空气质量分类和分级(GB3095-2012)（1）一类区为自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区。一类区执行空气质量一级标准。（2）二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。二类区执行空气质量二级标准。2.2大气污染物综合排放标准大气污染物综合排放标准（GB16297－1996）规定了33种大气污染物的排放限值，同时规定了标准执行中的各种要求。于1997年1月1日正式施行。在我国现有的国家大气污染物排放标准体系中，按照综合性排放标准与行业性排放标准不交叉执行的原则，锅炉执行GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》、工业炉窑执行GB9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》、火电厂执行GB13223-1996《火电厂大气污染物排放标准》、炼焦炉执行GB16171-1996《炼焦炉大气污染物排放标准》、水泥厂执行GB4915-1996《水泥厂大气污染物排放标准》、恶臭物质排放执行GB14554-93《恶臭污染物排放标准》、汽车排放执行GB14761.1～14761.7-93《汽车大气污染物排放标准》、摩托车排气执行GB14621-93《摩托车排气污染物排放标准》，其它大气污染物排放均执行本标准。33.旋风除尘器的除尘机理及性能3.1旋风除尘器简介旋风除尘器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置，它主要由排灰管、圆锥体、圆柱体、进气管、排气管以及顶盖组成。旋风除尘器用于工业生产以来，已有百余年历史。该类分离设备、机构简单、制造容易、造价和运行费用较低，对于捕集分离5～15μm以上的较粗颗粒粉尘，净化效率很高，所以在矿山、冶金、耐火材料、建筑材料、煤炭、化工及电力工业部门应用极为普遍。但旋风除尘器对于5～15μm以下的较细颗粒粉尘（尤其是密度小的细颗粒粉尘）净化效率极低所以旋风分离器通常用于粗颗粒粉尘的净化或用于多级净化时的初步处理。3.2旋风除尘器的结构旋风除尘器主要由排灰管、圆锥体、圆柱体、进气管、排气管以及顶盖组成。一般的旋风除尘器是通过入口和筒体的结构使含尘气体切向进入其内部产生旋转运动。入口一般为如图所示的矩形截面。一般把旋风除尘器内部空间分为两部分，下运动的外漩涡和向上运动的内漩涡。3.3旋风除尘器的除尘机理含尘气流进入除尘器后，沿外壁由上向下作旋转运动，同时有少量气体沿径向运动到中心区域。当旋转气流的大部分到达锥体底部后，转而向上沿轴心旋转，最后经排出管排出。通常将旋转向下的外圈气流称为外涡旋，旋转向上的中心气流称为内涡流，两者的旋转方向是相同的。气流作旋转运动时，尘粒在离心力作用下逐步移向外壁，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。气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力下降，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，最后到达排出管下端附近被上升的内涡旋带走，从排出管排出，这股旋转气流称为上涡旋。4对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际的气流运动是很复杂的，除了切向和轴向运动外，还有径向运动。如在外涡旋，少量气体沿径向运动到中心区域，在内涡旋也存在离心的径向运动。3.4旋风除尘器内的流场在旋风除尘器中，颗粒相对于气体的速度决定了它是否能够被捕捉。旋风分离器的分离效率与颗粒的运动过程密切相关，而颗粒的而运动又与旋风分离器内部的流场密切相关，为此首先需要了解流场内的速度分布。（1）切向速度切向速度对固体粉尘颗粒的分离起着决定性作用，由于粉尘颗粒与气体的密度不同以及切向速度的影响，导致两者的离心力不同而分离。旋风分离器的除尘原理是应用离心加速度来实现旋转流场中的分选和除尘。旋风除尘器内气流的切向速度分布入图所示。根据“涡流”定律，外涡旋的切向速度反比于旋转半径R的n次方，即：vtRn=常数式中：n≦1，常称为涡流指数。实验表明n值可由下式进行估算：n=1-（1-0.67D0.14）（T/283）0.3式中：D——旋风除尘器直径，m；T——气体的温度，K。内涡流的切向速度正比于旋转半径R，比例常数等于气流的旋转角速度。在内、外涡流交界圆柱面上，气流的切向速度最大。实验测量表明，交界圆柱直径di=(0.6-1.0)de(de为排气管直径)。（2）径向速度径向速度方向分为向内和外向，内向速度将粉尘沿径向由外推至轴心即漩涡中心，妨碍尘粒与气流的分离。这是因为尽管由于旋转，颗粒一定存在相对于气体径向流动的速度。vr=vp-up5vr——相对速度vp——尘粒的径向速度up——气体的径向速度如果vp＜up，则vr＜0，说明颗粒的运动方向是向着内心而不是向着筒壁。因此分离能力越差除尘器其气流的径向速度越大。（3）轴向速度轴向速度在半径r方向由负值逐渐变为正值，每一横截面都有轴向零速度的两分界点。在两分界点外圈形成下降流，在两分界点之间形成上升流。分界点的集合构成筒形分界面，在分界面边界外侧的固体颗粒，大部分随同向下气流流至排尘口，圆锥面内侧的固体颗粒，由于上升流及径向速度的作用，一部分由排气管排出，一部分受离心作用被甩到圆锥外侧，最后沉入排尘口。3.5涡流正是由于除尘器内部涡流的存在，粉尘才能与气流分离。但是旋风除尘器内部流场的复杂性也产生许多不利于分离粉尘的涡流，最主要的有以下三种。（1）短路流在旋风分离器的排气管外壁与入口之间的部分区域里,由于轴向速度与径向速度的作用容易形成局部的涡流。该部分涡流夹带着未经过旋转的颗粒向排气管外壁流动并随之表面下降直接逃逸，从而影响分离效率。因此,在旋风除尘器的研究与设计中非常关键的一点就是尽量避免产生短路流。（2）外漩涡中的局部涡流由于已被抛向筒壁的粉尘颗粒速度比较小，若碰到旋风除尘器筒壁不光滑处（如焊缝），粉尘会被重新甩入外漩涡中，降低了除尘除尘性能。（3）底部夹带涡流外漩涡在锥体底部（即排尘口附近）向上返转为内漩涡时，可能会对已被分离的粉尘，尤其是细粉尘产生二次返混。这是影响除尘的一个重要因素。3.6旋风除尘器的压力损失依据对旋风除尘器的工作原理、结构形式、尺寸以及气体的温度、湿度和压力等分析和试验测试，其压力损失的主要影响因素可归纳如下：（1）结构形式的影响6旋风除尘器的构造形式相同或几何图形相似，则旋风除尘器的阻力系数ζ相同。若进口的流速相同，压力损失基本不变。（2）进口风量的影响压力损失与进口速度的平方成正比，因而进口风量较大时，压力损失随之增大。（3）除尘器尺寸的影响除尘器的尺寸对压力损失影响较大，表现为进口面积增大，排气管直径减小，而压力损失随之增大，随圆筒与椎体部分长度的增加而减小。（4）气体密度变化的影响压力损失随气体密度增大而增大。由于气体密度变化与T、P有关，换句话说，压力损失随气体温度或压力的增大而增大。（5）含尘气体浓度的大小的影响试验表明，含尘气体浓度增高时，压力损失随之下降，这是由于旋转气流与尘粒之间的摩擦作用使旋转速度降低所致。（6）除尘器内部障碍物的影响旋风除尘器内部的叶片、突起、和支撑物等障碍物能使气流旋转速度降低。但是，除尘器内部粗糙却使压力损失很大。3.7影响旋风除尘器效率的因素影响旋风除尘器效率的因素有：二