陳全超--回轉窯石膏粉塵旋風除塵器設計

1、中南林業(yè)科技大學大氣污染控制工程課程設計設計名稱：回轉窯石膏粉塵旋風除塵器學生姓名： 陳全超 學 號： 20096376 專業(yè)年級： 2009級環(huán)科一班 林學院環(huán)境科學教研室目 錄第一章 課程設計背景材料31.設計題目32.設計資料33.設計目的34.設計要求35.設計內容46.設計期限47.其它說明48.主要參考資料4第二章 設計部分51.前言51.1.旋風除塵器工作原理51.2.影響旋風除塵器除塵效率的因素61.3.旋風除塵器的應用72.設計方案的確定83.設計計算83.1.選擇旋風除塵器的型式83.2.選擇旋風除塵器的入口風速83.3.計算入口面積A83.4.入口高度h、寬度b的計算83

2、.5.計算旋風除塵器的筒體直徑93.6.按所選擇型式的尺寸比計算旋風除塵器各部分尺寸103.7.校核103.8.壓力損失計算113.9.除塵效率計算114.綜述135.設計總結136.結束語147.參考文獻14第一章 課程設計背景材料1. 設計題目回轉窯石膏粉塵旋風除塵器工藝設計2. 設計資料1、煙氣流量及煙氣性質設計煙氣量：5000m3/h（與煙氣溫度無關）設計煙氣性質：見下表。項目粉塵濃度粉塵真密度煙氣溫度煙氣濕度煙氣黏度平均值200g/m32000kg/m31204%2.2*10-5Pa·s粉塵粒徑分布（質量比）：粒徑（m）12471013161820質量比（%）5691324

3、239652、處理要求：此旋風除塵器作為預除塵器，要求除塵效率大于80%，壓力損失小于2000Pa。3、廠區(qū)條件回轉窯車間旁有30的空地可用于安裝旋風除塵器。3. 設計目的 溫習和鞏固所學知識、原理，特別是熟悉分級除塵效率的內容； 掌握一般旋風除塵器的設計計算的方法和步驟。4. 設計要求 獨立思考，獨立完成； 設備選型、卸灰裝置選擇、技術參數(shù)、性能、詳細說明； 提交的成品：設計說明書、除塵器主體設計圖、卸灰裝置簡圖。5. 設計內容根據設計資料和設計要求，確定設備選型和技術參數(shù)。具體選型步驟如下：1、確定除塵系統(tǒng)所需處理的氣體量；2、根據所需處理氣體的含塵質量濃度、粉塵性質及使用條件初步選擇除塵

4、器類型；3、根據所需處理的含塵氣體量，計算除塵器直徑和各部件尺寸；4、計算除塵效率；5、計算壓力損失；6、若不能滿足要求，則需重新選擇除塵器類型，重新設計計算；7、編寫設計說明書，繪制除塵器主體設計圖（包括卸灰裝置）。6. 設計期限二周。7. 其它說明本次課程設計涉及的工藝裝備，參照有關設計手冊及產品說明書進行選型。8. 主要參考資料除塵器設計手冊；環(huán)保設備設計手冊大氣污染控制設備；大氣污染控制工程課本P143-145關于分級除塵效率的內容，P167-179關于旋風除塵器的內容。第二章 設計部分1. 前言 旋風除塵器是利用旋轉氣流產生的離心力使塵粒從氣體中分離出來的裝置。旋風除塵器的特點是：結

5、構簡單、應用廣泛、種類繁多、造價和運行費較低、體積小、操作維修方便；壓力損失中等，動力消耗不大，除塵效率較高；可用各種材料制造，適用于粉塵負荷變化大的含塵氣體，性能較好，能用于高溫、高壓及腐蝕性氣體的除塵，可直接回收干粉塵；無運動部件，運行管理簡便等。旋風除塵器歷史較久，現(xiàn)在一般用來捕集515um以上的塵粒，除塵效率可達80%左右，高效的可達90%左右。1.1. 旋風除塵器工作原理普通旋風除塵器的結構及內部氣流由筒體、錐體、進氣管、排氣管和卸灰管等組成，如上圖所示。旋風除塵器的工作過程是當含塵氣體由切向進氣口進入旋風分離器時氣流將由直線運動變?yōu)閳A周運動。旋轉氣流的絕大部分沿器壁自圓筒體呈螺旋形

6、向下、朝錐體流動，通常稱此為外旋氣流。含塵氣體在旋轉過程中產生離心力，將相對密度大于氣體的塵粒甩向器壁。塵粒一旦與器壁接觸，便失去徑向慣性力而靠向下的動量和向下的重力沿壁面下落，進入排灰管。旋轉下降的外旋氣體到達錐體時，因圓錐形的收縮而向除塵器中心靠攏。根據“旋轉矩”不變原理，其切向速度不斷提高，塵粒所受離心力也不斷加強。當氣流到達錐體下端某一位置時，即以同樣的旋轉方向從旋風分離器中部，由下反轉向上，繼續(xù)做螺旋性流動，即內旋氣流。最后凈化氣體經排氣管排出管外，一部分未被捕集的塵粒也由此排出。自進氣管流人的另一小部分氣體則向旋風分離器頂蓋流動，然后沿排氣管外側向下流動；當?shù)竭_排氣管下端時即反轉向

7、上，隨上升的中心氣流一同從排氣管排出。分散在這一部分的氣流中的塵粒也隨同被帶走。1.2. 影響旋風除塵器除塵效率的因素旋風除塵器分級效率曲線二次效應被捕集粒子的重新進入氣流上圖為理論效率曲線，但與實際的效率曲線是不一致的。造成差異的主要原因是二次效應，即被捕集的重新進入氣流。在較小粒徑區(qū)間內，理應逸出的粒子由于聚集或被較大塵粒撞向壁面而脫離氣流獲得捕集，實際效率高于理論效率；在較大粒徑區(qū)間，實際效率低于理論效率，這是因為理應沉降入灰斗的塵粒卻隨凈化后氣流一起排走，其起因主要為粒子被反彈回氣流或沉積的塵粒被重新吹起，；通過環(huán)狀霧化器將水噴淋在旋風除塵器內壁上，能有效地控制二次效應；臨界入口速度。

8、比例尺寸高效旋風除塵器的各個部件都有一定的尺寸比例，這些比例是基于廣泛調查研究的結果。某個比例關系的變動，能影響旋風除塵器的效率和壓力損失。在相同的切向速度下，筒體直徑愈小，粒子受到的慣性離心力愈大，除塵效率愈高；但若筒體直徑過小，粒子容易逃逸，效率下降；另外，錐體適當加長，對提高除塵效率有利；除塵器分割直徑的推導過程表明，排出管直徑愈少分割直徑愈小，即除塵效率愈高；但排出管直徑太小，會導致壓力降增加，一般取排出管直徑de=（0.40.65）D；根據測量，氣流在除塵器內下降的最低點并不一定會達到除塵器的底部。從排出管下部至氣流下降的最低點之間的距離成為旋風除塵器的特征長度l0。根據亞歷山大（n

9、atural length）公式：排氣管的下部至氣流下降的最低點的距離。旋風除塵器排出管以下部分的長度應當接近或等于l，筒體和錐體的總高度以不大于5倍的筒體直徑為宜。 運行系統(tǒng)的密閉性 運行系統(tǒng)的密閉性,尤其是除塵器下部的嚴密性,特別重要，運行中要特別注意。如果除塵器下部不嚴密，漏入外部空氣，就會把正在落入灰斗的粉塵重新帶走，使 除塵效率顯著下降。因此，在不漏風的情況下進行正常排灰是旋風除塵器運行中必須重視的問題 。收塵量不大的除塵器，可在下部設固定灰斗，定期排灰，收塵量較大的要求連續(xù)排灰時，課設雙板式或回轉式鎖氣器。4 煙塵的物理性質 氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣含塵濃度等都會影

10、響旋風除塵器的效率。 操作變量提高煙氣入口流速，旋風除塵器分割直徑變小，使除塵器性能改善 ；如果入口流速過大，已沉積的粒子有可能再次被吹起，重新卷入氣流中，導致除塵效率下降；通常依旋風除塵器的直徑而選用的實際最高效率的入口速度，一般在10-25m/s范圍內。 1.3. 旋風除塵器的應用 旋風除塵器作為一種中效除塵裝置，由于其具有結構簡單，制造、安裝和維護管理容易，投資少，體型和占地面積小等特點，廣泛地應用了各種工業(yè)部門中。 旋風除塵器一般只適用于凈化非粘結性和非纖維性粉塵，溫度在400以下的非腐蝕性氣體。如果用在高溫氣體凈化上，則需采取冷卻措施，或內壁襯隔熱材科。用于凈化腐蝕性氣體時，則應采用

11、防腐材料制做，或內壁噴涂防腐材料。旋風除塵器內的旋轉氣流速度很高，粉塵對壁面的磨損，特別是對錐體部分的磨損較快，所以在設計和運行時應充分注意，采取一定的耐磨措施。 旋風除塵器的除塵效率，除了與其結構型式有直接關系外，還與其卸灰裝置I包括灰斗和卸灰閥)好壞克直接關系。如果卸灰裝置的設計或管理不當，造成決斗漏風，破壞了除塵器內的氣流運動，將會使已沉降的粉塵再次懸浮飛揚，除塵效率大大降低，或造成排灰口堵塞，使除塵系統(tǒng)癱瘓。因此，必須對卸灰裝置的設計和管理給予高度重視。旋風除塵器是應用廣泛的除塵器之一。在應用中可以單獨供用，也可以單獨使用，也可以并聯(lián)或串聯(lián)供用。串聯(lián)中既有旋風除塵器自身進行串聯(lián)，也有旋

12、風除塵器與其他類型除塵器的串聯(lián)使用，在應用中對旋風除塵器采用防磨損措施也很重要。2. 設計方案的確定根據所需處理氣體的含塵質量濃度、粒徑分布、粉塵性質及除塵要求、允許的壓力損失和制造條件等因素全面分析，合理地選擇旋風除塵器的類型，然后進行各部件尺寸、除塵效率及壓力損失的計算，核對。如果計算結果滿足設計要求，則證明所選的方案是可行的，否則需要重新選擇除塵器類型，重新設計計算，直到符合設計要求為止。3. 設計計算3.1. 選擇旋風除塵器的型式 選XLP/B型旁路式旋風除塵器3.2. 選擇旋風除塵器的入口風速 一般進口的氣速為12 25m/s。 本次設計取進口速度=20m/s。3.3. 計算入口面積

13、A已知設計煙氣的流量.取進口速度=20m/s則入口面積AA=Q/3600=5000/(3600*20)= 0.07m23.4. 入口高度h、寬度b的計算幾種旋風除塵器的主要尺寸比例則由上表可知XLP/B型旋風除塵器的各部分尺寸公式，則因此有：入口寬度b=（A/2)1/2=(0.07/2) 1/2=0.19m 入口高度h=（2A)1/2=(2*0.07) 1/2=0.37m3.5. 計算旋風除塵器的筒體直徑 筒體直徑D=3.33b=3.33*0.19=0.634m 參考XLP/B產品系列，即XLP/B型性能參數(shù)表如下：項目規(guī)格進口風速（m/s）重量（Kg）121620X型Y型處理風量XLP/B-

14、3.0636842105245.9235.40XLP/B-4.211491532191583.1685.42XLP/B-5.4209427873485134.26105.14XLP/B-7.0365648676084221.96173.24XLP/B-8.2520066648330309.07214.68XLP/B-9.46558874410929396.35321.14XLP/B-10.683281110613881497.57393.29可知D=0.634m<0.7m則取3.6. 按所選擇型式的尺寸比計算旋風除塵器各部分尺寸（1）排出筒直徑（2）筒體長度（3）椎體長度（4）灰口直徑3

15、.7. 校核（1）入口寬度 （2）入口面積（3）入口高度 則為防止粒子短路漏到出口，則s=h+0.1×D=0.35+0.1×0.7=0.42m=420mm則即計算得，取3.8. 壓力損失計算當1200C時T=120+273=393K則此時氣體密度為=16×=5.56則壓力損失為=5.56×=1284.4Pa2000 Pa則可知壓力損失滿足設計要求。3.9. 除塵效率計算假設接近圓筒壁處的氣流切向速度近似等于氣流的入口速度，即，取內外渦流交界圓柱的直徑渦流指數(shù)氣流在交界面上的切向速度則分割直徑分級效率當時同理可以演算出：當時，；當時，；當時，；當時，；當時

16、，；當時，；當時，；當時，；粉塵粒徑分布（質量比）：粒徑（m）12471013161820質量比（%）569132423965根據以上粉塵粒徑分布（質量比）表可以求算出總的除塵效率： =8.95%×5%+28.22%×6%+61.13%×9%+82.80%×13%+90.76%×24%+94.32%×23%+96.18%×9%+96.96%×6%+97.52%×5% =81.23%由于，滿足設計要求。4. 綜述旋風除塵器尺寸入口寬，b（mm）175入口高，h（mm）350筒體直徑，D（mm）700排出筒直

17、徑，de（mm）420筒體長度，L（mm）1190錐體長度，H（mm）1610灰口直徑，d1（mm）301排氣管插入深度，s（mm）420該除塵器除塵效率為81.23%。5. 設計總結 通過反復的選型及設計計算，使我真正的認識到：在一定的范圍內入口風速增大，則除塵效率提高，但若入口風速過大，不僅使除塵器阻力急劇加大，而且還會加劇粉塵的返混，導致除塵效率下降。另外，入口風速過大，壓力損失急劇上升，即能耗增大，同時入口風速過大，也會加劇旋風除塵器筒體的磨損，降低使用壽命。因此在設計除塵器的進口截面時，必須使進入口風速為一適應值，一般為1225m/s，濃度高和顆粒粗的粉塵入口速度應選小些，反之可選大

18、些。 相對而言，本次所設計的XLP/B型旋風除塵器的入口風速稍大，壓力損失稍大，（但都滿足設計要求）從經濟方面考慮，也許有些欠妥，但總體還是比較合理的。另外，在本次的課程設計中，我運用到了以前所學的專業(yè)課知識，如：CAD制圖、word的使用、Excel的函數(shù)計算等，讓我對之前學過的基礎專業(yè)課知識重新溫習了一遍。要做好一個課程設計，就必須做到：在設計之前，對整個設計系統(tǒng)有一個全面的了解，知道該設計有哪些設備及每個設備的工作原理和正常運轉的相關參量；在設計程序時，不能妄想一次就將整個設計做好，需要反復修改、不斷改進是設計的必經之路；要養(yǎng)成注釋的好習慣，一個完美的設計應該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設計課程過程中遇到問題是很正常的，但我們應該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。課程設計結束了，但是從中學到的知識會讓我受益匪淺。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實踐能力的提高都會受益于我在以后的學習、工作