中南林業(yè)科技大學回轉(zhuǎn)窯石膏粉塵旋風除塵器工藝設計 (2)

1、 大氣控制工程 課程設計 學院: 林學院 專業(yè)年級: 2011級環(huán)境工程1班 學生姓名: 學號: 設計題目: 回轉(zhuǎn)窯石膏粉塵旋風除塵器工藝設計 指導教師: 陳 謙 目 錄引 言1第一章 旋風除塵器21.1旋風除塵器簡介21.2旋風除塵器的特點分類31.3旋風除塵器優(yōu)缺點41.4 旋風除塵器除塵性能的影響因素51.5旋風除塵器的工作原理6第二章 設計背景72.1煙氣流量及煙氣性質(zhì)7第三章 旋風除塵器設計73.1 旋風除塵器選型73.2 尺寸計算73.4 壓力損失計算93.5 除塵效率計算9 第四章 卸灰裝置4.1 卸灰裝置11第五章 總結(jié)12參考文獻122引 言近年來，我國大氣污染程度越發(fā)嚴重，

2、而由于我國目前環(huán)境治理中，僅水污染與固體廢棄物治理的市場化程度較高，其余如大氣污染治理由于易受天氣影響并且會在不同地域間轉(zhuǎn)移，因此一直以來，政府對大氣污染治理的積極性較低，這部分市場也較為薄弱。工業(yè)生產(chǎn)與生活鍋爐是大氣污染的一個重要來源，污染物種類繁多，在煤炭燃燒過程中產(chǎn)生大量的粉塵，粉塵占大氣污染物的重要部分，大量的粉塵是誘發(fā)多種疾病的主要因素，可吸入性粉塵通過人體呼吸道進入人體，威脅人類健康。所以要防治大氣污染，將環(huán)境治理的重頭往大氣防治上轉(zhuǎn)移，是刻不容緩的。除塵器是把粉塵從煙氣中分離出來的設備叫除塵器或除塵設備。是鍋爐及工業(yè)生產(chǎn)中常用的設施。按照其除塵方式可分為：干式除塵器、半干式除塵器

3、、濕式除塵器。目前工業(yè)中常用的除塵器有：機械式除塵器、電除塵器、袋式除塵器、濕式除塵器等。本次的課程設計為旋風除塵器，通過給定的設計背景及設計要求，設計出合理的旋風除塵器來。一方面溫習和鞏固所學的知識、原理；一方面是掌握旋風除塵器的設計計算方法和步驟。第一章 旋風除塵器1.1旋風除塵器簡介旋風除塵器于1885年開始使用，已發(fā)展成為多種形式。按其流進入方式，可分為切向進入式和軸向進入式兩類。在相同壓力損失下，后者能處理的氣體約為前者的3倍，且氣流分布均勻。旋風除塵器是由進氣管、排氣管、圓筒體、圓錐體和灰斗組成。旋風除塵器結(jié)構(gòu)簡單，易于制造、安裝和維護管理，設備投資和操作費用都較低，已廣泛用來從氣

4、流中分離固體和液體粒子，或從液體中分離固體粒子。在普通操作條件下，作用于粒子上的離心力是重力的52500倍，所以旋風除塵器的效率顯著高于重力沉降室。它適用于非黏性及非纖維性粉塵的去除，大多用來去除5m以上的粒子，并聯(lián)的多管旋風除塵器裝置對3m的粒子也具有8085%的除塵效率。選用耐高溫、耐磨蝕和腐蝕的特種金屬或陶瓷材料構(gòu)造的旋風除塵器，可在溫度高達1000，壓力達500×105Pa的條件下操作。從技術(shù)、經(jīng)濟諸方面考慮旋風除塵器壓力損失控制范圍一般為5002000Pa。因此，它屬于中效除塵器，且可用于高溫煙氣的凈化，是應用廣泛的一種除塵器，多應用于鍋爐煙氣除塵、多級除塵及預除塵。它的主

5、要缺點是對細小塵粒（<5m）的去除效率較低。旋風除塵器是使含塵氣流作高速旋轉(zhuǎn)運動，借助離心力的作用將顆粒物從氣流中分離并收集下來的除塵裝置。進入旋風除塵器的含塵氣流沿簡體內(nèi)壁邊旋轉(zhuǎn)邊下降，同時有少量氣體沿徑向運動到中心區(qū)域中，當旋轉(zhuǎn)氣流的大部分到達錐體底部附近時，則開始轉(zhuǎn)為向上運動，中心區(qū)域邊旋轉(zhuǎn)邊上升，最后由出口管排出，同時也存在著離心的徑向運動。通常將旋轉(zhuǎn)向下的外圈氣流稱為外旋渦，而把錐體底部的區(qū)域稱為回流區(qū)或者混流區(qū)。旋風除塵器煙氣中所含顆粒物在旋轉(zhuǎn)運動過程中，在離心力的作用下逐步沉降茁涂塵器的內(nèi)壁上，并在外旋渦的推動和重力作用下，大部分顆粒物逐漸沿錐體內(nèi)壁降落到灰斗中。此外，進口

6、氣流中的少部分氣流沿簡體內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)向上，到達上頂端蓋后又繼續(xù)沿出口管外壁旋轉(zhuǎn)下降，最后到達出口管下端附近被上升的氣流帶走。通常把這部分氣流稱為上旋渦。隨著上旋渦，將有少量細顆粒物被內(nèi)旋渦向上帶走。同樣，在混流區(qū)內(nèi)也有少部分細顆粒物被內(nèi)旋渦向上帶起，并被部分帶走。旋風除塵器就是通過上述方式完成顆粒物的捕集的。捕集到的顆粒物位于除塵器底部的灰斗中，從除塵器排出是氣體中仍會含有部分細小顆粒物。1.2旋風除塵器的特點分類結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小，投資低，操作維修方便，壓力損失中等，動力消耗不大，可用于各種材料制造，能用于高溫、高壓及腐蝕性氣體，并可回收干顆粒物。優(yōu)點：效率80%左右，捕集<5m顆粒的效

7、率不高，一般作預除塵用。旋風除塵器的形式多，按氣流進入的方式不同，可大致分為切向進入和軸向進入兩大類。軸向進入式是靠導流葉片促使氣流旋轉(zhuǎn)的，因此也叫導流葉片旋轉(zhuǎn)式。軸向進入式又可分為逆流式和直流式；切向進入式又分為直入式和蝸殼式等形式，其中直入式的入口管外壁與筒體相切；而蝸殼式的入口管內(nèi)壁與筒體相切。1.3旋風除塵器優(yōu)缺點旋風除塵器優(yōu)點缺點1. 設備結(jié)構(gòu)簡單，造價低，體積小，適用面寬；2. 除塵器中沒有活動部件，維修方便；3. 耐高溫，可承受400高溫，如采用特殊的高溫材料，可以承受更高的溫度；4. 可承受高壓（正壓和負壓），可以對高壓氣體進行除塵；5. 采用干式旋風除塵器，可以捕集干灰，便于

8、粉料的回收利用；6. 除塵器內(nèi)敷設耐磨襯后，可凈化含高磨蝕性粉塵的煙氣。1. 對捕集微細粉塵（小于5µm）的效率不高；2. 壓力損失一般比較大；3. 由于除塵效率隨筒體直徑增加而降低，單個除塵器的處理風量有一定局限。4. 對于流量變化大的含塵氣體性能較差1.4旋風除塵器除塵性能的影響因素(1) 二次效應被捕集粒子的重新進入氣流在較小粒徑區(qū)間內(nèi)，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，粒子被反彈回氣流或沉積的塵粒被重新吹起，實際效率低于理論效率；通過環(huán)狀霧化器將水噴淋在旋風除塵器內(nèi)壁上，能有效地控制二次效應；(2) 比例尺寸在

9、相同的切向速度下，筒體直徑愈小，離心力愈大，除塵效率愈高；筒體直徑過小，粒子容易逃逸，效率下降；錐體適當加長，對提高除塵效率有利；排出管直徑愈少分割直徑愈小，即除塵效率愈高；直徑太小，壓力降增加，一般取排出管直徑de=（0.60.8）D；特征長度（natural length）-亞歷山大公式：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。旋風除塵器的各個部件都有一定的尺寸比例，每一個比例關(guān)系的變動，都能影響旋風除塵器的效率和壓力損失。其中除塵器直徑、進氣口尺寸、排氣管直徑為主要影響因素。在使用時應注意，表1中

10、所示的尺寸只能在一定范圍內(nèi)進行調(diào)整，當超過某一界限時，有利因素也能轉(zhuǎn)化為不利因素。另外，有的因素對于提高除塵效率有利，但卻會增加壓力損失，因而對各因素的調(diào)整必須兼顧。（3）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，運行中要特別注意在不漏風的情況下進行正常排灰 。（4）煙塵的物理性質(zhì)氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣含塵濃度。（5）操作變量提高煙氣入口流速，旋風除塵器分割直徑變小，除塵器性能改善 ；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，除塵效率下降；效率最高時的入口速度，一般在10-25m/s范圍。1.5旋風除塵器的工作原理旋風除塵器一般有帶有一錐形的外圓筒

11、，進氣管，排氣管，圓錐觀和貯灰箱的排氣閥組成。當含塵氣流以一定的速度（一般在1425m/s之間，最大不超過35m/s）由進氣管進入旋風除塵器后，氣流由直線運動變?yōu)閳A周運動。由于受到外圓筒上蓋及圓筒壁的限流，迫使氣流作自上而下的旋轉(zhuǎn)運動。旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生較大的離心力，塵粒在離心力的作用下，被甩向外筒壁，失去慣性后在重力的作用下，落入貯灰箱中，與氣體分離。而旋轉(zhuǎn)下降的氣流到達錐體時，因錐體收縮的影響，而向除塵器中心匯集，根據(jù)“旋轉(zhuǎn)矩”不變理論，其切向速度不斷升高，氣流下降到一定程度時，開始方向上升，經(jīng)排氣管排出。旋風除塵器原理圖第二章 設計背景2.1煙氣流量及煙氣性質(zhì)設計煙氣量：5000m3/h（與

12、煙氣溫度無關(guān)）設計煙氣性質(zhì)：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(zhì)量比）：粒徑（m）12471013161820質(zhì)量比（%）5691324239652.2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1200Pa。2.3廠區(qū)條件回轉(zhuǎn)窯車間旁有30的空地可用于安裝旋風除塵器。第三章 旋風除塵器設計3.旋風除塵器的結(jié)構(gòu)選型及尺寸計算3.1旋風除塵器的選擇根據(jù)煙氣流量、含塵濃度、粒度分布、顆粒密度等煙氣特征，并結(jié)合除塵要求、允許的阻力損失、設備工作特點和制造條件

13、等因素選擇XLP/B型旁路式旋風除塵器1個。XLP/B型旁路式旋風除塵器比一般旋風除塵器進口位置低，使在除塵頂部有充足的空間形成渦旋并形成粉塵環(huán)，從旁路分離室引至椎體部分，這樣有害于除塵效率的二次氣流變成有粉塵集聚作用的上漩渦氣流。旁路分離室設計成螺旋形，使進入的含塵氣流切向進入椎體，避免擾亂椎體內(nèi)壁氣流，防止再次塵化現(xiàn)象。3.2 XLP/B型旋風除塵器型號規(guī)格說明型號規(guī)格進口風速m/s處理風量（m3/h)阻力（kg/m2)效率（%）外型尺寸a×b×h(mm)重量( kg）XYXYXLP/B3.012-27630-105030-9027-7585-99438×38

14、1×1606439×318×136066XLP/B4.21280-2138603×534×2172630×534×1375108XLP/B5.22090-3480772×685×2764772×685×2395170XLP/B7.03650-6080994×889×3529994×889×3089283XLP/B8.25030-83801167×1040×41101176×1040×3600374XLP/B

15、9.46550-106201332×1094×46711332×1194×4110477XLP/B10.68370-139801495×1345×52321495×1345×46215783.3確定旋風除塵器的入口風速旋風除塵器入口風速要保持12 - 25m/s，低于18m/s時，其除塵效率降低；高于23m/s時，除塵效率提高不明顯，但壓力損失增加，耗電量增高很多。為了達到較高的除塵效率，若以1200pa的壓力損失進行計算時，速度為21.46m/s計算取D=0.82m規(guī)格，此時除塵效率無法達到80%以上，故此本設計

16、選用風速較小時，采用較大規(guī)格的D用以適當提高除塵效率達到設計效果。本設計取1100pa時候的速度v=20.55m/s時理論D=0.5994m設計規(guī)格D=0.72m時效率達不到，故取D=0.82m的規(guī)格剛好達到要求的除塵效率，且D不是過大應當允許。旋風除塵器入口風速要保持12 - 25m/s，低于18m/s時，其除塵效率降低；高于23m/s時，除塵效率提高不明顯，但壓力損失增加，耗電量增高很多。為了達到較高的除塵效率，若以1200pa的壓力損失進行計算時，速度為21.46m/s計算取D=0.82m規(guī)格，此時除塵效率無法達到80%以上，故此本設計選用風速較小時，采用較大規(guī)格的D用以適當提高除塵效率

17、達到設計效果。本設計取1100pa時候的速度v=20.55m/s取v=20.60m/s理論D=0.5994m設計規(guī)格D=0.72m時效率達不到，故取D=0.82m的規(guī)格剛好達到要求的除塵效率，且D不是過大應當允許。3.4 尺寸計算根據(jù)大氣污染控制工程第187頁表6-3，選用XLP/B型除塵器。由前確定取v=20.60m/s進氣口截面積 A= 0.067入口寬度 = 0.18m=180mm 入口高度 =0.37m=370mm筒體直徑 D=3.33b=0.604m 取 D=0.82 m=820mm（為達到要求的處理效率擴大直徑） 排出口直徑 =0.6*0.82=0.49m=490mm筒體長度 L=

18、1.7D=1.7*0.82=1.39m 取L=1.40m=1400mm錐體長度 H=2.3D=1.886m 取H=1.90m=1900mm排灰口直徑 =0.43D=0.353m 取=0.36m=360mm排氣管插入深度 s=0.3D=0.3*0.82=0.246m=246mm (為防止粒子短路漏到出口，故該值不可取，設s=0.4 m)3.5.除塵器總除塵效率渦流指數(shù) 0.6156平均徑向速度 =0.52m/s切向速度 38.54m/s分割粒徑 =3.19分級效率 粒徑（m）12471013161820質(zhì)量比（m%）569132423965分級除塵效率（i%）8.90%28.11%61.00%8

19、2.73%90.72%94.29%96.16%96.94%97.51%除塵效率 （m%*i）%0.45%1.69%5.49%10.75%21.77%21.69%8.65%5.82%4.88%綜合除塵效率81.18%由上表可知，綜合除塵效率 81.18% 滿足設計要求。且壓力損失在速度確定時已確定為1100pa，滿足設計要求 第四章 卸灰裝置4.1 卸灰裝置卸灰裝置兼有卸灰和密閉兩種功能，是影響除塵器性能的關(guān)鍵部位之一。假如卸灰裝置處有漏氣的現(xiàn)象，非但影響除塵器的正常排灰，而且嚴重影響除塵效率。因此，理想的卸灰裝置應該具有結(jié)構(gòu)簡單、動作靈活、排灰及時和嚴密布漏風等特點。有資料指出，不管哪一種卸灰裝置，如果漏風量占到總風量的1%時，則除灰效率降低5%；漏風量占5%時，除塵效率降低約50%；漏風量占15%時，除塵效率會降低到很低的數(shù)值。翻板式鎖氣器是利用翻板上的平衡錘和積灰重量的平衡發(fā)生變化，進行自動的卸灰的。它設偶兩塊翻板輪流啟閉。回轉(zhuǎn)式鎖氣器采用外來動力使刮板緩慢旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速一般1520圈/分鐘，它適用于排灰量較大的除塵器?；剞D(zhuǎn)式鎖氣器是否保持嚴密，關(guān)鍵在于刮板和外殼之間緊密貼合的程度。圖 2-3 為翻板式閃動閥，其中心線與旋風分離器中心線是重合的，其殼體2的側(cè)面有一個檢修用的法蘭蓋板。當翻板出現(xiàn)故障時，可以卸掉蓋板，予