工業(yè)通風(fēng)除塵用旋風(fēng)除塵器的選擇計算

工業(yè)通風(fēng)除塵用旋風(fēng)除塵器的選擇計算1 引言旋風(fēng)除塵器（簡稱旋風(fēng)器）與其他除塵器相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜、維護(hù)管理方便以及適用面寬的特點(diǎn)。旋風(fēng)器適用于工業(yè)爐窯煙氣除塵和工廠通風(fēng)除塵；工業(yè)氣力輸送系統(tǒng)氣固兩相分離與物料氣力烘干回收。高性能的旋風(fēng)器對于輸送、破碎、卸料、包裝、清掃等工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的含塵氣體除塵效率可以達(dá)到95%98%，對于燃煤爐窯產(chǎn)箋煙塵除塵效率可以達(dá)到92%95%。旋風(fēng)器亦可以作為高濃度除塵系統(tǒng)的預(yù)除塵器，與其他類型高效除塵器合用。旋風(fēng)器具有可以適宜和于高溫高壓含塵氣體除塵的特點(diǎn)。旋風(fēng)器的類型有切流反轉(zhuǎn)式、軸流反轉(zhuǎn)式、直流式等。工廠通風(fēng)除塵使用的主要是切流反轉(zhuǎn)式旋風(fēng)器。2 旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)21 單體基本結(jié)構(gòu) 單體基本結(jié)構(gòu)參見圖1，含塵氣體通過進(jìn)口起旋器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流，粉塵在離心力作用下脫離氣流和筒錐體邊壁運(yùn)動，到達(dá)壁附近的粉塵在氣流的作用下進(jìn)入收塵灰斗，去除了粉塵的氣體匯向軸心區(qū)域由排氣芯管排出。 圖1 旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)示意圖22 結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施旋風(fēng)器在長期使用中，為了達(dá)到低阻高效性能其結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)措施主要有：（1）進(jìn)氣通道由切向進(jìn)氣改為回轉(zhuǎn)通道進(jìn)氣，通過改變含塵氣體的濃度分布、減少短路流排塵量。回轉(zhuǎn)通道在90左右時阻力較小。（2）把傳統(tǒng)的單進(jìn)口改為多進(jìn)口，有效地改進(jìn)旋轉(zhuǎn)流氣流偏心，同時旋風(fēng)器阻力顯著下降。（3）在筒錐體上加排塵通道，防止到達(dá)壁面的粉塵二次返混。（4）采用錐體下部裝有二次分離裝置（反射屏或中間小灰斗）防止收塵二次返混。（5）排氣芯管上部加裝二次分離器，利用排氣強(qiáng)旋轉(zhuǎn)流進(jìn)行微細(xì)粉塵的二次分離，對捕集短路粉塵極為有效。（6）在筒錐體分離空間加裝減阻件降阻，等。23 組合技術(shù)處理氣體量較大時，可以采用多個旋風(fēng)器單體進(jìn)行并聯(lián)組合。（1）多筒組合：多筒組合可以采用分支并聯(lián)和環(huán)狀并聯(lián)方式，見圖2。組合技術(shù)的關(guān)鍵在于含塵氣流分配的均勻性和防止氣流串流。分支并聯(lián)一般采用雙旋風(fēng)器、四旋風(fēng)器方式。對于處理氣體量較大時，也可以采用母管分支并聯(lián)方式。分支旋風(fēng)器一般采用渦殼排氣方式。（2）多管組合：多管組合可以采用數(shù)十個旋風(fēng)子（小尺寸旋風(fēng)器）進(jìn)行箱式并聯(lián)安裝。旋風(fēng)子在進(jìn)氣箱體中可以采用順排并聯(lián)或錯排并聯(lián)，采用慣性沉降一旋風(fēng)子兩級一體復(fù)合除塵參見圖3，含塵氣流分配的均勻性可以通過調(diào)整旋風(fēng)子進(jìn)氣口角度、排氣芯管長度、進(jìn)氣空間高度、旋風(fēng)子間距等措施實(shí)現(xiàn)。圖2 多筒組合并聯(lián)方式圖3 多管組合并聯(lián)方式3 旋風(fēng)器使用旋風(fēng)器單體直徑一般控制在2001000mm，特殊情況下可以超過1000mm。旋風(fēng)器單體安裝角度應(yīng)不小于45，宜大于粉塵的流動角，對于氣體量負(fù)荷變化較大的系統(tǒng)尤其要注意。旋風(fēng)器單體組合應(yīng)注意含塵氣流的均勻性分配和增加防止氣流串流的技術(shù)措施。旋風(fēng)器組合空間的進(jìn)氣區(qū)、灰斗區(qū)、排氣區(qū)應(yīng)嚴(yán)格分開，連接處不得漏風(fēng)。對旋風(fēng)器性能影響較大的因素是運(yùn)行管理不善造成的灰斗漏風(fēng)和排灰不及時造成的錐體下部堵管。它不僅影響除塵效率，還會加劇旋風(fēng)器筒錐體磨損影響使用壽命。根據(jù)使用條件可以選用不同材料制作旋風(fēng)器，如鋼板、有機(jī)塑料板、玻璃鋼等加；鑄鐵、鑄鋼澆筑；陶土、石英砂、白剛玉燒制。也可以采用礬土水泥骨料、灰綠巖鑄石等材料作鋼制件的耐磨內(nèi)襯。除塵器串聯(lián)使用時，在與低性能除塵器串聯(lián)使用時，應(yīng)將高效旋風(fēng)器放在后級。在與高性能除塵器串聯(lián)使用時，就將旋風(fēng)器放在前級。除高濃度場合外，一般不采用同種旋風(fēng)器串聯(lián)使用。4 旋風(fēng)器的主要技術(shù)參數(shù)41 旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)尺寸一般以筒體直徑D1（m）為定性尺寸給出各部位的無因次比值，旋風(fēng)器在筒體直徑D1確定之后，可以按照無因次結(jié)構(gòu)比值KD2、KD3、KD4、KH1、KH2、KH、Ka、Kb、KS確定其他部位尺寸，參見圖1。即：KD2=D2/ D1 KD2=D3/ D1 KD4=D4/ D1 KD2=D2/ D1 KH1= H1/ D1 KH2= H2/ D1Ka=a/ D1 Kb= b/ D1 KS= s/ D1 KH= H/ D1 = KH1+ KH2- KS其中D1筒體直徑、D2芯管進(jìn)口直徑、D3芯管出口直徑、D4錐體下部直徑（排灰口直徑），m；H芯管進(jìn)口截面到錐體排灰口的距離（或稱分離區(qū)高度）、H1筒體高度、H2錐體高度，m；a進(jìn)口寬度、b進(jìn)口高度、s芯管插入深度，m。表1中列出了部分旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)1-4。 常見旋風(fēng)器的結(jié)構(gòu)尺寸表1型號KD2KD3KD4KH1KH2KaKbKSDucon-SDC0.550.550.240.901.520.2250.4341.33Ducon-SDM0.5350.5350.240.901.520.2340.5931.33H0.590.590.351.501.500.200.601.20K0.5460.5460.2930.601.330.2130.3871.00CLG0.550.550.171.002.500.230.440.70CZT0.500.500.300.9172.800.1790.7170.677XLK0.500.500.1652.003.000.261.001.10XLT/A0.600.602.622.000.260.661.50XLP/A0.600.600.182.901.300.260.7800.734XLP/B0.600.600.431.702.300.300.600.46XCZ0.500.500.400.922.750.180.720.72XCX0.500.500.251.202.850.240.240.90XCY0.500.650.400.902.750.180.720.82XCD0.500.500.251.102.500.2860.800.80Stirmand(h)0.500.500.401.502.500.200.500.50Swift0.400.400.401.402.500.210.440.50井伊谷鋼一0.500.500.401.002.000.300.600.70Leith-Licht0.500.500.3753.002.000.160.441.25Friedland0.690.690.402.002.000.250.500.62Strn0.500.500.401.250.750.200.450.62XCY-0.500.650.402.702.700.09/20.720.824.2 旋風(fēng)器進(jìn)口速度和筒體截面標(biāo)稱速度旋風(fēng)器進(jìn)口速度v0（m/s）指氣流L（m3/h）由旋風(fēng)器進(jìn)口進(jìn)入時的速度，筒體截面標(biāo)稱速度vA( m/s)是指氣流量L與旋風(fēng)器筒體截面面積的比值，即（1）4.3 阻力計算（2）式中P-旋風(fēng)器阻力，Pa；Pd-氣流動壓；Pd0、PdA-分別為對應(yīng)于進(jìn)口截面和筒體面的氣流動壓，Pa；-氣體密度，kg/m3。=353KB/（273+t）（空氣）；=366 KB/（273+t）（一般煙氣）（3）式中KB環(huán)境壓力B的修正系數(shù)，KB =B/ Ba，Ba為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力（101.3kPa）。t為氣體溫度，。為設(shè)備廠家提供的旋風(fēng)器阻力系數(shù)，常見旋風(fēng)器的阻力系數(shù)見表2、3,可以用0或A表示。 常見高效旋風(fēng)器的阻力系數(shù)表2-1型號0A型號0AXCX3.50654CLG3.0182XLP/B5.52106XCD5.3187H3.86166XLP/A7.58114K4.82440CZT9.2346Stirmand(h)5.40334XCZ8.3306Swift9.20471XCY8.0295Stern7.41567XCY-6.5240井伊谷鋼一8.10349Friedland12.4492Ducon-SDC7.8053Leith-Licht2.76345Ducon-SDM7.6058Buell10192常見旋風(fēng)器的阻力系數(shù)0表2-2型號0型號0XNX3.6雙級渦旋4.0XND5.6XSW2.5XP7.5CLT/A2.8XXD5.1CLT/A6.5XDF4.1CLT5.1 0為對應(yīng)于進(jìn)口截面的阻力系數(shù)；A為對應(yīng)于筒體截面的阻力系數(shù)，可以反映同一直徑的不同類型旋風(fēng)器在處理相同風(fēng)量時的阻力大小。0與A間關(guān)系為:A/0=0.62（Ka Kb）-2（4）旋風(fēng)器安裝方式不同會對旋風(fēng)器阻力計算值產(chǎn)生影響，如旋風(fēng)器出口方式采用出口渦殼比采用圓管彎頭阻力下降10%左右；使多筒、多管由于增加接管，與單個使用也有差別，可以通過工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正。一般來講，同類型直徑大小不同的旋風(fēng)器阻力相同。44 除塵效率計算441 分級效率5（5）（6）式中 a、-分別為分布系數(shù)；分割粒徑dc50，m；n-旋風(fēng)器切向速度分布指數(shù)。切向進(jìn)氣旋風(fēng)器：（7-1）（7-2） 其中（8）442 分割粒徑（9）式中錐體半角，度；為氣體黏性系數(shù)，PaS；P為粉塵真密度，kg/m3。443 總效率旋風(fēng)器的除塵效率計算為：式中x=dc;f(x)表示含塵氣體中粉塵的質(zhì)量分布密度，一般可以用R-R分布函數(shù)或?qū)?shù)正態(tài)分布函數(shù)表示。實(shí)際應(yīng)用中一般采用粒級分布累計質(zhì)量表示，分為n個粒級給出，除塵效率計算又可以為：（10）其中 式中i（dpi,dpi+1）粒級除塵效率可以取i（kdpI+(1-k)dpi+1），0< k<1.0，通常取k為0.5。 對于某些場合采用理論計算除塵效率往往誤差比較大，通?？梢圆捎糜嬎闩c實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的辦法修正，亦可參照類似工程進(jìn)行判定。 對于已知某一工況B的旋風(fēng)器在工況波動到工況A時估算除塵效率A，可以對已知除塵效率B進(jìn)行工況修正，有（11） 對于同類型但直徑大小不同的旋風(fēng)器除塵效率有（12）444 含塵深度計算旋風(fēng)器中實(shí)際運(yùn)行的是工況含塵濃度C，mg/m3；作為評價、監(jiān)督使用標(biāo)況濃度CN，mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)），CP為工況排放濃度，mg/m3。它們之間的關(guān)系為：445 算例Stairmand旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)尺寸：筒體直徑D1=203mm；芯管直徑D2=D3=102mm；錐體下部直徑D4=76mm；入口寬度a=41mm；入口高度b=102mm；筒體長度H1=mm；錐體長度H2=mm；芯管深度s=102mm；錐體角2=14.2。工況參數(shù)：入口速度v0=15.3m/s；粉塵密度P=2000 kg/m3；氣體溫度t=20；進(jìn)口含塵濃度CP =2.0 g/m3；阻力P=748Pa。由式（2）計算除塵器阻力系數(shù)0=5.33；由式（9）計算分割粒徑dc50=2.0320m（注：分割粒徑dc50.s的測定值為2.0m）；由式（5）、（6）計算得該除塵器的分級效率為5 旋風(fēng)器選用已知條件：氣體量、氣體溫度；旋風(fēng)器阻力；含塵氣體濃度；粉塵真密度和粒徑的質(zhì)量分布；供選用的旋風(fēng)器技術(shù)參數(shù)6（阻力系數(shù)；分級效率；主要結(jié)構(gòu)尺寸）；等。計算要求：確定旋風(fēng)器的直徑和個數(shù)；校核阻力；估算除塵效率。選用過程： （1）根據(jù)阻力計算所用旋風(fēng)器的筒體截面的標(biāo)稱速度：。 （2）計算旋風(fēng)器筒體截面總面積：Az=L/（3600 vA）。 （3）確定旋風(fēng)器直徑D1和N?？稍O(shè)定參數(shù)N或D1確定另一參數(shù)：。 （4）根據(jù)選定的旋風(fēng)器個數(shù)N和現(xiàn)場提供的場地、運(yùn)行方式確定旋風(fēng)器的連接方式和組合方式。 （5）計算設(shè)計工況下的旋風(fēng)器除塵效率和排放濃度。注意工況含塵濃度為運(yùn)行濃度，標(biāo)況濃度為環(huán)境監(jiān)督、評價用的含塵濃度。 （6）根據(jù)處理氣體和粉塵的性質(zhì)確定制作旋風(fēng)器的設(shè)備材料，如耐磨措施可以采用耐磨材料加工或加耐磨內(nèi)襯材料。 （7）確定旋風(fēng)器的排灰方式，選定卸灰閥、灰斗、輸灰器。對粉塵負(fù)荷少于一個班次工作量的可以采用人工清灰。 （8）旋風(fēng)器支架、檢查平臺、連接配管、檢測孔設(shè)計。 （9）旋風(fēng)器運(yùn)行工況分析，如工藝周期性負(fù)荷變化引起除塵系統(tǒng)處理氣體量變化時旋風(fēng)器單體堵灰、磨損的可能性；排灰輸灰裝置的工作狀況等。