旋風除塵器設(shè)計詳解講訴

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1、 高效旋風除塵器設(shè)計 摘 要 00 論文主要介紹了旋風除塵器各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定以及旋風除塵器性能的計算。以普通旋風除塵器設(shè)計為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代此類相關(guān)課題的研究方法，設(shè)計出符 合一定壓力損失和除塵效率要求的除塵器，在 CAD/CAM軟件輔助設(shè)計的基礎(chǔ)上，繪制旋風除塵器裝配圖、零件圖、以及除塵系統(tǒng)原理圖。本文分以下幾部分對以上內(nèi)容進行了討論：首先，通過查閱資料計算出旋風除塵器各部分尺寸；其次，繪制出旋風除塵器裝配圖及旋風除塵器各零部件圖；最后，整理資料，選取與論

2、文相關(guān)的英文文獻進行翻譯完成設(shè)計說明書。 關(guān)鍵詞：旋風除塵器 壓力損失 除塵效率 目 錄 1.引言 ................................................................................................................................. 1 2.旋風除塵器的除塵機理及性能 ......................................................

3、............................... 2 2.1 旋風除塵器的基本工作原理 ............................................................................... 2 2.1.1 旋風除塵器的結(jié)構(gòu) ..................................................................................... 2 2.1.2 旋風除塵器內(nèi)的流場 ...............................

4、.................................................. 2 2.1.3 旋風除塵器內(nèi)的壓力分布 ......................................................................... 5 2.2 旋風除塵器的性能及其影響因素 ...................................................................... 5 2.2.1 旋風除塵器的技術(shù)性能 ..........................

5、................................................... 5 2.2.2 影響旋風除塵器性能的主要因素 ............................................................ 6 2.2.3 旋風除塵器選型原則 .............................................................................. 10 3.旋風除塵器的設(shè)計 .....................................

6、.................................................................. 12 3.1 旋風除塵器各部分尺寸的確定 ......................................................................... 12 3.1.1 形式的選擇 ............................................................................................... 12 3.1.2 確定

7、進口風速 .......................................................................................... 12 3.1.3 確定旋風除塵器的尺寸 .......................................................................... 12 3.2 旋風除塵器強度的校核 ................................................................................

8、..... 14 3.2.1 筒體和錐體壁厚 s 和氣壓試驗強度校核 ................................................ 14 3.2.2 排氣管尺寸的確定 ................................................................................... 15 3.2.3.支座的選擇計算 ...............................................................................

9、........ 17 3.2.4 支腿的設(shè)計計算及校核 ........................................................................... 19 3.3 旋風除塵器壓力損失及除塵效率 ..................................................................... 20 3.3.1 計算壓力損失 ......................................................................

10、..................... 20 3.3.2 除塵效率的計算 ....................................................................................... 21 3.4 風機的選擇 ......................................................................................................... 22 3.5 排塵閥的選擇 ...........................

11、.......................................................................... 22 3.6 連接方式的選擇 ................................................................................................. 22 結(jié)論 ....................................................................................................

12、.............................. 24 致謝 .................................................................................................................................. 25 參考文獻 ................................................................................................................

13、.......... 26 外文資料 .......................................................................................................................... 27 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 1.引言 旋風除塵器設(shè)計是我通過學習全部基礎(chǔ)課、 專業(yè)課和以往的課程設(shè)計的基礎(chǔ)上進行的一次綜合性的設(shè)計。 這次畢業(yè)設(shè)計更充分的體現(xiàn)了理論聯(lián)系實際的宗旨， 通過這次畢業(yè)設(shè)計， 我不僅加深了對專業(yè)基礎(chǔ)知識的

14、理解， 而且認識到作為一名工作人員我們應(yīng)該具有良好的技術(shù)水平、 嚴謹務(wù)實的工作態(tài)度， 這次設(shè)計鍛煉了我查閱資料自我設(shè)計的能力。 我希望通過本次畢業(yè)設(shè)計對我三年來所學課程有更深入的理解，熟練掌握 AutoCAD制圖，運用所學的知識設(shè)計出符合要求的除塵器。 隨著人類社會的發(fā)展與進步， 人們對生活質(zhì)量和自身的健康越來越重視， 對空氣質(zhì)量也越來越關(guān)注。 然而人們在生產(chǎn)和生活中， 不斷的向大氣中排放各種各樣的污染物質(zhì)，使大氣遭到了嚴重的污染， 有些地域環(huán)境質(zhì)量不斷惡化， 甚至影響人類生存。在大氣污染物中粉塵的污染占重要部分， 可吸入顆粒物過多的進入人體， 會 威脅人們的健康。所以防治粉塵污染

15、、保護大氣環(huán)境是刻不容緩的重要任務(wù) [1] 。 除塵器是大氣污染控制應(yīng)用最多的設(shè)備， 其設(shè)計制造是否優(yōu)良， 應(yīng)用維護是否得當直接影響投資費用、除塵效果、 運行作業(yè)率。所以掌握除塵器工作機理，精心 設(shè)計、制造和維護管理除塵器，對搞好環(huán)保工作具有重要作用 [2]。 工業(yè)中目前常用的除塵器可分為： 機械式除塵器、電除塵器、袋式除塵器、濕式除塵器等。機械式除塵器包括重力沉降室、慣性除塵器、旋風除塵器等。重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置， 主要用于高效除塵的預除塵裝置，除去大于 40μ m以上的粒子。慣性除塵器是借助塵粒本身的慣性力作用使其與氣流分離， 主要用于

16、凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵。 旋風除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置， 多用作小型燃煤鍋爐消煙除塵和多級除塵、預除塵的設(shè)備 [12] 。 本次設(shè)計為旋風除塵器設(shè)計， 設(shè)計的目的在于設(shè)計出符合要求的能夠凈化指定 環(huán)境空氣的除塵設(shè)備， 為環(huán)保工作貢獻一份力量。 設(shè)計時力求層次分明、 圖文結(jié)合、 內(nèi)容詳細。此設(shè)計主要由筒體、錐體、進氣管、排氣管、排灰口的設(shè)計計算以及風 機的選擇計算等組成， 在獲得符合條件的性能的同時力求達到加工工藝簡單、 經(jīng)濟 美觀、維護方便等特點。 本次設(shè)計參考和引用了一些關(guān)于除塵器設(shè)計的論著、 教材、手冊等，由

17、于學識、 經(jīng)驗、和水平有限，設(shè)計中缺點乃至不當之處在所難免， 殷切希望各位老師批評指 正，提出寶貴意見。 1 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 2 旋風除塵器的除塵機理及性能 2.1 旋風除塵器的基本工作原理 2.1.1 旋風除塵器的結(jié)構(gòu) 旋風除塵器的結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示，當含塵氣體由進氣管進入旋風除塵器時，氣流將由直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)閳A周運動，旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分延器壁呈螺旋形向下，朝椎體流動。通常稱為外旋氣流，含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力，將重度大于氣體的塵粒甩向器壁。塵粒

18、一旦與器壁接觸，便失去慣性力而靠入口速度的動量和向下的重力延壁面下落，進入排灰管。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流在到達椎體時，因椎體形狀的收縮而向除塵器中心靠攏。根據(jù)“旋轉(zhuǎn)矩”不變原理，其切向速度不斷增加。當氣流到達椎體下端某一位置時，即以同樣的旋轉(zhuǎn)方向從旋風除塵器中部，由下反轉(zhuǎn)而上，繼續(xù)做螺旋運動，即內(nèi)旋氣流。最后凈化氣體經(jīng)排氣管排除旋風除塵器外，一部分未被捕集的塵粒也由此遺失。 1—排氣管 2—頂蓋 3—排灰管 4—圓錐體 5—圓筒體 6—進氣管

19、 圖 2— 1 旋風除塵器 2.1.2 旋風除塵器內(nèi)的流場 旋風除塵器內(nèi)的流場是一個相當復雜的三維流場。氣體在旋風器內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動時，任一點的速度均可分解為切向速度 vt、軸向速度 vz 和徑向速度 vr。 2 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （1） 旋風除塵器的各向速度 ①切向速度 vt 切向速度對于粉塵顆粒的捕集與分離起著主導作用，含塵氣體在切向速度的作 用下，由里向外離心沉降， 排氣管以下任一截面上的切向速度 vt 沿半徑的變化規(guī)律 為： 在旋風除塵器中心部分的旋轉(zhuǎn)氣流， 其切向速度

20、 vt 隨著半徑的增大而增大， 是類似與剛體旋轉(zhuǎn)運動的強制渦旋，稱為“內(nèi)渦旋” ;除塵器外部的旋轉(zhuǎn)氣流，其切向 速度 vt 則隨著半徑的增加而減少，稱為“外渦旋” 。在內(nèi)外渦旋的交界面上，切向速度達到最大值。各種不同結(jié)構(gòu)的旋風除塵器，其切向速度分布規(guī)律基本相同。表達通式為 : vt r n 常數(shù) 式中 r 為氣流質(zhì)點的旋轉(zhuǎn)半徑； n 為速度分布指數(shù)一般為 0.5~0.9 之間。 若忽略旋風除塵器內(nèi)氣流所存在的內(nèi)摩擦力，根據(jù)能量守恒定律，在理想情況 下 n=1，此時， vt r=常數(shù)，稱為自由旋流。因此， n 和 1 的差值就是旋流和自由旋流的差異，該 n 值可由下

21、式計算 n 1 ( 1 0 . 6 D6008. )1 4 T ( 0 . 3) 283 式中 D —旋風除塵器的直徑（ m）； T —熱力學溫度（ K ）； n —速度分布指數(shù)。 最大切向速度的位置 rm 稱為強制旋流的半徑，實驗證明 rm= 2/3 re 式中 re—出口管半徑 圖 2— 2 旋風除塵器內(nèi)的流場分布 ②徑向速度 vr 3 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計

22、 徑向速度 vr 是影響旋風除塵器分離性能的重要因素， 因為它可以使塵粒沿半徑 由外向內(nèi)推向漩渦中心，阻礙塵粒的沉降。但是該徑向速度和切向速度之比較小， 通常 vr 在 1~5m/s 范圍內(nèi)。 ③軸向速度 vz 軸向速度 vz 分布構(gòu)成了旋風除塵器的外層下行、 內(nèi)層上行的氣體雙層旋轉(zhuǎn)流動 結(jié)構(gòu)。實驗表明，有一個零軸向速度面始終和器壁平行，即使在椎體部分，也能保 持外層氣流厚度不變。 除了上述三種流速外還由于軸向流速和徑向流速的作用引起渦流。他們都將引 起除塵效率的降低。 （2）旋風除塵器的渦流 旋風除塵器內(nèi)，除了主旋轉(zhuǎn)氣

23、流外，還存在著由軸向速度和徑向速度相互作用而形成的渦流。渦流對旋風除塵器的分離效率和壓力損失影響較大。常見的渦流有以下幾種 : ①短路流 即旋風除塵器頂蓋、排氣管外面與筒體內(nèi)壁之間，由于徑向速度與軸向速度的存在，將形成局部渦流 ( 上渦流 ) ，夾帶著相當數(shù)量的塵粒向中心流動，并沿排氣管外表面下降，最后隨中心上升氣流逸出排氣管，影響了除塵效率。 ②縱向旋渦流 縱向旋渦流是以旋風除塵器內(nèi)、外旋流分界面為中心的器內(nèi)再循環(huán)而形成的縱向流動。由于排氣管內(nèi)的有效通流截面小于排氣管管端以下內(nèi)旋流的有效通流截面，因此在排氣管管端處產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，從而使氣體對大顆粒的甩力超過顆粒所受的離

24、心力，而造成“短路” ，影響了分離性能。③外層渦流中的局部渦流 由于旋風除塵器壁面不光滑，如突起、焊縫等等，可產(chǎn)生與主流方向垂直的渦流，其量雖只約為主流的五分之一，但這種流動會使壁面附近，或者己被分離到壁面的粒子重新甩到內(nèi)層旋流，使較大的塵粒在凈化氣中出現(xiàn)，降低了旋風除塵器的分離能力。這種湍流對分離 5μ m以下的顆粒尤為不利。④底部夾帶 外層旋流在錐體頂部向上返轉(zhuǎn)時可產(chǎn)生局部渦流，將粉塵重新卷起，假使旋流一直延伸到灰斗，也同樣會把灰斗中粉塵，特別是細粉塵攪起，被上升氣流帶走。 底部夾帶的粉塵量占從排氣管帶出粉塵總量的 20~30%。因此，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少底部

25、夾帶是改善旋風除塵器捕集效率的重要方面。 4 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 2.1.3 旋風除塵器內(nèi)的壓力分布 一般旋風除塵器內(nèi)的壓力分布如圖 2—2 所示。依據(jù)對旋風除塵器的工作原理、 結(jié)構(gòu)形式、尺寸以及氣體的溫度、濕度和壓力等分析和試驗測試，其壓力損失的主 要影響因素可歸納如下： （1）結(jié)構(gòu)形式的影響 旋風除塵器的構(gòu)造形式相同或幾何圖形相似，則旋風除塵器的阻力系數(shù) ζ相同。若進口的流速相同，壓力損失基本不變。 （2）進口風量的影響 壓力損失與進口速度的平方成正比， 因而進口

26、風量較大時， 壓力損失隨之增大。 （3）除塵器尺寸的影響 除塵器的尺寸對壓力損失影響較大，表現(xiàn)為進口面積增大，排氣管直徑減小， 而壓力損失隨之增大，隨圓筒與椎體部分長度的增加而減小。 （4）氣體密度變化的影響 壓力損失隨氣體密度增大而增大。由于氣體密度變化與 T、P 有關(guān)，換句話說， 壓力損失隨氣體溫度或壓力的增大而增大。 （5）含塵氣體濃度的大小的影響 試驗表明，含塵氣體濃度增高時，壓力損失隨之下降，這是由于旋轉(zhuǎn)氣流與塵 粒之間的摩擦作用使旋轉(zhuǎn)速度降低所致。 （6）除塵器內(nèi)部障礙物的影響 旋風除塵器內(nèi)部的葉片、突起、和支撐物等

27、障礙物能使氣流旋轉(zhuǎn)速度降低。但 是，除塵器內(nèi)部粗糙卻使壓力損失很大。 2.2 旋風除塵器的性能及其影響因素 2.2.1 旋風除塵器的技術(shù)性能 （1）處理氣體流量 Q 處理氣體流量 Q是通過除塵設(shè)備的含塵氣體流量，除塵器流量為給定值，一般 以體積流量表示。高溫氣體和不是一個大氣壓情況時必須把流量換算到標準狀態(tài)， 3 3 其體積 m/h 或 m/min 表示。 （2）壓力損失 旋風除塵器的壓力損失△ p 是指含塵氣體通過除塵器的阻力，是進出口靜壓之 差，是除塵器的重要性能之一。 其值當然越小越好， 因風機的功率

28、幾乎與它成正比。 除塵器的壓力損失和管道、 風罩等壓力損失以及除塵器的氣體流量為選擇風機的依 5 在某程度上也說明除塵器除塵效率高低。 3 1000m氣體除塵器本身所需要的鋼材數(shù)量。 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 據(jù)。 壓力損失包含以下幾個方面： ①進氣管內(nèi)摩擦損失； ②氣體進入旋風除塵器內(nèi)，因膨脹或壓縮而造成的能量損失； ③與容器壁摩擦所造成能量損失； ④氣體因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的能量消耗； ⑤排氣管內(nèi)摩擦損失，以及由旋轉(zhuǎn)氣體轉(zhuǎn)為直線氣體造成的能量損失； ⑥排氣管內(nèi)氣體旋轉(zhuǎn)時的動能轉(zhuǎn)換為靜壓能所

29、造成的損失等。 （3）除塵效率 一般指額定負壓的總效率和分級效率，但由于工業(yè)設(shè)備常常是在負荷下運行，有些場合把 70%負荷下的除塵總效率和分級效率作為判別除塵性能的一項指標。從額定負荷下的總效率與 70%負荷下總效率對比中，可以看出除塵器負荷適應(yīng)性。 分級效率是說明除塵器分離能力的一個比較確切的指標。對同一灰塵粒徑的分 級效率越高，除塵效果越好。在工業(yè)測試中，一般把 3μm、5μm和 10μ m灰塵的分級效率作為衡量旋風除塵器分離能力的一個依據(jù)。 旋風除塵器的分割粒徑 dc50 和 dc100 （4）耗鋼量 旋風除塵器的耗鋼量是每小時處理

30、 ~ 3 的旋風除 在除塵效率接近或相等時， 耗鋼量越小越好。 處理氣量為 3000 12000m/h 塵器耗鋼量一般為 35~50kg/(1000m 3 3 ) ；小于 3000m/h 氣體流量的阻力除塵器的耗鋼 量，一般都在 100kg/(1000m 3 /h) 以上；處理氣體流量大于等于 3 時，所配 20000m/h 旋風除塵器分兩種情況， ，一是多筒式旋風結(jié)構(gòu)，包括進出口組合接管、灰斗和支架的耗鋼量都很高為 90~160kg/(1000m3/h) 。而雙極旋風除塵器，由于沒有灰斗和

31、 3 支架，耗鋼量一般都很低，約 40~60kg/(1000m /h) 。 （5）使用壽命 使用壽命與旋風除塵器本身結(jié)構(gòu)特點、耐磨損措施以及操作條件有關(guān)。延長使用壽命的積極措施是：合理組織除塵器內(nèi)部氣流并在內(nèi)部設(shè)抗磨內(nèi)襯。 2.2.2 影響旋風除塵器性能的主要因素 （1）旋風除塵器幾何尺寸的影響 在旋風除塵器的幾何尺寸中，以旋風除塵器的直徑、氣體進口以及排氣管形狀 與大小為最主要的影響因素。 ①一般，旋風除塵器的直徑越小，粉塵所受的離心力越大，旋風除塵器的除塵 效率也就越高。但過小的筒體直徑會造成較大直徑顆粒有可能反彈至中心氣流而被

32、 6 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 帶走，使除塵效率降低。另外，筒體太小對于粘性物料。因容易引起堵塞。因此， 一般筒體直徑不宜小于 50~75mm；大型化以后己出現(xiàn)筒徑大于 20O0mm的大型旋風除塵器。 ②較高除塵效率的旋風除塵器都有合適的長度比例。 它不但使進入筒體的塵粒停留時間增長，有利于分離，且能使尚未到達排氣管的顆粒，有更多的機會從旋流核心中分離出來，減少二次夾帶，以提高除塵效率。足夠長的旋風除塵器，還可避免旋轉(zhuǎn)氣流對灰斗頂部的磨損。但是過長的旋風除塵器，會占據(jù)較大的空間，即從排氣管下端至旋風除塵器自然旋轉(zhuǎn)頂端的距離?？捎孟率接?/p>

33、算 : D 2 1 3 l2.3de ab 式中 l —旋風除塵器筒體長度， m; D —旋風除塵器筒體直徑， m; b —除塵器入口寬度， m; de —除塵器出口直徑， m。 一般，常取旋風除塵器的圓筒段高度 H=(l.5 ~2.0)D 。旋風除塵器的圓錐體可以在較短的軸向距離內(nèi)將外旋流轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)旋流，因而節(jié)約了空間和材料。除塵器圓錐體的作用是將已分離出來的粉塵微粒集中于旋風除塵器中心，以便將其排入灰斗中。當錐體高度一定，而錐體角度較大時，由于氣流旋流半徑很快變小，很容易造 成核心氣流與器

34、壁撞擊， 使沿錐壁旋轉(zhuǎn)而下的塵粒被內(nèi)旋流所帶走， 影響除塵效率。 所以，半錐角 a 不宜過大。設(shè)計時常取 a 為 13 ~15。 ③旋風除塵器的進口有兩種主要的進口形式：軸向進口和切向進口。切向進口為最普通的一種進口形式，制造簡單，用的比較多。這種形式進口的旋風除塵器外形尺寸緊湊。在切向進口中螺旋面進口為氣流通過螺旋而進口，這種進口有利于氣流向下做傾斜的螺旋運動同時也可以避免相鄰兩螺旋圈的氣流互相干擾。 漸開線（蝸殼形）進口進入筒體的氣流寬度逐漸變窄，可以減少氣流對筒體內(nèi)氣流的撞擊和干擾，是顆粒向壁移動的距離減小，而且加大了進口氣體和排氣管的距離，減少氣流的短路機會，因而提

35、高除塵效率。這種進口處理氣量大，壓力損失小，是比較理想的一種進口形式。 軸向進口是最理想的一種進口形式，它可以最大限度的避免進口氣體與旋轉(zhuǎn)氣流之間的干擾，以提高除塵效率。但因氣體均勻分布的關(guān)鍵是葉片形狀和數(shù)量，否則靠近中心處分離效果很差。 軸向進口常用于多管式旋風除塵器和平置式旋風除塵器。 7 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 進口管可以制成矩形和圓形兩種形式。由于圓形進口管與旋風除塵器器壁只有一點相切，而矩形進口管整個高度均與向壁相切，故一般多采用后者。矩形寬度和 高度的比例要適當， 因為寬度越小， 除塵效率越高， 但過長而

36、窄的進口也是不利的，一般矩形進口管高與寬之比為 2~4。 ④排氣管常風的排氣管有兩種形式：一種是下端收縮式；另一種是直筒式。在設(shè)計分離較細粉塵的旋風除塵器時，可考慮設(shè)計為排氣管下端收縮式。排氣管直徑越小，則旋風除塵器的效率越高，壓力損失也越大；反之，除塵器效率越低，壓力損失也越小。 在旋風除塵器設(shè)計時，需控制排氣管與筒徑之比在一定范圍內(nèi)。由于氣體在排氣管內(nèi)劇烈的旋轉(zhuǎn)，將排氣管末端制成蝸殼形式可以減少能量損失，這在設(shè)計中已被采用。 ⑤灰斗是旋風除塵器設(shè)計中不可忽視的部分，因為在除塵器的錐度處氣流處于湍流狀態(tài)，而粉塵也由此排除容易出現(xiàn)二次夾帶的機會，如果設(shè)計不當，造成灰斗漏氣，就

37、會使粉塵的二次夾帶飛揚加劇，影響除塵效率。（2）氣體參數(shù)對除塵器性能的影響 氣體運行參數(shù)對性能的影響有以下幾個方面： ①氣體流量的影響 氣體流量或者說除塵器入口氣體流速對除塵器性能的壓力損失、除塵效率都有很大的影響。從理論上來說，旋風除塵器的壓力損失與氣體流量的平方成正比，因而也和入口風速的平方成正比（與實際有一定偏差） 。 入口流速增加， 能增加塵粒在運動中的離心力， 塵粒易于分離， 除塵效率提高。除塵效率隨入口流速平方根而變化，但是當入口速度超過臨界值時，紊流的影響就 比分離作用增加的更快，以致除塵效率隨入口風速增加的指數(shù)小于 1；若流速進一 步增加，除

38、塵效率反而降低。因此，旋風除塵器入口的風速宜選 18~23m/s。 ②氣體含塵濃度的影響 氣體的含塵濃度對旋風除塵器的除塵效率和壓力損失都有影響。試驗結(jié)果表明，壓力損失隨含塵負荷增加而減小，這是因為頸向運動的大量塵粒拖拽了大量空氣，粉塵從速度較高的氣流智能向外運動到速度較低的氣流中時，把能量傳遞給渦旋氣流的外層，較少其需要的壓力，從而降低壓力降。 由于含塵濃度的提高， 粉塵的凝集與團聚性能提高， 因而除塵效率有明顯提高，但是提高的速度比含塵濃度增加的速度要慢得多，因此，排出氣體的含塵濃度總是隨著入口處的粉塵濃度增加而增加。 ③氣體含濕量的影響 氣體的含濕量對旋風除

39、塵器工況有很大影響。例如，分速度很高而黏著性很小 8 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 的粉塵（小于 10μm的顆粒含量為 30%~40%，含濕量為 1%）氣體在旋風除塵器中凈 化不好；若細顆粒量不變，含濕量增至 5%~10%時，那么顆粒在旋風除塵器內(nèi)互相粘 結(jié)成比較大的顆粒，這些顆粒被猛烈沖擊在器壁上，氣體凈化將大有改善。 ④氣體的密度、粘度壓力、溫度對旋風除塵器性能的影響 氣體的密度越大，除塵效率下降，但是，氣體的密度和固體的密度相比幾乎可 以忽略。所以，其對除塵效率的影響較之固體密度來說，也是可以忽略不計。通常

40、 溫度越高，旋風除塵器壓力損失越??；氣體粘度的影響在考慮旋風除塵器壓力損失 時常忽略不計。但從臨界粒徑的計算公式中知道， 臨界粒徑與粘度的平方根成正比。 所以，除塵效率時隨著氣體粘度的增加而降低。由于溫度升高，氣體粘度增加，當 進氣口氣速等條件保持不變時，除塵效率略有降低。 氣體流量為常數(shù)時，粘度對除塵效率的影響可按下式進行近似計算。 100 ηa μa 100 ηb μb 式中 ηa 、ηb — a、 b 條件下的總除塵效率， %； μa 、μb — a、 b 條件下的氣體粘度， kg.s/ m2 。

41、 （3）粉塵的物理性質(zhì)對除塵器的影響 ①粒徑對除塵性能的影響及較大粒徑的顆粒在旋風除塵器內(nèi)會產(chǎn)生較大的離心力， 有利于分離。所以大顆粒所占有的百分數(shù)越大，總除塵效率越高。 ②粉塵密度對除塵器性能的影響及粉塵密度 粉塵密度對除塵效率有著重要的影響。 臨界粒徑 d50 和 d100 顆粒密度的平方根成 反比，密度越大， d50 和 d100 越小，除塵效率也越高。但粉塵密度對壓力損失影響很 小，設(shè)計計算中可以忽略不計。 影響旋風除塵器性能的主要因素，除上述外，除塵器內(nèi)部粗糙度也會影響旋風 除塵器的性能。濃縮在壁面附近的粉塵微粒，會因粗糙的表面引起

42、旋流，使一些粉 塵微粒被拋入上升的氣流，進入排氣管，降低了除塵效率。所以，在旋風除塵器的 設(shè)計中應(yīng)避免有沒有打光的焊縫、粗糙的法蘭連接點等。旋風除塵器性能與各影響 因素的關(guān)系表 2—1 所列 9 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 表 2—1 旋風除塵器性能與各影響因素的關(guān)系 變化因素 性能趨向 投資趨向 流體阻力 除塵效率 煙塵密度增大 幾乎不變 提高 （磨損）增加 煙塵性質(zhì) 煙塵密度增大 幾

43、乎不變 提高 （磨損）增加 煙氣含塵濃度增加 幾乎不變 略提高 （磨損）增加 煙氣溫度增高 減少 提高 增加 圓筒體直徑增大 降低 降低 增加 圓筒體加長 稍降低 提高 增加 結(jié)構(gòu)尺寸 圓錐體加長 降低 提高 增加 入口面積增大 降低 降低 排氣管直徑增加 降低 降低 排氣管插入長度增加 增大 提高 增加 入口氣流速度增大 增大 提高 運行狀況 灰斗氣密性降低 稍增大 大大降低 減少 內(nèi)壁粗糙度增加 增大 降

44、低 2.2.3 旋風除塵器選型原則 選型原則有以下幾個方面： （1）旋風除塵器凈化氣體量應(yīng)與實際需要處理的含塵氣體量一致。選擇除塵器直徑時應(yīng)盡量小些，如果要求通過的風量較大，可采用若干個小直徑的旋風除塵器并聯(lián)為宜；如氣量與多管旋風除塵器相符，以選多管除塵器為宜。 （2）旋風除塵器入口風速要保持 18~23m/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。 （3）選擇除塵器時，要根據(jù)工況考慮阻力損失及結(jié)構(gòu)形式，盡可能使之動力消耗減少且便于制造維護。 （4）旋風

45、除塵器能捕集到的最小塵粒應(yīng)等于或稍小于被處理氣體的粉塵密度。（5）當含塵氣體溫度很高時，要注意保溫，避免水分在除塵器內(nèi)凝結(jié)。假如粉塵 不吸收水分、露點為 30~50℃時，除塵器得到溫度最少應(yīng)高出 30℃左右；假如粉塵吸水性較強（如水泥、石膏和含堿粉塵等） 、露點為 20~50℃時，除塵器的溫度應(yīng)高出露點溫度 40~50℃. （6）旋風除塵器結(jié)構(gòu)的密閉要好，確保不漏風。尤其是負壓操作，更應(yīng)注意卸料 10 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 鎖風裝置的可能性。 （7）易燃易爆粉塵（如煤粉）應(yīng)設(shè)有防爆裝置。防爆裝置的通常做法是在入口

46、管 道上加一個安全防爆閥門。 （8）當粉塵濃度減小時，最大允許含塵質(zhì)量濃度與旋風筒直徑有關(guān)，即直徑越大 其允許含塵質(zhì)量濃度也越大。具體的關(guān)系如表 2—2 所列 表 2— 2 直徑與允許含塵質(zhì)量濃度關(guān)系 旋風除塵器直徑 /mm 800 600 400 200 100 60 40 允許含塵質(zhì)量濃度（ g/m3） 400 300 200 150 60 40 20

47、 11 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 3.旋風除塵器的設(shè)計 3.1 旋風除塵器各部分尺寸的確定 3.1.1 形式的選擇 根據(jù)國家規(guī)定的粉塵排放標準、粉塵的性質(zhì)、允許的阻力和制造條件、經(jīng)濟性合理選擇旋風除塵器的形式，選通用型旋風除塵器。 3.1.2 確定進口風速 根據(jù)推薦取 v j 18 / s m 3.1

48、.3 確定旋風除塵器的尺寸 （1）進氣口面積 Aj 的確定 進氣口截面一般為長方形，尺寸為 a 和 b，根據(jù)處理氣量 Q和進氣速度 v j 可得 Aj ab  Q 3600vj =  5000 3600 18 =0.077 m2 取 a 2b , 則 a 0.28 m， b 0.14 m （2）筒體尺寸的確定 一般旋風除塵器的直徑越小，氣流的旋轉(zhuǎn)半徑越小，粉塵顆粒所受的離心力越 大，除塵效率越高。但是過小的筒體直徑，和排氣管太近，可能造成大直徑顆粒反 彈至中心被氣流帶

49、走，使除塵效率降低，另外還可能引起筒體內(nèi)堵塞。因此，一般 筒體直徑不宜小于 50~75mm。 因為旋風除塵器以筒體直徑 D為其規(guī)格的標準， 因此，一般取整數(shù)。取 b=0.2D, 則 D=700mm,現(xiàn)取 D=800mm。 筒體長度 h=1.5D =1.5 0.8 =1.2m （3）旋風除塵器高度的確定 較高效率的旋風除塵器都有較大的長度比，它不僅使進入筒體的塵粒停留時間 12 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 長，有利于分離，且能使尚未到達排氣管的顆粒有更多的機會從旋流中心分離出來。減少二次夾帶，

50、以提高除塵效率。但是過長的旋風除塵器會占據(jù)較大的空間，尤其對于內(nèi)旋風除塵器來說，更受到設(shè)備內(nèi)部空間的限制，因此，旋風除塵器自然長度 L 即從排氣管下端至旋風除塵器自然旋轉(zhuǎn)頂端的距離， 由《現(xiàn)代機械設(shè)備設(shè)計手冊》 . 非標準機械設(shè)備設(shè)計③式 23.1-75 確定 2 D 2.3 0.24  1 3 0.82  1 3 0.28 0.14 =1.4m 設(shè)計中，旋風除塵器的高度 h 應(yīng)保證有足夠的自然長度，一般取圓筒部分高度h=（1.5 ~2）D

51、取 h =1.5D =1.5 800 =120mm 旋風除塵器圓錐部分可以較短的距離內(nèi)將外旋流轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)旋流，因而節(jié)約了 空間和材料，同時在自由旋流區(qū)采用圓錐形結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)半徑逐漸減小，使切向速度不斷增高，離心力隨之增大，提高除塵效率。 ，圓錐體的另一作用是將沉降的顆粒 集中到灰斗中去。圓錐體高度和半椎體角 α 和下端排灰口直徑 D2 有關(guān)。半椎體角 取決于粉塵顆粒的性質(zhì)， 其值要保證塵粒有效的克服內(nèi)摩擦角而順利的延椎體下滑至灰斗內(nèi)，但是又不能太大，太大了氣流旋流半徑變化太快，引起核心氣流和器壁 撞擊，使已沉降的顆粒再次揚起，因而降低除塵效率。通常規(guī)定

52、α≦30，或者下 雨 90減去粉塵的內(nèi)摩擦角，設(shè)計時常取 α=13~15所以取 α =13 在旋風除塵器氣流中，自由旋流的軸線是偏的，偏心度大約為de／4，因此， 為了防止核心旋流與錐壁接觸時將分離下來的粉塵重新卷入核心旋流， 而造成二次 夾帶，要求排灰口直徑 D 2 不得小于 de ／ 4。圓錐高度（ H-h） =（ 2 ~2.5 ）D D 2 =0.5 0.4 =0.2m 圓錐高度 H-h =2D =2800 =1600mm 13 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計

53、3.2 旋風除塵器強度的校核 3.2.1 筒體和錐體壁厚 s 和氣壓試驗強度校核 （1）材料的選擇 由旋風除塵器的工作壓力和工作溫度選用 Q235-B （2）確定參數(shù) Pc =1000Pa ， Di =800mm， t 由《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》附錄 9 表 16 差得 =113MP 。 a 由于采用單面焊的對接接頭，局部無損探傷，所以，由《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》 表 4-8 查得焊接接頭系數(shù) φ=0.8 （3）計算厚度 由《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》式 4-5 圓筒的計算壁厚公式 S PcDi 得 ]φ Pc

54、 2[ Pc —計算壓力， MPa ； Di —圓筒內(nèi)徑， mm； S—圓筒的計算厚度， mm； Sd —圓通的設(shè)計厚度， mm; Sn —圓筒的名義厚度， mm；它是將設(shè)計厚度加上鋼板厚度的負 偏差 C1 ，并向上圓整到鋼板標準規(guī)格的厚度，即圖紙上標 注的厚度。 t —圓筒在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力， MPa ； φ —焊接接頭系數(shù)； C2 —腐蝕裕量， mm； C1 —鋼板厚度負偏差， mm； C —厚度附加量， mm，C=C1 +C2 。 S PcDi 2[ ]φ Pc

55、 14 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 10 3 800 2 113 0.8 1 4.4 10 3 mm Sd S C2 =0.0005+1 =1.0005mm 根據(jù) S=1.0005mm《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》查表 4-9 得 C1 =0.25 Sn =S+ C1 =1.0005+0.25 =1.2505mm 圓整后取厚度為 3mm 復驗 Sn 15%=315% =0.45mm＞0.25mm 故最后取 C1 =0.

56、25mm，該筒體和錐體可用 3mm厚的碳素鋼板制作。 （4）校核氣壓試驗強度 Se =Sn -C =3-1.25 =1.75mm 根據(jù)《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》式 4-7 得 t pc (Di Se ) t 2Se φ t 10 3 (800 1.75) 2 1.75 =0.229 M Pa t φ =1130.8 =90.4 M Pa 可見 t ≤ t φ ，所以，強度符合要求。 3.2.2 排氣管尺寸的確定

57、 （1）排氣管直徑的確定 在一定范圍內(nèi)，排氣管直徑越小，則除塵效率越高，但壓力損失越大，反之， 則除塵效率越低，壓力損失小。 D∕ de =2.5 ~3 時，除塵效率達到最高點如果再增加 D∕ de ，除塵器效率增加緩慢，而壓力損失急劇增加。通常取 de =（0.3 ~0.5 ）D 15 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 de =0.3D =0.3 800 =240mm （2）排氣管插入深度的確定 排氣管插入深度 he 也直接影響除塵器性能。 he 太深，減少氣體的旋轉(zhuǎn)圈數(shù) N，同時增加了二次夾帶的

58、機會，增加表面摩擦，提高壓力損失，太淺或不插入，會造 成正常旋流核心的彎曲，甚至破壞，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)，同時亦造成氣體流短路而降低效率，一般去插入深度 he =0.8a he =0.8 280 =224mm 排氣管的插入深度也會影響除塵器性能，插入深度宜超過進口管下邊緣，但不 能接近錐體上邊緣，所以，取 he =550mm。 （3）排氣管厚度的確定及強度校核 對于 D /Se 20 的圓筒 假設(shè) Sn =3mm Se = Sn -C=3-2=1mm L 550 de 240

59、=2.29 de 240 Se 1 =240 由《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》圖 5-5 查得 A=0.0001，由附表 2 查得碳素鋼常溫時彈 性模量為 194 10 3 M Pa ，由圖 5-8 查得系數(shù) B 為 115 M Pa 。 則按計算需用 《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》 外壓力公式式 5-19， p B 計算需用 D0 / Se 外壓力 B p D0 / Se 115 240 /1  M Pa =0.4

60、8 M Pa 16 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 可見， p ＞ pc ，所以，出氣管可以用 3mm的碳素鋼制作。 3.2.3.支座的選擇計算 因為筒體壁厚較小，故采用不帶墊板的 AN 型耳式支座。根據(jù)《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表 6-18 ，初選 AN型吊耳式支座 1，如圖 3-1 所示 圖 3— 1 支座示意圖 參照《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》耳式支座實際承受的載荷可按下式近似計算 m0 g

61、 Ge 4 p.h Ge.Se 10 3 Q nD kn 式中 Q—支座實際承受的載荷， KN； D —支座安裝尺寸， mm； g —重力加速度，取 g=9.8m/s ； Ge —偏心載荷， N； h —水平力作用點至底板高度， mm; k —不均勻系數(shù)，安裝 3 個支座時，取 k=1；安裝 3 個以上的支座時，取 k=0.83 ； m0 —設(shè)備總質(zhì)量（包括殼體及其附件，內(nèi)部介質(zhì)及保溫層的質(zhì)量） ，kg; n —支座數(shù)量； P —水平力，取 P 和 P 的最大值， N。 w e

62、 當容器高徑比不大于 5，且總高度 H 0 不大于 10m 時， Pw 和 Pe 可按下式計算， 超出此范圍的容器本標準不推薦使用耳式支座。 水平地震力： Pe 0.5αem0 g (N ) 17 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 式中 αe —地震系數(shù)，對 7、8、9 級地震分別為 0.23 、 0.45 、0.90 。 水平風載荷： Pw 0.95 fi q0 D0 H 0 10 6 ( N ) 式中 D0 —容器外徑， mm,有保溫層時取保溫層外徑； f —風壓高度變化系數(shù)，按設(shè)備質(zhì)

63、心所處高的??； H 0 —容器總高度， mm； q0 —10m高度處的基本風壓， N / m2 ； Se —偏心距， mm。 D D0 2S 2(l2 S1 ) =800+23+2（ 80-30 ） =536mm Ge (a0b0 )l0ρ =(0.283 0.143-0.28 0.14) 0.6 7.85 103 =6kg 取 k=0.83 ；n=4;h=300 Pe 0.5αem0g ( N ) =0.5 0.23 1000 9.8 =1127N Pw 0.95 fi q0 D0

64、 H 0 10 6 ( N ) = 0.95 0.54 250806 3650 103 =377.3N 因為 Pe ＞ Pw ，所以取 P=Pe 1127N Se =200mm Q m0 g Ge 4 p.h Ge.Se 10 3 kn nD 1000 9.8 6 4 1127 300 6 200 3 4 536 10 0.83 4 18

65、 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 = 3.586KN 可見， Q﹤ [Q] ， AN型耳式支座 1 符合要求。 3.2.4 支腿的設(shè)計計算及校核 初選材料為 Q235-B，d=40mm,l=2.5m。 由靜力平衡方程求出支反力 Fb =1127N 剪力和彎矩方程為 Q=2817.5 （0﹤ x≦ 2.5 ） M(x)=2817.5-1127x （ 0﹤x≦2.5 ） 支腿的剪力圖和彎矩圖如圖 3—2 所示

66、 圖 3— 2 剪力彎矩圖 最大彎矩 M max 2817.5N.M 支腿的抗彎截面系數(shù)為 d 3 (0.04) 3 w= 32 32 19 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 =17.94MPa 根據(jù)《材料力學》（式 6-7） M max [ ] max W M max 于是有 max = 2817.5 4 W 1.57 10 =17.94MPa 113MPa 根據(jù)式（ 6-13） max 4 Q 2 得 3 R max 4 2817.5 3 (0.04) 2