環(huán)保設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)-旋風除塵器

環(huán) 保 設(shè) 備 設(shè) 計 基 礎(chǔ) 旋風除塵器 旋 風 除 塵 器 也 稱 作 離 心 力 除 塵 器 ， 是 利 用 含 塵 氣 流 作旋 轉(zhuǎn) 運 動 產(chǎn) 生 的 離 心 力 把 塵 粒 從 氣 體 中 分 離 出 來 的 裝 置 。在 通 常 情 況 下 ， 旋 風 除 塵 器 能 捕 集 5 m以 上 的 塵 粒 ， 其 除塵 效 率 可 達 90%以 上 。 n 1、 旋 風 除 塵 器 的 工 作 原 理 和 分 離 理 論n （ 1） 工 作 原 理 （ 2） 氣 體 流 動 狀 況 （ 3） 臨 界 粒 徑 與 分離 理 論n 2、 旋 風 除 塵 器 的 分 類n 3、 旋 風 除 塵 器 的 設(shè) 計 計 算n 4、 影 響 旋 風 除 塵 器 性 能 的 主 要 因 素n （ 1） 幾 何 尺 寸 （ 2） 操 作 條 件 （ 3） 固 體 粉 塵 的 物 理 性質(zhì)n 5、 旋 風 除 塵 器 的 選 用 與 運 行 維 護 n （ 1） 旋 風 除 塵 器 的 型 號 （ 2） 旋 風 除 塵 器 的 選 用 （ 3）旋 風 除 塵 器 的 設(shè) 計主要內(nèi)容 n 1、 旋 風 除 塵 器 的 工 作 原 理 和 分 離 理 論n 普 通 旋 風 除 塵 器 是 由 進 氣 筒 、 筒 體 、 錐 體 和排 氣 管 等 組 成n 氣 流 沿 外 壁 由 上 向 下 旋 轉(zhuǎn) 運 動 ： 外 渦 旋 .少 量氣 體 沿 徑 向 運 動 到 中 心 區(qū) 域n 旋 轉(zhuǎn) 氣 流 在 錐 體 底 部 轉(zhuǎn) 而 向 上 沿 軸 心 旋 轉(zhuǎn) ：內(nèi) 渦 旋n 上 渦 旋 氣 流 從 除 塵 器 頂 部 向 下 高 速 旋 轉(zhuǎn)時 ， 一 部 分 氣 流 帶 著 細 小 的 塵 粒 沿 筒 壁 旋 轉(zhuǎn)向 上 ， 到 達 頂 部 后 ， 再 沿 排 出 管 外 壁 旋 轉(zhuǎn) 向下 ， 最 后 被 到 達 頂 部 的 上 升 氣 流 從 排 出 管 排出 。 n 氣 流 運 動 包 括 切 向 、 軸 向 和 徑 向 ： 切 向 速 度 、軸 向 速 度 和 徑 向 速 度n 切 向 速 度 決 定 氣 流 質(zhì) 點 離 心 力 大 小 ， 顆 粒 在離 心 力 作 用 下 逐 漸 移 向 外 壁n 到 達 外 壁 的 塵 粒 在 氣 流 和 重 力 共 同 作 用 下 沿壁 面 落 入 灰 斗 n 切 向 速 度n 外 渦 旋 的 切 向 速 度 分 布 ： 反 比于 旋 轉(zhuǎn) 半 徑 的 n次 方n 此 處 n 1, 稱 為 渦 流 指 數(shù)0hn： 2、 旋 風 除 塵 器 內(nèi) 的 速 度 場 和 壓 力 場 旋 風 除 塵 器 交 界 面 性 能交 界 圓 柱 面 的 高 度 3/120 3.2 ADdlh eedd 7.00 n 交 界 圓 柱 面 的 直 徑交 界 圓 柱 面 的 切 向 速 度 nT dDvv 010n 在 內(nèi) 、 外 渦 旋 的 交 接 面 上 ， 當 FC=FD時 ， 有n 所 以 分 割 粒 徑 的 表 達 式 為n dc50越 小 ， 說 明 除 塵 效 率 越 高 ， 性 能 越 好 。 旋 風 除 塵 器 的除 塵 效 率 隨 切 向 速 度 和 粉 塵 密 度 的 增 加 、 徑 向 速 度 和 排 出管 直 徑 的 減 小 而 增 加 ， 其 中 起 主 要 作 用 的 是 切 向 速 度 。 n 徑 向 速 度n 假 定 外 渦 旋 氣 流 均 勻 地 經(jīng) 過 交 界 圓 柱 面 進 入 內(nèi) 渦 旋 ，則 平 均 徑 向 速 度r0和 h0分 別 為 交 界 圓 柱 面 的 半 徑 和 高 度 n 壓 力 分 布n 旋 風 除 塵 器 內(nèi) 的 全 壓 和 靜 壓的 徑 向 變 化 非 常 顯 著 ， 由 外壁 向 軸 心 逐 漸 降 低 ， 周 新 出靜 壓 為 負 值 ， 負 壓 一 直 延 伸到 錐 體 底 部 后 達 到 負 壓 最 大值 （ -300Pa） 。 有 圖 是 除 塵器 在 正 壓 （ 900Pa） 條 件 下得 到 如 果 除 塵 器 在 負 壓 下 工 作 ， 其 底 部 的 負 壓 值 會 更 大 。 所以 ， 旋 風 除 塵 器 底 部 一 定 要 保 持 嚴 密 ， 如 果 不 嚴 密 就 會 從 底部 吸 入 大 量 外 部 空 氣 ， 形 成 一 股 上 升 氣 流 ， 將 已 分 離 出 來 的一 部 分 粉 塵 重 新 帶 出 除 塵 器 ， 使 除 塵 效 率 大 幅 度 降 低 。 旋風除塵器的性能指標計 算 分 割 直 徑 是 確 定 除 塵 效 率 的 基 礎(chǔ) （ 一 ） 旋 風 除 塵 器 的 除 塵 效 率n 1.分 割 直 徑 （ 1） 分 級 效 率 為 50%的 粉 塵 粒 徑 為 半 分 離 直 徑 或 分 割 直 徑dc50。 （ 2） 臨 界 粒 徑 dc愈 小 ， 除 塵 效 率 愈 高 。 （ 3） 一 般 而 言 ： dp(100%) 2-3dc(50%)n2、 旋 風 除 塵 器 的 分 級 效 率 指 除 塵 裝 置 對 某 一 粒 徑 dP i或 粒 徑 間 隔 dPi至 dPi+ dp內(nèi)粉 塵 的 除 塵 效 率 。 %1000 GGcd 旋 風 除 塵 器 分 級 效 率 曲 線 n 對 于 球 形 粒 子n dc確 定 后 ， 雷 思 一 利 希 特 模 式 計 算 其 它 粒 子 的 分 級 效 率 1150693.0exp1 ncpd dd D旋 風 器 的 直 徑 n3、 分 級 效 率 與 總 除 塵 效 率 關(guān) 系 dini piT f 1fdi 是 指 入 口 處 某 一 粒 徑 的 粒 子 質(zhì) 量 占 粒 子 群 總 質(zhì) 量 的 百 分 數(shù) 。 22/1 / cPi cPii dd dd （ 二 ） 旋 風 除 塵 器 的 壓 力 損 失 旋 風 除 塵 器 型 式 XLT XLTA XLPA XLPB 5.3 6.5 8.0 5.8： 局 部 阻 力 系 數(shù) A： 旋 風 除 塵 器 進 口 面 積 de： 旋 風 除 塵 器 排 出 口 直 徑n 旋 風 除 塵 器 的 壓 力 損 失 特 點 ：n 相 對 尺 寸 對 壓 力 損 失 影 響 較 大 ， 除 塵 器 結(jié) 構(gòu) 型 式 相 同 時 ， 幾何 相 似 放 大 或 縮 小 ， 壓 力 損 失 基 本 不 變 。 n 操 作 運 行 中 可 以 接 受 的 壓 力 損 失 一 般 低 于 2kPa 。 （ 1） 高 效 旋 風 除 塵 器 ： 筒 體 直 徑 較 小 （ 95%。 K=6-13.5（ 2） 高 流 量 旋 風 除 塵 器 ： 直 徑 較 大 （ 1.2-3.6m） ， 處 理 流量 大 。 除 塵 效 率 ： 50-80%。 K90XLP/B 14-18XLK 10-20 900-1200 88-92 筒 體 直 徑 ： 200mm-1000mm筒 體 高 度 H： 直 筒 部 分 是 直 徑 的 1-2倍 ， 錐 體 部 分 是 直 徑 的 1-3倍 軸 向 進 口 ： 靠 近 中 心 處 分 離 效 果 差 （ 小 型 ） 漸 開 線 進 口 ： 處 理 量 大 ， 壓 力 損 失 小旋 風 除 塵 器 的 進 口 螺 旋 面 進 口 切 向 進 口影 響 旋 風 除 塵 器 性 能 的 因 素（ 一 ） 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 進 口 管 ： 圓 形 、 矩 形 b=(0.2-0.25)D0 a=(0.4-0.75) D0 排 氣 管 ： 直 徑 越 小 ， 除 塵 效 率 越 高 ， 壓 力 損 失 越 大 ，筒 體 直 徑 的 0.3-0.5。 排 氣 管 下 端 與 進 氣 管 的 下 緣 平齊 或 稍 低卸 灰 裝 置 ： 漏 風 量 1%， 效 率 降 低 5%； 漏 風 量 5%， 效 率降 低 15%； 漏 風 量 15%， 效 率 極 低 n比 例 尺 寸 對 性 能 的 影 響比 例 變 化 性 能 趨 向 投 資 趨 向壓 力 損 失 效 率增 大 旋 風 除 塵 器 直 徑 降 低 降 低 提 高加 長 筒 體 稍 有 降 低 提 高 提 高增 大 入 口 面 積 （ 流 量 不 變 ） 降 低 降 低 增 大 入 口 面 積 （ 速 度 不 變 ） 提 高 降 低 降 低加 長 錐 體 稍 有 降 低 提 高 提 高 增 大 錐 體 的 排 出 孔 稍 有 降 低 提 高 或 降 低 減 小 錐 體 的 排 出 孔 稍 有 提 高 提 高 或 降 低 加 長 排 出 管 伸 入 器 內(nèi) 的 長 度 提 高 提 高 或 降 低 提 高增 大 排 氣 管 管 徑 降 低 降 低 提 高 （ 二 ） 操 作 條 件 211221 )(100100 QQ )( 22212121 QTTQPP 212121 )(100100 TPKQP 2 分 散 度 高 而 黏 著 性 很 小 （ 10 m， 顆 粒 含 量30-40%， 含 濕 量 1%） 效 果 不 好 ， 細 顆 粒 量 不 變 ， 含 濕 量5%-10%， 效 果 較 好 。 182.01221 )(100100 SSCC 212p1p21 )-(100100 129.2013.0 0 SCPP 旋 風 除 塵 器 的 設(shè) 計 步 驟n(1)首 先 通 過 計 算 來 確 定 需 要 處 理 的 氣 體 量 。 當 氣 體 溫 度 。 密 度 、 水 蒸氣 含 量 等 變 化 較 大 時 ， 要 對 氣 體 量 進 行 換 算 。n(2)根 據(jù) 需 要 處 理 的 氣 體 量 確 定 除 塵 器 進 口 氣 流 速 度 。 進 而 確 定 旋 風 式除 塵 器 是 否 并 聯(lián) 使 用 。n(3)由 選 定 的 含 塵 砌 體 進 口 速 度 和 需 要 處 理 含 塵 氣 體 量 計 算 旋 風 除 塵 器入 口 截 面 積 ， 再 由 旋 風 除 塵 器 各 部 分 尺 寸 比 例 關(guān) 系 選 出 除 塵 器 。 36004QD 確 定 各 部 分 幾 何 尺 寸A3 A2A23/A 2/A 5.2/A 75.1/A尺 寸 名 稱 XLP/A XLP/B XLT/A XLT入 口 寬 度 ， b入 口 高 度 ， h筒 體 直 徑 ， D 上 3.85b下 0.7D 3.33b（ b=0.3D） 3.85b 4.9b排 出 筒 直 徑 ， de 上 0.6D下 0.6D 0.6D 0.6D 0.58D筒 體 長 度 ， L 上 1.35D下 1.0D 1.7D 2.26D 1.6D錐 體 長 度 ， H 上 0.50D下 1.00D 2.3D 2.0D 1.3D灰 口 直 徑 ， d 1 0.296D 0.43D 0.3D 0.145D進 口速 度為 右值 時的 壓力 損失 12m/s 700（ 600） 5000（ 420） 860（ 770） 440（ 490）15m/s 1100（ 940） 890（ 700） 1350（ 1210） 670（ 770）18m/s 1400（ 1260） 1450（ 1150） 1950（ 1740） 990（ 1110）A75.1 n （ 4） 按 給 定 條 件 計 算 旋 風 式 除 塵 器 的 分 離 界 面 粉 塵 粒 徑 和 預 期達 到 的 除 塵 效 率 ， 計 算 除 塵 器 的 壓 力 損 失 。交 界 圓 柱 面 的 高 度 3/120 3.2 ADdlh eedd 7.00 交 界 圓 柱 面 的 直 徑交 界 圓 柱 面 的 切 向 速 度 nT dDvv 010 002 hrQvr 平 均 徑 向 速 度 3.014.0 28367.011 TDn渦 流 指 數(shù)分 割 粒 徑 i 22/1 / cPi cPii dd ddn： 除 塵 效 率 2p 0r tr18 cd 壓 力 損 失 n (5)旋 風 式 除 塵 器 必 須 設(shè) 置 氣 密 性 好 的 卸 塵 閥 ， 以 防 除 塵器 本 體 下 部 漏 風 、 保 證 除 塵 效 果 。n (6)并 聯(lián) 使 用 時 旋 風 式 除 塵 器 必 須 是 同 型 號 、 同 規(guī) 格 ， 并需 要 合 理 地 設(shè) 計 連 接 風 管 ， 使 每 個 除 塵 器 處 理 的 氣 體 量 相等 ， 以 免 除 塵 器 之 間 產(chǎn) 生 串 流 現(xiàn) 象 而 降 低 除 塵 效 率 。 機 械 式 除 塵 器 案 例 某 工 廠 一 臺 鍋 爐 ， 風 量 10000m3/h， 煙 氣 溫 度 300 ， 粉 塵 密 度4.5g/m3， 煙 塵 密 度 2000kg/m3， 經(jīng) 測 試 ， 粉 塵 粒 徑 分 布 如 表 1所 示 。要 求 經(jīng) 除 塵 裝 置 后 粉 塵 排 放 濃 度 為 0.8g/m3， 壓 力 損 失 不 大 于 2000Pa。粒 徑 范 圍 （ m ） 平 均 粒 徑 （ m） 質(zhì) 量 百 分 數(shù) 分 布 ( )80 90 13 機 械 式 除 塵 器 案 例 設(shè) 計 一 鍋 爐 煙 氣 除 塵 用 的 除 塵 器 ， 已 知 煙 氣 量 Q=0.778m3/s，煙 氣 溫 度 t=150 ， 煙 塵 真 密 度 =2100kg/m3,要 求 除 去 50 m以上 的 球 形 顆 粒 的 煙 塵 。 重 力 沉 降 室 設(shè) 計 步 驟n（ 1） 氣 體 水 平 流 速 計 算 g pL 6kgdpK： 流 線 系 數(shù) ， 10-20， 隨 塵 粒 直 徑 的 減 小 而 遞 增n（ 2） 塵 粒 沉 降 速 度 的 確 定 （ 100m， 通 常 采 用 stokes區(qū)的 沉 降 速 度 公 式 ） 18 g)-( gp2pc dv ndpd n（ 6） 求 長 度 cvHvLn（ 7） 校 核 Lg vHd gp )min (18 n（ 3） 確 定 有 效 截 面 積 BHVQF n（ 4） 定 高 度 FFH 5.0n（ 5） 求 寬 度 HFB n 除 塵 工 程 設(shè) 計 手 冊 .張 殿 印 ,王 純 .化 學 工 業(yè) 出版 社n 環(huán) 保 設(shè) 備 設(shè) 計 手 冊 大 氣 污 染 控 制 設(shè) 備 .周 興 求 .化 學 工 業(yè) 出 版 社 旋 風 除 塵 器 串 聯(lián) 旋 風 除 塵 器 串 聯(lián) 使 用 的 目 的 是 提 高 凈 化 效 果 。 串 聯(lián) 使 用 的 旋 風 除 塵器 ， 可 以 是 同 類 型 的 ， 也 可 以 是 不 同 類 型 的 ； 可 以 用 同 一 直 徑 的 ， 也 可以 用 不 同 直 徑 的 。 其 中 以 同 類 型 、 同 直 徑 旋 風 除 塵 器 串 聯(lián) 使 用 效 果 最 差 ，故 較 少 采 用 。 串 聯(lián) 方 式 以 組 成 機 組 形 式 為 最 好 ， 可 以 減 少 阻 力 消 耗 。 圖 3-22為 同 直 徑 、 不 同 錐 體 長 度 的 三 級 串 聯(lián) 旋 風 除 塵 器 機 組 示 意 圖 。 這種 組 合 方 式 的 優(yōu) 點 是 布 置 緊 湊 ， 阻 力 消 耗 較 小 。 第 一 節(jié) 的 錐 體 部 長 度 較短 ， 可 捕 集 粗 顆 粒 粉 塵 ， 第 二 、 第 三 級 錐 體 部 長 度 逐 級 增 長 ， 可 逐 級 捕集 較 細 顆 粒 的 n旋 風 除 塵 器 串 聯(lián) 使 用 的 布 置 和 設(shè) 計 原 則 是 ： (1)一 般 應(yīng) 將 高 效 率 除 塵 器 作 為 后 級 。 (2)配 置 上 力 求 緊 湊 ， 管 道 連 接 方 便 ， 阻 力 消 耗 小 。 (3)氣 體 處 理 量 決 定 于 第 一 級 旋 風 除 塵 器 的 處 理 量 。 (4)總 阻 力 為 氣 體 流 程 上 的 所 有 除 塵 器 阻 力 和 連 接 件 阻 力 的 總 和 。 但 是應(yīng) 考 慮 除 塵 器 連 接 處 的 結(jié) 構(gòu) 和 復 雜 氣 流 的 影 響 。 選 擇 通 風 機 時 ， 其 阻 力 損失 應(yīng) 將 上 述 總 阻 值 增 加 10 -20 ， 對 于 分 開 串 聯(lián) 設(shè) 置 并 連 接 件 結(jié) 構(gòu) 較 復雜 者 取 其 上 限 值 ， 對 于 串 聯(lián) 器 組 及 連 接 較 簡 單 者 取 其 下 限 值 。 n n為 了 處 理 高 粉 塵 負 荷 ， 旋 風 除 塵 器 也 可 以 和 其 他 除 塵 設(shè) 備 串 聯(lián) 使 用 ， 如用 作 織 物 過 濾 器 ， 電 除 塵 器 和 濕 式 除 塵 器 的 前 級 預 除 塵 器 。 旋 風 除 塵 器 并 聯(lián)n1、 多 管 旋 風 除 塵 器 是 指 多 個 旋 風 除 塵 器 并 聯(lián) 使 用 組 成 一 體 ， 并 共 用 進 氣 室和 排 氣 室 ， 以 及 共 用 灰 斗 ， 而 形 成 多 管 除 塵 器 。 多 管 旋 風 除 塵 器 中 每 個 旋 風子 應(yīng) 大 小 適 中 ， 數(shù) 量 適 中 ， 內(nèi) 徑 不 宜 太 小 ， 否 則 容 易 堵 塞 。 旋 風 子 造 成 含 塵氣 體 旋 轉(zhuǎn) 并 分 離 ， 通 常 具 有 較 小 的 直 徑 和 較 高 的 除 塵 效 率 ， 適 用 于 捕 集 10 m以 上 或 更 小 的 非 黏 性 的 干 燥 粉 塵 。n2、 因 多 個 小 型 旋 風 除 塵 器 并 聯(lián) 使 用 ， 在 處 理 相 同 風 量 情 況 下 除 塵 器 效 率 較高 ； 節(jié) 約 安 裝 占 地 面 積 ； 多 管 旋 風 除 塵 器 比 單 管 并 聯(lián) 使 用 除 塵 裝 置 阻 力 損 失小 。3、 多 管 旋 風 除 塵 器 中 的 各 個 旋 風 子 一 般 采 用 軸 向 入 口 ， 利 用 導 流 葉 片 強 制 含 塵 氣 體 旋 風 流 動 ， 因 為 在 相 同 壓 力 損 失 下 ， 軸 向 入 口 的 旋 風 子 處 理 氣 體 量 約為 同 樣 尺 寸 的 切 向 入 口 旋 風 子 的 2-3倍 ， 且 容 易 使 氣 體 分 配 均 勻 。 軸 向 入 口 旋風 子 的 導 流 葉 片 入 口 角 90 ， 出 口 角 40 -50 ， 內(nèi) 外 筒 直 徑 比 0.7以 上 ， 內(nèi)外 筒 長 度 比 0.6-0.8。