回转窑石膏粉尘旋风除尘器工艺设计.docx
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回转窑石膏粉尘旋风除尘器工艺设计
设
计
说
明
书
设计题目：
回转窑石膏粉尘旋风除尘器工艺设计
一、设计基础资料及基本要求
二、旋风除尘器介绍
1、旋风除尘器工作的基本原理
2、旋风除尘器结构
A单体基本结构
B结构改进措施
C组合技术
D旋风器使用
三、旋风除尘器选型
1、旋风除尘器选型原则
2、旋风除尘器选型
烟气量计算
除尘器直径的计算
除尘器分割直径的计算
除尘器除尘效率计算
压力损失的计算
3、旋风除尘器的分析说明
旋风除尘器选用
旋风除尘器选定
三、卸灰装置的选择
参考文献
一、设计基础资料及基本要求
1、烟质气流量及烟气性
设计烟气量：
5000m3/h
设计烟气性质
项目
粉尘浓度
粉尘真密度
烟气温度
烟气湿度
烟气黏度
平均值
200g/m3
2000kg/m3
120℃
4%
2.2*10-5Pa·s
粉尘粒径分布（质量比）
粒径（μm）
1
2
4
7
10
13
16
18
20
质量比（%）
5
6
9
13
24
23
9
6
5
2、处理要求：
此旋风除尘器作为预除尘器，除尘效率大于80%。
3、厂区条件
回转窑车间旁有30㎡的空地可用于安装旋风除尘器。
二、旋风除尘器介绍
1、旋风除尘器工作的基本原理
旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘装置。
它具有结构简单，体积较小，不需特殊的附属设备，造价较低．阻力中等，器内无运动部件，操作维修方便等优点。
旋风除尘器一般用于捕集5-15微米以上的颗粒．除尘效率可达80％以上，近年来经改进后的特制旋风除尘器．其除尘效率可达5％以上。
旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于5微米的效率不高。
旋转气流的绝大部分沿器壁自圆简体，呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。
旋转下降的气流在到达圆锥体底部后．沿除尘器的轴心部位转而向上．形成上升的内旋气流，并由除尘器的排气管排出。
旋风除尘器（简称旋风器）与其他除尘器相比，具有结构简单、造价便宜、维护管理方便以及适用面宽的特点。
旋风器适用于工业炉窑烟气除尘和工厂通风除尘；工业气力输送系统气固两相分离与物料气力烘干回收。
高性能的旋风器对于输送、破碎、卸料、包装、清扫等工业生产过程产生的含尘气体除尘效率可以达到95%～98%，对于燃煤炉窑产笺烟尘除尘效率可以达到92%～95%。
旋风器亦可以作为高浓度除尘系统的预除尘器，与其他类型高效除尘器合用。
旋风器具有可以适宜和于高温高压含尘气体除尘的特点。
2、旋风除尘器结构
A单体基本结构
含尘气体通过进口起旋器产生旋转气流，粉尘在离心力作用下脱离气流和筒锥体边壁运动，到达壁附近的粉尘在气流的作用下进入收尘灰斗，去除了粉尘的气体汇向轴心区域由排气芯管排出。
旋风器结构示意图
B结构改进措施
旋风器在长期使用中，为了达到低阻高效性能其结构不断进行改进，改进措施主要有：
（1）进气通道由切向进气改为回转通道进气，通过改变含尘气体的浓度分布、减少短路流排尘量。
回转通道在90°左右时阻力较小;
（2）把传统的单进口改为多进口，有效地改进旋转流气流偏心，同时旋风器阻力显著下降;（3）在筒锥体上加排尘通道，防止到达壁面的粉尘二次返混;（4）采用锥体下部装有二次分离装置（反射屏或中间小灰斗）防止收尘二次返混;（5）排气芯管上部加装二次分离器，利用排气强旋转流进行微细粉尘的二次分离，对捕集短路粉尘极为有效;（6）在筒锥体分离空间加装减阻件降阻等。
C组合技术
处理气体量较大时，可以采用多个旋风器单体进行并联组合。
（1）多筒组合：
多筒组合可以采用分支并联和环状并联方式。
组合技术的关键在于含尘气流分配的均匀性和防止气流串流。
分支并联一般采用双旋风器、四旋风器方式。
对于处理气体量较大时，也可以采用母管分支并联方式。
分支旋风器一般采用涡壳排气方式;
（2）多管组合：
多管组合可以采用数十个旋风子（小尺寸旋风器）进行箱式并联安装。
旋风子在进气箱体中可以采用顺排并联或错排并联，采用惯性沉降一旋风子两级一体复合除尘，含尘气流分配的均匀性可以通过调整旋风子进气口角度、排气芯管长度、进气空间高度、旋风子间距等措施实现。
D旋风器使用
旋风器单体直径一般控制在200～1000mm，特殊情况下可以超过1000mm。
旋风器单体安装角度应不小于45°，宜大于粉尘的流动角，对于气体量负荷变化较大的系统尤其要注意。
旋风器单体组合应注意含尘气流的均匀性分配和增加防止气流串流的技术措施。
旋风器组合空间的进气区、灰斗区、排气区应严格分开，连接处不得漏风。
对旋风器性能影响较大的因素是运行管理不善造成的灰斗漏风和排灰不及时造成的锥体下部堵管。
它不仅影响除尘效率，还会加剧旋风器筒锥体磨损影响使用寿命。
根据使用条件可以选用不同材料制作旋风器，如钢板、有机塑料板、玻璃钢等加；铸铁、铸钢浇筑；陶土、石英砂、白刚玉烧制。
也可以采用矾土水泥骨料、灰绿岩铸石等材料作钢制件的耐磨内衬。
除尘器串联使用时，在与低性能除尘器串联使用时，应将高效旋风器放在后级。
在与高性能除尘器串联使用时，就将旋风器放在前级。
除高浓度场合外，一般不采用同种旋风器串联使用。
三、旋风除尘器选型
1、旋风除尘器选型原则
①旋风式除尘器净化气体量应与实际需要处理的含尘气体量一致。
选择旋风式除尘器直径时应尽量小些，如果要求通过的风量较大，可采用几个小直径的旋风除尘器并联为宜。
②旋风式除尘器入口风速要保持18~23m/s，过低时除尘效率下降：
过高时阻力损失及耗电量均要增加，且除尘效率提高不明显。
③所选择的旋风式除尘器的阻力损失小，动力消耗少，且结构简单、维护简便。
④旋风式除尘器能捕集到的最小粉尘粒子应稍小于被处理气体中的粉尘粒度。
⑤当含尘气体温度很高时，要注意保温，避免水分在除尘器内凝结。
假如粉尘不吸收水分、露点为30～50℃时，除尘器的温度最少应高出30℃左右，假如粉尘吸水性较强（如水泥、石膏和含碱粉尘等）、露点为20～50℃时，除尘器的温度应高出露点温度40～50℃。
⑥旋风除器结构的密闭要好，确保不漏风。
尤其是负压操作，更应注意卸料锁风装置的可靠性。
⑦易燃易爆粉尘（如煤粉）应设有防爆装置。
防爆装置的通常做法是在入口管道上加一个安全防爆阀门。
⑧当粉尘黏性较小时，最大允许含尘质量浓度与旋风筒直径有关，即直径越大其允许含尘质量浓度也越大。
具体的关系见表。
旋风除尘器直径与允许含尘浓度关系
旋风除尘器直径/mm
800
600
400
200
100
60
40
允许含尘质量浓度/g*m-3
400
300
200
150
60
40
2
2、旋风除尘器选型
●烟气量计算
有题设条件Q=5000m3/h,这是在标准状态下的情况，
t=120℃时，即T=273+120=393K,
实际烟气流量为Q=
=7198m3/h=7198/3600m3/s=2.00m3/s
粉尘浓度为
=200g/m3
烟气湿度为4%，即水蒸气含量比较小可不考虑。
由此旋风除尘器初步选XLK型
根据需要处理的含尘气体量Q，按下式算出除尘器直径：
D=
式中D——除尘器直径，m;
——除尘器筒体净空截面平均流速，m/s（一般为2.5~4m/s）;
Q——操作温度和压力下气体的流量，m3/h.
根据需要处理气体量算出除尘器进口流速（一般为12~25m/s）。
由选定的含尘气体进口速度和需要处理的含尘气体量算出除尘器入口截面积，再由除尘器各部分尺寸比例关系选出除尘器。
当含尘质量浓度较高，或需要捕集的粉尘粒度较大时，应选用较大直径的旋风除尘器。
●除尘器直径的计算
取除尘器筒体净空截面平均流速
，则
此时除尘器直径为D=
=0.798m
参考三废处理工程技术手册XLK型旋风除尘器结构尺寸表，
取D=0.7,入口风速为
，de=0.413m,L=1.4m,H=4.176m，d1=0.191m，h=0.35m。
其中de为排气管直径，L为筒体长度，H为锥体长度，d1为灰口直径，h为入口高度。
根据处理气体量由下式决定进口截面积A：
0.1m2
●除尘器分割直径的计算
假设解决接近园筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度，即
=20m/s，取内外涡旋交界圆柱的直径
=0.7
，涡轮指数可由下式求得
=
=0.60
式中
。
气流在交界面上的切向速度：
=
=34.00m/s
外涡旋气流平均径向速度：
=0.44m/s
除尘器分割直径：
=3.3μm
式中μ——黏度，Pa*s;
——粉尘真密度，Kg/m3;
——排气管下缘至锥顶的高度，m。
此时旋风除尘器的分割直径为3.3μm。
关于切向速度
Ø外涡旋：
随半径r的减小而增大，在内外涡旋的交界面上
最大，交界面半径r0≈（0.66～0.65）rp，rp为排出管半径。
Ø内涡旋：
随半径r的减小而减小。
Ø某一断面上的切向速度分布规律为：
Ø外旋：
n=0.5，有
Ø内旋：
n=-1，有
Ø内外交界面：
n=0，有Vt=常数，最大，对应直径为D，D=（0.6～1.0）De（排气管直径）。
●除尘器除尘效率计算
由经验公式
可求得分级除尘效率如下表
粒径分布及分级除尘效率总效率表
粒径（μm）
1
2
4
7
10
13
16
18
20
质量比（%）
5
6
9
13
24
23
9
6
5
分级除尘效率
8.4
26.9
59.5
81.8
90.2
93.9
95.9
96.7
97.3
总效率
42
161.4
535.5
1063.4
2164.8
2159.7
863.1
580.2
486.5
80.6
关于除尘效率
Ø计算分割直径是确定除尘效率的基础
Ø在交界面上，，向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD离心力FC
•若FC>FD，颗粒移向外壁
•若FC•当FC=FD时，有50%的可能进入外涡旋，即除尘效率为50%。
此时相应的尘粒粒径为分割粒径。
Ø全分离粒径（临界粒径）：
除尘效率为100%时的尘粒粒径。
旋风除尘器分级效率曲线
影响旋风除尘器效率的因素
二次效应－被捕集粒子重新进入气流
•在较小粒径区间内，理应逸出的粒子由于聚集或被较大尘粒撞向壁面而脱离气流获得捕集，实际效率高于理论效率。
•在较大粒径区间，粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起，实际效率低于理论效率。
•通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器内壁上，能有效地控制二次效应。
●压力损失的计算
计算旋风除尘器操作条件下的压力损失：
393K时烟气密度可近似取为
0.898Kg/m3
压力损失：
1580.48Pa
式中
——阻力系数，
=8.8；
常见旋风器的阻力系数ξ表
型号
ξ0
型号
ξ0
XCX
3.50
CLG
3.0
XLP/B
5.52
XCD
5.3
ЦH
3.86
XLP/A
7.58
ЦK
4.82
CZT
9.2
Stirmand（h）
5.40
XCZ
8.3
Swift
9.20
XCY
8.0
Stern
7.41
XCY-Ⅱ
6.5
XLK（CLK）
8.10
Friedland
12.4
Ducon-SDC
7.80
Leith-Licht
2.76
Ducon-SDM
7.60
Buell
10
旋风除尘器的压力损失
Ø相对尺寸对压力损失影响较大，除尘器结构型式相同时，几何相似放大或缩小，压力损失基本不变
Ø含尘浓度增高，压力降明显下降
Ø操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa
3、旋风除尘器的分析说明
✧XLK型旋风除尘器介绍
XLK型（原名CLK型）旋风除尘器也称扩散式除尘器，其结构特点是180度蜗壳入，
锥体为倒置，锥体下部有一圆锥反射屏。
在一般的旋风除尘器中，有一部分气体进入灰斗，在气流自下而上流向排出管时，由于内涡旋的吸引作用，使已分离的尘粒被上旋气流重新卷起，并随内涡旋排出；在XLK型旋风除尘器中，由于倒锥的扩散和反射屏的阻挡作用，防止了返回气流重新卷起粉尘，从而提高了除尘器的效率。
XLK型旋风除尘器，直径（150~700）mm共有10种规格。
单个尘粒含尘气量210~9200m3/h，其除尘效率随着直径的增大而下降。
钢板厚度采用3~5mm，当用于磨损较大的场合或腐蚀性介质时，钢板应适当加厚。
排料装置多采用翻板式排料阀。
实践表明，扩散式旋风除尘器对入口粉尘负荷有良好的适应性。
当入口粉尘浓度在1m3数克至上百克范围内变化时，对除尘器效率影响不大，一般可达90%以上。
但是这种除尘器对风量适应性较差，不适宜在低于70%的额定负荷下运行。
设备阻力一般在800~1200Pa
之间，比其他类型的旋风除尘器稍高。
由于入口风尘浓度高，入口速度大，因而粉尘对筒体的磨损比较严重，如果采用耐磨的寸里，则可延长使用寿命，减少维修工作量。
✧旋风除尘器选用
1、选用过程：
（1）根据阻力计算所用旋风器的筒体截面的标称速度。
（2）计算旋风器筒体截面总面积。
（3）确定旋风器直径D。
（4）计算设计工况下的旋风器除尘效率和排放浓度。
注意工况含尘浓度为运行浓度，标况浓度为环境监督、评价用的含尘浓度。
（5）根据处理气体和粉尘的性质确定制作旋风器的设备材料，如耐磨措施可以采用耐磨材料加工或加耐磨内衬材料。
（6）确定旋风器的排灰方式，选定卸灰阀、灰斗、输灰器。
对粉尘负荷少于一个班次工作量的可以采用人工清灰。
（7）旋风器支架、检查平台、连接配管、检测孔设计。
（8）旋风器运行工况分析，如工艺周期性负荷变化引起除尘系统处理气体量变化时旋风器单体堵灰、磨损的可能性；排灰输灰装置的工作状况等。
2、旋风除尘器的比例尺寸
设计者在选择结构时应遵循以下原则：
a）为防止粒子短路漏到出口管，
其中s为排气管插入深度;
b）为避免过高的压力损失，
；
c）为保持涡流的终端在锥体内内部，
;
d）为利于粉尘易于滑动，锥角=
；
e）为获得最大的除尘效率，
。
几种旋风除尘器的主要尺寸比例
尺寸名称
XLP/A
XLP/B
XLT/A
XLT
入口宽度，b
入口高度，h
筒体直径，D
上3.85b
下0.7D
3.33b
（b=0.3D）
3.85b
4.9b
排出筒直径，de
上0.6D
下0.6
0.6D
0.6D
0.58D
筒体长度，L
上1.35D
下1.0D
1.7D
2.26D
1.6D
锥体长度，H
上0.50D
下1.00
2.3D
2.0D
1.3D
灰口直径，d1
0.0296D
0.43D
0.3D
0.145D
进口速度为
右值时的压
力损失
12m/s
700（600）
5000（420）
860（770）
440（490）
15m/s
1100（940）
890（700）
1350（1210）
440（490）
18m/s
1400（1260）
1450（1150）
1950（1740）
990（1110）
✧旋风除尘器选定
经过计算分析对比，其他几种旋风除尘器单个使用时除尘效率都达不到80%以上，而且综合其他经济技术条件，最终选定的除尘器为XLK型扩散式旋风除尘器。
三、卸灰装置的选择
卸灰装置兼有卸灰和密闭两种功能，是影响除尘器性能的关键部位之一。
假如卸灰装置处有漏气的现象，非但影响除尘器的正常排灰，而且严重影响除尘效率。
因此，理想的卸灰装置应该具有结构简单、动作灵活、排灰及时和严密布漏风等特点。
有资料指出，不管哪一种卸灰装置，如果漏风量占到总风量的1%时，则除灰效率降低5%；漏风量占5%时，除尘效率降低约50%；漏风量占15%时，除尘效率会降低到很低的数值。
翻板式锁气器是利用翻板上的平衡锤和积灰重量的平衡发生变化，进行自动的卸灰的。
它设偶两块翻板轮流启闭。
回转式锁气器采用外来动力使刮板缓慢旋转，转速一般15~20圈/分钟，它适用于排灰量较大的除尘器。
回转式锁气器是否保持严密，关键在于刮板和外壳之间紧密贴合的程度。
考虑到粉尘浓度比较高，产生的灰量比较多及其他因素，选择回转式锁气器。
如图所示
参考文献
除尘器设计手册
环保设备设计手册—大气污染控制设备
大气污染控制工程课本P143-145，P167-177
吴忠标.使用环境工程手册（大气污染控制工程），北京：
化学工业出版社，2001
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