立式旋风水膜除尘器.docx

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立式旋风水膜除尘器

一、旋风除尘器简介

旋风除尘器是使含尘气体作旋转运动，借作用于尘粒上的离心力把尘粒从气体中分离出来的装置。

旋风除尘器的特点是：

结构简单、造价和运行费用较低、体积小、操作维修方便；药理损失中等，动力消耗不大，除尘效率较高；可用各种材料制造，适用于粉尘负荷变化大的含尘气体，性能较好，能用于高温、高压及腐蚀性气体的除尘，可直接回收干粉尘；无运动部件，运行管理简便等。

旋风除尘器历史较久，现在一般用来捕集5~15μm以上的尘粒，除尘效率可达到80%左右。

旋风除尘器于1885年开始使用，已发展成为多种型式。

按其流进入方式，可分为切向进入式和轴向进入式两类。

在相同压力损失下，后者能处理的气体约为前者的3倍，且气流分布均匀。

普通旋风除尘器由简体、锥体和进、排气管等组成。

旋风除尘器结构简单，易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低，已广泛用来从气流中分离固体和液体粒子，或从液体中分离固体粒子。

在普通操作条件下，作用于粒子上的离心力是重力的5～2500倍，所以旋风除尘器的效率显著高于重力沉降室。

大多用来去除0.3μm以上的粒子，并联的多管旋风除尘器装置对3μm的粒子也具有80～85%的除尘效率。

选用耐高温、耐磨蚀和腐蚀的特种金属或陶瓷材料构造的旋风除尘器，可在温度高达1000℃，压力达500×105Pa的条件下操作。

从技术、经济诸方面考虑旋风除尘器压力损失控制范围一般为500～2000Pa。

二、旋风除尘器的工作原理

普通旋风除尘器由筒体、锥体和进气管、排气管等组成。

含尘气体由进口切向进入后，沿筒体内壁由上而下作圆周运动，并由少量的气体沿径向运动到中心区内。

这股向下旋转的气流大部分到达锥体顶部附近时折转向上，在中心区域旋转上升，最后由排气管排出。

这股气流作向上旋转运动时，也同时进行着径向的离心运动。

一般将旋转向下的外圈气流成为外旋流，将旋转向上的内圈气流成为内旋流，把外旋流变为内旋流的锥顶附近区域称为回流区。

内旋流与外旋流旋转方向相同，在整个流场中起主导作用。

气流作旋转运动时，尘粒在离心力的作用下，逐渐向外壁移动。

到达外壁的尘粒，在外旋流的推力和重力的共同作用下，沿器壁落至灰斗中，实现与气流的分离。

此外,当气流从除尘器顶向下告诉旋转时,顶部压力下降,使一部分气流六带着微细尘粒沿筒体内壁旋转向上,到达顶盖后再沿排气管外壁旋转向下,最后汇入排气管排走。

对于旋风除尘器内气流运动流场的测定发现,由于进入的气体不是理想气体,且具有粘性,所以实际气流的运动是很复杂的。

外旋流内部及其与尘粒之间存在着摩擦损失,因而外旋流不是纯净的自由涡,而是所谓的准自由涡,它具有向下低速向心的径向运动。

内旋流类似于刚体圆柱的转动,称为强制涡,它具有向上高速向外的径向运动。

三、旋风除尘器的分类

（1）按性能分为：

（a）高效旋风除尘器，其筒体直径较小，用来分离较细的粉尘；

（b）高流量旋风除尘器，简体直径较大，用于处理很大的气体流量，其除尘效率较低；

（c）介于上述两者之间的通用旋风除尘器，用于处理适当的中等气体流量，其除尘效率为70%～90%。

（2）按组合形式分为：

（a）普通旋风除尘器；

（b）异形旋风除尘器，筒体形状有所变化，除尘效率提高；

（c）双旋风除尘器，把两个不同性能除尘器组台在一起；

（d）组台式旋风除尘器，综合性能更好。

按安装情况分为内旋风除尘器（安装在反应器或其它没备内部）、外旋风除尘器、立式与卧式以及单筒和多管旋风除尘器。

四、旋风除尘器特点

一般，旋风除尘器的筒体直径越小，粉尘颗粒所受的离心越大，旋风除尘器的除尘效率也就越高。

但过小的筒体直径会造成较大直径颗粒有可能反弹至中央气流而被带走，使除尘效率降低。

另外，筒体太小对于黏性物料轻易引起堵塞。

因此，一般筒体直径不宜小于50～75mm；大型化后，已泛起筒体大于2000mm的大型旋风除尘器。

除尘器高度，较高除尘效率的旋风除尘器，都有合适的长度比例；合适的长度不但使进入筒体的尘粒停留时间增长，有利于分离，且能使尚未到达排气管的颗粒有更多的机会从旋流核心中分离出来，减少二次夹带，以提高除尘效率。

足够长的旋风除尘器，还可避免旋转气流对灰斗顶部的磨损，但是过长，会占据圈套的空间。

因此，提出旋风除尘器从排气管下端至旋风除尘设备自然旋转顶端的距离一般用下式确定：

一般常取旋风除尘器的圆筒段高度。

旋风除尘器的圆锥体可以在短的轴向距离内将外旋流转变为内旋流，因而节约了空间和材料。

除尘器圆锥体的作用，是将已分离出来的粉尘微粒集中于旋风式除尘器中心，以便将其排人储灰斗中。

当锥体高度一定，而锥体角度较大时，由于气流旋流半径很快变小，很容易造成核心气流与器壁撞击，使沿锥壁旋转而下的尘粒被内旋流所带走，影响除尘效率。

所以，半锥角a不宜过大，设计时常取a=13～15

旋风除尘器的进口有两种主要的进口形式　轴向进口和切向进口。

切向进口为最普通的一种进口型式，制造简单，用得比较多。

这种进口型式的旋风除尘器外形尺寸紧凑。

在切向进口中螺旋面进口为气流通过螺旋而进口，这种进口有利于气流向下做倾斜的螺旋运动，同时也可以避免相邻两螺旋圈的气流互相干扰。

渐开线（蜗壳形）进口进人筒体的气流宽度逐渐变窄，可以减少气流对筒体内气流的撞击和干扰，使科粒向壁而移动的距离减小，而且加大了进口气体和排气管的距离，减少气流的短路机会，因而提高除尘效率。

这种进口处理气量大，压力损失小，是比较理想的一种进口型式。

轴向进口是最好的进口型式，它可以最大限度地避免进入气体与旋转气流之间的干扰，以提高效率。

但因气体均匀分市的关键是叶片形状和数量，否则靠近中心处分离效果很差。

轴向进口常用于多管式旋风除尘器和平置式旋风除尘器。

进口管可以制成矩形和圆形两种型式。

由于圆形进口管与多管旋风除尘器器壁只有一点相切，而矩形进口管整个高度均与器壁相切，故一般多采用后者。

矩形宽度和高度的比例要适当，因为宽度越小，临界粒径越小，除尘效率越高；但过长而窄的进口也是不利的，一般矩形进口管筒与宽之比为2～4。

五、XLT/A型旋风除尘器的设计计算

（1）压力损失

在评价旋风除尘器设计和性能时的一个重要指标是气流通过旋风除尘器的压力损失，又称压力降。

是用气体通过旋风除尘器是的总能量消耗表述的，这种能耗由气流入口、出口和漩涡流场三部分组成，以漩涡流场能耗为主。

压力损失与旋风除尘器结构型式和运行条件等因素有关，其数值难以通过理论计算精确得到。

根据实验，压力损失与进口气流速度的平方成正比，即

△P=ξ×ρ×u²/2

△P——压力损失，Pa。

ξ——旋风除尘器阻力系数值，无因次。

u——进气口平局速度，m/s

ρ——进气口密度，kg/m³

下表是几种旋风除尘器的局部阻力系数值，可供参考。

旋风除尘器形式

XLT

XLT/A

XLP/A

XLP/B

ξ

5.3

6.5

8.0

5.8

（2）经验法选择除尘器的基本步骤如下

①根据气体的含尘浓度、粉尘的性质、分离要求、允许阻力损失、除尘效率等因素，合理选择旋风除尘器的型号、规格。

②根据使用时允许的压力降确定进气口气速u，如果制造厂已提供有各种操作温度下进气口气速与压力将的关系，则根据工艺条件允许的压降就可选定气速u；若没有气速与压降的数据，则根据允许的压力降计算进口气速。

③确定旋风除尘器的进口截面积A，入口宽度b和高度h。

④确定各部分几何尺寸：

由进口截面积A和入口宽度b及高度定出各部分的几何尺寸。

设计者可按要求选择其他结构，但应遵循以下原则：

（a）为防止粒子漏到出口管，h≤s,其中s为排气管插入深度；

（b）为避免过高的压力损失，b≤（D-d）/2；

（c）为保持涡流的终端在锥体内部，（H+L）≥3D，其中H为圆柱体高，L为锥体高；

（d）为利于粉尘易于滑动，锥角为7°～8°；

（e）为获得最大的除尘效率，d/D≈0.4～0.5,（H+L）/d≈8～10;s/d≈1.

几种旋风除尘器的最主要尺寸比例参见下表，其他各种旋风除尘器的标准尺寸比例可查阅有关除尘设备手册。

旋风除尘器各部件的比例

尺寸内容

XLP/A

XLP/B

XLT/A

XLT

入口宽度b

入口高度h

筒体直径D

排出管直径do

筒体长度L

锥体长度H

排灰口直径de

（A/3）½

（3A）½

上3.85b

下0.7D

0.6D

上1.35D

下1.00D

上0.5D

下1.0D

0.296D

（A/2）½

（2A）½

3.33b

/

0.6D

1.7D

2.3D

0.43D

（A/2.5）½

（2.5A）½

3.85b

/

0.6D

2.26D

2.0D

0.3D

（A/1.75）½

（1.75A）½

4.9b

/

0.58D

1.6D

1.3D

0.145D

（3）设计计算

某工厂烟气处理量为Q=68000m³/h，烟气密度ρ=1.8kg/m³,允许压力损失△P=1050Pa,设计XLT/A型旋风除尘器。

解：

查上表可知阻力系数ξ=6.5

（1）压力损失：

△P=1050Pa,

△P=ξ×ρ×u²/2

u²=（2×P）/（ξ×ρ）

u=[（2×P）/（ξ×ρ）]½

=[（2×1050）/（6.5×1.8）]½

=13.4m/s

（2）进气口截面积：

A=Q/u=68000/﹙3600×13.4﹚=1.41㎡

A——进气口截面积，㎡

Q——进气流量，m³/h

（3）各部分长度计算

进气口宽度

b=﹙A/2.5﹚½=O.751m=751mm

进气口高度

h=﹙25A﹚½=1.877m=1877mm

筒体直径

D=3.85b=2.89m参考XLT/A产品系列取D=750mm

排气管直径

d=0.6D=0.45m=450mm

筒体长度

L=2.26D=1.695m=1695mm

椎体长度

H=2.0D=1.5m=1500mm

排灰口直径

de=0.3D=0.225m=225mm

六、XLT/A型除尘器的三视图

七、总结

整个设计过程使我对大气污染控制工程中，旋风除尘的部分有了深入的了解，对各种设备的选择，除了考虑性能和外型外，还要考虑运行期间会产生哪些问题。

例如，除尘器，这需要对各种除尘器的处理机理有一定的理解，并推广不同型号的除尘器。

而在资料上提供的除尘器也是五花八门，和一般除尘器的外型结构都有不同之处，还有不少的参数选择，这就要根据设计计算的数据进行选择了。

其次，是制图方面，用AutoCAD制图还是比较方便和快捷的，不过基本上外型和尺寸都是参考设计计算的数据，由于对设备的不是特别了解，所以，对空间想象力要求很高。

能顺利完成这次课程设计，我要感谢老师的悉心指导，以及小组成员的共同努力。