陳全超--回轉(zhuǎn)窯石膏粉塵旋風(fēng)除塵器設(shè)計

1、中南林業(yè)科技大學(xué)大氣污染控制工程課程設(shè)計設(shè)計名稱：回轉(zhuǎn)窯石膏粉塵旋風(fēng)除塵器學(xué)生姓名： 陳全超 學(xué) 號： 20096376 專業(yè)年級： 2009級環(huán)科一班 林學(xué)院環(huán)境科學(xué)教研室目 錄第一章 課程設(shè)計背景材料31.設(shè)計題目32.設(shè)計資料33.設(shè)計目的34.設(shè)計要求35.設(shè)計內(nèi)容46.設(shè)計期限47.其它說明48.主要參考資料4第二章 設(shè)計部分51.前言51.1.旋風(fēng)除塵器工作原理51.2.影響旋風(fēng)除塵器除塵效率的因素61.3.旋風(fēng)除塵器的應(yīng)用72.設(shè)計方案的確定83.設(shè)計計算83.1.選擇旋風(fēng)除塵器的型式83.2.選擇旋風(fēng)除塵器的入口風(fēng)速83.3.計算入口面積A83.4.入口高度h、寬度b的計算83

2、.5.計算旋風(fēng)除塵器的筒體直徑93.6.按所選擇型式的尺寸比計算旋風(fēng)除塵器各部分尺寸103.7.校核103.8.壓力損失計算113.9.除塵效率計算114.綜述135.設(shè)計總結(jié)136.結(jié)束語147.參考文獻14第一章 課程設(shè)計背景材料1. 設(shè)計題目回轉(zhuǎn)窯石膏粉塵旋風(fēng)除塵器工藝設(shè)計2. 設(shè)計資料1、煙氣流量及煙氣性質(zhì)設(shè)計煙氣量：5000m3/h（與煙氣溫度無關(guān)）設(shè)計煙氣性質(zhì)：見下表。項目粉塵濃度粉塵真密度煙氣溫度煙氣濕度煙氣黏度平均值200g/m32000kg/m31204%2.2*10-5Pa·s粉塵粒徑分布（質(zhì)量比）：粒徑（m）12471013161820質(zhì)量比（%）5691324

3、239652、處理要求：此旋風(fēng)除塵器作為預(yù)除塵器，要求除塵效率大于80%，壓力損失小于2000Pa。3、廠區(qū)條件回轉(zhuǎn)窯車間旁有30的空地可用于安裝旋風(fēng)除塵器。3. 設(shè)計目的 溫習(xí)和鞏固所學(xué)知識、原理，特別是熟悉分級除塵效率的內(nèi)容； 掌握一般旋風(fēng)除塵器的設(shè)計計算的方法和步驟。4. 設(shè)計要求 獨立思考，獨立完成； 設(shè)備選型、卸灰裝置選擇、技術(shù)參數(shù)、性能、詳細說明； 提交的成品：設(shè)計說明書、除塵器主體設(shè)計圖、卸灰裝置簡圖。5. 設(shè)計內(nèi)容根據(jù)設(shè)計資料和設(shè)計要求，確定設(shè)備選型和技術(shù)參數(shù)。具體選型步驟如下：1、確定除塵系統(tǒng)所需處理的氣體量；2、根據(jù)所需處理氣體的含塵質(zhì)量濃度、粉塵性質(zhì)及使用條件初步選擇除塵

4、器類型；3、根據(jù)所需處理的含塵氣體量，計算除塵器直徑和各部件尺寸；4、計算除塵效率；5、計算壓力損失；6、若不能滿足要求，則需重新選擇除塵器類型，重新設(shè)計計算；7、編寫設(shè)計說明書，繪制除塵器主體設(shè)計圖（包括卸灰裝置）。6. 設(shè)計期限二周。7. 其它說明本次課程設(shè)計涉及的工藝裝備，參照有關(guān)設(shè)計手冊及產(chǎn)品說明書進行選型。8. 主要參考資料除塵器設(shè)計手冊；環(huán)保設(shè)備設(shè)計手冊大氣污染控制設(shè)備；大氣污染控制工程課本P143-145關(guān)于分級除塵效率的內(nèi)容，P167-179關(guān)于旋風(fēng)除塵器的內(nèi)容。第二章 設(shè)計部分1. 前言 旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣體中分離出來的裝置。旋風(fēng)除塵器的特點是：結(jié)

5、構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛、種類繁多、造價和運行費較低、體積小、操作維修方便；壓力損失中等，動力消耗不大，除塵效率較高；可用各種材料制造，適用于粉塵負荷變化大的含塵氣體，性能較好，能用于高溫、高壓及腐蝕性氣體的除塵，可直接回收干粉塵；無運動部件，運行管理簡便等。旋風(fēng)除塵器歷史較久，現(xiàn)在一般用來捕集515um以上的塵粒，除塵效率可達80%左右，高效的可達90%左右。1.1. 旋風(fēng)除塵器工作原理普通旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部氣流由筒體、錐體、進氣管、排氣管和卸灰管等組成，如上圖所示。旋風(fēng)除塵器的工作過程是當(dāng)含塵氣體由切向進氣口進入旋風(fēng)分離器時氣流將由直線運動變?yōu)閳A周運動。旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分沿器壁自圓筒體呈螺旋形

6、向下、朝錐體流動，通常稱此為外旋氣流。含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力，將相對密度大于氣體的塵粒甩向器壁。塵粒一旦與器壁接觸，便失去徑向慣性力而靠向下的動量和向下的重力沿壁面下落，進入排灰管。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣體到達錐體時，因圓錐形的收縮而向除塵器中心靠攏。根據(jù)“旋轉(zhuǎn)矩”不變原理，其切向速度不斷提高，塵粒所受離心力也不斷加強。當(dāng)氣流到達錐體下端某一位置時，即以同樣的旋轉(zhuǎn)方向從旋風(fēng)分離器中部，由下反轉(zhuǎn)向上，繼續(xù)做螺旋性流動，即內(nèi)旋氣流。最后凈化氣體經(jīng)排氣管排出管外，一部分未被捕集的塵粒也由此排出。自進氣管流人的另一小部分氣體則向旋風(fēng)分離器頂蓋流動，然后沿排氣管外側(cè)向下流動；當(dāng)?shù)竭_排氣管下端時即反轉(zhuǎn)向

7、上，隨上升的中心氣流一同從排氣管排出。分散在這一部分的氣流中的塵粒也隨同被帶走。1.2. 影響旋風(fēng)除塵器除塵效率的因素旋風(fēng)除塵器分級效率曲線二次效應(yīng)被捕集粒子的重新進入氣流上圖為理論效率曲線，但與實際的效率曲線是不一致的。造成差異的主要原因是二次效應(yīng)，即被捕集的重新進入氣流。在較小粒徑區(qū)間內(nèi)，理應(yīng)逸出的粒子由于聚集或被較大塵粒撞向壁面而脫離氣流獲得捕集，實際效率高于理論效率；在較大粒徑區(qū)間，實際效率低于理論效率，這是因為理應(yīng)沉降入灰斗的塵粒卻隨凈化后氣流一起排走，其起因主要為粒子被反彈回氣流或沉積的塵粒被重新吹起，；通過環(huán)狀霧化器將水噴淋在旋風(fēng)除塵器內(nèi)壁上，能有效地控制二次效應(yīng)；臨界入口速度。

8、比例尺寸高效旋風(fēng)除塵器的各個部件都有一定的尺寸比例，這些比例是基于廣泛調(diào)查研究的結(jié)果。某個比例關(guān)系的變動，能影響旋風(fēng)除塵器的效率和壓力損失。在相同的切向速度下，筒體直徑愈小，粒子受到的慣性離心力愈大，除塵效率愈高；但若筒體直徑過小，粒子容易逃逸，效率下降；另外，錐體適當(dāng)加長，對提高除塵效率有利；除塵器分割直徑的推導(dǎo)過程表明，排出管直徑愈少分割直徑愈小，即除塵效率愈高；但排出管直徑太小，會導(dǎo)致壓力降增加，一般取排出管直徑de=（0.40.65）D；根據(jù)測量，氣流在除塵器內(nèi)下降的最低點并不一定會達到除塵器的底部。從排出管下部至氣流下降的最低點之間的距離成為旋風(fēng)除塵器的特征長度l0。根據(jù)亞歷山大（n

9、atural length）公式：排氣管的下部至氣流下降的最低點的距離。旋風(fēng)除塵器排出管以下部分的長度應(yīng)當(dāng)接近或等于l，筒體和錐體的總高度以不大于5倍的筒體直徑為宜。 運行系統(tǒng)的密閉性 運行系統(tǒng)的密閉性,尤其是除塵器下部的嚴(yán)密性,特別重要，運行中要特別注意。如果除塵器下部不嚴(yán)密，漏入外部空氣，就會把正在落入灰斗的粉塵重新帶走，使 除塵效率顯著下降。因此，在不漏風(fēng)的情況下進行正常排灰是旋風(fēng)除塵器運行中必須重視的問題 。收塵量不大的除塵器，可在下部設(shè)固定灰斗，定期排灰，收塵量較大的要求連續(xù)排灰時，課設(shè)雙板式或回轉(zhuǎn)式鎖氣器。4 煙塵的物理性質(zhì) 氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣含塵濃度等都會影

10、響旋風(fēng)除塵器的效率。 操作變量提高煙氣入口流速，旋風(fēng)除塵器分割直徑變小，使除塵器性能改善 ；如果入口流速過大，已沉積的粒子有可能再次被吹起，重新卷入氣流中，導(dǎo)致除塵效率下降；通常依旋風(fēng)除塵器的直徑而選用的實際最高效率的入口速度，一般在10-25m/s范圍內(nèi)。 1.3. 旋風(fēng)除塵器的應(yīng)用 旋風(fēng)除塵器作為一種中效除塵裝置，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護管理容易，投資少，體型和占地面積小等特點，廣泛地應(yīng)用了各種工業(yè)部門中。 旋風(fēng)除塵器一般只適用于凈化非粘結(jié)性和非纖維性粉塵，溫度在400以下的非腐蝕性氣體。如果用在高溫氣體凈化上，則需采取冷卻措施，或內(nèi)壁襯隔熱材科。用于凈化腐蝕性氣體時，則應(yīng)采用

11、防腐材料制做，或內(nèi)壁噴涂防腐材料。旋風(fēng)除塵器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)氣流速度很高，粉塵對壁面的磨損，特別是對錐體部分的磨損較快，所以在設(shè)計和運行時應(yīng)充分注意，采取一定的耐磨措施。 旋風(fēng)除塵器的除塵效率，除了與其結(jié)構(gòu)型式有直接關(guān)系外，還與其卸灰裝置I包括灰斗和卸灰閥)好壞克直接關(guān)系。如果卸灰裝置的設(shè)計或管理不當(dāng)，造成決斗漏風(fēng)，破壞了除塵器內(nèi)的氣流運動，將會使已沉降的粉塵再次懸浮飛揚，除塵效率大大降低，或造成排灰口堵塞，使除塵系統(tǒng)癱瘓。因此，必須對卸灰裝置的設(shè)計和管理給予高度重視。旋風(fēng)除塵器是應(yīng)用廣泛的除塵器之一。在應(yīng)用中可以單獨供用，也可以單獨使用，也可以并聯(lián)或串聯(lián)供用。串聯(lián)中既有旋風(fēng)除塵器自身進行串聯(lián)，也有旋

12、風(fēng)除塵器與其他類型除塵器的串聯(lián)使用，在應(yīng)用中對旋風(fēng)除塵器采用防磨損措施也很重要。2. 設(shè)計方案的確定根據(jù)所需處理氣體的含塵質(zhì)量濃度、粒徑分布、粉塵性質(zhì)及除塵要求、允許的壓力損失和制造條件等因素全面分析，合理地選擇旋風(fēng)除塵器的類型，然后進行各部件尺寸、除塵效率及壓力損失的計算，核對。如果計算結(jié)果滿足設(shè)計要求，則證明所選的方案是可行的，否則需要重新選擇除塵器類型，重新設(shè)計計算，直到符合設(shè)計要求為止。3. 設(shè)計計算3.1. 選擇旋風(fēng)除塵器的型式 選XLP/B型旁路式旋風(fēng)除塵器3.2. 選擇旋風(fēng)除塵器的入口風(fēng)速 一般進口的氣速為12 25m/s。 本次設(shè)計取進口速度=20m/s。3.3. 計算入口面積

13、A已知設(shè)計煙氣的流量.取進口速度=20m/s則入口面積AA=Q/3600=5000/(3600*20)= 0.07m23.4. 入口高度h、寬度b的計算幾種旋風(fēng)除塵器的主要尺寸比例則由上表可知XLP/B型旋風(fēng)除塵器的各部分尺寸公式，則因此有：入口寬度b=（A/2)1/2=(0.07/2) 1/2=0.19m 入口高度h=（2A)1/2=(2*0.07) 1/2=0.37m3.5. 計算旋風(fēng)除塵器的筒體直徑 筒體直徑D=3.33b=3.33*0.19=0.634m 參考XLP/B產(chǎn)品系列，即XLP/B型性能參數(shù)表如下：項目規(guī)格進口風(fēng)速（m/s）重量（Kg）121620X型Y型處理風(fēng)量XLP/B-

14、3.0636842105245.9235.40XLP/B-4.211491532191583.1685.42XLP/B-5.4209427873485134.26105.14XLP/B-7.0365648676084221.96173.24XLP/B-8.2520066648330309.07214.68XLP/B-9.46558874410929396.35321.14XLP/B-10.683281110613881497.57393.29可知D=0.634m<0.7m則取3.6. 按所選擇型式的尺寸比計算旋風(fēng)除塵器各部分尺寸（1）排出筒直徑（2）筒體長度（3）椎體長度（4）灰口直徑3

15、.7. 校核（1）入口寬度 （2）入口面積（3）入口高度 則為防止粒子短路漏到出口，則s=h+0.1×D=0.35+0.1×0.7=0.42m=420mm則即計算得，取3.8. 壓力損失計算當(dāng)1200C時T=120+273=393K則此時氣體密度為=16×=5.56則壓力損失為=5.56×=1284.4Pa2000 Pa則可知壓力損失滿足設(shè)計要求。3.9. 除塵效率計算假設(shè)接近圓筒壁處的氣流切向速度近似等于氣流的入口速度，即，取內(nèi)外渦流交界圓柱的直徑渦流指數(shù)氣流在交界面上的切向速度則分割直徑分級效率當(dāng)時同理可以演算出：當(dāng)時，；當(dāng)時，；當(dāng)時，；當(dāng)時，；當(dāng)時

16、，；當(dāng)時，；當(dāng)時，；當(dāng)時，；粉塵粒徑分布（質(zhì)量比）：粒徑（m）12471013161820質(zhì)量比（%）569132423965根據(jù)以上粉塵粒徑分布（質(zhì)量比）表可以求算出總的除塵效率： =8.95%×5%+28.22%×6%+61.13%×9%+82.80%×13%+90.76%×24%+94.32%×23%+96.18%×9%+96.96%×6%+97.52%×5% =81.23%由于，滿足設(shè)計要求。4. 綜述旋風(fēng)除塵器尺寸入口寬，b（mm）175入口高，h（mm）350筒體直徑，D（mm）700排出筒直

17、徑，de（mm）420筒體長度，L（mm）1190錐體長度，H（mm）1610灰口直徑，d1（mm）301排氣管插入深度，s（mm）420該除塵器除塵效率為81.23%。5. 設(shè)計總結(jié) 通過反復(fù)的選型及設(shè)計計算，使我真正的認識到：在一定的范圍內(nèi)入口風(fēng)速增大，則除塵效率提高，但若入口風(fēng)速過大，不僅使除塵器阻力急劇加大，而且還會加劇粉塵的返混，導(dǎo)致除塵效率下降。另外，入口風(fēng)速過大，壓力損失急劇上升，即能耗增大，同時入口風(fēng)速過大，也會加劇旋風(fēng)除塵器筒體的磨損，降低使用壽命。因此在設(shè)計除塵器的進口截面時，必須使進入口風(fēng)速為一適應(yīng)值，一般為1225m/s，濃度高和顆粒粗的粉塵入口速度應(yīng)選小些，反之可選大

18、些。 相對而言，本次所設(shè)計的XLP/B型旋風(fēng)除塵器的入口風(fēng)速稍大，壓力損失稍大，（但都滿足設(shè)計要求）從經(jīng)濟方面考慮，也許有些欠妥，但總體還是比較合理的。另外，在本次的課程設(shè)計中，我運用到了以前所學(xué)的專業(yè)課知識，如：CAD制圖、word的使用、Excel的函數(shù)計算等，讓我對之前學(xué)過的基礎(chǔ)專業(yè)課知識重新溫習(xí)了一遍。要做好一個課程設(shè)計，就必須做到：在設(shè)計之前，對整個設(shè)計系統(tǒng)有一個全面的了解，知道該設(shè)計有哪些設(shè)備及每個設(shè)備的工作原理和正常運轉(zhuǎn)的相關(guān)參量；在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個設(shè)計做好，需要反復(fù)修改、不斷改進是設(shè)計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋的好習(xí)慣，一個完美的設(shè)計應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設(shè)計課程過程中遇到問題是很正常的，但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。課程設(shè)計結(jié)束了，但是從中學(xué)到的知識會讓我受益匪淺。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實踐能力的提高都會受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作