環(huán)保設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)4-旋風除塵器

環(huán)保設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)劉敏毅mili302@126.com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5μm以上的塵粒，其除塵效率可達90%以上。1、旋風除塵器的工作原理和分離理論（1）工作原理（2）氣體流動狀況（3）臨界粒徑與分離理論2、旋風除塵器的分類3、旋風除塵器的設(shè)計計算4、影響旋風除塵器性能的主要因素（1）幾何尺寸（2）操作條件（3）固體粉塵的物理性質(zhì)5、旋風除塵器的選用與運行維護（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1、旋風除塵器的工作原理和分離理論普通旋風除塵器是由進氣筒、筒體、錐體和排氣管等組成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。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切向速度外渦旋的切向速度分布：反比于旋轉(zhuǎn)半徑的n次方此處n≤1,稱為渦流指數(shù)：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

交界圓柱面的直徑交界圓柱面的切向速度在內(nèi)、外渦旋的交接面上，當FC=FD時，有所以分割粒徑的表達式為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。徑向速度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壓力分布旋風除塵器內(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%)2、旋風除塵器的分級效率指除塵裝置對某一粒徑dPi或粒徑間隔dPi至dPi+Δdp內(nèi)粉塵的除塵效率。旋風除塵器分級效率曲線對于球形粒子dc確定后，雷思一利希特模式計算其它粒子的分級效率D——旋風器的直徑3、分級效率與總除塵效率關(guān)系fdi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)。（二）旋風除塵器的壓力損失

旋風除塵器型式XLTXLT?AXLP?AXLP?Bξ

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旋風除塵器的壓力損失特點：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。操作運行中可以接受的壓力損失一般低于2kPa。1、按除塵效率和處理風量分：

（1）高效旋風除塵器：筒體直徑較?。?lt;900mm），效率高：>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%。K<3（3）通用旋風除塵器：K=4-6，除塵效率：80-90%相對截面比（K）：進氣口截面面積和筒體截面面積之比。旋風除塵器類型2、按氣流導入情況分：

進氣方式有切向?qū)胧胶洼S向?qū)胧絻纱箢悾瑫r根據(jù)氣流進入旋風除塵器后的流動路線（反轉(zhuǎn)、直流）或二次風的形式，可分為下列幾種a、切流反轉(zhuǎn)式旋風除塵器：常見的型式，含塵氣體由筒體的側(cè)面沿切線方向?qū)?。根?jù)不同的進口型式又可分為蝸殼進口、螺旋面進口和狹縫進口。b、軸流式旋風除塵器：利用導流葉片促進氣流在旋風除塵器內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在相同的壓力損失下，能夠處理的氣體流量大，且氣流分布較均勻，主要用于多管旋風除塵器和處理氣量大的場合。根據(jù)氣體在旋風除塵器內(nèi)的流動感情況，可分為軸流反轉(zhuǎn)式（f）、軸流直流式（g）軸流直流式旋風除塵器的壓力損失最小，尤其適用于動力消耗不宜過大的地方，但除塵效率較低。3、按排氣方式分

可分為軸向排灰和周邊排灰兩種。軸向排灰最為常見，包括切向進氣—軸線排氣（圖a）和軸向進氣—軸向排氣（圖c）兩種，其清除下來的粉塵集中由下部排除。周邊排灰則包括切向進氣—周邊排氣（圖d）和軸向進氣—周邊排氣（圖d）兩種，采用周邊排氣需要同時抽出少量氣體另行凈化。4、按清灰方式分類

可分為干式和濕式兩種。在旋風除塵器中，粉塵被分離都除塵器筒體內(nèi)壁上后，直接依靠重力和旋轉(zhuǎn)氣流的推力而落于灰斗中，稱為干式清灰。

如果通過噴水或淋水的方法，將內(nèi)壁上粉塵沖洗到灰斗中，則稱為濕式清灰。屬于濕式清灰的旋風除塵器有：水膜除塵器和中心噴水（霧）旋風除塵器。由于采用濕式清灰，消除了反彈、沖刷等引起的二次揚塵，因而除塵效率可顯著提高。旋風除塵器排灰裝置：

鎖氣器(a)雙翻板式(b)回轉(zhuǎn)式旋風除塵器實驗室裝置3、按結(jié)構(gòu)型式分：

由多個相同構(gòu)造形狀和尺寸的小型旋風除塵器（又叫旋風子）組合在一個殼體內(nèi)并聯(lián)使用。具有處理風量大,除塵效率較高的特點。（1）多管旋風除塵器多管旋風除塵器

設(shè)有旁路分離室,利用上旋渦分離粉塵,從而提高除塵效率.為了使除塵器頂部空間形成明顯的上旋渦,進氣口上沿離頂蓋要相距一定的距離。（2）旁路式旋風除塵器

它是一種具有呈倒錐體形狀的錐體,并在錐體的底部裝有反射屏的旋風除塵器.反射屏可防止上升氣流卷起粉塵,從而提高除塵效率。（3）擴散式旋風除塵器旋風除塵器型號代碼XLP型旋風除塵器多管型旋風除塵器型號入口流速壓力損失除塵效率XLT10-18500-70080-85XLP/A12-16700-900>90XLP/B14-18XLK10-20900-120088-92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)D0a=(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（1）入口速度與入口風量：18-23m/s，<35m/s（2）氣體物理性質(zhì)：溫度增加，黏度增加，密度越大，效率越低（二）操作條件（3）氣體含塵濃度：濃度越大，壓力損失減小，除塵效率增加，出口處含塵濃度增加（4）粉塵粒徑：粒徑越大，顆粒密度越大，效率越gao（5）含濕量：分散度高而黏著性很?。?lt;10μm，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。旋風除塵器的設(shè)計步驟(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。(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。(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。確定各部分幾何尺寸尺寸名稱XLP/AXLP/BXLT/AXLT入口寬度，b入口高度，h筒體直徑，D上3.85b下0.7D3.33b（b=0.3D）3.85b4.9b排出筒直徑，de上0.6D下0.6D0.6D0.6D0.58D筒體長度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D錐體長度，H上0.50D下1.00D2.3D2.0D1.3D灰口直徑，d10.296D0.43D0.3D0.145D進口速度為右值時的壓力損失12m/s700（600）5000（420）860（770）440（490）15m/s1100（940）890（700）1350（1210）670（770）18m/s1400（1260）1450（1150）1950（1740）990（1110）（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。交界圓柱面的高度交界圓柱面的直徑交界圓柱面的切向速度平均徑向速度渦流指數(shù)分割粒徑：除塵效率壓力損失(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。(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（μm

）平均粒徑（μm）質(zhì)量百分數(shù)分布(﹪)<5355-107.5710-30202230-60453560-807018>809013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ρ=2100kg/m3,要求除去50μm以上的球形顆粒的煙塵。重力沉降室設(shè)計步驟（1）氣體水平流速計算K：流線系數(shù)，10-20，隨塵粒直徑的減小而遞增（2）塵粒沉降速度的確定（<100μm，通常采用stokes區(qū)的沉降速度公式）（6）求長度（7）校核（3）確定有效截面積（4）定高度（5）求寬度除塵工程設(shè)計手冊.張殿印,王純.化學工業(yè)出版社環(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