陈全超回转窑石膏粉尘旋风除尘器设计.docx

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陈全超回转窑石膏粉尘旋风除尘器设计

中南林业科技大学

大气污染控制工程课程设计

设计名称：

回转窑石膏粉尘旋风除尘器

学生姓名：

陈全超

学号：

20096376

专业年级：

2009级环科一班

林学院环境科学教研室

目录

第一章课程设计背景材料3

1.设计题目3

2.设计资料3

3.设计目的3

4.设计要求3

5.设计内容4

6.设计期限4

7.其它说明4

8.主要参考资料4

第二章设计部分5

1.前言5

1.1.旋风除尘器工作原理5

1.2.影响旋风除尘器除尘效率的因素6

1.3.旋风除尘器的应用7

2.设计方案的确定8

3.设计计算8

3.1.选择旋风除尘器的型式8

3.2.选择旋风除尘器的入口风速8

3.3.计算入口面积A8

3.4.入口高度h、宽度b的计算8

3.5.计算旋风除尘器的筒体直径9

3.6.按所选择型式的尺寸比计算旋风除尘器各部分尺寸10

3.7.校核10

3.8.压力损失计算11

3.9.除尘效率计算11

4.综述13

5.设计总结13

6.结束语14

7.参考文献14

第一章课程设计背景材料

1.设计题目

回转窑石膏粉尘旋风除尘器工艺设计

2.设计资料

1、烟气流量及烟气性质

设计烟气量：

5000m3/h（与烟气温度无关）

设计烟气性质：

见下表。

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，要求除尘效率大于80%，压力损失小于2000Pa。

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。

3.设计目的

温习和巩固所学知识、原理，特别是熟悉分级除尘效率的内容；

掌握一般旋风除尘器的设计计算的方法和步骤。

4.设计要求

独立思考，独立完成；

设备选型、卸灰装置选择、技术参数、性能、详细说明；

提交的成品：

设计说明书、除尘器主体设计图、卸灰装置简图。

5.设计内容

根据设计资料和设计要求，确定设备选型和技术参数。

具体选型步骤如下：

1、确定除尘系统所需处理的气体量；

2、根据所需处理气体的含尘质量浓度、粉尘性质及使用条件初步选择除尘器类型；

3、根据所需处理的含尘气体量，计算除尘器直径和各部件尺寸；　

4、计算除尘效率；

5、计算压力损失；

6、若不能满足要求，则需重新选择除尘器类型，重新设计计算；

7、编写设计说明书，绘制除尘器主体设计图（包括卸灰装置）。

6.设计期限

二周。

7.其它说明

本次课程设计涉及的工艺装备，参照有关设计手册及产品说明书进行选型。

8.主要参考资料

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关于分级除尘效率的内容，P167-179关于旋风除尘器的内容。

第二章设计部分

1.前言

旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使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、应用广泛、种类繁多、造价和运行费较低、体积小、操作维修方便；压力损失中等，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5~15um以上的尘粒，除尘效率可达80%左右，高效的可达90%左右。

1.1.旋风除尘器工作原理

普通旋风除尘器的结构及内部气流

由筒体、锥体、进气管、排气管和卸灰管等组成，如上图所示。

旋风除尘器的工作过程是当含尘气体由切向进气口进入旋风分离器时气流将由直线运动变为圆周运动。

旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下、朝锥体流动，通常称此为外旋气流。

含尘气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于气体的尘粒甩向器壁。

尘粒一旦与器壁接触，便失去径向惯性力而靠向下的动量和向下的重力沿壁面下落，进入排灰管。

旋转下降的外旋气体到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。

根据“旋转矩”不变原理，其切向速度不断提高，尘粒所受离心力也不断加强。

当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风分离器中部，由下反转向上，继续做螺旋性流动，即内旋气流。

最后净化气体经排气管排出管外，一部分未被捕集的尘粒也由此排出。

自进气管流人的另一小部分气体则向旋风分离器顶盖流动，然后沿排气管外侧向下流动；当到达排气管下端时即反转向上，随上升的中心气流一同从排气管排出。

分散在这一部分的气流中的尘粒也随同被带走。

1.2.影响旋风除尘器除尘效率的因素

旋风除尘器分级效率曲线

⑴二次效应－被捕集粒子的重新进入气流

上图为理论效率曲线，但与实际的效率曲线是不一致的。

造成差异的主要原因是二次效应，即被捕集的重新进入气流。

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，实际效率低于理论效率，这是因为理应沉降入灰斗的尘粒却随净化后气流一起排走，其起因主要为粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起，；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；临界入口速度。

⑵比例尺寸

高效旋风除尘器的各个部件都有一定的尺寸比例，这些比例是基于广泛调查研究的结果。

某个比例关系的变动，能影响旋风除尘器的效率和压力损失。

在相同的切向速度下，筒体直径愈小，粒子受到的惯性离心力愈大，除尘效率愈高；但若筒体直径过小，粒子容易逃逸，效率下降；另外，锥体适当加长，对提高除尘效率有利；除尘器分割直径的推导过程表明，排出管直径愈少分割直径愈小，即除尘效率愈高；但排出管直径太小，会导致压力降增加，一般取排出管直径de=（0.4～0.65）D；根据测量，气流在除尘器内下降的最低点并不一定会达到除尘器的底部。

从排出管下部至气流下降的最低点之间的距离成为旋风除尘器的特征长度l0。

根据亚历山大（naturallength）公式：

排气管的下部至气流下降的最低点的距离。

旋风除尘器排出管以下部分的长度应当接近或等于l，筒体和锥体的总高度以不大于5倍的筒体直径为宜。

⑶运行系统的密闭性

运行系统的密闭性,尤其是除尘器下部的严密性,特别重要，运行中要特别注意。

如果除尘器下部不严密，漏入外部空气，就会把正在落入灰斗的粉尘重新带走，使除尘效率显著下降。

因此，在不漏风的情况下进行正常排灰是旋风除尘器运行中必须重视的问题。

收尘量不大的除尘器，可在下部设固定灰斗，定期排灰，收尘量较大的要求连续排灰时，课设双板式或回转式锁气器。

4烟尘的物理性质

气体的密度和粘度、尘粒的大小和比重、烟气含尘浓度等都会影响旋风除尘器的效率。

⑸操作变量

提高烟气入口流速，旋风除尘器分割直径变小，使除尘器性能改善；如果入口流速过大，已沉积的粒子有可能再次被吹起，重新卷入气流中，导致除尘效率下降；通常依旋风除尘器的直径而选用的实际最高效率的入口速度，一般在10-25m/s范围内。

1.3.旋风除尘器的应用

旋风除尘器作为一种中效除尘装置，由于其具有结构简单，制造、安装和维护管理容易，投资少，体型和占地面积小等特点，广泛地应用了各种工业部门中。

旋风除尘器一般只适用于净化非粘结性和非纤维性粉尘，温度在400℃以下的非腐蚀性气体。

如果用在高温气体净化上，则需采取冷却措施，或内壁衬隔热材科。

用于净化腐蚀性气体时，则应采用防腐材料制做，或内壁喷涂防腐材料。

旋风除尘器内的旋转气流速度很高，粉尘对壁面的磨损，特别是对锥体部分的磨损较快，所以在设计和运行时应充分注意，采取一定的耐磨措施。

旋风除尘器的除尘效率，除了与其结构型式有直接关系外，还与其卸灰装置I包括灰斗和卸灰阀）好坏克直接关系。

如果卸灰装置的设计或管理不当，造成决斗漏风，破坏了除尘器内的气流运动，将会使已沉降的粉尘再次悬浮飞扬，除尘效率大大降低，或造成排灰口堵塞，使除尘系统瘫痪。

因此，必须对卸灰装置的设计和管理给予高度重视。

旋风除尘器是应用广泛的除尘器之一。

在应用中可以单独供用，也可以单独使用，也可以并联或串联供用。

串联中既有旋风除尘器自身进行串联，也有旋风除尘器与其他类型除尘器的串联使用，在应用中对旋风除尘器采用防磨损措施也很重要。

2.设计方案的确定

根据所需处理气体的含尘质量浓度、粒径分布、粉尘性质及除尘要求、允许的压力损失和制造条件等因素全面分析，合理地选择旋风除尘器的类型，然后进行各部件尺寸、除尘效率及压力损失的计算，核对。

如果计算结果满足设计要求，则证明所选的方案是可行的，否则需要重新选择除尘器类型，重新设计计算，直到符合设计要求为止。

3.设计计算

3.1.选择旋风除尘器的型式

选XLP/B型旁路式旋风除尘器

3.2.选择旋风除尘器的入口风速

一般进口的气速为12~25m/s。

本次设计取进口速度

=20m/s。

3.3.计算入口面积A

已知设计烟气的流量

.

取进口速度

=20m/s

则入口面积A

A=Q/3600

=5000/（3600*20）

=0.07m2

3.4.入口高度h、宽度b的计算

几种旋风除尘器的主要尺寸比例

则由上表可知XLP/B型旋风除尘器的各部分尺寸公式，

则因此有：

入口宽度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=0.37m

3.5.计算旋风除尘器的筒体直径

筒体直径D=3.33b=3.33*0.19=0.634m

参考XLP/B产品系列，即XLP/B型性能参数表如下：

项目

规格

进口风速（m/s）

重量（Kg）

12

16

20

X型

Y型

处理

风量

XLP/B-3.0

636

842

1052

45.92

35.40

XLP/B-4.2

1149

1532

1915

83.16

85.42

XLP/B-5.4

2094

2787

3485

134.26

105.14

XLP/B-7.0

3656

4867

6084

221.96

173.24

XLP/B-8.2

5200

6664

8330

309.07

214.68

XLP/B-9.4

6558

8744

10929

396.35

321.14

XLP/B-10.6

8328

11106

13881

497.57

393.29

可知D=0.634m<0.7m

则取

3.6.按所选择型式的尺寸比计算旋风除尘器各部分尺寸

（1）排出筒直径

（2）筒体长度

（3）椎体长度

（4）灰口直径

3.7.校核

（1）入口宽度

（2）入口面积

（3）入口高度

则

为防止粒子短路漏到出口，

，

则s=h+0.1×D=0.35+0.1×0.7=0.42m=420mm

则

即

计算得

，取

3.8.压力损失计算

当1200C时

T=120+273=393K

则此时气体密度为

=16×

=5.56

则压力损失为

=5.56×

=1284.4Pa﹤2000Pa

则可知压力损失满足设计要求。

3.9.除尘效率计算

假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度，即

，取内外涡流交界圆柱的直径

涡流指数

气流在交界面上的切向速度

则分割直径

分级效率

当

时

同理可以演算出：

当

时，

；

当

时，

；

当

时，

；

当

时，

；

当

时，

；

当

时，

；

当

时，

；

当

时，

；

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

根据以上粉尘粒径分布（质量比）表可以求算出总的除尘效率：

=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

，满足设计要求。

4.综述

旋风除尘器尺寸

入口宽，b（mm）

175

入口高，h（mm）

350

筒体直径，D（mm）

700

排出筒直径，de（mm）

420

筒体长度，L（mm）

1190

锥体长度，H（mm）

1610

灰口直径，d1（mm）

301

排气管插入深度，s（mm）

420

该除尘器除尘效率为81.23%。

5.设计总结

通过反复的选型及设计计算，使我真正的认识到：

在一定的范围内入口风速增大，则除尘效率提高，但若入口风速过大，不仅使除尘器阻力急剧加大，而且还会加剧粉尘的返混，导致除尘效率下降。

另外，入口风速过大，压力损失急剧上升，即能耗增大，同时入口风速过大，也会加剧旋风除尘器筒体的磨损，降低使用寿命。

因此在设计除尘器的进口截面时，必须使进入口风速为一适应值，一般为12~25m/s，浓度高和颗粒粗的粉尘入口速度应选小些，反之可选大些。

相对而言，本次所设计的XLP/B型旋风除尘器的入口风速稍大，压力损失稍大，（但都满足设计要求）从经济方面考虑，也许有些欠妥，但总体还是比较合理的。

另外，在本次的课程设计中，我运用到了以前所学的专业课知识，如：

CAD制图、word的使用、Excel的函数计算等，让我对之前学过的基础专业课知识重新温习了一遍。

要做好一个课程设计，就必须做到：

在设计之前，对整个设计系统有一个全面的了解，知道该设计有哪些设备及每个设备的工作原理和正常运转的相关参量；在设计程序时，不能妄想一次就将整个设计做好，需要反复修改、不断改进是设计的必经之路；要养成注释的好习惯，一个完美的设计应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。

课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益匪浅。

发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。

在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

通过查阅大量有关资料，与同学互相讨论，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己学到了不少知识。

通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。

这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。

通过本次的课程设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作奠定良好的基础。

6.结束语

通过本次课程设计，使我温习和巩固了旋风除尘器的相关知识，熟悉了分级除尘效率的内容，掌握了一般旋风除尘器的设计计算方法和步骤。

另外通过查阅一些资料使我拓宽了知识面。

理论联系实际，只知理论不实践掌握知识不牢固，只有自身经过亲手实践，才知道自己究竟了解及掌握多少知识，并且经过实践之后掌握的知识更加牢固。

此外，由于知识很有限，在设计过程中虽参见了其他的资料，但本设计中定有不少不当之处，还请老师加以批评与指导为感。

7.参考文献

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关于分级除尘效率的内容，P167-179关于旋风除尘器的内容。

附录

XLP/B型外型图：

该除尘器尺寸如下图：

其各部分的尺寸也标注于图上。

卸灰装置：

回转式，如下图