旋风除尘器课程设计

引言

随着人类社会的发展与进步，人们对生活质量和自身的健康越来越重视，对空气质量也越来越关注。然而人们在生产和生活中，不断的向大气中排放各种各样的污染物质，使大气遭到了严重的污染，有些地域环境质量不断恶化，甚至影响人类生存。在大气污染物中粉尘的污染占重要部分，可吸入颗粒物过多的进入人体，会威胁人们的健康。所以防治粉尘污染、保护大气环境是刻不容缓的重要任务[1]。

除尘器是大气污染控制应用最多的设备，其设计制造是否优良，应用维护是否得当直接影响投资费用、除尘效果、运行作业率。所以掌握除尘器工作机理，精心设计、制造和维护管理除尘器，对搞好环保工作具有重要作用[2]。

工业中目前常用的除尘器可分为：机械式除尘器、电除尘器、袋式除尘器、湿式除尘器等。

机械式除尘器包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器等。重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置，主要用于高效除尘的预除尘装置，除去大于40μm以上的粒子。惯性除尘器是借助尘粒本身的惯性力作用使其与气流分离，主要用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘。旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置，多用作小型燃煤锅炉消烟除尘和多级除尘、预除尘的设备[12]。

本次设计为旋风除尘器设计，设计的目的在于设计出符合要求的能够净化指定环境空气的除尘设备，为环保工作贡献一份力量。设计时力求层次分明、图文结合、内容详细。此设计主要由筒体、锥体、进气管、排气管、排灰口的设计计算以及风机的选择计算等组成，在获得符合条件的性能的同时力求达到加工工艺简单、经济美观、维护方便等特点。

第一章旋风除尘器的除尘机理及性能

旋风除尘器的基本工作原理

1.1.1 旋风除尘器的结构

旋风除尘器的结构如图2-1所示，当含尘气体由进气管进入旋风除尘器时，气流将由直线运动转变为圆周运动，旋转气流的绝大部分延器壁呈螺旋形向下，朝椎体流动。通常称为外旋气流，含尘气体在旋转过程中产生离心力，将重度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向下的重力延壁面下落，进入排灰管。旋转下降的外旋气流在到达椎体时，因椎体形状的收缩而向除尘器中心靠拢。根据“旋转矩”不变原理，其切向速度不断增加。当气流到达椎体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部，由下反转而上，继续做螺旋运动，即内旋气流。最后净化气体经排气管排除旋风除尘器外，一部分未被捕集的尘粒也由此遗失。

1—排气管2—顶盖3—排灰管

4—圆锥体5—圆筒体6—进气管

图1—1 旋风除尘器

1.1.2用途及压力分布

用途：

旋风除尘器适用于各种机械加工，冶金建材，矿山采掘的粉尘粗、中级净化。一般用于捕集5-15微米以上的颗粒．除尘效率可达80％以上。机械五金、铸造炉窖、家具木业、机械电子、化工涂料、冶金建材、矿山采掘等粉尘旋风分离、中央集尘净化和原材料回收设备。

旋风除尘器内的压力分布

一般旋风除尘器内的压力分布如图2—2所示。依据对旋风除尘器的工作原理、结构形式、尺寸以及气体的温度、湿度和压力等分析和试验测试，其压力损失的主要影响因素可归纳如下：

（1）结构形式的影响

旋风除尘器的构造形式相同或几何图形相似，则旋风除尘器的阻力系数ζ相同。若进口的流速相同，压力损失基本不变。

（2）进口风量的影响

压力损失与进口速度的平方成正比，因而进口风量较大时，压力损失随之增大。

（3）除尘器尺寸的影响

除尘器的尺寸对压力损失影响较大，表现为进口面积增大，排气管直径减小，而压力损失随之增大，随圆筒与椎体部分长度的增加而减小。

（4）气体密度变化的影响

压力损失随气体密度增大而增大。由于气体密度变化与T、P有关，换句话说，压力损失随气体温度或压力的增大而增大。

（5）含尘气体浓度的大小的影响

试验表明，含尘气体浓度增高时，压力损失随之下降，这是由于旋转气流与尘粒之间的摩擦作用使旋转速度降低所致。

（6）除尘器内部障碍物的影响

旋风除尘器内部的叶片、突起、和支撑物等障碍物能使气流旋转速度降低。但是，除尘器内部粗糙却使压力损失很大。

旋风除尘器的性能及其影响因素

1.2.1旋风除尘器的技术性能

（1）处理气体流量Q

处理气体流量Q是通过除尘设备的含尘气体流量，除尘器流量为给定值，一般以体积流量表示。高温气体和不是一个大气压情况时必须把流量换算到标准状态，其体积m3/h或m3/min表示。

（2）压力损失

旋风除尘器的压力损失△p是指含尘气体通过除尘器的阻力，是进出口静压之差，是除尘器的重要性能之一。其值当然越小越好，因风机的功率几乎与它成正比。除尘器的压力损失和管道、风罩等压力损失以及除尘器的气体流量为选择风机的依据。

压力损失包含以下几个方面：

①进气管内摩擦损失；

②气体进入旋风除尘器内，因膨胀或压缩而造成的能量损失；

③与容器壁摩擦所造成能量损失；

④气体因旋转而产生的能量消耗；

⑤排气管内摩擦损失，以及由旋转气体转为直线气体造成的能量损失； ⑥排气管内气体旋转时的动能转换为静压能所造成的损失等。

（3）除尘效率

一般指额定负压的总效率和分级效率，但由于工业设备常常是在负荷下运行，有些场合把70%负荷下的除尘总效率和分级效率作为判别除尘性能的一项指标。从额定负荷下的总效率与70%负荷下总效率对比中，可以看出除尘器负荷适应性。

分级效率是说明除尘器分离能力的一个比较确切的指标。对同一灰尘粒径的分级效率越高，除尘效果越好。在工业测试中，一般把3μm 、5μm 和10μm 灰尘的分级效率作为衡量旋风除尘器分离能力的一个依据。

旋风除尘器的分割粒径50c d 和100c d 在某程度上也说明除尘器除尘效率高低。

（4）耗钢量

旋风除尘器的耗钢量是每小时处理1000m 3气体除尘器本身所需要的钢材数量。在除尘效率接近或相等时，耗钢量越小越好。处理气量为3000~12000m 3/h 的旋风除尘器耗钢量一般为35~50kg/(1000m 3)；小于3000m 3/h 气体流量的阻力除尘器的耗钢量，一般都在100kg/(1000m 3/h)以上；处理气体流量大于等于20000m 3/h 时，所配旋风除尘器分两种情况，，一是多筒式旋风结构，包括进出口组合接管、灰斗和支架的耗钢量都很高为90~160kg/(1000m 3/h)。而双极旋风除尘器，由于没有灰斗和支架，耗钢量一般都很低，约40~60kg/(1000m 3/h)。

（5）使用寿命

使用寿命与旋风除尘器本身结构特点、耐磨损措施以及操作条件有关。延长使用寿命的积极措施是：合理组织除尘器内部气流并在内部设抗磨内衬。

1.2.2 影响旋风除尘器性能的主要因素

（1）旋风除尘器几何尺寸的影响

在旋风除尘器的几何尺寸中，以旋风除尘器的直径、气体进口以及排气管形状与大小为最主要的影响因素。

①一般，旋风除尘器的直径越小，粉尘所受的离心力越大，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心气流而被带走，使除尘效率降低。另外，筒体太小对于粘性物料。因容易引起堵塞。因此，一般筒体直径不宜小于50~75mm ；大型化以后己出现筒径大于20O0mm 的大型旋风除尘器。

②较高除尘效率的旋风除尘器都有合适的长度比例。它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