旋风除尘器设计计算

1.1、工作原理

⑴气流的运动

普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成;

气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋;

少量气体沿径向运动到中心区域;

旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋;

气流运动包括切向、轴向和径向：切向速度、轴向速度和径向速度。

图1

⑵尘粒的运动：

切向速度决定气流质点离心力大小，颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁；

到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗；

上涡旋－气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出。

1.2、影响旋风器性能的因素

⑴二次效应－被捕集粒子的重新进入气流

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，粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起，实际效率低于理论效率；

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

在相同的切向速度下，筒体直径愈小，离心力愈大，除尘效率愈高；筒体直径过小，粒子容易逃逸，效率下降；

锥体适当加长，对提高除尘效率有利；

排出管直径愈少分割直径愈小，即除尘效率愈高；直径太小，压力降增加，一般取排出管直径d e=（0.6～0.8）D；

特征长度（natural length）-亚历山大公式：

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，尤其是除尘器下部的严密性：特别重要，运行中要特别注意。

在不漏风的情况下进行正常排灰 ⑷ 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 ⑸操作变量

提高烟气入口流速，旋风除尘器分割直径变小，除尘器性能改善 ；

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，除尘效率下降；

效率最高时的入口速度，一般在10-25m/s 范围。

2、设计方案的确定

根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征及除尘要求、允许的阻力和制造条件等因素选择适宜的处理方式，然后进行计算，核对。如果所选的方式符合标准并且除尘效率高和阻力要求，就证明所选的方案是可行的，否则需要重新选取新的方案设计。直到符合标准为止。

3、工艺设计计算

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 。取进口速度υ=15m/s 。 3.3、计算入口面积A

已知烟气的流量Q=20003/m h ，v =15m/s

则入口面积A= v 3600/Q = 0.0372m

3.4、入口高度a 、宽度b 的计算

查几种旋风除尘器的主要尺寸比例表得：

入口宽度

=0.136m 21/3

e 2.3()

=D l d A

入口高度e d =3.5、计算旋风除尘器的筒体直径 筒体直径 3.33D b ==0.453m

参考XLP/B 产品系列，取D=460mm

3.6、按所选择型式的尺寸比计算旋风除尘器各部分尺寸

排出筒直径0.6=276mm e d D = 筒体长度mm 7827.1==D L 椎体长度mm 10583.2h ==D 灰口直径10.43197.8d D mm ==

3.7、除尘器阻力与总阻力计算

查得XLP/B 型旋风除尘器的局部阻力系数值30.5/kg m ρ==5.8 烟气的密度

30.5/kg m ρ=

则可以求出该除尘器的阻力22

ρυξΔP ==0.5152

2

⨯=5.8=326.25Pa

已知：取排风管的直径为300mm ，管道的当量粗糙粒高度K=0.15mm 。烟气在0° 的粘滞系数0ν=613.710-⨯2/m s ，烟气的温度T=423K 。除尘器出口到引风机水平风管的长度l '=0.5m ，竖直风管的长度150l m =，90 °弯头（R/ d 1.5）

ξ=0.25

风管的面积2

2

10.3r 3.142A π⎛⎫==⨯ ⎪⎝⎭

=0.07072

m

烟气的流速Q/A υ==2000

36000.0707

==7.9m/s 烟气在工况下的粘度

3

2

0273273C T T C +⎛⎫⎛⎫ν=ν ⎪⎪+⎝⎭⎝⎭=32

627317342313.710423173273-+⎛⎫⎛⎫=⨯ ⎪⎪+⎝⎭⎝⎭

=62

19.810m /s -⨯

公式中的：C 是常数为173；

T 的单位为K

管内的雷诺数Re =D υν67.919.810

-⨯=⨯0.3

=51.210⨯ K/D=4510-⨯，根据Re 和K/D 查莫迪图可以得沿程阻力系数0.021λ=

则可求得沿程压力损失22

150.50.57.90.02120.32

l D ρυ⨯=⨯L ΔP =λ=164.37Pa

局部压力损失2

2

0.57.90.25 3.9022

Pa ρυξ⨯=⨯=m ΔP = 除尘的总阻力m ∆∆P ∆P P'=∆P +L + =494.52Pa 〈2000Pa ，符合要求 3.8、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1υ=15m/s ，取内外涡流交界圆柱的直径00.7e d d =。 涡流指数

()0.30.14

110.67283T n D

⎛⎫⎡⎤=-- ⎪⎣⎦⎝⎭

=()0.3

0.14

423110.670.460.55283⎛⎫⎡⎤=--= ⎪⎣⎦⎝⎭

气流在交界面上的切向速度：

0.55

0.461524.62/0.70.276T m s ⎡⎤

υ=⨯=⎢

⎥⨯⎣⎦

外涡旋气流的平均径向速度r Q

2r h

0υ=π=0.56

0.70.276

2 1.058

2

⨯⨯3.14⨯⨯=0.87m/s

则分割直径

1

2

0c 018d r p T r ⎡⎤μυ=⎢⎥

ρυ⎢⎥⎣⎦

12

2180.870.0966 5.62m 200024.62-5

⎡⎤

⨯1.94⨯10⨯⨯==μ⎢⎥⨯⎣⎦

分级效率2

21pi c i pi c d d d d ⎛⎫ ⎪

⎝⎭

η=⎛⎫+ ⎪⎝⎭

当1pi d m μ=时i η=

(

)

()

2

2

1

5.62=1

1 5.62

+0.0307

同理可以演算出pi d =7.5μm i η=0.6404；

pi d =70μm ， i η= 0.9936