旋风除尘器的设计

总高度 h 入口类型 入口管型
1.066 0.466 0.166 0.466 0.078 7.75 2.54 切线 矩形
2.3 旋风除尘器的参数计算
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许多学者都致力于旋风除尘器的研究，通过各种假设，他们提出了许多不同的计算 方法。由于旋风除尘器内实际的气、尘两相流动非常复杂，因此根据某些假设条件得出 的理论公式目前还不能进行较精确的计算。
1.分割粒径（dc50） 计算旋风除尘器的分割粒径（dc50）是确定除尘器效率的基础。在计算时，因假设条 件和选用系数不同，计算分割粒径的公式也各不同。下面简要介绍一种计算方法，以说 明旋风除尘器的除尘原理。 处于外涡旋的尘粒在径向会受到两个力的作用： 惯性离心力
（2-3-1） 式中 vt——尘粒的切线速度，可以近似认为等于该点气流的切线速度，m/s；
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二.说明书
2.1 图形设计：
旋风除尘器图
（图 1）
2.2 设计数据： 表 1 旋风除尘径 r 粉尘出口管半径 r 出口管到底部高 h
数据 0.4 0.2 0.2 2.07
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园部高 h 气体出口管长度 l 入口管宽度 b 入口管高度 h 入口管面积 A 锥角
3.1 旋风除尘器的原理
旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘 装置。它具有结构简单，体积较小，不需特殊的附属设备，造价较低．阻力中等，器 内无运动部件，操作维修方便等优点。旋风除尘器一般用于捕集 5-15 微米以上的颗 粒．除尘效率可达 80％以上，近年来经改进后的特制旋风除尘器．其除尘效率可达 5％ 以上。旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于 5 微米的效率不高． 旋风除尘器内气流与尘粒的运动概况： 旋转气流的绝大部分沿器壁自圆简体，呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下 降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩 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自身的重力沿壁 面下落进入集灰斗。旋转下降的气流在到达圆锥体底部后．沿除尘器的轴心部位转而 向上．形成上升的内旋气流，并由除尘器的排气管排出。 自进气口流人的另一小部分气流，则向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向 下流动，当达到排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从诽气管排出，分 散在其中的尘粒也随同被带走。
由于旋风除尘器工作时，底部和中心部位是负压力不从心，所以底部是否漏风
是影响除尘效率的关键因素。实践证明，当底部漏风率为 5%时，除尘效率下降
50%；当底部漏风率 10%时，除尘效率几乎为零。当底部定期清灰时，可将出灰
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口与密闭灰箱相连；当连续清灰时，要安装闭风器，并且闭风器的胶皮与壳体 密封，转速要慢。
四.设计方案的拟定
4.1 旋风除尘器的原理分析 旋风除尘器的工作原理主要是靠惯性离心力的作用，使粉尘与含尘空气分开。
尘粒受到的离心力为：
式中：p——尘粒的密度 d——尘粒的直径 v——含尘空气的进口风速 R——旋风除尘器的圆筒体半径
由上式可知：离心力的大小与进口气流速度，旋风除尘器的直径及尘粒的密度， 直径有关。所以我们说影响除尘效率的因素由以下几方面决定。 1. 进口气流速度 一般来说，进口气流速度越大，尘粒受到的离心力越大，除尘效率越高。同时 处理含尘空气气量也夜多。但实践证明：进口气流速度越大时，不但除尘效率 不高，反而会下降。这是因为：当风速过大时，会把原来已除下来的尘粒重新 带跑，形成返混现象。同时由于进口气流的增加会使阻力急剧增加，从而使电
r——旋转半径，m。 向心运动的气流给予尘粒的作用力
式中 w——气流与尘粒在径向的相对运动速度，m/s。 这两个力方向相反，因此作用在尘粒上的合力
（2-3-2）
（2-3-3） 由于粒径分布是连续的，必定存在某个临界粒径 dk 作用在该尘粒上的合力之和 恰好为零，即 F=Fl－P=0。这就是说，惯性离心力的向外推移作用与径向气流造成的向 内飘移作用恰好相等。对于粒径 dc＞dk 的尘粒，因 Fl＞P，尘粒会在惯性离心力推动下移 向外壁。对于 dc＜dk 的尘粒，因 Fl＜P，尘粒会在向心气流推动下进入内涡旋。如果假想 在旋风除尘器内有一张孔径为 dk 的筛网在起筛分作用，粒径 dc＞dk 的被截留在筛网一面， dc＜dk 的则通过筛网排出。那么筛网置于什么位置呢?在内、外涡旋交界面上切向速度最 大，尘粒在该处所受到的惯性离心力也最大，因此可以设想筛网的位置应位于内、外涡 旋交界面上。对于粒径为 dk 的尘粒，因 Fl=P，它将在交界面不停地旋转。实际上由于气
=0.06×10×0.001×35×60×0.6×2.48×0.8
=1.5(吨/时)
4.3 旋风除尘器内的流场分析 （1）流场组成 外涡旋——沿外壁由上向下旋转运动的气流。 内涡旋——沿轴心向上旋转运动的气流。 涡流——由轴向速度与径向速度相互作用形成的涡流。 包括上涡流——旋风除尘器顶盖，排气管外面与筒体内壁之间形成的局部涡流，它 可降低除尘效率； 下涡流——在除尘器纵向，外层及底部形成的局部涡流。 （2）旋风除尘器内气流与尘粒的运动 含尘气流由切线进口进入除尘器，沿外壁由上向下作螺旋形旋转运动，这股向下 旋转的气流即为外涡旋。外涡旋到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转，最后 经排出管排出。这股向上旋转的气流即为内涡旋。向下的外涡旋和向上的内涡旋，两 者的旋转方向是相同的。气流作旋转运动时，尘粒在惯性离心力的推动下，要向外壁 移动。到达外壁的尘粒在气流和重力的共同作用下，沿壁面落入灰斗。 气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力发生下降，一部分气流会带着细 小的尘粒沿外壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，从排出管排出。 这股旋转气流即为上涡旋。如果除尘器进口和顶盖之间保持一定距离，没有进口气流 干扰，上涡旋表现比较明显。 对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际的气流运动是很复杂的。除切向和轴向运 动外还有径向运动。特·林顿（T.Linden）在测定中发现，外涡旋的径向速度是向心 的，内涡旋的径向速度是向外的，速度分布呈对称型。 （3）切向速度 切向速度是决定气流速度大小的主要速度分量，也是决定气流中质点离心力大小
耗急剧增加。这是因为，阻力消耗与风速的二次方成正比例关系
，
所以进口风速一般控制在 12-18 米/秒之间。
2. 旋风除尘器筒体的直径和排风管的直径
在其它条件不变的情况下，减小筒体直径，尘粒所受到的离心力也增大，所以
应采用小直径的旋风除尘器（排风管直径为筒体的直径的 0.5-0.6 倍）。一般
不超过 800 毫米。但直径小了，处理风量少，可以采用几个饿旋风除尘器并联
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流紊流等因素的影响，从概率统计的观点看，处于这种状态的尘粒有 50％的可能被捕集， 有 50％的可能进入内涡旋，这种尘粒的分离效率为 50％。因此 dk=dc50。根据公式（5-4-7）， 在内外涡旋交界面上，当 Fl=P 时，
旋风除尘器的分割粒径：
（2-3-4） 式中 r0——交界面的半径，m；
说明书数据表 2：
物料容重 r (吨/立方米)
2.48
容 积 （ 升 / 叶 轮 半 径 叶 轮 长 度 转 速 ( 转 / 动力(千瓦)
转）V
（毫米）R
（毫米）l
分) n
w
10
150
250
35
0.75/1.1
粉状物料的容积效率 Y=0.6
修正系数
K=0.8
旋风器进气量的计算：
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G=0.06xVxnxYxrxK
3.2 用途及适用范围
旋风除尘器主要用于工业生产中清除工业废料，如木料厂以及其他工厂。在我国大 多数工厂都是使用旋风除尘器。
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3.3 产品描述
旋风除尘器是一种常见的气固，气液和液固分离设备。由于结构简单，造价低廉， 操作简便，运行稳定等特点，旋风除尘器在机械，建材，轻工，冶金，化工，石油等 行业得到广泛应用。理论与实验研究均以证明，旋风除尘器的动力消耗中有相当大一 部分无益于分离，属纯消耗性能量损失。
（2-3-5） 式中 ξ——局部阻力系数，通过实测求得；
u——进口速度，m／s； ρ——气体的密度，kg／m3，
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2.4 设计要求
① .粉状物料提升装置中旋风除尘器的研究现状 ② .了解其工作场所要求及原理 ③ .确定总体方案和各部分结构方案 ④ .画图 ⑤ .部分设计计算
三.旋风除尘器的原理及应用
一般 n=0.5～0.8，如果近似的取 n=0.5，公式（4-3-1）可以改写为
（4-3-3）
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（4）径向速度 实测表明，旋风除尘器内的气流除了作切向运动外，还要作径向的运动，外涡旋的 径向速度是向心的，而内涡旋的径向速度是向外的。气流的切向分速度 vt 和径向分速 度 w 对尘粒的分离起着相反的影响，前者产生惯性离心力，使尘粒有向外的径向运动， 后者则造成尘粒作向心的径向运动，把它推入内涡旋。 如果近似认为外涡旋气流均匀地经过内、外涡旋交界面进入内涡旋，见图 5-4-3 所示，那末在交界面上气流的平均径向速度
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的主要因素。 切向速度的变化规律为： 外涡旋区：r↑，切向速度 ut↓； 内涡旋区：r↑，切向速度 ut↑。
图 3 所示为实测的除尘器某一断面上的速度分布和压力分布。
从该图可以看出，外涡旋的切向速度 是随半径 r 的减小而增加的，在内、外涡
旋交界面上， 达到最大。可以近似认为，内外涡旋交界面的半径 r0≈（0.6～0.65）
针对不少工厂，采用的旋风除尘器直径偏大，除尘效果不好的现状。根据 以上分析，结合各厂的实际情况，针对旋风除尘器提出以下改进意见，仅供参 考。
1.）旋风除尘器的直径改为 300-400 毫米，每四个一组，下部供用一个密 闭的集尘箱。每一个除尘管网，根据所需处理的含尘空气量的多少，确定需要 多少组旋风除尘器。各组除尘器均并联使用。 2.旋风除尘器采用下旋型，可以避免上涡旋的形成，提高除尘效率。 3.旋风除尘器的筒体高度为 0.5 米左右，锥体部分的高度为 1 米左右。采用短筒 体长锥体的设计。 4.旋风除尘器进口风速一般控制在 12-16 米/秒左右，不宜过大，否则会使阻力 增加，增加电耗。 5.设计制造旋风除尘器时，要保证质量，从排风管中心到下部锥体中心，要成铅 垂线，以免影响分离粉粒及排风曲线，影响除尘效率。 6.注意底部的密封性。定期清灰时，注意下部留有一定的灰封。连续清灰时，闭 风器的转速要慢。胶皮不能脱落，并要与壳体相接触。