旋风除尘器(教学版)

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0.14 T 1 − 1 − 0.67 ( D ) n= 283 0.3
b. 广泛采用的分级效率公式:
d ( = 1+ (d
pi
ηi
dc )
pi
2 2
dc )
该公式是分析大量的实验数据后提出来的经 验公式,可以用于工程设计的需要。
c.根据外涡旋气流的旋转圈数N来计算的分级 效率: 通常N=5,或者根据下式估算:

•筒体直径D:D愈小,愈能分离细小颗粒,但过小 易引起堵塞。为此,有人用 Vr2 < 500 作为限制指标。 r 若处理气量大,可并联使用或采用多管式旋风器。
旋风除尘器的设计

选择除尘器的型式 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 根据允许的压力降确定进口气速,或取为 12~ 25 m/s
(4)筒体H 、锥体L: 为了保证涡流的终端始终在锥体的 内部,有:


v1 =
2∆p
ξρ

确定入口截面A,入口宽度b和高度h
Q = A bh = v1

确定各部分几何尺寸
b.入口尺寸(圆形和矩形) 为减小颗粒的入射角,一般采用矩形(长H、 宽B、面积A)类型系数k一般取0.07-0.3,蜗壳 型入口的k较大,D较小,处理气量Q大,H/B为 2-4。 k = A 2 = HB 2 D D c.排气管 多为圆形,且与筒体同心,一般d=(0.4-0.5)D0。 深度h:切线式h小,则压损小,但效率降低。 保证排气管的深度大于入口管的高度。

ξ 的求法:
参考技术手册 估算公式
ξ = 16 A / d
2 e
其它操作因素也会对压力损失有影响 除尘器内部有叶片、突起和支持物等导致旋转速度 降低,压力减少
例 某旋风除尘器的阻力系数为9.9,进 口速度15m/s,试计算标准状态下的压 力损失。 解:
1 1 2 2 ∆p = ξρv1 = × 9.9 × 1.293 × 15 = 1440 Pa 2 2
第三阶段:二十世纪十年代初到现在。这个阶 段的特点是企图把旋风器捕集分离能力推向超 微颗粒的分离。通过相似理论和量纲分析,把 流场的物理量和旋风器的尺寸都用一基准尺寸 为准的无量纲来表达。
1.旋风除尘器的构造及工作原理
2. 旋风除尘器内的气流运动
外涡旋: 内涡旋: 上涡旋:
图6-1 普通旋风除尘器 的结构及内部气流
11. 旋风除尘器的选型
旋风除尘器的选型一般选用计算法和经验法。 a.计算法: ①由入口浓度 c0,出口浓度 ce(或排放标准)计算 除尘效率η; ②选结构型式; ③根据选用的除尘器的分级效率ηd(分级效率曲线) 和净化粉尘的粒径频度分布f0,计算ηT,若ηT>η, 即满足要求,否则按要求重新计算。 ④确定型号规 ⑤计算压力损失。

向心力Fd(径向气流阻力):
Fd = 3πµVr d C
• • • •
在交界面上尘粒有三种情况: ①Ft>Fd 移向外壁 ②Fd>Ft 移向内壁 ③Ft=Fd 进去50%,出来50%,即除尘效率 为50%。

分割粒径dc 由 Ft=Fd 得:
18µVr r0 dc = 2 ρ 0VT 0
8.分割直径 cut diameter • 分级效率为50%的粉尘粒径dc50。
尘粒在旋风器中受到两个力的作用: a.离心力 b.向心力
Ft Vt F
.
d
Ft
.
Vr
Fd
图6-4 尘粒在旋风除尘器中的受力作用

VT20 π 3 VT20 离心力Ft: = = dC ρ p ( 球形 ) Ft m r0 6 r0
V =Q/F
r
Q——处理气体量,m3/s; F——假想圆柱面表面积;
F = 2π r0 h 0
c.轴向速度
外涡旋的轴向速度向下,内涡旋的轴向速 度向上。在内涡旋,随气流逐渐上升,轴向速 度不断增大,在排气管底部达到最大值。
7. 压降与分割粒径
除尘器内的压力降 pressure drop
图6-3除尘器内的压力分布
1 2
vT 0 -交界面处气流的切向速度,m/s;
vr -径向速度,m/s;
9 .除尘效率的计算
a. 雷恩-利希特模式计算气体粒子的分级效率:
1 n + 1 dp ηi = 1 − exp −0.6931× dc
n -涡流指数,通常小于等于1
1 H = N L+ h 2
气体流过的长度 L = Nπ D ,h是筒体的长度, H是筒体加上锥体的长度。
径向最大沉降距离为b,类比于重力沉降室, 在层流状态:
N π Dut ηi = bv1
在湍流状态:
N π Dut 1 − exp − ηi = bv1
各个参数的意义见教材表6-3。 在旋风除尘器内:
D 2 1/ 3 l = 2.3d e ( ) A
(3)除尘器下部的严密性 在不漏风的情况下进行正常排灰
锁气器 (a)双翻板式 (b)回转式
(4)烟尘的物理性质:密度、粘度、尘粒的大小 和比重、及烟气含尘浓度等等。 例如:密度对旋风除尘器的影响 离心力跟粒径的三次方成正比,向心力跟粒径的一 次方成正比。综合来说,dp增大则效率增大,又因 为 1 1 2 d c 50 ∝ ρ p 所以,ρp小,难分离 ,影响捕集效率。
c. 1972 年, DLeith及WLich t推出了横向 渗混模型 认为在分离器的任一模截面上, 颗粒浓度的 分布是均匀的, 在近壁处的边界层内, 是层流流 动, 只要颗粒在离心效应下浮游进入此边界层内, 就被捕集分离下来, 这就是边界层分离理论。
6. 气流运动的特点
• 气流的速度 • 为方便,常把内外旋流气体的运动分解为三个速 度分量:切向速度VT、径向速度Vr、轴向速度Vz。 • a.切向速度VT • 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。 • 切向速度是决定气流合速度大小的主要速度分量, 也是决定气流质点离心力和颗粒捕集效率的主要 因素。
3.旋风除尘器内的气流流场 主流 局部二次流
(1) 顶部“上灰环”; (2) 短路流; (3) 偏心流;
4.旋风除尘器内尘粒的运动:
前人就旋风除尘器内尘粒的运动, 进行了 三点假设 (1)颗粒的存在不影响气体流场; (2)颗粒间的相互作用可忽略不计; (3)颗粒为具有当量直径的圆球体; 在此基础上, 得到了只有在流场测定的基础上 才能求解的耦合方程组。 实际上, 颗粒在旋风除尘器内除了受离心力、 流体阻力和重力外, 还受到各种扩散作用及颗粒附 着性的影响。 没有任何阐明影响附着性全部因素的 完整理论 。
筒体长度增大,效率增大,但过大阻力会增大,
特征长度(natural
length)-亚历山大公式
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五倍的筒 体直径为宜。 •一般而言,在相同的入口浓度下,筒体的直径越 小,Ft越大,除尘效率就越高,但是筒体的直径 过小使得粒子易逃逸。从而导致效率的下降。 •斜放对旋风除尘器的效率影响不大。
气流中心
切向速度的分布
切向速度的变化 规律为: 外涡旋区:r↑, 切向速度VT ↓; 内涡旋区:r↑, 切向速度VT ↑。
Di De 速度分布 外筒壁
外涡旋
Di
内涡旋 D
图6-2 普通旋风除尘器内切向速度分布图
a.切向速度VT
• 外涡旋: VT 随半径 r 的减小而增大,在内外涡旋 的 交 界 面 上 VT 最 大 , 交 界 面 半 径 d0≈(0.66~ 0.65)de,de为排出管半径。 • 内涡旋:Vt随半径r的减小而减小。 • 某一断面上的切向速度分布规律为:
N π DVT ηi = bVr

纵向湍流
NπDVT ηi = 1 − exp( − ) bVr

旋风除尘器分级效率曲线
10.影响效率的因素
(1)二次效应:被捕集的粒子重新进入气流。 这是导致理论效率曲线和实际效率曲线的不一 致的原因。 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
ρPd v ut = 18µ r
2 2 p 1
层流状态时:
ηi =
湍流状态时:
π N ρ P d 2 v1
pi
9µb
π N ρPd 2 v pi 1 ηi = 1 − exp − µ b 9
d.将旋风除尘器视为利用离心力进行沉降的沉降 室 沉降室长度为NπD 沉降室高度为b 沉降速度=径向速度V r 活塞流
pressure distribution
压力分布:
轴向压力变化较小;径向压力变化大,外 侧高,中心低,轴心处为负压。 旋风除尘器内轴向各断面上的速度分布差 别较小,因此轴向压力的变化较小。
压力损失计算:
1 ∆P = ξρV12 2
•ξ——局部阻力系数; • ρ ——气体的密度,kg/m3; •v1 ——气体的入口速度,m/s; 气体密度的增加,以及入口速度的增加都会导 致压力损失的增加。
来自百度文库
5.旋风除尘器内尘粒的分离理论
旋风除尘器颗粒的分离主要有三种理论: a.转圈理论 转圈理论认为旋风除尘器内气流中的尘粒被 认为是在离心力作用下, 以离心沉降速度由内向外 穿过整个气流速度, 经过一定的旋转圈数, 最后达 到器壁而被分离, 即所谓的“转圈分离理论”。
b.筛分理论
认为在旋风除尘器内, 每一粉尘颗粒都同 时受到方向相反的两种推移作用, 一个是由旋 涡产生的离心力使颗粒外移; 另一个是向心气 流又使颗粒受到内移的作用力。 这时, 存在一 粒径为dc的颗粒, 使颗粒受到的离心力与向心 流的阻力相等。因而设想在平衡处有一筛网, d > dc都被截留, 而d <dc的尘粒排出除尘器。
(5)操作变量:提高烟气入口流速,旋风除尘器 的分割直径变小,使除尘性能发生改变,但是 过大会导致二次效应的发生。旋风除尘器的入 口气速一般在12~25m/s。 (6)分离器的气密性 除尘器的严密性是影响除尘装置的一个重要因 素,除尘如果不严密,会导致外部空气的流入,从 而导致二次效应的发生,使除尘效率显著下降。 例:漏风率:0% 、 5% 、 15% η: 90%、 50%、 0
(2)比例尺寸:各种旋风除尘器都对应有最佳的比 例尺寸,比例尺寸的变动会影响到旋风除尘器的 效率。 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de=(0.4~0.65)D。
Vt / R = ω ——常数 • 内外交界面:n=0,有Vt=常数,最大,对应直径 为d0,d0=(0.6~1.0)de(排气管直径)。
vT R n = 常数
b.径向速度Vr:
假设内外涡旋的交界面 是圆柱面,外涡旋均匀通 过该柱面进入内涡旋,那 么认为气流通过此圆柱面 时的平均速度就是外涡旋 气流的平均径向速度Vr。
第二节 旋风除尘器
(cyclone separator)
发展历史
第一阶段:自从十九世纪八十年代旋风除尘器 投入生产一直到二十世纪三十年代,是盲目 使用阶段。 第二阶段:这阶段从二十世纪而是年代末到六 十年代初,是广泛地对旋风器进行科学试验与 理论概括阶段。1928年波罗克(Prockact) 第一次对旋风器进行测定开始,结束了对旋风 器盲目使用的阶段。对旋风器的捕集分离机理 也在理性上有一个飞跃的发展。
b. 经验法: ①计算所要求的除尘效率η; ②选定除尘器的结构型式; ③根据选用的除尘器的η—V0实验曲线,确定入 口风速V0; ④根据气量Q,入口风速V0计算进口面积A; ⑤由旋风器的类型系数 k=A 2 D 求除尘器筒体直径 D,然后便从手册中查到所需 的型号规格。
12、旋风除尘器的设计
注意以下几点: 尺寸比例确定; 旋风除尘器的压力降; 除尘效率。 a.尺寸比例
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