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毕业论文_1378-旋风除尘器的设计_本科毕业设计论

日期:2020-04-07 03:02

  毕业论文_1378-旋风除尘器的设计_本科毕业设计论文_工学_高等教育_教育专区。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 旋风除尘器的几何尺寸 名称 旋风除尘器半径 r 各位亲,由于某些原因,没有上传完整的毕业 设计(完整的应包括毕

  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 旋风除尘器的几何尺寸 名称 旋风除尘器半径 r 各位亲,由于某些原因,没有上传完整的毕业 设计(完整的应包括毕业设计说明书、相关图 纸 CAD/PROE、 中英文文献及翻译等) , 此文档也 稍微删除了一部分内容 (目录及某些关键内容) 如需要的朋友, 请联系我的 , 数 万篇现成设计及另有的高端团队绝对可满足您 的需要。 数据 0.4 0.2 气体出口管半径 r 粉尘出口管半径 r 出口管到底部高 h 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 0.2 2.07 1.066 0.466 0.166 0.466 0.078 锥角 总高度 h 入口类型 入口管型 7.75 2.54 切线 矩形 各位亲,由于某些原因,没有上传完整的毕业设计(完整的应包括毕业 设计说明书、相关图纸 CAD/PROE、中英文文献及翻译等) ,此文档也稍微 删除了一部分内容(目录及某些关键内容)如需要的朋友,请联系我的 ,数万篇现成设计及另有的高端团队绝对可满足您的需要。 2.3 旋风除尘器的参数计算 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 式中 (2-3-1) 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; r——旋转半径,m。 向心运动的气流给予尘粒的作用力 (2-3-2) 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 (2-3-3) 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; w0——交界面上的气流径向速度,m/s; v0t——交界面上的气流切向速度,m/s。 应当指出,粉尘在旋风除尘器内的分离过程是很复杂的,上述计算方法具有某些 不足之处。例如它只是分析单个尘粒在除尘器内的运动,没有考虑尘粒相互间碰撞及 局部涡流对尘粒分离的影响。由于尘粒之间的碰撞,粗大尘粒向外壁移动时,会带着 细小的尘粒一起运动,结果有些理论上不能捕集的细小尘粒也会一起除下。相反,由 于局部涡流和轴向气流的影响,有些理论上应被除下的粗大尘粒却被卷入内涡旋,排 出除尘器。另外有些已分离的尘粒,在下落过程中也会重新波气流带走。外涡旋气流 在锥体底部旋转向上时,会带走部分已分离的尘粒,这种现象称为返混。因此理论计 算的结果和实际情况仍有一定差别。 2.旋风除尘器的阻力 由于气流运动的复杂性,旋风除尘器阻力目前还难于用公式计算,一般要通过试 验或现场实测确定。 旋风除尘器的阻力: (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, 2.4 ① ② ③ ④ ⑤ 设计要求 .粉状物料提升装置中旋风除尘器的研究现状 .了解其工作场所要求及原理 .确定总体方案和各部分结构方案 .画图 .部分设计计算 三.旋风除尘器的原理及应用 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。 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。 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。 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 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 使用。处理风量为各除尘器风量之和,阻力为单个除尘器的阻力。 3. 筒体高度和锥体高度 筒体高度和锥体高度越高,含尘空气分离的时间越长,除尘效果越好。但过高 了下部也不起作用。由于锥体部分的直径逐渐减少,其除尘效率高于通体部分 建议采用短筒体长锥体。锥体部分的高度一般为筒体部分的 2-3 倍为宜。 4. 底部的密封性 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 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。 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.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。 4.2 旋风除尘器进气量的计算: G=0.06 x V x n x Y x r x K (吨 /小时 ) 式中: V 一旋风器容积(升/转) n 一旋风器转速(转/分) Y 一旋风器容积效率:颗粒状物料 0.7-0.8 粉状物料 0.5-0.6 r 一物料容重(吨/米 3) K 一修正系数,一般取 0.7-0.8 说明书数据表 2: 物料容重 r (吨/立方米) 2.48 容积(升/ 转)V 10 叶 轮 半 径 (毫米)R 150 叶 轮 长 度 (毫米)l 250 转速(转/ 分) n 35 动力(千瓦) w 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: G=0.06xVxnxYxrxK =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 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 旋交界面上, 是随半径 r 的减小而增加的,在内、外涡 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) rp(rp 为排出管半径)。内涡旋的切向速度是随 r 的减小而减小的,类似于刚体的旋转 运动。 旋风除尘器内某一断面上的切向速度分布规律可用下式表示: 外涡旋 内涡旋 式中 vt——切向速度; vr r=c vt/r=c 1/n (4-3-1) (4-3-2) 图 3 旋风除尘器内部的速度分布和压力分布 r——距轴心的距离; c、c、n——常数,通过实测确定。 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) (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。 此处省略 NNNNN NNN NN 字 NN 根据键连接的轴的轴径,查阅机械设计手册可以得到标准键为: 轴径 d: >30~38 键的公称尺寸b(h8): 10 键的公称尺寸(h8)h(11): 8 键的公称尺寸c 或 r: 0.4~0.6 键的公称尺寸L(h14): 22~110 键槽轴槽深 t基本尺寸: 5.0 键槽轴槽深 t公差: (+0.2,0) 键槽毂槽深 t1基本尺寸: 3.3 键槽毂槽深 t1公差: (+0.2,0) 键槽圆角半径 rmin: 0.25 键槽圆角半径 rmax: 0.4 图 10 六.旋风除尘器的改进和开发 6.1 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: 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 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 使用。处理风量为各除尘器风量之和,阻力为单个除尘器的阻力。 3. 筒体高度和锥体高度 筒体高度和锥体高度越高,含尘空气分离的时间越长,除尘效果越好。但过高 了下部也不起作用。由于锥体部分的直径逐渐减少,其除尘效率高于通体部分 建议采用短筒体长锥体。锥体部分的高度一般为筒体部分的 2-3 倍为宜。 4. 底部的密封性 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 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。 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.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。 以上改进,经几个厂家使用,效果良好,整齐美观,除尘效率基本能达到国家规 定的标准。 6.2 旋风除尘器的类型: 旋风除尘器又名(Cyclone 直译)。它是利用旋转的含尘气体所产生的离心力, 将粉尘从气流中分离出来的一种干式气 -固二相留分离装置。旋风除尘器用于工业生 产,已有百余年历史。由于它结构简单,无运动部件,制造安装投资少,操作维护简 便,性能稳定,受含尘气体的浓度和温度影响较少,压损中等,动力消耗不大,所以 广泛用于各种工艺过程中。 随着旋风除尘器的使用日益广泛,人们对旋风除尘器内部的气流状态与固体颗粒 的运动规律做过大量的研究,结构改进取得不少进步,研制出许多性能良好的旋风除 尘器。按气流导入情况,旋风除尘器可分为 2 类: 1) 切流反转式旋风除尘器 这是旋风除尘器的形式。如图 11a b c 含尘气体由筒体的侧面沿切线方向导入。 气流在圆筒部旋转向下,进入锥体,到达锥体的端点反转向上,清洁气流经排气管排 出口。 这类旋风除尘器根据不同的进口形式,又可分为图 11.a 蜗壳进口,图 11.b 蜗旋 进口,图 11.c 长方形切线进口。以上三种进口是目前常见的形式,已由上世纪 50 年 代应用至今。 为了提高除尘器的捕集效率,把排出气体中含尘浓度高的气体一二次风形式引出 后, 经风机再导入旋风分离器内。 这种旋风除尘器, 按二次风因入方式可分为: 图 12.d 切流二次风和图 12.e 轴流二次风。 图 11 图 12 2)锥体弯曲的水平旋风除尘器 可节省占地面积,简化管路系统。进口速度较大时,除尘效率与立式的相差不大。 主要用于中小型锅炉的烟气除尘。 3)扩散式旋风除尘器 它是一种具有呈倒锥体形状的锥体, 并在锥体的底部装有反射屏的旋风除尘器。 反 射屏可防止上升气流卷起粉尘,从而提高除尘效率。 4) 旋风惯性除尘器 旋风惯性除尘器是普通旋风除尘器和百叶式惯性除尘器的组合 , 兼有惯性和旋风 除尘功能。旋风惯性除尘器的结构如图15。含尘气体从顶部螺旋线进口切向进入筒体, 粉尘因离心力被甩向外筒内壁,随外螺线下降气流落入锥斗。还有部分细小粉尘在靠近 百叶窗碰撞反弹随气流下降至锥斗。此外,因为通过百叶窗间隙提前排除大部分净化气 流,从而减少了锥体尾部返混二次气流量,有利于除尘效率的提高,降低了压力损失。 旋风惯性除尘器压力损失小,处理风量大,适用于净化非纤维状的粉尘,和在初始粉 尘含量大的场合,作为二级除尘的一级净化。 图 13 6.3 旋风除尘器的进口形式 目前常用的进口形式有直入式、蜗壳式和轴流式三种,见图 14 所示,直入式又分为平顶 盖和螺旋形顶盖。平顶盖直入式进口结构简单,应用最为广泛。螺旋形直入式进口避免了进口 气流与旋转气流之㈨的干扰,可减小阻力,但效率会下降。如果除尘器处理风量大,需要大的 进口,采用蜗壳式进口可以避免进口气流与排出管发生直接碰撞(见图 15),有利于除尘效 率和阻力的改善。轴流式进口主要用于多管旋风除尘器的旋风子。 图 14 旋风除尘器的进口形式 图 15 蜗壳式进口形式 6.4 排灰装置 旋风除尘器下部出现漏风时,效率会显著下降。如何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一个问题。 收尘量不大的除尘器,可在下部设固定灰斗,定期排除。收尘量较大,要求连续排灰 时,可设双翻板式和回转式锁气器。 翻板式锁气器是利用翻板上的平衡锤和积灰质量的平衡发生变化时, 进行自动卸灰 的。它设有两块翻板轮流启闭,可以避免漏风。篮球即时比分,回转式锁气器采用外来动力使刮板缓 慢旋转,转速一般在 15—20r/min 之间,它适用于排灰量较大的除尘器。回转式锁气 器能否保持严密,关键在于刮板和外壳之间紧密贴合的程度。 6.5 旋风除尘器操作条件 旋风除尘器的性能好坏,除与以上结构尺寸有关外,还取决于操作条件。 第一,要正确的熟悉各种旋风除尘器性能,选用合理的进口风速和处理量,进口风速 一般范围在10~25m/s。 第二,特殊场合还要考虑到气体密度 ,大气压和温度的变化,及时修正实际处理量, 进口风速及压力变化。 第三,粉尘的物理性质,要考虑二相流中粉尘的密度、粒度分布,粉尘的湿度、粘性 和是否有纤维状或绒毛状粉尘等,合理选用除尘器。 影响旋风除尘器的性能因素 ,除上述原因外 , 除尘器的内壁是否光滑 , 焊缝是否磨 光,联接法兰是否有内突出物等等都会引起旋转气流扰动,影响除尘效率。因此应当重 视除尘器的制造质量。