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旋风除尘器的设计

日期:2020-03-08 04:30

  旋风除尘器的设计_机械/仪表_工程科技_专业资料。本设计包含全套CAD图纸和设计说明书,可编辑、修改和打印

  2 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 气体出口管半径 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 3 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 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 旋风除尘器的参数计算 4 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; 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 5 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, 6 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 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。 7 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 8 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 / 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: 9 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 10 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) 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 vr1/nr=c 内涡旋 vt/r=c 式中 vt——切向速度; (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) 11 (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 (4-3-5) 式中 L——旋风除尘器处理风量,m3/s; H——假想圆柱面(交界面)面度,m; r0——交界面的半径,m。 (5)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。 (6)压力分布 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。 12 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。从图 5-4-20 可以看出,切向速度在径向有很大变化,因此径向的压力变化很大(主要是静 压),外侧高中心低。这是因为气流在旋风除尘器内作圆周运动时,要有一个 图 4 交界面上气流的径向速度 向心力与离心力相平衡,所以外侧的压力要比内侧高。在外壁附近静压最高, 轴心处静压最低。试验研究表明,即使在正压下运行,旋风除尘器轴心处也保持负压, 这种负压能一直延伸到灰斗。据测定,有的旋风除尘器当进口处静压为+900Pa 时,除 尘器下部静压为-300Pa。因此,除尘器下部不保持严密,会有空气渗入,把已分离的 粉尘重新卷入内涡旋。 此处省去 NNNNN 需要更多更完整的图纸和说明书请联系 秋 3053703061 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。 13 14