铸造车间负压除尘系统的设计.doc

1 序言1.1铸造车间的污染及其除尘状况的概述1.1.1研究目的和意义铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一，因此铸造机械业的发展标志着一个国家的生产实力。我国目前已经成为世界铸造机械大国之一，在铸造机械制造行业近年来取得了很大的成绩。我国是铸造大国，在十五期间，随着国民经济的高速发展我国铸件年产量一直居世界铸件生产大国榜首。从数量上来看整个形势是喜人的但铸造生产的粗放特征没有得到根本改变。据报道，冲天炉配备有效环保设施的不到总数的5采用手工造型为主的铸造厂占9095：现场环境恶劣、作业条件差、技术落后、粗放式生产的铸造企业占90以上。我国铸造业环境问题尤其表现在对自然资源的超量消耗上有“资源漏斗”的说法。 可以看出，铸造产业的除尘是非常有必要的。一个合理的除尘系统，能让除尘的效率大大提高，不仅能让铸造车间环境大大改善，对车间以外的环境也能起到保护作用。除尘技术的好坏也能体现一国铸造技术的好坏。1.1.2中国铸造业现状及铸造车间污染情况近年来我国铸造业获得了飞跃式的发展，从2000年至2003年中国铸件产量跃居世界首位。从2003年至今，中国铸件产量依旧保持持续增长。并且。整个世界都在从中国寻求更多的铸件毛坯及含有铸件的终端制品。这种趋势在近期内有可能将继续保持并保证中国铸造业的持续繁荣。但在铸造业繁荣的背后。也存在着形势严峻的一面。有资料表明。我国铸造生产中。材料和能源的投人之比可占到产值的55到70。能源环境的制约以及国际铸造科技竞争加剧和知识产权的保护强化已成为我国铸造业发展的瓶颈发展节约环保型、科技创新型铸造之路刻不容缓。我国铸造生产中。材料和能源的投人占产值的5570。我国每产1 t铸件。约散发50 kg粉尘熔炼和浇注工序排放废渣300 kg、废气1 000 m3造型和清理工序排废砂1315 t。每年排污物总量：废渣300万t、废砂近1 650万t、废气110亿m314若从2004年开始按照平均发展速度向前发展，可以预测至2020年各年的铸件产量。根据铸件产量对铸造废砂、铸造废渣及粉尘的数量进行回归预测嘲(如图1)，可以看出，中国铸造业如果按照现行的模式生产，到2020年，主要废弃物铸造废砂、废渣及粉尘、CO：、CO的排放量分别为3 235万t、1 122万t、882万t、485万t。如果考虑有色金属铸造产生的污染物以及非铸铁件熔炼中排放的废气，按混合量计对13亿中国人口来说，单铸造业就给每个人平均带来约50 kg的污染物1.1.3除尘的目的粉尘是铸造车间的主要污染源。在铸造车间生产中把气体与粉尘微粒的多相混合物的分离操作称为铸造车间除尘，该除尘操作过程是将粉尘微粒从气体中分离下来在铸造车间生产中由于固定物料在加工、运输、储存及包装等生产工序中，其生产设备在操作过程中产生粉尘的同时将粉尘扩散分扬，这些粉尘将影响环境安全、设备的使用寿命及操作人员的身体健康。在大、中及小型工厂中，凡与粉尘有关的工序必须有防尘设计。生产过程和规模不断改变，在防尘设计中系统与设备如何与生产规模相适应的措施，也是一个问题。由此可见，搞好工厂防尘，在技术上必须有一套与生产工艺特点相适应的措施。 铸造车间除尘的内容及目的 矿石（包括石灰石）与煤（包括焦碳）是化学铸造车间、冶金铸造车间、建材铸造车间的基本原料和燃料。为了生产优质化的化工产品、水泥、钢材、有色金属及其它稀有金属，必须对原、燃料进行加工处理，以满足生产需要。而在原、燃料系统各工序（运输、干燥、破碎、筛分和包装等）生产操作时会产生大量的粉尘，这些工艺粉尘如不及时给予捕集回收，不仅污染了环境，严重影响岗位操作人员的身体健康，也浪费了宝贵的能源和资源。1.1.4铸造车间组成根据铸造生产的特点，铸造车间一般是由生产部分，辅助部分，仓库以及办公和生活设施组成。生产部分通常有熔化，造型（包括造型，烘干，合箱），制芯（包括造芯，烘干，装配和检验），砂处理，浇注，落砂，消理（包括表面清理，焊补，热处理，检验等）等工段组成。此外在铸钢车间中有时还有铸锭，铸铁车间中还有有色合金铸造工段。辅助部分通常有：机修，生产准备，修炉，修包，造型原材料和涂料的准备，型砂试验及化验室等。仓库一般有炉料库，造型材料库，砂箱库，钢锭模库，铸件和钢锭成品库，模型库，专用设备及工具库以及其他材料库。1.2工业生产中的除尘设备1.2.1除尘系统的组成各种通风除尘设备包括吸尘罩、风道、除尘器、通风机等,通常联系在一起组成一个系统,叫做通风除尘系统。图2就是一个简单的通风除尘系统示意图。吸尘罩通过抽风,以控制尘源。风道作输送 含尘空气之用。除尘器 是从含尘气流中把尘粒 分离出来,并加以收 集。风机是把含尘空气从吸尘罩经风道、除尘器排入大气所需要的动力设备。1.2.2除尘设备在铸造车间生产中的应用除尘操作在铸造生产中的应用主要有如下：1.净化分散介质 如催化反应的原料气中如有固体微粒，会严重影响催化剂的效能，必须在原料气进入反应器之前把它除掉。2.回收分散物质 如流化床反应器送出的气体中一般夹带着许多催化剂微粒，为降低成本，也为保护环境，这些催化剂必须加以回收，又如从干燥等工艺过程的气流中回收固体产品等。3.净化排放气 在生产中排放废气之前，要尽量分离出其中的固体微粒，以便开展综合利用和保护环境。4.消除爆炸危险 某些含碳物质及金属细粉与空气混合能形成爆炸混合物，因此在混合之前应将能爆炸的物质除掉。除尘设备在化工生产中应用极为广泛，而在某些基本化学工业如硫酸、合成氨等，除尘器历来被作为关键设备。随着化学工业的迅速发展，特别是装置日益大型化，在能量回收、气体净化、催化时回收及防大气污染等工程中，高效除尘器则成为关键设备之一。1.2.3铸造车间中除尘设备运行现状 铸造车间里配套使用的除尘设备绝大部分为旋风除尘器。旋风除尘器有易堵塞、易漏风的缺点，堵塞、漏风均会使除尘器运行效率下降，甚至为零。调查表明，有50%的旋风除尘器未正常运行，表现为漏风、堵塞。旋风除尘器未正常运行的原因为司炉工或除尘工平时不对除尘器进行认真维护，致使烟尘超标排放。 对除尘下灰的处置，是旋风除尘器运行管理的一部分，但目前旋风除尘器使用部门只重视烟尘是否达标情况，忽视对除尘下灰的处置管理。1.3除尘设备的选择1.3.1除尘系统分类及特点除尘系统按照除尘和通风机在流程中的相对位置，可以分为负压除尘系统和正压除尘系统。（1） 负压除尘系统中，除尘器设置在通风机之前（负压段或吸入段）。其特点： 由于除尘器设置在通风机之前，流过通风机的气体已经经过除尘，含尘量低。通风机受磨损大大减低，运行寿命长，处理初浓度高的含尘气体时，一般采用负压除尘系统。除尘器和管道处于通风机的负压阶段，容易吸入空气，产生漏风。负压除尘系统的漏风率为5%10%，加大了通风机的风量，增加了电耗。在负压除尘系统设计中应采用措施尽可能的减少除尘器和管道的漏风，以保证除尘器的良好运行。（2） 正压除尘系统中，除尘器设置在通风机之后（正压段或压入段）。特点： 由于流过通风机的含尘气体未经除尘器净化，通风机的叶轮和机壳易遭到粉尘磨损，因此，正压除尘系统只适用于在气体含尘浓度3g/m以下，粉尘磨损较弱，粉尘粒度小的条件下使用。除尘器处于通风机的正压段，不必考虑除尘器的漏风附加率，通风机电耗较低。除尘器的围护结构简单，如正压袋式除尘器的围护结构不需要密封，只要防雨即可，设备制造，安装简便，造价低。正压除尘系统中，净化后的气体直接由除尘器排入大气。除尘器有一定的消声作用。1.3.2原始资料(数据)及设计技术要求1处理气量Q：2600m3/h；2空气密度：1.29kg/m3；3。粉尘密度c：1960kg/m3； 4。空气黏度：1.810-5P.s。根据除尘系统的分类以及技术要求，最终选择旋风除尘器1.4旋风除尘器概述利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从空气中分离出来的一种干式净化设备，成为旋风除尘器。旋风除尘器应用最为广泛，其特点是结构简单，除尘效率较高，操作简单，价格低廉。旋风除尘器对于大于10m的较粗粉尘，净化效率很高。但对于510m以下的细颗粒粉尘（尤其是密度小的颗粒粉尘）净化效率较低，所以旋风除尘器多用于粗颗粒粉尘的净化，或多用于多级净化的初步处理。1.5旋风除尘器的优缺点1.5.1旋风除尘器 - 优点 (1)旋风除尘器内部没有运动部件。维护方便。 (2)制作、管理十分方便。 (3)处理相同风量的情况下体积小，结构简单，价格便宜。 (4)作为预除尘器使用时，可以立式安装，使用方便。 (5)处理大风量时便于多台并联使用，效率阻力不受影响。 (6)可耐400高温，如采用特殊的耐高温材料，还可以耐受更高的温度。 (7)除尘器内设耐磨内衬后，可用以净化含高磨蚀性粉尘的烟气。 (8)可以干法清灰，有利于回收有价值的粉尘。1.5.2旋风除尘器的缺点(1)卸灰阀如果漏损会严重影响除尘效率。(2)磨损严重，特别是处理高浓度或磨损性大的粉尘时，入口处和锥体部位都容易磨坏。(3)除尘效率不高(对捕集粒径小于5um的微细粉尘和尘粒密度小的粉尘，效率较低)，单独使用有时满足不了含尘气体排放浓度的要求。(4)由于除尘效率随筒体直径增加而降低，因而单个除尘器的处理风量受到一定限制。.2 旋风除尘器的设计2.1旋风除尘器的结构和工作原理 旋风除尘器的结构如图2所示，由排灰管；圆锥体；圆筒体；进气管；排气管；顶盖等组成。含尘气体从进气口以较高的速度沿外圆筒的切线方向进入时，气流将由直线运动变为圆周运动，并向上、向下流动，向上的气流被顶盖阻挡返回，向下的气流在内外圆筒间的筒体部位和椎体部位作自上而下的螺旋线运动。含尘气体在旋转过程中产生很大的离心力，由于尘粒的惯性比空气大很多倍，因此密度大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触后便失去惯性力而靠入口速度的动能和向下的重力岩壁下落，与气体分离开，经椎体排入集灰箱内。旋转下降的外旋气流在圆锥部分运动时随圆锥的外收缩而向除尘器中心靠拢，当气流达到椎体下端某一位置时便以同样的旋转方向从旋风除尘器中部，形成一股由下转向上的螺旋线运动。并经内圆筒向外排出，一部分未被捕集的尘粒也由此逃出。图2旋风除尘器 1排灰管；2圆锥体；3圆筒体； 4进气管；5排气管；6顶盖2.2旋风除尘器的性能及其影响因素2.2.1 旋风除尘器的性能指标除尘器性能包括流量、压力损失和除尘效率，此外还应包括设备的耐用年限以及维修难易等经济性能。（一）流量除尘气体流量。除尘器流量为给定值，一般以体积流量表示。高温气体和不是一个大气压情况时必须把流量换算到标准状态，其体积以m3（标）/min或m3（标）/h表示。在操作温度、压力下则取m3/min或m3/h即可。某些情况下，气体的特性参数与空气相近，其密度及黏度（黏滞系数）可取空气的值。在湿度大的场合，即使有少许的温度变化，由于水蒸气凝结分离也会使气体体积发生相当大的变化，这一点应当注意。特别是当计算除尘器排出浓度时，因为以干气体体积或以湿气体体积作为基准时，浓度差别将很大，因此在计算中必须标明使用什么基准。（二）压力损失除尘器的压力损失是指含尘气体通过除尘器的阻力，对除尘器的重要性能之一。其值当然愈小愈好，因为风机的功率几乎与它成正比。除尘器的压力损失和管道、风罩等压力损失以及除尘器的气体流量为选择风机的根据。除尘器的压力损失，一般以除尘器主要部分的动压（速度头）的倍数来表示，其倍数称为除尘器的阻力系数。除尘器的压力损失一般表达式为： （2-1）式中 除尘器的压力损失，Pa； 除尘器的阻力系数，无因次； 操作温度与压力下的气体密度，kg/m3； 通过除尘器的气速，m/s。（三）除尘效率如图3的除尘性能，图3除尘性能示意图通常用除尘效率来表示。它的表达式为： （2-2） （2-2a）式中 除尘效率，%； 除尘器进口处的粉尘流入量，g/s； 除尘器出口处的粉尘流出量，g/s； 除尘器分离捕集的粉尘流量，g/s。如把含尘气量换算成标准状态的气量则有： 式（2-2a）可变为如下形式： 设，则 （2-2b）式中 除尘器进口处的气体含尘浓度，g/m3（标）； 除尘器出口处的气体含尘浓度，g/m3（标）； 进口处标准状态的含尘气量，m3（标）/s； 出口处标准状态的含尘气量，m3（标）/s。粉尘浓度单位中的m3（标）是指含尘气体在标准状态下的体积。式（2-2）和式（2-2a）主要是在实验室里，以人工方法供给粉尘，研究除尘器性能时使用的。而式（2-2b）是对运转中的除尘器进行粉尘采样，供现场试验时应用的。如果效率已知，从除尘器排入大气的粉尘量，由式（2-2a）得出如下计算式： （2-3） 同理，排出气体的含尘浓度，可由式（2-2b）计算如下： （2-3a）再者从可知，即使是在某一容许的定值下，如果处理的气量增大时，也会出现（排放粉尘量）的绝对值增大的问题，这也可能使作业地点空气中粉尘浓度超过最高允许浓度。需要指出，除尘效率是对特定的粉尘、除尘器及其运转条件而言的，缺乏一般性。如果用分级除尘效率来表示，就能显示一般性，能比较展现出除尘器的特点，它是按不同粒径分别表示的除尘效率。（四）分级除尘效率除尘效率作为除尘器性能的局限性是很大的，它受尘粒大小的影响很大。就是说，即使在同一装置、同一运行条件下，由于尘粒分散度的不同，其性能也有显著的差别。分级除尘效率就能更好地反映除尘器的性能。分级除尘效率如当量粒径用表示时，对于粒径范围在的粉尘的除尘效率，以表示。其数学表达式为： （2-4）或 （2-4a） 式中 进口处平均粒径为m，粒径范围在内的粉尘量，g/s； 出口处平均粒径为m，粒径范围在内的粉尘量，g/s； 平均粒径为m，粒径范围在内的粉尘捕集量，g/s。粉尘粒径不同的分布规律，将对分级除尘效率产生不同的影响。而粒径分布规律可以用粉尘的粒径分布曲线（或为粒径分散度）来表示。2.2.2 影响旋风除尘器性能的主要因素影响性能的主要因素：（一）几何尺寸旋风除尘器的直径、气体进口以及排气管形状和大小是旋风除尘器性能的主要因素。1.旋风除尘器的直径（筒体直径） 一般，旋风除尘器的直径越小，旋转半径越小，粉尘颗粒所受的离心力越大，旋风除尘器的除尘效率也就越高。但过小的筒体直径，由于旋风除尘器器壁与排气管太近，造成较大直径颗粒有可能反弹至中心气流而被带走，使除尘效率降低。另外，筒体太小容易引起堵塞，尤其是对于黏性物料。因此，一般筒体直径不宜小于5075mm。工程上常用的旋风除尘器的直径（多管式旋风除尘器除外）是在200mm以上。如今，旋风除尘器的直径也日趋大型化，已出现大于1000mm，甚至2000mmm的大型旋风除尘器。2. 旋风除尘器高度 通常，较高除尘效率的旋风除尘器，都有较大的长度比例。它不但使进入筒体的尘粒停留时间增长，有利于分离，且能使尚未到达排气管的颗粒，有更多的机会从旋流核心中分离出来，减少二次夹带，以提高除尘效率。足够长的旋风除尘器，还可以避免旋转气流对灰斗顶部的磨损。但是过长的旋风除尘器，会占据较大的空间，尤其对于内旋风除尘器来说，更受到设备内部空间位置的限制。因此，提出了旋风除尘器自然长度l这一概念。即从排气管下端至旋风除尘器自然旋转顶端的距离 (2-5)在设计中，旋风除尘器的高度H，应保证有足够的自然长度，但大于自然长度的的过长旋风除尘器显然也是不经济的。一般常取旋风除尘器的圆筒段高度，=(1.52.0)。旋风除尘器的圆锥体可以在较短的轴向距离内将外旋流变为内旋流，因而节约了空间和材料。另外，在“自由旋转区”采用圆锥型结构，旋转半径可逐渐变小，使切向速度不断提高，离心力随之增大，这样，除尘效率将会随离心力的增加而提高。圆锥体的另一个作用，是将已分离出来的粉尘微粒集中于旋风除尘器中心，以便将其排入储灰斗中。旋风除尘器的圆锥高度，直接与圆锥体的半锥角和锥体下端排灰口直径有关。当锥体高度一定，而锥体角度较大时，由于气流旋流半径很快变小，很容易造成核心气流与器壁撞击，使沿锥壁旋转而下的尘粒被内旋流所带走，影响除尘效率。所以，半锥角不宜过大，另外，它还取决于粉尘颗粒的物理性质，一般30，或小于90减去粉尘的内摩擦角。设计时常取为1315。在旋风除尘器气流中，“自由旋流”的轴线通常是偏的，这个偏心度，根据实验所侧大约为。为防止由于核心旋流与锥壁接触时将已分离下来的粉尘重新卷入核心旋流，而造成二次夹带，要求排灰口直径不得小于。对于较大的旋风除尘器和在处理粉尘浓度较高的情况下，应考虑能使粉尘顺利排出的。即通过排灰口的粉尘的质量流速不宜过大。这就需要设计较大的排灰口直径。但排灰口直径越大，则会有较多的气体进入灰斗，形成激烈的旋涡气流，反而容易将已捕集的粉尘重新卷起，影响除尘效率。设计中一般取 =（1/24/5）圆锥高度 =(22.5) 3.旋风除尘器进口（1）进口型式 旋风除尘器的进口型式主要有轴向进口和切向进口两种。切向进口又分为螺旋面进口、渐开线进口及切向进口。见图4 图4旋风除尘器进口切向进口为最普通的一种进口型式，制造简单，用得比较多。这种进口型式的旋风除尘器外形尺寸紧凑。（2）进口管的型式与位置 进口管可以制成矩形和圆形两种型式。但由于圆形进口管与旋风除尘器器壁只有一点相切，而矩形进口管其整个高度均与筒壁相切。故一般多采用矩形进口管。矩形宽度和高度的比例要适当，通常长而窄的进口管与器壁有着更大的接触面。宽度越小，临界粒径越小，除尘效率越高。但过长而窄的进口也是不利的。因为进口太长，为了要保持一定的气体旋转圈数N，必须加长筒体，否则除尘效率仍不能提高。一般矩形进口管高与宽之比为： =23； =(0.20.25)； =(0.40.75)水平进口管的位置通常有两种见图5 图5水平进口管的位置 一种与旋风除尘器的顶盖相平，这有利于清除上旋流；另一种则与顶盖由一定距离，这可使细粉尘富集在顶盖下面的上旋流中，通过旁室将其送入主旋流进一步分离，以减少短路机会4.排气管 常见的排气管型式有直管型和收缩型两种，如图6所示： 图6排气管的基本型式在相同的排气管直径下，下端采用收缩型式，既不影响旋风除尘器的除尘效率，又可以降低阻力损失。所以，在设计分离较细粉尘的旋风除尘器时，可考虑设计成这种型式的排气管。一定范围内，排气管直径越小，则旋风除尘器的除尘效率越高，压力损失也越大。反之，除尘器的效率越低，压力损失也越小。当=2.53时，除尘效率达到最高点。如再增加（即减小排气管直径），除尘效率提高缓慢，但阻力系数急剧上升。所以在旋风除尘器设计时，需控制D0/de在一定的范围内，即排气管直径不能取得过小，以免带来动能消耗过大的后果。一般常取=（0.30.5）由于旋流是在排气管与器壁之间运动。因此，排气管的插入深度hc直接影响旋风除尘器的性能。插入深度过大，缩短了排气管与锥体底部的距离，减少了气体的旋转圈数N。同时也增多了二次夹带了机会。排气管插入深度过大，会增加表面摩擦，提高了压力损失。但插入深度过小，或甚至不插入筒体，会造成正常旋流核心的弯曲，甚至破坏，使其处于不稳定状态。同时也容易造成气流短路而降低除尘效率。因此，插入深度要适当，一般为0.8a。5.灰斗 是旋风除尘器设计中最容易被忽视的部分。一般都把它仅看作是排除粉尘的装置。其实在除尘器的锥底处，气流非常接近高湍流，而粉尘也正是由此排出。因此，二次夹带的机会也就更多。再则，旋流核心为负压，如果设计不当，造成灰斗漏气，就会使粉尘的二次飞扬加剧，严重的影响除尘效率。常见两种灰斗见图7 图7常见两种灰斗（二）气体常数对除尘性能的影响1.气流量的影响。气流量或者说除尘器入口气流速度，对除尘器压力损失，除尘效率都有着很大的影响。从理论上来说，旋风除尘器的压力损失与气流量的平方成正比因而也和入口风速的平方成反比（与实际有一定偏差） 入口流速增加，能增加尘粒在运动中的离心力，尘粒易于分离，除尘效率提高。除尘效率随入随入口口流速，平方根而变化，但是当入口流速超过临界值时，紊流的影响就比分离作用增加的更快，以致除尘器效率随入口风速增加的指数小于1；若流速进一步增加，除尘效率反而降低。因此，旋风除尘器的入口风速宜选取1823m/s。2.气体含尘浓度的影响。气体的含尘浓度对旋风除尘器的除尘效率和压力损失都由影响。实验结果表明，压力损失随含尘量增加而减少，这是因为径向运动的大量尘粒拖拽了大量空气；粉尘从速度较高的气流向外运动到速度较低的气流中时，能把能量传递给涡旋气流的外层，减少其需要的压力，从而降低压力降。由于含尘浓度的提高，粉尘的凝集与团聚性的提高，因而净化率有明显提高，但是高的速度比含尘浓度增加的速度要慢得多，因此，排出气体的含尘浓度总是随着入口处的粉尘浓度的增加而增加3.气体含湿量影响。气体的含湿量对旋风除尘器的工况有较大影响4.气体的密度、黏度、压力、温度对旋风除尘器工况有较大影响。立即 气体的密度越大，除尘效率越小。但是，气体的密度和固体的密度几乎可以忽略。所以，其对除尘效率的越小较之固体密度来说，也可以忽略不计。通常温度越高，旋风除尘器的压力损失越小；气体黏度的影响在考虑除尘器压力损失时常忽略不计，但从临界颗粒的计算公式中知道，临界粒径与黏度的平方根成正比。所以，除尘器效率的随着气体气体黏度的增加而降低。由于温度升高，气体黏度增加，当进口气速等条件保持不变时，除尘效率降低。气流量为常数时，黏度对除尘效率的影响可按下式进行近似计算： 式中，、为a、b条件下的总除尘效率，、为a。b条件下的气体黏度。（3） 粉尘的物理性质对除尘器的影响1.粒径对除尘器的影响。较大粒径的颗粒在旋风除尘器中会产生较大的离心力，有利于分离。所以大颗粒所占百分数越大，除尘效率越高。2.粉尘密度对除尘器性能的影响粉尘密度对除尘效率有着重要的影响。临界粒径或和颗粒密度的平方根成反比，密度越大或越小，除尘效率也越高。但粉尘密度对压力损失影响很小，设计计算中可忽略不计。影响旋风除尘器性能的因素，除上述外，除尘器内壁粗糙度也会影响旋风除尘器的性能。浓缩在壁面附近的粉尘微粒，会因粗糙的表面引起旋流，使一些粉尘微粒被抛入上升的气流，进入排气管，降低了除尘效率。所以在旋风除尘器的设计中应避免出现没有打光的焊缝，粗糙的法兰连接点等。（二）操作条件1.进口气速及气体流量（1）进口气速在一定范围内，进口气速越高，除尘效率也越高。这可由Rosin的临界粒径计算公式看出。进口气速越大，临界粒径越小，除尘性能越好。但气速太高，气流的湍动程度增加，二次夹带严重。另外，气速太高，粉尘微粒与器壁的摩擦加剧，粗颗粒（大于40m）粉碎，使细粉尘含量增加。过高的气速，对具有凝聚性质的粉尘也会起分散作用。这些均对除尘是不利的。气体通过旋风除尘器的压力损失，和气体的进口速度的平方成正比。所以，进口气速过大虽除尘效率会稍有提高（有时不提高甚至下降），但压力损失却急剧上升，能量损耗大大增加。因此，在设计旋风除尘器的进口截面时，必须使进口气速为一适宜值。这样既保证旋风的除尘效率，又考虑到能量的消耗。其次，进口气速过大，也会加速旋风除尘器本体的磨损，降低旋风除尘器的使用寿命。一般取进口气速为1025m/s，最好不超过35m/s。（2）气体流量气体流量Q对总除尘效率的影响可近似用下式估算： （2-6）式中 、分别为条件、情况下的总除尘效率，%； 、分别为条件、情况下的气体体积流量，m3/s。气体流量变化时，分级除尘效率的修正，可在分级除尘效率曲线中，根据等除尘效率原则，按需求分级除尘效率曲线上的粒径等于给定曲线的粒径乘，从而得到需求的新的分级效率曲线。2.气体的密度、黏度、压力和温度气体的密度对除尘效率的影响可以在临界粒径计算公式中得以表明，即气体密度越大，临界粒径亦越大，故除尘效率下降。但是，气体的密度和固体密度相比，特别是在低压下几乎可以忽略。所以，其对除尘效率的影响较之固体密度来说，也可以忽略不计。通常温度越高，旋风除尘器压力损失越小；气体密度增加，压力损失也增加。黏度的影响在计算除尘器压力损失时常忽略不计。但从临界粒径的计算公式中知道，临界粒径与黏度的平方根成正比。所以除尘效率是随着气体的黏度的增加而降低。由于温度升高，气体黏度增加，当进口气速等条件保持不变时，除尘效率也略有降低。气体流量为常数时，黏度对除尘效率的影响可按下式近似计算： （2-7） 式中 、分别为条件、条件下的总除尘效率，%； 、分别为条件、条件下的气体黏度，kgs/m2。需求分级除尘效率曲线上的粒径等于给定曲线的粒径乘，从而得到新的分级除尘效率曲线。气体黏度变化，直接与温度的改变有关，因此必将引起实际流量的变化。所以在修正黏度时还需对气体流量加以修正。3.气体含尘浓度旋风除尘器的除尘效率，随粉尘浓度增加而提高。这是因为含尘浓度大时，粉尘的凝聚与团聚性能提高，使较小的尘粒凝聚在一起而被捕集。另外，在含尘浓度大时，大颗粒向器壁移动产生一个空气曳力，也会将小颗粒夹带至器壁而被分离。大颗粒对小颗粒的撞击也使小颗粒有可能被捕集。但值得注意的是，含尘浓度增加后除尘效率虽有提高，可是排气管排出之粉尘的绝对量也会大大增加。总除尘效率随含尘浓度的变化可用式（2-8）估算。 （2-8） 式中 、分别为、条件下的含尘浓度，g/m3(标)。粉尘浓度对旋风除尘器的压力损失有影响。处理含尘气体的压力损失要比处理清洁空气时小，当进口尘浓度为12g/m3(标)时，压力损失可以降低到近清洁气体的60%。尘浓增至250g/m3(标)时，压力损失下降缓慢，但在浓度超过50g/m3(标)时，压力损失又迅速下降。这是因为气体中即使含有少量颗粒，也会使气体的内摩擦力增加。由于分离到器壁的颗粒产生摩擦，使旋流速度降低，减小了离心力。因而，压力损失也就下降。含尘浓度变化对压力损失的影响，近似表示为： （2-9）式中 含尘气体的压力损失，Pa； 清洁气体的压力损失，Pa； 进口的粉尘浓度，g/m3(标)。（三）固体粉尘的物理性质固体粉尘的物理性质主要指颗粒大小、密度与粉尘的粒级分布。关于粉尘的粒级分布与旋风除尘器的分级除尘效率关系，见分级除尘效率计算。1.固体颗粒大小（即粒径）对旋风除尘器性能影响较大粒径的颗粒在旋风除尘器中会产生较大的离心力，有利于分离。所以，在粉尘筛分组成中，凡大颗粒所占有的百分数越大，总除尘效率越高。2.颗粒密度对旋风除尘器性能影响粉尘单颗粒密度对除尘效率有着重要的影响。临界粒径计算式中，或和颗粒密度的平方根成反比，越大，或越小，除尘效率也越高。它们的关系是：由上式所得的结果，按等除尘效率原则，在给定分级除尘效率曲线上做图，即可求得新的分级除尘效率曲线。影响旋风除尘器性能的因素，除上述外，除尘器内壁粗糙度也会影响旋风除尘器的性能。浓缩在壁面附近的粉尘微粒，可因粗糙的表面引起旋流，使一些粉尘微粒被抛入上升的气流，进入排气管，降低了除尘效率。所以在旋风除尘器的设计中应避免没有打光的焊缝，粗劣的法兰连接点，设计不当的进口等。旋风除尘器轴心处具有很高的负压，所以此处的泄漏程度对除尘效率有着一定的影响。在旋风除尘器设计时，应考虑排灰口及料腿的密封。另外，气体的湿度（含湿量）过大将会引起粉尘黏壁，甚至堵塞。以致大大的降低旋风除尘器的性能。3 除尘器结构设计计算3.1 选择旋风除尘器的型式3.1.1 旋风除尘器的分类旋风除尘器的种类繁多，分类方法也各有不同。（1）按其性能分类：可分类为高效旋风除尘器。其筒体直径较小，用来分离较细的粉尘，除尘效率在95%以上；高流量旋风除尘器。筒体直径较大，用于处理很大的气体流量，其除尘效率为5080%；介于上述两者之间的通用旋风除尘器。用于处理适当的中等气体流量，其除尘效率为8095%。（2）按结构型式分类，可分为长锥体、圆筒体、扩散式、旁通型。（3）按组合、安装情况分为内旋风除尘器（安装在反应器或其他设备内部）、外旋风除尘器、立式与卧式以及单筒与多管旋风除尘器。（4）按气流导入情况分类，可分为切向导入或轴向导入，气流进入旋风除尘器后的流动路线反转、直流，以及带二次风的形式，可概括地分为以下几种。切流反转式旋风除尘器这是旋风除尘器最常用的型式。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，到达锥体的端点前反转向上。清洁气流经排气管排出旋风除尘器。根据不同的进口型式又可以分为蜗壳进口、螺旋面进口、狭缝进口。为提高捕集能力，把排出气体中含尘浓度较高的气体以二次风形式引出后，经风机再重复导入旋风除尘器内。这种狭逢进口的旋风除尘器，按二次风引入的方式又可分为切流二次风和轴流二次风。轴流式旋风除尘器轴流式旋风除尘器是利用导流叶片使气流在旋风除尘器内旋转。除尘效率比切流式旋风除尘器低，但处理流量较大。根据气体在旋风除尘器内的流动情况分为轴流反转式、轴流直流式。轴流直流式的压力损失最小，尤其适用于动力消耗不宜过大的地方，但除尘效率较低。它同样可以把排出气体含尘浓度较大部分（或干净气体）以二次风的形式再导回旋风除尘器内，以提高除尘效率，此即成为龙卷风除尘器。龙卷风除尘器按二次风导入的形式可分为切流二次风和轴流二次风。3.1.2 旋风除尘器的选用旋风除尘器的性能包括有三个技术性能（处理风量、压力损失、及除尘效率）和三个经济指标（基建投资和运转管理费、占地面积、使用寿命）。在评价及选择旋风除尘器时，需全面考虑这些因素。理想的旋风除尘器必须在技术上能满足工艺生产及环境保护对气体含尘的要求，在经济上是最合算的。在具体设计选择型式时，要结合生产实际（气体含尘情况、粉尘的性质、粒度组成），参考国内外类似工厂的实践经验和先进技术，全面考虑，处理好三个技术性能指标的关系。例如，在含尘浓度较高的化工生产，诸如像流态化反应、气流输送等，对于回收昂贵的细颗粒催化剂或其他产品，只要动力允许，提高捕集效率则是主要的。而对于分离颗粒较大的粗粉尘，就不需采用高效旋风除尘器，以免带来较大的动力损耗。计技术要求1 处理气量Q：2600m3/h；2 空气密度：1.29kg/m3；3 粉尘密度c：1960kg/m3；4 空气黏度：1.810-5P.s。3.2 确定旋风除尘器进口速度一般情况下，进口的风速范围是1025m/s，风速过大会增大压力损失，但是过低的话会大大降低除尘效率。所以，根据推荐：取=22m/s3.3 确定旋风除尘器的几何尺寸（图8）图8旋风除尘器的几何尺寸 由于矩形的进口管其整个高度均与筒壁相切，而圆形进口管与旋风除尘器器壁只有一点相切，所以矩形的进口比圆形更加优越，故将旋风除尘器的进口设计成为矩形，即高为，宽度为，另外，由于整个旋风除尘器的要求处理风量为2600m3/h，所以将旋风除尘器单体的处理风量定为1300m3/h，则 （1）进口面积=*=1300/(3600*22)=0.0164m3 根据比例关系，取，得到 =0.180m=180mm， =0.090m=90mm即旋风除尘器单体的高度为180mm，宽度为90mm。 （2） 筒体尺寸根据比例关系，取=0.25，则=4=0.269m=360mm筒体长度h，取h=1.5，则 h=360*1.5=540mm （3）椎体尺寸椎体长度H-h，取H-h=2.0，则H-h=2*360=720mm排灰口直径，取=0.25，则=0.25*360=90mm（4） 出口管直径和插入深度 取出口管直径=0.5，则=0.5*360=180mm 取插入深度=0.7，则=0.7*360=252mm3.4计算进口过渡管的尺寸由于含尘气体通过圆形气体输送管道进入过渡管，然后再进入到除尘器进口，所以进口过渡管设计为一端为圆形一端为矩形：取定气体输送管道中的速度为15m/s，对于圆形管道的气体流量计算公式为： （3-1） 对于矩形管道的气体流量计算公式为： （ 3-2） 式中： 气体流量，m3/h； 圆形管道的内径