3500立方米每小时重力降尘室的设计重力沉降室的设计课程设计大型作业讲解.doc

3500立方米每小时重力降尘室的设计重力沉降室的设计课程设计大型作业讲解

环境工程原理

《环境工程原理》

大 型 作 业

题 目： 3500 m3/h重力降尘室的
设计

学 院： 环境科学与工程学院
专业名称：
学 号：
学生姓名：
指导教师：

2013年 12 月 14 日
11

目录
一、 前言.................................................3
二、 设计条件.............................................3
三、 设计要求.............................................3
四、 设计说明.............................................4
1、 重力降尘室的工作原理...............................4
2、 重力降尘室的结构和设计要点.........................4
3、 实际性能和测试.....................................5
4、 重力降尘室的应用...................................5
五、工艺计算.............................................6
1、降尘室的设计尺寸...................................6
2、沉降时间和（最小粒径时的）沉降速度 ................6
3、颗粒回收百分率....................................7
4、降尘室的隔板数....................................7
六、总结.................................................8
七、参考文献.............................................8
一、前言
大型作业是《环境工程原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。
大型作业不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，大型作业是培养学生独立工作能力的有益实践。
通过大型作业,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：
1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；
2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；
3. 迅速准确的进行工程计算的能力；
4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。

二、设计条件
1、气体混合物成分：炉气和矿石；
2、气体流量：3500m/h；
2、气体密度：0.6kg/m³；
3、矿石密度：4500kg/m³；
4、黏度：3×10﹣5N·s/㎡；

三、设计要求
1、设计方案确定（长宽高）；
2、矿尘颗粒沉降流型判断；
3、理论上能完全捕集的最小颗粒直径；
4、降尘室的隔板数；
5、重力降尘室的工艺尺寸计算。

四、设计说明
1、重力降尘室的工作原理
重力沉降室是利用重力作用使尘粒从气流中自然沉降的除尘装置。其机理为含尘气流进入沉降室后，由于扩大了流动截面积而使得气流速度大大降低，使较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。重力沉降室除尘效率的计算决定于描述气流状态所作的假设，其简单模式是假定气流处于塞式流动状态，且尘粒在入口气体中均匀分布。实际沉降室内包含有湍流、某程度的混合和柱塞式流动的某些波动。为缩短尘粒必须降落的距离以提高除尘效率，可在沉降室内平行放置隔板，构成多层沉降室。多层沉降室排灰较困难，难以使各层隔板间气流均匀分布，处理高温气体时金属隔板容易翘曲。沉降室内的气流速度一般为0.3-0.5m/s，压力损失为50-130Pa，可除去40μm以上的尘粒。 除尘效率通常可采用公式η=ULW(n+1)/Q计算，L，W指沉降室的长和宽，N是水平隔板数量。
重力沉降室具有结构简单，投资少，压力损失小的特点，维修管理较容易，而且可以处理高温气体。但是体积大，效率相对低，一般只作为高效除尘装置的预除尘装置，来除去较大和较重的粒子

2、重力降尘室的构造和设计要点
水平气流沉降室的构造主要是由室体、进气口、出气口和集灰斗组成。含 尘气体在室体内缓慢流动，小粒借助自身重力作用被分离而捕集下来。
为了提高沉降室的除尘效率，有的在室内加装一些垂直挡板，其目的，一方面是为了改变气流的运动方向，由于粉尘颗粒惯性较大，不 能随同气体一起改变方向，撞到挡板上，失去继续飞扬的动能，沉降到下面的 集灰斗中;另一方面是为了延长粉尘的通行路程，使它在重力作用下逐渐沉降下 来。有的采用百叶窗形式代替挡板，效果更好;有的还将垂直挡板改为"人"字形 挡板，使气体产生一些小股涡旋，尘粒受到离心力作用，与气 体分开，并碰到室壁上和挡板上，使之沉降下来。
对装有挡板的沉降室，气流速度可以提高到6~8m/s。
多段降尘室设有多个室段，这样相对地降低了尘粒的沉降高度。
沉降室的技术性能可按下述原则进行判定:
①沉降室内被处理气体速度(基本流速)越低，越有利于辅集细小的尘粒， 但装置相对庞大;
②基本流速一定时，沉降室的纵深越长，则除尘效率也就越高，但不宜延 长至10m 以上;
③在气体入口处装设整流板，在沉降室内装设挡板，使沉降室内气流均匀 化，增加惯性碰撞效应，有利于除尘效率的提高。
综上所述.通常基本流速选定为1~2m/s，实用的捕集粉尘粒径为40μ m 以 上，压力损失比较小，当气流温度为250~300℃，气体在沉降室人口和出口处 的流速为12~16m/s 沉降总阻力损失为100~120Pa。沉降室在许多情况下作为多 级除尘器使用

3.实际性能和测试
沉降式的实际性能几乎从不进行实验测量或测试，在最好的情况下，这种装置也只能作为气体的初级净化，除去最大和最重的颗粒。沉降室的除尘效率约为40—70%，仅用于分离d>50μm的尘粒。穿过沉降室的颗粒物必须用其它的装置继续捕集。
优点：结构简单、投资少、易维护管理、压损小（50—130Pa）。
缺点：占地面积大、除尘效率低。

4.重力沉降室的应用
降尘室是最简单的收尘设备，它用于回转窑或烘干机等尾部。烟气进入降尘室后由于截面积扩大，速度降低，大颗粒粉尘由于沉降速度高，在烟气未流出降尘室前就已降落到底，由降尘室底部贮灰斗收集，未沉降下来的粉尘随烟气带出。
细小颗粒由于沉降速度小，在降尘室内一般是收不下来的。所以降尘室往往是直接安装在窑炉等热工设备后面作为初步净化用，为下一级收尘设备创造有利条件。它的效率一般只有30％左右。为了提高降尘室的效率，有时在降尘室内安装上下交替的垂直挡板，利用惯性作用以提高收尘效率。

五、工艺计算
1、设计降尘室的尺寸
沉 降 室 的 长、宽、高 分 别 为l、b、H，假设沉降室的长为3m,宽和高为1m,
气体密度为0.6kg／m³，矿石密度为4500kg／m³,黏度为3×10﹣5N·s／㎡，气体流量：3500m3/h。

2、沉降时间和（最小粒径时）的沉降速度
若要 使 沉 降速度为u t的尘粒从气流中分离出来，则气体通过沉降室的时间θ应大于或等于尘粒从室顶沉降到室底所需的时间 θt，则：
气体通过降尘室的时间为：
θ＝l／u
颗粒从室顶沉降到室底所需的时间为：
θt＝H／ut
故颗粒能沉降而分离出的条件是：
θ≥θt或l／u≥H／ut

依据降尘室的生产能力，气体在降尘室内的水平通过速度为：

u＝qν／Hb
综上整理可得：
qν≤blut
所以，在该降尘室内能完全分离出来的最小颗粒的沉降速度为：
ut＝qν／bl＝3500／3÷3600＝0.32﹙m／s﹚
假设沉降在滞流区，则可由斯托克斯公式求得最小颗粒直径
d＝[ut18μ／﹙ρs－ρ﹚g]½
＝[0.32×18×3×10﹣5／﹙4500－0.6﹚×9.81]½
＝62.5×10﹣6﹙m﹚＝62.5﹙μm﹚
核算沉降流型
Re＝dρut／μ＝62.5×10﹣6×0.32×0.6／3×10﹣5
＝0.4＜1
原设沉降在滞流区成立，求得的d有效。

3、 颗粒回收百分率
沉降室内的气流速度一般为0.3-0.5m/s，压力损失为50-130Pa，可除去40μm以上的尘粒。假设颗粒在炉气中是均匀分布的，则该尺寸颗粒被分离下来的百分率可由颗粒在降尘室内的沉降高度与降尘室高度之比确定。直径为40μm的颗粒的沉降必在滞流区，其沉降速度可用斯托克斯公式计算，即
ut′＝d²﹙ρs－ρ﹚g／18μ
＝﹙40×10﹣6﹚×﹙4500－0.6﹚×9.81／18×3×10﹣5
＝0.1308﹙m／s﹚
气体通过降尘室的时间为
θ＝H／ut＝1／0.32＝3.125﹙s﹚
直径为40μm的颗粒在8s时间内的沉降高度为
H′＝ut′θ＝0.1308×3.125＝0.409﹙m﹚
则回收率为
H′／H＝0.409／1×100％＝40.9％
由于各尺寸的颗粒在降尘室内停留的时间均相同，故40μm的颗粒回收率亦可用其沉降速度 ut′与62.5μm的颗粒沉降速度u之比确定，即
ut′／ut＝﹙d′／d﹚²＝﹙40／62.5﹚²＝41％

4、 降尘室的隔板数
若降尘室内设置n层水平隔板，则多层降尘室的生产能力为
qν≤﹙n＋1﹚blut
若要完全回收粒径为40µm的颗粒，在原来降尘室内µ需设置的隔板数为

n＝qν／blut－1＝3500÷3600／﹙3×1×0.1308﹚－1
＝1.5

取n＝2
则隔板的间距为h=H/(n+1)=1/3=0.33

六、总结
降尘室，结构简单，流动阻力小，但体积庞大，属于低效率的设备，只适用于分离粗颗粒（一般指颗粒直径大于50µm的颗粒），通常作为预除尘使用。多层降尘室可分离较细的颗粒，且节省占地面积，但清灰比较麻烦。
通过这次的大型作业，让我们加深了对降尘室类型的了解，以及基本的计算、基本设备结构、工艺计算和简单的作图，给以后的工作扎下了坚实的基础。

七、参考文献
1、张柏钦，环境工程原理﹙第二版﹚，化学工业出版社，2010
《环境工程原理》大型作业成绩评定表
姓 名

学 号

专业班级

题 目
3500m³/h重力降尘室的设计
成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

　　　　 批阅教师：
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