旋风除尘器性能实验.doc

环工综合实验 实验报告
实 验 名 称：旋风除尘器性能实验

班 级 环工0902
学 号091410224
姓 名 孙杨雨
实验日期 2012.4.6

指导老师：余阳

小组成员：孙扬雨、王健、王玉佳、马莉、王玥丽

一、 实验目的
1. 通过实验掌握旋风除尘器性能测定的主要内容和方法，并且对影响旋风除尘器性能的主要因素有较全面的了解，同时掌握旋风除尘器人口风速与阻力、全效率、分级效率之间的关系以及人口浓度对除尘器除尘效率的影响。
2. 进一步了解流量大小等因素对旋风除尘器效率的影响和熟悉除尘器的应用条件。

二、 实验原理
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。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排气管排出，分散在其中的尘粒也随同被带走。

实验设备如下图：

实验原理相关问题:
1. 如何通过测定进风口静压值计算气体流量？

式中：Q——除尘器进出风口流量 m3/h
Pj ——测压环感测静压 mmH2O
ρ——进风口空气的密度 kg/m3 ，现取1.299 g/m3
φ——速度校正系数 φ=0.97
A——测压环所在断面面积 m2 ，经测量得进出口半径都为15cm
A = π × R12 = 3.14 × 0.152 = 0.0707 m2
2. 影响旋风除尘器除尘效率的主要因素有哪些？
(1)进气口
旋风除尘器的进气口是形成旋转气流的关键部件，是影响除尘效率和压力损失的主要因素。切向进气的进V1面积对除尘器有很大的影响．进气口面积相对于筒体断面小时，进入除尘器的气流切线速度大，有利于粉尘的分离。
(2)圆筒体直径和高度
圆筒体直径是构成旋风除尘器的最基本尺寸。旋转气流的切向速度对粉尘产生的离心力与圆筒体直径成反比，在相同的切线速度下。简体直径D越小。气流的旋转半径越小，粒子受到的离心力越大．尘粒越容易被捕集。因此，应适当选择较小的圆筒体直径，但若筒体直径选择过小，器壁与排气管太近，粒子又容易逃逸：筒体直径太小还容易引起堵塞，尤其是对于粘性物料。当处理风量较大时，因筒体直径小处理含尘风量有限，可采用几台旋风除尘器并联运行的方法解决。并联运行处理的风量为各除尘器处理风量之和．阻力仅为单个除尘器在处理它所承担的那部分风量的阻力。但并联使用制造比较复杂，所需材料也较多。气体易在进口处被阻挡而增大阻力。因此，并联使用时台数不宜过多。筒体总高度是指除尘器圆简体和锥筒体两部分高度之和。增加简体总高度，可增加气流在除尘器内的旋转圈数，使含尘气流中的粉尘与气流分离的机会增多，但筒体总高度增加，外旋流中向心力的径向速度使部分细小粉尘进入内旋流的机会也随之增加，从而又降低除尘效率。筒体总高度一般以4倍的圆筒体直径为宜，锥筒体部分，由于其半径不断减小，气流的切向速度不断增加，粉尘到达外壁的距离也不断减小，除尘效果比圆筒体部分好。因此，在简体总高度一定的情况下，适当增加锥筒体部分的高度，有利提高除尘效率。一般圆筒体部分的高度为其直径的1．5倍，锥筒体高度为圆筒体直径的2．5倍时。可获得较为理想的除尘效率。
(3)除尘器结构尺寸对其性能的影响
旋风除尘器的各个部件都有一定的尺寸比例．每一个比例关系的变动，都能影响旋风除尘器的效率和压力损失。其中除尘器直径、进气口尺寸、排气管直径为主要影响因素。它们的变化对除尘器性能的影响关系见表1。在使用时应注意，表1中所示的尺寸只能在一定范周内进行调整，当超过某一界限时．有利因素也能转化为不利因素。另外，有的因素对于提高除尘效率有利，但却会增加压力损失，因而对各因素的调整必须兼顾。
(4)排风管
排风管的直径和插入深度对旋风除尘器除尘效率影响较大。排风管直径必须选择一个合适的值，排风管直径减小，可减小内旋流的旋转范围，粉尘不易从排风管排出；有利提高除尘效率，但同时出风口速度增加。阻力损失增大。若增大排风管直径，虽阻力损失可明显减小，但由于排风管与圆筒体管壁太近，易形成内、外旋流“短路”现象，使外旋流中部分未被清除的粉尘直接混入排风管中排出，从而降低除尘效率。一般认为排风管直径为圆筒体直径的O．5～0．6倍为宜。排风管插入过浅。易造成进风口含尘气流直接进入排风管，影响除尘效率：排风管插入过深．易增加气流与管壁的摩擦面，使其阻力损失增大。同时．使排风管与锥筒体底部距离缩短，增加灰尘二次返混排出的机会。排风管插入深度一般以略低于进风口底部的位置为宜。
(5)排灰口
排灰口的大小与结构对除尘效率有直接的影响。增大排灰I：1直径可使除尘器提高压力降。对提高除尘效率有利。但排灰口直径太大会导致粉尘的重新扬起。通常采用排灰口直径Do=(0．5—0．1)Do。
(6)操作工艺参数
在旋风除尘器尺寸和结构定型的情况下。其除尘效率关键在于运行因素的影响。
(7)流速
旋风除尘器是利用离心力来除尘的，离心力愈大，除尘效果愈好。
(8)粉尘的状况
粉尘颗粒大小是影响出口浓度的关键因素。处于旋风除尘器外旋流的粉尘．在径向同时受到两种力的作用，一是由旋转气流的切向速度所产生的离心力，使粉尘受到向外的推移作用；另一个是由旋转气流的径向速度所产生的向心力。使粉尘受到向内的推移作用。在内、外旋流的交界面上，如果切向速度产生的离心力大于径向速度产生的向心力．则粉尘在惯性离心力的推动下向外壁移动，从而被分离出来；如果切向速度产生的离心力小于径向速度产生的向心力，则粉尘在向心力的推动下进入内旋流，最后经排风管排出。如果切向速度产生的离心力等于径向速度产生的向心力，即作用在粉尘颗粒上的外力等于零，从理论上讲．粉尘应在交界面上不停地旋转。实际上由于气流处于紊流状态及各种随机因素的影响，处于这种状态的粉尘有50％的可能进入内旋流，有50％的可能向外壁移动，除尘效率应为50％。此时分离的临界粉尘颗粒称为分割粒径。这时，内、外旋流的交界面就象一张孔径为分割粒径的筛网，大于分割粒径的粉尘被筛网截留并捕集下来．小于分割粒径的粉尘，则通过筛网从排风管中排出。旋风除尘器捕集下来的粉尘粒径愈小，该除尘器的除尘效率愈高。离心力的大小与粉尘颗粒有关，颗粒愈大，受到离心力愈大。当粉尘的粒径和切向速度愈大，径向速度和排风管的直径愈小时，除尘效果愈好。气体中的灰分浓度也是影响出口浓度的关键因素。粉尘浓度增大时，粉尘易于凝聚，使较小的尘粒凝聚在一起而被捕集，同时，大颗粒向器壁移动过程中也会将小颗粒挟带至器壁或撞击而被分离。但由于除尘器内向下高速旋转的气流使其顶部的压力下降．部分气流也会挟带细小的尘粒沿外壁旋转向上到达顶部后，沿排气管外壁旋转向下由排气管排出，导致旋风除尘器的除尘效率不可能为100％。根据除尘效率计算公式：

式中：
一一除尘效率；
S0——出口处的粉尘流出量，kg/h；
Si——进口处的粉尘流入量，kg/h。
因为旋风除尘器的除尘效率不可能为100％，当进口粉尘流入量增加后，除尘效率虽有提高，排风管排出粉尘的绝对量也会大大增加。所以，要使排放口的粉尘浓度降低，则要降低人口粉尘浓度，可采取多个旋风除尘器串联使用的多级除尘方式．达到减少排放的目的。
(9)运行的影响
旋风除尘器下部的严密性是影响除尘效率的又一个重要因素。含尘气体进入旋风除尘器后．沿外壁自上而下作螺旋形旋转运动，这股向下旋转的气流到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转。旋风除尘器内的压力分布，是轴向各断面的压力变化较小，径向的压力变化较大(主要指静压)，这是由气流的轴向速度和径向速度的分布决定的。气流在筒内作圆周运动，外侧的压力高于内侧，而在外壁附近静压最高，轴心处静压最低。即使旋风除尘器在正压下运动，轴心处也为负压，且一直延伸到排灰口处的负压最大。稍不严密，就会产生较大的漏风，已沉集下来的粉尘势必被上升气流带出排气管。所以。要使除尘效率达到设计要求。就要保证排灰口的严密性，并在保证排灰口的严密性的情况下，及时清除除尘器锥体底部的粉尘，若不能连续及时地排出，高浓度粉尘就会在底部流转，导致锥体过度磨损。

3.旋风除尘器的压力损失如何求？
• 压力损失的测定：
• △P=P（进口全压）- P（出口全压）
• 因为进出风管面积相等，所以进出口动压相等，
• 所以△P=P（进口静压）- P（出口静压）

三、 试剂与仪器
滑石粉、旋风除尘装置、微压计、电子秤

装置实物图如下：

四、 实验步骤
随机选取三个 流量运行旋风除尘器，分别测进风口和出风口的静压，然后在进风口3分钟内均匀送入M0克滑石粉，停机称量灰斗中收集的滑石粉的质量M1，计算该除尘装置的除尘效率。
1.测除尘效率。

2. 气流量的测定(静压法)：

式中：Ps——进口处气流平均静压；
——流量系数，0.99；
——空气密度，1.299g/m3;
A——阀管截面积(内径)。

压力损失的测定：
△P=P进口全压-P出口全压
因为进出风管面积相等，所以进出口动压相等，
所以△P=P进口静压-P出口静压

五、 数据记录与整理

项目

序号
进口静压(Pa)
出口静压(Pa)
压力损失 △ P (Pa)
气体流·量Q(m3/h)
进尘量(g)
捕集量(g)
除尘效率(%)
1
-58
-568
510
16966.38
499.75
431.06
86.26%
2
-139
-1815
1676
29975.36
500.00
457.32
91.46%
3
-117
-2085
1968
31820.78
500.00
462.92
92.58%

六、 注意事项
1、实验前注意进风管道和旋风除尘器内部不要有粉尘残留。
2、发尘要尽量均匀。
3、发尘完毕后，主要将旋风除尘器内部器壁上残留粉尘敲击震落灰斗中。

七、 思考题
1.试分析旋风除尘器压力损失，流量和除尘效率之间的关系？并请解释原因。
答：旋风除尘器是利用离心力来除尘的，离心力越大，除尘效果越好，离心力F=mv2/R，v为气体的切向速率，即进气口气体流速，可见在一定范围内，进口气速越高，除尘效率越高。
由式：△P=可知，旋风除尘器的压力损失与入口风速的平方成正比，即压力损失与除尘效率成正比。适当增加入口流速，能增加尘粒在运动中的离心力，使尘粒更易于分离，提高除尘效率。但是当人口速度超过临界值时，除尘效率增加的速度减慢；若流速进_步增加，除尘效率反而降低。

2.某乡镇木材加工厂车间需要进行环保除尘治理，你会选择旋风除尘器吗？为什么？试对某乡镇木材加工厂车间环保除尘治理方案进行设计。
答：我会选择旋风除尘器。木材加工车间会产生很多木屑和混合碎料，旋风除尘器结构简单，易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低，在机械式除尘器中，旋风式除尘器是效率最高的一种，它适用于非黏性及非纤维性粉尘的去除，大多用来去除5μm以上的粒子，并联的多管旋风除尘器装置对3μm的粒子也具有80～85%的除尘效率。
方案设计：对于这类木质碎料，普通的旋风分离器不可能有效地分离其中的细微碎料颗粒，造成分离效率的降低，即使是BFL一5高效型旋风分离器其排气也难以满足国家有关工业废气的排放标准。而且木屑重量都很轻，使得分离难度加大。
我选用的方法是串联多个多管旋风除尘器，这样既能保证处理速率快也能保证处理效果好。将旋风除尘器的进气口与车间生产线相接，用风机将灰尘送入除尘器内，并注意定期对除尘器灰斗进行清理。若选用的多管旋风除尘器是回流式的，还应注意使每个旋风子的压力损失大体一致，否则，在一个或几个旋风除尘器中可能会发生倒流，从而使除尘效率大大降低。为了防止倒流，要求气流分布尽量均匀，下旋气流进入灰斗的风量尽量减少，也可采用在灰斗内抽风的方法，保持一定负压，一般抽风量约为总风量的10%左右。
下图为多管旋风除尘器：