CLTA旋风除尘器设计说明书.doc

CLT/A

旋风除尘器

设计说明书

学院：环境科学与工程学院

专业：环境工程

姓名：

学号：200710701141 指导老师：唐晓龙

目 录

一.简介············································· 二.旋风除尘器的结构及特点···························

三.旋风除尘器原理及其优点···························

四.选型依据·········································

五.影响旋风除尘器效的因素···························

六.影响旋风除尘器压降的因素·························

七.结论与建议·······································

八．参考文献········································

一、简介

旋风除尘器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-固分离装置.旋风除尘器用于工业生产以来，已有百余年历史。该类

分离设备、机构简单、制造容易、造价和运行费用较底，对于捕集分离5～μm

以上的较粗颗粒粉尘，净化效率很高所以在矿山、冶金、耐火材料、建筑材料、

煤 炭、化工及电力工业部门应用极为普遍。但旋风除尘器对于5～μm以下的

较细颗粒粉尘（尤其是密度小的细颗粒粉尘）净化效率极低所以旋风分离器通常

用于粗颗粒粉尘的净化或用于多级净化时的初步处理

二、旋风除尘器的结构及特点 旋风除尘器也称作旋风分离器，是利用器内旋转的寒碜气体所产生的离心

力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气固分离装

置。它主要由排灰管、圆锥体、圆柱体、进气管、排气

管以及顶盖组成。

旋风除尘器具有以下特点：

1. 结构简单，器身无运动部件，不需要特殊的附属

设备，占地面积小，制造，安装投资较少。

2. 操作维护简便，压力损失中等，动力消耗不大，

运转，维护费用较低。

3. 操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度，

温度限制。对于粉尘的物理性质无特殊的要求同时可根

据化工生产的不同要求，选用不同的材料制作或内衬不

同的耐磨，耐热的材料，以提高使用寿命。

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。

CLT/A型旋风除尘器主要由旋风筒体、集灰斗、蜗壳（或集风帽）组成，有

两种出风方式：X型（水平出风）一般用于负压操作；Y型（上部出风）一般用

于正或负压操作。

CLT/A型旋风除尘器为基本型旋风除尘器，属螺旋型旋风除尘器。其顶盖板 做成下倾15°的螺旋切线形，含尘气体进入除尘器后，沿倾斜顶盖的方向做下

旋流动，而不致形成上灰环，可消除引入气流向上流动而形成的小旋涡气流，减

少动能消耗，提高除尘效率。它的另一个特点是筒体细长和锥体较长，而且锥体

锥角较小，能提高除尘效率，但压力损失也较高。

所以，旋风除尘器广泛用于工业炉窑烟气除尘和工厂通风除尘，工业气力输

送系统气固两相分离与物料气力烘干回收等。 三、旋风除尘器的工作原理及其优点

1. 旋风除尘器工作原理

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。

2. 旋风除尘器的优点

按照前面轴向速度对流通面积积分的方法，一并计算常规旋风除尘器安装了不同

类型减阻杆后下降流量的变化，并将各种情况下不同断面处下降流量占除尘器总

处理流量的百分比绘入，为表明上、下行流区过流量的平均值即下降流量与实际

上、下地流区过流量差别的大小。可看出各模型的短路流量及下降流量沿除尘器

高度的变化。与常规旋风除尘器相比，安装全长减阻杆1#和4#后使短路流量增 加但安装非全长减阻杆H1和H2后使短路流量减少。安装1#和4#后下降流量

沿流程的变化规律与常规旋风除尘器基本相同，呈线性分布，三条线近科平行下

降。但安装H1和H2后，分布呈折线而不是直线，其拐点恰是减阻杆从下向上

插入所伸到的断面位置。由此还可以看到，非全长减阻杆使得其伸至断面以上各

断面的下降流量增加，下降流量比常规除尘器还大，但接触减阻杆后，下降流量

减少很快，至锥体底部达到或低于常规除尘器的量值。

短路流量的减少可提高除尘效率，增大断面的下降流量，又能使含尘空气在

除尘器内的停留时间增长，为粉尘创造了更多的分离机会。因此，非全长减阻杆

虽然减阻效果不如全长减阻杆，但更有利于提高旋风除尘器的除尘效率。常规旋

风除尘器排气芯管入口断面附近存在高达24%的短路流量，这将严重影响整体

除尘效果。如何减少这部分短路流量，将是提高效率的一个研究方向。非全长减

阻杆减阻效果虽然不如全长减阻杆好，但由于其减小了常规旋风除尘器的短路流

量及使断面下降流量增加、使旋风除尘器的除尘效率提高，将更具实际意义。

四、选型依据 确定旋风除尘器几何尺寸

确定进口面积

Fi=a×b=

其中， a——进气口高度；

b——进气口一侧宽（双筒进气口相同）；

现在需要确定Q

因为，PV=nRT ；同样，PNVN=nRTN

所以nR== ，同时又能推出=

已知，QN=2800 Nm3/h ，PN=101325 Pa ，TN=273K ，

P=101325+(-340)=100985Pa ，T=273+250=523K

可算出Q===5382.1621 m3/h Fi=a×b===0.04397 m2

又因为，根据经验可知

a:b=2～3，此处取a=2b

所以，2b2=0.0427

；

计算后得b=0.148 m a=0.297m；

筒体尺寸D0和

h

D0——旋风除尘器筒体直径

h——筒体高度

b=(0.2～0.25) D0

，所以D0= (4～5)b

我们取D0=4b=0.593m

； 圆整D0=0.6m

所以b=0.15 m ， a=0.3m；圆整Vi=16.6/s；

h=1.5 D0=0.9 m 五、影响旋风除尘器效率的因素

5

55

5.1

.1.1

.1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。

5

55

5.1.1

.1.1.1.1

.1.1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。切向进气的进口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。

5

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5.1.2

.1.2.1.2

.1.2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，筒体直径

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

筒体和锥筒体两部分高度之和。增加筒体总高度，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，在筒体总高度

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。

5

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5.1.3

.1.3.1.3

.1.3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0.5~0.6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

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5.1.4

.1.4.1.4

.1.4排灰口 排灰口的大小与结构对除尘效率有直接的影响。增大排灰口直径可使

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）Dc。

5

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5.2

.2.2

.2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。

5

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5.2.1

.2.1.2.1

.2.1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。在

圆周运动(或曲线运动)中粉尘所受到的离心力为：F=ma

式中：F——离心力，N；

m——粉尘的质量，kg；

a——粉尘的离心加速度，m/s2。

因为，a=VT2/R

式中：VT——尘粒的切向速度，m/s；

R——气流的旋转半径，m。

所以，F=mVT

2/R

可见，在旋风除尘器的结构固定(R不变)，粉尘相同(m稳定)的情况下，

增加旋风除尘器入口的气流速度，旋风除尘器的离心力就愈大。而旋风除

尘器的进口气量为：Q=3 600 AVT

式中：Q——旋风除尘器的进口气量，m3/h； A——旋风除尘器的进口截面积，m2。 所以，在结构固定(R不变，A不变)、粉尘相同(m稳定)的情况下，除

尘器入口的气流速度与进口气量成正比，而旋风除尘器的进口气量是由引

风机的进风量决定的。

可见，提高进风口气流速度，可增大除尘器内气流的切向速度，使粉

尘受到的离心力增加，有利提高其除尘效率。但进风口气流速度提高，径

向和轴向速度也随之增大，紊流的影响增大。对每一种特定的粉尘旋风除

尘器都有一个临界进风口气流速度，当超过这个风速后，紊流的影响比分

离作用增加更快，使部分已分离的粉尘重新被带走，影响除尘效果。 5

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5.2.2

.2.2.2.2

.2.2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：η=(1－So/Si)×100%

式中：η——除尘效率；

So——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，则要降低入口粉尘浓度，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。

六、影响旋风除尘器压降的因素

1. 进口管的摩擦损失。2.气体进入旋风除尘器时，因膨胀或压缩而造成的能

量损失。3.气体在旋风除尘器与器壁的摩擦所引起的能量损失。4.旋风除尘器内

气体因旋转而引起的能量损失。5.排气管内的摩擦损失，同时旋转运动较直线运

动消耗需要更高的能量。6.排气管内气体旋转时的动能转化成静压能的损失。

七、 结论与建议

计算得排放浓度为

7.01g/m3，由下表得排放不达标。

因此，提出以下建议以提高除尘效率。

1. 保证排灰口的严密性

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。含尘气体进人

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率

和径向速率的分布决定的。气流在筒内作圆周运动，外侧的压力高于内侧，而在

外壁相近静压最高，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，略不严密，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，若不能持续及时地排出，高浓度粉尘就会在底部流转。

2. 设置灰尘隔离室

设置灰尘隔离室，即采用旁路式旋风除尘器，它主要是在平凡旋风除尘器的

基础上增加一个螺旋形的旁路分离室，在除尘器顶部形成的上涡旋粉尘环，从旁

路分离室引至锥体部分。这样可以使导致除尘效率降低的二次流变为能起粉尘聚

集作用的上涡旋气流，提高除尘效率。

3. 改进除尘器的结构

旋风除尘器在结构上主要改进如下： ①进口管下斜5~10°，使气流在旋转的

同时保证了向下的旋转。并且下倾角确保了尘粒反弹时绝对折射朝下。在传统旋

风除尘器结构中，由于气流从上部切线标的目的进入除尘器后向下旋转，引起除

尘器顶部倒空形成上涡旋气流产生顶部灰环，灰环在气管进口处与已净化废气的

上旋气流混淆，而后经排气管排出除尘器；②进口管采用180°的半圈螺旋管代

替了传统型的直吹进筒，从而进一步保证了气流的“下旋”，确保尘气高速旋转起

来后才进筒；③锥体长度加长并采用20°小锥角，增加了气流在分离器中的逗留

时间，有利于小颗粒的沉降完全，且使向下旋转的气体平缓地转变成折转向上的

旋转，从而使除尘效率得以提高；④除尘器下设缓冲料斗，有效改善废气在筒体

内的流动工况，削减了灰斗的反混现象和下灰环可能产生的二次扬尘。

如何提高旋风除尘器除尘效率是当前饲料行业需要解决的一个重要课题。研 究和分析影响旋风除尘器除尘效率的因素，是设计、选用、管理和维护旋风除尘

器的前提，也是探求提高旋风除尘器除尘效率途径的必由之路。由于旋风除尘器

内气流速度及粉尘微粒的运动等都较为复杂，影响其除尘效率的因素较多，需要

我们进行全面分析，综合考虑，寻求最优设计方案和运行管理方法。

八、 参考资料 [1] 陈家庆.环保设备原理与设计[M].北京:中国石化出版社,2008:458～468.

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