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大气污染控制工程旋风除尘器课程设计

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2020年4月19日
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旋风除尘器设计说明书
一、课程设计的题目
旋风除尘器的设计
二、 课程设计的目的
经过《大气污染控制工程》课程设计，巩固学习成果，加深《大气污染控制工程》课程的学习与理解，提高使用应用规范、手册与文献资料的能力，进一步掌握设计原则、方法步骤，达到巩固、消化课程的主要内容，锻炼独立学习研究能力，对旋风除尘器的外形结构、管道系统及总体规划做到一般的技术设计的要求，绘制旋风除尘器的结构图，掌握旋风除尘器的设计方法，培养和提高计算能力、设计和绘图水平。
三、课程设计的内容
1、了解旋风除尘器的结构以及相关工艺参数；
2、根据含尘浓度、粒度分布、密度等特征及除尘要求、允许阻力和制造条件等全面分析，合理地选择旋风除尘器的类型；
3、确定旋风除尘器的外形结构及相关尺寸安装位置；
4、绘制旋风除尘器的结构示意图和除尘器剖面图；
5、整理编写设计书。
四、旋风除尘器的特点及选用注意事项
旋风除尘器的特点：
旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。旋风除尘器具有结构简单，无传动机构及运动部件，造价低廉，占地面积小，除尘效率高，操作弹性大，不受含尘气体浓度和温度限制，维护工作量少，粉尘适应性强，但压力损失一般较高，只能有效收集粒径在5-10μm以上的尘粒，是当前应用较多的一种除尘设备。
注意事项：
1、旋风除尘器一般适用于净化密度大、粒度较粗的非纤维性粉尘，其中高效旋风除尘器对细尘也有较好的净化效果。旋风除尘器对入口粉尘的浓度变化适应性较好，可处理含尘浓度高的气体。
2、当含尘气体温度很高时，要注意保温，避免水分在除尘器内凝结，在除尘器里凝结。旋风除尘器一般只适用于温度在400℃以下的非腐蚀性气体，对于腐蚀性气体，要注意采取防腐蚀措施，对于高温气体，要采取冷却措施。
3、选择除尘器时，要根据工况考虑阻力损失及结构形式，尽可能使之动力减少，且便于制造维护。
4、根据适用允许的压力降确定进气口气速v，如果制造厂已提供有各种操作温度下进口气速与压力降的关系，则根据工艺允许的压降就可选定气速v。
5、确定旋风除尘器的进口截面A、入口宽度b和高度h，根据下式确定截面A，A=b*h=Q/v，其中，Q为烟气流量；由进口截面积A和入口宽度b及高度h确定出各部分尺寸。
6、风量波动时将引起风速的波动，对除尘效率和压力损失影响较大，因而旋风除尘器不适用于气量波动较大的场合。
7、用于净化粉尘浓度高或磨损性强的粉尘时，应对易磨损部位采用耐磨处理。旋风除尘器不宜净化粘结性粉尘，当处理相对湿度较高的含尘气体时，应注意避免因结露而造成粘结。
8、设计和运行应特别注意防止旋风除尘器底部漏风，以避免效率下降，因而必须采用气密性好的卸尘装置或其它防止底部漏风的措施。
9、旋风除尘器一般不适宜串联使用，当必须串联时，应采用不同尺寸和性能的旋风除尘器，并将效率低者作为前置净化装置。
10、当必须并联使用旋风除尘器时，应合理的设计联接各除尘器的分风管和汇风管，尽可能使每台除尘器的处理风量相等，以避免除尘器之间产生的串流，使总效率降低，因而宜对各除尘器单设灰斗。

五、旋风除尘器的结构和除尘机理及除尘效率影响因素
1.旋风除尘器的结构以及机理
旋风除尘器的结构如下图所示，当含尘气体由进气管进入旋风除尘器时，气流将由直线运动转变为圆周运动，旋转气流的绝大部分延器壁呈螺旋形向下，朝椎体流动。一般称为外旋气流，含尘气体在旋转过程中产生离心力，将重度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向下的重力延壁面下落，进入排灰管。旋转下降的外旋气流在到达椎体时，因椎体形状的收缩而向除尘器中心靠拢。根据“旋转矩”不变原理，其切向速度不断增加。当气流到达椎体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部，由下反转而上，继续做螺旋运动，即内旋气流。最后净化气体经排气管排除旋风除尘器外，一部分未被捕集的尘粒也由此遗失。
1—排气管2—顶盖3—排灰管 4—圆
锥体5—圆筒体6—进气管

2、旋风除尘器除尘效率的影响因素
影响旋风除尘器除尘效率的因素有:二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操作变量。
（1）二次效应：造成理论与实践的效率曲线的差异主要是因为二次效应，即被捕集粒子重新进入气流。在较小的粒径区间内，理应溢出的粒子聚集或者被较大尘粒撞向壁面而脱离气流获得捕集，实际效率高于理论效率；在较大粒径区间内，理应掉入灰斗的粒子反被弹回气流或沉积的气流被吹起来最后随净化空气一起排走脱离气流获得捕集，从而实际效率小于理论效率。在旋风除尘器的顶部安装环状雾化器将水喷淋到旋风除尘器内壁上，能有效地控制二次效应。
（2）比例尺寸：旋风除尘器的结构和各部分尺寸还很难用理论方法进行精确设计和计算，一般的方法先经过对除尘器性能的影响因素进行定性分析，做出模型设计，然后经过实验方法，调整模型尺寸，最后定性，并根据相似原理进行放大或缩放。
（3）烟尘的物理性质：气体的密度和黏度、尘粒的大小和相对密度、烟尘含尘浓度等都影响旋风除尘器的效率。
（4）操作变量：提高烟气入流速度，旋风除尘器分割直径变小，使除尘器性能改进，一般依照旋风除尘器的直径而选用的实际入口速度在10～25m/s范围内。

六、 旋风除尘器试计算与型号选择
1、 设计任务
一个焦炉装煤车在装煤过程中形成尘源。经过管道接入地面除尘系统，经过旋风除尘后外排。
主要设计参数：
（1）处理风量3500m3/h。烟气温度50℃
（2）除尘器入口含尘质量浓为40g/m3。
（3）除尘器入口含尘气流速度20m/s。
（4）除尘器出口含尘质量浓度小于等于100mg/ m3。
（5）除尘效率99.75%

旋风除尘器型号介绍
(1)CLG(XLG)型旋风除尘器
CLG(XLG)型旋风除尘器由多个小直径旋风管组成，具有结构简单、制造方便、压力损失小，处理气量大等特点，除尘效率视灰尘性质、浓度而异，一般为50%～90%，对粒径为10μｍ粉尘的除尘效率一般低于70%，仅适合捕集工业废气中密度和尘粒较大的、干燥的非纤维性粉尘。
(2)CLK(XLK)型旋风除尘器
CLK(XLK)型旋风除尘器的主要特点是将下锥体变成倒圆锥体，减少含尘气体向筒体中心短路至出口的可能性，减少了返混并减轻了器壁的磨损。另外，其下部的反射屏能有效防止二次扬尘，从而提高除尘效率至88%～92%，阻力约为900～1200帕斯卡，适于捕集粒径大于10μｍ的粉尘。
(3)CLT/A型旋风除尘器
CLT/A型旋风除尘器是由旋风筒体,集灰斗和蜗壳(或集风帽)三部分组成,按筒体个数区分,CLT/A型旋风除尘器有单筒,双筒,三筒,六筒CLT/A型旋风除尘器等五种组合,每种组合有两种出风形式:Ⅰ型水平出风和Ⅱ型(上部出风)。对于Ⅰ型双筒组合者,另有正中进出风和旁侧进出风两种组合形式,Ⅰ型单筒CLT/A型旋风除尘器和三筒只有旁侧时出风一种形式,四筒和六筒组合则只有正中进出风形式,对于二型各种组合,可采用上述Ⅰ型中的任意一种进风位置,CLT/A型旋风除尘器具有阻力小,除尘效率高,处理风量大,性能稳定,占地面积小结构简单,实用廉价等特点。
(4)XCX型旋风除尘器
XCX型旋风除尘器属于长椎体旋风除尘器的一种，它具有体积小、用料省、除尘效率高的优点，适用与捕集非粘结性的金属、矿物、纤维性粉尘、刨花和木屑，特别对纤维性的棉尘除尘率几乎为100%。一般情况下除尘效率为90%。
该类型除尘器有较长的锥体，一般采用锥体长度为筒体长度的2.8倍，用以提高除尘效率；直筒段长度较短，位于蜗壳和锥体之间的直筒长度可根据进气口气速选择；在排气管内设有弧形减阻器降低除尘器的阻力系数，经过设置弧形减阻器能够使阻力系数下降10.5%，单除尘效率略微降低，约0.1%-0.3%。
XCX型旋风除尘器系列共有14种规格，直径200-1600mm，每级间距100mm。单管处理气量为150-13100。当进气口气速为26m/s时，总除尘效率为98.8%，压力损失为1450Pa。XCX型旋风除尘器的最佳运行工况为进口气速为16-26m/s。

各类旋风除尘器结构尺寸：
　　D1 筒体直径、D2、D3排气管直径de、D4锥体下部直径（排灰口直径）、H芯管进口截面到锥体排灰口的距离（或称分离区高度）、H1筒体长度、H2锥体长度、a进口宽度、b进口高度、s芯管插入深度。表中列出了部分旋风器的结构参数。

常见旋风器的结构尺寸　　　　
型号
KD2
KD3
KD4
KH1
KH2
Ka
Kb
KS

Ducon-SDC
0.55
0.55
0.24
0.90
1.52
0.225
0.434
1.33

Ducon-SDM
0.535
0.535
0.24
0.90
1.52
0.234
0.593
1.33

ЦH
0.59
0.59
0.35
1.50
1.50
0.20
0.60
1.20

ЦK
0.546
0.546
0.293
0.60
1.33
0.213
0.387
1.00

CLG
0.55
0.55
0.17
1.00
2.50
0.23
0.44
0.70

CZT
0.50
0.50
0.30
0.917
2.80
0.179
0.717
0.677

XLK
0.50
0.50
0.165
2.00
3.00
0.26
1.00
1.10

XLT/A
0.60
0.60

2.62
2.00
0.26
0.66
1.50

XLP/A
0.60
0.60
0.18
2.90
1.30
0.26
0.780
0.734

XLP/B
0.60
0.60
0.43
1.70
2.30
0.30
0.60
0.46

XCZ
0.50
0.50
0.40
0.92
2.75
0.18
0.72
0.72

XCX
0.50
0.50
0.25
1.20
2.85
0.24
0.24
0.90

XCD
0.50
0.50
0.25
1.10
2.50
0.286
0.80
0.80

Stirmand(h)
0.50
0.50
0.40
1.50
2.50
0.20
0.50
0.50

Swift
0.40
0.40
0.40
1.40
2.50
0.21
0.44
0.50

井伊谷钢一
0.50
0.50
0.40
1.00
2.00
0.30
0.60
0.70

Leith-Licht
0.50
0.50
0.375
3.00
2.00
0.16
0.44
1.25

Friedland
0.69
0.69
0.40
2.00
2.00
0.25
0.50
0.62

Strn
0.50

0.50
0.40
1.25
0.75
0.20
0.45
0.62

各型号旋风除尘器压力损失系数
型号
ξ0
型号
ξ0
XCX
3.90
CLG
3.0
XLP/B
5.52
XCD
5.3
ЦH
3.86
XLP/A
7.58
ЦK
4.82
CZT
9.2
Stirmand(h)
5.40
XCZ
8.3
Swift
9.20
XCY
8.0
Stern
7.41
XCY-Ⅱ
6.5
井伊谷钢一
8.10
Friedland
12.4
Ducon-SDC
7.80
Leith-Licht
2.76
Ducon-SDM
7.60
Buell
10

选择一种除尘器进行计算
因为D越小除尘效率越高，根据表中的数据可试选用CLG高效旋风除尘器。
进口气速 则筒体的直径：
旋风除尘器的其它部件的尺寸： 
（1）入口宽度和高度a,b
a= 0.23×0.48=0.110m=110mm 
b=0.44×0.48=0.123m=123mm
（2）排出管直径:

（3）筒体长度h：

（4）锥体长度H：

(5)排灰口直径:

(6) 内筒深度:

压力损失计算，根据各型号旋风除尘器表可知CLG型旋风除尘器的压损系数 ζ =3.0，粉尘密度 ,则压力损失为：

分级效率计算。选择雷斯和利希特的径向混合模式有：

分割直径：
因而分级效率方程又能够表示为：

总除尘效率：
则根据粉煤灰的粒径分布的下表：
分级号

粒径范围

粒径个数

中点粒径

质量频度

分级效率

1
0-4
104
2
0.00021
0.9459
2
4-6
160
5
0.0054
0.9909
3
6-8
161
7
0.0151
0.9954
4
8-9
75
8.5
0.0125
0.9968
5
9-10
67
9.5
0.0156
0.9975
6
10-14
186
12
0.0873
0.9984
7
14-16
61
15
0.0723
0.9990
8
16-20
79
18
0.1253
0.9993
9
20-35
103
27.5
0.5824
0.9997
10
35-50
4
42.5
0.0835
0.9999
11
>50
0
∞
0
1
总计

1000

0.
故该除尘器的效率大于99.75%因此能够选用CLG型旋风除尘器

七、除图器尘器绘图
（附于文件内A3图纸）

八、 参考文献
[1]刘天齐.三废处理工程技术手册•废气卷.北京：化学工业出版社，1999
[2].张殿印.除尘工程设计手册. 北京：化学工业出版社，
[3].童志权.工业废气净化与利用. 北京：化学工业出版社，
[4].周兴求,叶代启.环保设备设计手册—大1气污染控制设备，北京：化学工业出版社，
[5].罗辉.环保设备设计与应用. 北京：高等教育出版社，
[6].周兴求，叶代启.环保设备设计手册[M].北京：化学工业出版社，
九、 结束语
本次课程设计中充分的发现了自己学习中的问题，也更深刻的了解到旋风除尘器的种类、结构、计算方法等知识，但在整个课程设计的过程中还是比较曲折。
网上能查找到的资料很多，可是很少能起到实在的作用。因为对于旋风除尘器的具体结构、性能和使用范围不了解因此选型就成了一个大问题，最终在网上查找到一个列举了多种除尘器型号的表，选型问题才得以解决。由于计算方法较多且部分参数取值不清楚，给数据的试算增加了很大的难度。在室友的帮助下才得以解决问题让设计顺利进行。虽然过程坎坷，但还是完成了任务。
这次的设计并不是那么的好，很多数据都缺少权威数据支撑还存在不少模糊的地方。可是毕竟是第一次接触这类设计，能写出这样的作业也不容易。设计过程中收货了许多知识，锻炼了自身水平并对旋风除尘器有了一定水平的认识。