母子式多管旋风除尘器设计

母子式多管旋风除尘器的设计

摘要

近年来，随着用煤量和城市机动车辆的迅速增加，我国一些城市的大气污染正向燃煤和汽车废气并存的混合型转化。这种混合型转化给我国大气带来了更严重的污染负担。无论是在人体健康,植物生长还是气候的变化都将会受到很大的影响。目前，全社会都呼吁“保护环境，人人有责”。而大气污染是与我们生活息息相关，因此大气污染的防治成为首当其冲的任务。因此，为了能减少大气的污染以及提高工业废气排放的质量，我们来研究一种新型的旋风除尘器——母子式多管旋风除尘器。研究的这种新型的母子式多管旋风除尘器更是具有较高除尘效率，结构紧凑、占地面积和钢材耗量少等特点，它可广泛用于各种干燥烟气的净化。本文对母子式多管旋风除尘器进行了尺寸计算和结构设计。

关键词：大气污染，母子式，多管旋风除尘器，结构设计

II

Abstract

In recent years, with coal and cities of the rapid increase of motor vehicles, some of

China's urban air pollution and vehicle emissions coal-fired positive coexistence of mixed transformation. This mixed into the atmosphere has brought to our more serious the pollution burden. Both in human health, plant growth or the climate changes will be greatly affected. At present, the whole of society have called for "the protection of the

environment is everyone's responsibility." The air pollution is closely linked with our

lives, so the air pollution control as the first task. Therefore, in order to reduce

atmospheric pollution and to improve the quality of industrial emissions, we have to

study a new type of cyclone - the mother and son multi-cyclone. The new study of the mother-multi-cyclone is higher collection efficiency, compact and less consumption of steel and covers an area of the characteristics, it can be widely used for various dry flue gas purification. In this paper, the son of multi-cyclone was calculated size and structure

design.

Key words: air pollution, the mother-and multi-cyclone, structural design

目录

第一章前言 (1)

1.1 选题背景 (1)

1.2 研究意义 (4)

第二章旋风除尘器的原理及其分类 (6)

2.1 旋风除尘器的结构及工作原理 (6)

2.1.1 旋风除尘器的三维速度分布 (7)

2.1.2 旋风除尘器的“局部二次流” (7)

2.1.3 旋风除尘器内尘粒的运动 (7)

2.2 旋风除尘器的分类 (7)

2.2.1 按除尘效率和处理风量分类 (7)

2.2.2 按进气方式来分 (8)

2.2.3 按气流组织分类 (9)

2.2.4 按清灰方式分类 (11)

2.2.5 按组合安装情况分类 (11)

2.2.6 多管旋风除尘器 (12)

2.2.7 母子式多管旋风除尘器 (14)

2.3 旋风除尘器的选用 (15)

第三章母子式多管旋风除尘器的设计 (18)

3.1 模型结构的方案设计 (18)

3.2组件的计算方案 (19)

3.2.1 旋风子的计算 (20)

3.2.2 母子多管旋风除尘器的计算 (23)

3.3 模型结构的安装 (25)

3.3.1 旋风子 (25)

3.3.2 旋风母 (26)

IV

3.3.3 灰斗 (27)

3.3.4 汇风管 (27)

3.3.5 法兰与垫片 (27)

3.4设计方案总结 (28)

第四章程序流程与经济分析 (30)

4.1程序流程 (30)

4.2经济分析 (31)

第五章总结与展望 (33)

参考文献 (34)

致谢 (35)

附录.............................................................附录 1

自动化计算程序...............................................附录 1

平面钢制管法兰盖................................................附录 7

平面型钢制管法兰用石棉橡胶垫片..............................附录10

声明 (45)

V

第一章 前言

旋风除尘器是工业中应用较为广泛的除尘设备之一，特别应用于中、小型锅炉

和多级除尘系统的一级系统，在我国具有广泛的市场 。旋风除尘器是利用含尘气

流作旋转运动产生的离心力，将尘粒从气体中分离并捕集下来的装置。旋风除尘器 与其他除尘器相比，具有结构简单、没有运动部件、造价便宜、除尘效率较高、维 护管理方便以及适用面宽的特点，对于收集 5～10μm 以上的尘粒，其除尘效率可达 90%左右。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 相离与物料气力烘干回收等。此外，旋风器亦可以作为高浓度除尘系统的预除尘器， 能与其他类型高效除尘器串联使用。旋风除尘器在砖瓦行业也得到了广泛的应用， 如原料破碎、配料、制坯等生产环节的除尘。然而，许多企业的旋风除尘器运行效 率并不高，排放指标未达到设计要求，研究和探讨旋风除尘器除尘效率影响因素， 改进现有装置的结构，设计开发新型的旋风除尘装置，对提高其除尘效率具有重要

的现实意义 。新型高效的母子式多管旋风除尘器可克服普通旋风除尘器的不足，

解决旋风子效率较低和风压不平衡等问题。

1.1 选题背景

人类在征服自然的进程中，以空前的速度建立了现代的物质文明，同时也造成了对 自然环境的破坏。人类现在的许多疾病可以认为是人类对迅速改变的环境适应性的 失调。过去人类为了生存所获得的适应性，正日益受到环境污染的挑战。环境质量 不仅关系当代人的健康，还影响到子孙后代，必须予以关注。

20 世纪 60 年代中期以后，随着工业的发展和民用煤量的加大，大气卫生质量 开始下降，引起卫生界的重视并开展一些研究，发现我国煤炭占能源结构的 70％， 城市冬季T （总 混悬微粒）、CO 日均浓 度普遍超标，NO 2浓度较低，

呈典型燃煤型 污染。

80 年代以后 ，工业和交通运输业迅猛发展，空气

污染日趋严重。河北省防疫

站在承德市 1983～1986 年的冬季空气监测中，SO 2、T 出现 3.7mg/m 、3.09mg/m 的 高浓度，已达当年伦敦烟雾事件的污染水平。环监所 1981～1992 年参加的《全球 监测系统—全国五大城市大气监测》动态研究结果表明，五城市T 年均值全部超标，

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污染水平在参加国际监测网城市中属最重之列。

近年来，随着城市机动车辆的迅速增加，我国一些城市的大气污染正向燃煤和 汽车废气并存的混合型转化。汽车尾气排出的细颗粒物（PM2.5）极易吸附有毒物 质，进入人的呼吸道深部而引起更大的危害，而推广使用无铅汽油以后汽车尾气中 挥发性有机物特别是苯系物的含量大大增加，使得大气污染变得更加复杂。

综上所述，大气污染源就是大气污染物的来源，主要有以下三个：

（1）工业 ：工业是大气污染的一个重要来源。工

业排放到大气中的污染物种 类繁多，性质复杂，有烟尘、硫的氧化物、氮的氧化物、有机化合物、卤化物、碳 化合物等。其中有的是烟尘，有的是气体。

（2）生活 炉灶与采暖锅炉：城市中大量民用生活

炉灶和采暖锅炉需要消耗大 量煤炭，煤炭在燃烧过程中要释放大量的灰尘、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等 有害物质污染大气。特别是在冬季采暖时，往往使污染地区烟雾弥漫，呛得人咳嗽， 这也是一种不容忽视的污染源。

（3）交通 运输：汽车、火车、飞机、轮船是当代

的主要运输工具，它们烧煤 或石油产生的废气也是重要的污染物。特别是城市中的汽车，量大而集中，排放的 污染物能直接侵袭人的呼吸器官，对城市的空气污染很严重，成为大城市空气的主 要污染源之一。汽车排放的废气主要有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和碳氢化合 物等，前三种物质危害性很大。

大气污染带来的危害主要有以下几个方面：

（1）对人 体健康的危害：人需要呼吸空气以维持

生命。一个成年人每天呼吸 大约 2 万多次，吸入空气达 15～20 立方米。因此，被污染了的空气对人体健康有 直接的影响。大气污染物对人体的危害是多方面的，主要表现是呼吸道疾病与生理 机能障碍，以及眼鼻等粘膜组织受到刺激而患病。

比如，1952 年 12 月 5～8 日英国伦敦发生的煤烟雾事件死亡 4000 人。人们把 这个灾难的烟雾称为"杀人的烟雾"。据分析，这是因为那几天伦敦无风有雾，工厂 烟囱和居民取暖排出的废气烟尘弥漫在伦敦市区经久不散，烟尘最高浓度达 4.46 毫克/米 ，二氧化硫的日平均浓度竟达到 3.83 毫升/米 。二氧化硫经过某种化学反 应，生成硫酸液沫附着在烟尘上或凝聚在雾滴上，随呼吸进入器官，使人发病或加 速慢性病患者的死亡。

由上例可知，大气中污染物的浓度很高时，会造成急性污染中毒，或使病状恶

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3

化，甚至在几天内夺去几千人的生命。其实，即使大气中污染物浓度不高，但人体成年累月呼吸这种污染了的空气，也会引起慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿及肺癌等疾病。

（2）对植物的危害：大气污染物，尤其是二氧化硫、氟化物等对植物的危害

是十分严重的。当污染物浓度很高时，会对植物产生急性危害，使植物叶表面产生伤斑，或者直接使叶枯萎脱落；当污染物浓度不高时，会对植物产生慢性危害，使植物叶片褪绿，或者表面上看不见什么危害症状，但植物的生理机能已受到了影响，造成植物产量下降，品质变坏。

（3）对天气和气候的影响：大气污染物对天气和气候的影响是十分显著的，

主要有以下几个方面：减少到达地面的太阳辐射量，增加大气降水量，形成酸雨，增高大气温度，影响全球气候。

因此，我们应该针对大气污染的严重性，采取相应的预防措施和治理方法来保护我们的生存环境。旋风除尘器就是一种很好的治理大气污染的机械设备。旋风除尘器在我国的发展可以概括为三个阶段:五十年代是学习；六十年代是模仿；七十

年代是研究。建国初期国内常用的CLT型、CLG型、C型等旋风除尘器，这就是

第一阶段学习和引进国外产品。进入六十年代后，在学习和引进国外先进技术的基础上，开始了模仿和研究试验，像双级涡旋型、CLP型、龙卷风(旋流式)型等就是

这期间的代表。进入七十年代后，特别是粉碎“四人帮”以来，旋风除尘技术得到了迅速发展。与六十年代相比，研制单位由几家发展到二十余家，专业制造厂由几家猛增到几十家。

尽管旋风除尘器得发展速度很快，但是旋风除尘器自身也存在一些弊端，比如：对捕集微细粉尘的效率不高，还有由于除尘效率随筒体直径增加而降低，单个除尘器的处理风量有一定局限等等。由此看来，提高旋风除尘器的效率成为一个必然的过程。因此，如何提高旋风除尘器除尘效率是当前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。当前，旋风除尘器许多理论还待研究和探讨，尽管如此，旋风除尘器仍以其结构简单、体积小、制造维修方便、除尘效率较为理想等优点，成为目前很多企业主要除尘设备之一。随着对旋

风除尘器认识的进一步的深入和完善，它必将在行业除尘中发挥更大的作用 1.2 研究意义

。

我国是世界上环境污染最为严重的国家之一，从城市到乡村，我国的大气、河 流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。贵阳、重庆、北京、兰州等五个 城市位于世界十大空气 污染最严重的城市中之列，全国 600 多个城市中、大气质 量符合国家一级标准的不足 1%。全国范围的酸雨危害的程度和区域日益扩大。全 国每年污水排放达 360 亿吨，仅 10%的生活污水 和 70%的工业废水得到处理，其 中约有一半工业污水处理设施的出水达不到国家排放标准。其他未经处理的污水直 接排入江河湖海，致使我国的水环境遭受严重污染和破坏。据统计，全国七大水系 和内陆河流的 110 个重点河段中，属 4 类和 5 类水体的占 39%；城市地面水污染普 遍严重，并呈进一步恶化的趋势，136 条流经城市的河流中，属 4 类、5 类和超过 5 类标准的高达 76。8%；约 50%的城市地下水受到不同程度的污染；全国大淡水 湖如滇池、太湖和巢湖等富营养化程度逐年加剧；一些地区的饮用水源受到严重污 染，对人民健康造成严重危害。城市垃圾和工业固体废弃物与日俱增，工业废弃物 累计堆积量已超过 66 亿吨，占地超过 5 万公顷，使 200 多个城市陷入垃圾包围之 中。严重的生态破坏，加重了 1998 年的长江洪水灾难，给人民的生命财产及国民 经济造成了严重损失。

随着 2008 年的到来，全世界迎来了第二十九届奥运会，此次奥运会将在北京 举行，为了本次奥运会能够顺利地进行，治理和保护环境成为了我们国家首要的任 务。目前，全社会都呼吁“保护环境，人人有责”。而大气污染是与我们生活息息相 关，因此大气污染的防治成为首当其冲的任务。

我们都知道大气污染将给我们带来巨大的危害，因此，我们不仅要严格遵守大 气污染的防治措施，而且我们还要应用先进的科学技术去创造更有价值的仪器和设 备，更好的帮助国家治理环境。在众多的环保设备中，旋风除尘器是最功不可没的 环保设备之一，下面我们就来了解有关旋风除尘器方面的知识。

旋风除尘器是工业中应用较为广泛的除尘设备之一，特别应用于中、小型锅炉

和多级除尘系统的一级系统，在我国具有广泛的市场 。旋风除尘器是利用含尘气

流作旋转运动产生的离心力，将尘粒从气体中分离并捕集下来的装置。旋风除尘器 与其他除尘器相比，具有结构简单、没有运动部件、造价便宜、除尘效率较高、维

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护管理方便以及适用面宽的特点，对于收集 5～10μm 以上的尘粒，其除尘效率可达 90%左右。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 相离与物料气力烘干回收等。此外，旋风器亦可以作为高浓度除尘系统的预除尘器， 能与其他类型高效除尘器串联使用。旋风除尘器在很多行业也得到了广泛的应用， 如原料破碎、配料、制坯等生产环节的除尘。然而，许多企业的旋风除尘器运行效 率并不高，排放指标未达到设计要求，研究和探讨旋风除尘器除尘效率影响因素，

对提高其除尘效率具有重要的现实意义 。

其实，很多中小型锅炉的烟气除尘主要采用旋风除尘器。最主要的就是旋风

除尘器是利用烟气沿壁高速旋转而产生的离心力，使烟尘分离。由于离心力可比重 力大几千倍，因此它能捕集细灰，旋风除尘器结构简单，适应性强，种类繁多，运 行操作与维护方便，可在高温条件下工作、所以在烟气除尘中应用最广泛，历史最 长，在近百年的实践中不断有发展，型式也最多。从国内外的研究和实践分析，旋 风除尘器是工业中应用较广泛的除尘器设备之一。旋风除尘器是机械除尘器中效率 最高的除尘器，

之所以旋风除尘器是机械式除尘器中效率最高的除尘器，是因为旋风除尘器具

有很多的优点 ：

①设备结构简单，造价低。

②除尘器中没有活动部件，维修方便。

③耐高温，可承受高压，高温，如采用特殊的高温材料，可以承受更高的温度。 ④可承受高压（正压和负压），可以对高压气体进行除尘。

⑤采用干式旋风除尘器，可以捕集干灰，便于粉料的回收利用。

⑥除尘器内敷设耐磨衬后，可净化含高磨蚀性粉尘的烟气。

综上所述，由于旋风除尘器经历了 100 多年的发展历史，其被广泛应用于工业 除尘特别是应用于小型锅炉和多级除尘的预除尘中它是利用旋转气流对粉尘产生 离心力使其从气流中分离出来的我们根据旋风除尘的特点研制出除尘效率更高阻

力损失更小的旋风除尘器从而达到环保节能的目的 。我们可以看出旋风除尘器的

特点是低阻高效这恰恰为解决当前的能源危机和环保问题指明了一条可行之路因

此我们可以根据实际情况有重点地发展某种型式的除尘器使之更适合我国的国情。

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第二章 旋风除尘器的原理及其分类

2.1 旋风除尘器的结构及工作原理

旋风除尘器的结构见图 2-1。当含尘气流由进气管进入旋风除尘器时，气流将 由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿器壁呈螺旋形向下，朝锥体流动。 通常称此为外旋气流。含尘气体在旋转过程中产生离心力，将重量大于气体的尘粒 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 沿壁面下落，进入排灰管。旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因锥体形的收缩而 向除尘器中心靠拢。根据“旋转矩”不变原理，其切向速度不断提高。当气流到达锥 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 作螺旋流动，即内旋气流。最后净化气体经排气管排出器外。一部分未被捕集的尘

粒也由此逃逸 。常用的普通除尘器以切向式为主。简单的说就是含尘气流进入一

般切向式旋风除尘器，尘粒在离心力作用下向外壁移动，到达外壁的尘粒在气流和 重力作用下，沿壁而流入灰斗，被分离后的干净气流从中心上旋排出实际上，旋风

除尘器内部的气流流动和尘粒运动状态都是十分复杂的 。

图

2-1 旋风除尘器的一般结构组成示意图 1~进气管 2~排气管 3~顶盖 4~圆柱体 5~圆锥体 6~上旋流

7~下旋流

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