旋风除尘器讲义

• ξ的求法： • 1）Shepherd—Lapple式，
BH ξ =k Da
2）Louis—Thodore式，
HB D ξ = 7.38 2 kDe L1
1 3 1 3
D L 2
（二）捕集效率
• 1．经验式：水田木村典夫 1
dp η d = 1 − exp − 0.693 d c 50
•
• 2．流体性质
• 对于气体而言，µ增大对除尘不利，dcp增 大，效率减小。温度增大，则µ增大，温 度高或µ增大都会使效率减小。 • 粉尘粒径与密度：离心力跟粒径的三次 方成正比，向心力跟粒径的一次方成正 比。综合来说，dp增大则效率增大，又 1 因为 2
d c 50 ∝ 1 ρp
四、旋风除尘器的设计
• • • • 步骤： 步骤： 尺寸比例确定； 旋风除尘器的压力降； 效率。
• （一）尺寸比例 • 1 ． 筒体直径 D：D愈小，愈能分离细小颗粒， 筒体直径D 但过小易引起堵塞。 2 Vr < 500 m / s • 为此，有人用 r • 作为限制指标。D：150-200mm～800-1100mm • 若处理气量大，可并联使用或采用多管式旋 风器。
一、工作原理
1．除尘器内气流与尘粒的运动 ．
• 气流从宏观上看可归结为三个运动：外 涡旋、内涡旋、上涡旋。
内
上
外
• 含尘气流由进口沿切线方向进入除尘器后，沿器 壁由上而下作旋转运动，这股旋转向下的气流称 为 外涡旋 （ 外涡流 ），外涡旋到达锥体底部 外涡旋（ 转而沿轴心向上旋转，最后经排出管排出。这股 向上旋转的气流称为 内涡旋 （ 内涡流 ） 。 外 内涡旋（内涡流） 涡旋和内涡旋的旋转方向相同，含尘气流作旋转 运动时，尘粒在惯性离心力推动下移向外壁，到 达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落 入灰斗。 • 气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部压力下 降，一部分气流会带着细尘粒沿外壁面旋转向上， 到达顶部后，在沿排出管旋转向下，从排出管排 出。这股旋转向上的气流称为上涡旋。
§5-3 旋风除尘器 cyclone separator
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，用来分离粒径大于10µm的 尘粒
• 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，用来分离粒 径大于5—10µm以上的的颗粒物。工业上 已有100多年的历史。 • 特点：结构简单、占地面积小，投资低， 操作维修方便，压力损失中等，动力消 耗不大，可用于各种材料制造，能用于 高温、高压及腐蚀性气体，并可回收干 颗粒物。 • 缺点：效率80%左右，捕集<5µm颗粒的 效率不高，一般作预除尘用。
• B. 径向速度Vr： 径向速度Vr： Vr
• 假设内外涡旋的交界面是圆柱面，外涡 旋均匀通过该柱面进入内涡旋，那麽认 为气流通过此圆柱面时的平均速度就是 外涡旋气流的平均径向速度Vr。
•
Q——处理气体量； F——假想圆柱面 表面积。
二、临界粒径与压降
• 1.半分离直径cut diameter • 分级效率为50%的粉尘粒径为半分离直 半分离直 径或切割直径d 径或切割直径dc50。 • 临界粒径dcp愈小，除尘效率愈高。 • 2.除尘器内的压力 降pressure drop 除尘器内的压力
• •
• 经验法：①计算所要求的除尘效率η； 经验法：
②选定除尘器的结构型式； ③根据选用的除尘器的η—Vi实验曲 线，确定入口风速Vi； • ④根据气量Q，入口风速Vi计算进口 面积A； • ⑤由旋风器的类型系数 k = A 2 D • 求除尘器筒体直径D，然后便从手册中查 到所需的型号规格。 • •
Q = 2πri LiVr
• 2．阻力：∆ P 阻力：
•
= ξ
V
2 2
ρ
2g
ξ——阻力系数 • 缺乏实验数据时，可用下式表示： • KA D • ρ = 2 d pp L + H
• • • • •
Tn P ∆ P = ∆ Pn TP n K——常数，等于20—40； A——进口面积，a×b； L——筒体长度； H——锥体长度； dpp——排出管直径。 1ຫໍສະໝຸດ 2• （二）设计的主要内容
• 根据粒径dp算出1）Vt； • 2）初始确定：V、H,，根据求长度L。 • 3）根据进气量Q求宽度B，Q=VBH.
• 所以，ρp小，难分离 ，影响捕集效率。
• 3．分离器的气密性
• 漏风率：0% 、 5% 、 15% • η： 90%、 50%、 0 • 要求保证旋风器的严密性。 • 旋风器一般：①用于粒子较大（>10µm） 的场合； • ②除尘效率不太高； • ③浓度较高时作为初级处理； • ④可串联使用。
• 2．入口尺寸（圆形和矩形） 入口尺寸（圆形和矩形）
• 为减小颗粒的入射角，一般采用矩形（长H、 宽B、面积A、） A HB
k = D
2
=
D2
•
类型系数k一般取0.07-0.3，蜗壳型入口的k 较大，D较小，处理气量Q大，H/B为2-4。
• 3．排气管：多为圆形，且与筒体同心，一般 排气管：
d=(0.4-0.6)D0。 • 深度h：切线式h小，则压损小，但效率降低。 经验取h≈)De或稍低于入口管底部。
外涡旋 内涡旋 D Di
壁
2．气流的速度
• a．切向速度Vt 切向速度Vt
• 外涡旋 外涡旋：Vt随半径r的减小而增大，在内外涡旋 的 交 界 面 上 Vt 最 大 ， 交 界 面 半 径 r0≈(0.66～ 0.65)rp，rp为排出管半径。 • 内涡旋：Vt随半径r的减小而减小。 内涡旋： Vt ∗ r n = 常数 • 某一断面上的切向速度分布规律为： • 外旋：n=0.5，有 Vt ∗ r 2 = c • 内旋：n=-1， 有 Vt / r = ω — —常数 • 内外交界面：n=0，有Vt=常数，最大，对应直 径为Di,Di=(0.6～1.0)De(排气管直径)。
除尘器内的压力 分布 pressure distribution
压 力 分
全压
布
静压
尘粒在旋风器中受到两个力的作用
a.离心力 b.向心力
ft · fd ft · · fd Vt
：
Vr
• 离心力ft： 离心力f • 向心力fd：
•
Vt 2 π 3 Vt 2 ft = m = d ρ p (球形) r 6 r
Vt2 900 Ft = r = 0 . 1 ≈ 900 重力 g 9 .8
• 离心力远远大于重力，故重力可忽略。
• 半分离直径的求法： 半分离直径的求法：
• 1． 拉波尔经验表达式 ： 适用于切线、螺旋、 ． 拉波尔经验表达式： 蜗壳式入口旋风器。 1 • gµHB 2 2 d c 50 = ρ Qθ p L2 L1 + 2 = π (2L + L ) θ = 2πN = 1 2
• 4．筒体L1 \锥体L2： 筒体L 锥体L
• • • • L1=（1.4-2.0）D L2=（2.0-3.0）D L1+ L2≤5D≈（3-4）D L1/ L2≈1.5/2.5较宜。
• 5．圆锥角α：一般取20˚-30˚ 圆锥角α • 6．排尘口直径Dc：Dc=(0.25-0.5)D0，一般 排尘口直径Dc
H H
• H、B——气流入口的宽度与高度； • L1、L2——圆筒与圆锥的高度。
• 临界粒径dcp 临界粒径d
• 根据假想圆筒理论求取 • 由 ft=fd 得：
d cp
18µVr y 0 = 2 ρ 0V0t
1 2
• r0——假想圆柱面半径 • 当处理气量为Q(m3/s)时，则 • 代入上式得： 1 9 µQ 2 • d cp = 2 πLi ρ pVθ
n +1

• n = 1 − [1 − 0.67 D 0.14 ] T 283 D——旋风器的直径 • • 2．由 η 与 d p d 的关系图查取 50 • 3． η总 = ∑ ∆Riη di
0.33
（四）影响效率的因素
• 1．工作条件 ． • 1）进口速度 I,VI增大，则切向速度Vθ增大，dcp减小，效 ）进口速度V
Dc≥70mm
重力沉降室的设计
• （一）设计要求 • 1．保证粉尘能沉降，L足够长； • 2．气流在沉降室的停留时间要大于尘粒 沉降所需的时间。 L ≥ H V V • 3．能100%沉降的最小粒径
t
d min =
18 µ HV t 18 µ V t min = ρpg g ρ p gL
三、旋风除尘器的分类及选型
• （一）旋风除尘器的分类
• 1．按气体流动状况分： 按气体流动状况分：
• 切流返转式旋风除尘器：常用的型式为直入式 和螺壳式。含尘气体由筒体沿侧面沿切线方向 导入。 • 轴流式旋转除尘器：轴流直流式和轴流反旋式。
• 2 ． 按结构形式分 ：圆筒体、长锥体、旁通
式、扩散式。
• 2．气流的速度 • 为方便，常把内外旋流气体的运动分解 为三个速度分量：切向速度Vθ、径向速 度Vr、轴向速度Vz。 • 1）切向速度 • 切向速度是决定气流合速度大小的主要 速度分量，也是决定气流质点离心力和 颗粒捕集效率的主要因素。
气 流
切向速度的分布
中 心
Di De
速 外 度 筒 分 布
率增大。但不能过大，过大会影响气流运动的方向（剧烈、 方向混乱），破坏了正常的涡流运动，另外阻力会加大，故 常选用V2=12—25m/s。
• 2）除尘器的结构尺寸 ）
• 一般而言，直径越小，Ft越大，则效率越小，过小易逃逸。 出口管直径减小，则r0减小，减少了内涡旋，则效率增大。 但dpp减小阻力会增大，故不能太小。 • 筒体长度增大，则效率增大，但过大阻力会增大，所以，筒 体长度不大于5倍筒体直径。另外，希望锥体长度大一点， 这样会使切向速度大和距器壁短。 • 旋风器斜放对效率影响不大。