旋風(fēng)除塵器的設(shè)計
梁紅梅
天津新華能源設(shè)備科技有限公司 301900
摘 要 通過對旋風(fēng)除塵器的設(shè)計結(jié)構(gòu)分析，說明旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)對旋風(fēng)除塵器除塵性能和壽命的影響，及提高旋風(fēng)除塵器的性能的途徑；為旋風(fēng)除塵器的使用制作和提高旋風(fēng)除塵器的性能提供借鑒和參考。
關(guān)鍵詞 旋風(fēng)除塵器 系統(tǒng)阻力 除塵計算 鑄鐵內(nèi)襯
1概述
在小氮肥企業(yè)中，造氣工段的半水煤氣發(fā)生爐后面都要布置旋風(fēng)除塵器。由于半水煤氣發(fā)生爐的工藝要求，進入到旋風(fēng)除塵器的半水煤氣中帶有大量的灰塵（灰塵的直徑為不一，最大粉塵顆粒徑可達2mm，最小的粉塵顆粒徑≤5цm）;并且旋風(fēng)除塵器的除塵效果的好壞直接影響后面工段的廢熱鍋爐的使用壽命。隨著環(huán)保要求的越來越嚴和氮肥企業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)的時間越來越長,旋風(fēng)除塵器的作用也得到氮肥企業(yè)的重視。旋風(fēng)除塵器的除塵效果和使用壽命是旋風(fēng)除塵器的兩大指標(biāo)。
2．旋風(fēng)除塵器的除塵效率的設(shè)計
2.1旋風(fēng)除塵器的分離理論及工作原理
旋風(fēng)除塵器由筒體、錐體、進氣口、排氣管、和卸灰口等組成，如圖1。旋風(fēng)除塵器的工作過程是當(dāng)含塵氣體由切向進氣口進入旋風(fēng)除塵器時,氣流將由直線運動變?yōu)閳A周運動。旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分沿器壁自圓筒體呈旋轉(zhuǎn)形向下、朝錐體流動，稱此為外旋氣流。含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力，將密度大于氣體的塵粒甩向器壁。塵粒一旦與器壁接觸，便失去徑向慣性力而靠向下的動量和向下的重力沿壁面下落，進入排灰管。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣體到達錐體時，因圓錐形的收縮而向中心靠攏。根據(jù)“旋轉(zhuǎn)矩”不變原理，其切向速度不斷提高，塵粒所受離心力也不斷加強。當(dāng)氣流達到錐體下端時，即以同樣的旋轉(zhuǎn)方向從旋風(fēng)除塵器中部，由下反轉(zhuǎn)向上，繼續(xù)做螺旋流動，即內(nèi)旋氣流。最后凈化氣體經(jīng)排器氣管排出管外。
2.2旋風(fēng)除塵器的除塵效率
分級除塵效率是按塵粒粒徑不同分別表示的除塵效率，其能夠反映除塵器對某種粒徑塵粒分離捕集能力。
旋風(fēng)除塵器的分級除塵效率公式：
ηp =１－e-0.6932dp/dc50 （1-1）
式中ηp——粒徑為dp的塵粒的收塵效率，％
dp——塵粒直徑，цm
dc50——旋風(fēng)除塵器的50%臨界粒徑，цm
旋風(fēng)除塵器的總除塵效率可根據(jù)其分級除塵效率及粉塵的粉塵的粒徑分布計算。對式（1-1）積分，得到旋風(fēng)除塵器總除塵效率的計算式如下：
η=0.6932dt/(0.6932dt+dc50)×100%
dt=∑nidi4/∑nidi3
式中η—旋風(fēng)除塵器的總除塵效率，%
dt——煙塵的質(zhì)量平均直徑，цm
dt——某種粒級煙塵的直徑，цm
ni——粒徑為di的煙塵所占的質(zhì)量百分數(shù)，%
由上面的公式分析，影響旋風(fēng)除塵器效率的主要因素有以下幾種：
2.2.1入口流速。旋風(fēng)除塵器進口煙氣流速增大，煙塵受到的離心力增大，旋風(fēng)除塵器的dc50臨界粒徑減小，收塵效率提高。
2.2.2旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)尺寸。旋風(fēng)除塵器筒體直徑越小，在同樣切線速度下，塵粒所受離心力越大，除塵效率越高。
2.2.3粉塵粒徑與密度。由于塵粒所受離心力與粒徑的三次方成正比，而所受徑向氣體阻力僅與粒徑的一次方成正比，因而大粒子比小粒子更易捕集。
2.2.4旋風(fēng)除塵器的氣密性。當(dāng)漏氣量達到旋風(fēng)除塵器處理量15%，除塵效率幾乎為零。
2.3旋風(fēng)除塵器的流體阻力計算
旋風(fēng)除塵器的流體阻力可主要由進口阻力、旋渦流場阻力和排氣管阻力三部分組成，計算式如下：
△P=ξp2v2/2
△ P——旋風(fēng)除塵器的流體阻力，Pa
ξ——旋風(fēng)除塵器的流體阻力系數(shù)，（一般取得6.5）
v——旋風(fēng)除塵器的流體速度，m/s
p2——煙氣密度，kg/m3
由上面的公式分析，影響旋風(fēng)除塵器效率的主要因素有以下幾種：
2.3.1結(jié)構(gòu)形式的影響。若旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)形式相同，則旋風(fēng)除塵器的阻力系數(shù)ξ相同。若進口的流速相同，壓力損失基本不變。
2.3.2進口風(fēng)量的影響。壓力損失與進口流速的平方成正比，因而進口風(fēng)量較大時，壓力損失隨之增大。
2.3.3旋風(fēng)除塵器的尺寸的影響。進口面積增大，排氣管徑減小，壓力損失隨之增大；隨圓筒與錐體部分長度的增加而減小。
2.3.4氣體密度變化的影響。壓力損失隨氣體密度增大而增大。
3旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計（圖2）
3.1旋風(fēng)除塵器的入口設(shè)計
旋風(fēng)除塵器的進口氣體流速一般取值為15—22m/s。由含塵氣體的總量除以進口流速計算出旋風(fēng)除塵器入口截面積。入口的高度（H）一般為寬度（B）的二倍。
旋風(fēng)除塵器的切向入口結(jié)構(gòu)通常采用橫截面是矩形的流道。但旋風(fēng)除塵器的前面的管道多為圓形，就需要一個從圓形到矩形的過度段。（圖3）由于流動的流道發(fā)生變化，可能回流導(dǎo)致流體的邊界層分離和附加的湍流擾動，因此收縮角不超出21度，擴散角不超出15度。
3.2旋風(fēng)除塵器的長度設(shè)計
旋風(fēng)除塵器的的直筒直徑（D0）為入口高度（H）的2.5倍,旋風(fēng)除塵器的直筒長(L1)是直筒直徑（D0）的2倍。旋風(fēng)除塵器的錐體長（L2）是直筒直徑（D0）的2倍。
眾多實驗表明，增加旋風(fēng)除塵器長度，將能逐漸提高分離性能并降低壓降；但設(shè)備的制作成本也隨之增加。
3.3旋風(fēng)除塵器的內(nèi)筒設(shè)計
旋風(fēng)除塵器的內(nèi)筒長（L）是直筒直徑（D0）的0.5倍，內(nèi)筒直徑(DN)是直筒直徑（D0）的0.5倍。
旋風(fēng)除塵器的內(nèi)筒體和外筒體同心，它的內(nèi)插長度延伸到與入口管底部齊平的位置。清華大學(xué)研究表明，在旋風(fēng)除塵器的內(nèi)筒體中及下部增加固體芯子可降低旋風(fēng)除塵器的壓力損失；開環(huán)工作條件下，壓力損失減少33%，閉環(huán)工作條件下，減少20%。并且除塵效率不會改變。
3.4旋風(fēng)除塵器的排料口設(shè)計
旋風(fēng)除塵器排料口結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對于旋風(fēng)除塵器已經(jīng)分離出的粗顆粒是否會重新被夾帶到旋渦中，有很大的影響。
在旋風(fēng)除塵器下部中，應(yīng)設(shè)置穩(wěn)渦器（簡單的“防倒錐”），它可安裝在排料口下面或者剛好在排料口上面（圖三）。穩(wěn)渦器的目的是向旋渦尾部提供一個平滑的表面，通過這個平滑表面，旋渦可以附著在它上面，并幫助旋轉(zhuǎn)旋渦定在中心處。
4.旋風(fēng)除塵器的抗磨損措施
旋風(fēng)除塵器的磨損是影響旋風(fēng)除塵器的壽命的主要因素，在不能改變外在條件下，如何提高旋風(fēng)除塵器的耐磨性是提高旋風(fēng)除塵器的壽命的主要方法。
4.1使用抗磨材料法
旋風(fēng)除塵器的內(nèi)側(cè)直接用耐磨鑄鐵，陶瓷、花崗巖等耐磨性能好的材料制作?，F(xiàn)氮肥企業(yè)使用的耐磨鑄鐵的比較多；耐磨鑄鐵現(xiàn)一般制作成圓環(huán)形,厚度為20-50mm,高度為200 mm,并且耐磨鑄鐵可以成批量生產(chǎn)，這樣可以方便設(shè)備部件的更換和減低設(shè)備成本。
4.2使用涂抹法 涂抹法是將耐磨材料按一定比例配制好后，填充入事先在旋風(fēng)除塵器內(nèi)表面安裝好起固定作用的骨架內(nèi)，經(jīng)匝實、抹平、壓光、養(yǎng)護等一系列工序后形成抗磨涂層的方法。下面介紹一種水玻璃石英沙耐磨涂料配合比；石英沙60%，礬土熟料細粉30%，水玻璃8%，氟硅酸鈉2%。
5結(jié)束語
我國的小氮肥企業(yè)的半水煤氣發(fā)生爐不斷的在增大，產(chǎn)汽量不斷的在提高，對旋風(fēng)除塵器的直徑也越來越大，這在設(shè)備的運輸過程中，增大了運輸?shù)呢摀?dān)和費用，通過本文希望各氮肥企業(yè)有加工能力的自己制作旋風(fēng)除塵器，旋風(fēng)除塵器的內(nèi)襯鑄鐵可以向?qū)I(yè)廠家購買。
免責(zé)聲明：以下信息由企業(yè)自行提供，內(nèi)容的真實性、準(zhǔn)確性和合法性由發(fā)布企業(yè)負責(zé)。鍋爐信息網(wǎng)對此不承擔(dān)任何保證責(zé)任。