大气污染控制工程设计bmeh.docx

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1、目 录录1 设设计背景景21.1 除尘尘设计的的有关标标准21.1.1 环境空空气质量量标准（GB3095-1996）环境空气质量分类和分级21.2 旋风风除尘器器简介331.3 旋风风除尘器器工作原原理41.4 旋风风除尘器器中的流流场51.4.1 切向速速度51.4.2 径向速速度51.5 离心心分离理理论61.5.1 转圈理理论(沉降分分离理论论)61.5.2 筛分理理论(平衡轨轨道理论论)61.5.3 边界层层分离理理论72 设设计计算算部分772.1 单个个旋风除除尘器的的选择计计算72.1.1 工作状状况下的的气体流流量72.1.2 除尘器器型号的的选择与与相关参参数计算算（参见见

2、书本PP1777表633）72.1.3 求dC（分割割直径）82.1.4 计算压压力损失失92.1.5 分级除除尘效率率92.1.6 总除尘尘效率992.2 两个个旋风除除尘器并并联92.2.1 工作状状态下的的气体流流量92.2.2 除尘器器型号的的选择与与相关参参数计算算（参见见书本PP1777表633）102.2.3 求dC（分割割直径）102.2.4 计算压压力损失失112.2.5 分级除除尘效率率112.2.6 总除尘尘效率1113 设设计总结结11参考文献献12回转窑石石膏粉尘尘旋风除除尘器工工艺设计计摘要：旋风除除尘器广广泛地应应用于各各个行业业除尘系系统中，本本设计针针对旋风风

3、除尘器器的结构构及工作作原理，分分析影响响旋风除除尘器压压力损失失的因素素，介绍绍了旋风风除尘器器内部流流场和除除尘机理理。针对对旋风除除尘器除除尘效率率问题进进行了分分析，总总结了现现有改进进方案，指指出存在在的不足足，并结结合前人人的改进进思路提提出了新新的改进进方案，以以提高旋旋风除尘尘器的分分离效率率，为进进一步挖挖掘旋风风除尘器器的潜在在性能开开辟新的的思路。简简要地设设计了一一款旋风风除尘器器，并在在学习中中慢慢摸摸索。 关键词词：旋风风除尘器器 压压力损失失 分分离效率率 改改进方案案1 设设计背景景1.1 除尘尘设计的的有关标标准1.1.1环境境空气质质量标准准（GBB3099

4、5-119966）环境境空气质质量分类类和分级级一类区区为自然然保护区区、风景景名胜区区和其它它需要特特殊保护护的地区区。一类类区执行行空气质质量一级级标准。二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。二类区执行空气质量二级标准。三类区为特定工业区。三类区执行空气质量三级标准。1.1.2粉尘排放标准大气污染物综合排放标准（GB16297-1996）。在国家大气污染物综合排放标准中对粉尘的排放浓度和排放速率均有详细规定。锅炉大气污染物排放标准（GWPB3-1999）。为了贯彻国家环境保护法和大气污染防治法，防止大气污染，国家制定了锅炉大气污染物排放标准。该标

5、准按建成使用年限分为两个时段，时段为2000年12月31日前建成使用的锅炉；时段为2001年1月1日起建成使用的锅炉。工业窑炉大气污染物排放标准（GB9078-1996）。该标准规定了10类19中工业炉窑的烟（粉）尘浓度、烟气的黑度、6种有害污染物的最高允许排放浓度（或排放限值）和无组织排放烟（粉）尘的最高允许浓度。适用于除炼焦炉、焚烧炉、水泥厂以外适用固体、液体、气体燃料和电加热的工业炉窑的管理，以及工业炉窑建设项目的环境影响评价、设计、竣工验收及其建成后的排放管理。火电厂大气污染物排放标准（GB13223-1996）。本标准规定了火电厂最高允许二氧化硫排放量、烟尘排放浓度和烟气的黑度。适用

6、于单单台出力力在655t/hh以上除除层燃炉炉和抛煤煤机炉以以外的火火电厂锅锅炉与单单台出力力在655t/hh以下的的煤粉发发电锅炉炉的火电电厂的排排放管理理，以及及建设项项目的环环境影响响评价、设设计、竣竣工验收收及其建建成后的的排放管管理。炼焦炉炉大气污污染物排排放标准准（GBB161171-19996）。本标准分分年限规规定了机机械化炼炼焦炉无无组织排排放的大大气污染染物最高高允许排排放浓度度、吨产产品污染染物最高高允许排排放量。本标准分一、二、三级标准。分别与GB3095-1996的环境空气质量功能区相对应。自本标准实施之日起，禁止在GB3095-1996中的一类区新建、扩建机械化炼焦

7、炉和非机械化炼焦炉；改建项目不得增加排污量。水泥厂大气污染物排放标准（GB4915-1996）。本标准按年限和区域分别规定了水泥厂各个排放点大气污染物的排放限值及粉尘无组织排放控制限值。本标准分一、二、三级标准。分别与GB3095-1996的环境空气质量功能区相对应。本标准适用于水泥厂的排放管理，以及建设项目的环境影响评价、设计、竣工验收及其建成后的排放管理。1.2 旋风风除尘器器简介自18886 年年摩尔斯斯第一台台圆锥形形旋风除除尘器问问世以来来的百余余年里，许许多学者者对其流流场特性性、结构构、型式式、尺寸寸比例的的研究一一直进行行着。范范登格南南于1992919339 年年对旋风风除尘

8、器器气流型型式的研研究发现现了旋风风除尘器器中存在在的双蜗蜗流。119533 年特特林丹画画出了旋旋风除尘尘器内的的流线。220 世世纪700 年代代西门子子公司推推出带二二次风的的旋流除除尘器。119833 年许许宏庆在在论文中中提出旋旋风除尘尘器内径径向速度度分布呈呈现非轴轴对称性性现象，研研究出抑抑制湍流流耗散的的降阻技技术。220011 年浙浙江大学学研究发发现除尘尘器方腔腔内的流流场偏离离其几何何中心，并并呈中间间为强旋旋流动和和边壁附附近为弱弱旋的准准自由蜗蜗区的特特点。随随着数学学模型的的完善和和计算机机仿真的的引人，旋旋风除尘尘器的研研究与设设计将更更为深人人。虽然然对旋风风除

9、尘器器的运行行机理做做了大量量的研究究工作，但但由于旋旋风除尘尘器内部部流态复复杂，准准确地测测定有关关参数比比较困难难，因而而牵今理理论上仍仍不十分分完善，捕捕集小于于5nmm尘粒的的效率不不高。旋风除尘尘器的优优点是结结构简单单，造价价便宜，体体积小，无无运动部部件，操操作维修修方便，压压力损失失中等，动动力消耗耗不大；缺点是是除尘效效率不高高，对于于流量变变化大的的含尘气气体性能能较差。旋旋风除尘尘器可以以单独使使用，也也可以作作多级除除尘系统统的预级级除尘之之用。1.3 旋风风除尘器器工作原原理旋风除尘尘器由筒筒体、锥锥体、进进气管、排排气管和和卸灰管管等组成成，如下下图1所示。旋旋风

10、除尘尘器的工工作过程程是当含含尘气体体由切向向进气口口进人旋旋风分离离器时气气流将由由直线运运动变为为圆周运运动。旋旋转气流流的绝大大部分沿沿器壁自自圆简体体呈螺旋旋形向下下、朝锥锥体流动动，通常常称此为为外旋气气流。含含尘气体体在旋转转过程中中产生离离心力，将将相对密密度大于于气体的的尘粒甩甩向器壁壁。尘粒粒一旦与与器壁接接触，便便失去径径向惯性性力而靠靠向下的的动量和和向下的的重力沿沿壁面下下落，进进人排灰灰管。旋旋转下降降的外旋旋气体到到达锥体体时，因因圆锥形形的收缩缩而向除除尘器中中心靠拢拢。根据据“旋转矩矩”不变原原理，其其切向速速度不断断提高，尘尘粒所受受离心力力也不断断加强。当当

11、气流到到达锥体体下端某某一位置置时，即即以同样样的旋转转方向从从旋风分分离器中中部，由由下反转转向上，继继续做螺螺旋性流流动，即即内旋气气流。最最后净化化气体经经排气管管排出管管外，一一部分未未被捕集集的尘粒粒也由此此排出。自进气管管流人的的另一小小部分气气体则向向旋风分分离器顶顶盖流动动，然后后沿排气气管外侧侧向下流流动；当到达达排气管管下端时时即反转转向上，随随上升的的中心气气流一同同从排气气管排出出。分散散在这一一部分的的气流中中的尘粒粒也随同同被带走走。1.4 旋风风除尘器器中的流流场旋风除尘尘器内的的流场分分布如图图2所示。旋旋风除尘尘器的除除尘上作作原理是是基于离离心力作作用。由由

12、于旋风风除尘器器内部流流动的复复杂性，只只能把三三维速度度对旋风风除尘器器捕集、分分离等性性能所起起作用进进行分析析如下： 图图2 旋风除除尘器内内的流场场分布1.4.1 切向速速度切向速度度分布曲曲线如图图3所示，在在同一横横截面上上，切向向速度与与旋风除除尘器半半径r成反比变变化，即即随半径径R的减减小切向向速度逐逐渐增大大。在半径RRm=0.600.7RRo(排气气管半径径)处，切向速速度达到到最大。图3 切向速速度分布布1.4.2 径向速速度径向速度度是影响响旋风除除尘器分分离性能能的重要要因素。径径向速度度分布如如图4所所示。径径向速度度方向有有向内(旋蜗中中心)形形成内向向流，有有

13、向外(筒壁)形成外外向流。内内向流可可以使尘尘粒沿半半径方向向，由外外向里推推至旋蜗蜗中心，阻阻碍尘粒粒的沉降降。这是是因为尽尽管由于于旋转，一一定存在在正的圆圆球形颗颗粒径向向速度VVp，但VVp是相对对于气体体径向流流动的速速度，即即颗粒的的绝对径径向速度度。 图图4 径向速速递分布布1.5 离心心分离理理论旋风除尘尘器内的的气流及及颗粒运运动十分分复杂，对对于颗粒粒的分离离捕集机机理在做做出许多多简化假假设后，形形成各种种不同的的分离机机理模型型，土要要有转圈圈理论、筛筛分理沦沦、边界界层分离离理论、传传质理论论和紊流流扩散理理论等。1.5.1 转圈理理论(沉沉降分离离理论)转圈理论论是

14、由重重力沉降降室的沉沉降原理理发展起起来的。它它主要考考虑旋蜗蜗的离心心分离作作用。其其原理是是:粉尘尘颗粒受受离心力力作用，沉沉降到旋旋风除尘尘器壁面面所需要要的时间间和颗粒粒在分离离区间气气体停留留时间的的相平衡衡，从而而计算出出粉尘完完全被分分离的最最小极限限粒径dd1000，即分分离效率率为1000%的的粉尘颗颗粒最小小粒。如如果将进进入旋风风除尘器器内气流流假定为为等速流流(速度度分布指指数n=0)，即即气体严严格地按按照螺旋旋途径始始终保持持与进人人时相同同的速度度流动，而而颗粒随随气体以以恒定的的切向速速度(与与位置变变化无关关)，由由内向外外克服气气流对它它的阻力力，穿过过整个

15、气气流宽度度，流经经一个最最大的净净水平距距离，最最后到达达器壁被被分离。1.5.2 筛分理理论(平平衡轨道道理论)筛分理论论的要点点是:假假想在旋旋风除尘尘器内排排气管下下方有一一个柱面面，含尘尘气流做做旋转运运动时处处在该假假想面上上粉尘在在径向上上同时受受到方向向相反的的两种力力的作用用，即由由蜗旋流流产生的的离心力力Fc使使粉尘向向外移动动，由汇汇流场产产生的向向心力FFD又使粉粉尘向内内飘移。离离心力的的大小与与粉尘直直径的大大小有关关，粉尘尘粒径越越大则离离心力越越大，因因而必定定有一临临界粒径径dk，其其所受的的两种力力的大小小正好相相等。由由于离心心力Fcc的大小小与粉尘尘粒径

16、的的三次方方成正比比，而向向心力FFn的大大小仅与与粉尘粒粒径的一一次方成成正比，显显然有凡凡粉尘粒粒径dppdk者，被被推移到到除尘器器外壁而而被分离离出来;相反，凡凡dpdk者，被被带人上上升的内内蜗旋中中排出除除尘器。1.5.3 边界层层分离理理论筛分理论论没有考考虑紊流流扩散等等影响，而而这种影影响对于于粉尘细细颗粒是是不可忽忽视的。220世纪纪70年年代有人人提出横横向渗混混模型，认认为在旋旋风除尘尘器的任任一横截截而上颗颗粒浓度度的分布布是均匀匀的，但但在近壁壁处的边边界层内内是层流流流动，只只要颗粒粒在离心心效应下下浮游进进人此边边界层内内就可以以被捕集集分离下下来，这这是边界界

17、层分离离理论。2 设设计计算算部分2.1 单个个旋风除尘尘器的选选择计算算2.1.1 工作状状况下的的气体流流量式中： Q标准状状态下的的烟气流流量，T工况下下的烟气气温度，KKT标标准状态态下的温温度，2273KK则烟气流流速为： 依据第一一部分文文献综述述的内容容与设计计烟气性性质，选选取旋风风除尘器器XLPP/B型型，因为为题中未未给出允允许的压压力损失失，则可可取进口口气速在在1225mm/s之之间为宜宜，此中中本设计计取值为为21m/ss。2.1.2 除尘器器型号的的选择与与相关参参数计算算（参见见书本PP1777表63）除尘器入入口截面面积入口高度度入口宽度度筒体直径径参考XLLP

18、/BB产品系系列，取取D=8820mmm排出筒直直径：筒体长度度：锥体长度度：灰口直径径：排气管插插入深度度：选取XLLP/BB-8.2型号号；2.1.3求dC（分割割直径）假设接近近圆筒壁壁处的气气流切向向速度近近似等于于气流的的入口速速度，即即，取内内外涡旋旋交界圆圆柱直径径涡旋指数数：气流在交交界面上上的切向向速度：外涡旋气气流的平平均径向向速度：分割直径径：此时旋风风除尘器器的分割割直径为为2.558。2.1.4计算压压力损失失393KK时烟气气密度可可近似取取为：2.1.5分级除除尘效率率依据经验验公式： 来计计算。粒径（m）12471013161820质量比（%）569132423

19、965分级除尘尘效率（%）7.16623.55855.55479.00888.55292.88795.11896.11596.8862.1.6总除尘尘效率由公式： 来求求解。（为进口质量频率）通过以上上单个除除尘器设设计过程程可知，无无法满足足除尘要要求（880%），所所以我们们可以同同时设计计两个除除尘器并并联来增增加除尘尘效果以以达到要要求。2.2 两个个旋风除除尘器并并联2.2.1 工作状状态下的的气体流流量式中： Q标准状状态下的的烟气流流量，T工况下下的烟气气温度，KK T标准准状态下下的温度度，2773K则烟气流流速为： 依据第一一部分文文献综述述的内容容与设计计烟气性性质，选选取

20、旋风风除尘器器XLPP/B型型，因为为题中未未给出允允许的压压力损失失，则可可取进口口气速在在1225mm/s之之间为宜宜，此中中我取值值为211m/ss。2.2.2除尘尘器型号号的选择择与相关关参数计计算（参参见书本本P1777表663）除尘器入入口截面面积入口高度度入口宽度度筒体直径径参考XLLP/BB产品系系列，取取D=5540mmm排出筒直直径：筒体长度度：锥体长度度：灰口直径径：排气管插插入深度度：选取XLLP/BB-8.2型号号；2.2.3求dC（分割割直径）假设接近近圆筒壁壁处的气气流切向向速度近近似等于于气流的的入口速速度，即即，取内内外涡旋旋交界圆圆柱直径径 涡旋指数数：气流

21、在交交界面上上的切向向速度：外涡旋气气流的平平均径向向速度：分割直径径：此时旋风风除尘器器的分割割直径为为3.332。2.2.4计算算压力损损失393KK时烟气气密度可可近似取取为：2.2.5分级级除尘效效率依据经验验公式： 来计计算。粒径（m）12471013161820质量比（%）569132423965分级除尘尘效率（%）8.31126.66259.22181.66390.00793.88795.88796.77097.3312.2.6总除除尘效率率由公式： 来求求解。（为进口质量频率）3 设设计总结结通过以上上两个方方案的比比较，我我们可以以看出并并不是并并联的旋旋风除尘尘器越多多越好，当当气流流流量变化化较大的的原来除除尘效果果较好的的反而效效率会降降低。此外，由由于设计计者知识识很有限限，在设设计过程程中参见见了其他他的资料料，本设设计中定定有很多多不当之之处，还还请老师师加以批批评与指指导为感感！参考文献献1 除尘器器设计手手册2 环保设设备设计计手册大气污污染控制制设备3 大气污污染控制制工程课课本P1143-1455，P1167-1777附图：除除尘器设设计图纸纸