旋风除尘与袋式除尘组合净化装置性能测试

一、实验目的

    粉尘是我国目前最主要的大气污染物，旋风除尘器和袋式除尘器是目前工业上应用比较广泛的两种除尘设备。旋风除尘器是在离心的作用下实现粉尘从气流中分离，它属于中效除尘器。袋式除尘器是利用织物过滤含尘气体是粉尘沉积在织物表面以达到净化气体的目的，它是一种广泛使用的高效除尘器。通过本实验，进一步提高学生对旋风除尘器和袋式除尘器结构形式和除尘机理的认识；掌握旋风除尘器和袋式除尘器主要性能的实验方法。

二、实验内容

1．设定并测量除尘器的处理风量。

2．测定除尘器阻力与处理风量的关系。

3．测定除尘器效率与处理风量的关系。

三、实验原理

本系统为旋风除尘器与袋式除尘器的组合净化实验装置，旋风除尘器主要对高浓度含尘气体进行预处理，降低粉尘浓度，袋式除尘器是对含尘气体做深度处理，进一步提高粉尘的净化效果。

旋风式除尘器：含尘空气由除尘器的进口切线方向进入除尘器的内外筒之间，由上向下作旋转运动（形成外涡旋），逐渐到锥体底部。气流中的灰尘在离心力的作用下被甩向外壁，由于重力作用以及向下气流的带动而落入底部集尘斗。向下的气流到达锥体的底部后，沿除尘器的轴心部位转而向上，形成旋转上升的内涡旋，并由除尘器的出口排出。旋风除尘器具有结构简单、造价低、设备维护修理方便的优点。

布袋除尘器：过滤式除尘器的一种，含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置。这种装置主要采用纤维织物作滤料，常用在工业尾气的除尘方面。它的除尘效率一般可达99%以上。虽然它是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高、性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。其主要原理是：含尘气流从进气管进入，从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集与滤料上，透过滤料的清洁气体由排气管排出。沉积在滤料上的粉尘，可在振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中。因为滤料本身网孔较大，因而新鲜滤料的除尘效率较低，粉尘因截流、惯性碰撞、静电和扩散等作用，逐渐在滤袋表面形成粉尘层。初层形成后，它成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率。滤布只不过起着形成粉尘初层和支撑它的骨架作用，但随着粉尘在滤袋上积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率显著下降。另外，若除尘器阻力过高，还会使除尘系统的处理气量显著下降，影响生产系统的排风效果。因此，除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰。

1. 处理气量和过滤速度的计算

 （1）处理气体流量的测定和计算

采用动压法测定除尘系统处理气体流量（Q），应同时测出除尘器进出口连接管中的气体流量，取其平均值作为除尘器的处理气体量：

                             （1）

式中：Q₁、Q₂-分别为除尘系统进、出口连接管道中的气体流量，m³/s。

除尘器漏风率（δ）按下式计算：

                           （2）

一般要求除尘器的漏风率小于±5%。

2. 袋式除尘器过滤速度的计算

袋式除尘器的总过滤面积为F，则其过滤速度v_F按下式计算：

                                （3）

3、除尘器阻力的测定和计算

旋风除尘器和袋式除尘器的阻力可用除尘器进出口管中气流的平均全压之差。当旋风除尘器和袋式除尘器进、出口管径相等时，可采用其进、出口管中气体的平均静压之差（扣除管道沿程阻力和局部阻力）计算，即：

                 （3）

式中: △p-除尘器阻力；△H –除尘器进出口管道静压差；∑△h-测点断面间系统阻力，Pa；l-管道长度，m。

4、除尘效率的测定

除尘效率采用重量法测定，根据一定时间内除尘器捕集下来的粉尘的量M₃和除尘器进口粉尘的量M₁，按下式进行计算：

                                     （4）

除尘效率还可根据两台除尘器进出口风管粉尘浓度ρ₁和ρ₂来计算：

                                   （5）

四、实验装置和仪器

1. 装置和流程

本实验系统流程如图1所示。

图1 旋风除尘和袋式除尘组合净化实验流程

⑴透明有机玻璃进气管段，配有动压测定环，与数据采集系统配合使用可测定进口管道流速和流量；

⑵自动粉尘加料装置，用于配制不同浓度的含尘气体；

⑶入口管段采样口，数据采集系统在此测定入口气体粉尘浓度

⑷旋风除尘器入口、出口测压环，与数据采集系统一道用来测定旋风除尘器的压力损失

⑸有机玻璃旋风除尘器，底部为法兰连接可拆卸卸灰装置

⑹旋风除尘器和布袋除尘器间采样管段，数据采集系统在此测定旋风除尘器出口和布袋除尘器入口间气体粉尘浓度

⑺布袋除尘器入口、出口测压环，与数据采集系统一道用来测定布袋除尘器出口的压力损失

⑻、有机玻璃布袋除尘器（含涤纶针刺毡覆膜滤袋、振动清灰电机及卸灰斗）

⑼、风量调节阀，用于调节系统风量

⑽、高压离心通风机，为系统运行提供动力

⑾、仪表电控箱，用于系统的运行控制

⑿、数据采集系统，可测定管道气流流速，流量、设备压差和气流含尘浓度等参数，用于实验参数的测定、记录。

2. 仪器

（1）利用加灰量与除下尘增量计算效率时需配套设备：感量0.1g天平，烘箱，玻璃干燥器

（2）处理气量1000~2000m³/h、旋风除尘器切向入口风速15~20m/s、布袋除尘过滤速度约为1m/min；滤袋材质为：涤纶针刺毡覆膜滤袋、每条滤袋过滤面积0.35平方米（共6条）、Φ160×700mm、滤袋为内滤式。压降：1600-2500Pa  除尘净化效率大于99.5%

（3）实验粉尘可采用滑石粉、或工业粉尘进行实验。

五、实验方法和步骤

旋风除尘与袋式除尘组合净化装置性能测试方法和步骤如下：

1、首先检查设备系统外况和全部电气连接线有无异常（如管道设备无破损，灰斗接口连接正常等），一切正常后开始操作。

2、打开电控箱总开关，合上触电保护开关；启动数据采集装置。

3、在风量调节阀关闭的状态下，启动电控箱面板上的主风机开关。

4、观察数据采集系统显示读数，通过调节风量调节开关至所需的实验风量。

5. 测定除尘器的阻力与风量的关系

(1)设定一个风量，测定除尘器的阻力。状态稳定后，记录阻力损失数据，取3个数据的平均值。改变风量4次重复上述实验步骤，并记录数据。完成所选定的不同风量下阻力的测定。

(2) 将所得的几组实验数据描绘在以风量Q为横坐标、阻力P为纵坐标的图上，平滑连接各实验点，从而得到P－Q曲线。即为除尘器的阻力与风量关系曲线。

6. 测定除尘器的效率与风量的关系

（1）按上述方法调定风量后，称取不少于0.5kg的实验粉尘加入到自动发尘装置灰斗，然后启动自动发尘装置电机，并可调节转速控制加灰速率；控制除尘器入口空气含尘浓度5~10g/m³（发尘浓度先调好）。待系统稳定后约1min，在显示屏上读取并记录进出口粉尘浓度、除尘效率和压力损失的数值，每间隔10S读取一次，共读取3次，取平均值。

（2）改变风量4次，重复上述步骤，直到完成不同风量下的除尘效率的测定。

（3）绘出除尘效率与风量的关系曲线。（曲线）。

[注] 实验5和6可结合起来进行，即每调定一次风量，先测定阻力，然后再发尘测定除尘器效率。

7、数据采集系统分别对两台除尘器进出口气流中的含尘浓度进行测定记录，并记录下该工况下的两台除尘器压力损失；（也可通过计量加入的粉尘量和捕集的粉尘量（卸灰装置实验前后的增重）来估算除尘效率）

8、实验过程中观察布袋除尘器两端压差读数变化，当除尘器压力阻损上升到1000Pa时，先可在主风机正常运行的情况下启动振打电机2min进行清灰即可，振打电机的启动频率取决于气流中的粉尘负荷；

9、如在处理风量较大的运行工况时，采用以上方式清灰后布袋除尘器压降仍继续上升到1500Pa以上时，则必须关闭发尘装置和风机、停止进气，振打滤袋5min，使布袋黏附粉尘脱落、下落到灰斗。然后重新开启风机进气，调节系统流量，重新发尘，使除尘系统重新开始工作。

10、实验完毕后依次关闭发尘装置、主风机，然后启动布袋除尘器振打电机进行清灰5min。待设备内粉尘沉降后，清理卸灰装置。

11、关闭数据采集系统和控制箱主电源。

六、实验要求

1．实验前，阅读实验内容，写好实验预习报告。

2．实验报告中的实验原理可以简写，图18-1可以不画。但要有实验分析（分析除尘器的优劣）

3．所有的实验原始数据必须完整（整理成表格）。表格的形式自己确定。

4．实验数据处理：

(1) 计算袋式除尘器的过滤速度

(2) 根据表格中的数据绘制下列曲线：

A、除尘器阻力与风量的关系曲线（）

     B、除尘器效率与风量的关系曲线（）

第二篇：旋风除尘工艺的选择及计算

旋风除尘工艺的选择及计算

1 旋风除尘器简介

    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。它具有结构简单、应用广泛、种类繁多等特点，虽然在除尘原理及结构性能方面的研究论文很多，但由于旋风除尘器内气流和粒子流动状态复杂，准确测定较困难，至今在理论研究方面仍不够完善，许多关键问题尚需实验确定。

    普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管组成，含尘气体进入除尘器后，沿外壁由上向下做旋转运动，同时有少量气体沿径向运动到中心区域。当旋转气流的大部分达到锥体底部后，转而向上沿轴心旋转，最后经排出管排出。通常将旋转向下的气流称为外涡旋，旋转向上的中心气流程为内涡旋，两者的转动方向是相同的。

    气流作旋转运动时，尘粒在离心力作用下逐步移向外壁，到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落如灰斗。

气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力下降，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部时，再沿排出管外壁旋转向下，最后到达排除管下端附近被上升的涡旋带走并从排出管排出。

2 总除尘效率计算

设计参数

烟气流量：10000m³ /h

烟气温度：150~200 ℃

烟气含尘浓度：3.65g/ m³

烟气二氧化硫浓度：350~500mg/ m³

脱硫效率要求：>=80%

烟气压力：-8kpa

粉尘真密度：4210kg/ m³

烟气温度取中间值即175℃，则T=175+273=448K

装置进口气体流量：Q1=10000 m³/h = 2.78m 3/s

装置出口气休流量：不考虑漏风情况则有：Q2= Q1=2.78 m³/s

1．烟气密度：

由

………………… (2-1)

 ………………… (2-2)

P0、V0、T0——标准状态下的烟气压力、体积、温度

P1、V1、T1——操作状态下的烟气压力、体积、温度

得：ρ=0.72kg/ m³                                                                                                                                                                                                                        

2．根据含尘浓度3.65g/m³得入口含尘浓度C_i=3650mg/ m³，根据《工业窑炉大气污染物排放标准》（GB9078—1996）的规定，烟尘的日允许排放为150mg/ m³得出出口烟尘浓度为C₀=150mg/ m³

3．粉尘密度：粉尘密度多参考粉煤灰（0～65）μm真密度为4210kg/ m³

4．根据粉尘粒径分布规律(表1) 求出达到《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）要求的总除尘效率：

    由初含尘浓度和要求的出口浓度C_i和要求的出口浓度C₀，求出要达到的除尘效率η′

η′=（1-）х100% …………………(2-3)

     式中：Q_i、C_i——除尘器入口的气体流量和浓度      m³/s

          Q0、C0——除尘器出口的气体流量和浓度    m³/s

由（2-3）式得  

η′=95.9%

3 旋风除尘器的选型及尺寸

旋风除尘器的进口烟气速度一般为12～25m/s，本设计中取V₁=20m/s，本设计拟采用XCX型旋风除尘器（X―旋风式，C―长椎体，X―斜底板）。

表5  旋风除尘器的主要尺寸设计

由于本设计烟气量较大，本设计采用四个尺寸和效率完全相同的旋风除尘器：

Q=2.78 m³/s÷4=0.695 m³/s

入口面积        A=Q/V₁=0.035m²

入口宽度        b==0.26m

入口高度        h==0.53m

筒体直径        D=1.0m

排出筒直径      de=0.4D=0.4m

筒体长度        L=1.7D=1.53m

锥体长度        H=2.3D=2.07m

    为防止粒子短路漏到出口管，hs，其中s为排气管插入深度，本设计中取s=0.6m.

4 外涡旋气流的平均径向速度Vr的确定

V_r= …………………(2-4)

d₀=(0.6～1)de

式中：V_r――涡旋气流的平均径向速度   m/s；

      Q――气体流量，　  m³/s；

                       r₀，h₀――分别为交界圆柱面的半径和高度， m；

                       d₀――交界圆柱面直径，　   m

d₀=0.8de=0.32m，

r₀=d0/2=0.16m，

h₀=L+H=3.6m，

    将以上数据代入上式有：

　　　　　　　　　　　　Ｖ_r=0.19m/s　　　　　　　　　

         　　　　　　　 =常数 …………………(2-5)

　　　　　　　　　　 n=[T/283]^0.3…………………(2-6)

由上式得：           n=1-[1-0.67（1.0^0.14）]（448/283）^0.3

　　　　　　　　　　　　n=0.62

                    将数据代入式（3.24），得：V_T0 = 20×[1.0/(0.8×0.40)]^0.72

                        =45.4m/s

5 分割直径的确定

     dc=…………………(2-7)

   式中： dc――分割直径，    μm

                   ――粉尘真密度，　kg/m³;

由（2-7）得    dc = [18×2.4×10^-5×0.19×0.16／4210×45.4²]^1/2

   = 1.23μm

6 旋风除尘器的除尘效率的计算

η_i　＝1-exp[-0.6913×( dp/dc) ^1/n+1 ] …………………(2-8)

式中：――除尘器分级效率；

                   ――粉尘粒径，　　 μm

由(2-8)得到旋风除尘器的除尘总效率：

表6 旋风除尘器的除尘效率

7 旋风除尘器的压力损失
     实验表明，旋风除尘器的压力损失△P一般与气体入口速度的平方成正比，即：

△P=0.5ερ…………………(2-9)

式中：             ρ――气体密度，　　　kg/m³

                                           V₁――气体入口速度，　m/s

                      ε――局部阻力系数．

在缺少实验数据时，可用下式计算：

　　　　　　　　　ε＝16Ａ／de²    …………………(2-10)

        式中：Ａ――旋风除尘器进口面积，m²

  由式（2-10）得：

　　　　　　　　　　　ε＝3.47

　　将数据代入（2-9）得：

　　　　　　　　　　　　△P＝500Ｐa

                        总△P=4*500=2000Ｐa

表7 经过旋风除尘器后的粒径分

8储灰斗的设计

为了方便及时清灰保证除尘效率，在旋风除尘器下方设立活动灰斗，活动灰斗采用人工清灰的方式一天清灰一次，所清灰进行填埋。灰斗采用人工手推车形式，长、宽、高为1m，一日清灰三次，灰尘运往填埋场。