垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟

密 级 公 开学 号 070379毕 业 设 计（论 文） 垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟院 （ 系 、 部 ） ： 机械工程学院姓 名： 张 宏 宇班 级 ：环 071专 业： 环境工程指 导 教 师 ： 周 翠 红教 师 职 称 ： 副 教 授2011 年 06 月 17 日北京毕 业 设 计 （论 文） 任 务 书学院（系、部） 机械工程学院 专业 环境工程系 班级 环 071学生姓名 张 宏 宇 指导教师/职称 周 翠 红/ 副 教 授1.毕业设计（论文）题目垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟2.任务起止日期：2011 年 2 月 21 日 至 2011 年 6 月 17 日3.毕业设计（论文）的主要内容与要求(1) 课题简介我国引进垃圾焚烧技术，有多个大型电厂投入运行，产生了良好的生态效益、社会效益及经济效益，但是目前没有在各个城市推广泛，主要的原因是城市居民对垃圾焚烧后产生的尾气中二恶英污染的担忧。旋风除尘器对于收集 510m 以上的尘粒，其除尘效率较高，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分离与物料气力烘干回收等。此外，旋风除尘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。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。(2) 任务与要求本课题以多管旋风除尘器为重点内容，设计其几何与工艺参数，绘制其结构图，使用 UG NX 软件对主要部件进行三维实体模拟。(3) 预期培养目标使毕业生增强检索资料、应用文献，外语阅读及翻译能力，以及绘图能力、三维建模能力和设计能力，培养毕业生独立分析与思考能力。(4) 应提交的成果 检索资料：中文文献不少于 12 篇，英文文献不少于 4 篇； 开题报告或文献综述； 装置设计计算； 不低于 3 张零号图纸的工作量； 毕业设计论文。4.主要参考文献1. 张敏, 刘奇琳 . 二恶英的影响和对策J. 南平师专学报, 2003, 22(4): 113-1172. 孙熙. 袋式除尘技术与应用M. 机械工业出版社: 2003: 200-3203. 陈安琪, 嵇敬文. 锅炉烟气袋式除尘技术M. 中国电力出版社: 2006: 32-874. Joseph A,Donaldson. Catalytic destruction of PCDD/F in a fabric filter: experience at a municipal waste incinerator in Belgium J. Waste Management, 2002, 22（6）: 421-4265.进度计划及指导安排第 1 周 校内外文献查阅，撰写文献综述；第 2 周 撰写开题报告；第 3 周 翻译与本题目有关英文资料；第 4 周 总体设计；第 5 周 除尘装置设计；第 6 周 除尘装置设计；第 7 周 附属系统设计；第 8 周 附属系统设计；第 9 周 三维实体模拟；第 10 周 撰写论文；第 11 周 绘制图纸；第 12 周 绘制图纸；第 13 周 检查与修改图纸；第 14 周 上交所毕设资料；第 15 周 整理资料，制作幻灯片；第 16 周 根据指导教师、评阅教师意见修改论文及幻灯片，答辩；第 17 周 根据答辩小组意见修改并上交毕设档案。任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（系、部）院长（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 年 月 日 学生（签字） 摘 要垃圾焚烧处理过程产生的烟气中的一些污染物会对环境造成二次污染，因此必须对这些污染物进行有效的控制，使其达到无害化，以满足环境保护的要求。同时对污染物控制得好坏也是垃圾焚烧技术的关键。在本设计中，根据已知的垃圾元素成分的百分量计算空气及烟气量，分割粒径，涡流指数，速度，压降，除尘效率等。根据气体处理量，查看多管旋风除尘器的相关资料，对多管旋风除尘器进行结构设计及理论计算，设计一种能去除垃圾焚烧厂气体中的 510m 灰尘的高效多管旋风除尘器。结构设计中包含多管旋风除尘器的筒体、旋风体、进气口、排气口，除此之外还涉及到封头，管法兰的选择，理论计算部分包括多管旋风除尘器的质量载荷、地震载荷、风载荷及各载荷引起的轴向应力和危险截面的强度校核和稳定性的校核。应用计算机绘制多管旋风除尘器的总体结构图和主要零件图，手工绘制总体结构图，并利用 UG NX三维模拟多管旋风除尘器等等。关键词：垃圾，焚烧，多管旋风除尘器，结构设计AbstractWaste incineration flue gas generated a number of secondary pollution in the environment, it is necessary for effective control of these pollutants to reach the sound to meet the environmental requirements. Meanwhile, pollution control waste incineration technology is a key.In this design, based on the known elemental composition of the waste calculated per weight of air and flue gas volume, partition size, eddy current index, speed, pressure drop, dust removal efficiency. According to the gas handling capacity, view multi-tube cyclone related information on the multi-tube cyclone structural design and theoretical calculation, the design of a waste incineration plant to remove the gas in the dust of the high 5 10m multi-tube cyclone dust device. Multi-tube design includes the cylinder cyclone, cyclone, air intake, exhaust port, in addition to the head involved, the choice of pipe flanges, theoretical part of the multi-tube cyclone, including the quality of load , earthquake load, wind load and the load caused by the dangerous section of axial stress and the strength and stability of the calibration check. Application of multi-tube cyclone computer drawing of the overall structure and main parts diagram, the overall structure of hand-drawn map. And using UG NX three-dimensional simulates multi-tube cyclone and so on.Keywords: waste, incineration, multi-tube cyclone, structural design垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟目 录第一章 前言 .11.1 选题背景 11.2 研究意义 11.3 文献综述 21.4 本课题主要研究内容 .17第二章 烟气净化系统 182.1 设计依据 .182.2 烟气净化系统的组成 .192.3 多管旋风除尘器 .20第三章 多管旋风除尘器的工艺计算 243.1 空气及烟气量的计算 .243.2 分割粒径的计算 .263.3 涡流指数的计算 .273.4 速度的计算 .283.5 压降的计算 .283.6 除尘效率的计算 .29第四章 多管旋风除尘器的主体尺寸计算 314.1 多管旋风除尘器的尺寸计算 .314.2 多管旋风除尘器的结构设计 .37第五章 多管旋风除尘器的校核计算 405.1 质量载荷的计算 .405.2 地震载荷的计算 .415.3 风载荷的计算 .435.4 轴向应力的计算 .445.5 校核的计算 .455.6 开孔补强的计算 .47第六章 UG NX 三维模拟 .49垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟6.1 UG NX 介绍 .496.2 UG NX 产品特点 .506.3 UG NX 主要应用模块 .50第七章 结论与展望 527.1 结论 .527.2 毕业设计小结 .527.3 旋风除尘器的展望 .53致 谢 54参考文献 55声 明 56垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟1第一章 前 言1.1 选题背景随着国民经济的高速发展，城市化进程不断加快，我国城市生活垃圾产生量急剧增加，目前我国每年城市垃圾已达 1.5 亿吨以上，而且每年以 8%10%的速度增长，全国有 200(占全国城市总数的 30%)多座城市处于垃圾的包围中。大量的城市生活垃圾不但对土壤、水体、大气造成了严重污染，而且对公民的身心健康构成严重威胁，如何妥善解决城市生活垃圾问题，为城乡居民创造一个清洁、健康的生存和工作环境，已成为世界各国政府面临的一大难题。垃圾焚烧发电能较好地实现垃圾处理减量化、资源化、无害化的治理目标，且具有占地面积小、运行稳定、处理速度快、对周围环境影响较小等优点，目前在发达国家及部分发展中国家得到了较多应用。我国的上海、北京、广州、深圳、哈尔滨等 140 余家已建成或正在筹建垃圾发电厂，呈现良好的发展势头。但是，垃圾焚烧产生的飞灰中含有重金属(Pb、Cd、Hg 等)和二恶英，如果处理不善将对人们的生存环境构成严重威胁，因此发展适合目前我国国情的垃圾焚烧飞灰处理及再生利用新技术是亟待解决的重要课题 1。旋风除尘器是除尘装置的一类，其结构简单，易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低，已广泛用来从气流中分离固体和液体粒子，或从液体中分离固体粒子。1.2 研究意义垃圾焚烧处理过程产生的烟气中的一些污染物会对环境造成二次污染，因此必须对这些污染物进行有效的控制，使其达到无害化，以满足环境保护的要求。同时对污染物控制得好坏关系也是垃圾焚烧技术的关键。烟气净化装置是重要的一个环节，同时也是城市生活垃圾焚烧设施的重要组成部分。烟气净化达标排放是城市生活垃圾焚烧发电行业健康快速发展的关键。随着环保要求的日益严格，目前部分城市生活垃圾焚烧发电厂采用了更严格的烟气污染控制标准。因此，对现行主要烟气净化工艺、系统的运行情况及其对控制标准的达标情况进行研究分析，将为城市生活垃圾焚烧发电厂的建设运营提供借鉴 2。旋风除尘器对于收集 510m 以上的尘粒，其除尘效率较高，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分离与物料气力烘干回收等。此外，旋风除尘器亦可以作为高浓度除尘系统的预除尘器，能垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟2与其他类型高效除尘器串联使用。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。1.3 文献综述1.3.1 垃圾焚烧污染物及治理城市生活垃圾焚烧烟气由两部分组成：一部分是颗粒物，包含有机物、重金属等污染物；当垃圾中含有氯化物并且燃烧中有碳和氧等元素、焚烧过程处在一定的温度范围内时，就会生成二恶英类物质(450左右时生成量最高) 3；垃圾中的废灯具、废电池等含有汞和其他重金属元素(Pb、Hg 及 Cd 为主)，在焚烧过程中由于高温会变成气态存在于烟气或凝结附着在悬浮于烟气中的固态尘粒上。重金属类污染物主要另一部分是气态污染物，以酸性气体HCl、 SO2、HF 、CO 为主。由于生活垃圾中含有大量的厨余、橡塑等有机化工用品的废弃物，在焚烧过程中会发生化学反应产生。垃圾焚烧所排放烟气中有很多因燃烧不完全而产生的有机物质。因此，这些物质必须经过处理至对环境和人体无害的程度才能排放到大气中见表 1.1。表 1.1 烟气主要污染物排放标准NOx 的去除：焚烧烟气中的 NOx 以 NO 为主，其含量高达 95%或更高，去除工艺应用最多的是选择性非催化还原法(SNCR)，以 NH4OH（氨水）或（NH 2）2CO（尿素）作为还原剂喷入炉膛内，NOx 在高温下被还原成 N2 和 H2O。国外目前主要采取在烟气处理系统中增加脱硝装置。炉内脱硝技术的研究与应用前景十分广阔，这一技术主要是利用碳氢类物质与 NOx 进行直接的氧化还原反应，生成无害的氮气。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟3酸性气体污染物的去除：去除垃圾焚烧尾气中的 HCl、HF、SOx 等酸性气体的机理是酸碱中和反应，利用碱性吸收剂，如 NaOH、CaO、Ca(OH) 2 等与酸性气体发生化学反应，达到去除酸性气体的目的。消除酸性成分的最终反应化学方程式如下：SO2 + Ca(OH)2 + H2O=CaSO3 +2H2O2HCl+ Ca(OH)2 =CaCl2 +2H2O2HF+ Ca(OH)2 =CaF2 +2H2O二恶英类物质及重金属的去除：垃圾焚烧是二恶英类物质排放的主要污染源之一，二恶英类物质的产生在垃圾焚烧处理工艺的各个阶段：焚烧炉内、低温烟气段、除尘净化过程等。重金属以固态、液态和气态的形式进入除尘器，当烟气冷却时，气态部分转变成可捕集的固态或液态颗粒。去除二恶英以及重金属的原理如下：二恶英为毒性极强的污染物、熔点较高、没有极性、难溶于水，在强酸碱中能够保持稳定。另外，随着氯化程度的增强，二恶英的增长有加大的趋势。通常，依靠添加比表面积较大的活性炭来吸附二恶英以及重金属，使其达到国家标准。工程实践表明：低温控制和高效的颗粒物捕获有利于二次污染物和重金属的净化。该控制方法是将焚烧炉后段的燃尽室(二次燃烧室)的烟气温度升至 850，保证烟气在此温度有 2s 的停留时间，同时对氧气与垃圾燃料进行充分扰动。颗粒物的去除：焚烧烟气中的主要成分为惰性无机物质，如：灰分、无机盐类、可凝结的气体污染物质及重金属氧化物。颗粒物的去除主要利用除尘器。除尘器不仅收捕一般颗粒物，而且收集挥发性重金属及其氯化物、硫酸盐或氯化物凝结的气溶胶，还能收集吸附在灰分或活性炭颗粒上的二次有机类污染物。飞灰处理：飞灰是指空气污染控制设备中所收集的细微颗粒，一般是经旋风除尘器、静电除尘器或袋式除尘器所收集的中和反应物及未完全反应的碱剂。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟4图 1.1 烟气主要污染物去除过程1.3.2 布袋除尘器净化技术袋式除尘器早在 19 世纪 80 年代就开始使用，当时使用的袋式除尘器只是挂一些袋子，上口导入含尘气体，正压操作，定时人工拍打并在下口回收粉尘。1890 年以后普遍采用机械振打清灰法；1950 年出现气环反吹带式除尘器，1957年出现脉冲袋式除尘器。袋式除尘器因其高效、稳定和可靠，已广泛应用于冶金、建材、矿山、铸造、化工、粮食等部门 4。袋式除尘器的分类，按滤袋的形状分为：圆筒形和扁平形。按进气口位置分：上进气和下进气。按过滤方式分：内滤式和外滤式。按清灰方式分：机械振打清灰、逆气流清灰、气环反吹、旋转喷吹见图 1.2、脉冲喷吹清灰和联合清灰。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟5图 1.2a 旋转喷吹布袋除尘器 图 1.2b 脉冲清灰袋式除尘器(1)袋式除尘器原理袋式除尘器也称为过滤式除尘器，是一种干式高效除尘器，它是利用纤维编织物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物的除尘装置 5。其作用原理是尘粒在绕过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截。细微的尘粒(粒径为 1 微米或更小)则受气体分子冲击(布朗运动)不断改变着运动方向，由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路径，尘粒便与纤维碰撞接触而被分离出来。其工作过程与滤料的编织方法、纤维的密度及粉尘的扩散、惯性、遮挡、重力和静电作用等因素及其清灰方法有关。滤布材料是布袋除尘器的关键，性能良好的滤布，除特定的致密度和透气性外，还应有良好的耐腐蚀性、耐热性及较高的机械强度。耐热性能良好的纤维，其耐热度目前已可达到 250350。(2)袋式除尘器的应用袋式除尘器应用于烟气处理系统见图 1.3。将烟气与尘粒和固态物质分离。由于这些烟尘、反应物和活性炭等颗粒物附着汞、重金属和二恶英等污染物，因而在除尘的同时也就将这些污染物从烟气中清除。残留酸性气体的中和及污染物吸附的二次反应。在袋式除尘器的除尘过程中，滤袋外累积了未完全反应的石灰和活性炭的粉尘层，烟气通过时，残留的酸性气体和其它污染物被继续中和、吸收，使系统的整体处理效率大大提高。图 1.3 生活垃圾焚烧处理系统工艺流程图（袋式除尘器）1.3.3 旋风除尘器净化技术旋风除尘器见图 1.4 是除尘装置的一类。旋风除尘器于 1885 年开始使用，已发展成为多种形式。按其流进入方式，可分为切向进入式和轴向进入式两类。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟6按除尘效率和处理风量分为：高效旋风除尘器、高流量旋风除尘器、通用旋风除尘器。按气流组织分类回流式、平流式、直流式。按清灰方式分：干式和湿式。普通旋风除尘器由筒体、锥体和进、排气管等组成 6。图 1.4 旋风除尘器国内研制的旋风除尘器，一律用汉语拼音字母来表示其型号，X-旋风除尘器。在构造形式方面：L-立式，W- 卧式，S-双级，T- 筒式，C-长椎体，P- 旁路式，A/B-产品代号等；在工作原理方面 G-多管，K-扩散，Z-直流，P-平旋。旋风除尘器的性能包括三个技术性能(处理量、压力损失、除尘效率)和三个经济指标(购置基建投资和运转管理费、占地面积、使用寿命)。在评价和选择旋风除尘器时，需全面考虑这些因素 7。(1)旋风除尘器的工作原理旋风除尘器内气流与尘粒的运动概况见图 1.5。旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体，呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远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自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。旋转下降的气流在到达圆锥体底部后。沿除尘器的轴心部位转而向上。形成上升的内旋气流，并由除尘器的排气管排出。自进气口流入的另一小部分气流，则向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达到排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从排气管排出，分散在其中的尘粒也随同被带走 8。旋风除尘器是使合尘气流作旋转运动，在离心力作用下使尘粒从气流中分离捕集下来的装置，是常用的除尘器。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟7图 1.5 旋风除尘器的工作原理(2)旋风除尘器的入口进入方式旋风除尘器的形式很多，按气流进入方式不同，可分为切向进入式和轴向进入式两类。切向进入式又分为直入式和蜗壳式等。直入式入口是入口管外壁与筒体相切，蜗壳式入口是入口管内壁与筒体相切，外壁采用渐开线形式，渐开角有 180、270、360三种。蜗壳式入口形式增大进口面积较容易，进口处有一个环状空间，可以减少进气流与内涡旋之间的相互干扰，减小进口压力损失。轴向进人式是靠导流叶片使气流旋转的，与切向进人式相比，在同一压力损失下，能处理约为 3 倍的气体量，而且气流分配容易均匀。(3)影响旋风除尘器除尘效率的因素进气口旋风除尘器的进气口是形成旋转气流的关键部件，是影响除尘效率和压力损失的主要因素。切向进气的进口面积对除尘器有很大的影响，进气口面积相对于筒体断面小时，进入除尘器的气流切线速度大见图 1.6，有利于粉尘的分离9。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟8图 1.6 进口风速与除尘效率的关系1-扩散型；2-XCX 型；3-长锥型；4-CLT/A 型圆筒体直径和高度圆筒体直径是构成旋风除尘器的最基本尺寸。旋转气流的切向速度对粉尘产生的离心力与圆筒体直径成反比，在相同的切线速度下，筒体直径 D 越小，气流的旋转半径越小，粒子受到的离心力越大，尘粒越容易被捕集。筒体总高度是指除尘器圆筒体和锥筒体两部分高度之和。筒体总高度一般以 3、4 倍的圆筒体直径为宜，锥筒体部分，由于其半径不断减小，气流的切向速度不断增加，粉尘到达外壁的距离也不断减小，除尘效果比圆筒体部分好。因此，在筒体总高度一定的情况下，适当增加锥筒体部分的高度，有利提高除尘效率。一般圆筒体部分的高度为其直径的 1.5 倍，锥筒体高度为圆筒体直径的 2.5 倍时，可获得较为理想的除尘效率。排气管排风管的直径和插入深度对旋风除尘器除尘效率影响较大。一般认为排气管直径为圆筒体直径的 0.40.6 倍为宜。排气管插入深度一般以略低于进气口底部的位置为宜。排灰口排灰口的大小与结构对除尘效率有直接的影响。通常采用排灰口直径为圆筒体直径的 0.10.5 倍为宜。流速综合考虑旋风除尘器的除尘效果和经济性，进气口的气流速度控制在1020m/s 之间，最大不超过 25m/s，一般选 15m/s 为宜。粉尘的状况垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟9粉尘颗粒大小是影响出口浓度的关键因素见图 1.7。气体中的灰分浓度也是影响出口浓度的关键因素。图 1.7 颗粒粒径与除尘效率的关系运行的影响旋风除尘器下部的严密性是影响除尘效率的又一个重要因素。(3)旋风除尘器的优缺点优点：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 10。缺点：效率 80%左右，当捕集5m 颗粒的效率不高。(4)旋风除尘器的改进环境保护促进我国旋风除尘技术的发展。我国现已研制出实用新型除尘器：集旋风除尘、静电除尘和袋式除尘于一体，可广泛用于工业含尘气体除尘，可使废气排放浓度远低于国家排放标准 50mg/m3，达到先进国家 10mg/m3 废气排放标准，有利于国家环保和实现可持续发展的要求。配备自动控制系统进行控制，可非常容易实现自动化操作。旋风除尘器的显著成绩还有许多：为了适应具有下排烟口设备的烟气除尘，湖北工业建筑设计院研制出 XXD型倒置安装的旋风除尘器，五机部六院研制出具有下排烟口的 XS 型双级涡旋除尘器。这两种除尘器结构新颖，安装形式独特，能够在保证正常运行情况下，使除尘器布置紧凑，节省前后连接管道。由抚顺石油二厂等单位组成的石油部旋风除尘器攻关小组与湖北工业建筑设计院协作研制成多管式三级旋风分离器，基本上解决了石油催化裂化能量回垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟10收工程的关键技术问题，满足了烟气透平机长周期运转的需要，取得了可喜的成绩。为了解决天然气的输配，华东石油学院与成都天然气设计院协作，研制出导叶式多管旋风除尘器，已经用于天然气净化，取得了良好效果。为了解决电除尘器和过滤式高效除尘器在净化高含尘气体时的前置除尘，湖北工业建筑设计院研制出 XDF 型大风量除尘器。该除尘器体型小，处理风量大，每小时处理一千立方米含尘气体的钢耗量只有 18 到 23 公斤，可以组装成每小时处理几万甚至几十万立方米气体的除尘装置。高温旋风除尘器高温烟气除尘器类似于普通的多管旋风除尘器，它将若干个并联的陶瓷旋风子单元组合在一个壳体内，外加总进气管、排气管和灰斗 11。陶瓷旋风分离器比旋风分离器设计更合理，结构更先进。旋风分离器仅一个烟气进口，且安排在侧面，陶瓷旋风分离器有四个烟气进口在芯管周围，且内部光滑。陶瓷旋风分离器，耐磨损，耐腐蚀，耐高温，使用寿命可达 1520 年。工作时高温烟气由总的进气管进入气体分布室，随后进入导向器，导向器使气体产生旋转并使粉尘分离出来。被分离出来的粉尘从旋风子下端出来后进入灰斗，被净化的气体进入排气室，由排气口排出。根据安装要求，总排气管可以设置在侧向或顶部见图 1.8。图 1.8 高温烟气除尘器结构简图1-灰斗；2-旋风子； 3-炉墙；4-支撑梁；5- 出风口； 6-炉架；7-进气口新型高效旋风除尘器垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟11a.新型 TLX 旋风除尘器由于在两级除尘中，袋式除尘器等高效除尘设备对旋风除尘器的低效起了弥补作用，人们忽略了旋风除尘器的低效性。现提出一种新的改进方法使旋风除尘器的分离性能得到了极大提高。这种新型 TLX 旋风除尘器见图 1.9。在结构上主要改进如下 12：进口管下斜 510，使气流在旋转的同时保证了向下的旋转，并且下倾角确保了尘粒反弹时绝对折射朝下。采用 180的半圈螺旋管代替了传统型的直吹进筒，从而进一步保证了气流的“下旋”。进口螺旋道截面递减，增大了气流旋转的离心力。含粉尘的气体在螺旋道中实现 1.4 倍加速。提高了尘粒的惯性，降低了尘粒沉降的时间。出风管增长，直到螺旋轨道的底部，防止了内侧部分尘粒裹进出风管。进口、加速段、出口的截面积之比扩大为 1:0.7:2，即出口风速是进口速度的一半；出口风速是内部加速段的 1/3。图 1.9a XLP 型旋风除尘器 1.9b TLX 新型高效旋风除尘器b.双联旋风除尘器双联旋风除尘器见图 1.10。采用一个用隔板分开的进风口。隔板将气体均匀分开，分别进入两个除尘器。含尘气流进入除尘器后，沿壳体内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到达锥体底部后，转而向上沿轴心旋转，最后由两排气管排出，汇合后送入回风管道。两个除尘器以并联的方式处理同样的风量时，单个除尘器处理的风量为原风量的二分之一，随着相对处理风量的减小，所需的除尘器的高度就可以降低，就可以使单个除尘器的外形相对更细长，以提高除尘效率，相对处理风量的减小，还可以降低进入设备的风速，而且使进入除尘器烟气中的颗粒浓度降低，减小了除尘器内壁的磨损，提高了设备使用寿命。双联旋风除尘器每个筒垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟12体与原旋风除尘器筒体相比，其直径的减小，使尘粒受到的离心力增大，大大地提高了除尘效率。双联旋风除尘器的集灰斗采用了叉体合并结构。此结构在锥体下部形成了阻气锥，使内旋气流不能到达集灰斗，避免了内旋气流对已捕捉烟尘的卷吸，并使集灰斗内的负压值降低，集灰斗内外压差减小，漏风率也就减少。由于消除了底部内外旋流的干扰，除尘效率有明显的提高。图 1.10 双联旋风除尘器c.竖直筋条旋风除尘器竖直筋条旋风除尘器对旋风除尘器进行了改进。通过在旋风除尘器的圆柱部分的内壁以及圆锥上端部分的内壁焊接若干数量的竖直筋条见图 1.11，这样可极大地增加内壁的粗糙度和摩擦阻力，增强沿程能量损失效应，消耗气流及粉尘颗粒动能，从而使气流及粉尘颗粒减速。竖筋同时还对快速气流中的粉尘颗粒起到正面直接阻击作用，致使粉尘颗粒的速度迅速下降，除尘效率提高，竖直筋利于积料的清除。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟13图 1.11 竖直筋条旋风除尘器DX 型多管旋风除尘器机械部设计研究院环保研究所研制的 DX 型多管旋风除尘器见图 1.12，主要技术指标在国内同类设备中，处于领先地位，通过部级鉴定，早在 1988 年列为国家环保最佳实用技术推广项目。该除尘器经长期运行除尘效率稳定达到95.4%，工作阻力为 853Pa，切割粒径 De=3.05 ，除尘器钢耗为m119kg/km3 h，它是一种利用惯性碰撞、沉降、离心分离等原理组成的新型多管旋风除尘器，旋风子采用倾斜 45布置，结构紧凑，占地面积小，采取上进风、下出风方式，气流分布合理。除尘器本体无可动部分，只需将进风口接锅炉，出风口接引风机即可。工作年限长，使用方便，一般不需维修。该除尘器具有除尘效率高、阻力低、对细微粉尘捕集能力强、钢耗低、使用寿命长、维修少等特点，广泛用于各类工业锅炉除尘，以及机械、冶金建材、矿山、陶瓷、铸造等行业，具有类似锅炉生产系统除尘和物料回收的功能，其系列产品适用于从蒸发量的蒸汽或热水锅炉，是一种理想的除尘装置。图 1.12 DX 型多管旋风除尘器(5)旋风除尘器的应用由于旋风除尘器能用于高温、高压及腐蚀性气体，并可回收干颗粒物，其应用范围十分广泛。锅炉房中旋风除尘器的应用示意见图 1.13，水泥厂旋风除尘器的应用示意见图 1.14，钢铁厂旋风除尘器的应用示意见图 1.15，发电厂旋风除尘器的应用示意见图 1.16，及垃圾焚烧厂中旋风除尘器的应用示意见图1.17。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟14图 1.13 锅炉房中旋风除尘器的应用示意图图 1.14 水泥厂中旋风除尘器的应用示意图垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟15图 1.15 钢铁厂中旋风除尘器的应用示意图图 1.16 发电厂中旋风除尘器的应用示意图垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟16图 1.17 垃圾焚烧厂中旋风除尘器的应用示意图1.4 本课题主要研究内容普通旋风除尘器效率不高，主要原因在于除尘器结构不合理，从而降低了对细粉尘的捕集能力，而高效多管旋风除尘器较好的解决了上述问题 14。工艺参数的计算：重点计算多管旋风除尘器的除尘效率，分割粒径。其衡量旋风除尘器的性能指标。尺寸的计算：首先，必须合理设计进气管，应使进入到各旋风子的气流均匀。其次，旋风子直径不能太小，不宜处理粘性大的粉尘，以防旋风子堵塞。而且旋风子的直径过小会使制造尺寸难以保证，同时会增加旋风子之间在总灰斗内的窜风等现象。最后，为避免气流由一个旋风子窜到另一个中，常在灰斗中每隔数列设置隔板，也可单设灰斗。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟17第二章 烟气净化系统2.1 设计依据(1)设计原始数据表 2.1 烟气净化系统入口序号 项目 单位 正常工况1 烟气量 (m3/h) 50002 烟气温度 () 2302403 粉尘颗粒 m 510表 2.2 冷却塔技术参数序号 项目 单位 数据1 直径、高度 mm :456082 塔体材料 碳钢3 入口烟气温度 2302404 出口烟气温度 160175表 2.3 反应吸收塔技术参数序号 项目 单位 数据1 直径、高度 mm :250172 塔体材料 碳钢3 入口烟气温度 1601754 出口烟气温度 140160表 2.4 多管旋风除尘器设计参数序号 名称 单位 数值1 塔体材料 345R2 最高工作压力 MPa 33 设计压力 MPa 2.625垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟184 设计温度 C 1505 钢材的厚度负偏差 C1 mm 06 腐蚀余量 C2 mm 27 焊缝系数 0.88 许用应力 Mpa 163(2)国家标准 (GB150-1998)-钢制压力容器(3)(JB/T4746-2002)- 钢制压力容器用封头2.2 烟气净化系统的组成垃圾焚烧系统分为垃圾运输、储存、卸料区，垃圾焚烧和蒸汽发生区和烟气处理区三部分。主要包括：进料系统、焚烧炉系统、烟气系统、除尘系统等，如图 2.1。垃圾经过进料系统进入焚烧炉，产生的烟气随后进入到渗透水和炉水处理系统，然后经过收风机进入到中和反应塔，通过石灰乳的作用去除酸性气体，而后通过加入活性炭处理各种废料中产生的二恶英、重金属等物质，最后达到除尘系统，对飞灰和颗粒物做最后处理，通过引风机作用经过烟囱排到空气中。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟19图 2.1 垃圾焚烧处理流程烟气净化系统如图 2.2，是垃圾焚烧处理流程的一部分。工艺流程如下：从垃圾焚烧设备尾部排出的含酸性物质的烟气进入减温塔的底部，在减温塔入口处，设有特殊的烟气分配装置，使进入减温塔的烟气均匀地与减温水混合，烟气冷却并增湿。经过降温后的烟气温度大约在 160，减温后的烟气进入反应塔底部，与喷入的熟石灰粉充分混合，在此进行脱酸反应，另外，为增加烟气湿度以及变工况需要。此外，熟石灰和返料箱返回的还具有反应性的循环干燥副产品相混合，进一步进行脱酸。在反应塔内，熟石灰被文丘里反应器出口的高速烟气吹散，附着在床内流动的物料表面上，显著增大了熟石灰粉反应表面积，使熟石灰和烟气中的酸性组分充分接触反应，使之被吸收和中和。同时由于高浓度的干燥循环物料的强烈湍流和适当的温度，反应器内表面保持干净，没有物料沉积。经过脱酸的烟气进入旋风除尘器除尘后实现达标排放。在焚烧各种废料过程中产生的二恶英、重金属通过在反应塔中高浓度的再循环物料和熟石灰的表面以及在反应器后和旋风除尘器前的烟道中喷入的被活性炭吸附的经旋风除尘器被去除。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟20图 2.2 烟气净化系统2.3 多管旋风除尘器2.3.1 多管旋风除尘器多管旋风除尘器是除尘效率较高的一类旋风除尘器。由若干个并联的旋风除尘器单元(又称旋风体、旋风子)组成的除尘设备。它可以由一般的旋风除尘器单元或直流型旋风除尘器单元组成，这些单元组合在一个壳体内，有总的进气口、排气管和灰斗 15。随着含尘气体流量的增大，通常的切向入口式旋风分离器的尺寸将变得很大，其除尘效率也随之下降。为解决这个问题，采用多管式旋风分离器。它是轴向进入式，靠导流叶片使气流旋转。多管旋风除尘器布置紧凑，外形尺寸小，可以用直径较小的旋风子来组合，能够有效地捕集 510m 的粉尘，多管旋风除尘器可以处理含尘浓度较高的(100g/m 3)气体。其原理为：含尘气体由总进气管进入气体分布室，随后进入旋风体和导流片之间的环形空隙。导流片使气体产生旋转并使粉尘被分离出来，被分离的粉尘经旋风体排灰口进入总灰口。被净化的气体经旋风体排气管进入排气室，由总排气口排出。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟21图 2.3 多管旋风除尘器示意图多管旋风除尘器内通常并联多个乃至上百个旋风子，使气流均匀分布是保证其除尘效率的关键 16。研究表明，多管旋风分离器的性能取决于每个旋风子的分离效率。普通旋风除尘器除尘效率不高的一个主要原因就是除尘器结构不合理，从而引起下涡旋“短路”和沿程“反弹”，降低了对细粉尘的捕集能力。而多管旋风除尘器较好地解决了上述问题。但在设计制造时，如果旋风子布置不合理或旋风子本身的结构不合理，也会引起上述问题，从而影响多管除尘器的效率。2.3.2 旋风子的内部流动特点旋风子内含尘气流的流动特点可以分为二个区域来讨论。外管与排气管之间的套管区：在这个区内，可以认为气流没有径向流动，只是叶片使气流呈一定角度的旋转运动。粒子则一面以一定角度随气体而旋转，一面在离心力作用下做径向运动。排气管末端以下区域：在此区内，含尘气流的流动特点与一般切向入口旋风分离器相似，除有向下的外旋流外，还有向上的内旋流。气流的径向运动较明显，对粒子的分离有较大的影响垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟22为研究方便，通常把内、外涡旋的全速度分解成为三个速度分量：切向速度、径向速度和轴向速度。气流的切向速度是决定气流全速度大小的主要速度分量，也是决定气流中粒子所受离心力大小的主要因素。图 2.4 内部流动示意图1951 年 A.J.Linden 对旋风分离器内各截面上气流的切向、径向、轴向速度作了测定，大致如图 2.5 所示：图 2.5 旋风子内气流速度分布切向速度分布：对于任意截面，可分成三个同心环区来分析：O r0 区：（核心涡流区），为向上的内旋流，被约束住，近似于刚体转动的强制旋涡。r0r1 区：（过渡区），夹在向上的内旋流与向下的外旋流之间，由于摩擦损失很小，可近似认为是自由旋涡，r 1r2 区：向下的外旋流，取决于气流和管壁间以及气流内部的摩擦损失。垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟23径向速度分布：外旋流一面向下运动，一面不断有部分气体向内加入内旋流中排出，其径向速度沿轴向的分布，在外旋流中，气体向内径向流动。在内旋流中，气体向外径向流动。图 2.6 径向速度分布轴向速度分布：外旋流主要是向下运动，内旋流主要是向上运动。