垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟毕业设计论文(编辑修改稿)

垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

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 烟气主要污染物 去除过程 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 、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 旋转喷吹布袋除尘器 图 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 250～350℃。 (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 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。 ② 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 生活垃圾焚烧处理系统 工艺流程图 （ 袋 式除尘器 ） 旋风除尘器净化技术 旋风除尘器 见图 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 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。 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 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180176。 、 270176。 、 360176。 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 ① 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 ， 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 进口风速与除尘效率的关系 1扩散型； 2XCX 型； 3长锥型； 4CLT/A型 ② 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 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 倍 ， 锥筒体高度为圆筒体直径的 倍时 ，可获得较为理想的除尘效率。 ③ 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 ～ 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。 ④ 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 ～ 倍为宜。 ⑤ 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 10～20m/s 之间，最大不超过 25m/s，一般选 15m/s 为宜。 ⑥ 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。 气体中的灰分浓度也是影响出口浓度的关键因素。 图 颗粒粒径与除尘效率的关 系 ⑦ 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 5μ m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。 垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟 10 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。 ① 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 15～ 20 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。 图 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 ② 新型高效旋风除尘器 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垃圾焚烧厂用旋风除尘器设计及三维模拟 11 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。 在结构上主要改进如下 [12]： 进口管下斜 5176。 ～ 10176。 ，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 180176。 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 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::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 XLP 型旋风除尘器 TLX 新型高效旋风除尘器 双 联旋风除尘器 见 图。 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体与原旋风除。