旋风子组合技术的制作方法

专利名称：旋风子组合技术的制作方法
技术领域：
本发明是关于旋风子组合技术，特别是用于清除煤粉锅炉烟气灰尘的组合式旋风除尘器的旋风子组合技术的发明。
燃煤锅炉、烧结炉等设备在工作中排出的废气含有固体微粒，对环境造成了污染。为了减轻和消除固体微粒对环境的污染，回收有用的固体微粒，应在废气排入大气前对废气进行除尘净化处理、清除净化废气中固体微粒的设备—除尘器。
旋风除尘器是通过含尘粒气体旋转，使得尘粒受到比气体微团大得多的离心力而达到气——固分离目的。由于旋风分离器具有结构简单紧凑、操作维护简便、压力损失小等一系列优点，因此在工矿企业中广泛应用。旋风分离器筒体直径愈小，也就是旋流半径愈小，则离心力愈大，所以除尘效率愈高。但是旋风分离器直径愈小单个旋风分离器处理的含尘气体量的能力愈小。在处理气体量较大时，为了获得较高除尘效率、采用许多旋风子并联组合使用，构成组合式旋风除尘器。因现在采用的旋子组合方式不佳，使组合式除尘器的效率远远低于单个旋风子的效率。
旋风子组合技术目的在于防治排入大气废气中固体微粒的污染和减少净化废气的费用。具体是1.提高组合式旋风除尘器的除尘效率。小直径的旋风子组合式多管除尘器，除尘效率接近或达到单个旋风子的除尘效率。例如用于煤粉锅炉的旋风子轴向进气的多管式除尘器效率可以达到90～98％。对于大直径旋风子组合式除尘器，除尘效率达到或高于单个旋风子的效率。
2.消除旋风除尘器中堵灰、积灰现象，使除尘器部件磨损较均匀，减少除尘器的运行和维护费用。
3.改善劳动条件。
一、理论和方法旋风分离器工作过程是一种极复杂的三维、湍流、两相运动，理论及实验研究都十分困难；同时也由于长期以来人们对它的基本的力学过程研究不够，致使旋风分离器的设计、操作迄今仍带有十分浓厚的经验性质。
西北电力试验研究所在实验室，曾对坝桥电厂使用轴向进气多管式除尘器旋风子，做过两个旋风子并联特性试验。试验用坝桥电厂除尘器灰斗里的煤灰作原始灰尘，测得除尘器的效率为95％。对单个旋风子进行试验，测得当筒体速度≥4.5米/秒时，除尘效率为98％。
根据紊流混掺层流边界层分离理论，导出计算轴流反转式旋风子dc100的公式(陈明绍等编著《除尘技术的基本理论与应用》第175页)如下dc100={660π2cot3β·μ(γω1-n-γn1-n)γω3+n(γω-γn)(1-n)ρk(2ht+hz)Q(pz/pf)1/k}1/2]]>式中n——旋涡指数；γn——旋风子蕊管内半径；γω——旋风子筒体内半径；β——旋流叶栅出口角；ρk——尘粒密度；μ——流体动力粘度；ht——旋风子旋流叶栅以下的筒体高度；hz——旋风子园锥高度；
Q——旋风子体积流量；pz——旋风子旋流叶栅前气体压力；pf——旋风子旋流叶栅后气体压力；k——气体的绝热指数。
按上式计算坝桥电厂使用的直径为254毫米的旋风子分离煤灰尘的dc100＜3微米。
中国科学院力学研究所柳绮年等“旋风分离器三维流场的测定”(《力学学报》第三期1978年)提供单个旋风分离器模型的三维流场的测定结果，绘出单个旋风分离器及灰斗的气体流场分布，绘出旋风子经排灰口与灰斗间气体交换过程中气体流场分布。
日本的小川 明先生《旋风除尘器灰斗内气流的研究》，(蒋霈泽《劳动保护技术》1982年第六期)得出流入旋风子本体中的气体流量Q与流入灰斗内气体流量Qbm之比关系式如下Qbm/Q＝2.62〔1-0.36(D3/D1)-0.56〕3/2(D3/D1)1.16式中D1——旋风子筒体内径；D3——旋风子排灰口内径；按上式计算轴向进气直径254毫米反转式旋风子Qbm/Q数值为12％。切向进气直径208毫米旋风子Qbm/Q数值为42％。
旋风分离器中的旋风子是含尘气体灰尘的浓缩器。例如轴向进气小直径旋风子大约98％以上的灰粒，在离心力的作用下聚集在壳体内壁面附近，随排入灰斗的气流(约占旋风子烟气量12％)经旋风子排灰口内周壁部分进入灰斗。携尘气体在灰斗中靠惯性及重力完成尘粒与携尘气流的分离，灰尘沉积在灰斗中，气流携带未分离的灰尘经旋风子排灰口的中心部分进入旋风子中。组合式除尘器是许多旋风子公用一个灰斗，它的灰斗工况和单个旋风子在实验台灰斗的工况不同。单个旋风子的灰斗内侧壁有一个近壁层流层，尘流进入层流层内会被捕集分离。组合式除尘器中旋风子位置不在边排，它的公用灰斗中就没有近壁层流层，因而由这些旋风子排灰口排入灰斗的携尘气体，灰尘与气体分离就差。公用一个灰斗的许多旋风子，因每个旋风子制造、安装误差，在除尘器中位置不同等因素，致使旋风子排灰口间存在压力偏差，形成灰斗中旋风子排灰口间的气体串流现象。气体串流妨碍了灰尘在灰斗中的尘降，增加了由灰斗返回旋风子气体的含尘量，降低了除尘器除尘效率。灰斗中串流现象严重时会使旋风子浓缩后携尘气体不能进入灰斗中。致使旋风子排灰口被灰尘堵塞，排灰口堵塞的旋风子除尘效率会降低到零。
尘粒在灰斗中靠惯性及重力完成尘粒与携尘气流的分离，使尘粒沉积在灰斗中，尘粒在灰斗中是均匀沉降，即尘粒的重力G等于气流对尘粒沉降的阻力f2。则πd3(ρk-ρ1)q/6=c2πd2ρ1ω22/8]]>
如果全部沉降过程都在层流范围，即Re＜1.0，则c2＝24/Re或f2＝3πμdωs，故ωs＝(ρμ-ρc)gd2/18μ颗粒密度ρk＝2100公斤/米3，粒径为1微米的煤灰尘在标准状态空气中的沉降速度按上式计算为0.22米/时。颗粒的沉降速度亦即悬浮速度，上述煤灰尘粒在0.22米/时上升气流中就会悬浮在气流中，使尘粒不能沉降。因此只要减少或消除组合式旋风除尘器灰斗中气体串流现象，除尘器除尘效率就可以明显提高，即可以达到单个旋风子的水平(即除尘效率为98％)，同时也具有清除微尘的能力。
旋风子组合技术是采用如下措施改善组合式除尘器的组合特性，减少和消除灰斗中的串流气体。
1.除尘器的引入烟道及分配室采用最佳模式，使进入除尘器每个旋风子气体流量及含尘浓度均匀，进口处的静压偏差减少。
2.排气室及引出烟道的设计必须尽可能使每个旋风子排气管出口处的静压相等。
3.除尘器本体旋风子的布置应使每个旋风子负荷分配均匀。
4.除尘器的灰斗是旋风除尘器工作过程中最关键的环节，要求灰斗要有一定容积，用来完成携尘气流与灰尘的分离，同时对定期除灰的除尘器灰斗要有一定容积来容纳不放灰时除尘器分离的灰尘，灰斗要严密不漏。在灰斗中加装隔板和密封门，减少由于灰斗中串流气体对携尘气流分离灰尘的影响，从而增强携尘气流分离灰尘的能力。
5.采用仓泵式负压除灰系统对不采用仓泵式负压除尘系统的除尘灰斗放灰门，在灰斗下部加装密封放灰档板门。
6.除尘器要保温，除尘时烟气的温度要高于露调点10～20℃对于露点较高的携尘气体，除尘器的灰斗要加装加热装置，使灰斗壁面温度高于露点，消除灰尘中的堵灰现象。
7.电厂锅炉低负荷时，锅炉负荷仅50～60％，这时要保证旋风除尘器旋风子筒体速度高于旋风子积灰的临界值。(例如轴向进气的多管式除尘器旋风子的积灰临界值为～2.4米/秒)或在两侧的除尘器进入口烟道上加装档板。在锅炉低负荷运行时，切除外侧的整组除尘器，使运行的旋风子筒体速度在堵灰的临界数值之上。
8.组合式旋风除尘器的考圃旒鞍沧爸柿坑Ψ贤贾郊坝泄 标准的规定。
9.加强除尘器的维护及检修。
上述措施实施后，煤粉锅炉采用的多管式除尘器效率可以达到90％以上。较大直径的旋风子组合式除尘器除尘效率可以达到85％在上述措施的基础上加装灰斗抽气系统，组合式除尘器除尘效率可以接近或达到它的单个旋风子的除尘效率。组合式除尘器若用微机进行控制，可以改善运行人员的劳动条件，使除尘器保持较高的除尘效率，而且可以减少除尘器运行的积灰、堵灰现象，降低除尘器运行费用。
二、应用方式组合式旋风除尘器分为小直径轴向、切向进气旋风子多管式除尘器及大直径的旋风组合式除尘器三类。本发明的实施表现在下述三类除尘器。
(一)轴向进气旋风子多管式除尘器图1为轴向进气旋风子多管式除尘器组合的最佳模式。
1.烟气分配室的上顶板4，一般选用与水平呈13°～17°夹角的斜顶板。除尘器的引入烟道5应该布置呈倾斜状，倾斜角度应和分配室上部顶板角度相同。引入烟道的长度应该8倍的烟道截面当量直径。在通常情况下，没有布置这样长度烟道的位置，引入烟道的长度可以缩短，但进入引入烟道的弯曲烟道必须装置导流板。引入烟道的宽度应该与分配室宽度相等，实际上多数都是渐开接头与分配室相接，在设计中尽可能用较小角度的渐开接头，角度较大时要加装导流板。
2.排气室对称布置轴向引出烟道6，由排气室进入引出烟道的渐缩管的中心角度不大于60°，旋风子的排气管7长度应相等。
3.旋风子的筒体速度应＞4.5米/秒，选用花瓣状平滑入口曲线形叶片旋流叶栅。除尘器旋风子的布置位置应使每个旋风子负荷分配均匀，因此在负荷较小的角落位置不布置旋风子图1-1。
4.除尘器灰斗上部有1米高垂直空间，在灰斗内旋风子下托板的下方装置高度＞300毫米方格形隔板1和十字形分隔板2。十字隔板下沿与灰斗放灰门的距离小于500毫米，减轻灰斗中气体串流现象对携尘气体分离灰粒的影响，增强分离灰粒的能力。
5.采用仓泵式负压除灰系统，对不采用仓泵式负压除灰系统的除尘器的灰斗放灰门，加装密封放灰档板门3，减少放灰门漏风。
6.除尘时烟气的温度要高于露点10～20℃，除尘器本体、灰斗、进、出口烟道要保温。对于露点较高的携尘气体，除尘温度低于露点时，除尘器灰斗壁要加装加热装置8(蒸汽、热管、电热均可)使壁面温度高于露点，消除灰斗的堵灰、积灰现象。
7.电厂锅炉因某种原因经常低负荷(50～60％)运行的机组，在低负荷运行时要使旋风子筒体速度高于旋风子积灰的临界值～2.4米/秒或在布置于两侧除尘器进口烟道上加装档板门。低负荷运行时解除外侧的整组除尘器，使运行的除尘器旋风子筒体速度在堵灰的临界数值之上。
8.除尘器的部件制造及安装质量应符合图纸及有关标准的规定。除尘器的的维护和运行有关规程执行。
按图1最佳模式组合的多管式除尘器除尘效率高于现有的多管式除尘器除尘效率10～20％，可以达到～90％。
图2是在图1轴向进气旋风子多管式除尘器组合最佳模式的基础上，在方格式隔板1的下端加装活叶式密封小门2，加装密封小门减轻灰斗中气体串流的影响，给灰斗中含尘气体分离尘粒创造了较好的条件。加装密封小门的轴向进气旋风子斗多管式除尘器的除尘效率不低于93％。
在图1轴向进气旋风子多管式除尘器组合的最佳模式的基础上，加装由抽气孔、抽气室、抽气管、灰斗辅助除尘器、抽气风机等部件组成的灰斗抽气系统图3。
如图3所示，在旋风子的下托板1上每个旋风子有均匀分布直径为20～70毫米的抽气孔。在下托板上方高350～420处加装隔板2，构成灰斗抽气室。由除尘器前墙、后墙或下托板的下方装置抽气管3。抽气管后为灰斗抽气的辅助除尘器，再布置抽气风机(减轻灰斗抽气风机的磨损)。由抽气风机排出的气体进入多管式除尘器入口烟道或引出烟道。辅助除尘器及抽气风机的容量为多管式除尘器容量的5％～20％。辅助除尘器型式最好与主除尘器相同也可以选用其它型式。
在灰斗抽气管和抽气风机排出烟管上加装闸板门。
在抽气烟室中加装压缩空气吹灰枪4。
按图3所示加装灰斗抽气量为5％～20％的抽气系统。煤粉锅炉配用的多管式除尘器的整组除尘效率可以达到93～98％。0～3微米的煤灰尘，除尘效率～70％。
(二)切向进气旋风子的多管式除尘器。
图4为切向进气旋风子多管式除尘器的最佳模式。除尘器的烟气分配室、排气室、引入、引出烟道、灰斗、灰斗中的方格形隔板、十字形隔板、除灰系统。除尘时烟温等与轴向进气旋风子多管式除尘器设计原则相同。除尘器的旋风子蜗壳布置沿烟气行程改变图4。采用这种布置时，每个旋风子的蜗壳进口平面与气流方向成角，＝α(m-1)/(n-1)，其中m——沿气流方向的旋风子行号；n——沿气流方向的行数；α＝90°。除尘器灰斗上部有1米高垂直空间；方格形隔板断面尺寸与旋风子所占空间的断面尺寸相同，高度为＞300毫米；十字形隔板的下端与灰斗放灰门的距离小于500毫米。
煤粉锅炉配用图4最佳模式切向进气旋风子多管式除尘器，除尘效率为～90％。在此基础上，方格形隔板的下端加装图2所示的活叶式密封小门，除尘器的除尘效率为～93％。
煤粉锅炉配用按图4所示最佳模式切向进气旋风子多管式除尘器的基础上，加装由灰斗抽气孔板、抽气室、抽气管、灰斗抽气的辅助除尘器、抽气风机等部件组成的灰斗抽气系统如图3所示。旋风子下托板上方350～400毫米处加装隔板构成抽气室。抽气孔位于下托板上，抽气孔直径20～70毫米，均匀分布在旋风子排灰孔周围。抽气室中装有压缩空气吹灰枪。灰斗抽气量占除尘器容量5～20％时，除尘器的除尘效率为93～97％。
(三)大直径旋风子组合除尘器大直径的单个旋风子可以处理几千到几万立方米/小时含尘气体，但对于处理更大数量含尘气体时仍需将许多旋子并联组合成组合式除尘器。
大直径旋风子组合式除器最佳组合模式与多管式除尘器最佳模式设计中的引入、引出烟道、灰斗、除灰系统、除尘时烟温的选择、除尘器的保温层、灰斗的加热装置等设计原则，除尘器部件制造、安装质量要求与多管式除尘器相同。在灰斗中加装图5中的阻气锥1，隔板2。隔板将公用灰斗分成许多小灰斗，使每个旋风子都有一小灰斗，隔板下端距灰斗放灰门距离小于500毫米。按上述最佳模式设计的大直径旋风子组合式除尘器的除尘效率可以接近单个旋风子的除尘效率。
图5是灰斗装有抽气装置的大直径旋风子组合式除尘器。灰斗抽气系统与图3所示多管式除尘器灰斗抽气系统相同，抽气孔板4位于旋风子排灰口端面或端面上方。抽气孔为相同直径均匀分布在旋风子排灰口四周如图51-1视图所示。抽气孔的上方装有吹灰孔6。装有灰斗抽气管5。
大直径旋风子组合式除尘器在最佳组合模式的基础上，加装抽气量为2～20％灰斗抽气系统后除尘效率达到或超过单个旋风子的除尘效率，可以使得除尘器净化度较单个旋风子高10％～30％。
四

图1是轴向进气旋风子多管式除尘器最佳模式。图1-1是旋风子布置图。图1-2是方格形隔板布置图。图2是方格形隔板下端的活叶式密封小门。图3是灰斗抽气系统示意图。图4是切向进气旋风子多管式除尘器最佳模式。图5是大直径旋风子组合式除尘器灰斗抽气装置示意图。
权利要求
1.旋风子的组合技术，是根据旋风子和灰斗中含尘气体流动状态及尘粒分离理论，改造组合式旋风除尘器，成为新型高效除尘器；其特征是除尘器引入、引出烟道、分配室、排气室、旋风子的布置、灰斗的设计、除灰系统的选择、加装密封放灰门、除尘器保温等采用了最佳模式；加装灰斗中的隔板、活叶式密封小门、灰斗抽气系统等；改善组合式旋风除尘器整体的气体动力特性，减少或消除灰斗中的气体串流量，增强尘粒在灰斗中的分离能力，减少了除尘器排出气体的含尘量。
2.按照权利要求1的旋风子组合技术，应用到轴向进气旋风子多管式除尘器(图1)其特征是按气体动力学特性设计的除尘器引入、引出烟道、分配室、排气室、旋风子的布置、灰斗的设计等致使每个旋风子的气体流量及含尘浓度较均匀的最佳模式；在灰斗中加装方格形和十字形隔板；灰斗加装密封放灰档板门及灰斗加热装置。
3.按照权利要求2的轴向进气旋风子多管式除尘器灰斗上部有1米高垂直空间；方格形隔板断面尺寸与旋风子所占空间的断面尺寸相同，高度为＞300毫米；十字形隔板的下端与灰斗放灰门的距离小于500毫米。
4.按照权利要求1、2的轴向进气的旋风子多管式除尘器；在除尘器灰斗的方格形隔板下端加装图2活叶式密封小门2。
5.按照权利要求1、2的轴向进气的旋风子多管式除尘器；加装由抽气孔、抽气室、抽气管、灰斗抽气辅助除尘器、抽气风机等部件组成的灰斗抽气系统(图3)；旋风子下托板上方350～420毫米处加装隔板构成抽气室；抽气孔位于下托板上、抽气孔直径20～70毫米，均匀分布在旋风子排灰孔周围；抽气室中装有压缩空气吹灰枪；灰斗抽气量为多管式除尘器容量的5～20％。
6.按照权利要求1的旋风子组合技术应用到切向进气旋风子多管式除尘器(图4)，其特征是按气体动力学特性设计的除尘器引入、引出烟道、分配室、排气室、旋风子的布置、灰斗的设计等致使每个旋风子的气体流量及含尘浓度较均匀的最佳模式；在灰斗中加装方格形和十字形隔板；灰斗加装密封放灰档板门及灰斗加热装置；除尘器灰斗上部有1米高垂直空间；方格形隔板断面尺寸与旋风子所占空间的断面尺寸相同，高度为＞300毫米；十字形隔板的下端与灰门的距离小于500毫米。
7.按照权利要求1、6的切向进气的旋风子多管式除尘器，其特征是在除尘器灰斗方格形隔板下端加装(图2)活叶式密封小门2。
8.按照权利要求1、6的切向进气的旋风子多管式除尘器；加装由抽气孔、抽气室、抽气管、灰斗抽气辅助除尘器、抽气风机等部件组成的灰斗抽气系统(图3)；旋风子下托板上方350～400毫米处加装隔板构成抽气室；抽气孔位于下托板上，抽气孔直径20～70毫米，均匀分部在旋风子排灰孔周围；抽气室装有压缩空气吹灰枪；灰斗抽气量为多管式除尘器容量的5～20％。
9.按照权利要求1的旋风子组合技术应用到大直径旋风子组合式除尘器(图5)，其特征是按气体动力特性设计除尘器引入、引出烟道、旋风子的布置、灰斗等致使每个旋风子的气体流量及含尘浓度较均匀的最佳模式；在灰斗的旋风子排灰口处，加装阻气锥1、隔板2，隔板将公用灰斗分成许多小灰斗，使每个旋风子都有一个小灰斗；隔板下端距灰斗放灰门距离小于500毫米。
10.按照权利要求1、9的大直径旋风子组合式除尘器，加装由抽气孔、抽气室、抽气管、灰斗辅助除尘器、抽气风机等部件组成的灰斗抽气系统(图3)；抽气孔板4位于旋风子排灰口端面或端面上方；抽气孔为相同直径，均匀分布于旋风子排灰口四周(图5)；抽气室装有吹灰孔6；灰斗抽气量为大直径旋风子组合式除尘器容量2～20％。
全文摘要
本发明是关于旋风子组合技术，特别是用于清除煤粉锅炉烟气灰尘的组合式旋风除尘器的旋风子组合技术，是根据旋风子和灰斗中含尘气体流动状态及尘粒分离理论，改造组合式旋风除尘器。采用最佳组合模式，加装灰斗隔板及抽气系统。改善组合式旋风除尘器整体的气体动力特性，减少或消除除尘器灰斗中的气体串流量，提高尘粒在灰斗中的分离能力，成为新型高效除尘器。组合式旋风除尘器，清除煤粉锅炉烟气中的灰尘效率为90～98％。
文档编号B04C5/28GK1031033SQ88101260
公开日1989年2月15日 申请日期1988年3月12日 优先权日1988年3月12日
发明者骞志贤, 张铼锋, 张桂霞 申请人:骞志贤, 张铼锋, 张桂霞