高溫旋風除塵器的設計
1 前言
在干燥過程中, 工藝氣體起著關鍵的作用。隨著工藝的不同, 對工藝氣體的要求也不同, 在一些干燥工程中, 需要對800～900℃高溫煙氣進行除塵,并要求溫降控制在最小的范圍內。普通的鑄鐵多管旋風除塵器滿足不了這方面的要求。
該高溫除塵技術是科技人員根據實踐經驗結合理論知識逐漸摸索出來的, 其核心部件采用耐高溫陶瓷旋風子。利用煙氣爐的砌筑方法, 使高溫煙氣得到了較好的除塵效果, 且溫降不大, 滿足了工藝生產需求。以下對該高溫煙氣除塵設備的設計作一介紹。
2 高溫煙氣除塵器的設計要求
在高溫煙氣除塵器的設計過程中, 主要有以下幾點要求:
( 1) 溫降不能太大, 對于800～900℃的高溫煙氣, 為滿足特定的工藝要求, 除塵以后的溫度不能低于750℃。
( 2) 經過除塵的煙氣其煙塵含量應滿足工藝氣體要求, 否則會影響干燥物料的性質。
( 3) 保證運行的連續性及其持續性, 不得影響系統的長期運行。
3 工藝及其技術參數
3.1 工藝介紹
除塵工藝流程如圖1 所示。該除塵器是干燥流程中的輔助設備, 過量空氣由鼓風機送入煙氣爐助燃, 產生的高溫煙氣進入除塵器, 經除塵后進入干燥系統進行干燥。
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從圖1 可以看出, 高溫煙氣從煙氣爐出來以后, 直接進入高溫除塵器, 為了使溫降控制在最小的范圍之內, 應盡量使煙氣爐與高溫除塵器的距離縮短, 以減少高溫煙氣通過管路的熱量損失。
3.2 技術參數
3.2.1 溫度范圍
該高溫煙氣除塵器適用于500～850℃的高溫煙氣。如果溫度低于500℃, 要改變結構; 溫度過高則容易造成除塵器( 陶瓷旋風子) 的損壞。
3.2.2 處理風量
處理風量是根據旋風子的個數來確定的, 單個旋風子的處理風量由下式計算確定:
式中L —單個旋風子的處理氣量, m 3/h;
D —旋風體直徑, m ;
v— 旋風體截面氣速, m /s。
旋風體的截面氣速根據實際情況一般在3.5～4.75m /s 之間。組合多管高溫旋風除塵器的處理氣量由下式確定:
式中Ln —多管高溫旋風除塵器總的處理氣量;
n—旋風體的個數。
3.2.3 壓力損失
壓力損失由下式計算確定:
3.2.4 除塵效率
這里不再用公式進行表述, 根據實踐經驗, 除塵效率≥85% 。
3.2.5 進出口氣速
高溫煙氣多管除塵器總進氣管的寬度一般取外殼寬度, 深度根據總氣體處理量和進氣管氣速而定; 當旋風體在一排上的數目小于6 個時, 進口氣速≤10m /s; 旋風體在一排上的數目大于6 個時, 進口氣速≤14m /s。
4 高溫煙氣除塵器的結構特點
該除塵器的結構如圖2 所示。
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該除塵器類似于普通的鑄鐵多管旋風除塵器,它將若干個并聯的陶瓷旋風子單元組合在一個殼體內, 外加總進氣管、排氣管和灰斗。
其工作原理是高溫煙氣由總的進氣管進入氣體分布室, 隨后進入導向器, 導向器使氣體產生旋轉并使粉塵分離出來。被分離出來的粉塵從旋風子下端出來后進入灰斗, 被凈化的氣體進入排氣室,由排氣口排出。根據安裝要求, 總排氣管可以設置在側向或頂部。
4.1 旋風子的構造
如圖3 所示, 陶瓷旋風子由排氣管、導向器、旋風體組成。在高溫煙氣除塵器當中, 陶瓷旋風子采用了最新設計, 在迎向煙氣的A 側為凸起的流線型( 橢圓形, 拋物線形, 或雙曲線形) 。這樣不僅增加煙氣流動的流暢性, 減小了阻力, 而且增加了迎風側的厚度, 可以減少煙氣對導向器及排氣管外表面的沖擊及磨損, 提高了使用壽命。
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陶瓷旋風子的材料非常重要, 根據工藝要求,可以分為精瓷材料和普通陶瓷材料兩種。使用溫度在500℃以下, 可以選用普通陶瓷材料燒制的陶瓷旋風子; 使用溫度在500℃以上, 則應選用精瓷材料, 精瓷材料最高使用溫度可達到850℃。
4.2 高溫除塵器器壁的結構特點
降低工藝氣體經過除塵器的溫降, 主要是通過保溫措施來保證: 在高溫煙氣除塵器中, 器壁采用了燃燒爐的爐墻結構( 如圖4) 。器壁由里而外由耐火層、保溫層、紅磚層以及爐架構成。在承重節點采用水泥圈梁和拱形耐火磚( 下文有專門論述) , 這樣的結構能保證整個除塵器的穩定性及其嚴密性,可使溫降控制在最小的范圍內。爐架尺寸根據計算確定。
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4.3 拱磚的結構特點
在高溫煙氣除塵器中有三層拱, 下一層拱支撐旋風子重量, 與中間一層拱構成風室, 旋風子的排氣管穿過中間一層拱; 最上面一層拱用作封頂。三層拱可以用耐火水泥澆制, 也可用耐火磚砌筑。
普通多管旋風除塵器的三層拱如果采用花紋鋼板制作, 在高溫下容易燒壞。如果采用耐火磚砌筑, 拱可以根據長度制成整體或分成幾塊, 但分塊式最多不宜超過3 塊, 多了會影響整體的穩定性。
5 應用實例
對高粘性物料抗生素渣的干燥, 采用回轉圓筒干燥機, 熱源采用爐排式煙氣爐, 進干燥機的氣體溫度要求在750℃左右, 煙氣需經凈化。我們為生產廠家配供了高溫煙氣除塵器, 實際生產運用證明, 該除塵器除塵效果良好, 并能保證干燥系統正常運行, 對物料沒有任何不良的影響。
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