水浴除尘器设计

水浴除尘器设计

作者：朱会悦

来源：《中国新技术新产品》2009年第14期

摘要:水浴除尘的工作原理是气流以较高的速度喷出,在液面激起大量泡沫和水花,气流中密度较大的尘粒在惯性力作用下落入水中,激起的水花和泡沫与气流中尘粒接触进行二次净化。 关键词:换热系数;热导率;普兰特准数;喷射速度

由于近来热煤气广泛的应用于烧制耐火材料,热煤气含尘量大容易堵塞管路和烧嘴,需要进行初步除尘。 1设计指标:

煤气处理量:1400Nm3/h、煤气入口温度:400℃、水入口温度20℃,出口温度40℃、进口压力1000Pa 2设计计算: 2.1计算热煤气体积

Q=1400X(1+400/273)=3451.3m3/h 2.2进口管直径 选定插入深度+50mm. 喷射速度>14m/s

D=[3451.3/(3600x0.785x14)]0.5=0.295

选定D=Φ273X6实际喷射速度=3451.3/[0.785x(0.273-0.012)2x3600]=17.9m/s 2.3筒体直径

筒体内流动速度1～4 m/s 初定筒体直径1.1m

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验算

筒体内流速=3451.3/(0.785x1.12x3600)=1.01m/s 符合要求

2.4进口管直管压降

设备高度受煤气炉出口高度限制 设备总高2.66m

水封高度1.2m,有效高度0.6m 选定插入深度+50mm.

进口管长度=2.66-1.2-0.05=1.41m

进口管直管压降=0.03x(1.41/0.273)x500x(0.4637/1.293)=27.8Pa 2.5喷口处压降=ζω2ρ(1+t/273)/2 ζ局部阻力系数2.3 ω计算速度m.s-1 t煤气温度℃

喷口处压降=2.3x17.92x0.4637x(1+400/273)/2=421.2 Pa 2.6计算出口温度

煤气带入热量Q=V(C+dC1)t V 干煤气容积Nm3/h

C 干煤气平均比热容Kcal/(Nm3 ℃ ) d 煤气初湿含量Kg/Nm30.08 Kg/Nm3 C1水蒸气平均比热容Kcal/(Kg ℃ )

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0.45Kcal/(Kg ℃ ) t 煤气温度℃

Q=1400x(0.3285x0.08x0.45)x400=204120Kcal/h 计算煤气与水的换热系数

高温热媒气以较高的速度喷出,在页面机器打量泡沫和水花,将热量传给液体使之汽化带走热量,并与水面进行热交换。前种为主要换热形式,其较复杂不易精确计算。换热系数采用公式 a=45.8△t2.33p0.5估算 △t水温差20℃

P蒸发设备压力(x10-1Mpa)

a=45.8x202.33[(1000-27.8-421.2)x10-5]0.5=3654.6W/(m2. ℃) 按作用面积直径800

热流Q=20αΑ=20x3654.6x(3.14x0.82/4)=36740W 换算成热量

(36740x3600)/(4.1868x1000)=31590.8Kal/h 计算设备桶体内煤气温度

(204120-31590.8)=1400x(0.3285+0.08x0.45)t T=338℃

计算煤气与筒壁换热 数强制对流换热 桶内速度ω=1.01m.s-1 通体直径d=1.1m 假定同比温度150℃

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则平均温度=(338+150)/2=244℃ 煤气物理参数

热导率λf=0.055W/( m. ℃) 运动粘度Vf=42.735x10-6 普兰特准数Pr=0.516

则雷诺准数Re=ωd/Vf=1.01x1.1/(42.735x10-6)=25997.4>104 属紊流

换热系数af=0.023Re0.8Pr0.4λf/d =0.023x25997.40.8x0.5160.4x0.055/1.1 =3 W/(m2.℃) 长度:直径=1.2/1.1=1.1 af=3x1.34=4.02W/(m2.℃) 筒壁对空气换热数自然对流换热 空气温度 30℃

则平均温度=(30+150)/2=90℃ 空气物理参数 热导率λ=0.03125 运动粘度v=22.125x10-6 普兰特准数Pr=0.695 膨胀系数β=1/(273+90)=1/363 格拉晓夫准数Gr=gd3β△t/V2

=9.81x1.13x(1/363)x(150-30)/(22.125x10-6)2

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=8817.7x106

Gr Pr=8817.7x10-x0.695=6128.3x106 准方程Nu=C(Gr Pr)n 查表C=0.12n=1/3

Nu=0.12x(6128.3x106)1/3=219.6 换热系数a= Nu λ/d=219.6x0.03125/1.1 =6.23W/(m2.℃) 验算筒壁温度

af(338-150)A=4.02x(338-150)xA=755.76A a(150-30)A=6.23x(150-30)xA=747.6A 数值较接近 换算成热量 取热流Q=750A

筒体散热面积(水封以上)A=5m2 Q=750x5=3750W

3750X3600/(4.1868X1000)=3224.4Kcal/h 出口温度

(204120-31590.8-3224.4)=1400x(0.3285+0.05x0.45)t t=331.8℃ 计算出口流速

热煤气输气管路允许流速4~8 m.s-1 出口直径选426x6

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出口煤气体积1400x(1+331.8/273)=3101.5m3 流速=3101.5/[0.785x(0.426-0.012)2x3600] =6.4 m.s-1

出口压降==ζωb2ρb(1+tb/273)/2 ωb计算速度m.s-1 ρb出口煤气密度kg/Nm3 tb出口温度 ζ局部阻力系數0.5 则 ωb=6.4m.s-1 ρb=0.518kg/Nm3

ζωb2ρb(1+tb/273)/2=0.5x6.42x0.518(1+331.8/273)=23.5Pa 设备压降=23.5+27.8+421.2=472.5Pa

挡水板压降因流速低、通风面积大忽略不计。 耗水量=31590.8/20=1579.54L/h 3设备主要参数 处理气量1400 Nm3/h 进口管直径273x6 出口管直径426x6 筒体直径1.1m 设备总高2.66m 压降472.5Pa 耗水量268+.54L/h

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除尘率85%~90%

为减少热损失设备可添加保温层。 结论

结合客户需求开发设计热煤气站。热煤气含尘量大容易堵塞管路和烧嘴,需要进行初步除尘。在天津巨龙耐火在天津巨龙耐火材料厂热煤气站中采用水浴除尘器与沉降斗相结合的除尘工艺取得了较好的除尘效果,满足使用要求,得到用户的好评。 参考文献

[1]《工业炉设计手册》 王秉铨---机械工业出版社 2000-6-1 [2]《煤气设计手册》北京 : 中国建筑工业出版社 1983-1987

作者简介:朱会悦,男,汉族,生于1974年2月,毕业于河北机电学院,机械工程系,机械制造工艺及设备专业。