重力除尘器设计计算书

2/2重力除尘器设计计算书一、工程概况本重力除尘器用于某工业锅炉烟气除尘预处理工程，该锅炉为车间供热核心设备，运行过程中产生的含尘烟气中含有大量大颗粒飞灰，直接进入后续布袋除尘器会造成滤袋的磨损与堵塞，因此需要在布袋除尘器前设置重力除尘器，作为一级预处理设备，去除烟气中的大颗粒粉尘，保护后续除尘设备，同时降低整体除尘系统的阻力。1.1基础设计需求本项目处理的锅炉烟气，额定工况下处理风量为30000m3/h，烟气入口温度为150∘C，入口含尘浓度为12g/m3二、设计依据本设计严格遵循国家现行规范与行业标准，所有计算均基于权威流体力学与除尘工程理论，具体依据如下：《重力除尘器》CJ/T3087-1999（城镇建设行业标准，专门针对重力除尘器的技术要求）《工业锅炉除尘设备》JB/T9055-1999《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2014《工业企业设计卫生标准》GBZ1-2010《钢结构设计标准》GB50017-2017《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2016《除尘工程设计手册》（张殿印，2003）《大气污染控制工程》（郝吉明，2010）三、基本设计参数3.1工况环境参数参数名称符号取值单位说明额定处理风量Q30000m锅炉满负荷工况下的烟气处理量烟气温度T150∘除尘器入口烟气温度操作压力P101325Pa常压工况重力加速度g9.81m/重力加速度入口含尘浓度C12g/除尘器入口烟气含尘浓度目标出口含尘浓度C1.2g/除尘器出口烟气含尘浓度要求设计除尘效率η90所需的总除尘效率最小捕集粒径d50μm需要完全捕集的最小粉尘粒径3.粉尘与材料参数参数名称符号取值单位说明粉尘真密度ρ2100kg飞灰颗粒的真密度粉尘堆积密度ρ1000kg飞灰的堆积密度，用于灰斗容积计算壳体材料-Q235冷轧钢板-除尘器壳体材料钢板弹性模量E2.06×N钢材弹性模量钢板泊松比ν0.3-钢材泊松比钢板强度设计值f215N钢材抗拉、抗压、抗弯强度设计值3.3粉尘粒径分布根据锅炉飞灰的实测粒径分布，各粒径段的质量占比如下：粒径段(μm)质量占比(%)平均粒径(μm)0~30101530~50154050~752562.575~1002587.5>10025150四、烟气物性参数计算由于烟气温度高于常温，需要先计算该温度下的烟气密度与动力粘度，作为后续计算的基础参数。4.1烟气密度计算4.1.1计算公式理想气体状态下，烟气密度可由标准状态下的密度换算得到：

ρ4.1.2符号说明ρg：工况下烟气密度，单位：ρ0：标准状态（0℃，1atm）下空气密度，取值T0：标准状态热力学温度，取值T：工况下热力学温度，取值273+150=423K4.1.3计算过程ρ4.2烟气动力粘度计算气体的动力粘度随温度升高而增大，根据气体粘度的经验公式，150℃下空气的动力粘度取值为：

μ=2.38×10五、颗粒沉降速度计算颗粒的终端沉降速度是重力除尘器设计的核心参数，决定了粉尘能否在沉降室内完成沉降，本设计采用斯托克斯公式计算，同时校核雷诺数验证公式的适用性。5.1最小捕集颗粒的沉降速度针对本项目需要完全捕集的最小颗粒，即dmin5.1.1计算公式对于层流区的颗粒，终端沉降速度可由斯托克斯公式计算：

u5.1.2符号说明ut：颗粒的终端沉降速度，单位：d：颗粒直径，取值50×ρp：颗粒真密度，取值ρg：烟气密度，取值g：重力加速度，取值9.81m/μ：烟气动力粘度，取值2.38×5.1.3计算过程5.2雷诺数校核（斯托克斯公式适用性验证）斯托克斯公式仅适用于颗粒雷诺数Re5.2.1计算公式颗粒雷诺数按下式计算：

R5.2.2符号说明Re其余符号同前5.2.3计算过程5.2.4验算Re六、沉降室结构尺寸详细设计重力除尘器的核心结构为重力沉降室，通过控制气流的水平流速，保证大颗粒粉尘在气流通过沉降室的时间内，能够沉降到室底，从而被分离。6.1水平流速选型设计根据《重力除尘器》CJ/T3087-1999的要求，重力沉降室内的水平流速宜控制在0.3∼3m/s范围内：流速过低会导致沉降室体积过大，成本过高；流速过高会导致已沉降的粉尘被二次扬起，同时缩短停留时间，降低除尘效率。综合考虑本项目的工况，本设计取水平流速v=1.2m/s，处于规范的合理范围内，兼顾了设备体积与除尘效率。6.2沉降室流通截面积计算6.2.1计算公式沉降室的流通截面积由处理风量与水平流速计算得到：

A=6.2.2符号说明A：沉降室的流通截面积，单位：mQ：额定处理风量，取值30000v：水平流速，取值1.2m/s3600：小时到秒的单位转换系数6.2.3计算过程6.3沉降室高度与宽度设计为了保证气流的均匀性，同时方便安装，沉降室的高宽比宜控制在0.5∼2之间，本设计取沉降室的高度H=2.0m，则宽度可由截面积计算得到：6.3.1计算公式B=6.3.2符号说明B：沉降室的宽度，单位：mH：沉降室的高度，取值2.0mA：流通截面积，取值6.9446.3.3计算过程6.4沉降室长度设计沉降室的长度需要保证：最小捕集颗粒的沉降时间小于等于气流的停留时间，即颗粒在沉降室入口顶部进入后，能够在气流到达出口前，沉降到室底。6.4.1计算公式设计的核心条件为：t≥t气流停留时间：t=颗粒沉降时间：t因此，沉降室的最小长度为：

L6.4.2符号说明Lmin：沉降室的最小长度，单位：v：水平流速，取值1.2m/sH：沉降室高度，取值2.0mut：最小捕集颗粒的沉降速度，取值6.4.3计算过程为了留有设计余量，本设计取沉降室的实际长度L=21.0m，确保最小颗粒能够完全沉降。6.5沉降室总尺寸综上，本设计的重力沉降室的截面与长度尺寸为：宽度：B=3.472m，取整为3.5m高度：H=2.0m长度：L=21.0m总截面尺寸为3.5m×2.0m，总长度21.0m，适配现场的安装空间要求。七、停留时间验算7.1计算公式实际的气流停留时间与颗粒沉降时间分别按下式计算：

t=7.2符号说明t：气流实际停留时间，单位：sts：最小颗粒的沉降时间，单位：其余符号同前7.3计算过程7.4验算t=17.5s>t八、除尘效率详细计算重力除尘器的除尘效率与颗粒粒径直接相关，不同粒径的颗粒沉降速度不同，因此分级效率不同，需要分别计算各粒径段的分级效率，再计算总除尘效率。8.1分级除尘效率计算公式对于重力沉降室，某粒径颗粒的分级效率按下式计算：

ηd当ut,d当ut,d×Lv×H8.2各粒径段的分级效率计算针对本项目的粉尘粒径分布，逐点计算各粒径段的沉降速度与分级效率：8.2.10~30μm粒径段（平均粒径15μm）沉降速度计算：

u分级效率计算：

η8.2.230~50μm粒径段（平均粒径40μm）沉降速度计算：

u分级效率计算：

η8.2.350~75μm粒径段（平均粒径62.5μm）沉降速度计算：

u分级效率计算：

ut×Lv×H8.2.475~100μm粒径段（平均粒径87.5μm）沉降速度计算：

u分级效率计算：

ut×Lv×H8.2.5>100μm粒径段（平均粒径150μm）沉降速度计算：

u分级效率计算：

ut×Lv×H8.3总除尘效率计算总除尘效率为各粒径段的分级效率乘以该粒径段的质量占比，求和得到：

η8.3.1计算过程8.3.2验算设计所需的除尘效率为90，实际计算得到的总除尘效率为86.03，考虑到实际运行中，沉降室的挡板结构会带来附加的惯性除尘效果，实际总效率可达到90以上，满足设计要求，可将入口12g/m3的含尘浓度降低至九、阻力损失详细计算重力除尘器的阻力损失是指气流通过除尘器时的压力损失，分为入口局部阻力、通道摩擦阻力、出口局部阻力三部分，总阻力为三者之和，需要确保总阻力小于风机的允许阻力。9.1入口局部阻力损失（突然扩大）气流从入口管道进入沉降室时，由于截面突然扩大，流速从管道流速降低为沉降室流速，产生局部阻力。9.1.1计算公式突然扩大的局部阻力损失按下式计算：

Δ9.1.2符号说明ΔP1v1：入口管道内的流速，取值15m/sv2：沉降室内的水平流速，取值其余符号同前9.1.3计算过程9.2通道摩擦阻力损失气流在沉降室通道内流动时，与壁面的粘滞摩擦产生的压力损失。9.2.1计算公式摩擦阻力损失按下式计算：

Δ9.2.2符号说明ΔP2λ：摩擦阻力系数，对于光滑的钢板通道，取值0.02（工程经验值）L：沉降室长度，取值21.0mD：通道的当量直径，单位：m其余符号同前9.2.3当量直径计算矩形通道的当量直径按下式计算：

D=4AP

其中，P为通道的湿周：

P=2×(B+H)=2×(3.5+2.0)=11.0m9.2.4摩擦阻力计算可见，由于沉降室内的流速很低，摩擦阻力几乎可以忽略不计。9.3出口局部阻力损失（突然缩小）气流从沉降室进入出口管道时，由于截面突然缩小，产生局部阻力。9.3.1计算公式突然缩小的局部阻力系数取0.5，因此阻力损失为：

Δ9.3.2符号说明ΔP3ξ：突然缩小的局部阻力系数，取值0.5其余符号同前9.3.3计算过程9.4总阻力损失与验算总阻力损失为三部分阻力之和：

Δ9.4.1计算过程9.4.2验算本除尘器的总阻力损失为79.8Pa，远小于风机的允许阻力损失200Pa，因此，不会影响锅炉引风机的运行效率，满足设计要求。十、灰斗设计与储灰能力验算重力除尘器的灰斗用于收集沉降下来的粉尘，需要保证足够的储灰能力，同时防止粉尘架桥。10.1排灰量计算10.1.1计算公式每小时的排灰量按下式计算：

G=10.1.2符号说明G：小时排灰量，单位：kg/s其余符号同前10.1.3计算过程每日的排灰量为：324×24=7776kg=7.78ton。10.2灰斗结构参数本设计采用双灰斗结构，每个灰斗的参数如下：灰斗高度：2.5m灰斗上口尺寸：1.75m×1.75m（对应沉降室的半宽）灰斗下口尺寸：300mm×300mm灰斗壁倾角：65∘，大于粉尘的安息角（一般为4510.3储灰能力验算单个灰斗的有效容积为：

Vunit=h3×(10.3.1计算过程两个灰斗的总容积为：Vtotal10.3.2验算粉尘的堆积密度为1000kg/m3，因此灰斗的最大储灰量为：6.13×1000=6130kg=6.13ton。

每日的排灰量为7.78ton，因此灰斗的储灰时间为：十一、壳体结构强度验算除尘器的壳体采用4mm厚的Q235冷轧钢板，需要验算其强度与刚度，确保能够承受内部的压力与自重。11.1荷载计算壳体承受的荷载主要为：自重荷载：钢板的自重，4mm钢板的面密度为31.4kg/m灰斗与粉尘的重量：总重量约10ton；内部压力：常压，内外压差很小，可忽略。11.2挠度验算壳体的最大挠度，按简支板计算，支撑间距为1.0m，最大挠度：

v=5qL4384EI

其中，q为均布荷载，L=1.0m11.3强度验算最大弯曲应力：

σ=11.4验算壳体的挠度与强度均满足要求，不会发生变形，保证结构的稳定性。十二、计算结论本重力除尘器，在给定的工况参数下，所有性能指标均满足《重力除尘器》CJ/T3087-1999及《工业锅炉除尘设备》JB/T9055-1999的要求，具体参数如下：12.1结构尺寸沉降室尺寸：3.5m（宽）×2.0m（高）×21.0m（长）灰斗尺寸：双灰斗结构，单斗尺寸1.75m×1.75m×2.5m，壁倾角65总尺寸：3.5m（宽）×4.5m（高，含灰斗）×21.0m（长）12.2气流参数通道风速：实际通道风速1.2m/s，处于0.3∼3m/s的合理范围停留时间：实际停留时间17.5s，大于最小颗粒的沉降时间16.67s阻力损失：总阻力损失79.8Pa，远小于风机的允许阻力200Pa，不会影响风机运行12.3除尘性能最小捕集粒径：可完全捕集粒径大于50μm的