大氣污染控制工程-除塵裝置

第六章除塵(chúchén)裝置

教學(xué)內(nèi)容:機(jī)械(jīxiè)除塵器電除塵器濕式除塵器過濾式除塵器除塵器的選擇與發(fā)展1共五十一頁

第六章除塵(chúchén)裝置1.教學(xué)要求：要求了解除塵器的類型，包括(bāokuò)各種干式和濕式除塵器，理解和掌握電除塵器、過濾式除塵器設(shè)計(jì)等。2.教學(xué)重點(diǎn)掌握機(jī)械除塵器作原理、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)；電除塵器的工作原理，了解其選型和設(shè)計(jì)；掌握過濾式除塵器的工作原理，了解其選型和設(shè)計(jì)；了解除塵系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì)與除塵器的發(fā)展。3、教學(xué)難點(diǎn)電除塵器的工作原理，過濾式除塵器的工作原理及設(shè)計(jì)。學(xué)時(shí)數(shù)：12學(xué)時(shí)

2共五十一頁除塵(chúchén)裝置概述從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設(shè)備稱為除塵裝置

濕式除塵裝置

干式除塵裝置

按分離原理分類：重力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置）

慣性力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置）離心力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置）洗滌(xǐdí)式除塵裝置過濾式除塵裝置電除塵裝置聲波除塵裝置

袋式除塵電除塵重力除塵慣性除塵濕式除塵3共五十一頁§1機(jī)械(jīxiè)除塵器機(jī)械除塵器通常指利用質(zhì)量力（重力、慣性力和離心力）的作用使顆粒物與氣體分離的裝置(zhuāngzhì)，常用的有：

重力沉降室慣性除塵器旋風(fēng)除塵器

4共五十一頁一、重力(zhònglì)沉降室重力(zhònglì)沉降室是通過重力(zhònglì)作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置

氣流進(jìn)入重力沉降室后，流動(dòng)截面積擴(kuò)大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降

層流式和湍流式兩種

5共五十一頁層流區(qū)：雷諾數(shù)Rep≤1，對球形粒子而言：

當(dāng)介質(zhì)為空氣(kōngqì)時(shí)ρp>>ρ則有：由上式可見us,若dp小，則us就小，故小顆粒就難分離。若將雷諾數(shù)Rep=1代入，可求出塵粒沉降時(shí)的臨界粒徑dc。

得

代入得：一、重力(zhònglì)沉降室6共五十一頁1.層流(cénɡliú)式重力沉降室假定沉降室內(nèi)氣流為柱塞流；顆粒均勻分布于煙氣中忽略氣體浮力，粒子(lìzǐ)僅受重力和阻力的作用縱剖面示意圖7共五十一頁1.層流(cénɡliú)式重力沉降室沉降室的長寬高分別為L、W、H，處理煙氣量為Q

氣流在沉降室內(nèi)(shìnèi)的停留時(shí)間在t時(shí)間內(nèi)粒子的沉降距離該粒子的除塵效率8共五十一頁1.層流(cénɡliú)式重力沉降室對于stokes粒子，重力(zhònglì)沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?由于沉降室內(nèi)的氣流擾動(dòng)和返混的影響，工程上一般用分級效率公式的一半作為實(shí)際分級效率

9共五十一頁1.層流式重力(zhònglì)沉降室提高沉降室效率的主要途徑：降低沉降室內(nèi)氣流速度增加沉降室長度降低沉降室高度沉降室內(nèi)(shìnèi)的氣流速度一般為0.3～2.0m/s不同粉塵的最高允許氣流速度10共五十一頁1.層流式重力(zhònglì)沉降室多層沉降室：使沉降高度減少(jiǎnshǎo)為原來的1/（n+1），其中n為水平隔板層數(shù)

考慮清灰的問題，一般隔板數(shù)在3以下多層沉降室1.錐形閥；2.清灰孔；3.隔板11共五十一頁

2.重力(zhònglì)沉降室優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)(yōudiǎn):結(jié)構(gòu)簡單投資少壓力損失小（一般為50～100Pa）維修管理容易缺點(diǎn):體積大效率低僅作為高效除塵器的預(yù)除塵裝置，除去較大和較重的粒子12共五十一頁3.重力沉降(chénjiàng)室的設(shè)計(jì)假設(shè):通過重力沉降室斷面的水平氣流的速度V分布是均勻的，呈層流狀態(tài)；入口斷面上粉塵(fěnchén)分布均勻（即每個(gè)顆粒以自己的沉降末端速度沉降，互不影響）；在氣流流動(dòng)方向上塵粒和氣流速度相等。13共五十一頁4.重力(zhònglì)沉降室的設(shè)計(jì)14共五十一頁（1）設(shè)計(jì)(shèjì)要求1．保證粉塵能沉降，L足夠長；2．氣流在沉降室的停留時(shí)間要大于塵粒沉降所需的時(shí)間。

3．能100%沉降的最小粒徑

（2）設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：根據(jù)粒徑dp算出1）us；2）初步確定了V0、H，根據(jù)求長度L。3）根據(jù)進(jìn)氣量Q求寬度w，Q=V0WH.15共五十一頁二、慣性(guànxìng)除塵器慣性(guànxìng)碰撞16共五十一頁二、慣性(guànxìng)除塵器1.慣性除塵器機(jī)理沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，含塵氣流(qìliú)沖擊在擋板上，氣流(qìliú)方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流(qìliú)分離

17共五十一頁二、慣性(guànxìng)除塵器2.慣性(guànxìng)除塵器結(jié)構(gòu)形式?jīng)_擊式－氣流沖擊擋板捕集較粗粒子沖擊式慣性除塵裝置a單級型b多級型18共五十一頁二、慣性(guànxìng)除塵器反轉(zhuǎn)式－改變(gǎibiàn)氣流方向捕集較細(xì)粒子反轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置a彎管型b百葉窗型c多層隔板型19共五十一頁設(shè)備(shèbèi)示意圖彎管慣性(guànxìng)除塵3.慣性除塵器應(yīng)用一般凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵凈化效率不高，一般只用于多級除塵中的一級除塵，捕集10～20μm以上的粗顆粒壓力損失100～1000Pa沖擊式反轉(zhuǎn)式20共五十一頁旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置。用來分離粒徑大于5—10μm以上的的顆粒物。工業(yè)上已有100多年的歷史。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小，投資低，操作維修方便，壓力(yālì)損失較大，動(dòng)力消耗也較大，可用于各種材料制造，能用于高溫、高壓及腐蝕性氣體，并可回收干顆粒物。缺點(diǎn)：效率80%左右，捕集<5μm顆粒的效率不高，一般作預(yù)除塵用。三、旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器21共五十一頁三、旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器22共五十一頁三、旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器23共五十一頁三、旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器

1.旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流(qìliú)與塵粒的運(yùn)動(dòng)普通旋風(fēng)除塵器是由進(jìn)氣管、筒體、錐體和排氣管等組成

氣流沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：外渦旋

少量氣體沿徑向運(yùn)動(dòng)到中心區(qū)域

旋轉(zhuǎn)氣流在錐體底部轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)：內(nèi)渦旋

氣流運(yùn)動(dòng)包括切向、軸向和徑向：切向速度、軸向速度和徑向速度

24共五十一頁1.旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流(qìliú)與塵粒的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力(zhònglì)共同作用下沿壁面落入灰斗切向速度決定氣流質(zhì)點(diǎn)離心力大小，顆粒在離心力作用下逐漸移向外壁上渦旋－氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，一部分氣流帶著細(xì)小的塵粒沿筒壁旋轉(zhuǎn)向上，到達(dá)頂部后，再沿排出管外壁旋轉(zhuǎn)向下，最后從排出管排出25共五十一頁旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器內(nèi)氣流的切向速度和壓力分布

26共五十一頁三、旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器A、切向速度根據(jù)(gēnjù)“渦旋定律”，外渦旋的切向速度反比于旋轉(zhuǎn)半徑R的n次方此處n

1，稱為渦流指數(shù)

內(nèi)渦旋的切向速度正比于半徑

內(nèi)外渦旋的界面上氣流切向速度最大

交界圓柱面直徑

d0=(0.6～1.0)de,de

為排氣管直徑

27共五十一頁三、旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器B、徑向速度

假定外渦旋氣流均勻地經(jīng)過交界圓柱面進(jìn)入內(nèi)渦旋平均徑向速度

r0和h0分別為交界圓柱面的半徑和高度，mC、軸向速度外渦旋的軸向速度向下內(nèi)渦旋的軸向速度向上(xiàngshàng)在內(nèi)渦旋，軸向速度向上逐漸增大，在排出管底部達(dá)到最大值

28共五十一頁2.旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器的壓力損失

旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器的壓力損失

ρ：氣體的密度,kg/m3Vin：氣體入口速度，m/s

：局部阻力系數(shù)29共五十一頁2.旋風(fēng)除塵器的壓力(yālì)損失

應(yīng)當(dāng)指出：旋風(fēng)除塵器的其他操作因素對壓力損失也有影響－相對尺寸對壓力損失影響較大，除塵器結(jié)構(gòu)型式相同時(shí)，幾何相似放大或縮小，壓力損失基本不變

—含塵濃度增高，壓力降明顯下降－操作運(yùn)行中可以接受的壓力損失一般低于2kPa30共五十一頁3.旋風(fēng)除塵(chúchén)器的除塵(chúchén)效率計(jì)算分割直徑是確定除塵效率的基礎(chǔ)

在交界面上，離心力FC，向心運(yùn)動(dòng)氣流作用于塵粒上的阻力FD

若

FC>FD

，顆粒移向外壁若

FC<FD，顆粒進(jìn)入內(nèi)渦旋當(dāng)

FC=FD時(shí)，有50%的可能進(jìn)入外渦旋，既除塵效率為50%

31共五十一頁力平衡(pínghéng)關(guān)系Stokes顆粒的末端沉降速度32共五十一頁3.旋風(fēng)除塵器的除塵效率（續(xù)）對于球形Stokes粒子分割粒徑dc確定后，雷思一利希特模式計(jì)算其它(qítā)粒子的分級效率

另一種經(jīng)驗(yàn)公式33共五十一頁旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器分級效率曲線

34共五十一頁4.影響旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器效率的因素（1）二次效應(yīng)－被捕集粒子的重新進(jìn)入氣流在較小粒徑區(qū)間內(nèi)，理應(yīng)逸出的粒子由于聚集或被較大塵粒撞向壁面而脫離氣流獲得(huòdé)捕集，實(shí)際效率高于理論效率在較大粒徑區(qū)間，粒子被反彈回氣流或沉積的塵粒被重新吹起，實(shí)際效率低于理論效率通過環(huán)狀霧化器將水噴淋在旋風(fēng)除塵器內(nèi)壁上，能有效地控制二次效應(yīng)臨界入口速度35共五十一頁4.影響旋風(fēng)除塵器效率(xiàolǜ)的因素（續(xù)）（2）比例尺寸在相同的切向速度下，筒體直徑愈小，離心力愈大，除塵效率愈高；筒體直徑過小，粒子容易逃逸(táoyì)，效率下降。錐體適當(dāng)加長，對提高除塵效率有利排出管直徑愈少分割直徑愈小，即除塵效率愈高；直徑太小，壓力降增加，一般取排出管直徑de=（0.4～0.65）D。特征長度（naturallength）-亞歷山大公式旋風(fēng)除塵器排出管以下部分的長度應(yīng)當(dāng)接近或等于l，筒體和錐體的總高度以不大于五倍的筒體直徑為宜。

36共五十一頁4.影響旋風(fēng)除塵器效率(xiàolǜ)的因素（續(xù)）除塵器下部(xiàbù)的嚴(yán)密性在不漏風(fēng)的情況下進(jìn)行正常排灰

鎖氣器(a)雙翻板式(b)回轉(zhuǎn)式

37共五十一頁4.影響旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器效率的因素（續(xù)）（3）煙塵的物理性質(zhì)氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣(yānqì)含塵濃度

a代表實(shí)驗(yàn)b代表實(shí)際38共五十一頁4.影響旋風(fēng)除塵器效率(xiàolǜ)的因素（續(xù)）（4）操作變量提高煙氣入口流速，旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器分割直徑變小，除塵器性能改善入口流速過大，已沉積的粒子有可能再次被吹起，重新卷入氣流中，除塵效率下降效率最高時(shí)的入口速度

39共五十一頁a.直入切向進(jìn)入式b.蝸殼切向進(jìn)入式c.軸向進(jìn)入式5.旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)(jiégòu)形式（1）按進(jìn)氣方式(fāngshì)分

切向進(jìn)入式軸向進(jìn)入式

40共五十一頁5.旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)(jiégòu)形式（續(xù)）

（2）按氣流組織分

回流式、直流式、平旋式和旋流式

（3）多管旋風(fēng)除塵器

由多個(gè)相同構(gòu)造(gòuzào)形狀和尺寸的小型旋風(fēng)除塵器（又叫旋風(fēng)子）組合在一個(gè)殼體內(nèi)并聯(lián)使用的除塵器組常見的多管除塵器有回流式和直流式兩種

回流式多管旋風(fēng)除塵器

41共五十一頁6.旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器的設(shè)計(jì)旋風(fēng)除塵器的選型一般選用計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)法。計(jì)算法：

①由入口濃度c0，出口濃度ce（或排放標(biāo)準(zhǔn)）計(jì)算除塵效率η；②選結(jié)構(gòu)(jiégòu)型式；③根據(jù)選用的除塵器的分級效率ηd（分級效率曲線）和凈化粉塵的粒徑頻度分布f0，計(jì)算ηT,若ηT>η,即滿足要求，否則按要求重新計(jì)算。④確定型號規(guī)格⑤計(jì)算壓力損失。42共五十一頁經(jīng)驗(yàn)法：

①計(jì)算所要求的除塵效率η；②選定除塵器的結(jié)構(gòu)型式(xínɡshì)；③根據(jù)選用的除塵器的η—Vi實(shí)驗(yàn)曲線，確定入口風(fēng)速Vi；④根據(jù)氣量Q，入口風(fēng)速Vi計(jì)算進(jìn)口面積A；⑤由旋風(fēng)器的類型系數(shù)求除塵器筒體直徑D，然后便從手冊中查到所需的型號規(guī)格。6.旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器的設(shè)計(jì)43共五十一頁尺寸比例1．筒體直徑D：D愈小，愈能分離細(xì)小顆粒(kēlì)，但過小易引起堵塞。為此，有人用作為限制指標(biāo)。D：150-200mm～800-1100mm

若處理氣量大，可并聯(lián)使用或采用多管式旋風(fēng)器。2．入口尺寸（圓形和矩形）為減小顆粒的入射角，一般采用矩形（長H、寬B、面積A、）

類型系數(shù)k一般取0.07-0.3，蝸殼型入口的k較大，D較小，處理氣量Q大，H/B為2-4。44共五十一頁3．排氣管：多為圓形，且與筒體同心，一般d=(0.4-0.6)D0。深度h：切線式h小，則壓損小，但效率(xiàolǜ)降低。經(jīng)驗(yàn)取h≈)De或稍低于入口管底部。4．筒體L1、錐體L2：L1=（1.4-2.0）DL2=（2.0-3.0）DL1+L2≤5D≈（3-4）DL1/L2≈1.5/2.5較宜。5．圓錐角α：一般取20?-30?6．排塵口直徑Dc：Dc=(0.25-0.5)D0，一般Dc≥70mm45共五十一頁6.旋風(fēng)(xuànfēng)除塵器的設(shè)計(jì)選擇除塵器的型式

根據(jù)含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征，及除塵(chúchén)要求、允許的阻力和制造條件等因素

-根據(jù)允許的壓力降確定進(jìn)口氣速，或取為12～25m/s

-確定入口截面A，入口寬度b和高度h

-確定各部分幾何尺寸

46共五十一頁6.