大气污染控制工程多媒体课件第06章 颗粒物污染控制技术1(改).ppt

第六章除尘装置 机械除尘器电除尘器湿式除尘器过滤式除尘器除尘器的选择与发展 除尘装置 从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置湿式除尘装置干式除尘装置按分离原理分类 并按除尘效率的高低来讲授 重力除尘装置 机械式除尘装置 低效 惯性力除尘装置 机械式除尘装置 低效 离心力除尘装置 机械式除尘装置 中效 洗涤式除尘装置 中效 但文丘里洗涤器属于高效除尘器 过滤式除尘装置 高效 电除尘装置 高效 声波除尘装置 第一节机械除尘器 机械除尘器通常指利用质量力 重力 惯性力和离心力 的作用使颗粒物与气体分离的装置 常用的有 重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器 重力沉降室 重力沉降室的优点结构简单投资少压力损失小 一般为50 100Pa 维修管理容易缺点体积大效率低仅作为高效除尘器的预除尘装置 除去较大和较重的粒子 重力沉降室 重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置气流进入重力沉降室后 流动截面积扩大 流速降低 较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降 与水中的沉淀池类比讲授 层流式和湍流式两种 优点 1 结构简单 易于制造 造价低 施工快 便于维护 2 阻力小 适用范围 对大颗粒的粉尘去除效率高 对于 50 m以上的粉尘 去除效率为90 以上 惯性力除尘器对于 10 m以上的粉尘 去除效率为50 60 以上 旋风除尘器对于 2 m以上的粉尘 去除效率为80 以上 层流式重力沉降室 假定 1 沉降室内气流为柱塞流 2 颗粒均匀分布于烟气中 3 粒子的运动仅由两种速度组成 其中沉降速度一进沉降室即获得 粒子在水平和竖直方向呈匀速运动状态 4 忽略气体浮力 粒子仅受重力和阻力的作用 纵剖面示意图 层流式重力沉降室 沉降室的长宽高分别为L W H 处理烟气量为Q气流在沉降室内的停留时间在t时间内粒子的沉降距离该粒子的除尘效率 层流式重力沉降室 对于stokes粒子 重力沉降室能100 捕集的最小粒子的dmin 工业粉尘粒径大致为1 100 m 粒径小于5 m的尘粒实际沉降速度要比Stocks定律预示的大 需修正 故dp 5 m的尘粒 us c us Stocksc为修正系数 在空气中温度为20 压强为1atm时 dp为 m 在其它温度下 Kc值就变化 层流式重力沉降室 提高沉降室效率的主要途径 1 降低沉降室内气流速度若气流速度太小 则沉降室过长 若气流速度太大 则效率下降 而且造成粉尘的二次扬尘 一般取0 3 2 0m s 2 增加沉降室长度 但体积庞大 3 降低沉降室高度但不能无限地减少 因此采用增加隔板的方式 形成多层沉降室 与水污染控制中斜板沉淀池类比讲授 不同粉尘的最高允许气流速度 多层重力沉降室 多层沉降室 使沉降高度减少为原来的1 n 1 其中n为水平隔板层数考虑清灰的问题 一般隔板数n 3以下 多层沉降室1 锥形阀 2 清灰孔 3 隔板 4 加垂直档板或加水封 喷雾等方法 但必须小心二氧化硫的腐蚀问题 沉降室的具体形式 水平 垂直的沉降室注 垂直的沉降室中上升的气流 可去除最小粒径的粒子的末端沉降速度 垂直的沉降室 设计注意事项 1 进气水平速度的选取 2 进口管出口管在场地不受限制的条件下 应设计渐扩管 导流管 这样气流分布均匀 3 处理高温烟气时 烟气的进出口位置低一些 因为烟气的温度高 烟浮力大 上部粉尘分布较多 为保证粉尘尽量均匀 4 尺寸的布置以矮 宽 长为宜 过高 粉尘未沉积至底部而被烟气带走 5 设置简易的清灰装置 6 引风机一般设在除尘器之后 减小磨损 7 重力沉降室多用于低级除尘 对于小于5 m的粉尘则无效果 8 可加垂直档板 增加惯性除尘的作用 可使气流提高到6 8m s 9 在气体的入口处设置整流板 使气流分布均匀 增加惯性碰撞 沉降室的应用 1 用作袋式除尘器的预除尘袋式除尘器的入口质量浓度须小于30g m3 因此须设立预除尘器 如图 沉降室的外形尺寸为16 9m 7m 5 9m 截面积为85m2 容积为700m3 重量约为80t 2 把贮料仓作为沉降室使用在筛分 破碎 碾磨等过程中许多需要除尘的生产场所贮料仓可当成沉降室使用 可节省单独设沉降室的费有 便于回收有价值的物料 也可将其他大容积的设备如 斗式提升机做为沉降室 沉降室的实际性能几乎从不进行实验测量或测试 在最好的情况下 这种装置也只能作为气体的初级净化 除去最大和最重的颗粒 沉降室的除尘效率约为40 70 仅用于分离dp 50 m的尘粒 穿过沉降室的颗粒物必须用其它的装置继续捕集 例题 某石棉厂须建一重力沉降室 处理的气体量为2800m3 h 工作温度为150 2 4 10 5Pas 粉尘的密度为2100Kg m3 求设计一重力沉降室 能100 地去除掉30 m以上的烟尘 其中占地面积为L B 3 5m 3 0m解 粉尘粒子的沉降速度为 惯性除尘器 应用 适用范围 一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘 净化效率不高 一般只用于多级除尘中的一级除尘 捕集10 20 m以上的粗颗粒 约为70 压力损失100 1000Pa 多用于前级除尘 去除较粗的粒子或炽热状态的粒子粘结性 纤维性的粉尘易堵塞 不宜采用 惯性除尘器 机理沉降室内设置各种形式的挡板 含尘气流冲击在挡板上 气流方向发生急剧转变 借助尘粒本身的惯性力作用 使其与气流分离 惯性除尘器 结构形式冲击式 气流冲击挡板捕集较粗粒子反转式 改变气流方向捕集较细粒子 冲击式惯性除尘装置a单级型b多级型 反转式惯性除尘装置a弯管型b百叶窗型c多层隔板型 带下泄气流的惯性除尘器 又叫百叶窗 1 其档板的长度为20 左右 流速一般为12 15 S 档板与档板的距离为3 6 档板与铅垂线的夹角为30 左右 使气流的回转角为150 左右 2 上部的气流由于气量减小 因此速度降低 惯性效应减弱 则将10 的气体抽入二次除尘器进行再除尘 有助于提高除尘效率 3 可安装在垂直 水平 倾斜的管道中 4 速度越高 气流的回转角越大 则效率越高 但粘结性和纤维性的粉尘不适用 主要是考虑清灰问题 5 除尘效率为70 95 改进后的回流式惯性除尘器 1 构造 采用一系列的圆柱筒及排尘装置组成 圆柱形内部含有有一簇锥形环2 技术性能 1 阻力性能 1000 2000Pa 2 除尘效率 直径不同 除尘器的效率不同 3 规格性能当处理风量较大时 采用多个除尘器并联使用 并联数量为2 30个 性能表 安装与应用 例水泥厂除尘系统的安装 设计时注意事项 1 气流速度 冲击式档板 速度增加 出气时速度下降 则效率增加 对于折转式惯性除尘器 气流的回转半径下降 则dmin下降 效率增加 改进 将进气管改成渐扩管的形式 2 阻力损失 P与结构形式有关 弯管式 档板式 并且联接在管道中必须注意掌握 P的平衡 3 清灰时 若连续出灰时 须注意装置的漏风 保证性能良好的卸灰装置 4 湿法除尘时 须注意SO2的腐蚀问题 旋风除尘器 利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置优点 1 结构简单 造价低 无需附属设备2 维修方便 无传动设备 运动部件3 可用于高温含尘烟气的净化一般的碳钢350 耐火材料500 4 内敷设耐磨 耐腐蚀的材料后可净化高腐蚀性的粉尘烟气5 历史悠久 种类繁多 可与其它除尘器合用 旋风除尘器内气流与尘粒的运动 结构 普通旋风除尘器是由进气管 筒体 锥体 回流区和排气管等组成气流 气流沿外壁由上向下旋转运动 形成外涡旋少量气体沿径向运动到中心区域形成二次涡旋或上涡旋旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转 形成内涡旋速度分解 气流运动包括切向 轴向和径向 切向速度 轴向速度和径向速度 旋风除尘器气流与尘粒的运动 旋风除尘器内气流与尘粒的运动 续 切向速度决定气流质点离心力大小 颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗上涡旋 气流从除尘器顶部向下高速旋转时 一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上 到达顶部后 再沿排出管外壁旋转向下 最后从排出管排出 速度分解 切向速度径向速度轴向速度外旋涡VTRn 常数n 0 5 0 9Vr Q 2 r0h0向下内旋涡VTR 1 C 向上假想圆筒半径 内外旋流之间存在一轴向分速度为零的分界面 将此看成一圆筒 圆筒的半径R0 0 6 0 7 R2特点 在此处切向分速度最大 静压 0 平均径向速度为Vr Q 2 r0h0 切向速度的分布 旋风除尘器 旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布当d dcd dc速度VTRn 常数VTR 1 静压 0 0所以锥体的底部为负压 底部的密封性须特别注意 旋风除尘器 切向速度外涡旋的切向速度分布 反比于旋转半径的n次方此处n 1 称为涡流指数内涡旋的切向速度正比于半径内外涡旋的界面上气流切向速度最大交界圆柱面直径dI 0 6 1 0 de de为排气管直径 旋风除尘器 径向速度假定外涡旋气流均匀地经过交界圆柱面进入内涡旋平均径向速度r0和h0分别为交界圆柱面的半径和高度 m轴向速度外涡旋的轴向速度向下内涡旋的轴向速度向上在内涡旋 轴向速度向上逐渐增大 在排出管底部达到最大值 旋风除尘器 旋风除尘器的压力损失 联系P541例14 1 局部阻力系数A 旋风除尘器进口面积局部阻力系数 旋风除尘器 旋风除尘器的压力损失相对尺寸对压力损失影响较大 除尘器结构型式相同时 几何相似放大或缩小 压力损失基本不变含尘浓度增高 压力降明显下降操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa 旋风除尘器 旋风除尘器的除尘效率计算分割直径是确定除尘效率的基础在交界面上 离心力FC 向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD若FC FD 颗粒移向外壁若FC FD 颗粒进入内涡旋当FC FD时 有50 的可能进入外涡旋 既除尘效率为50 将临界直径 分割直径 众径 中位径与算术平均粒径对比讲解 旋风除尘器 旋风除尘器的除尘效率 续 对于球形Stokes粒子分割粒径dc确定后 雷思一利希特模式计算其它粒子的分级效率另一种经验公式 为什麽忽略了粉尘的质量呢 因为重力等于mg 离心力设Vt 30m s r 0 1m 离心力远远大于重力 故重力可忽略 旋风除尘器 旋风除尘器的除尘效率 模型2将旋风除尘器视为利用离心力进行沉降的沉降室沉降室长度为N D沉降室高度为b沉降速度 径向速度Vr活塞流纵向湍流 旋风除尘器 旋风除尘器分级效率曲线 旋风除尘器 例题 已知XZT一90型旋风除尘器在选取入口速度v1 13m s时 处理气体量Q 1 37m3 s 试确定净化工业锅炉烟气 温度为423K 烟尘真密度为2 1g cm3 时的分割直径和压力损失 已知该除尘器筒体直径0 9m 排气管直径为0 45m 排气管下缘至锥顶的高度为2 58m 423K时烟气的粘度 近似取空气的值 2 4 10 5pa s 解 假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度 即v1 13m s 取内 外涡旋交界圆柱的直径d0 0 7de 根据式 6 10 由式 6一9 得气流在交界面上的切向速度由式 6 12 计算 旋风除尘器 例题 续 根据式 6 16 此时旋风除尘器的分割直径为5 31 m 根据式 5 13 计算旋风除尘器操作条件下的压力损失 423K时烟气密度可近似取为 旋风除尘器 影响旋风除尘器效率的因素二次效应 被捕集粒子的重新进入气流在较小粒径区间内 理应逸出的粒子由于聚集或被较大尘粒撞向壁面而脱离气流获得捕集 实际效率高于理论效率在较大粒径区间 粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起 实际效率低于理论效率通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器内壁上 能有效地控制二次效应临界入口速度 旋风除尘器 影响旋风除尘器效率的因素 续 比例尺寸对性能的影响 表6 2 其中 若取n 0 5则用此公式可看出 几何结构和尺寸对除尘效率的影响 1 筒体的直径应减小 一般为50 75mm 最大为2000mm2 有效高度应增加 H D一般为1 33 排尘口与筒体的直径应减小一般大于1 4排灰时注意密封问题4 进气口 进气口 K 旋风除尘器的筒体断面积 进气断面积之比一般 高效除尘器K 6 13 5普通旋风除尘器K 4 6大流量旋风除尘器K 3但K越大 相同流量下 除尘器的体积愈大 消耗的钢材也愈多 旋风除尘器 影响旋风除尘器效率的因素 续 比例尺寸在相同的切向速度下 筒体直径愈小 离心力愈大 除尘效率愈高 筒体直径过小 粒子容易逃逸 效率下降 锥体适当加长 对提高除尘效率有利排出管直径愈少分割直径愈小 即除尘效率愈高 直径太小 压力降增加 一般取排出管直径de 0 4 0 65 D 特征长度 naturallength 亚历山大公式旋风除尘器排出管以下部分的长度应当接近或等于l 筒体和锥体的总高度以不大于五倍的筒体直径为宜 旋风除尘器 影响旋风除尘器效率的因素 续 除尘器下部的严密性在不漏风的情况下进行正常排灰 锁气器 a 双翻板式 b 回转式 旋风除尘器 影响旋风除尘器效率的因素 续 烟尘的物理性质气体的密度和粘度 尘粒的大小和比重 烟气含尘浓度 旋风除尘器 影响旋风除尘器效率的因素 续 操作变量提高烟气入口流速 旋风除尘器分割直径变小 除尘器性能改善入口流速过大 已沉积的粒子有可能再次被吹起 重新卷入气流中 除尘效率下降 而且阻损失太大 效率最高时的入口速度 范围为10 25m s 一般取15 20m s a 直入切向进入式b 蜗壳切向进入式c 轴向进入式 旋风除尘器 结构形式进气方式分切向进入式轴向进入式 旋风除尘器 结构形式 续 气流组织分回流式 直流式 平旋式和旋流式多管旋风除尘器当处理气量较大时 可将若干个小旋风除尘器并联起来使用 由多个相同构造形状和尺寸的小型旋风除尘器 又叫旋风子 组合在一个壳体内并联使用的除尘器组常见的多管除尘器有回流式和直流式两种注意倒流的问题 并联除尘器的压损约为单体的1 1倍 气体量为各单体气体量之和 布置更紧凑 外形尺寸小 处理气体量更大 能较有效地捕集5 10 m的粉尘 可用耐磨铸铁铸成 因而允许处理含尘浓度较高的气体 并联式旋风除尘器 三 旋风除尘器 除尘器的型号 代号所包含的含义 如XLP B 4 2XLT A型 又名CLT A 立式圆筒A类旋风除尘器 结构特点为 CLT A xxx xx进口x第1个x代表组合的筒数第3个x代表筒体的分米数第4个x代表是 型 水平出风 还是 型 上部出风 第5个x代表尘气的进口方向是旁侧或正中第6个x代表尘气的进口方向是N或S如 CLT A 1x3 0 旁进口N 常见除尘器的结构与特点 结构特点 1 进气为螺旋顶盖 下倾角为15 螺旋线弯成360 2 一筒一锥体 且较长 3 排气管为蜗壳式 使内旋流的旋转变成直线运动性能特点 1 进气速度一般大于10m s 但小于18m s 2 阻力损失为500 700Pa 3 效率约为80 85 适用于非纤维性粉尘的除尘 C型旋风除尘器 在锅炉的除尘系统中广泛采用 结构特点 1 双锥体结构 且较长 2 进气位置适宜 且距离最上部有一定距离 3 具有灰尘隔离室 4 一定的排气管插入深度 5 筒内镶涂了耐磨的内衬性能特点 1 进气速度一般大于12m s 20m s 2 阻力损失为600 900Pa 3 效率约为85 以上但筒体高大 需要一定的安装空间 维护较为不便 钢材的耗量大 XLP型旋风除尘器 结构特点 1 双锥体结构 且较长 2 进气位置适宜 且距离最上部有一定距离 3 具有灰尘隔离室 为螺旋线或半螺旋线的形式 4 一定的排气管插入深度 5 筒内镶涂了耐磨的内衬性能特点 1 进气速度一般大于12m s 20m s 2 阻力损失为500 900Pa 3 对于10 m的粉尘 效率可达88 以上 可去除5 m以上的粉尘适用范围 滑石粉 石英粉 面粉 熟石灰粉 炭黑等 XCX型 XCX型旋风除尘器结构特点 1 气流经270 蜗壳进入除尘器 2 进气为方形 而且面积较小 3 内筒装有导向叶轮 又叫芯管减阻片 见图中排气管的下部 性能特点 1 进气速度高 最高可达26m s 一般为16 26m s 2 阻力损失为500 900Pa 3 效率可达98 8 以上 适用范围 结构简单可靠 高温含尘气体等 XLK型 结构特点 1 锥体为倒置 2 下部有反射屏 使大部分的气体由向下变成向上流动 另一部分从环隙向下 从反射屏的中心孔向上性能特点 1 气流分布均匀 而且处理的气体流量高 进气速度为10 20m s 2 阻力损失为900 1200Pa 3 具有反射屏 因此可防止返回的气流 效率高 达82 92 适用范围 滑石粉 石英粉 面粉 熟石灰粉 炭黑 锅炉除尘等 旋风除尘器的设计 选择除尘器的型式根据含尘浓度 粒度分布 密度等烟气特征 及除尘要求 允许的阻力和制造条件等因素根据允许的压力降确定进口气速 或取为12 25m s确定入口截面A 入口宽度b和高度h确定各部分几何尺寸 旋风除尘器的设计 旋风除尘器的比例尺寸 旋风除尘器的设计 也可选择其它的结构 但应遵循以下原则 为防止粒子短路漏到出口管 h s 其中s为排气管插人深度 为避免过高的压力损失 b D de 2 为保持涡流的终端在锥体内部 H L 3D 为利于粉尘易于滑动 锥角 7o 8o 为获得最大的除尘效率 de D 0 4 0 5 H L de 8 10 s de 1 收集设计资料 1 含尘气体特性 成分 温度 湿度 腐蚀性 流量等 2 粉尘特性 浓度 成分 密度 粒径分布 黏度 含水率 纤维性和爆炸性等 3 除尘性能要求 除尘效率和压力损失等 4 粉尘回收利用的方式与价值 5 各种除尘器的特征 除尘效率 压力损失 价格 金属耗量 运行费用及维修管理难易程度等 6 其他资料 如水源 电源 通风机 冷却装置 安装现场及有关设备材料的供应情况等 旋风除尘器的设计 计算法 1 由入口含尘浓度和出口含尘浓度 或排放标准 计算出要求达到的除尘效率 2 结合流体性质及安装场所等选定旋风除尘器的结构型式 3 根据所选除尘器的分级效率 d和粉尘的颗粒粒径分布 计算所选除尘器能够达到的除尘效率 T 若 T 说明设计满足要求 否则应选择更高性能的旋风除尘器或改变运行参数 4 计算运行条件下的阻力损失 p 旋风除尘器的设计 1 计算所要求的除尘效率 2 选定除尘器的结构形式 3 根据所选除尘器的试验曲线确定入口风速 4 根据处理气量Q和入口风速计算出所需除尘器的进口面积A 5 由旋风除尘器的类型系数K A D2求出除尘器的筒体直径D 然后便可从手册中查到所需除尘器的型号规格 旋风除尘器的设计经验法 例4 2 试根据拉普尔的标准尺寸比例设计一普通旋风除尘器 已知 处理气量Q 4608m3 h 流体温度t 20 流体含尘浓度为 j 10g m3 粉尘密度 p 2600kg m3 空气密度 1 29kg m3 烟气黏度可近似按空气处理 1 81 10 5Pa s 设蜗壳偏心角 180 偏心距e 0 10m 流体中粉尘粒度分布见下表 三 旋风除尘器 解 1 确定旋风除尘器的几何尺寸 设进口面积为A 取进口速度 16m s 因此 根据拉普尔标准尺寸比例 取h 2b则 1 入口宽度b 三 旋风除尘器 2 入口高度hh 2b 0 4m 3 筒体直径DD 4b 0 8m 4 排气管直径dd 0 5D 0 4m 5 卸灰口直径dxdx 0 25D 0 2m 6 筒体长度l1l1 2D 1 6m 7 锥体长度l2l2 2D 1 6m 8 排气管长度l3l3 0 625D 0 5m 三 旋风除尘器 2 计算除尘效率 1 计算旋涡指数n 取内外涡旋分界圆柱的直径d0 0 7d 则 三 旋风除尘器 h0 l1 l2 l3 1 6 1 6 0 5 m 2 7m 临界分离粒径dc为