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火法冶金设备 第3章气固分离设备 第3章气固分离设备 3 1概述3 2重力收尘与惯性收尘3 3旋风收尘器3 4过滤式收尘器3 5电收尘器3 6湿式收尘器 3 1概述 3 1 1收尘的基本概念 收尘 气体微粒 固体或液体 的多相混合物的分离操作 多相混合物 非均相物系 凡物系内部有隔开两相的界面存在 而界面两侧物料性质截然不同的物系 分散物质 相 在多相混合物系中处于分散状态的物质 尘粒 微粒 分散介质 相 在多相混合物系中包围分散相的另一种物质 气体 液体 即连续相 除尘粒经 100 0 1 m 收尘的意义 1 大气污染物综合排放标准 GB16297 1996 2 工业炉窑大气污染物排放标准 GB9078 1996 粉尘排放浓度要求 120mg Nm3 3 工业企业厂界噪声标准 GB12348 90 厂界噪声值 昼65分贝 夜55分贝 相关国家标准 收尘方案 重力收尘或惯性收尘 旋风收尘 电收尘或布袋收尘 烟尘 烟气排空 预先收尘收尘效率40 60 进一步收尘收尘效率80 96 净化收尘收尘效率99 以上 3 1 2收尘器的性能与类型 性能 流量 压强降和收尘效率 流量 通过收尘设备含尘气体体积流量 Q m3 s 压强降 含尘气体通过收尘设备的阻力 除尘效率与通过率总收尘效率 c1 除尘器进口气体的含尘浓度 g m 3 c2 除尘器出口气体的含尘浓度 g m 3 通过率 比较各收尘器净化气体的含尘率 P 1 0 收尘器的类型 收尘器通常有三种分类法 按收尘效率分 按收尘机理分类 按捕集烟尘的干湿情况分类 3 1 3尘粒的物理性质 1 颗粒的粒径及粒度分布粒径 以颗粒的直径表示 m 粒度分布 1 各粒径范围内的颗粒个数或百分数 2 各粒径范围内的质量百分数 2 颗粒的形状 非球形 片状 纤维状和圆柱形等 常用球形系数来表示其与球体的偏离程度 球形系数 用 S表示例如 正方体的体积为a3 而等体积的球体体积为 d3 6 3 尘粒的密度 真密度 真 单位真实体积颗粒所具有的质量 kg m 3 堆积密度 假 单位体积颗粒所具有的质量 kg m 3 4 尘粒的凝聚性当尘粒能被水 或其它液体 湿润的现象为湿润性 被湿润的粉尘凝聚成团的现象即为凝聚性 5 尘粒的荷电性与比电阻荷电性 当尘粒激烈撞击 尘粒间的磨擦 放射线照射以及电晕放电等作用而荷电 带电 比电阻 是烟尘导电性能的标志 它与烟尘的成分 烟气的温度和烟气的成分有关 烟尘的比电阻对电收尘器的性能影响极大 6 粉尘的磨擦角内磨擦角和外磨擦角 烟尘的磨擦角对设计收尘灰斗角度影响很大 3 2重力收尘器 重力收尘是依靠重力 惯性力或离心力 利用流体与固体的密度差 使它们发生相对运动而分离的操作 特点 结构简单 阻力小 操作方便 一般用于分离较大颗粒 对微细颗粒除尘效率低 作为预收尘器 3 2 1重力收尘器沉降速度在静止流体球形颗粒的自由沉降 颗粒的受力为 向下的重力 Fg mg 6 d3 sg向上的浮力 Fb mgg 6 d3 gg相对运动的阻力 Fd 4 d2 gu2 2 由牛顿第二定理可知 Fg Fb Fd ma 颗粒开始沉降时 u 0 Fd 0 则a有最大值amax 随着沉降的不断进行 u值逐渐增大 使a 0 则 即 LuHuthl 沉降室 除尘室 含尘气体通过长度为l的沉降室的时间为 颗粒从高度为H的沉降室顶部沉至室底的时间为 t 则要使颗粒被收集下来 必须保持 t 即 式中 QS为单位时间内除尘室处理的烟气量 显然QS与H无关 只与沉降面积A bl 沉降终速ut有关 所以在设计沉降室时 H不宜过高 为了增大沉降面积 可设计多层沉降室 即H Hn n为层数 H为每层的高度 根据两相流的概念 层流时 10 4 Ret 有斯托克斯公式 湍流时 Ret 1000 有牛顿公式 过渡流时 1 Ret 1000 有艾伦公式 影响沉降速度的因素 1 干扰沉降 液态非均相物系的沉降过程 颗粒间相互碰撞 使ut下降 2 端效应 固体与容器器壁因碰撞而阻滞颗粒下沉 使ut下降 3 分子运动 颗粒过细而有类似与分子的不规则运动 分子热运动 使ut下降 4 流体的运动 流体的运动方向不同对颗粒沉降的影响也不同 1 流体以ub速度上升与颗粒沉降的方向相反ut ut ub 2 流体以ua速度下降与颗粒沉降的方向相同ut ut ua 3 2 2惯性收尘器 利用粉尘在运动中的惯性力大于气体的惯性力 而将粉尘从含尘气体中分离的操作 惯性收尘设备的种类与特性种类 冲击式 弯管式和反转式 特性 结构简单 阻力小 除尘效率低 一般用作预收尘器 特点 结构简单 设备阻力小 但占地面积大 只能捕集粗颗粒烟尘 属于低效率设备 重有色金属冶炼厂较少选用 带灰斗的大型烟道亦能起到惯性收尘的作用 且能耐较高烟气温度 沉降室和惯性收尘器的使用条件 3 3旋风收尘器 3 3 1旋风收尘器工作原理 旋风收尘器是利用含尘气流旋转产生的离心力作用 将粉尘从气流中分离出来的气固分离设备 含尘气体切向进入旋风收尘器内 向下作螺旋运动 悬浮的颗粒在离心力作用下 甩向周边而与气流分离 然后沿筒壁落下 由下端排灰管排出 净化后的气体到达锥体下部后 在外螺旋气流中心部分向上作螺旋运动 又称内螺旋流 其方向与外螺旋气流相同 然后由上端排气管逸出 表1 3 2旋风收尘器使用条件及技术经济指标 3 3 2旋风收尘器的类型 旋风收尘器可以分为两大类 一是返转式旋风收尘器 其进气口与排气口都在收尘器上部 气体进入后旋转向下 到达底部后又返转向上 由排气管排出 二是直通式旋风收尘器 其进气口和排气口分别在收尘器的两头 气流从收尘器的一头进入 通过收尘器由另一端排出 3 4过滤式收尘器 含尘气体通过滤布 滤纸或各种填充层等多孔过滤介质 尘粒被截留 而含尘气体被净化 这个过程称为过滤收尘 过滤收尘器一般能捕集小于1 m的烟尘 收尘效率可达90 99 属高效收尘设备 3 4 1过滤式收尘的原理过滤速度 布袋收尘器处理的烟气流量被滤布的总面积除得的速度称为过滤速度 可用下式表示 式中uf 过滤速度 m s 1 Q 处理的烟气流量 m3 s 1 A 有效滤布总面积 m2 3 4 2过滤式收尘装置 布袋收尘器结构布袋 是布袋收尘器的主要部分 工厂常用的布袋 一般长为2000 3500mm 直径为120 300mm 采用的个数决定于过滤面积 布袋一般为圆形 清灰装置 清灰方式分间歇式与连续式两大类 滤布天然纤维 使用温度 80 收集烟尘的粒径 10 m 透气性好 阻力小等 但造价高 无机纤维 玻璃纤维具有天然纤维的优点 且耐高温 250 不吸湿 价格不高 耐拉强度高 但较脆不耐磨 不抗皱 经特殊处理后可克服这些困难并耐腐蚀 合成纤维 型号较多 特性各异 合成纤维特性尼龙 锦纶 聚酰胺纤维 80 以下 耐碱 不耐酸 腈纶 奥纶 聚丙烯腈纤维 100 耐稀酸 不耐碱 涤纶 聚酯纤维 130 耐稀酸稀碱 不耐浓酸浓碱 袋式收尘器的分类和选择 1 分类 袋式收尘器的类型较多 分类的方法不一 一般以清灰方式分类较为常见 亦有的按滤袋型式 圆袋 扁袋 外壳结构 砖壳 混凝土壳 钢壳 袋式结构 单层 双层 内廊 外廊 工作压力 正压 负压 微压 或气流走向 顺流 逆流 外滤 内滤 分类 2 袋式收尘器的选择 选用原则 烟气与烟尘的性质 技术指标的选择 过滤速度uf式中 Q 烟气流量 m3 s a 单个滤袋的面积 m2 d 滤袋的直径 m l 滤袋的长度 m n 布袋收尘器中滤袋的个数 条 冶金收尘的过滤速度 m min 自然落灰和人工拍打0 1 0 2简单机械振打0 2 0 5带反气流清洗自动循环机械振打0 5 1 0反吸风玻璃滤袋 带烟尘输送 0 3 0 6脉冲喷吹1 0 2 0气环反吹1 5 3 0大型反吹滤袋0 2 0 5玻璃布的过滤速度为化纤的 棉 毛 丝的60 70 3 5电收尘器 3 5 1电收尘的工作原理电收尘是使含尘气体通过高压直流静电场 利用静电分离烟尘和气体的过程 电收尘一般分为四个过程 气体电离 颗粒荷电 荷电烟尘运动和荷电颗粒放电 3 5 2电收尘器的类型与特点电收尘器最常用的分类是按清灰方式 如干式电收尘器 湿式电收尘器 电收尘器工作原理图 电收尘器的优缺点 电收尘器的优点 1 能处理温度高 有腐蚀性的烟气 2 处理烟气量大 3 设备阻力小 能耗低 运行费用低 4 收尘效率高 能捕集 0 10 m的烟尘 5 劳动条件好 自动化程度较高 6 能富集有价金属 电收尘器的缺点 1 设备结构复杂 投资高 2 对烟尘的比电阻有一定的要求 104 1010 cm 3 管理水平要求高 4 可燃 易爆烟尘的气体须加强防爆措施 5 其工作过程较复杂 电离 荷电 放电及清灰四个过程 影响电收尘器性能的主要因素 1 烟尘的比电阻 2 烟尘的粒径 粒径 0 5 m的烟尘主要是电场荷电 而 0 2 m的烟尘主要是扩散荷电 0 2 0 5 m的烟尘驱进速度最低 3 烟气温度和压力 400 左右可使用普通钢材 高于此温度则要用耐热钢 正负压操作规程严格 4 烟气含尘量 入口烟气含尘量30 50g m3 5 烟气成分 烟气中的水分 三氧化硫 氨等可降低烟尘的比电阻 同时也会影响收尘器的正常工作 3 5 3电收尘器选择计算 电收尘器截面积F的计算 式中 Q 进入电收尘器的烟气量 m h vt 电收尘器截面上的烟气流速 m s 收尘器截面积F也可按下式计算 式中 H 收尘电极的高度 m B 收尘电极间距 m n 通道数 3 6湿式收尘器 3 5 1湿式收尘器的类型与特性湿式收尘是以水与烟尘直接接触 利用液滴或液膜粘附烟尘而净化烟气的一种收尘方式 对于亲水性好 有毒 有刺激性的烟尘 采用这种收尘方式 对提高收尘效率