气溶胶力学旋风除尘器计算公式.doc

旋风除尘器图 4-4 旋风除尘器图45考虑一位于点（r,）处的流体微元，如图45所示，在不考虑阻力的情况下，只有正压力作用在微元上，流动是二维的，单位厚度微元的质量为： 而粒子的加速度为： 则 收集效率公式为 （1）极限粒径 （2）径向速度 （3） （4）切向速度 (5)n=h/a (6)=b/r2 (7)r2为筒体的半径 式（2）是收集效率公式的应用条件， 计算旋风器的收集效率时，对小于极限粒径的粒子径向运动速度vr按式（3）计算，对大于极限粒径的粒子运动速度vr按（4）计算，这样，对任何粒径的粒子，均可按式（1）计算收集效率。 例.已知D=120mm ，进口切线速度v=15m/s,n=2.5,=0.40,=1.8x10-5Pas; p=2500kg/m3; p=1.2kg/ m3。计算旋风器的收集效率。 解：由式（1）计算的分级效率见图4-8中曲线3，而图4-8中的实线为实测曲线。 由图4-8可知，对于细小粒子，实际效率高于理论效率；对于较大粒子，实际效率低于理论效率。前者是由于细小粒子发生凝并的缘故，后者是由于大粒子的回跳，降低了收集的效率。 旋风除尘器的主要几何尺寸对其阻力影响很大，正确选择旋风器的主要尺寸，可以大大降低阻力从而减小能量消耗。要做到正确选择，必须首先搞清楚旋风器的主要几何尺寸与其阻力之间的内在规律。 旋风除尘器内部气流的运动是比较复杂的，目前我们还不能准确地从理论上推导出描述旋风器阻力的公式，因而不得不采用半经验的方法来加以解决。 图 4-8 旋风器的分级效率 旋风除尘器的阻力与其进口速度之间的关系可用下式描述： P=v2/2 （8） 式中 阻力系数；空气的密度。 实践中可以发现，阻力系数与旋风除尘器的进、出口断面、筒体直径和总长度有关，而与进出口断面的关系更为密切，井伊谷钢一提出描述阻力系数的经验公式： （9）其中 K比例常数(15)； B旋风器进口断面积，m2； A出口断面及，m2 ； D筒体直径，m ； H旋风器总长度（圆柱体与锥体部分长度之总和），m 。另外，旋风除尘器各组成部分的尺寸对除尘器性能的影响列于表515中。但要指出，这些尺寸的增加和减少，不是无限的，达到某一程度后，其影响显著减小，甚至有可能因其它因素的影响而由有利因素转化成不利因素，这是在设计中要引起注意的。有的因素对效率有利，但对阻力不利，因而也必须加以兼顾。表815 旋风除尘器结构尺寸对性能的影响增加阻力效率造价除尘器直径降低降低增加进口面积（风量不变）降低降低进口面积（风速不变）增加增加圆筒直径略降增加增加圆锥长度略降增加增加圆锥开口略降增加或降低排气管插入长度增加增加或降低增加排气管直径降低降低增加相似尺寸比例几乎无影响降低圆锥角降低2030度为宜增加在设计选型方面，现在多用经验法来选择旋风除尘器的型号规格，其基本步骤如下：（1）根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征、除尘要求、允许的阻力和制造条件等因素全面分析，合理地选择旋风除尘器的型式。特别应当指出，锅炉排烟的特点是烟气流量大，而且烟气流量变化也很大。在选用旋风除尘器时，应使烟气流量的变化与旋风除尘器适宜的烟气流速相适应，以期在锅炉工况变动时均能取得良好的除尘效果。（2）根据使用时允许的压力降确定进口气速Vi。如果制造厂已提供有各种操作温度下进口气速与压力降的关系，则根据工艺条件允许的压降就可选定气速与压力降的关系，根据工艺条件允许的压降就可选定气速Vi。若没有气速与压降的数据，则根据允许的压降计算进口气速，由式（527）可得 （539）若没有提供允许的压力损失数据，一般取进口气速为1225m/s。（3）确定旋风除尘器的进口截面A、入口宽度b和高度h。根据处理烟气量由下式决定截面积A：AbhQ/Vi （540）式中 Q旋风除尘器处理烟气量，m3/s。（4）确定各部分几何尺寸。由进口截面积A和入口宽度b及高度h定出各部分的几何尺寸。几种常用旋风除尘器的标准尺寸比例，列于表516。表中除尘器型号，X旋风除尘器，L离心，T筒式，P旁路式，A、B为产品代号。设计者可按要求选择其它的结构，但应遵循以下原则：为防止粒子短路漏到出口管，hs，其中s为排气管插入深度；为避免过高的压力损失，b（Dde）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78；为获得最大的除尘效率，deD0.40.5，（H+L）de810；Sde1。 表816 几种旋风除尘器的主要尺寸比例尺寸名称XLP/AXLP/BXLT/AXLT入口宽度，b入口高度，h筒体直径，D排出筒直径，d筒体长度，L锥体长度，H排灰口直径,d1上3.856下0.7D上0.6D下0.6D上1.35D下1.0D上0.50D下1.00D0.296D3.33b(b=0.3D)0.6D1.7D2.3D0.43D3.85b0.6D2.26D2.0D0.3D4.9b0.58D1.6D1.3D0.145D进口速度为右值时的压力损失（Pa）12 m/s15 m/s18m/s700（600）1100（940）1400（1260）500（420）890（700）1450（1150）860（770）1350（1210）1950（1740）440（490）670（770）990（1110） 注：括号内的数字为出口无蜗壳式的压力损失； 进口速度为16m/s时的压力损失； 进口速度为20m/s时的压力损失。例题：已知烟气处理量Q5000m3/h。烟气密度g=1.2kg/m3，允许压力损失为900Pa，若选用XLP/B型旋风除尘器，试求其主要尺寸。解：由根据表812。5.8m/sV1的计算值与表816的气速与压力降数据一致。m2mm参考XLPB产品系列，取D700mm，de0.6D0.6700420mmL1.7D1.77001190mmH2.3D2.37001610mmd10.43D0.43700301mm当已提供有关除尘器性能时，则可根据处理气体量和允许的压力损失，选择适宜的进口气速，即可查得设备型号，从而决定各部分尺寸。上述例题查表取型号为XLP/B7.0，其中7.0表示除尘器筒体直径D的分米数。三 在重力作用下气溶胶粒子的运动 对于单一粒子在重力作用下的运动，粒子所受的力有重力、阻力和浮力，浮力等于同体积空气的重量，所以： （3-17）这里，对于球形粒子重力， 浮力 。所以 （3-18）（一） 到达最终沉降速度前的运动 粒子的运动在达到稳定速度前，速度随时间逐渐变化，粒子所受阻力随阻力系数的变化而变化，数值分析是比较复杂的。由于CD 是Re的函数，所以可用Re来代换速度v,使分析变得容易。 因为 所以 （3-19）因而式（3-18）可变为： （3-20）式中 （3-21）当t=0时取v=vo,Re=Reo,则（3-20）式的解为 （3-22）式（3-22）的计算结果是粒子运动达到雷诺数为Re时所需之时间。 为了计算垂直方向向下的运动距离Z可用dZ/dt=v,v=Re/dp代入式（3-18）中，即 （3-23）式（3-23）的解为 （3-24） 计算式（3-22）和（3-24）中的积分，必须带入CD与Re之间的关系，除去斯托克斯定律的情况以外，积分的计算十分复杂，最好采用数值方法计算，然而在粒子收集问题中，这种清情况是十分稀少的。对斯托克斯定律范围内的粒子，CDRe=24Re，所以，式（3-22）的结果为： （3-25） 如果在t=0时刻，粒子的速度vo=0，即Reo0，粒子处于静止状态，则式（3-25）变为： （3-26）式（3-24）为 （3-27） （二）最终沉降速度分析式（3-20），可得粒子到达最终沉降速度的条件是： =CDRe （3-28）因为达到稳定运动状态时dRe/dt=0。 由式（3-28）可得出最终沉降速度为 （3-29） 当需要进行肯宁汉修正时，式（3-29）还需要乘以修正系数C。 （三）斯托克斯粒子在重力作用下的运动对于斯托克斯粒子微分方程（3-18）变为： （3-32）对于斯托克斯粒子=24Res且Re/Res=v/vs,或Reo/Res=vo/vs,式（3-25）变为： 重新整理得： （3-33） 粒子由静止开始下落的情况，vo=0, （3-34） 对于运动距离，式（3-27）变为： （3-35）式（3-35）可表达成无因次形式 （3-36） 当粒子是静止开始运动时，式（3-36）为 （3-37） 该式说明当粒子下降的时间t=5时，运动的速度已达到最终沉降速度的99.3%,可以认为运动的加速段在t=5时间段已基本完成。此后离子以稳定的最终沉降速度继续降落。 张持时间对空气中的细小粒子是十分小的，例如对dp=1m，p=1g/cm 的粒子，空气温度为20，=1.81 x 10-5Pa.s 而5=1.54 x 10-5s ,所以对于大多数情况，加速度可以忽略。即认为粒子一开始就以恒定速度vs运动。二、 过滤层的收集效率在实际应用中，过滤层都是以很多捕集体的集合形式而存在。因此，过滤层的收集效率是多个孤立捕尘体的集合贡献。纤维层过滤是目前主要的烟尘净化方法之一。近几年来在世界范围内，袋式除尘器的应用，无论在数量上还是在投入上都比基他除尘设备具有更快的增长速度。特别是覆膜技术（在滤料表面覆一层多微孔、极光滑的EPTFE薄膜，即膨体聚四氟乙烯薄膜)的应用与推广，使纤维层过滤效率更高、清灰效率更好。甚至可净化有一定黏性的烟尘。从而，进一步促进了纤维过滤技术的发展。纤维层过滤分两种过滤方式：内部过滤和表面过滤。内部过滤又称深层过滤，首先是含尘气体通过洁净滤料，这时，起过滤作用的主要是纤维，因而符合纤维过滤的机理；然后，阻留在滤料内部的粉尘将和纤维一起参与过滤过程。当纤维层达到一定的容尘量后，后续的尘粒将沉积在纤维表面，此时，在滤料表面所形成的粉尘层对含尘气流将起主要过滤作用，这就是表面过滤。对于厚而蓬松、空隙率较大的过滤层，如针刺毡，内部过滤作用较明显；对于薄而紧、空隙率较小的过滤层，如编织滤布、覆薄滤料，主要表现为表面过滤。无论何种方式，收集效率和过滤阻力都随过滤时间而变化，这一现象称非稳态过滤，如图2.4所示。于是，过滤层的收集效率既是孤立捕尘体(单根纤维、尘粒)收集效率率的函数，又是过滤时间的函数。 由于研究非稳态过滤对评价纤维滤料的收尘性能 (效率、粉尘载荷、压损等)和运行管理(清灰方式、清灰效果、清灰时间控制、滤料使用寿命等)具有重要意义，所以关于非稳态过滤一直是纤维过滤理论及应用中的一个重要研究课题，许多研究者提出了非稳态过滤的效率和压力损失模型，其中，关于内部过滤的非稳态过程研究比较成熟，而在表面非稳态过滤效率方面的研究较少，同时还存在着建模方法不完善、表达式较复杂、某些参数难以确定等问题。1、纤维层过滤理论过滤过程分3个阶段(如图2.4所示)：洁净滤料的稳态过滤、含尘滤料的非稳态过滤和滤料表面非稳态过滤。传统的过滤理论主要考虑洁净虑料和含尘虑料过滤阶段。1 效率变化曲线；2阻力变化曲线；3洁净滤料； 4清灰 图2.4 过滤过程示意图对于洁净纤维滤料的过滤理论有两个基本的假设条件：(1)尘粒一旦与纤维表面接触，就被捕集。(2)沉积的微粒对于过滤过程没有进一步的影响。在这种过程中，两个基本参数过滤效率和压力损失都与时间无关，即过滤过程是稳态的。洁净滤料开始过滤时，表现为内部过滤，粒子进入滤料内部，随过滤过程的进行，沉积在滤料中的粒子如同球形捕集体，开始与纤维共同参与对后续粒子的收集作用。设滤料充填率为，纤维直径2，过滤层迎风面积A，层厚H，气溶胶进入纤维层前的速度v0。在如图2.5所示的滤料中取微元体，厚dh。粒子在此微元体内的浓度为c，单一纤维各过滤效应的综合收集效率，已沉积的静止单个粒子对后续运动的粒子的综合收集效率为。W为已捕集的粒子数。为考虑粒子多分散性、非球形及相互影响的修正系数，当无试验数据时，取=1。在面积为A的微元体dh内，纤维总长为LAdha2，则粒子在单位时间内在微元体纤维上的沉降量为(2.1)式中 v过滤层中的气流速度，vv0/（1） 图2.5 微元体示意图当滤料洁净时，含尘气体流经面积为A纤维层时，在单位时间内气流中粒子的减少量为Av0dc,此量应等于在微元体纤维上粒子的 沉降量,令，上式可写成（2.2）积分上式，得洁净滤料的纤维层效率公式(2.3)从实际应用情况看，洁净滤料只在新滤料开始使用的很短时间内出现，在以后的过滤过程中，洁净滤料将不复存在，非稳态过滤贯穿整个过程，因此，洁净滤料的纤维层效率公式无太大实用价值，但它是分析非稳态过滤的基础。如果在微元内已沉积数量为W个粒子，这些粒子变为捕集体，其单一粉尘的捕集效率（尘滤尘现象）为，在单位时间内对后续粒子的捕集量为（2.4）含尘气体流经面积为A的非洁净纤维层时，在单位时间内粒子的减少量为Av0dc，此量应等于纤维和已沉积粒子共同捕集的粒子量令，上式改写为（2.5）设在微元体dh内，原有已沉积的粒子数W是靠纤维过滤作用经历了时间t后才形成的，于是(2.6)所以，（2.5）可进一步写成(2.7)将,代入上式，积分并整理得内部过滤时纤维层的非稳态过滤效率(2.8)显然，当t0时，上式为洁净滤料的过滤效率，于是稳态过滤可看成非稳态过滤的一个特例。随着粒子不断沉积在滤料中，滤料的孔隙率逐渐变小，当滤料的孔隙率等于粒子层的孔隙率时，粒子开始在滤料表面沉积形成很薄的粉尘层。随后，沉积在虑料表面的粉尘层将参与过滤作用，效率进一步增加，即表面过滤开始。在纤维过滤过程中，具有意义的是表面过滤。 2、颗粒层过滤理论 颗粒过滤与纤维过滤虽有相同的过滤机理，但前者的建模却有较大的难度，于是人们提出很多过滤模型。在大多数情况下可把一个颗粒看成一个球。这样，在过滤过程中，可把一种颗粒介质看成是许多球形捕集体的集合。其建模思想是：以单元床层作桥梁，把颗粒层过滤效率和孤立球捕尘体的效率联系起来。考虑到国内很少有文献介绍颗粒层过滤理论方面的内容，为此，这里将简述研究较成熟、应用较普遍、模型较简单的球体组成的过滤介质收尘效率理论。 (1)周期长度l假定颗粒过滤介质是由许多单元层组成的。单元层厚度称为周期长度l，其定义如下：对于由几乎等大小的颗粒组成的、各边长为Nl的立方体过滤器，此立方体内有N3个颗粒，颗粒平均直径为dc，如图2.6所示。显然，其体积存在如下关系(2.9)式中 N单元层数量； l周期长度，m； dc颗粒平均直径，m； 颗粒层孔隙率。则其周期长度 (2.10)由此式可见，l与是同一量级。图 2.6 颗粒层过滤模型 如果颗粒过滤层总厚为H，则单元层数为N=Hl。在一个单元层中单位面积内颗粒球的数量Nc为 （2.11）将式(2.10)代人上式得每一单元层的颗粒球的数量 (2.12) (2)单元层效率与颗粒层效率的关系 过滤实践证明：气溶胶粒子在颗粒层中的浓度变化遵循指数律，即 (2.13) 式中 c气溶胶粒子的质量浓度，kgm3； 过滤系数。过滤系数通常是时间和位置的函数，但在任意时刻将上式用于单元层，可认为是常数，原因是l很小。因此，从z=(i1)l到z=il对式(2.13)积分，得单元层效率为因l很小，将上式级数展开，取前两项有极好的近似，得可见，单元层效率近似为常数。因颗粒层是单元层串联组成，于是单元层效率与颗粒层效率的关系 （2.14）（3）单元层效率与孤立球捕集效率的关系对于孤立球捕集体，若某个颗粒球的效率为，则捕集的粒子量为 （2.15）在某一单元层中有Nc个颗粒球，其过滤风速近似为vv0/，一个单元层的效率为(2.16)将式（2.12）代入上式，得单元层效率与孤立球捕集效率的关系(2.17)这一结果表明，颗粒层过滤是孔隙率和孤立球收集效率的函数。对上式孔隙率求极值，易得当孔隙率0.6时，颗粒层效率最高。要使孔隙率达到0.6，对纤维层说是容易实现的，但对颗粒层，其孔隙率通常在0.3左右，实际中难以达到0.6。但对纤维过滤，由于其过滤机理与颗粒层过滤相同，于是，这一结果的重要意义在于它告诉人们：为使纤维层和颗粒层获得较高得内部过滤效率，应尽量提高孔隙率。（4） 颗粒层过滤效率将式（2.17）直接代入式（2.14），得洁净颗粒滤料的过滤效率(2.18)对于在颗粒内部已沉积粉尘的非稳态过滤的理论分析较复杂，原因是：过滤层有颗粒和粉尘两种介质，且在颗粒层中的积尘量随过滤层呈指数变化，故较难得到分析解。在实际应用中，颗粒层过滤效率通常按洁净颗粒滤料的过滤效率计算。3、 表面过滤理论颗粒层过滤表面也有内部过滤和表面过滤之分，但由于颗粒比纤维的直径通常大数十倍、甚至数百倍，其内部孔洞直径也大得多，所以主要表现为内部过滤，故讨论颗粒层表面过滤的文献较少。但纤维层过滤主要靠表面过滤，特别是对于编织滤布、薄滤料、微孔或经表面处理的滤料。对于纤维虑料来说，洁净滤料使用的时间极短，其效率公式很快失去使用意义。为防止过度清灰，滤料表面应留有一定的粉尘层，内部过滤效率由动态变为稳定。而纤维层表面过滤将贯穿整个非稳态过滤过程。因此，纤维层表面非稳态过虑的研究有十分重要的实用意义。表面过滤属“尘滤尘”现象，要实现表面过滤，首先应在虑料表面形成一较薄的粉尘层，假定在过滤过程中，粉尘层的孔隙率基本保持不变，随过滤时间增加，所收集的粒子直接导致粉尘层增厚,效率提高，而且沉积的粉尘层均质，即各向同性。于是，“尘滤尘”现象和颗粒层过滤过程是相同的。所以，可引用经典的球形颗粒层过滤理论。图 2.7 表面过滤分析如图 2.7所示。设粉尘层粒子孔隙率，当任意粉尘层厚为h时，尘粒如同球形颗粒，直接利用式(2.18)得滤料表面沉积尘对含尘气体的净化效率为(2.19)式中 单个沉积粒子对气体粒子的捕集效率； N粉尘单元层数，。设含尘气流初始浓度为，在时间内厚度为H、面积为A的滤料迎风表面上沉积的粉尘层外侧，粉尘层增厚dh，所增加的粉尘层的体积，应等于在时间内收集的粉尘的体积(包括孔隙的体积)，即有下式成立：（2.20）因单元层效率，对式(2.19)幂级数展开，有（2.21）注意到在表面过滤开始时，必须有一较薄的粉尘层，其厚度不小于单元层厚。将式(2.21)代人式(2.20)，在区间(因很小，)和时间0范围内对式(2.20)积分，得 (2.22)将式（2.22）带入式（2.21）得表面非稳态过滤效率计算式（2.23）式中 粉尘层的孔隙率； 单一尘对气体中粉尘的收集效率。 由颗粒层过滤理论，可知粉尘单元层厚约等于粉尘粒径，即在计算时可取。式(2.23)的形式简洁、物理意义明确，对纤维表面过滤和颗粒层表面过滤都适用。 在常温下，取参数如表2.1，由式(2.23)计算所得出的表面非稳态过滤效率随时间和粉尘粒径的变化规律绘于图2.8中。表2.1 表面非稳态过滤理论比较的参数选取参数质量浓度粉尘密度纤维直径过滤风速粉尘层孔隙率纤维层充填率取值202.2103200.020.30.6根据图2.8的变化规律有以下几点认识：1)表面过滤开始时，粉尘层对细尘的过滤效率较低，面对较大尘粒的过滤效率较高。随过滤时间的增加，粉尘层的增厚，粉尘层对细尘的过滤效率将高于对粗尘的过滤效率。这是符合表面过滤机理的，原因是：由于细尘单元层的效率较低，在开始时，尘滤尘的效率较低。在气体含尘质量浓度不变的情况下，随过滤时间的增加，积尘粉饼总厚增加，由于细尘单元层的厚度较薄，单元层的层数急剧增加，其过滤效率比粗尘具有更快的增长速度。2)由得出的变化曲线看出，表面非稳态过滤效率随过滤时间的增加提高很快，这和实际过滤情况是一致的，如覆膜滤料在数十秒的时间内，过滤效率就接近100。这也意味着过滤阻力增加极快，其结果会使粉尘(未沉积和已沉积的粉尘)在较大的压力和较高的过滤层内部风速的共同作用下穿过过滤层，导致效率急剧下降。对非覆膜滤料，如果过度清灰，破坏了纤维表面的粉尘层，会失去表面过滤作用，也会导致效率下降。可以说清灰管理是过滤净化技术的一个重要内容。 图2.8 效率计算比较3)需要说明的是图2.8仅表示表面非稳态过滤效率，表面过滤刚开始时，实际纤维滤料层的效率不为零，因为内部过滤作用始终存在，纤维滤料的效率为（2.24）由式（2.8）确定。三、过滤层压力损失压力损失是过滤式除尘器的重要性能之一。过滤层压力变化和过滤效率一样是一个动态过程，分析时按两部分考虑：洁净滤料压损和含尘滤料压损。建立压力损失数理模型的意义不仅在于对设备能耗的评价，更重要的是滤料压损的变化与滤料中的积尘量有直接联系，从而可利用压损模型实现清灰过程的自动控制。1. 纤维层压力损失压损的分析方法有微观分析法和宏观分析法。（1）纤维层压损微观分析法微观分析法是先从单根纤维和单一尘粒的受力分析人手，再累加以求总阻力的方法。对于低速过滤过程，假定绕单根圆柱状纤维的流动为黏性流是合理的，由绕圆柱体黏性流的流函数，Lamb和Davies导出作用于单位纤维上的力为（2.25）式中 单根纤维所受的力，Nm； 气体动力黏度，Pas； 气流速度，ms； 绕纤维流动的雷诺数。穿过纤维层的阻力为所有纤维的阻力之和，则有（2.26）式中 纤维充填率； H纤维层厚度，m； 纤维半径，m。为洁净滤料阻力修正系数，主要考虑各纤维对流场和相互间的影响。若在纤维层中沉积粒子，则单一球所受阻力服从斯托克斯律（2.27）式中 单一球所受的力，N： 粉尘粒子的孔隙率： 其他符号意义同前。若在纤维层中积尘量为，则粒子数为（2.28） 由沉积粒子造成的总阻力为（2.29）式中 张弛时间，s： 考虑粒子分散度、球形度及相互间影响的修正系数。 于是过滤过程中的总阻力为（2.30）由于纤维过滤效率很高，作为近似计算，取效率为100，则沉积粒子量近似为 （2.31）而式（2.30）中的和通常由试验确定。将式(2.31)代入式(2.30)中，得（2.32）（2）纤维层压损宏观分析法宏观分析法是以整个滤料层考虑，而不分析单根纤维和单一粒子的阻力大小。因流动为层流，由达西(Darcy)公式可知洁净纤维层阻力与滤层厚度和来流速度的一次方成正比（2.33）（2.34）式中 常数；纤维渗透系数，其他符号物理意义同前。假定过滤效率为100，将在滤料中沉积的粒子量折合成粒子沉积厚度，有（2.35）式中 V过滤时间为t通过滤料层含尘气体的总体积，； A过滤面积，。而 ，同样由达西公式，得（2.36）（2.37）式中 常数； 粒子渗透系数。于是过滤过程中的总阻力的动态变化规律的宏观式为（2.38）比较式(2.38)和式(2.32)可知，微观分析法和宏观分析法所揭示的纤维层过滤压损变化规律是一样的。作为机理分析，常用微观分析法。作为实际应用，使用宏观表达式，原因是，对于特定的滤料，式(2.38)中的常数、易由试验确定，若想理论计算，可由纤维层和粉尘层的孔隙特征得到渗透系数后计算、。2、颗粒层压力损失颗粒层压损的分析方法同样也有微观分析法和宏观分析法。表面上看，纤维滤料和颗粒滤料都应有相同的压损数理模型，但在进行具体分析时，颗粒滤料的压损建模要复杂得多。判定颗粒层的流态是绕颗粒流动的雷诺数，当35时为层流，当700时为紊流，在实际应用中，颗粒层净化器的过滤风速在0.31.0ms之间，颗粒滤料的直径在3mm左右，所以雷诺数的范围大致在40150之间，属过渡区。 （1） 颗粒层压损微观分析法在用微观分析法讨论洁净颗粒滤料压损时，常对过渡区采用层流阻力和紊流阻力相叠加的办法，这就是尔岗(Ergun)公式（2.39） 式中 H颗粒层厚度； 颗粒层孔隙率； 过滤风速，ms： 阻力修正系数。麦克唐纳(MacDonald)得出； 颗粒直径，m。由尔岗(Ergun)公式计算得出的洁净颗粒滤料的阻力往往低于实测值。在颗粒层沉积粉尘时，颗粒层过滤状态的压力损失48（2.40）式中 粒子沉积率，由试验确定，孔隙率的函数。 洁净颗粒压力损失，Pa： 滤料容尘量，kg； 总过滤效率。总过滤效率可近似取1；于是非稳态压力损失的微观表达式为式(2.39)与式(2.40)之和。(2.41)式中符号物理意义同前。（2） 颗粒层压损宏观分析法对沉积粒子用宏观分析法，问题变得十分简单，因粒子远小于过滤颗粒，将符合层流假设，直接利用式(2.36)即可。其压损是洁净滤料的压损式(2.39)与粉尘层的压损式(2.36)之和，于是有(2.42)式中符号物理意义同前。（二）粘性流体绕圆柱体流动时的阻力 拉姆和戴维斯推导了在单一圆柱体上的作用力。对单位长圆柱体，此作用力为： （5-41） 这一公式用于小雷诺数时曾被芬（Finn）的实验所证实，当Re增大到0.5以上时，公式（5-41）所计算的x 值过于大。其次，由于过滤器中纤维的互相影响，使阻力的升高大于式（5-41）的计算值。 皮切考虑了气体在纤维表面的滑动，得出如下作用在单位长纤维上的阻力： （5-42）2、电袋复合式除尘器根据电场区与滤袋区的配置方式可分为：（1） 电场区与滤袋区纵向排列气体从左端引入，经气流分布板进入电场区，粉尘在电场区荷电并大部分被收集下来，其余荷电粉尘进入右端的滤袋区，粉尘被阻留在滤袋外表面，纯净的气体从滤袋内腔流入上部的净气室，然后从排气烟道排出。具体见图5.2。（2）电场区与滤袋区纵向相间排列在除尘器箱体内，纵向相间排列电场区和滤袋区。气体从左端的进口喇叭引入，经气体分布板进入第一个电场区，粉尘在电场区荷电并大部分被收集下来，其余荷电粉尘随气流进入右端的第一个滤袋区，部分气流流入第一个滤袋区的滤袋，粉尘被阻留在滤袋外表面，其余气流和粉尘进入第二个电场区，粉尘再次荷电，并随气流进入第二个滤袋区，以此类推，纯净气体从滤袋內腔流入上部的净气室，最后从排气管排出。具体见图5.3。（3）电场区与滤袋区横向相间排列气流从左端引入，经气流分布板进入电场区的每个通道，电场区的通道与滤袋区的每排滤袋相间横向排列，烟尘在电场通道内荷电，荷电粉尘和未荷电粉尘随气流流向孔状极板，部分荷电粉尘沉积在极板上，另一部分带电或不带电粉尘进入袋场的滤袋，粉尘被阻留在滤袋外表面，纯净的气体从滤袋内腔流入上部的净气室，然后从排气烟道排出。具体见图5.4。（4）滤袋区与电场区上下排列除尘器箱体下部分设置电场区，上部设置滤袋区，含尘烟气从下部进入灰斗，再向上首先流经电场区，在电场区除去大部分粉尘，未被净化的烟气向上进入滤袋区，粉尘被阻留在滤袋表面，纯净气体从滤袋内腔排入上部的净气室，然后从侧面排出。具体见图5.5电场区滤袋区图5.2 电场区与滤袋区纵向排图5.3电场区与滤袋区纵向相间排列烟气滤袋区电场区烟气电场区滤袋区烟气图5.4电场区与滤袋区横向相间排列列电场区滤袋区烟气烟气图5.5滤袋区与电场区上下排列5 湿式气体洗涤器在工业烟气净化中，湿式洗涤器的应用极为普遍，它既能有效地捕集0.120的固态或液态粒子，同时也能脱除气态污染物。湿式洗涤器具有结构简单，造价低和除尘效率高等优点，适用于净化非纤维性和非水硬性的各种粉尘，尤其是净化高温、高湿、易燃易爆气体。但采用湿式洗涤器需特别注意设备和管道的腐蚀以及废水和污泥处理问题。如果设备安装在室外，还必须考虑在冬天设备的防冻结问题，以及冬季排气冷凝形成的水雾烟羽。5.1洗涤器的性能5.1.1 洗涤器的压力损失在工程上使用的湿式洗涤器型式很多，洗涤器的压力损失范围较大，一般在0.29kPa。从总体上人们将洗涤器按压力损失大小分为低能洗涤器和高能洗涤器两大类。低能洗涤器压力损失小于1.5 kPa，如喷淋塔、旋风洗涤器等。高能洗涤器大于2.5 kPa，如文丘里洗涤器。而介于1.52.5 kPa之间的洗涤器未予以考虑（如筛板塔、填料塔常属这一范围）。可见这种分类方法是较粗糙的。关于洗涤器的压力损失的计算应视洗涤器的具体工况而定，如流速、气液接触形式等。于是，分类方法是否严格并不重要。5.1.2 洗涤器的除尘效率洗涤器主要是利用水滴、水网、水膜和气泡来除去废气中的颗粒物。其净化机理符合过滤机理。水滴类似于球形捕集体，水网类似于圆柱形捕集体。水膜可看成吸收壁，能有效地防止二次扬尘，提高收集效率。气泡的形成，使在气泡中的颗粒物的运动空间极大减小，有利于发挥惯性、重力和扩散收尘作用，气泡的破裂增加了拦截、惯性和扩散效应。由此可见，要从理论上准确地计算洗涤器的除尘效率是很困难的。故在此只考虑水滴捕尘作用。5.1.2.1势流中液滴捕集效率在文丘里洗涤器中，文氏管的喉部气流速度一般为50m/s，满足势流假设。忽略重力沉降和扩散作用，根据第4章的讨论，得单一液滴的捕尘效率为 （5.1）式中的拦截和惯性效率由式（4.7）和式（4.12）计算。5.1.2.2 黏性流中液滴捕尘效率除文丘里洗涤器以外的其他洗涤器，气流和液滴的相对速度都较小，按黏性流考虑是合理的。忽略重力沉降作用，黏性流中单一液滴的捕尘效率表示为 （5.2）其中拦截效率、惯性效率和扩散效率由式（4.8）、式（4.13）和式（4.22）确定，洗涤器的捕集机理以惯性碰撞为主，为提高捕集效率，需要提高气流和液滴的相对速度，同时要减小液滴的大小。气流速度过高，会使液滴连同粉尘粒子一起随气流排出洗涤器。液滴直径也不是愈小愈好，直径过小的液滴随气流一起运动，减小了气流的相对运动速度。因此，对于给定的尘粒的最大除尘效率应有一最佳液滴直径。根据Stairmand的实验，当尘粒的密度为2g/cm3时，不同直径的液滴对210的尘粒的效率如图5.1所示。图 5.1 捕集效率和液滴直径的关系从图中看出，液滴在0.052mm时，效率较高。如果认为洗涤器的捕集机理以惯性碰撞为主，且符合黏性流假设，这一液滴直径最佳范围可以通过式（4.13）进行估计，即， 显然，式中的斯托克斯准数必须满足1.213。因为 所以，根据Stairmand的实验条件（在喷淋塔中），设为常温，气液的相对运动速度为1m/s，代入已知条件，得于是当粒径分别为2，3，5和10时，液滴直径分别为0.041mm,0.092mm,0.255mm和1.02mm。该结果与Stairmand的实验结果非常吻合。5.1.2.3 洗涤器的分级效率上面讨论的单一液滴的捕尘效率。显然液滴大小是不均一的，确定洗涤器的分级效率较困难。考虑到洗涤器的捕集机理以惯性碰撞为主，Johnstone等人提出洗涤器的分级效率为 （5.3）式中 关联系数，其值取决于运行条件；液气比，（L/m3）。 在紊流情况下，多数惯性分离除尘器得分级效率可以表示为 （5.4）式中 、常数；粒子的空气动力直径，m。填料塔、离心式洗涤器和筛板塔都服从式（5.4）。对填料塔和筛板塔，的值取2；对离心式洗涤器，约为0.67。文丘里洗涤器液服从上述关系，当文氏管的喉管处110时，近似为2。无论是式（5.3）还是式（5.4），都需要确定待定常数或，待定常数或都与洗涤器的运行条件（气流速度、压力损失、温度、液滴群的粒径分布等）有关，而确定或是困难的。到目前为止，还未见到通用的洗涤器分级效率的直接计算式，因此，洗涤器分级效率还有待于理论与实验研究。5.1.2.4 洗涤器的总效率Lapple和Kamarck观察到喷淋塔的总除尘效率主要由气体压力损失和雾化液体所耗能量之和决定。随后，关于各种洗涤器的总除尘效率仅是总能耗的函数的假定被工业界广泛接受。洗涤器的总能耗为（kWh/1000m3气体） （5.5）式中 气体通过洗涤器的压损，Pa；加入液体的压损，Pa；液气比，（L/m3）。 根据气液两相接触功率理论，效率和传质单元数有如下关系 （5.6）式中 传质单元数。 对一系列洗涤器的研究表明，在双对数坐标系内，传质单元数与总能耗之间有的关系为一直线，可用下式表示 （5.7）其中，和为特定参数，由所捕集粉尘的特性和洗涤器的类型决定。许多文献给出了各种工业应用中的和值，如Semrau给出的一些实验数据见表5.1。表 5.1 和参数值粉尘和尘源类型粉尘和尘源类型转炉烟尘4.4500.4663石灰窑粉尘3.5671.0529滑石粉3.6260.3506黄铁熔炉排出的氧化锌2.1800.5319磷酸雾2.3240.6312石灰窑排出的碱2.2001.2295化铁炉烟尘2.2550.6210硫酸铜气溶胶1.3501.0679炼钢平炉烟尘2.0000.5688肥皂生产排出的雾1.1691.4146硅钢炉升华烟尘1.2660.4500吹氧平炉升华的烟尘0.8801.6190鼓风炉烟尘0.9950.8910不吹氧平炉烟尘0.7951.5940关于各种洗涤器的总除尘效率与总能耗的关系式是近似的，如对文丘里洗涤器来说，其效率与后续的脱水器和雾化效果有很大关系。仅根据能耗计算效率有时会产生较大误差。另外，我们知道洗涤器的除尘效率是水滴、水网、水膜和气泡等综合作用的结果。合理的设计，能充分发挥惯性、拦截、扩散等捕尘效应。如合理地设计填料塔，可使其能耗远低于文丘里洗涤器，而除尘效率接近甚至高于文丘里洗涤器。5.2喷淋塔喷淋塔是构造最简单的一种洗涤器，如图5.2所示。在逆流式喷淋塔中，含尘气流向上运动，喷嘴喷出的液滴向下运动。液滴通过惯性、拦截、扩散等效应将较大的尘粒捕集下来。如果气流速度较小，夹带了尘粒的液滴将在重力的作用下落入塔底。为保证气流分布均匀，常采用多孔气流分布板。经水雾净化后的气流由塔上部排出，通常在塔的顶部安装脱水器（除雾器），以脱除那些很小的液滴。图 5.2 喷淋塔示意图如果假定所有液滴具有相同直径、液滴在整个过气断面上分布均匀、无凝聚现象，并在塔内很快达到最终沉降速度，立式喷淋塔的总除尘效率可由下式估算 （5.8）式中 液滴最终沉降速度，m/s；塔内气流速度，m/s；气液接触区的高度，m；液滴直径，m。气体符号同前。 式中的惯性碰撞效率可根据势流或黏性流应用式（4.12）或式（4.13）计算。通常在喷淋塔中，液滴周围的流态介于势流和黏性流之间，可用如下内插所得公式近似计算 （5.9）喷淋塔的压力损失较低，一般为200400Pa，塔内气流速度（按塔截面计）可取0.61.2m/s。最佳液滴直径在1mm左右，液气比L取0.41.35（L/m3）。液气比提高，除尘效率增加，洗涤液最好能循环使用，以利于增加液气比。除逆流式喷淋塔外，还有错流式喷淋塔，即液体由上而下，而含尘气体水平流过喷淋塔。5.3旋风洗涤器旋风洗涤器与干式旋风器相比，由于附加了水滴、水膜的捕集作用，除尘效率明显提高。由于在旋风洗涤器中带水较少，则可以采用比喷淋塔更细的喷雾。气体的螺旋运动所产生的离心力，把水滴甩向边壁形成壁流，因而水滴在气体中的停滞时间短。在旋风洗涤器中，水滴直径为0.1mm时，捕尘效果最佳。实际采用水滴为0.10.2mm。因旋风洗涤器内壁上形成的水膜，可以有效地防止二次扬尘，从而可采用比干式旋风器更高的入口风速，一般可取1545m/s。中心喷雾的旋风洗涤器如图5.3所示。含尘气体由筒体下部切向引入，水通过中心水管上的喷嘴径向喷