大气污染控制工程课件06-1除尘装置

1 第六章除尘装置 教学内容 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 2 第六章除尘装置 1 教学要求 要求了解除尘器的类型 包括各种干式和湿式除尘器 理解和掌握电除尘器 过滤式除尘器设计等 2 教学重点掌握机械除尘器原理 结构与设计 电除尘器的工作原理 了解其选型和设计 掌握过滤式除尘器的工作原理 了解其选型和设计 了解除尘系统的选择设计与除尘器的发展 3 教学难点电除尘器的工作原理 过滤式除尘器的工作原理及设计 3 除尘装置概述 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 重力除尘装置 机械式除尘装置 惯性力除尘装置 机械式除尘装置 离心力除尘装置 机械式除尘装置 洗涤式除尘装置过滤式除尘装置电除尘装置声波除尘装置 袋式除尘 电除尘 重力除尘 惯性除尘 湿式除尘 4 1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 5 一 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层流式和湍流式两种 6 1 层流式重力沉降室 假定沉降室内气流为柱塞流 颗粒均匀分布于烟气中忽略气体浮力 粒子仅受重力和阻力的作用 纵剖面示意图 7 1 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 8 1 层流式重力沉降室 提高沉降室效率的主要途径 降低沉降室内气流速度增加沉降室长度降低沉降室高度沉降室内的气流速度一般为0 3 2 0m s 不同粉尘的最高允许气流速度 9 2 湍流式重力沉降室 湍流模式1 假定沉降室中气流处于湍流状态 垂直于气流方向的每个断面上粒子完全混合宽度为W 高度为H和长度为dx的捕集元 假定气体流过dx距离的时间内 边界层dy内粒径为dp的粒子都将沉降而除去 10 3 重力沉降室优缺点 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 11 4 重力沉降室的设计 假设通过重力沉降室断面的水平气流的速度V分布是均匀的 呈层流状态 入口断面上粉尘分布均匀 即每个颗粒以自己的沉降末端速度沉降 互不影响 在气流流动方向上尘粒和气流速度相等 就可得到除尘设计的简单模式 1 沉降时间和 最小粒径时的 沉降速度尘粒的沉降速度为us 沉降室的长 宽 高分别为L W H 要使沉降速度为us的尘粒在沉降室内全部去除 气流在沉降室内的停留时间t 应大于或等于尘粒从顶部沉降到灰斗的时间 即 12 4 重力沉降室的设计 13 将代入 可求出沉降室能100 捕集的最小粒径dmin上式是在理想状况下得到的 实际中常出现反混现象 工程上常用36代替式中的18 这样理论和实践更接近 室内的气流速度v0应根据尘粒的密度和粒径确定 一般取0 3 2m s 沉降室的设计 1 沉降时间 2 沉降速度 按要求沉降的最小颗粒 3 沉降室尺寸 4 重力沉降室的设计 14 2 沉降室尺寸 先按算出捕集尘粒的沉降速度us 假设沉降室内的气流速度V0和沉降室高度H 或宽度W 而后求沉降室的长度和宽度 或高度 Q WHV0 WLus沉降室长度 沉降室宽度 Q为处理气流量 m3 s 15 3 设计要求1 保证粉尘能沉降 L足够长 2 气流在沉降室的停留时间要大于尘粒沉降所需的时间 3 能100 沉降的最小粒径 4 设计的主要内容 根据粒径dp算出1 us 2 初步确定了V0 H 根据求长度L 3 根据进气量Q求宽度w Q V0WH 16 二 惯性除尘器 1 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 17 二 惯性除尘器 2 惯性除尘器结构形式冲击式 气流冲击挡板捕集较粗粒子 冲击式惯性除尘装置a单级型b多级型 18 二 惯性除尘器 反转式 改变气流方向捕集较细粒子 反转式惯性除尘装置a弯管型b百叶窗型c多层隔板型 19 设备示意图 弯管惯性除尘 3 惯性除尘器应用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以上的粗颗粒压力损失100 1000Pa 冲击式 反转式 20 旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置 用来分离粒径大于5 10 m以上的的颗粒物 工业上已有100多年的历史 特点 结构简单 占地面积小 投资低 操作维修方便 压力损失较大 动力消耗也较大 可用于各种材料制造 能用于高温 高压及腐蚀性气体 并可回收干颗粒物 缺点 效率80 左右 捕集 5 m颗粒的效率不高 一般作预除尘用 三 旋风除尘器 21 三 旋风除尘器 22 旋风除尘图 气流动图 胖子型图 实物图 并行图 23 三 旋风除尘器 24 三 旋风除尘器 1 旋风除尘器内气流与尘粒的运动 普通旋风除尘器是由进气管 筒体 锥体和排气管等组成气流沿外壁由上向下旋转运动 外涡旋少量气体沿径向运动到中心区域旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转 内涡旋气流运动包括切向 轴向和径向 切向速度 轴向速度和径向速度 25 1 旋风除尘器内气流与尘粒的运动 续 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 26 三 旋风除尘器 A 切向速度根据 涡旋定律 外涡旋的切向速度反比于旋转半径R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d0 0 6 1 0 de de为排气管直径 27 三 旋风除尘器 B 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 mC 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 28 2 旋风除尘器的压力损失 旋风除尘器的压力损失表6 1局部阻力系数 气体的密度 kg m3Vin 气体入口速度 m s 局部阻力系数 29 缺乏实验数据时 可用下式表示 A 旋风除尘器进口面积K 常数 等于20 40 A 进口面积 a b L 筒体长度 H 锥体长度 de 排出管直径 30 2 旋风除尘器的压力损失应当指出 旋风除尘器的其他操作因素对压力损失也有影响 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 31 3 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 32 4 影响旋风除尘器效率的因素 1 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 33 4 影响旋风除尘器效率的因素 续 2 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 34 4 影响旋风除尘器效率的因素 续 2 比例尺寸对性能的影响 35 4 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 36 4 影响旋风除尘器效率的因素 续 3 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 a代表实验B代表实际 37 4 影响旋风除尘器效率的因素 续 4 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 除尘效率下降效率最高时的入口速度 38 a 直入切向进入式b 蜗壳切向进入式c 轴向进入式 5 旋风除尘器的结构形式 1 按进气方式分切向进入式轴向进入式 39 5 旋风除尘器的结构形式 续 2 按气流组织分回流式 直流式 平旋式和旋流式 3 多管旋风除尘器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 回流式多管旋风除尘器 40 6 旋风除尘器的设计 旋风除尘器的选型一般选用计算法和经验法 计算法 由入口浓度c0 出口浓度ce 或排放标准 计算除尘效率 选结构型式 根据选用的除尘器的分级效率 d 分级效率曲线 和净化粉尘的粒径频度分布f0 计算 T 若 T 即满足要求 否则按要求重新计算 确定型号规格 计算压力损失 41 经验法 计算所要求的除尘效率 选定除尘器的结构型式 根据选用的除尘器的 Vi实验曲线 确定入口风速Vi 根据气量Q 入口风速Vi计算进口面积A 由旋风器的类型系数求除尘器筒体直径D 然后便从手册中查到所需的型号规格 6 旋风除尘器的设计 42 尺寸比例1 筒体直径D D愈小 愈能分离细小颗粒 但过小易引起堵塞 为此 有人用作为限制指标 D 150 200mm 800 1100mm若处理气量大 可并联使用或采用多管式旋风器 2 入口尺寸 圆形和矩形 为减小颗粒的入射角 一般采用矩形 长H 宽B 面积A 类型系数k一般取0 07 0 3 蜗壳型入口的k较大 D较小 处理气量Q大 H B为2 4 43 3 排气管 多为圆形 且与筒体同心 一般d 0 4 0 6 D0 深度h 切线式h小 则压损小 但效率降低 经验取h De或稍低于入口管底部 4 筒体L1 锥体L2 L1 1 4 2 0 DL2 2 0 3 0 DL1 L2 5D 3 4 DL1 L2 1 5 2 5较宜 5 圆锥角 一般取20 30 6 排尘口直径Dc Dc 0 25 0 5 D0 一般Dc 70mm 44 6 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 45 6 旋风除尘器的设计 续 旋风除尘器的比例尺寸 46 6 旋风除尘器的设计 续 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