第6章除尘装置.ppt

第六章除尘装置,第六章除尘装置,6.1机械除尘器6.2电除尘器6.3湿式除尘器6.4过滤式除尘器6.5除尘器的选择与发展,6.1.1重力沉降室通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置；6.1.1.1层流式重力沉降室1）颗粒在沉降室的停留时间2）颗粒在停留时间内的沉降距离,6.1机械除尘器,3）颗粒的分级除尘效率（工程计算常取一半值）4）重力沉降室能100捕集的最小颗粒直径（工程计算中常用36代替式中的18）5）提高沉降室除尘效率的措施：降低沉降室内的气流速度、增加沉降室长度或降低沉降室高度。沉降室内的气流速度（一般为0.32.0m/s）6）多层沉降室的分级效率为：,6.1.1.2湍流式重力沉降室分级除尘效率6.1.1.3重力沉降室设计步骤计算出能100捕集颗粒的沉降速度us，并确定沉降室内的气流速度和沉降室高度（或宽度），然后求出沉降室的长度和高度（或高度）。6.1.1.4重力沉降室的优缺点优点：结构简单、投资少，压力损失小，维修管理容易；缺点：体积大，效率低。,6.1.2惯性除尘器6.1.2.1机理含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，颗粒由于惯性力的作用与气流分离开来。6.1.2.2结构型式冲击式：气流冲击挡板，利于粗粒捕集。可分为单级型和多级型；反转式：通过改变气流流动方向捕集粉尘，利于细粒捕集。有弯管型、百叶窗型和多层隔板型。,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,6.1.2.3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1020m以上的粗颗粒压力损失1001000Pa6.1.3旋风除尘器6.1.3.1机理利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离出来。6.1.3.2旋风除尘器内气流与尘粒的运动,6.1.3.3旋风除尘器的压力损失：局部阻力系数6.1.3.4旋风除尘器的除尘效率分割粒径dc,1）基于雷恩利希特模式计算2）经验公式6.1.3.5影响旋风除尘器效率的因素二次效应、比例尺寸、除尘器下部的严密性粉尘的物理性质、操作变量,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,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=（0.40.65）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。,比例尺寸对性能的影响,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,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,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,6.1.3.6旋风除尘器的结构型式1）按进气方式分类切向进入式：包括直入式和蜗壳式；轴向进入式：用于多管旋风除尘器和大处理量场合。2）按气流组织分类包括回流式、直流式、平旋式和旋流式等。工业应用较多的是回流式和直流式两种。3）多管旋风除尘器,由多个相同构造形状和尺寸地小型旋风除尘器（旋风子）组合在一个壳体内并联使用的除尘器组。多管旋风除尘器除尘效率高，处理量大，布置简便且与烟道连接方便，但旋风子的质量要求较高。,回流式多管旋风除尘器,6.1.3.7旋风除尘器的设计选型1）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全面分析，合理选择旋风除尘器的型式；2）确定进口气速，一般为1225m/s3）确定旋风除尘器的进口截面A、入口宽度b和高度h,旋风除尘器的比例尺寸,4）由进口截面积、入口宽度及宽度确定出除尘器本体各部分几何尺寸，设计应该遵循如下原则：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(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=78；为获得最大的除尘效率，de/D0.40.5，(H+L)/de810，s/de1。,机理：含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，由于尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，从而实现尘粒与气体的分离。电除尘器的特点（优点）：1）压力损失小，一般为200500Pa；2）处理量大，可达105106m3/h；3）能耗低，约0.20.4kwh/1000m3；4）对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99；5）可在高温或强腐蚀性气体下操作。,6.2电除尘器,6.2.1电除尘器的工作原理电除尘器工作原理包括悬浮粒子荷电，带电粒子在电场内的迁移和捕集，以及将捕集物从集尘表面上清除等三个基本过程。1）粒子荷电：一般采用高压直流电晕使粒子荷电；2）带电粒子的迁移与捕集：荷电粒子通过延续的电晕电场或光滑的不放电的电极之间的纯静电场而实现。前者称为单区电除尘器，后者称为双区电除尘器；3）通过振打除去接地电极上的颗粒层并使其落入灰斗，当粒子为液态时，被捕集粒子会发生凝聚并滴入下部容器内。,6.2.2电晕放电6.2.2.1电晕放电机理,金属丝放出的电子迅速向正极移动，与气体分子撞击使之离子化气体分子离子化的过程又产生大量电子雪崩过程远离金属丝，电场强度降低，气体离子化过程结束，电子被气体分子捕获气体离子化区域电晕区自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源,6.2.2.2起始电晕电压开始产生电晕电流时所施加电压即为起始电晕电压当电压达到一定值后，电晕区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离，这种现象称为电场击穿，此时的电压值称为击穿电压。6.2.2.3影响电晕特性的因素包括电极形状，极间距离，气体组成、压力、温度，粉尘浓度、粒度、比电阻以及它们在电晕极和集尘极上的沉积。,正、负电晕极在空气中的电晕电流电压曲线,电晕区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离电场击穿；相应的电压击穿电压在相同电压下通常负电晕电极产生较高的电晕电流，且击穿电压也高得多工业气体净化倾向于采用稳定性强，操作电压和电流高的负电晕极；空气调节系统采用正电晕极，好处在于其产生臭氧和氮氧化物的量低,6.2.3粒子荷电两种机理电场荷电或碰撞荷电离子在静电力作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电扩散荷电离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程；依赖于离子的热能，而不是依赖于电场粒子的主要荷电过程取决于粒径大于0.5m的微粒，以电场荷电为主小于0.15m的微粒，以扩散荷电为主介于之间的粒子，需要同时考虑这两种过程。,6.2.3.1电场荷电也称碰撞荷电，是离子在静电力作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电的现象。1）荷电量的计算2）影响电场荷电的因素粒子的粒径，介电常数，电场强度，离子密度等。3）荷电时间一般电场荷电需要的时间小于0.1s。可以认为粒子进入除尘器后立刻达到了饱和电荷。,6.2.3.2扩散荷电离子热运动引起它们通过气体扩散，并与存在于气体中的粒子碰撞，使粒子荷电。扩散荷电的理论方程为：扩散荷电量取决于离子热运动的动能、粒子大小和荷电时间。,6.2.3.3电场荷电和扩散荷电的综合作用处于中间范围（0.150.5m）的粒子，需同时考虑电场荷电和扩散荷电,根据Robinson的研究，简单地将电场荷电和扩散荷电的电荷相加，可近似地表示两种过程综合作用时的荷电量，与实验值基本一致,6.2.3.4异常荷电现象1）沉积在集尘极表面的高比电阻粒子导致在低电压下发生火花放电或在集尘极发生反电晕现象；2）当气流中微小粒子的浓度较高时，虽然荷电尘粒所形成的电晕电流不大，可是所形成的空间电荷却很大，严重地抑制着电晕电流的产生，使尘粒不能获得足够的电荷；3）当含尘量太大时，电晕现象消失，颗粒在电场中不能荷电，电晕电流接近于零，发生电晕闭塞。,6.2.4荷电粒子的运动和捕集6.2.4.1驱进速度6.2.4.2粒子的捕集效率德意希公式德意希公式的假定:除尘器中气流为湍流状态在垂直于集尘表面的任一横断面上粒子浓度和气流分布是均匀的粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程忽略电风、气流分布不均匀、被捕集粒子重新进入气流等影响,dt时间内在长度为dx的空间所捕集的粉尘量为由dtdx/u积分最终得,捕集效率随粒径的变化,6.2.4.3有效驱进速度当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的1020时，德意希方程理论上才是成立的作为除尘总效率的近似估算，应取某种形式的平均驱进速度有效驱进速度实际中常常根据在一定的除尘器结构型式和运行条件下测得的总捕集效率值，代入德意希方程式中反算出的相应驱进速度值，以e表示,各种粉尘的驱进速度,6.2.5被捕集粉尘的清除保持电晕极表面清洁常用的方法是对电极采取振打清灰方式。集尘极清灰方法在湿式和干式电除尘器中有所不同：1）对于湿式电除尘器，一般是用水冲洗集尘极板，使极板表面经常保持一层水膜，粉尘降落着水膜上，就会随之流下，达到清灰的目的。优点：返混现象减少，改进了操作，可净化部分有害气体；缺点：极板腐蚀严重，污泥处理。,2）干式电除尘器中一般利用由机械撞击或电极振动产生的振动力来清灰。常用的方式有电磁振打和锤式振打清灰。振打系统必须高度可靠，既能产生高强度的振打力，又能调节振打强度和频率；,6.2.6电除尘器结构6.2.6.1除尘器类型1）按集尘极形状分：管式、板式；2）按气流方向分：上式、卧式；3）按两极配置方式分：单区、双区。4）多管电除尘器管式电除尘器用于气体流量小，含雾滴气体，或需要用水洗刷电极的场合板式电除尘器为工业上应用的主要型式，气体处理量一般为2550m3/s以上双区电除尘器通风空气的净化和某些轻工业部门单区电除尘器控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染,6.2.6.2电晕电极常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等电晕线的一般要求：起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极距、易清灰等,a.圆形线b.星形线c.锯齿线d.芒刺线,电晕线固定方式重锤悬吊式管框绷线式,6.2.6.3集尘极1）集尘极型式：V型板，折流板2）集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量（约占总耗量的4050%）有很大影响3）集尘极的技术要求：振打时粉尘的二次扬起少；单位集尘面积消耗金属量低；极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形；振打时易于清灰，造价低。,6.2.6.4高压供电设备高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流。通常高压供电设备的输出峰值电压为70100kV，电流为1002000mA。6.2.6.5气流分布板为保证气流分布均匀，进出口均应设变径管道，管内应设气流分布板。常用的气流分布板包括百叶窗式、多孔板分布格子、槽形钢式和栏杆型分布板等。气流分布的具体要求：1）任何一点的流速不得超过该断面平均流速的40；2）在任何一个测定断面上，85以上测点的流速与平均流速不得相差25。,6.2.7粉尘比电阻6.2.7.1粉尘的导电性电除尘器能捕集的荷电粒子的最小导电率是10-10(/cm)-1,导电率低于10-10(/cm)-1，即电阻率大于1010(/cm)的粉尘，通常称为高比电阻粉尘，它将影响电除尘器操作和性能。6.2.7.2高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响高比电阻粉尘会造成火花率增加、产生反电晕等电场干扰条件，使除尘效率下降。粉尘比电阻最佳范围：10421010(/cm)。6.2.7.3克服高比电阻影响的方法1）保持电极表面尽可能清洁；2）采用较好的供电系统；3）烟气调质，如喷水、控温、加药等；,6.2.8电除尘器的选择和设计1）比集尘表面积的确定根据运行和设计经验，确定有效驱进速度，按德意希方程求出比集尘表面积A/Q2）长高比的确定电除尘器长高比是指集尘板有效长度与高度之比，它直接影响振打清灰时二次扬尘的多少。要求除尘效率大于99%时，除尘器的长高比至少要1.01.5。3）气流速度的确定通常由处理烟气量和电除尘器过气断面积，计算烟气的平均流速平均流速高于某一临界速度时，作用在粒子上的空气动力学阻力会迅速增加，粉尘的重新进入量亦迅速增加4）气体的含尘浓度如果气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷很高，易发生电晕闭塞应对措施提高工作电压，采用放电强烈的芒剌型电晕极，电除尘器前增设预净化设备等,6.3.1概述湿式除尘器是使含尘气流与液体（一般为水）密切接触，利用液滴和颗粒的惯性碰撞及其它作用捕集颗粒或使粒径增大的装置。优点：结构简单，造价低，占地面积小，操作及维修方便，净化效率高，能处理高温、高湿含尘气体，在除尘的同时，还能脱除部分气态污染物；缺点：腐蚀严重，大量污水和污泥需处理。分类：重力喷雾洗涤器、旋风洗涤器、自激喷雾洗涤器、板式洗涤器、文丘里洗涤器和机械诱导喷雾洗涤器等七类。,6.3湿式除尘器,主要湿式除尘装置的性能和操作范围,6.3.2湿式除尘器的除尘机理6.3.2.1惯性碰撞参数和除尘效率6.3.2.2接触功率与除尘效率6.3.2.3分割粒径与除尘效率,da:粒子的空气动力学直径Ae，Be:均为常数对填充塔和筛板塔，Be=2；离心式洗涤器，Be=0.67；文丘里洗涤器（当NI=0.55）,Be=2,通过率与分割粒径的关系,分割直径与压力降的关系（分割功率关系）,6.3.3喷雾塔洗涤器1）分类：逆流式、错流式2）立式逆流喷雾塔洗涤器的除尘效率3）错流式喷雾塔的除尘效率,6.3.4旋风洗涤器1）分类：中心喷雾式、旋风水膜式、卧式旋风水膜式；2）旋风洗涤器的压力损失估算3）应用：旋风洗涤器适用于处理量大，含尘浓度高的场合，可以单独采用，也可以作为文丘里洗涤器的脱水器。常用的有麻石旋风水膜除尘器（工艺流程）等设备。,6.3.5文丘里洗涤器6.3.5.1除尘过程文丘里洗涤器主要由收缩管、喉管和扩散管组成。洗涤液（一般为水）通过沿喉管周边均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和加速，捕集粉尘颗粒后，在下一段用低能洗涤器或除雾器中捕集起来。6.3.5.2几何尺寸文丘里洗涤器的几何尺寸主要包括收缩管、喉管和扩散管的长度、直径以及收缩管和扩散管的张开角度等。进气管和出口管直径根据与之相连管道直径及要求气流速度确定，收缩管的收缩角常取2325，喉管截面积与进口管截面积之比为1：4，扩散管的扩散角一般取57，收缩管和扩散管的直径由下式确定：,6.3.5.3压力损失卡尔弗特公式海斯凯茨公式,6.3.5.4除尘效率卡尔弗特公式对于5m以下的粉尘，可按下式计算,6.4过滤式除尘器,6.4.1概述1）过滤式除尘器也称过滤器，是利用多孔过滤介质分离捕集气体中固体或液体粒子的净化装置。2）分类：按滤料种类、结构和用途分：袋式除尘器、颗粒层除尘器和空气过滤器三类。按粉尘粒子在除尘器中被捕获得位置分：内部过滤和外部过滤两种型式。3）除尘原理过滤式除尘机理是通过筛滤、惯性碰撞、拦截、扩散、重力和静电力等多种沉降机理共同作用的结果。,空气过滤器滤纸或玻璃纤维,袋式除尘器纤维织物,颗粒层除尘器砂、砾、焦炭等颗粒物,过滤式除尘器的分类,6.4.2袋式除尘器6.4.2.1工作原理清洁滤布的除尘效率较低，随着时间推移，粉尘颗粒逐渐在滤布表面形成粉尘层，称为粉尘初层，袋式除尘器主要依靠粉尘初层来分离捕集粉尘粒子的，滤布仅起到形成粉尘初层和骨架支撑作用。6.4.2.2压力损失袋式除尘器的压力损失由通过清洁滤料的压力损失和通过颗粒层的压力损失两部分组成。对于给定的滤料和操作条件，滤料的压力损失基本为一常数，因此，袋式除尘器的压力损失主要取决于颗粒层。,6.4.2.3袋式除尘器的滤料1）对滤料的要求容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低、使用寿命长，具备良好的耐温、耐磨、耐腐蚀和机械性能等优点。2）滤料种类按滤料材质分类，有天然纤维、无机纤维和合成纤维；按滤料结构分类，有滤布和毛毡两类。6.4.2.4袋式除尘器的清灰1）机械振动清灰2）逆气流清灰3）脉冲喷吹清灰,6.4.2.5袋式除尘器的选型与