第06章 颗粒物污染控制技术1

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掌握各类除尘器的工作原理、结构及性能能够进行简单除尘器的选择和设计了解目前除尘器的研究和发展情况,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：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,除尘装置：从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备,各种除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率,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,结构简单、造价低、便于维护、阻力小对大粒径粉尘的去除有较高的效率，而对小粒径粉尘的捕获率很低,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,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在气流流动方向上尘粒和气流速度相等。,纵剖面示意图,宽度为W,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=?,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0.32.0m/s,不同粉尘的最高允许气流速度,层流式重力沉降室,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，一般隔板数在3以下,多层沉降室1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板,湍流式重力沉降室,湍流模式1横向混合模型，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（横向截面）上粒子完全混合,湍流式重力沉降室-模式1,L,H,v0,dh=usidt,Ci,Ci-dCi,dx=v0dt,C1i,C2i,在dx距离dt时间内对dp颗粒的捕集率为：,从沉降室进口（x0，CiC1i到出口（xL，CiC2i）对上式积分：,分级效率：,湍流式重力沉降室,湍流模式2完全混合模式，即沉降室内未捕集颗粒完全混合单位时间排出：（为除尘器内粒子浓度，均一）单位时间捕集：总分级效率,湍流式重力沉降室,三种模式的分级效率均可用归一化对Stokes颗粒，分级效率与dp成正比,重力沉降室归一化的分级率曲线a层流无混合b湍流垂直混合c湍流完全混合,重力沉降室的设计,沉降室的设计包括确定几何尺寸和除尘效率,作业,设计一个锅炉烟气重力沉降室，要求能去除dp50m的烟尘。已知烟气量Q2800m3/h，烟气温度ts150，烟气真密度p2100kg/m3（忽略气体密度），烟气粘度g2.410-5Pa.s,例,用沉降室作为含石灰粉尘空气流的初级净化装置，粉尘真密度为2670kg/m3，浓度为28.9g/m3，粒径分布如表，常温常压下的空气流量为1800m3/h。试确定：（1）全部捕集40m以上的颗粒时沉降室的尺寸；（2）分级除尘效率；（3）总除尘效率；（4）出口粉尘浓度。,解：（1）确定沉降室尺寸计算40m颗粒的重力沉降速度，常温常压下,选取气流速度v00.3m/s，沉降室高度H=1.2m则沉降室长：沉降室宽度：,(2)计算分级除尘效率,沉降室流体雷诺数：,处于湍流状态，采用湍流模式计算分级除尘效率,（3）总除尘效率,（4）沉降室出口粉尘浓度,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50100Pa）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,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,惯性除尘器的结构形式,冲击式气流冲击挡板捕集较粗粒子,气流冲击挡板的速度越大，流出装置净化后的气体的气流速度越低，粉尘的携带量就越小，捕集效率越高。,冲击式惯性除尘装置a单级型b多级型,反转式改变气流方向捕集较细粒子,适于安装在烟道上使用,烟雾分离,气流转换方向的曲率半径越小，转变次数越多，就越能分离细小尘粒,反转式惯性除尘装置a弯管型b百叶窗型c多层隔板型,百叶式惯性除尘器,（1）除尘效率,在百叶式除尘器与旋风除尘器配合使用情况下，除尘器效率：,（2）压力损失,Q通过百叶板缝隙的气量，m3/sF百叶板缝隙的总面积，m2C百叶板缝隙的收缩系数，取0.60.8,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1020m以上的粗颗粒压力损失1001000Pa,旋风除尘器,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,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，最后从排出管排出底部的粉尘二次扬尘现象,旋风除尘器,旋风除尘器内颗粒分离过程,一次分离：1号颗粒几乎是直线轨迹随气流进入，在1a位置上与器壁相碰撞。碰撞后沿器壁滑动，受重力下落进入收尘室。不能分离颗粒：3号和5号颗粒较小，在与器壁碰撞后反弹，在碰撞点将动能传给内壁，速度和离心力大大减小，在径向气流摩擦力的强烈作用下，返回气流后随之逸出。二次分离：2号和4号颗粒较大，进入后与器壁碰撞于2a和4a点，由于入射角较大，不能沿器壁滑动而反弹到气流中，较大2号在一次碰撞后所剩动能足以使其与器壁产生二次碰撞而被分离。较小4号可能排出，也可能发生二次分离,旋风除尘器,旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布,外涡旋的气流切向速度随与轴心的距离的减小而增大。内涡旋的气流切向速度随与轴心的距离的减小而降低。旋风除尘器内压强越接近轴心处越低，轴心处于负压状态。,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n1，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=(0.61.0)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：局部阻力系数A：旋风除尘器进口面积局部阻力系数,压损的修正,状态修正,密度修正,代表基准状态（t0=20，P0=1atm）下干气体压损,例：某旋风除尘器局部阻力系数为9.8，进口流速为15m/s，试计算：（1）基准状态下的压力损失；（2）温度为120，静压为-340Pa时的压力损失。,旋风除尘器,影响旋风除尘器的压力损失的因素压损随进口速度的平方成正比，因而处理风量增加时，压损随之增加。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，压力降明显下降除尘器内部有叶片、突起和支持物时，压力降减少操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa,除尘效率和压损与入口速度的关系,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FCFD，颗粒移向外壁若FC90体形大，耗钢量大,组合式多管旋风除尘器,旋风除尘器的选型原始数据,目标确定旋风除尘器类型、筒体直径和个数条件气体的组成、压力、温度颗粒物的粒径分布（g1或G1）、浓度（C1）和其他特性气体流量（Q），一般取一稳定的平均值；要求达到的捕集性能压力损失大小,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1225m/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必要时按给定条件计算临界粒径和预期达到的除尘效率，判断是否符合捕集性能要求,几种旋风除尘器的比较,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，hs，其中s为排气管插人深度；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7o8o；为获得最大的除尘效率，de/D0.40.5，（H+L）/de810；s/de1；,新型旋风除尘器,旋风除尘器在实际运行中普遍存在两个问题：旋风除尘器的磨损和二次扬尘；多管旋风除尘器的轴流旋风子效率较低和风压不平衡。新型旋风除尘器高效耐磨旋风除尘器母子式多管旋风除尘器,高效耐磨旋风除尘器,国内外对旋风除尘器磨损问题的解决方法主要有以下4种：耐磨材料（陶瓷或铸铁）作为旋风除尘器本体，这仅限于小直径旋风子耐磨材料内衬，这种方法工艺复杂、成本高，应用受到限制化学防磨涂料，价格高在易磨损的部位加耐磨衬块，这是目前最产业的方法，其耗资大，而且效果也有限。,母子式多管旋风除尘器,轴流旋风子效率较低，且存在各轴流旋风子进气量不等的可能。切向式入口旋风子母子式多管旋风分离器工作原理：含尘气流进入旋风母，经过一次分离后，进入旋风母出气管，出气管上端封死，在旋风母出气管四周均匀分布着旋风子进气管，从而保证了各旋风子分压平衡。一次净化后的气流进入各旋风子，