第四章除尘装置

1、p 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 p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。 p教学重点 掌握机械除尘器作原理、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。 p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。 p 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 p 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

2、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 袋式除尘袋式除尘 电除尘电除尘 重力除尘重力除尘惯性除尘惯性除尘 湿式除尘湿式除尘 p 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 p 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。 p 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。 p 层流式和湍流式两种模式。 层流区：雷诺数Rep1，对球形粒子而言： 当介质为空气时p则有： 由上式可见us , 若dp

3、小，则us就小，故小颗粒就难分离。 若将雷诺数Rep=1代入，可求出尘粒沉降时的临界粒径dc。 得： 代入得： sm gd u pp s / 18 2 sm gd u pp s / 18 2 2 p d 1 cp ep ud R p c d u 3 2 63. 2 g d p c p 假定沉降室内气流为柱塞流，颗粒均匀分布于烟气中； p 垂直方向，忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用； 纵剖面示意图纵剖面示意图 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： 0 / LWH tL v Q 0 v s u 0 ss

4、cs u Lu LWH hu t vQ 0 () css ic hu Lu LW hH Hv HQ 1.0 () ic hH 对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin = ? c hH 2 18 pp s dg u 2 18 pp dg LWH H Q 即 min 18 p Q d gWL min 36 p Q d gWL u由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分 级效率公式的一半作为实际分级效率。级效率公式的一半作为实际分级效率。 p 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；

5、降低沉降室高度； 沉降室内的气流速度根据粒子的大小和密度确定，一般为 0.3-2.0m/s； 不同粉尘的最高允许气流速度不同粉尘的最高允许气流速度 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。 (1) s i u LW n Q 多层沉降室多层沉降室 1.1.锥形阀；锥形阀；2.2.清灰孔；清灰孔；3.3.隔隔 板板 p 湍流模式：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。 粒

6、子在微元内的停留时间： 被去除的分数： 对上式积分得： 边界条件： 得： 因此，其分级除尘效率： 0 / s dtdx vdy u 0 p s p dN u dxdy NHv H 0 lnln s p u dx NC v H 0 0 ; ppppL xNNxLNN 0 0 exp() s pLp u L NN v H )exp(1 )exp(11 00 , , Q LWu Hv Lu N N s s p Lp i p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。 p重力沉降室的缺点： l体积大； l效率低； l仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去

7、较大和 较重的粒子。 p 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。 沉降时间和（最小粒径时的）沉降速度沉降时间和（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： s c u H t 0V L t su H V L 0 L H V 0 0 0 0 us W L us

8、 V 0 W H 净 气 将 代入 ，可求出沉降室能沉降室能100%100%捕集的捕集的 最小粒径最小粒径d dmin min： ： u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 0.32m/s。 p 沉降室的设计沉降室的设计: 沉降时间 ； 沉降速度(按要求沉降的最小颗粒)； 沉降室尺寸。 18 2 0 gd V pp su H V L 0 2 1 0 min 1818 LWg Q gL Hv d pp 0V L t 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

9、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 （Q为处理气流量，m3/s）； 沉降室长度： 沉降室宽度： 18 2 gd u pp s 0V u H L s 0HV Q W p设计要求设计要求 u保证粉尘能沉降，L足够长； u气流在沉降室的停留时间要大于尘粒沉降所需的时间； u能100%沉降的最小粒径 p设计的主要内容：设计的主要内容： u根据粒径dp算出us； u初步确定了V0、H，根据 求长度L。 u根据进气量Q求宽度W，Q=V0WH。 su H V L 0 2 1 min min 1818 gLg Hu g u d p s p s 0V u

10、H L s p 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。 p 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冲击式惯性除尘装置 a a单级型单级型 b b多级型多级型 反转式改变气流方向捕集较细粒子。 反转式惯性除尘装置反转式惯性除尘装置 a a 弯管型弯管型 b b 百叶窗型百叶窗型 c c 多层隔板型多层隔板型 弯管惯性除尘弯管惯性除尘 p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10-20m以上的

11、粗颗粒； 压力损失100-1000Pa。 冲击式冲击式 反转式反转式 p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。 p用来分离粒径大于5-10m以上的的颗粒物， 工业上已有100多年的历史。 u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。 u缺点：效率80%左右，捕集FD，粒子在离心力的推动下移向外壁而被捕获； 若FCFD ，粒子在向心气流的带动下进入内涡旋，最 后由排出管排出； 当FC=FD时，粒子所受外力为零，有50%的可能进入 外涡旋，既除尘效率为50%，此

12、时的粒径为除尘器的 分割直径，用dc表示。 3.旋风除尘器的除尘效率（续）分 割直径的计算 对于球形Stokes粒子，因为FC=FD，则有： 分割粒径 dc确定后，雷思利希特模式计算其它粒子的分 级效率 另一种经验公式 2 3 T0 cpcr 0 3 6 V dd V r 1/2 r 0 c 2 pT0 18 V r d V 1 p 1 c 1exp 0.6931 () n i d d 2 pc 2 pc (/) 1(/) i i i dd dd 交界面处气流切向 速度，可用 T . n V Rconst r 00 2 Q V r h 0.3 0.14 110.67 283 T nD 涡流指数

13、n可有下面公式计算： p 旋风除尘器的除尘效率模型2 将旋风除尘器视为利用离心力进行沉降的沉降室。 沉降室长度为ND； 沉降室高度为b； 沉降速度径向速度Vr； 活塞流 纵向湍流 T r i ND V b V T r 1exp() i N DV bV 【例1】：已知XZT一90型旋风除尘器在选取入口速度v1=13 m/s时，处理气体量Q=1.37m3/s。试确定净化工业锅炉烟气（温 度为423K，烟尘真密度为2.1g/cm3）时的分割直径和压力损失。 已知该除尘器筒体直径0.9m，排气管直径为0.45m，排气管下缘 至锥顶的高度为2.58m，423K时烟气的粘度（近似取空气的值） =2.410

14、-5pas。 解:假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速 度，即v1=13m/s，取内、外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7de，根 据式 ，得： 由式 得气流在交界面上的切向速度： 由式 计算 62.0 283 423 )9.0(67.011 283 )(67.011 3.014.0 3.014.0 T Dn 0.62 T0 0.9 13 0.70.45 24.92m/s （） v r 0 0 1.37 0.54m/s 22 0.7 0.225 2.58 Q v rh 0.3 0.14 110.67 283 T nD T . n V Rconst r 00 2 Q V r h 则，d

15、c为： 此时旋风除尘器的分割直径为5.31m。 根据式 计算旋风除尘器操作条件下的压力损失： 423K时烟气密度可近似取为： 5 1/2 r 0 c 22 p T0 6 1818 2.4 100.54 0.7 0.225 2100 24.92 5.31 10 m 5.31m vr d v 3 2 c 2 22 T1 273 1.2930.834kg/m 423 1.37 16/168.33 130.45 11 8.330.83413 22 547Pa （） Ad Pv 2 in 1 2 PV p旋风除尘器分级效率曲线 （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

16、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。 （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； 旋风除尘器排出管以下部分的长度应当接近或等于 特征长度，筒体和锥体的总高度以不大于五倍的筒 体直径

17、为宜。 从排出管下部至气流下降的最低点之 间的距离称为旋风除尘器的特征长度， 用公式 计算。 2 1/3 e 2.3() D ld A （2）比例尺寸对性能的影响 比例变化 性能趋向 投资趋向压力损失效率 增大旋风除尘器直径降低降低提高 加长筒体稍有降低提高提高 增大入口面积（流量不变）降低降低 增大入口面积（速度不变）提高降低降低 加长锥体稍有降低提高提高 增大锥体的排出孔稍有降低提高或降低 减小锥体的排出孔稍有提高提高或降低 加长排出管伸入器内的长度提高提高或降低提高 增大排气管管径降低降低提高 p除尘器下部的严密性也是影响除尘效率的一个重 要因素。 在不漏风的情况下进行正常排灰 锁气器锁

18、气器 (a)(a)双翻板式双翻板式 (b)(b)回转式回转式 （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 浓度都影响旋风除尘器的效率。在流量不变的情况 下，下述各式可以用来估算它们的影响： 压力损失与含尘量之间的关系克表示为： 0.5 aa bb 100 () 100 bgb0.5 a baga 100 () 100 0.182 a1b b1a 100 () 100 0.5 aa bb 100 () 100 bgb0.5 a baga 100 () 100 0.182 a1b b1a 100 () 100 c d 1/2 1 0.013(2.291) P P a：代表

19、实验 b：代表实际 （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，作为粗略估算，除尘效率和 处 理流量之间的关系为： 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，可根据下面经验公式计 算： 0.5 ab ba 100 () 100 Q Q 1.2 p0.201 1 2 g ( / ) 3030(m/s (1/ ) ） b D vD b D a. a. 直入切向进入式直入切向进入式 b. b. 蜗壳切向进入式蜗壳切向进入式 c. c. 轴向进入式轴向进入式 （1）按进气方式分： 切向进入式（又可分为直入式和蜗壳式两种） 轴向进入式； 进气管外壁 与筒体相切 进气管内壁 与筒体相切 （2）按气流组织分： 回流式、直流式、平旋式和旋流式（前两种工业锅 炉应用较多，也是全国除尘器评价优选类型）； （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回流式多管旋风除尘器 p经验法：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