61机械式重力、惯性风除尘装置

1、1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除尘装置 分离捕集粉尘的主要机理除尘装置除尘装置机械式除尘器机械式除尘器电除尘装置电除尘装置洗涤式除尘装置洗涤式除尘装置过滤式除尘装置过滤式除尘装置惯性除尘器惯性除尘器重力沉降室重力沉降室旋风除尘器旋风除尘器概 述湿式除尘装置湿式除尘装置 干式除尘装置干式除尘装置 3一、除尘器的分类一、除尘器的分类n气溶胶（气溶胶（aeropalaeropal）是非均向污染物，主要污染物是分散于是非均向污染物，主要污染物是分散于气体介质中的颗粒物（固体、液体），可用除尘技术把粒状物气体介质中的颗粒物（固体、液体），可用除尘技术把粒状物从气体介质中分离出来，分

2、离方法一般采用物理法。从气体介质中分离出来，分离方法一般采用物理法。n依据1：气、固、液、粒子在物理性质上的差异。粒子的密度比气体分子的大得多。机械法：利用重力、惯性力、离心力分离；包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。过滤介质分离：过滤介质分离：利用粒子的尺寸、重量较气体分子大分离；袋式除尘器。湿式洗涤分离法：利用粒子易被水润湿，凝拼增大而被捕获的特性。电除尘：利用荷电性、静电力分离等等。4一、除尘器的分类一、除尘器的分类n依据依据2 2：按除尘过程中是否用液体按除尘过程中是否用液体干式除尘器干式除尘器湿式除尘器湿式除尘器n根据除尘器效率的高低又分为低效、中效和高效除尘器根据除尘器效率的

3、高低又分为低效、中效和高效除尘器高效除尘器：高效除尘器：电除尘器、袋式除尘器和高能文丘吸湿式电除尘器、袋式除尘器和高能文丘吸湿式除尘器除尘器中效除尘器：中效除尘器：旋风除尘器和其他湿式除尘器旋风除尘器和其他湿式除尘器低效除尘器：低效除尘器：重力沉降室和惯性除尘器；一般只作为多重力沉降室和惯性除尘器；一般只作为多级除尘系统的初级除尘级除尘系统的初级除尘第六章 除尘装置6-1 6-1 机械式除尘器机械式除尘器6-2 6-2 电除尘器电除尘器6-3 6-3 湿式除尘器湿式除尘器6-4 6-4 过滤式除尘器过滤式除尘器6-5 6-5 除尘器选择与发展除尘器选择与发展机械力除尘装置是相对电除尘器而言。除

4、重力沉降室、惯性和机械力除尘装置是相对电除尘器而言。除重力沉降室、惯性和旋风除尘器外，还包括湿式和袋式除尘器等，其机理五个方面：旋风除尘器外，还包括湿式和袋式除尘器等，其机理五个方面：气流中的尘粒依靠重力自然沉降，从气流中分离出来气流中的尘粒依靠重力自然沉降，从气流中分离出来。主要适用于粒径较大的尘粒，沉降速度。主要适用于粒径较大的尘粒，沉降速度v较小。较小。含尘气流作圆周运动时，在惯性离心力作用下，尘粒含尘气流作圆周运动时，在惯性离心力作用下，尘粒和气流产生相对运动，使尘粒从气流中分离。主要适和气流产生相对运动，使尘粒从气流中分离。主要适用于用于10m以上的尘粒。以上的尘粒。含尘气流运动过程

5、中遇到障碍物（如挡板、水滴等）时含尘气流运动过程中遇到障碍物（如挡板、水滴等）时，细小的尘粒随气流改变方向，较大的尘粒依惯性脱离，细小的尘粒随气流改变方向，较大的尘粒依惯性脱离流线保持自身运动，使尘粒就和物体发生了碰撞。流线保持自身运动，使尘粒就和物体发生了碰撞。概概 述述细小的尘粒随气流绕流时，如流线和物体表面靠得很近细小的尘粒随气流绕流时，如流线和物体表面靠得很近，有些尘粒就和物体表面接触，从气流中分离出来。，有些尘粒就和物体表面接触，从气流中分离出来。小于小于1m的微小粒子在气流中会和气体一样作不规则的微小粒子在气流中会和气体一样作不规则的布朗运动，布朗运动随粒径减小而增大。若作布朗的布

6、朗运动，布朗运动随粒径减小而增大。若作布朗运动的尘粒和物体表面接触，就可能从气流中分离运动的尘粒和物体表面接触，就可能从气流中分离.不用水或其它液体作润湿剂，仅利用重力、惯性力及离心不用水或其它液体作润湿剂，仅利用重力、惯性力及离心力等力等质量力质量力沉降机理去除气体中粉尘粒子的设备叫做沉降机理去除气体中粉尘粒子的设备叫做干式机干式机械除尘器械除尘器。概概 述述干式机械除尘器主要特点干式机械除尘器主要特点 结构简单、易于制造、造价低、施工快、便于维护结构简单、易于制造、造价低、施工快、便于维护及阻力小等优点，因而它们广泛用于工业。及阻力小等优点，因而它们广泛用于工业。 对大粒径粉尘的去除具有较

7、高的效率，而对于小粒对大粒径粉尘的去除具有较高的效率，而对于小粒径粉尘捕获效率很低。径粉尘捕获效率很低。 常在去除大颗粒粉尘以及除尘效率要求不高的情况常在去除大颗粒粉尘以及除尘效率要求不高的情况下使用，有时也作为前置下使用，有时也作为前置预除尘器预除尘器。概概 述述一、重力沉降室1.1 工作原理工作原理n如图如图4-14-1所示，含尘气流所示，含尘气流进人重力沉降室后，由于进人重力沉降室后，由于突然扩大了过流面积，流突然扩大了过流面积，流速便迅速下降，此时气流速便迅速下降，此时气流处于层流状态，其中较大处于层流状态，其中较大的尘粒在自身重力作用下的尘粒在自身重力作用下缓慢向灰斗沉降。缓慢向灰斗

8、沉降。n通过通过重力作用重力作用使尘粒从使尘粒从气流中分离的。气流中分离的。n分类：分类：根据含尘气流在重力沉降室中的状态的设计模式可以将其分为：层流式和湍流式。进口进口沉降室沉降室出口出口n 层流式重力沉降室u层流式：层流式：设计的简单模式。假定：沉降室内气流为柱塞流-层流；颗粒均匀分布于烟气中(进口)；忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用；各粒子独立沉降；在烟气流动方向，粒子与气流速度相同。n 层流式重力沉降室qu烟气在沉降室内的停留时间有：烟气在沉降室内的停留时间有：0llwhtvqu设某一粒径设某一粒径d dp p的粒子的下沉速度的粒子的下沉速度u us s m/sm/s，则，则 沉

9、淀距离为：沉淀距离为：0sscsu lu lwhhu tvqn由于粒子分布均匀，则由于粒子分布均匀，则dp粒子的粒子的分级效率：分级效率：0 ()cssichu lu lwhhhv hq1.0 ()ichh总除尘效率：1iigu 最小粒径最小粒径dmin：由描述在层流流体中运动的stokes公式可知，最终粒子的所受重力、浮力和阻力的平衡，其最终沉降速度为：22()1818pppppssdgdguu 0llwhtvq2min18 18pppdglwhqhdqgwl即u由于沉降室内的气流扰动和返混的由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用影响，工程上一般用分级效率公式的分级效率公式的一半一

10、半作为实际分级效率：作为实际分级效率：min36pqdgwl 提高沉降室效率提高沉降室效率: : 降低沉降室内气流速度，降低沉降室内气流速度，取取0.22m/s 增加沉降室长度增加沉降室长度降低沉降室高度降低沉降室高度20 ()18pcsipcghu llwdhhhv hqmin18pqdgwl多层沉降室：0(1) ()(1)()/1cssichu lu lwhhhv hnqnn由于考虑到清灰的难度，一般不超过3层。u 除尘效率：除尘效率：u湍流式：湍流式：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即各种粒子都均匀分布

11、于气流。断面上粒子完全混合即各种粒子都均匀分布于气流。n 湍流式重力沉降室湍流式重力沉降室粉尘在流过粉尘在流过dx/v0的时间内，的时间内，dp的粒子进入边界层被去除的的粒子进入边界层被去除的量为量为dnp，被去除粒子的百分，被去除粒子的百分数为数为 dnp/np:0sdydxdtpvupdndynh 0pspdnu dxnv h n 湍流式重力沉降室湍流式重力沉降室则有则有dpdp粒子的分级效率为粒子的分级效率为,0011 exp()1 exp()p lssipnu lu lwnv hq 利用边边界条条件 积积分有：00 pppplxnnxlnn00exp()splpu lnnv h20 (

12、)18pcsipcghu llwdhhhv hq层流室：0pspdnu dxnv h 18n 层流式重力沉降室设计计算层流式重力沉降室设计计算u设计要求：保证粉尘能沉降，l足够长；气流在沉降室的停留时间要大于尘粒沉降所需的时间 ，即室内的气流速度v应根据尘粒的密度和粒径确定。常取0.30.5m/s，一般取0.22m/s。 能100%沉降的最小粒径20 ()18pcsipcghu llwdhhhv hqslhvumin36pqdgwl不同粉尘尘的最高允许气许气流速度1.2 设计实例设计实例设计锅炉烟气重力沉降室，已知烟气量q = 2800m3/h，烟气温度ts=150烟气真密度p=2100kg/

13、m3，要求能去除dp30um的烟尘。查表得t=150时粘性系数产=24 x 10-5pas 则：解：6252(30 10 )2100 9.80.0428(/ )18 24 1018ppsdgm su根据实际情况取沉降室内流速v=0.25m/s，h=1.5m则0.251.58.8( )0.0428svmhul由于沉降室过长，可采用三层水平隔板、即四层沉降室，取每层高h=0.4m，总高调整为1.6m，则此时所需沉降室长度：若取l=2.5m，则沉降室宽度为：0.250.42.34( )0.0428svmhul 2800/3600 (3 1) 0.4 0.252.36000(1)qwnhmuu因此沉降

14、室的尺寸为lwh=2.52.01.6m，其能捕集的最小粒径为：5min18(2800/3600) (2.4 10 )28.62100 9.8 2.0 2.5(183(1)1)pqdgwmlun（满足要求: dp30um的烟尘）u因此沉降室的尺寸为lwh=2.52.01.6m，其能捕集的最小粒径为：5min(2800/3600) (2.4 10 )40.412100 9.8 2.30 2.5(3(1631)6pqdgnumwl（不满足要求: dp30um的烟尘）u由前面有关提高除尘效率的分析可知：降低沉降室内气流速度，降低沉降室内气流速度，取取0.22m/s增加沉降室长度增加沉降室长度降低沉降室

15、高度降低沉降室高度流速流速u(m/s)高度高度h(m)宽度宽度w(m)长度长度l(m)最小粒径最小粒径(um)0.250.4*42.02.540.410.250.4*42.04.530.100.200.4*42.42.536.900.200.4*42.44.527.500.250.4*42.02.528.57u试算有知：试算有知：由上可知，由上可知，长度的增加长度的增加对效率的影响更为显著；对效率的影响更为显著；除此之外，设置两套装置的设计对效率的影响也较显著，但除此之外，设置两套装置的设计对效率的影响也较显著，但随装置的增加基建、设备、管理费用均增加。随装置的增加基建、设备、管理费用均增加。

16、两套设备！u工程设计注意事项：工程设计注意事项：反反复试复试算、核算算、核算技术可行性：技术可行性：可以达到用户或排放要求可以达到用户或排放要求工程的安全性：工程的安全性：通常设置安全系数，一用一备、检修、排空、事故工程的工程的经济经济性：性：基建、基建、设备设备、维护维护管理管理1.3 重力沉降室性能重力沉降室性能n 沉降式的实际性能几乎从不进行实验测量或测试，在最好的情况下，这种装置也只能作为气体的初级净化，除去最大和最重的颗粒。沉降室的除尘效率约为4070%，仅用于分离dp50m的尘粒。穿过沉降室的颗粒物必须用其它的装置继续捕集。n 优点：结构简单、投资少、易维护管理、压损小（50130

17、pa）。n 缺点：占地面积大、除尘效率低。二、惯性除尘器2.1 概 述 惯性除尘器是使含尘气流与挡板相撞，或使气流急剧地改变方向，借助其中粉尘粒子的惯性力使粒子分离并捕集的一种装置。2.2 工作原理2.3 结构形式 冲击式气流冲击挡板捕集较粗粒子u反转式反转式改变气流改变气流方向捕集较细粒子方向捕集较细粒子2.4 性能与应用一般用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘（粘结性和纤维性粉尘不宜）净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集1020um以上的粗颗粒压力损失1001000pa三、旋风除尘器构成：进气管、筒体、锥体、排气管3.1 工作原理n 利用旋转气流产生的离心力使尘粒利用旋转

18、气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置从气流中分离的装置 n 旋风除尘器内旋风除尘器内气流气流与与尘粒尘粒的运动的运动气流沿外壁由上向下旋转运动：气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋外涡旋 少量气体沿径向运动到中心区域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：旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋内涡旋外涡旋和内涡旋的轴向前者向下，后者向上；但旋转外涡旋和内涡旋的轴向前者向下，后者向上；但旋转方方向相同向相同，3.1 工作原理 旋风除尘器内气流与尘粒的运动： 粉尘随含尘气流作旋转运动时，粉尘粒粉尘随含尘气流作旋转运动时，粉尘粒子在惯性离心力推动下移向外壁；子在惯

19、性离心力推动下移向外壁； 到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用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。下沿壁面落入灰斗。 气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部压力下降，一部分气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部压力下降，一部分气流会带着细尘粒沿外壁面旋转向上，到达顶部后，在沿排出气流会带着细尘粒沿外壁面旋转向上，到达顶部后，在沿排出管旋转向下，从排出管排出。这股旋转向上的气流称为管旋转向下，从排出管排出。这股旋转向上的气流称为上涡旋上涡旋。3.1 工作原理 气流的速度 常把内外旋流气体的运动分解为三个速度分量：切向速度常把内外旋流气体的运动分解为三个速度分量：切向速度vt、径向速度径

20、向速度vr、轴向速度、轴向速度vz。切向速度切向速度vtl切向速度是决定气流合速度大小的主要速度分切向速度是决定气流合速度大小的主要速度分量，也是决定气流质点离心力和颗粒捕集效率的量，也是决定气流质点离心力和颗粒捕集效率的主要因素。主要因素。l旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布3.1 工作原理切向速度切向速度vtl根据涡流定律切向速度分布：反比于旋转半径r的n次方 ， 式中的n值取决于流体运动的类型，称为涡流指数，取值范围为n=-11。ntvr常数l外涡流：实际工况下的外旋流为准自由涡，取n=0.50.9。 vt随半径r的减小而增大。对于小型旋风除尘器，n

21、取偏低值，对r1/r2比值较大的除尘器，n取偏高值。另有实验表明n可通过l内涡流：当n=-1时，为内旋流强制涡流动状态，若设内旋流角转速度为，则内旋流切向分速度 ；v随半径r的减小而减小。0.30.14m11 0.67 283t-ktdnd 旋风除尘器直径，气体的温度，tvr3.1 工作原理切向速度切向速度vtl最大切向速度：当n=1时，为理想流体的无旋有势流动，亦即自由涡流动状态的n值。当n=0时，u=常数，此时u为最大值。该速度为内旋流外侧面上的速度，也是外旋流内侧面上的速度。交界圆柱面直径 d0 = ( 0.61.0 ) de ，de 为排气管直径ntvr 常数3.1 工作原理径向速度径

22、向速度vrl沿半径的方向；内旋流高速向外，对除尘有利，沿半径的方向；内旋流高速向外，对除尘有利，外旋流低速向心，不利与除尘；外旋流低速向心，不利与除尘；l假设内外涡旋的交界面是圆柱面，外涡旋均匀假设内外涡旋的交界面是圆柱面，外涡旋均匀通过该柱面进入内涡旋，认为气流通过此圆柱面通过该柱面进入内涡旋，认为气流通过此圆柱面时的平均速度就是外涡旋气流的平均径向速度时的平均速度就是外涡旋气流的平均径向速度vrvr。002rqqvfr h轴向速度轴向速度vzl外旋流外侧的轴向速度向下，内旋流的轴向速外旋流外侧的轴向速度向下，内旋流的轴向速度向上，因而在内、外旋流之间必然存在一个轴度向上，因而在内、外旋流之

23、间必然存在一个轴向速度为零的交界面。向速度为零的交界面。l在内旋流中，在内旋流中，随着气流的逐渐上升随着气流的逐渐上升，轴向速度，轴向速度不断增大，在排出管底部达到最大值。不断增大，在排出管底部达到最大值。3.1 工作原理 压力分布： 从图可以看出，全压和静压沿径向变化较大。由外壁向轴心逐渐降低，轴心最低，且为负值，并一直延伸至灰斗。 气流压力沿径向的这种变化，不是因摩擦而主要是因离心力引起的。3.1 工作原理 压力损失： 压力损失作为评价除尘器的一个主要指标，直接关系到动力损耗，与其结构和运行条件等有关，数值难以通过理论计算的得到。 实验证明：实验证明：旋风除尘器的压力损失与气体入口速度的平

24、方成正比，l ：局部阻力系数，受到除进口气流的动压以外其他因素的影响，可查经验数据（见课本表6-1）。缺少实验数据时可通过 估算。20.5inpv216ead3.1 工作原理说明：说明：l除尘器结构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 ；l含尘浓度增高，压力损失明显下降 ；压力损失随气体温度的降低或操作压力的增大而增大；l除尘器内部的叶片、突起和支撑等障碍物使气流的速度降低，离心力减小，压力损失减小；而内壁粗糙却使压力损失增大；l旋风除尘器压力损失一般约为5002000pa。3.1 工作原理 思考题： 一个进口面积为0.36m2，排气管直径0.6m的旋

25、风除尘器，和另一个进口面积为4m2 ，排气管直径2m的旋风除尘器，在气体入口速度相同时，压力损失哪个大？为什么？3.2 分离性能分割粒径和临界粒径： 旋风除尘器的除尘效率与颗粒的直径有关，直径愈大，效率愈高。 半分离直径dc50（分割直径）：为50%时的颗粒直径 全分离直径dc100（临界直径）：为100%时的颗粒直径 除尘器的效率可以以分割粒径和临界粒径进行衡量。两者越大，效率越高。 如何计算？3.2 分离性能n 分割粒径或临界粒径的计算： 旋风除尘器内，尘粒的分离沉降主要取决于尘粒所受离心力fc和向心运动气流作用于尘粒上的阻力fd ，重力与尘粒之间的作用力可忽略。 2236ttcpvvfm

26、drr球形3drpfv d惯性离心力惯性离心力fc阻力阻力fdl若若 fc fd ，颗粒移向外壁，颗粒移向外壁l若若 fc fd ，颗粒进入内涡旋，颗粒进入内涡旋l当当 fc = fd时，有时，有50%的可能进入外涡旋，即除尘效率为的可能进入外涡旋，即除尘效率为50% 3.2 分离性能n 分割粒径和临界粒径：分割粒径和临界粒径： 当当 fc = fd时时: :22336ititcpirpdvvfmdv dfrr分割粒径分割粒径dc50 ：2125018itpiircvrvd当处理气量为当处理气量为q(m3/s)时，时，则则iriivlrq2212509itpicvlqd3.2 分离性能捕集效率

27、：dc50确定后，雷思一利希特模式计算其它粒子的分级效率由与dp/dc50的关系图查取，工程上通常可通过下式估算。33.014.0115028367.011 693.0exp1tdnddncpi22/1/picipicddddiig总课本p171例题6-2(自学)3.3 影响效率的因素 二次效应被捕集粒子的重新进入气流 在实际除尘过程并不能达到理想的效果，存在二次效应。 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，

28、能有效地控制二次效应3.3 影响效率的因素 入口流速vin: 入口流速范围一般在1220m/s。在该范围内，提高进口流速，效率提高； 入口流速过大（大于25m/s），分离的颗粒可能被再次吹起，卷入内旋流，降低效率。另外，压力损失与进口流速的二次方成正比，压力损失急剧升高； 不宜过低，低于10m/s时，管道积灰。3.3 影响效率的因素 除尘器的结构尺寸： 在同样的切线速度下，筒体直径越小，离心力fc越大，则效率越大；直径过小，筒体直径与排出管直径相近时，易逃逸。 经研究证明：内、外旋流交界面的直径d0近似于排出管直径de的0.6倍。出口管直径减小，内旋流的范围随排出管直径de的减小而减小，则效率

29、增大。但de减小阻力也会增大，故不能太小，一般取排出管直径de=（0.40.65）d。3.3 影响效率的因素 除尘器的结构尺寸：筒体长度增大，则效率增大，但过大阻力会增大。另外，希望锥体长度大一点，这样会使切向速度大和距器壁短。一般筒体和锥体的总高度以不大于筒体直径的五倍为宜。入口截面积越小，效率越高。3.3 影响效率的因素流体性质 对于气体而言，增大对除尘不利，dc50增大，效率减小。温度增大，则增大，温度高或增大都会使效率减小。 粉尘粒径与密度：离心力跟粒径的三次方成正比，向心力跟粒径的一次方成正比。综合来说，dp增大则效率增大。同样密度p小，离心力变小，难分离 。3.3 影响效率的因素

30、分离器的气密性 除尘器中静压在径向上的变化是从外筒壁向中心逐渐降低的，即使除尘器处于正压下运行时，锥体底部也会处于负压状态。尤其当底部密封不好时，易渗入空气，带起落入灰斗的粉尘，降低除尘效率。漏风率漏风率0%90%5%50%15%03.3 影响效率的因素n 分离器的气密性分离器的气密性要求保证旋风器的严密性。为保证良好的气密性，可通过间歇排灰，连续排灰时可设双翻板式和回转式锁气器。3.4 结构及分类 结构形式 进气方式分 切向进入式 轴向进入式 a. 直入切向进入式直入切向进入式 b. 蜗壳切向进入式蜗壳切向进入式 c. 轴向进入式轴向进入式3.4 结构及分类 结构形式多管旋风除尘器：由多个相

31、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3.5 设计与选型 特点： 结构简单、占地面积小，投资低，操作维修方便； 压力损失中等，动力消耗不大； 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,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。3.5 设计与选型 旋风除尘器的选型计算法和经验法。 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。n根据粉尘的性质、分离要求、允许的阻力和制造条件等因素全面分析，一般说：粗短型的除尘效率低，阻力小，适川于大风量、低阻力和净化效率低的情况；细长型的除尘效率高，阻力大，操作费用要增加。3.5 设计与选型 旋风除尘器的设计 步骤：尺寸比例确定旋风除尘旋风除尘器的压力器的压力降降效率3.5 设计与选型 旋风除尘器的设计 选择除尘器的型式 根据含