第03章重力沉降

1、1.机械除尘器机械除尘器2.电除尘器电除尘器3.湿式除尘器湿式除尘器4.过滤式除尘器过滤式除尘器5.除尘器的选择与发展除尘器的选择与发展n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 湿式除尘装置湿式除尘装置 干式除尘装置干式除尘装置 n按分离原理分类按分离原理分类 ： 重力除尘装置（机械式除尘装置）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）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）离心力除尘装置（机械式除尘装置） 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 电除尘装置电除尘装

2、置 声波除尘装置声波除尘装置 n机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心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：力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有：重力沉降室重力沉降室惯性除尘器惯性除尘器旋风除尘器旋风除尘器n重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离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的除尘装置 n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作用下缓慢向灰斗沉降 n层流式和湍流式两种层流式和湍流式两种

3、n假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中n忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用纵剖面示意图纵剖面示意图n沉降室的沉降室的长宽高分别为长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为，处理烟气量为Q n气流在沉降室内的停留时间气流在沉降室内的停留时间n在在t时间内粒子的沉降距离时间内粒子的沉降距离n该粒子的除尘效率该粒子的除尘效率0vsu0/LWHtL vQsscs0 u Lu LWHhutvQcssc0 ()ihu Lu LWhHHv HQc1.0 ()ihHn对于对于stokes粒子，重力沉降室能粒子，重力沉降

4、室能100%捕集的最小粒子的捕集的最小粒子的dmin = ?chH2pps18dgu2pp 18即dgLWHHQminp18QdgWLminp36QdgWLn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minp36QdgWLn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hc=2Hn提高沉降室效率的主要途径提高沉降室效率的主要途径降低沉降室内气流速度降低沉降室

5、内气流速度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n沉降室内的气流速度一般为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不同粉尘的最高允许气流速度n多层沉降室：使沉降高度多层沉降室：使沉降高度减少为原来的减少为原来的1/（n+1），），其中其中n为水平隔板层数为水平隔板层数 n考虑清灰的问题，一般隔板数考虑清灰的问题，一般隔板数在在3以下以下多层沉降室多层沉降室1.锥形阀；锥形阀；2.清灰孔；清灰孔；3.隔板隔板s(1)iu LW nQn湍流模式湍流模式1假定沉降室中气流处于湍流状态，垂直于气流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

6、完全混合方向的每个断面上粒子完全混合n宽度为宽度为W、高度为、高度为H和长度为和长度为dx的捕集元，假定气体流过的捕集元，假定气体流过d dx x距离距离的时间内，边界层的时间内，边界层dy内粒径为内粒径为dp的粒子都将沉降而除去的粒子都将沉降而除去n粒子在微元内的停留时间粒子在微元内的停留时间n被去除的分数被去除的分数n对上式积分得对上式积分得n边界条件：边界条件： 得得n因此，其分级除尘效率因此，其分级除尘效率0sdd /d /tx vy upsp0ddd Nyu xNHv Hsp0dlnln u xNCv Hpp0ppL0 ; xNNxLNNspLp00exp()u LNNv Hpsp0

7、0s11 exp()1 exp() LiNu LNv Hu LWQn湍流模式湍流模式2完全混合模式，即沉降室内未捕集颗粒完全完全混合模式，即沉降室内未捕集颗粒完全混合混合 单位时间排出：单位时间排出： （ 为除尘器内粒子浓度，均一）为除尘器内粒子浓度，均一） 单位时间捕集：单位时间捕集： 总分级效率总分级效率 0in v HWinsin u HW0ss0ss0/1/iiiinuWLu L Hvn Hv WnuWLu L Hvn三种模式的分级效率均可用三种模式的分级效率均可用 归一化归一化n对对Stokes颗粒，分级效率与颗粒，分级效率与dp成正比成正比重力沉降室归一化的分级率曲线重力沉降室归一

8、化的分级率曲线a层流无混合层流无混合 b湍流垂直混合湍流垂直混合 c湍流完全混合湍流完全混合1/2s0()uLvHn重力沉降室的优点重力沉降室的优点结构简单结构简单投资少投资少压力损失小（压力损失小（50100Pa）维修管理容易维修管理容易n缺点缺点体积大体积大效率低效率低仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子粒子n机理机理 沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，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，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离使其

9、与气流分离 n结构形式结构形式冲击式气流冲击挡板捕集较粗粒子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反转式改变气流方向捕集较细粒子冲击式惯性除尘装置冲击式惯性除尘装置a单级型单级型 b多级型多级型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n应用应用一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘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，净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集捕集1020m以上的粗颗粒以上的粗颗粒压力损失压力损失1001000Pan利用旋转气流

10、产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置 n旋风除尘器内气流与尘粒的运动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、筒普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成体、锥体和排气管等组成 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旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋轴心旋转：内涡旋 气流运动包括切向、轴向和径向：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切向速度、轴向速度和径向速度 n旋风除尘器内气流

11、与尘粒的运动（续）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，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用下沿壁面落入灰斗上涡旋气流从除尘器顶部向下高速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，最后从排出管排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出排出n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

12、和压力分布 n切向速度切向速度 外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的n次方次方 此处此处n 1，称为涡流指数，称为涡流指数 内涡旋的切向速度正比于半径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内外涡旋的界面上气流切向速度最大 交界圆柱面直径交界圆柱面直径 dI = ( 0.61.0 ) de , de 为排气管直径为排气管直径 T.nV Rconst0.30.14110.67283TnDT/ 角速度VRwn径向速度径向速度 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平均径向速度

13、r r0 0和和h h0 0分别为交界圆柱面的半径和高度，分别为交界圆柱面的半径和高度，m m n轴向速度轴向速度 外涡旋的轴向速度向下外涡旋的轴向速度向下 内涡旋的轴向速度向上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最大值 r002QVr hn旋风除尘器的压力损失旋风除尘器的压力损失 ：局部阻力系数：局部阻力系数 A：旋风除尘器进口面积：旋风除尘器进口面积 局部阻力系数局部阻力系数旋风除尘器型式旋风除尘器型式XLT XLTA XLPA XLPB 5.3 6.5 8.0 5.82in12PV2e16Adn旋风除

14、尘器的压力损失旋风除尘器的压力损失 相对尺寸对压力损失影响较大，除尘器结构型式相同时，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操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa 2kPa n旋风除尘器的除尘效率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计算分割直径是确定除尘效率的基础 在交界面上，离心力在交界面上，离心力FC，向心运动气流作用于尘粒上，向心运动气流作用于尘粒上的阻力的阻力FD 若若 FC FD ，颗

15、粒移向外壁，颗粒移向外壁 若若 FC FD ，颗粒进入内涡旋，颗粒进入内涡旋 当当 FC = FD时，有时，有50%的可能进入外涡旋，既除尘效率为的可能进入外涡旋，既除尘效率为50% n旋风除尘器的除尘效率（续）旋风除尘器的除尘效率（续）对于球形对于球形StokesStokes粒子粒子分割粒径分割粒径d dc c确定后，雷思一利希特模式计算其它粒子的分级效率确定后，雷思一利希特模式计算其它粒子的分级效率 另一种经验公式另一种经验公式23T0cpcr036Vdd Vr1/2r 0c2pT018V rdV1p1c1exp 0.6931 () nidd2pc2pc(/)1(/)iiiddddn为涡流

16、指为涡流指数数3 . 014. 0)283()(67. 01 1TDnn旋风除尘器的除尘效率模型旋风除尘器的除尘效率模型2 2将旋风除尘器视为利用离心力进行沉降的沉降室将旋风除尘器视为利用离心力进行沉降的沉降室 沉降室长度为沉降室长度为N ND D 沉降室高度为沉降室高度为b b 沉降速度径向速度沉降速度径向速度V Vr r 活塞流活塞流 纵向湍流纵向湍流TriN DVbVTr1exp()iN DVbVn旋风除尘器分级效率曲线旋风除尘器分级效率曲线 n影响旋风除尘器效率的因素影响旋风除尘器效率的因素 二次效应二次效应被捕集粒子的重新进入气流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

17、粒子由于聚集或被较大尘在较小粒径区间内，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控制二次效应 临界入口速度临界入口速度n影响旋风除尘器效率的因素（续）影响旋风除尘器效率的因素（续）比例尺寸比例尺寸 在相同的切向速度下，筒体直径愈小，离心力愈

18、大，除尘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。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，一般取排出管直径小，压力降增加，一般取排出管直径d de e= =（0.40.40.650.65）D D。 特征长度（特征长度（natural length）- -亚历山大公式亚历山大公式 旋风除尘器排出管以下部分的长度应当接近或等于旋风除尘器排出管以下部分的长

19、度应当接近或等于l，筒筒体和锥体的总高度以不大于五倍的筒体直径为宜。体和锥体的总高度以不大于五倍的筒体直径为宜。 21/3e2.3()DldAn影响旋风除尘器效率的因素（续）影响旋风除尘器效率的因素（续）比例尺寸对性能的影响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n影响旋风除尘器效率的因素（续）影响旋

20、风除尘器效率的因素（续）除尘器下部的严密性除尘器下部的严密性 在不漏风的情况下进行正常排灰在不漏风的情况下进行正常排灰 锁气器锁气器 (a)(a)双翻板式双翻板式 (b)(b)回转式回转式 n影响旋风除尘器效率的因素（续）影响旋风除尘器效率的因素（续）烟尘的物理性质烟尘的物理性质 气体的密度和粘度、尘粒的大小和比重、烟气含尘浓度气体的密度和粘度、尘粒的大小和比重、烟气含尘浓度 0.5aabb100()100bgb0.5abaga100()1000.182a1bb1a100()1000.5aabb100()100bgb0.5abaga100()1000.182a1bb1a100()100cd1/

21、210.013(2.291)PPn影响旋风除尘器效率的因素（续）影响旋风除尘器效率的因素（续） 操作变量操作变量 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，除尘效率下降卷入气流中，除尘效率下降 效率最高时的入口速度效率最高时的入口速度 0.5abba100()100QQ1.2p0.20112g( /)3030(m/s(1/)）b DvDb Da. 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.

22、 轴向进入式轴向进入式n结构形式结构形式进气方式分进气方式分 切向进入式切向进入式 轴向进入式轴向进入式 n结构形式（续）结构形式（续）气流组织分气流组织分 回流式、直流式、平旋式和旋流式回流式、直流式、平旋式和旋流式 多管旋风除尘器多管旋风除尘器 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 n选择除尘器的型式选择除尘器的型式 根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征，及除尘要求、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允许的阻力和制造条件等因素 n根据允许的压力降确定进口气速，或取为根据允许的压力降确定进口气速，或取为 1212