第06章 顆粒物污染控制技術(shù)1-w

第六章除塵裝置

機(jī)械除塵器電除塵器濕式除塵器過(guò)濾式除塵器除塵器的選擇與發(fā)展除塵裝置從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設(shè)備稱為除塵裝置

濕式除塵裝置

干式除塵裝置

按分離原理分類(lèi)：重力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置）

慣性力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置）離心力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置）洗滌式除塵裝置過(guò)濾式除塵裝置電除塵裝置聲波除塵裝置

本章介紹這些除塵器基本工作原理、結(jié)構(gòu)、性能、設(shè)計(jì)或選型及實(shí)際應(yīng)用等方面的情況。第一節(jié)機(jī)械除塵器機(jī)械除塵器通常指利用質(zhì)量力（重力、慣性力和離心力）的作用使顆粒物與氣體分離的裝置，常用的有：重力沉降室慣性除塵器旋風(fēng)除塵器1.1重力沉降室重力沉降室是通過(guò)重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置。

氣流進(jìn)入重力沉降室后，流動(dòng)截面積擴(kuò)大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降。1.1.1重力沉降室的設(shè)計(jì)模式重力沉降室的設(shè)計(jì)模式

層流式湍流式不管采用哪種設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)時(shí)均要先計(jì)算捕集粒子的斯托克斯沉降速度，然后按已知條件確定具體的幾何尺寸。表示重力沉降室性能的主要技術(shù)指標(biāo)是分級(jí)除塵效率按以上二種模式計(jì)算出來(lái)的分級(jí)除塵效率均高于實(shí)際的分級(jí)除塵效率。1.1.2重力沉降室的層流式設(shè)計(jì)模式假定條件：沉降室內(nèi)氣流為柱塞流；顆粒均勻分布于煙氣中。忽略氣體浮力，粒子僅受重力和阻力的作用?？v剖面示意圖1.1.3分級(jí)除塵效率計(jì)算式理論推導(dǎo)沉降室的長(zhǎng)寬高分別為L(zhǎng)、W、H，處理煙氣量為Q

氣流在沉降室內(nèi)的停留時(shí)間在t時(shí)間內(nèi)粒子的沉降距離該粒子的除塵效率1.1.4層流式重力沉降室分級(jí)效率計(jì)算式對(duì)于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?1.1.5層流式重力沉降室的應(yīng)用提高沉降室效率的主要途徑降低沉降室內(nèi)氣流速度增加沉降室長(zhǎng)度降低沉降室高度沉降室內(nèi)的氣流速度一般為0.3～2.0m/s不同粉塵的最高允許氣流速度1.1.6多層式層流重力沉降室多層沉降室使沉降高度減少為原來(lái)的

1/（n+1），其中n為水平隔板層數(shù)

考慮清灰的問(wèn)題，一般隔板數(shù)在3以下多層沉降室1.錐形閥；2.清灰孔；3.隔板1.1.7湍流式重力沉降室湍流模式1

假定沉降室中氣流處于湍流狀態(tài)，垂直于氣流方向的每個(gè)斷面上粒子完全混合寬度為W、高度為H和長(zhǎng)度為dx的捕集元，假定氣體流過(guò)dx距離的時(shí)間內(nèi)，邊界層dy內(nèi)粒徑為dp的粒子都將沉降而除去粒子在微元內(nèi)的停留時(shí)間被去除的分?jǐn)?shù)對(duì)上式積分得邊界條件：得因此，其分級(jí)除塵效率1.1.9重力沉降室的優(yōu)缺點(diǎn)重力沉降室的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單投資少壓力損失?。ㄒ话銥?0～100Pa）維修管理容易缺點(diǎn)體積大效率低僅作為高效除塵器的預(yù)除塵裝置，除去較大和較重的粒子P174例題1.2慣性除塵器除塵機(jī)理沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離

結(jié)構(gòu)形式?jīng)_擊式－氣流沖擊擋板捕集較粗粒子反轉(zhuǎn)式－改變氣流方向捕集較細(xì)粒子沖擊式慣性除塵裝置a單級(jí)型b多級(jí)型反轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置a彎管型

b百葉窗型

c多層隔板型應(yīng)用一般凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵凈化效率不高，一般只用于多級(jí)除塵中的一級(jí)除塵，捕集10～20μm以上的粗顆粒壓力損失100～1000Pa1.3旋風(fēng)除塵器

利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置

旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)普通旋風(fēng)除塵器是由進(jìn)氣管、筒體、錐體和排氣管等組成

氣流沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：外渦旋

少量氣體沿徑向運(yùn)動(dòng)到中心區(qū)域

旋轉(zhuǎn)氣流在錐體底部轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)：內(nèi)渦旋

“外渦旋”與“內(nèi)渦旋”的旋轉(zhuǎn)方向相同氣流運(yùn)動(dòng)包括切向、軸向和徑向：切向速度、軸向速度和徑向速度

旋風(fēng)除塵器氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）切向速度決定氣流質(zhì)點(diǎn)離心力大小，顆粒在離心力作用下逐漸移向外壁到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗上渦旋－氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，一部分氣流帶著細(xì)小的塵粒沿筒壁旋轉(zhuǎn)向上，到達(dá)頂部后，再沿排出管外壁旋轉(zhuǎn)向下，最后從排出管排出旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）切向速度旋轉(zhuǎn)氣流的切向速度是決定氣流速度大小的主要速度分量，也是決定氣流質(zhì)點(diǎn)離心力大小的主要因素。外渦旋的切向速度隨半徑減少而增大，其最大值位于“外渦旋”與“內(nèi)渦旋”的交界圓柱面上。內(nèi)渦旋的切向速度隨半徑的減小而減小，類(lèi)似鋼體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。外渦旋的切向速度計(jì)算公式

P179中式6－9和式6－10內(nèi)渦旋的切向速度計(jì)算公式

P179中式6－11

旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）徑向速度

內(nèi)渦旋的徑向速度高速向外外渦旋的徑向速度低速向心增大內(nèi)渦旋的徑向速度對(duì)分離粉塵有利增大外渦旋的徑向速度對(duì)分離粉塵徑不利，使有些細(xì)小粉塵在向心氣流的帶動(dòng)下，進(jìn)入內(nèi)渦旋而被排出。外渦旋的徑向速度計(jì)算公式

P168～169式6－12內(nèi)渦旋的徑向速度無(wú)多大的實(shí)際意義，故教材未介紹。軸向速度外渦旋的軸向速度向下內(nèi)渦旋的軸向速度向上，隨氣流上升，軸向速度不斷增大，在排出管底部達(dá)達(dá)到最大值旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流的切向速度和壓力分布旋風(fēng)除塵器的速度矢量切向速度外渦旋的切向速度分布：反比于旋轉(zhuǎn)半徑的n次方此處n

1，稱為渦流指數(shù)

內(nèi)渦旋的切向速度正比于半徑

內(nèi)外渦旋的界面上氣流切向速度最大

交界圓柱面直徑

dI=(0.6～1.0)de,de

為排氣管直徑

旋風(fēng)除塵器的速度矢量（續(xù)）徑向速度

假定外渦旋氣流均勻地經(jīng)過(guò)交界圓柱面進(jìn)入內(nèi)渦旋平均徑向速度

r0和h0分別為交界圓柱面的半徑和高度，m

軸向速度外渦旋的軸向速度向下內(nèi)渦旋的軸向速度向上在內(nèi)渦旋，軸向速度向上逐漸增大，在排出管底部達(dá)到最大值

旋風(fēng)除塵器壓力損失旋風(fēng)除塵器的壓力損失計(jì)算公式

：局部阻力系數(shù)

A：旋風(fēng)除塵器進(jìn)口面積

局部阻力系數(shù)旋風(fēng)除塵器型式XLTXLT?AXLP?AXLP?Bξ5.36.58.05.8旋風(fēng)除塵器的壓力損失（續(xù)）旋風(fēng)除塵器壓力損失的影響因素相對(duì)尺寸對(duì)壓力損失影響較大，除塵器結(jié)構(gòu)型式相同時(shí)，幾何相似放大或縮小，壓力損失基本不變

含塵濃度增高，壓力降明顯下降操作運(yùn)行中可以接受的壓力損失一般低于2kPa旋風(fēng)除塵器的除塵效率研究旋風(fēng)除塵器的基本理論轉(zhuǎn)圈理論

20世紀(jì)30年代提出，按照類(lèi)比于平流重力沉降原理提出。篩分理論

20世紀(jì)50年代，斯臺(tái)爾曼根據(jù)旋風(fēng)除塵器流場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，在分析其內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上提出。分離理論

20世紀(jì)70年代，雷思－利希特類(lèi)比電除塵器的分離機(jī)理，提出湍流連續(xù)徑向混合的分離理論。旋風(fēng)除塵器的除塵效率（續(xù)）旋風(fēng)除塵器的除塵效率計(jì)算公式（篩分理論）計(jì)算分割直徑是確定除塵效率的基礎(chǔ)

在交界面上，離心力FC，向心運(yùn)動(dòng)氣流作用于塵粒上的阻力FD

若

FC>FD

，顆粒移向外壁若

FC<FD，顆粒進(jìn)入內(nèi)渦旋當(dāng)

FC=FD時(shí)，有50%的可能進(jìn)入外渦旋，既除塵效率為50%

旋風(fēng)除塵器的除塵效率（續(xù)）旋風(fēng)除塵器的除塵效率計(jì)算公式（篩分理論續(xù)）對(duì)于球形Stokes粒子分割粒徑dc確定后，雷思一利希特模式計(jì)算其它粒子的分級(jí)效率

另一種經(jīng)驗(yàn)公式旋風(fēng)除塵器的除塵效率（續(xù)）旋風(fēng)除塵器分級(jí)效率曲線

旋風(fēng)除塵器效率計(jì)算例題例題：已知XZT一90型旋風(fēng)除塵器在選取入口速度v1=13m/s時(shí)，處理氣體量Q=1.37m3/s。試確定凈化工業(yè)鍋爐煙氣（溫度為423K，煙塵真密度為2.1g/cm3）時(shí)的分割直徑和壓力損失。已知該除塵器筒體直徑0.9m，排氣管直徑為0.45m，排氣管下緣至錐頂?shù)母叨葹?.58m，423K時(shí)煙氣的粘度（近似取空氣的值）μ=2.4×10－5pa﹒s。解:假設(shè)接近圓筒壁處的氣流切向速度近似等于氣流的入口速度，即v1=13m/s，取內(nèi)、外渦旋交界圓柱的直徑d0=0.7de，根據(jù)式（6－10）

由式（6一9）得氣流在交界面上的切向速度由式（6－12）計(jì)算旋風(fēng)除塵器效率計(jì)算例題（續(xù)）例題（續(xù)）根據(jù)式（6－16）

此時(shí)旋風(fēng)除塵器的分割直徑為5.31μm。根據(jù)式（5－13）計(jì)算旋風(fēng)除塵器操作條件下的壓力損失：423K時(shí)煙氣密度可近似取為旋風(fēng)除塵器效率計(jì)算例題（續(xù)）例題：已知XZT一90型旋風(fēng)除塵器在選取入口速度v1=26m/s時(shí)，處理氣體量Q=2.74m3/s。試確定凈化工業(yè)鍋爐煙氣（溫度為423K，煙塵真密度為2.1g/cm3）時(shí)的分割直徑和壓力損失。已知該除塵器筒體直徑0.9m，排氣管直徑為0.45m，排氣管下緣至錐頂?shù)母叨葹?.58m，423K時(shí)煙氣的粘度（近似取空氣的值）μ=2.4×10－5pa﹒s。旋風(fēng)除塵器效率計(jì)算例題（續(xù)）解:假設(shè)接近圓筒壁處的氣流切向速度近似等于氣流的入口速度，即v1=26m/s，取內(nèi)、外渦旋交界圓柱的直徑d0=0.7de，根據(jù)式（6－10）

由式（6一9）得氣流在交界面上的切向速度由式（6－12）計(jì)算

旋風(fēng)除塵器效率計(jì)算例題（續(xù)）例題（續(xù)）根據(jù)式（6－16）

此時(shí)旋風(fēng)除塵器的分割直徑為：3.75μm。根據(jù)式（5－13）計(jì)算旋風(fēng)除塵器操作條件下的壓力損失：423K時(shí)煙氣密度可近似取為：影響旋風(fēng)除塵器效率的因素二次效應(yīng)－被捕集粒子的重新進(jìn)入氣流在較小粒徑區(qū)間內(nèi)，理應(yīng)逸出的粒子由于聚集或被較大塵粒撞向壁面而脫離氣流獲得捕集，實(shí)際效率高于理論效率在較大粒徑區(qū)間，粒子被反彈回氣流或沉積的塵粒被重新吹起，實(shí)際效率低于理論效率通過(guò)環(huán)狀霧化器將水噴淋在旋風(fēng)除塵器內(nèi)壁上，能有效地控制二次效應(yīng)臨界入口速度影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）比例尺寸在相同的切向速度下，筒體直徑愈小，離心力愈大，除塵效率愈高；筒體直徑過(guò)小，粒子容易逃逸，效率下降。錐體適當(dāng)加長(zhǎng)，對(duì)提高除塵效率有利排出管直徑愈少分割直徑愈小，即除塵效率愈高；直徑太小，壓力降增加，一般取排出管直徑de=（0.4～0.65）D。特征長(zhǎng)度（naturallength）-亞歷山大公式旋風(fēng)除塵器排出管以下部分的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)接近或等于l，筒體和錐體的總高度以不大于五倍的筒體直徑為宜。

影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）比例尺寸對(duì)性能的影響比例變化性能趨向投資趨向壓力損失效率增大旋風(fēng)除塵器直徑降低降低提高加長(zhǎng)筒體稍有降低提高提高增大入口面積（流量不變）降低降低——增大入口面積（速度不變）提高降低降低加長(zhǎng)錐體稍有降低提高提高增大錐體的排出孔稍有降低提高或降低——減小錐體的排出孔稍有提高提高或降低——加長(zhǎng)排出管伸入器內(nèi)的長(zhǎng)度提高提高或降低提高增大排氣管管徑降低降低提高影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）除塵器下部的嚴(yán)密性在不漏風(fēng)的情況下進(jìn)行正常排灰

鎖氣器(a)雙翻板式(b)回轉(zhuǎn)式

影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）煙塵的物理性質(zhì)氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣含塵濃度

影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）操作變量提高煙氣入口流速，旋風(fēng)除塵器分割直徑變小，除塵器性能改善入口流速過(guò)大，已沉積的粒子有可能再次被吹起，重新卷入氣流中，除塵效率下降效率最高時(shí)的入口速度

綜合例題例題若煙塵的粒徑分布如下：（單位粒徑：微米，分布：％）

計(jì)算旋風(fēng)除塵器進(jìn)口速度為13m/s和26m/s條件下的總除塵效率。解：上限、下限取定值，中間取平均值。按6－17雷斯－利斯特公式，分別計(jì)算分割直徑為5.31和3.75微米時(shí)的分級(jí)除塵效率：粒徑≤22～55～1010～2525～40＞40分布20252515105計(jì)算總除塵效率旋風(fēng)除塵器進(jìn)口速度為13m/s時(shí)，總除塵效率為：旋風(fēng)除塵器進(jìn)口速度為26m/s時(shí)，總除塵效率為：a.直入切向進(jìn)入式b.蝸殼切向進(jìn)入式c.軸向進(jìn)入式旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)氣方式分類(lèi)

切向進(jìn)入式軸向進(jìn)入式

旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)形式（續(xù)）氣流組織分

回流式、直流式、平旋式和旋流式

多管旋風(fēng)除塵器

由多個(gè)相同構(gòu)造形狀和尺寸的小型旋風(fēng)除塵器（又叫旋風(fēng)子）組合在一個(gè)殼體內(nèi)并聯(lián)使用的除塵器組常見(jiàn)的多管除塵器有回流式和直流式兩種

回流式多管旋風(fēng)除塵器

旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)選擇除塵器的型式

根據(jù)含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征，及除塵要求、允許的阻力和制造條件等因素

根據(jù)允許的壓力降確定進(jìn)口氣速，或取為12～25m/s確定入口截面A，入口寬度b和高度h

確定各部分幾何尺寸

旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)（續(xù)）旋風(fēng)除塵器的比例尺寸尺寸名稱XLP/AXLP/BXLT/AXLT入口寬度，b入口高度，h筒體直徑，D上3.85b下0.7D3.33b（b=0.3D）3.85b4.9b排出筒直徑，de上0.6D下0.6D0.6D0.6D0.58D筒體長(zhǎng)度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D錐體長(zhǎng)度，H上0.50D下1.00D2.3D2.0D1.3D灰口直徑，d10.296D0.43D0.3D0.145D進(jìn)口速度為右值時(shí)的壓力損失12m/s700（600）5000（420）860（770）440（490）15m/s1100（940）890（700）1350（1210）670（770）18m/s1400（1260）1450（1150）1950（1740）990（1110）旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)（續(xù)）也可選擇其它的結(jié)構(gòu)，但應(yīng)遵循以下原則

①為防止粒子短路漏到出口管，h≤s