大气污染控制工程_除尘装置

1第六章除尘装置教学内容:1.机械除尘器2.电除尘器3.湿式除尘器4.过滤式除尘器5.除尘器的选择与发展2第六章除尘装置1.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。2.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。3、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。学时数：12学时3除尘装置概述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声波除尘装置袋式除尘电除尘重力除尘惯性除尘湿式除尘4§1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5一、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6层流区：雷诺数Rep≤1，对球形粒子而言：当介质为空气时ρpρ则有：由上式可见us,若dp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：smgdupps/182smgdupps/1822pd1cpepudRpcdu3263.2gdpc一、重力沉降室71.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纵剖面示意图81.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0/LWHtLvQ0vsu0sscsuLuLWHhutvQ0()cssichuLuLWhHHvHQ1.0()ichH91.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=?chH218ppsdgu218ppdgLWHHQ即min18pQdgWLmin36pQdgWL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101.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0.3～2.0m/s不同粉尘的最高允许气流速度111.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(1)siuLWnQ多层沉降室1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板122.重力沉降室优缺点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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133.重力沉降室的设计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。14LHV0000usWLusV0WH净气4.重力沉降室的设计15（1）设计要求1．保证粉尘能沉降，L足够长；2．气流在沉降室的停留时间要大于尘粒沉降所需的时间。3．能100%沉降的最小粒径（2）设计的主要内容：根据粒径dp算出1）us；2）初步确定了V0、H，根据求长度L。3）根据进气量Q求宽度w，Q=V0WH.suHVL021minmin1818gLgHugudpsps0VuHLs16二、惯性除尘器惯性碰撞17二、惯性除尘器1.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18二、惯性除尘器2.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a单级型b多级型19二、惯性除尘器反转式－改变气流方向捕集较细粒子反转式惯性除尘装置a弯管型b百叶窗型c多层隔板型20设备示意图弯管惯性除尘3.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10～20µm以上的粗颗粒压力损失100～1000Pa冲击式反转式21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。用来分离粒径大于5—10μm以上的的颗粒物。工业上已有100多年的历史。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。缺点：效率80%左右，捕集5μm颗粒的效率不高，一般作预除尘用。三、旋风除尘器22三、旋风除尘器23三、旋风除尘器24三、旋风除尘器1.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251.旋风除尘器内气流与尘粒的运动（续）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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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26旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布27三、旋风除尘器A、切向速度根据“涡旋定律”，外涡旋的切向速度反比于旋转半径R的n次方此处n1，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d0=(0.6～1.0)de,de为排气管直径T.nVRconst0.30.14110.67283TnDT/－角速度VRw28三、旋风除尘器B、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C、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r002πQVrh292.旋风除尘器的压力损失旋风除尘器的压力损失2in12PVρ：气体的密度,kg/m3Vin：气体入口速度，m/s：局部阻力系数302.旋风除尘器的压力损失应当指出：旋风除尘器的其他操作因素对压力损失也有影响－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－操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa313.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FCFD，颗粒进入内涡旋当FC=FD时，有50%的可能进入外涡旋，既除尘效率为50%32力平衡关系Stokes颗粒的末端沉降速度23tDCppπ6uFFdR22pptcc2tc18其中＝duuCaCRuaR333.旋风除尘器的除尘效率（续）对于球形Stokes粒子分割粒径dc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23T0cpcr0π3π6VddVr1/2r0c2pT018VrdV1p1c1exp[0.6931()]nidd2pc2pc(/)1(/)iiidddd34旋风除尘器分级效率曲线354.影响旋风除尘器效率的因素（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临界入口速度364.影响旋风除尘器效率的因素（续）（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。特征长度（naturallength）-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l，筒体和锥体的总高度以不大于五倍的筒体直径为宜。21/3e2.3()DldA374.影响旋风除尘器效率的因素（续）除尘器下部的严密性在不漏风的情况下进行正常排灰锁气器(a)双翻板式(b)回转式384.影响旋风除尘器效率的因素（续）（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0.5aabb100()100bgb0.5abaga100()1000.182a1bb1a100()1000.5aabb100()100bgb0.5abaga100()1000.182a1bb1a100()100cd1/210.013(2.291)PPa代表实验b代表实际394.影响旋风除尘器效率的因素（续）（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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0.5abba100()100QQ1.2p0.20112g(/)3030(m/s(1/)）bDvDbD40a.直入切向进入式b.蜗壳切向进入式c.轴向进入式5.旋风除尘器的结构形式（1）按进气方式分切向进入式轴向进入式415.旋风除尘器的结构形式（续）（2）按气流组织分回流式、直流式、平旋式和旋流式（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426.旋风除尘器的设计旋风除尘器的选型一般选用计算法和经验法。计算法：①由入口浓度c0，出口浓度ce（或排放标准）计算除尘效率η；②选结构型式；③根据选用的除尘器的分级效率ηd（分级效率曲线）和净化粉尘的粒径频度分布f0，计算ηT,若ηTη,即满足要求，否则按要求重新计算。④确定型号规格⑤计算压力损失。43经验法：①计算所要求的除尘效率η；②选定除尘器的结构型式；③根据选用的除尘器的η—Vi实验曲线，确定入口风速Vi；④根据气量Q，入口风速Vi计算进口面积A；⑤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。2DAk6.旋风除尘器的设计44尺寸比例1．筒体直径D：D愈小，愈能分离细小颗粒，但过小易引起堵塞。为此，有人用作为限制指标。D：150-200mm～800-1100mm若处理气量大，可并联使用或采用多管式旋风器。2．入口尺寸（圆形和矩形）为减小颗粒的入射角，一般采用矩形（长H、宽B、面积A、）类型系数k一般取0.07-0.3，蜗壳型入口的k较大，D较小，处理气量Q大，H/B为2-4。smrVr/500222DHBDAk453．排气管：多为圆形，且与筒体同心，一般d=(0.4-0.6