空气污染控制工程第6章etj87poytrgb

1第六章除尘装置第一节机械除尘器第二节电除尘器第三节湿式除尘器第四节过滤式除尘器第五节除尘器的选择与发展2•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。除尘装置的选择•除尘器的性能可用技术指标和经济指标评价处理气体量•技术指标:压力损失捕集效率基建投资经济指标:占地面积以及使用寿命运转管理费第六章除尘装置4第一节机械除尘器•定义：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：•包括：重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器1.1重力沉降室定义：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。分类：层流式和湍流式第六章除尘装置51.1重力沉降室•除尘机理：含尘气流进入重力沉降室后，由于扩大了流动截面积而使气体流速大大降低，使较重的颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。第六章除尘装置第一节机械除尘器61.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第六章除尘装置第一节机械除尘器1.1重力沉降室71.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0sscsuLuLWHhutvQ0()cssichuLuLWhHHvHQ1.0()ichH第六章除尘装置第一节机械除尘器1.1重力沉降室8•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第六章除尘装置第一节机械除尘器1.1重力沉降室1.层流式重力沉降室9•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•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，此时沉降室的分级效率为：•考虑清灰的问题，一般隔板数在3以下(1)siuLWnQ第六章除尘装置第一节机械除尘器1.1重力沉降室1.层流式重力沉降室102.湍流式重力沉降室•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第六章除尘装置第一节机械除尘器1.1重力沉降室11•粒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//sdtdxvdyu0pspdNudxdyNHvH0lnlnspudxNCvH00;ppppLxNNxLNN00exp()spLpuLNNvH)exp(1)exp(1100,,QLWuHvLuNNsspLpi第六章除尘装置2.湍流式重力沉降室121.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，使其与气流分离第六章除尘装置第一节机械除尘器1.2惯性除尘器132.惯性除尘器结构形式冲击式－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第六章除尘装置第一节机械除尘器1.2惯性除尘器14•定义：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。•优点：结构简单、占地面积小投资低，操作维修方便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颗粒的效率不高压力损失较大，动力消耗也较大，第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器15旋风除尘器示意图旋风除尘器结构及内部气流第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器161.旋风除尘器内气流与尘粒的运动组成：普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成除尘机理：含尘气流迸入除尘器后，沿外壁由上向下作旋转运动，同时有少量气体沿径向运动到中心区域。当旋转气流的大部分到达锥体底部后，转而向上沿轴心旋转，最后经排出管排出。气流与尘粒的运动：外涡旋、内涡旋、上涡旋气流运动：切向、轴向和径向三个速度分量：切向速度、轴向速度和径向速度第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器17•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VRw第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器18•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第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器192.旋风除尘器的压力损失•旋风除尘器的压力损失影响旋风除尘器压力损失的其他操作：－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2in12PVρ：气体的密度,kg/m3Vin：气体入口速度，m/s：局部阻力系数第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器203.旋风除尘器的除尘效率–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第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器4.影响旋风除尘器效率的因素：①二次效应②比例尺寸③烟尘的物理性质④操作变量第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器224.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第六章除尘装置1.3旋风除尘器第一节机械除尘器23（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。第六章除尘装置第一节机械除尘器4.影响旋风除尘器效率的因素：1.3旋风除尘器24（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•压力损失与含尘量之间的关系：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代表实际第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器4.影响旋风除尘器效率的因素：25（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第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器4.影响旋风除尘器效率的因素：26a.直入切向进入式b.蜗壳切向进入式c.轴向进入式•（1）按进气方式分•切向进入式•轴向进入式第六章除尘装置第一节机械除尘器5.旋风除尘器的结构形式1.3旋风除尘器27（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第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器5.旋风除尘器的结构形式28•经验法选择除尘器的型号规格，步骤如下：–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合理选择型式。-根据允许的压力降确定进口气速，或取为12～25m/s-确定入口截面A，入口宽度b和高度h-确定各部分几何尺寸第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器6.旋风除尘器的设计296.旋风除尘器的设计•选择结构应遵循以下原则：①为防止粒子短路漏到出口管，h≤s，其中s为排气管插人深度；②为避免过高的压力损失，b≤（D－de）/2；③为保持涡流的终端在锥体内部，（H+L）≥3D；④为利于粉尘易于滑动，锥角＝7o～8o；⑤为获得最大的除尘效率，de/D≈0.4～0.5，（H+L）/de≈8～10；s/de≈1；第六章除尘装置第一节机械除尘器1.3旋风除尘器第二节电除尘器•利用高压电场使尘粒荷电，在电场力作用下使粉尘从气体中去除的装置第六章除尘装置电除尘器外观图第六章除尘装置•电除尘器的主要优点–压力损失小，一般为200～500Pa–处理烟气量大，可达105～106m3/h–能耗低，大约0.2～0.4kWh/1000m3–对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99％–可在高温或强腐蚀性气体下操作•缺点:1、一次性投资高2、安装精度要求高3、对粉尘比电阻有一定要求第六章除尘装置第二节电除尘器2.1电除尘器的工作原理•三个基本过程–悬浮粒子荷电－高压直流电晕–带电粒子在电场内迁移和捕集－延续的电晕电场（单区电除尘器）或光滑的不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘器）–捕集物从集尘表面上清除－振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗第六章除尘装置第二节电除尘器1.电晕放电机理•金属丝放出的电子迅速向正极移动，与气体分子撞击使之离子化，产生大量电子－雪崩过程•电晕产生的自由电子被电负性气体分子捕获并产生负离子，它们也和电子一样，向正极运动•自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源第六章除尘装置第二节电除尘器2.2电晕放电2.起始电晕电压---开始产生电晕电流所施加的电压–管式电除尘器内任一点的电场强度–起始电晕电压与烟气性质和电极形状、几何尺寸等因素有关，起始电晕所需要电场强度（皮克经验公式）•一空气的相对密度•m－导线光滑修正系数，无因次，0.5m1.0•对于清洁的光滑圆线m=1•实际可取0.6～0.7)/ln()(abrVrE6c310(0.03/)Emar----距电晕线中心的距离a