大气污染控制工程第4章机械式除尘器.

第四章机械式除尘器•重力沉降室•惯性除尘器•旋风除尘器机械式除尘器•重力沉降室通过重力作用使尘粒从气流中分离的一种除尘装置。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流流速大大降低，使较重的颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。•惯性除尘器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。•旋风除尘器离心力除尘器是利用离心力从含尘气体中将尘粒分离的设备。简单的重力沉降室重力沉降室主要优点是结构简单、造价低廉、耗能小，适用于净化密度大、粒径粗的粉尘，去除30一50m的粉尘，效率达60一80％，但对小于5m的粉尘净化效率几乎等于0。冲击式惯性除尘装置a－单级型b－多级型反转式惯性除尘装置a－弯管型b－百叶窗型c－多层隔板型惯性力除尘器一般多作为高效除尘器的前级除尘．用它先除去较粗的尘粒或炽热状态的粒子。这类除尘装置通常可除去粒径20-30um的尘粒。普通旋风除尘器的结构及内部气流旋风除尘器对小直径、高阻力的旋风除尘器离心力比重力大2500倍。对大直径、低阻力旋风除尘器离心力比重力大5倍。这类除尘器不能捕集小于5um的粉尘粒子，主要有离心式旋风除风器、离心式旋流除尘器和离心式动力除尘器。重力沉降室简单的重力沉降室重力沉降室•重力沉降室▼通过重力作用使尘粒从气流中分离的一种除尘装置。▼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流流速大大降低，使较重的颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。▼分类层流式重力沉降室湍流式重力沉降室重力沉降室•层流式重力沉降室层流式重力沉降室纵断面图重力沉降室•层流式重力沉降室模式假定▼沉降室内的气流为柱塞流，流速为v（m/s）；▼流动状态保持在层流范围内；▼颗粒均匀的分布在烟气中；▼忽略气体的浮力，颗粒仅受重力和气体阻力的作用；▼颗粒和气体具有相同的速度。重力沉降室•层流式重力沉降室▼设沉降室的长、宽、高分别是L、B和H，处理烟气量为Q（m3/s）。▼气流在沉降室内的停留时间：▼在t时间内，粒径为dp的粒子的沉降距离：QLBHvLt/QLBHvvLvtvhsss重力沉降室•层流式重力沉降室▼当时，粒子的分级除尘效率：▼总除尘效率：dpqdGiiid0101QLBHvvHLvHhssiHh重力沉降室•层流式重力沉降室▼假定粒子处于斯托克斯区，则重力沉降室能100%捕集的最小粒子的直径为：gBLQgLvHdpp1818min重力沉降室•层流式重力沉降室▼考虑到沉降室内的扰动会引起粒子运动速度和方向发生偏差及返混现象，工程上对上述公式进行修正：gBLQgLvHdpp3636minQLBHvsi2重力沉降室•层流式重力沉降室▼提高沉降室除尘效率的主要途径：降低沉降室内的气流速度增加沉降室长度降低沉降室高度▼多层沉降室QLBnvvHLnvHnhnHhssin－隔板层数。重力沉降室•湍流式重力沉降室湍流式重力沉降室粒子分离示意图重力沉降室•湍流式重力沉降室粒子的分级除尘效率为)18exp(1)exp(12QgdLBQLBvppsd惯性除尘器•惯性除尘器的除尘机理为了改善沉降室的除尘效果，可在沉降室内设置各种形式的挡板，使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。•惯性除尘器的结构形式▼冲击式：捕集较粗的粒子▼反转式：捕集较细的粒子惯性除尘器惯性除尘器的分离机理惯性除尘器冲击式惯性除尘装置a－单级型b－多级型惯性除尘器反转式惯性除尘装置a－弯管型b－百叶窗型c－多层隔板型惯性除尘器•惯性除尘器的应用▼多用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘；▼不宜净化粘结性粉尘和纤维性粉尘；▼多用于多级除尘器中的第一级除尘，捕集10～20μm以上的粗尘粒。•惯性除尘器的压力损失▼一般为100～1000Pa旋风除尘器•旋风除尘器的工作原理普通的旋风除尘器由进气管、筒体、锥体和排气筒等组成。含尘气流进入旋风除尘器后，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达到锥体底部后，转而向上沿轴心旋转，最后经排出管排出。气流作旋转运动时，尘粒在离心力作用下逐步移向外壁，到达外壁的尘粒在气流和重力的共同作用下沿壁面落入灰斗。旋风除尘器•旋风除尘器的工作原理▼旋风除尘器中的含尘气流外旋流（外涡旋）内旋流（内涡旋）上旋流（上涡旋）▼内外涡旋气体的运动分解切向速度径向速度轴向速度旋风除尘器普通旋风除尘器的结构及内部气流旋风除尘器旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布旋风除尘器•切向速度▼外旋流的切向速度:准自由涡（分界面以外）内旋流的切向速度:强制涡（分界面以内）3.014.0)283]()(668.01[1TDnn－涡流指数，n≤1；D－旋风除尘器的直径，m；T－气体的温度，K。rvnrkvω－气流的旋转角速度。旋风除尘器•径向速度根据塔林登（TerLinden）的测量结果，近似的认为外涡气流均匀的经过内、外涡旋的交界圆柱面进入内涡旋，认为气流通过圆柱面时的平均速度就是外涡旋气流的平均径向速度：Q－旋风除尘器处理气量，m3/s；rc－交界圆柱面（筛网）半径，m；hc－交界圆柱面（筛网）高度，m。ccrhrQv2旋风除尘器•轴向速度▼外涡旋：轴向速度向下。▼内涡旋：轴向速度向上，其大小随气流的上升而不断增大。•旋风除尘器内的压力分布全压和静压的径向变化显著，由外壁向轴心逐渐降低，轴心处静压为负压，直至锥体底部均处于负压状态。旋风除尘器•旋风除尘器的除尘效率在旋风除尘器内，粒子的沉降主要取决于离心力Fr和向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD。▼当Fr﹥FD时，粒子在离心力的推动下移向外壁而被捕集；▼当Fr﹤FD时，粒子在向心气流的带动下进入内涡旋，之后由排气筒排出；▼当Fr＝FD时，作用在粒子上的外力之和等于零，粒子在交界面上不停的旋转。旋风除尘器•分割粒径当Fr＝Fc时，处于平衡状态的粒子有50%的可能进入内涡旋，也有50%的可能移向外壁，它的除尘效率为50%，此时的粒径称为分割粒径。)()(320150hrRrRshQRrvdenec旋风除尘器•旋风除尘器的分级效率•经验公式])(6931.0exp[111ncpidd22)/(1)/(cpicpiidddd])(2exp[1221nic旋风除尘器•旋风除尘器的压力损失•Shephend-Lapple公式：•Alexander公式：)(2121Pavpρ－气体的密度，kg/m3；v1－气体入口速度，m/s；ξ－局部阻力系数。2edabK84.12276.09.1})()1](1){[(62.4nfdDfnndDDdabnenee旋风除尘器旋风除尘器型式XLTXLT/AXLP/AXLP/Bξ5.36.58.05.8在缺少实验数据时，可用一下式估算ξ：2/16edAA－旋风除尘器进口面积，m2。旋风除尘器•影响旋风除尘器的因素▼二次效应控制：通过环状雾化器将水喷啉在旋风除尘器的内壁上。▼比例尺寸Dde)65.04.0(3/12,)(3.2ADdlcde－排出管长度，m；l－特征长度，m；D－筒体直径，m。旋风除尘器•影响旋风除尘器的因素▼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的含尘浓度5.0)(100100baba5.0)(100100gaagbbba182.011)(100100abba旋风除尘器•影响旋风除尘器的因素▼烟尘的物理性质压力损失与含尘量之间的关系2/11)129.2(013.0cdppdpcp1－随含尘浓度变化的压力损失；－干净空气时的压力损失；－入口含尘浓度，g/m3。旋风除尘器•影响旋风除尘器的因素▼操作变量除尘效率与处理气量之间的关系：除尘效率最大时入口速度的经验公式：201.02.121)/1()/(3030DDbDbvgp5.0)(100100babaQQ旋风除尘器•旋风除尘器的结构型式▼按进气方式：切向进入式轴向进入式▼按气流组织：回流式直流式平旋式旋流式▼多管旋风除尘器旋风除尘器旋风除尘器进口型式示意图a.直入切向进入式b.蜗壳切向进入式c.轴向进入式旋风除尘器回流式多管旋风除尘器旋风除尘器•旋风除尘器的设计选型▼选择旋风除尘器的型式；▼确定进口速度v；▼确定旋风除尘器的进口截面积A、入口宽度b、高度a；▼确定各部分的几何尺寸。•旋风除尘器的设计原则▼D在（150～1000）mm范围内取值；▼类型系数K在（0.07～0.30）之间，一般a/b=1～4；▼为防止粒子短路漏到出口管，a≤s，其中s为排气管插入深度；▼为避免过高的压力损失，b≥(D-de)/2▼为保持涡流的终端在锥体内部，(h1+h2)≥3D；▼为利于粉尘易于滑动，锥角＝20°～30°；▼为获得最大的除尘效率：h1/D≈0.8～2de/D≈0.4～0.7，(h1+h2)/D≈3～4s/de≈1,d0/D≈0.15～0.4旋风除尘器旋风除尘发级效率曲线旋风除尘器锁气器a.双翻板式b.回转式重力沉降静止流体中的单个颗粒，在重力作用下沉降时，受三个力的作用：▼颗粒重力FG▼流体浮力FB▼流体阻力FD三力的平衡关系：gdFFFpPBGD)(62重力沉降•斯托克斯区的颗粒▼重力沉降的末端速度：▼当流体为气体时，可忽略浮力，重力沉降的末端速度：▼坎宁汉区的小颗粒，重力沉降的末端速度修正为：18)(2gdvpptgCgCdvppt182ggdvppt182重力沉降•斯托克斯直径•空气动力学直径•两者的关系：)(18mgCvdpss)(100018mgCvdasa2/1)(apsaCCdd离心沉降随气流一起旋转的颗粒，根据牛顿定律，所受的外力为：)(623NRvdFtppcRtv－旋转气流流线的半径，m;－R处气流的切向速度，m/s。离心沉降•当离心力和阻力牵动平衡时，颗粒末端速度为：)/(182smaRvdvctppc182ppdRvatcca－离心加速度－颗粒的弛豫时间，气体系统的特征参数。