第06章颗粒物污染控制技术

第六章除尘装置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掌握各类除尘器的工作原理、结构及性能能够进行简单除尘器的选择和设计了解目前除尘器的研究和发展情况除尘装置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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电除尘装置第一节机械除尘器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这种除尘器构造简单、投资少、动力消耗低，除尘效率一般在40-90％之间，是国内常用的一种除尘设备常用的有：重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器重力沉降室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重力沉降室适用于捕集密度大、颗粒大的粉尘，特别是磨损性很强的粉尘优点构造简单、造价低、耗能小、便于维护管理可以处理高温气体：处理最高烟气温度一般为350-550℃，其阻力一般为50-130Pa缺点沉降室体积较大，除尘效率较低（一般40-60％）只能去除大于40-50μm的大颗粒，一般作为预除尘器使用层流式和湍流式两种层流式重力沉降室假定通过沉降室断面的水平气流分布是均匀的，并呈层流状态；沉降室入口断面上，颗粒分布是均匀的，且在气流流动方向上，尘粒和气流具有同一速度；忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用；纵剖面示意图层流式重力沉降室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0vsu0/LWHtLvQsscs0uLuLWHhutvQcssc0()ihuLuLWhHHvHQc1.0()ihH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？chH2pps18dgu2pp18即dgLWHHQminp18QdgWLminp36QdgWL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minp36QdgWL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讨论你觉得下面关于增加粉尘被捕获率的措施，哪些是有效的？（1）除尘室加长；（2）减小除尘室高度；（3）将除尘室做得更宽；（4）除尘室内增设多层隔板；（5）将除尘室向上倾斜放置；（6）将除尘室向下倾斜放置。根据分级除尘效率公式，（1）在其他条件不变的情况下，延长除尘室长度L，则颗粒停留时间延长，沉降距离增加，分级除尘效率和总效率都会提高；（2）减少除尘室高度，则在沉降距离不变的情况下，更多的颗粒被捕获，因此提高了分级效率和总效率。（3）将除尘室做宽，除尘器截面积增加，相同气体流量时，气流速度更慢，在除尘器内停留时间更长，除尘效率增加；（4）除尘器内增加水平隔板，相当于把除尘高度缩短，则在沉降距离不变的情况下，增加了除尘效率；（5）将除尘室向上倾斜，则在气流仍然保持水平的条件下，使相同颗粒沉降所需要的沉降距离逐渐减少，有利于提高除尘效率；（6）将除尘室向下倾斜，相同颗粒所需要的沉降距离逐渐增加，则除尘效率减少。层流式重力沉降室提高沉降室效率的主要途径沉降室内的气流速度一般为0.2～2.0m/s，常取0.3~0.5m/s不同粉尘的最高允许气流速度cssc0()ihuLuLWhHHvHQ降低沉降室内气流速度增加沉降室长度降低沉降室高度层流式重力沉降室─多层沉降室多层沉降室：使沉降高度减少为原来的1/（n+1），其中n为水平隔板层数多层沉降室1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板s(1)iuLWnQminp36gWL(n+1)Qd层流式重力沉降室─多层沉降室多层沉降室：考虑清灰问题，一般隔板数在3以下。层流式重力沉降室─多层沉降室注意清灰比较困难，因此，不宜处理高浓度的含尘气体，且要设置清扫刷，定期扫灰或用水清洗隔板之间的间距很小时，易引起二次扬尘，一般不小于40mm在处理高温烟气时，应考虑防止隔板变形的措施重力沉降室设计①根据给定的密度和粒径计算出沉降速度②根据粉尘的特点确定沉降室内气流流动速度③根据现场情况确定沉降室高度H（或宽度W）④计算沉降室的长度L和宽度W（或高度H）0HQWv120nuHvLsi重力沉降室设计注意事项①气流速度尽可能选低些，以保持接近层流状态②为保证沉降室横断面上气流分布均匀，一般将进气管设计成渐扩管形。③用于净化高温烟气，由于热压作用，沉降室的进出口位置应低些例题某石棉厂拟建一台重力沉降室净化含石棉尘的气体。原始的设计条件为：待净化的石棉尘气量：Q=3000m3/h；石棉尘气体的温度为：T=20℃；石棉尘的真密度为：ρp=2200kg/m3；在车间附近可建造重力沉降室用地的条件为：长10m，宽2m，空间不受限制。要求对dp30μm的石棉尘净化效率达到100%。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特点可用于处理高温气体为了提高效率，可在挡板上淋水，形成水膜（湿式惯性除尘器）惯性除尘器分离机理示意图惯性除尘器应用一般净化密度和粒径较大或炽热状态的金属或矿物性粉尘，对于黏结性和纤维性粉尘，易堵塞而不宜采用净化效率不高，在50%-70%，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制约惯性除尘器效率提高的主要原因是“二次扬尘”现象，因此现有的惯性除尘器的设计流速通常不超过15m/s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多层隔板型惯性除尘器弯管型、百叶窗型反转式惯性除尘器和冲击式惯性除尘器一样，常用于烟道除尘塔型除尘装置主要用于烟雾分离，它能捕集几个微米粒径的雾滴，为了进一步提高捕集更细小雾滴的捕集效率，可在净化气体出口端，塔的顶部装设一层填料层性能：冲击式除尘器，冲击挡板的气流速度愈大，流出装置的净化气体的气流速度愈低，粉尘的携带量就越小，捕集效率就愈高对于反转式除尘器，气流转换力的曲率半径愈小，就愈能分离细小尘粒旋风除尘器利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置特点用来分离粒径大于5-10μm以上的颗粒物。工业上已有100多年的历史。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。效率80%左右，捕集5μm颗粒的效率不高，一般作预除尘用。旋风除尘器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旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋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用下沿壁面落入灰斗旋风除尘器气流与尘粒的运动旋风除尘器内气流与尘粒的运动（续）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，最后到达排出管下端，被上升的内旋流带走，从排出管排出—细尘逃逸问题外旋流在运动到锥体下部向上折转时带走灰斗中的粉尘—二次返混问题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旋风除尘器切向速度外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的n次方此处n1，称为涡流指数，由实验确定，一般n=0.5~0.8，也可由下式估算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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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旋风除尘器旋风除尘器的压力损失：局部阻力系数A：旋风除尘器进口面积局部阻力系数旋风除尘器型式XLTXLT⁄AXLP⁄AXLP⁄Bξ5.36.58.05.82in12PV2e16Ad旋风除尘器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，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2kPa旋风除尘器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，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，即除尘效率为50%旋风除尘器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旋风除尘器例题：已知XZT一90型旋风除尘器在选取入口速度v1=13m/s时，处理气体量Q=1.37m3/s。试确定净化工业锅炉烟气（温度为423K，烟尘真密度为2.1g/cm3）时的分割直径和压力损失。已知该除尘器筒体直径0.9m，排气管直径为0.45m，排气管下缘至锥顶的高度为2.58m，423K时烟气的粘度（近似取空气的值）µ=2.4×10－5pa﹒s。解:假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度，即v1=13m/s，取内、外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7de，根据式（6－10）由式（6一9）得气流在交界面上的切向速度由式（6－12）计算62.0]283423][)9.0(67.01[1]283)][(67.01[13.014.03.014.0TDn0.62T00.9130.70.4524.92m/s（）＝vr001.370.54m/s2π2π0.70.2252.58＝Qvrh旋风除尘器例题（续）根据式（6－16）此时旋风除尘器的分割直径为5.31μm。根据式（5－13）计算旋风除尘器操作条件下的压力损失：423K时烟气密度可近似取为51/2r0c22pT0618182.4100.540.70.225[][]210024.925.3110m5.31μmvrdv32c222T12731.2930.834kg/m4231.3716/168.33130.45118.330.8341322547Pa＝＝（）AdPv旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素二次效应－被捕集的粒子重新进入气流•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。旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素（续）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。因此，通常取D在150mm～1000mm。气量过大，并联组合。•排出管直径愈小分