第06章颗粒物污染控制技术1(1109)

第六章除尘装置重力除尘装置惯性力除尘装置离心力除尘装置洗涤式除尘装置过滤式除尘装置电除尘装置从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备.湿式除尘装置干式除尘装置颗粒捕集理论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主要内容第一节机械除尘器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，常用的有：重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器一、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。层流式和湍流式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。设计思想：设计模式：1、层流式重力沉降室假定沉降室内气流为层流；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一节机械除尘器沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q0vsu0/LWHtLvQsscs0uLuLWHhutvQcssc0()ihuLuLWhHHvHQc1.0()ihH第一节机械除尘器气流在沉降室内的停留时间:在t时间内粒子的沉降距离:对于粒径dp的粒子：粒子的分级除尘效率：对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?Stokes粒子：%100i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第一节机械除尘器chH2pps18dgu2pp18即dgLWHHQminp18QdgWLchH2pps18dgu2pp18即dgLWHHQminp18QdgWLchH2pps18dgu2pp18即dgLWHHQminp18QdgWL时：最小粒子％＝，时，；，＝％时，＝最小粒子100hddphdd100icmincminpiHH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第一节机械除尘器cssc0()ihuLuLWhHHvHQ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s(1)iuLWnQ第一节机械除尘器重力沉降室的优点: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第一节机械除尘器二、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，使其与气流分离第一节机械除尘器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冲击式惯性除尘装置a单级型b多级型第一节机械除尘器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第一节机械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应用三、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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第一节机械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1、旋风除尘器内气流与尘粒的运动旋风除尘器普通旋风除尘器组成：进气管、筒体、锥体和排气管等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，最后从排出管排出第一节机械除尘器决定气流质点离心力大小。包括：切向速度、轴向速度和径向速度2、旋风除尘器气流运动速度切向速度：外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径R的n次方T.nVRconst0.30.14110.67283TnDn1，称为涡流指数T/－角速度VRw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为排气管直径第一节机械除尘器内涡旋的切向速度正比于半径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r002πQVrhr0和h0分别为交界圆柱面的半径和高度，m平均径向速度: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轴向速度旋风除尘器型式XLTXLT⁄AXLP⁄AXLP⁄Bξ5.36.58.05.82in12PV2e16Ad第一节机械除尘器A：旋风除尘器进口面积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局部阻力系数3、旋风除尘器的压力损失：局部阻力系数影响因素：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%，粒径对应分割粒径。第一节机械除尘器4、旋风除尘器的除尘效率平衡分离理论（筛分理论）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第一节机械除尘器Vr径向速度r0交界圆柱面半径VT0交界圆柱面处气流的切向速度旋风除尘器理论分级效率曲线第一节机械除尘器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62.0]283423][)9.0(67.01[1]283)][(67.01[13.014.03.014.0TDn0.62T00.9130.70.4524.92m/s（）＝v第一节机械除尘器1/2r0c2pT018VrdV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第一节机械除尘器r001.370.54m/s2π2π0.70.2252.58＝Qvrh由式（6－12）计算：(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，实际效率高于理论效率•在较大粒径区间，实际效率低于理论效率第一节机械除尘器5、影响旋风除尘器效率的因素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。措施：第一节机械除尘器(2)比例尺寸旋风除尘器的各个部件都有一定的尺寸比例；这些比例基于广泛调查研究的结果筒体直径切向速度相同，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。除尘器高度a)锥体适当加长，对提高除尘效率有利。b)特征长度L(排出管下部至气流下降的最低点之间的距离)——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L21/3e2.3()DldA排出管直径一般取排出管直径de=（0.4～0.65）Dc)筒体和锥体的总高度以不大于五倍的筒体直径为宜排出管直径越小，分割直径越小，除尘效率越高排出管直径太小，导致压力降增加第一节机械除尘器1/2r0c2pT018VrdV2e16Add0=(0.6～1.0)de在不漏风的情况下进行正常排灰锁气器(a)双翻板式(b)回转式第一节机械除尘器(3)除尘器下部的严密性除尘器运行时，锥体底部处于负压状态；如果除尘器下部不严密，会使除尘效率显著下降。因此，必须在不漏风的情况下进行正常排灰。(4)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第一节机械除尘器随气体粘度增加而降低随粉尘浓度增加而提高气体密度的影响可忽略(5)操作变量•提高烟气入口流速，能增加尘粒运动离心力，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（经验公式）0.5abba100()100QQ1.2p0.20112g(/)3030(m/s(1/)）bDvDbD第一节机械除尘器一般入口气速为18－23m/s,最好不超过35m/sa.直入切向进入式b.蜗壳切向进入式c.轴向进入式6、旋风除尘器的结构形式进气方式分第一节机械除尘器切向进入式渐近线（涡壳）式轴向进入式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。多管除尘器：多管旋风除尘器第一节机械除尘器陶瓷、铸铁旋风子7、旋风除尘器的设计选型（1）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，合理选用除尘器型号（2）根据允许的压力降确定进口气速，或取为12～25m/s(3)确定入口截面A，入口宽度b和高度h(4)确定各部分几何尺寸12pv1QAbhv第一节机械除尘器基本步骤：（5）也可选择其它的结构，但应遵循以下原则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；第一节机械除尘器例题：已知烟气处理量Q=5000m3/h，烟气密度ρ=1.2kg/m3，允许压力损失为900Pa。若选用XLP/B型旋风除尘器，试求其主要尺寸。解：由式（6－26）根据表6－1，ζ＝5.8Pv2113290016.1m/s5.81.210＝v2150000.0863m3600360016.1220.08630.42m/20.0863/20.208m3.333.330.208624m624mm＝＝＝0.QAvhAbADb第一节机械除尘器e10.60.6700420mm1.71.77001190mm2.32.37001610mm0.430