第四章除塵裝置

1、p 教學(xué)內(nèi)容: 機(jī)械除塵器 電除塵器 濕式除塵器 過濾式除塵器 除塵器的選擇與發(fā)展 p教學(xué)要求： 要求了解除塵器的類型，包括各種干式和濕式除塵器， 理解和掌握電除塵器、過濾式除塵器設(shè)計等。 p教學(xué)重點(diǎn) 掌握機(jī)械除塵器作原理、結(jié)構(gòu)與設(shè)計；電除塵器的工 作原理，了解其選型和設(shè)計；掌握過濾式除塵器的工 作原理，了解其選型和設(shè)計；了解除塵系統(tǒng)的選擇設(shè) 計與除塵器的發(fā)展。 p教學(xué)難點(diǎn) 電除塵器的工作原理，過濾式除塵器的工作原理及設(shè) 計。 p 從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設(shè)備稱為除塵裝置。 濕式除塵裝置 干式除塵裝置 p 按分離原理分類 ： 重力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置） 慣性力除塵裝置（機(jī)械式除塵

2、裝置） 離心力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置） 洗滌式除塵裝置 過濾式除塵裝置 電除塵裝置 聲波除塵裝置 袋式除塵袋式除塵 電除塵電除塵 重力除塵重力除塵慣性除塵慣性除塵 濕式除塵濕式除塵 p 機(jī)械除塵器通常指利用質(zhì)量力（重力、慣性力和離心力）的作用使顆 粒物與氣體分離的裝置，常用的有： 重力沉降室 慣性除塵器 旋風(fēng)除塵器 p 重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除 塵裝置。 p 氣流進(jìn)入重力沉降室后，流動截面積擴(kuò)大，流速降低，較 重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降。 p 層流式和湍流式兩種模式。 層流區(qū)：雷諾數(shù)Rep1，對球形粒子而言： 當(dāng)介質(zhì)為空氣時p則有： 由上式可見us , 若dp

3、小，則us就小，故小顆粒就難分離。 若將雷諾數(shù)Rep=1代入，可求出塵粒沉降時的臨界粒徑dc。 得： 代入得： sm gd u pp s / 18 2 sm gd u pp s / 18 2 2 p d 1 cp ep ud R p c d u 3 2 63. 2 g d p c p 假定沉降室內(nèi)氣流為柱塞流，顆粒均勻分布于煙氣中； p 垂直方向，忽略氣體浮力，粒子僅受重力和阻力的作用； 縱剖面示意圖縱剖面示意圖 沉降室的長寬高分別為L、W、H，處理煙氣量為Q； 氣流在沉降室內(nèi)的停留時間： 在t時間內(nèi)粒子的沉降距離： 該粒子的除塵效率： 0 / LWH tL v Q 0 v s u 0 ss

4、cs u Lu LWH hu t vQ 0 () css ic hu Lu LW hH Hv HQ 1.0 () ic hH 對于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin = ? c hH 2 18 pp s dg u 2 18 pp dg LWH H Q 即 min 18 p Q d gWL min 36 p Q d gWL u由于沉降室內(nèi)的氣流擾動和返混的影響，工程上一般用分由于沉降室內(nèi)的氣流擾動和返混的影響，工程上一般用分 級效率公式的一半作為實際分級效率。級效率公式的一半作為實際分級效率。 p 提高沉降室效率的主要途徑： 降低沉降室內(nèi)氣流速度； 增加沉降室長度；

5、降低沉降室高度； 沉降室內(nèi)的氣流速度根據(jù)粒子的大小和密度確定，一般為 0.3-2.0m/s； 不同粉塵的最高允許氣流速度不同粉塵的最高允許氣流速度 多層沉降室：使沉降高度減 少為原來的1/（n+1），其 中n為水平隔板層數(shù)。 考慮清灰的問題，一般隔板 數(shù)在3以下。 (1) s i u LW n Q 多層沉降室多層沉降室 1.1.錐形閥；錐形閥；2.2.清灰孔；清灰孔；3.3.隔隔 板板 p 湍流模式：假定沉降室中氣流處于湍流狀態(tài)，垂直于氣流 方向的每個斷面上粒子完全混合。 寬度為W、高度為H和長度為dx的捕集元，假定氣體流過dx 距離的時間內(nèi)，邊界層dy內(nèi)粒徑為dp的粒子都將沉降而除 去。 粒

6、子在微元內(nèi)的停留時間： 被去除的分?jǐn)?shù)： 對上式積分得： 邊界條件： 得： 因此，其分級除塵效率： 0 / s dtdx vdy u 0 p s p dN u dxdy NHv H 0 lnln s p u dx NC v H 0 0 ; ppppL xNNxLNN 0 0 exp() s pLp u L NN v H )exp(1 )exp(11 00 , , Q LWu Hv Lu N N s s p Lp i p重力沉降室的優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單； 投資少； 壓力損失小（一般為50-100Pa）； 維修管理容易。 p重力沉降室的缺點(diǎn)： l體積大； l效率低； l僅作為高效除塵器的預(yù)除塵裝置，除去

7、較大和 較重的粒子。 p 假設(shè)通過重力沉降室斷面的水平氣流的速度V分布是均勻 的，呈層流狀態(tài)；入口斷面上粉塵分布均勻（即每個顆粒 以自己的沉降末端速度沉降，互不影響）；在氣流流動方 向上塵粒和氣流速度相等，就可得到除塵設(shè)計的簡單模式。 沉降時間和（最小粒徑時的）沉降速度沉降時間和（最小粒徑時的）沉降速度 塵粒的沉降速度為us，沉降室的長、寬、高分別為L、W、 H，要使沉降速度為us的塵粒在沉降室內(nèi)全部去除，氣流 在沉降室內(nèi)的停留時間t（ ）應(yīng)大于或等于塵粒從頂 部沉降到灰斗的時間（ ），即： s c u H t 0V L t su H V L 0 L H V 0 0 0 0 us W L us

8、 V 0 W H 凈 氣 將 代入 ，可求出沉降室能沉降室能100%100%捕集的捕集的 最小粒徑最小粒徑d dmin min： ： u上式是在理想狀況下得到的，實際中常出現(xiàn)反混現(xiàn)象，工 程上常用36代替式中的18，這樣理論和實踐更接近。室內(nèi) 的氣流速度v0應(yīng)根據(jù)塵粒的密度和粒徑確定。一般取 0.32m/s。 p 沉降室的設(shè)計沉降室的設(shè)計: 沉降時間 ； 沉降速度(按要求沉降的最小顆粒)； 沉降室尺寸。 18 2 0 gd V pp su H V L 0 2 1 0 min 1818 LWg Q gL Hv d pp 0V L t 先按 算出捕集塵粒的沉降速度us； 假設(shè)沉降室內(nèi)的氣流速度V0

9、和沉降室高度H（或?qū)挾萕）， 而后求沉降室的長度和寬度（或高度）。 Q=WHV0=WLus （Q為處理氣流量，m3/s）； 沉降室長度： 沉降室寬度： 18 2 gd u pp s 0V u H L s 0HV Q W p設(shè)計要求設(shè)計要求 u保證粉塵能沉降，L足夠長； u氣流在沉降室的停留時間要大于塵粒沉降所需的時間； u能100%沉降的最小粒徑 p設(shè)計的主要內(nèi)容：設(shè)計的主要內(nèi)容： u根據(jù)粒徑dp算出us； u初步確定了V0、H，根據(jù) 求長度L。 u根據(jù)進(jìn)氣量Q求寬度W，Q=V0WH。 su H V L 0 2 1 min min 1818 gLg Hu g u d p s p s 0V u

10、H L s p 慣性除塵器機(jī)理 沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，含塵氣流沖擊在擋板 上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力 作用，使其與氣流分離。 p 慣性除塵器結(jié)構(gòu)形式 沖擊式氣流沖擊擋板捕集較粗粒子。 沖擊式慣性除塵裝置沖擊式慣性除塵裝置 a a單級型單級型 b b多級型多級型 反轉(zhuǎn)式改變氣流方向捕集較細(xì)粒子。 反轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置反轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置 a a 彎管型彎管型 b b 百葉窗型百葉窗型 c c 多層隔板型多層隔板型 彎管慣性除塵彎管慣性除塵 p慣性除塵器應(yīng)用 一般凈化密度和粒徑較大的金屬或礦 物性粉塵； 凈化效率不高； 一般只用于多級除塵中的一級除塵； 捕集10-20m以上的

11、粗顆粒； 壓力損失100-1000Pa。 沖擊式?jīng)_擊式 反轉(zhuǎn)式反轉(zhuǎn)式 p旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵 粒從氣流中分離的裝置。 p用來分離粒徑大于5-10m以上的的顆粒物， 工業(yè)上已有100多年的歷史。 u特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小，投資低，操作 維修方便，壓力損失較大，動力消耗也較大， 可用于各種材料制造，能用于高溫、高壓及腐 蝕性氣體，并可回收干顆粒物。 u缺點(diǎn)：效率80%左右，捕集FD，粒子在離心力的推動下移向外壁而被捕獲； 若FCFD ，粒子在向心氣流的帶動下進(jìn)入內(nèi)渦旋，最 后由排出管排出； 當(dāng)FC=FD時，粒子所受外力為零，有50%的可能進(jìn)入 外渦旋，既除塵效率為50%，此

12、時的粒徑為除塵器的 分割直徑，用dc表示。 3.旋風(fēng)除塵器的除塵效率（續(xù)）分 割直徑的計算 對于球形Stokes粒子，因為FC=FD，則有： 分割粒徑 dc確定后，雷思利希特模式計算其它粒子的分 級效率 另一種經(jīng)驗公式 2 3 T0 cpcr 0 3 6 V dd V r 1/2 r 0 c 2 pT0 18 V r d V 1 p 1 c 1exp 0.6931 () n i d d 2 pc 2 pc (/) 1(/) i i i dd dd 交界面處氣流切向 速度，可用 T . n V Rconst r 00 2 Q V r h 0.3 0.14 110.67 283 T nD 渦流指數(shù)

13、n可有下面公式計算： p 旋風(fēng)除塵器的除塵效率模型2 將旋風(fēng)除塵器視為利用離心力進(jìn)行沉降的沉降室。 沉降室長度為ND； 沉降室高度為b； 沉降速度徑向速度Vr； 活塞流 縱向湍流 T r i ND V b V T r 1exp() i N DV bV 【例1】：已知XZT一90型旋風(fēng)除塵器在選取入口速度v1=13 m/s時，處理氣體量Q=1.37m3/s。試確定凈化工業(yè)鍋爐煙氣（溫 度為423K，煙塵真密度為2.1g/cm3）時的分割直徑和壓力損失。 已知該除塵器筒體直徑0.9m，排氣管直徑為0.45m，排氣管下緣 至錐頂?shù)母叨葹?.58m，423K時煙氣的粘度（近似取空氣的值） =2.410

14、-5pas。 解:假設(shè)接近圓筒壁處的氣流切向速度近似等于氣流的入口速 度，即v1=13m/s，取內(nèi)、外渦旋交界圓柱的直徑d0=0.7de，根 據(jù)式 ，得： 由式 得氣流在交界面上的切向速度： 由式 計算 62.0 283 423 )9.0(67.011 283 )(67.011 3.014.0 3.014.0 T Dn 0.62 T0 0.9 13 0.70.45 24.92m/s （） v r 0 0 1.37 0.54m/s 22 0.7 0.225 2.58 Q v rh 0.3 0.14 110.67 283 T nD T . n V Rconst r 00 2 Q V r h 則，d

15、c為： 此時旋風(fēng)除塵器的分割直徑為5.31m。 根據(jù)式 計算旋風(fēng)除塵器操作條件下的壓力損失： 423K時煙氣密度可近似取為： 5 1/2 r 0 c 22 p T0 6 1818 2.4 100.54 0.7 0.225 2100 24.92 5.31 10 m 5.31m vr d v 3 2 c 2 22 T1 273 1.2930.834kg/m 423 1.37 16/168.33 130.45 11 8.330.83413 22 547Pa （） Ad Pv 2 in 1 2 PV p旋風(fēng)除塵器分級效率曲線 （1）二次效應(yīng)：被捕集粒子的重新進(jìn)入氣流。 在較小粒徑區(qū)間內(nèi)，理應(yīng)逸出的粒子

16、由于聚集或被 較大塵粒撞向壁面而脫離氣流獲得捕集，實際效率 高于理論效率； 在較大粒徑區(qū)間，粒子被反彈回氣流或沉積的塵粒 被重新吹起，實際效率低于理論效率； 通過環(huán)狀霧化器將水噴淋在旋風(fēng)除塵器內(nèi)壁上，能 有效地控制二次效應(yīng)。 （2）比例尺寸： 在相同的切向速度下，筒體直徑愈小，離心力愈大， 除塵效率愈高；筒體直徑過小，粒子容易逃逸，效 率下降； 錐體適當(dāng)加長，對提高除塵效率有利； 排出管直徑愈少分割直徑愈小，即除塵效率愈高， 直徑太小，壓力降增加，一般取排出管直徑de= （0.4-0.65）D； 旋風(fēng)除塵器排出管以下部分的長度應(yīng)當(dāng)接近或等于 特征長度，筒體和錐體的總高度以不大于五倍的筒 體直徑

17、為宜。 從排出管下部至氣流下降的最低點(diǎn)之 間的距離稱為旋風(fēng)除塵器的特征長度， 用公式 計算。 2 1/3 e 2.3() D ld A （2）比例尺寸對性能的影響 比例變化 性能趨向 投資趨向壓力損失效率 增大旋風(fēng)除塵器直徑降低降低提高 加長筒體稍有降低提高提高 增大入口面積（流量不變）降低降低 增大入口面積（速度不變）提高降低降低 加長錐體稍有降低提高提高 增大錐體的排出孔稍有降低提高或降低 減小錐體的排出孔稍有提高提高或降低 加長排出管伸入器內(nèi)的長度提高提高或降低提高 增大排氣管管徑降低降低提高 p除塵器下部的嚴(yán)密性也是影響除塵效率的一個重 要因素。 在不漏風(fēng)的情況下進(jìn)行正常排灰 鎖氣器鎖

18、氣器 (a)(a)雙翻板式雙翻板式 (b)(b)回轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)式 （3）煙塵的物理性質(zhì)： 氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣含塵 濃度都影響旋風(fēng)除塵器的效率。在流量不變的情況 下，下述各式可以用來估算它們的影響： 壓力損失與含塵量之間的關(guān)系克表示為： 0.5 aa bb 100 () 100 bgb0.5 a baga 100 () 100 0.182 a1b b1a 100 () 100 0.5 aa bb 100 () 100 bgb0.5 a baga 100 () 100 0.182 a1b b1a 100 () 100 c d 1/2 1 0.013(2.291) P P a：代表

19、實驗 b：代表實際 （4）操作變量： 提高煙氣入口流速，旋風(fēng)除塵器分割直徑變小， 除塵器性能改善，作為粗略估算，除塵效率和 處 理流量之間的關(guān)系為： 入口流速過大，已沉積的粒子有可能再次被吹起， 重新卷入氣流中，除塵效率下降； 效率最高時的入口速度，可根據(jù)下面經(jīng)驗公式計 算： 0.5 ab ba 100 () 100 Q Q 1.2 p0.201 1 2 g ( / ) 3030(m/s (1/ ) ） b D vD b D a. a. 直入切向進(jìn)入式直入切向進(jìn)入式 b. b. 蝸殼切向進(jìn)入式蝸殼切向進(jìn)入式 c. c. 軸向進(jìn)入式軸向進(jìn)入式 （1）按進(jìn)氣方式分： 切向進(jìn)入式（又可分為直入式和蝸殼式兩種） 軸向進(jìn)入式； 進(jìn)氣管外壁 與筒體相切 進(jìn)氣管內(nèi)壁 與筒體相切 （2）按氣流組織分： 回流式、直流式、平旋式和旋流式（前兩種工業(yè)鍋 爐應(yīng)用較多，也是全國除塵器評價優(yōu)選類型）； （3）多管旋風(fēng)除塵器 由多個相同構(gòu)造形狀和尺寸的小型旋風(fēng)除塵器（又 叫旋風(fēng)子）組合在一個殼體內(nèi)并聯(lián)使用的除塵器組； 常見的多管除塵器有回流式和直流式兩種。 回流式多管旋風(fēng)除塵器回流式多管旋風(fēng)除塵器 p經(jīng)驗法：經(jīng)驗法：計算所要求的除塵效率； 選定除塵器的結(jié)構(gòu)型式； 根據(jù)選用的除塵器的Vi實驗曲 線，確定入口風(fēng)速Vi； 根據(jù)氣量Q，入口風(fēng)速Vi計算進(jìn)口 面積A； 由旋