第7章 顆粒物污染物的控制1 (張巍)

1、1.機械除塵器機械除塵器2.電除塵器電除塵器3.濕式除塵器濕式除塵器4.過濾式除塵器過濾式除塵器5.除塵器的選擇與發(fā)展除塵器的選擇與發(fā)展n掌握各類除塵器的工作原理、結(jié)構(gòu)及性能掌握各類除塵器的工作原理、結(jié)構(gòu)及性能 n能夠進行簡單除塵器的選擇和設(shè)計能夠進行簡單除塵器的選擇和設(shè)計 n了解目前除塵器的研究和發(fā)展情況了解目前除塵器的研究和發(fā)展情況n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 濕式除塵裝置濕式除塵裝置 干式除塵裝置干式除塵裝置 n按分離原理分類按分離原理分類 ： 重力除塵裝置（機械式除塵裝置）重力除塵裝置（機械式除塵裝置） 慣性力除

2、塵裝置（機械式除塵裝置）慣性力除塵裝置（機械式除塵裝置） 離心力除塵裝置（機械式除塵裝置）離心力除塵裝置（機械式除塵裝置） 洗滌式除塵裝置洗滌式除塵裝置 過濾式除塵裝置過濾式除塵裝置 電除塵裝置電除塵裝置 聲波除塵裝置聲波除塵裝置 n機械除塵器通常指利用質(zhì)量力（重力、慣性力和離心機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：力）的作用使顆粒物與氣體分離的裝置，常用的有：重力沉降室重力沉降室慣性除塵器慣性除塵器旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器n重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離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的除塵裝置 n氣流

3、進入重力沉降室后，流動截面積擴大，流速降低，較重顆粒在重力氣流進入重力沉降室后，流動截面積擴大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降作用下緩慢向灰斗沉降 n層流式和湍流式兩種層流式和湍流式兩種 n假定沉降室內(nèi)氣流為柱塞流；顆粒均勻分布于煙氣中假定沉降室內(nèi)氣流為柱塞流；顆粒均勻分布于煙氣中n忽略氣體浮力，粒子僅受重力和阻力的作用忽略氣體浮力，粒子僅受重力和阻力的作用縱剖面示意圖縱剖面示意圖n沉降室的沉降室的長寬高分別為長寬高分別為L、W、H，處理煙氣量為，處理煙氣量為Q n氣流在沉降室內(nèi)的停留時間氣流在沉降室內(nèi)的停留時間n在在t時間內(nèi)粒子的沉降距離時間內(nèi)粒子的沉降距離n該粒子的除塵效率該

4、粒子的除塵效率0/LWHtL vQ0vsu0sscsu Lu LWHhutvQ 0 ()cssichu Lu LWhHHv HQ1.0 ()ichHn對于對于stokes粒子，重力沉降室能粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的捕集的最小粒子的dmin = ?chH218ppsdgu2 18ppdgLWHHQ即min18pQdgWLmin36pQdgWLn 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 n提高沉降室效率的主要途徑提高沉降室效率的主要途徑降低沉降室內(nèi)氣流速度

5、降低沉降室內(nèi)氣流速度增加沉降室長度增加沉降室長度降低沉降室高度降低沉降室高度n沉降室內(nèi)的氣流速度一般為沉降室內(nèi)的氣流速度一般為0.32.0m/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n多層沉降室：使沉降高度多層沉降室：使沉降高度減少為原來的減少為原來的1/（n+1），），其中其中n為水平隔板層數(shù)為水平隔板層數(shù) n考慮清灰的問題，一般隔板數(shù)考慮清灰的問題，一般隔板數(shù)在在3以下以下(1)siu LW nQ多層沉降室多層沉降室1.錐形閥；錐形閥；2.清灰孔；清灰孔；3.隔板隔板n湍流模式湍流模式1假定沉降室中氣流處于湍流狀態(tài)，垂直于氣流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

6、斷面上粒子完全混合方向的每個斷面上粒子完全混合n寬度為寬度為W、高度為、高度為H和長度為和長度為dx的捕集元，假定氣體流過的捕集元，假定氣體流過dxdx距離距離的時間內(nèi)，邊界層的時間內(nèi)，邊界層dy內(nèi)粒徑為內(nèi)粒徑為dp的粒子都將沉降而除去的粒子都將沉降而除去n粒子在微元內(nèi)的停留時間粒子在微元內(nèi)的停留時間n被去除的分數(shù)被去除的分數(shù)n對上式積分得對上式積分得n邊界條件：邊界條件： 得得n因此，其分級除塵效率因此，其分級除塵效率0/sdtdx vdy u0pspdNu dxdyNHv H 0lnlnspu dxNCv H 00 ; ppppLxNNxLNN00exp()spLpu LNNv H)exp

7、(1)exp(1100 ,QLWuHvLuNNsspLpin湍流模式湍流模式2完全混合模式，即沉降室內(nèi)未捕集顆粒完全完全混合模式，即沉降室內(nèi)未捕集顆粒完全混合混合 單位時間排出：單位時間排出： （ 為除塵器內(nèi)粒子濃度，均一）為除塵器內(nèi)粒子濃度，均一） 單位時間捕集：單位時間捕集： 總分級效率總分級效率 0in v HWinisn u HW000/1/issiiissnu WLu L Hvn Hv Wnu WLu L Hvn三種模式的分級效率均可用三種模式的分級效率均可用 歸一化歸一化n對對Stokes顆粒，分級效率與顆粒，分級效率與dp成正比成正比2/ 10)(HvLusn重力沉降室的優(yōu)點重力

8、沉降室的優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單投資少投資少壓力損失?。ㄒ话銥閴毫p失小（一般為50-100Pa）維修管理容易維修管理容易n缺點缺點體積大體積大效率低效率低僅作為高效除塵器的預(yù)除塵裝置，除去較大和較重的僅作為高效除塵器的預(yù)除塵裝置，除去較大和較重的粒子粒子n機理機理 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，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，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離使其與氣流分離 n結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式?jīng)_擊式氣流沖擊擋板捕集較粗粒子沖擊式氣流沖擊擋板捕集較粗粒子反轉(zhuǎn)式改變氣流方向捕集較細粒子反

9、轉(zhuǎn)式改變氣流方向捕集較細粒子沖擊式慣性除塵裝置沖擊式慣性除塵裝置a單級型單級型 b多級型多級型反轉(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n應(yīng)用應(yīng)用一般凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵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，凈化效率不高，一般只用于多級除塵中的一級除塵，捕集捕集1020m以上的粗顆粒以上的粗顆粒壓力損失壓力損失1001000Pan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 n旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運動旋風(fēng)除

10、塵器內(nèi)氣流與塵粒的運動普通旋風(fēng)除塵器是由進氣管、筒普通旋風(fēng)除塵器是由進氣管、筒體、錐體和排氣管等組成體、錐體和排氣管等組成 氣流沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運動：氣流沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運動：外渦旋外渦旋 少量氣體沿徑向運動到中心區(qū)域少量氣體沿徑向運動到中心區(qū)域 旋轉(zhuǎn)氣流在錐體底部轉(zhuǎn)而向上沿旋轉(zhuǎn)氣流在錐體底部轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)：內(nèi)渦旋軸心旋轉(zhuǎn)：內(nèi)渦旋 氣流運動包括切向、軸向和徑向：氣流運動包括切向、軸向和徑向：切向速度、軸向速度和徑向速度切向速度、軸向速度和徑向速度 n旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運動（續(xù)）旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運動（續(xù)）切向速度決定氣流質(zhì)點離心力大小，切向速度決定氣流質(zhì)點離心力大小，顆粒在

11、離心力作用下逐漸移向外壁顆粒在離心力作用下逐漸移向外壁到達外壁的塵粒在氣流和重力共同作到達外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗用下沿壁面落入灰斗上渦旋氣流從除塵器頂部向下高速上渦旋氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時，一部分氣流帶著細小的塵粒旋轉(zhuǎn)時，一部分氣流帶著細小的塵粒沿筒壁旋轉(zhuǎn)向上，到達頂部后，再沿沿筒壁旋轉(zhuǎn)向上，到達頂部后，再沿排出管外壁旋轉(zhuǎn)向下，最后從排出管排出管外壁旋轉(zhuǎn)向下，最后從排出管排出排出n旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流的切向速度和壓力分布旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流的切向速度和壓力分布 n切向速度切向速度 外渦旋的切向速度分布：反比于旋轉(zhuǎn)半徑的外渦旋的切向速度分布：反比于旋轉(zhuǎn)半徑的n次方次方 此

12、處此處n 1，稱為渦流指數(shù)，稱為渦流指數(shù) 內(nèi)渦旋的切向速度正比于半徑內(nèi)渦旋的切向速度正比于半徑 內(nèi)外渦旋的界面上氣流切向速度最大內(nèi)外渦旋的界面上氣流切向速度最大 交界圓柱面直徑交界圓柱面直徑 dI = ( 0.6-1.0 ) de , de 為排氣管直徑為排氣管直徑 .nTV Rconst0.30.14110.67283TnD/ TVRw角速度n徑向速度徑向速度 假定外渦旋氣流均勻地經(jīng)過交界圓柱面進入內(nèi)渦旋假定外渦旋氣流均勻地經(jīng)過交界圓柱面進入內(nèi)渦旋平均徑向速度平均徑向速度 r r0 0和和h h0 0分別為交界圓柱面的半徑和高度，分別為交界圓柱面的半徑和高度，m m n軸向速度軸向速度 外渦

13、旋的軸向速度向下外渦旋的軸向速度向下 內(nèi)渦旋的軸向速度向上內(nèi)渦旋的軸向速度向上 在內(nèi)渦旋，軸向速度向上逐漸增大，在排出管底部達到在內(nèi)渦旋，軸向速度向上逐漸增大，在排出管底部達到最大值最大值 002rQVr hn旋風(fēng)除塵器的壓力損失旋風(fēng)除塵器的壓力損失 ：局部阻力系數(shù)：局部阻力系數(shù) A：旋風(fēng)除塵器進口面積：旋風(fēng)除塵器進口面積 局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù)212inPV216eAd旋風(fēng)除塵器型式旋風(fēng)除塵器型式XLT XLTA XLPA XLPB 5.3 6.5 8.0 5.8n旋風(fēng)除塵器的壓力損失旋風(fēng)除塵器的壓力損失 相對尺寸對壓力損失影響較大，除塵器結(jié)構(gòu)型式相同時，相對尺寸對壓力損失影響較大，除塵器

14、結(jié)構(gòu)型式相同時，幾何相似放大或縮小，壓力損失基本不變幾何相似放大或縮小，壓力損失基本不變 含塵濃度增高，壓力降明顯下降含塵濃度增高，壓力降明顯下降 操作運行中可以接受的壓力損失一般低于操作運行中可以接受的壓力損失一般低于2kPa 2kPa n旋風(fēng)除塵器的除塵效率旋風(fēng)除塵器的除塵效率計算分割直徑是確定除塵效率的基礎(chǔ)計算分割直徑是確定除塵效率的基礎(chǔ) 在交界面上，離心力在交界面上，離心力FC，向心運動氣流作用于塵粒上，向心運動氣流作用于塵粒上的阻力的阻力FD 若若 FC FD ，顆粒移向外壁，顆粒移向外壁 若若 FC FD ，顆粒進入內(nèi)渦旋，顆粒進入內(nèi)渦旋 當當 FC = FD時，有時，有50%的可

15、能進入外渦旋，既除塵效率為的可能進入外渦旋，既除塵效率為50% n旋風(fēng)除塵器的除塵效率（續(xù)）旋風(fēng)除塵器的除塵效率（續(xù)）對于球形對于球形StokesStokes粒子粒子分割粒徑分割粒徑 d dc c確定后，雷思一利希特模式計算其它粒子的分級效率確定后，雷思一利希特模式計算其它粒子的分級效率 另一種經(jīng)驗公式另一種經(jīng)驗公式230036TcpcrVdd Vr1/202018rcpTV rdV )(6931. 0exp11nVcpidd22(/)1(/)picipicddddn旋風(fēng)除塵器的除塵效率模型旋風(fēng)除塵器的除塵效率模型2 2將旋風(fēng)除塵器視為利用離心力進行沉降的沉降室將旋風(fēng)除塵器視為利用離心力進行沉

16、降的沉降室 沉降室長度為沉降室長度為NDND 沉降室高度為沉降室高度為b b 沉降速度徑向速度沉降速度徑向速度V Vr r 活塞流活塞流 縱向湍流縱向湍流TirN DVbV1exp()TirN DVbV n旋風(fēng)除塵器分級效率曲線旋風(fēng)除塵器分級效率曲線 n例例題：題：已知已知XZT一一90型旋風(fēng)除塵器在選取型旋風(fēng)除塵器在選取R入口速度入口速度v1= =13m/s時，處理氣體量時，處理氣體量Q= =1.37m3/ /s。試確定凈化工業(yè)鍋爐煙氣（溫度為。試確定凈化工業(yè)鍋爐煙氣（溫度為423K，煙塵真密度為，煙塵真密度為2.1g/cm3）時的）時的分割直徑和壓力損失。已知該除塵器簡體直徑分割直徑和壓力

17、損失。已知該除塵器簡體直徑0.9m，排氣管直徑為，排氣管直徑為0.45m，排氣管下，排氣管下緣至錐頂?shù)母叨葹榫壷铃F頂?shù)母叨葹?.58m，423K時煙氣的粘度時煙氣的粘度 （近似取空氣的值）（近似取空氣的值）= =2.4105pas。 n解解: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取內(nèi)、外渦旋交界圓柱的直徑d0= =0.7 de，根據(jù)式，根據(jù)式 （6 610） 由式由式 （6一一9）得氣流在交界面上的切向速度）得氣流在交界面上的切向速度 由式（由式（6 61212）計算）計算

18、62. 0283423)9 . 0(67. 01 1283)(67. 01 13 . 014. 03 . 014. 0TDn0.6200.9130.7 0.4524.92/Tvm s（）001.370.54/220.7 0.225 2.58rQvm sr hn例題（續(xù)）例題（續(xù)） 根據(jù)式（根據(jù)式（6 616） 此時旋風(fēng)除塵器的分割直徑為此時旋風(fēng)除塵器的分割直徑為5.31m。 根據(jù)式（根據(jù)式（513）計算旋風(fēng)除塵器操作條件下的壓力損失：）計算旋風(fēng)除塵器操作條件下的壓力損失：423K時煙氣密度可近似時煙氣密度可近似取為取為51/2022061818 2.4 100.54 0.7 0.2252100

19、 24.925.31 105.31rcp Tv rdvmmPavPdAmkgTc54713834. 033. 8212133. 845. 01337. 116/16/834. 0423273293. 1221223）（n影響旋風(fēng)除塵器效率的因素影響旋風(fēng)除塵器效率的因素 二次效應(yīng)二次效應(yīng)被捕集粒子的重新進入氣流被捕集粒子的重新進入氣流 在較小粒徑區(qū)間內(nèi)，理應(yīng)逸出的粒子由于聚集或被較大塵在較小粒徑區(qū)間內(nèi)，理應(yīng)逸出的粒子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在較大粒徑區(qū)

20、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)控制二次效應(yīng) 臨界入口速度臨界入口速度n影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）比例尺寸比例尺寸 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。效率愈高；筒體直徑過小，粒子容易逃逸，效率下降。 錐體適當加長，對提高除塵效率有利錐體適當加長，對提高除塵效率有利 排出管直徑愈少

21、分割直徑愈小，即除塵效率愈高；直徑太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，一般取排出管直徑小，壓力降增加，一般取排出管直徑d de e= =（0.40.650.40.65）D D。 特征長度（特征長度（natural length）- -亞歷山大公式亞歷山大公式 旋風(fēng)除塵器排出管以下部分的長度應(yīng)當接近或等于旋風(fēng)除塵器排出管以下部分的長度應(yīng)當接近或等于 ，筒筒體和錐體的總高度以不大于五倍的筒體直徑為宜。體和錐體的總高度以不大于五倍的筒體直徑為宜。 21/32.3()DldeAln影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）比例尺寸對性能的影響比例尺寸對

22、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n影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）除塵器下部的嚴密性除塵器下部的嚴密性 在不漏風(fēng)的情況下進行正常排灰在不漏風(fēng)的情況下進行正常排灰 鎖氣器鎖氣器 (a)(a)雙翻板式雙翻板式 (b)(b)回轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)式 n影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）影響旋風(fēng)除塵

23、器效率的因素（續(xù)）煙塵的物理性質(zhì)煙塵的物理性質(zhì) 氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣含塵濃度氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣含塵濃度 5 . 0)(100100baba5 . 0)(100100gaagbbba0.18211100()100abba1/210.013(2.291)cdPPn影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)） 操作變量操作變量 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，除塵器性能改善性能改善 入口流速過大，已沉積的粒子有可能再次被吹起，重新入口流速過大，已沉積的粒子有可能再次被吹起，重新卷入氣流

24、中，除塵效率下降卷入氣流中，除塵效率下降 效率最高時的入口速度效率最高時的入口速度 5 . 0)(100100abbaQQ）smDDbDbvp/()/1 ()/(3030201. 02 . 121n結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式進氣方式分進氣方式分 切向進入式切向進入式軸向進入式軸向進入式 a. 直入切向進入式直入切向進入式 b. 蝸殼切向進入式蝸殼切向進入式 c. 軸向進入式軸向進入式n結(jié)構(gòu)形式（續(xù)）結(jié)構(gòu)形式（續(xù)）氣流組織分氣流組織分 回流式、直流式、平旋式和旋流式回流式、直流式、平旋式和旋流式 多管旋風(fēng)除塵器多管旋風(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)由多個相同構(gòu)造形狀和尺寸的小型

25、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 n選擇除塵器的型式選擇除塵器的型式 根據(jù)含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征、及除塵要求、根據(jù)含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征、及除塵要求、允許的阻力和制造條件等因素允許的阻力和制造條件等因素 n根據(jù)允許的壓力降確定進口氣速，或取為根據(jù)允許的壓力降確定進口氣速，或取為 12-25 m/s12-25 m/sn確定入口截面確定入口截面A A，入口寬度，入口寬度b b和高度和高度h h n確定各部分幾何尺寸確定各部分幾何尺寸 12 pv1QAbhvn旋風(fēng)除塵器的比例尺寸旋風(fēng)除塵器的比例尺寸3/A2/A5 . 2/A75. 1/AA3A2A5 . 2A75. 1尺寸名稱XLP/AXLP/BXLT/AXLT入口寬度，b入口高度，h筒體直徑，D上3.85b下0.7D3.33b（b=0.3D）3.85b4.9b排出筒直徑，de上0.6D下0.60.6D0.6D0.58D筒體長度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D錐體長度，H上0.50D下1.002.3D2.0D1.3D灰口直徑，d10.0296D0.43D