顆粒物污染控制技術1

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從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設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

2、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量力（重力、慣性力和離心機械除塵器通常指利用質量力（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除塵器旋風除塵器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

3、n假定沉降室內氣流為柱塞流；顆粒均勻分布于煙氣中假定沉降室內氣流為柱塞流；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氣流在沉降室內的停留時間氣流在沉降室內的停留時間n在在t時間內粒子的沉降距離時間內粒子的沉降距離n該粒子的除塵效率該粒子的除塵效率0vsu0/LWHtL vQsscs0 u Lu LWHhutvQcssc0 ()ihu Lu LWhHHv HQc1.0 ()ihHn對于對于stokes粒子，重力沉降室能粒子，重力沉降

4、室能100%捕集的最小粒子的捕集的最小粒子的dmin = ?chH2pps18dgu2pp 18即dgLWHHQminp18QdgWLminp36QdgWLn由于沉降室內的氣流擾動和返混的影響，工程上一般用分由于沉降室內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minp36QdgWLn由于沉降室內的氣流擾動和返混的影響，工程上一般用分由于沉降室內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sscs0 u Lu LWHhutvQn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

5、低沉降室內氣流速度降低沉降室內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沉降室內的氣流速度一般為沉降室內的氣流速度一般為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為水平隔板層數為水平隔板層數 n考慮清灰的問題，一般隔板數考慮清灰的問題，一般隔板數在在3以下以下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s(1)iu LW nQn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

6、直于氣流方向的每個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d dx x距離距離的時間內，邊界層的時間內，邊界層dy內粒徑為內粒徑為dp的粒子都將沉降而除去的粒子都將沉降而除去n粒子在微元內的停留時間粒子在微元內的停留時間n被去除的分數被去除的分數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 Np 斷面上粒子的數目斷面上粒子的數目n因此，其分級除塵效率因此，其分級除塵效率0sdd /d /tx vy upsp0ddd Nyu xNHv Hsp0dlnln u xNCv Hpp0pp

7、L0 ; xNNxLNNspLp00exp()u LNNv Hpsp00s11 exp()1 exp() LiNu LNv Hu LWQn湍流模式湍流模式2完全混合模式，即沉降室內未捕集顆粒完全完全混合模式，即沉降室內未捕集顆粒完全混合混合n除塵器內任意一點的濃度相同除塵器內任意一點的濃度相同 單位時間排出：單位時間排出： （ 為除塵器內粒子濃度，均一）為除塵器內粒子濃度，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 HWinsin u HW0ss0ss0/1/iiiinuWLu L Hvn Hv WnuWLu 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

8、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成正比成正比重力沉降室歸一化的分級率曲線重力沉降室歸一化的分級率曲線a層流無混合層流無混合 b湍流垂直混合湍流垂直混合 c湍流完全混合湍流完全混合1/2s0()uLvHn重力沉降室的優(yōu)點重力沉降室的優(yōu)點結構簡單結構簡單投資少投資少壓力損失?。ㄒ话銥閴毫p失?。ㄒ话銥?0100Pa）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除塵裝置，除去較大和較重的僅作為高效除塵器的預除塵裝置，除去較大和較重的粒子粒子n機理機理 沉降室內設置各種形式的擋板，含塵氣流沖擊在擋板上，沉降室內設置各種形式的擋板，

9、含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉變，借助塵粒本身的慣性力作用，氣流方向發(fā)生急劇轉變，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結構形式結構形式沖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式改變氣流方向捕集較細粒子反轉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多級型多級型反轉式慣性除塵裝置反轉式慣性除塵裝置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應用應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，

10、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利用旋轉氣流產生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置利用旋轉氣流產生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置 n旋風除塵器內氣流與塵粒的運動旋風除塵器內氣流與塵粒的運動普通旋風除塵器是由進氣管、筒普通旋風除塵器是由進氣管、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運動：氣流沿外壁由上向下旋轉運動：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 旋轉氣流在錐體底部轉而向上沿旋轉氣流在錐體底部轉而向上沿軸心旋轉：內渦旋軸心旋轉：內渦旋

11、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旋風除塵器內氣流與塵粒的運動（續(xù)）旋風除塵器內氣流與塵粒的運動（續(xù)）切向速度決定氣流質點離心力大小，切向速度決定氣流質點離心力大小，顆粒在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時，一部分氣流帶著細小的塵粒旋轉時，一部分氣流帶著細小的塵粒沿筒壁旋轉向上，到達頂部后，再沿沿筒壁旋轉向上，到達頂部后，再沿

12、排出管外壁旋轉向下，最后從排出管排出管外壁旋轉向下，最后從排出管排出排出n旋風除塵器內氣流的切向速度和壓力分布旋風除塵器內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：反比于旋轉半徑的外渦旋的切向速度分布：反比于旋轉半徑的n次方次方 此處此處n 1，稱為渦流指數，稱為渦流指數 內渦旋的切向速度正比于半徑內渦旋的切向速度正比于半徑 內外渦旋的界面上氣流切向速度最大內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 = ( 0.61.0 ) de , de 為排氣管直徑為排氣管直徑 T.nV Rconst0.30.14110.67283TnDT/ 角速度VR

13、wn徑向速度徑向速度 假定外渦旋氣流均勻地經過交界圓柱面進入內渦旋假定外渦旋氣流均勻地經過交界圓柱面進入內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 外渦旋的軸向速度向下外渦旋的軸向速度向下 內渦旋的軸向速度向上內渦旋的軸向速度向上 在內渦旋，軸向速度向上逐漸增大，在排出管底部達到在內渦旋，軸向速度向上逐漸增大，在排出管底部達到最大值最大值 r002QVr hn旋風除塵器的壓力損失旋風除塵器的壓力損失 ：局部阻力系數：局部阻力系數 A：旋風除塵器進口面積：旋風除塵器進口面積 局部阻力系數局部阻

14、力系數旋風除塵器型式旋風除塵器型式XLT XLTA XLPA XLPB 5.3 6.5 8.0 5.82in12PV2e16Adn旋風除塵器的壓力損失旋風除塵器的壓力損失 相對尺寸對壓力損失影響較大，除塵器結構型式相同時，相對尺寸對壓力損失影響較大，除塵器結構型式相同時，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2 2kPa kPa n旋風除塵器的除塵效率旋風除塵器的除塵效率計算分割直徑是確定除塵效率的基礎計算分割直徑是確定除塵效率的

15、基礎 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 ，顆粒進入內渦旋，顆粒進入內渦旋 當當 FC = FD時，有時，有50%的可能進入外渦旋，既除塵效率為的可能進入外渦旋，既除塵效率為50% n旋風除塵器的除塵效率（續(xù)）旋風除塵器的除塵效率（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 另一種經驗公式另一種經驗公式23T0cpcr036Vd

16、d Vr1/2r 0c2pT018V rdV1p1c1exp 0.6931 () nidd2pc2pc(/)1(/)iiiddddn旋風除塵器的除塵效率模型旋風除塵器的除塵效率模型2 2將旋風除塵器視為利用離心力進行沉降的沉降室將旋風除塵器視為利用離心力進行沉降的沉降室 沉降室長度為沉降室長度為N ND D 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TriN DVbVTr1exp()iN DVbVn旋風除塵器分級效率曲線旋風除塵器分級效率曲線 n例例題：題：已知已知XZT一一90型旋風除塵器在選取入口速度型旋風除塵器在選取入口速

17、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。已知該除塵器筒體直徑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，排氣管直徑為0.45m，排氣管下，排氣管下緣至錐頂的高度為緣至錐頂的高度為2.58m，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，即假設接近圓筒壁處的氣流切向速度近似等于氣流

18、的入口速度，即v1=13m/s， 取內、外渦旋交界圓柱的直徑取內、外渦旋交界圓柱的直徑d0= =0.7 de，根據式，根據式 （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 62. 0283423)9 . 0(67. 01 1283)(67. 01 13 . 014. 03 . 014. 0TDn0.62T00.9130.70.4524.92m/s（）vr001.370.54m/s220.70.225 2.58Qvrhn例題（續(xù)）例題（續(xù)） 根據式（根據式（6 616） 此時旋風除塵器的分割直徑為此時旋風除塵

19、器的分割直徑為5.31m。 根據式（根據式（513）計算旋風除塵器操作條件下的壓力損失：）計算旋風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51/2r 0c22pT061818 2.4 100.54 0.7 0.2252100 24.925.31 10 m5.31mv rdv32c222T12731.2930.834kg/m4231.3716/168.33130.45118.330.8341322547Pa（）A dPvn影響旋風除塵器效率的因素影響旋風除塵器效率的因素 二次效應二次效應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，理應逸

20、出的粒子由于聚集或被較大塵在較小粒徑區(qū)間內，理應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)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除塵器內壁上，能有效地通過環(huán)狀霧化器將水噴淋在旋風除塵器內壁上，能有效地控制二次效應控制二次效應 臨界入口速度臨界入口速度n影響旋風除塵器效率的因素（續(xù)）影響旋風除塵器效率的因素（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

21、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= =（0.40.40.650.65）D D。 特征長度（特征長度（natural length）- -亞歷山大公式亞歷山大公式 旋風除塵器排出管以下部分的長度應當接近或等于旋風除塵器排出管以下部分

22、的長度應當接近或等于l，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。 21/3e2.3()DldAn影響旋風除塵器效率的因素（續(xù)）影響旋風除塵器效率的因素（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影響旋風除塵器效率的因素（續(xù)）影

23、響旋風除塵器效率的因素（續(xù)）除塵器下部的嚴密性除塵器下部的嚴密性 在不漏風的情況下進行正常排灰在不漏風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)回轉式回轉式 n影響旋風除塵器效率的因素（續(xù)）影響旋風除塵器效率的因素（續(xù)）煙塵的物理性質煙塵的物理性質 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 0.5aabb100()100bgb0.5abaga100()1000.182a1bb1a100()1000.5aabb100()100bgb0.5abaga100()1000.182a1bb1a100()100cd

24、1/210.013(2.291)PPn影響旋風除塵器效率的因素（續(xù)）影響旋風除塵器效率的因素（續(xù)） 操作變量操作變量 提高煙氣入口流速，旋風除塵器分割直徑變小，除塵器提高煙氣入口流速，旋風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 0.5abba100()100QQ1.2p0.20112g( /)3030(m/s(1/)）b DvDb Da. 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

25、c. 軸向進入式軸向進入式n結構形式結構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 n結構形式（續(xù)）結構形式（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 多管旋風除塵器多管旋風除塵器 由多個相同構造形狀和尺寸的小型旋風除塵器（又叫旋風由多個相同構造形狀和尺寸的小型旋風除塵器（又叫旋風子）組合在一個殼體內并聯(lián)使用的除塵器組子）組合在一個殼體內并聯(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 回流式多管旋風除塵器回流式多管旋風除塵器 n選擇除塵器的型式選擇除塵器的型式 根據含塵濃度、粒度

26、分布、密度等煙氣特征，及除塵要求、根據含塵濃度、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根據允許的壓力降確定進口氣速，或取為根據允許的壓力降確定進口氣速，或取為 121225 25 m/sm/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旋風除塵器的比例尺寸旋風除塵器的比例尺寸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0.6D0.6D0.6D0.58D筒體長度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D錐