除塵技術基礎

1、第二章 除塵技術基礎顆粒捕集的理論基礎除塵裝置的分類第一節(jié) 顆粒捕集的理論基礎除塵過程的機理就是，將含塵氣體引入具有一種或幾種力作用的除塵器，使顆粒相對其運載氣流產(chǎn)生一定的位移，并從氣流中分離出來最后沉降到捕集表面上。顆粒的粒徑大小和種類不同，所受作用力不同，顆粒的動力學行為亦不同。顆粒捕集過程所要考慮的作用力有外力、流體阻力和顆粒間的相互作用力。外力：重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、熱力、泳力等顆粒間相互作用力：顆粒濃度不高時可以忽略流體阻力流體阻力形狀阻力摩擦阻力 在不可壓縮的連續(xù)流體中，作穩(wěn)定運動的球形顆粒必然受到流體阻力的作用。這種阻力是由兩種現(xiàn)象引起的。由于顆粒具有一定的形狀，運

2、動時必須排開其周圍的流體，導致其前面的壓力較后面大，產(chǎn)生了所謂形狀阻力；此外，顆粒與其周圍流體之間存在著摩擦，導致了所謂摩擦阻力。通常把兩種阻力同時考慮在一起，稱為流體阻力，阻力的大小決定于顆粒的形狀、粒徑、表面特性、運動速度及流體的種類和性質。阻力的方向和速度向量方向相反 流體阻力其大小可按如下標量方程計算：流體阻力流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關系 流體阻力顆粒尺寸與氣體平均自由程接近時，顆粒開始脫離與氣體分子接觸，顆粒運動發(fā)生所謂“滑動”，引入修正因數(shù)坎寧漢修正：氣體分子平均自由程 氣體分子的算術平均速度阻力導致的減速運動對于在接近靜止的空氣中，以某一初速度u0運動的球形顆粒，除了空氣阻力外無其

3、它力作用時，顆粒不能相對空氣作穩(wěn)態(tài)運動，只能作非穩(wěn)態(tài)的減速運動。根據(jù)牛頓第三定律若僅考慮Stokes區(qū)域積分得速度由u0減速到u所遷移的距離若引入坎寧漢修正系數(shù)C停止距離馳豫時間或松弛時間重力沉降 靜止流體中的單個球形顆粒，在重力作用下沉降時，所受作用力有重力、流體浮力和流體阻力。力平衡關系Stokes顆粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影響）湍流過渡區(qū)牛頓區(qū)Stokes直徑空氣動力學直徑離心沉降力平衡關系Stokes顆粒的末端沉降速度靜電沉降力平衡關系靜電沉降的末端速度習慣上成為驅進速度，用 表示，對于Stokes粒子：慣性沉降顆粒接近靶時的運動情況1.慣性碰撞慣性碰撞的捕集效率取決于三個因素氣

4、流速度在靶周圍的分布，用ReD衡量顆粒運動軌跡，用Stokes數(shù)描述顆粒對捕集體的附著，通常假定為1001.慣性碰撞慣性碰撞分級效率與 的關系2.攔截直接攔截發(fā)生在顆粒距捕集體dp/2的距離內攔截效率用直接攔截比R表示對于慣性大的顆粒對于慣性小的顆粒擴散沉降擴散系數(shù)和均方根位移布朗擴散作用對于小粒子的捕集影響較大顆粒的擴散類似于氣體分子的擴散對于粒徑約等于或大于氣體分子平均自由程的顆粒對于粒徑大于分子但小于氣體平均自由程的顆粒顆粒的均方根位移（時間t秒鐘）擴散沉降標準狀態(tài)下布朗擴散平均位移與重力沉降的比較擴散沉降效率擴散沉降效率取決于皮克萊數(shù)Pe和雷諾數(shù)Re粘性流單個圓柱體的效率勢流單個圓柱體

5、效率孤立球形捕集體從理論上講， 是可能的擴散沉降效率慣性碰撞、直接攔截和布朗擴散的比較第二節(jié) 除塵裝置的分類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 干式除塵裝置 按分離原理分類 ：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）離心力除塵裝置（機械式除塵裝置）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 第三章 機械除塵器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：重力沉降室慣性除塵器旋風除塵器重力沉降室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 氣流進入重力沉降室后，流動截面積擴大，

6、流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降 層流式和湍流式兩種 層流式重力沉降室假定沉降室內氣流為柱塞流；顆粒均勻分布于煙氣中忽略氣體浮力，粒子僅受重力和阻力的作用縱剖面示意圖層流式重力沉降室沉降室的長寬高分別為L、W、H，處理煙氣量為Q 氣流在沉降室內的停留時間在t時間內粒子的沉降距離該粒子的除塵效率層流式重力沉降室對于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin = ? 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 層流式重力沉降室提高沉降室效率的主要途徑降低沉降室內氣流速度增加沉降室長度降低沉降室高度沉降室內的氣流速度一般為0.

7、32.0m/s不同粉塵的最高允許氣流速度層流式重力沉降室多層沉降室：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以下多層沉降室1.錐形閥；2.清灰孔；3.隔板湍流式重力沉降室湍流模式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，邊界層dy內粒徑為dp的粒子都將沉降而除去湍流式重力沉降室粒子在微元內的停留時間被去除的分數(shù)對上式積分得邊界條件： 得因此，其分級除塵效率湍流式重力沉降室湍流模式2完全混合模式，即沉降室內未捕集顆粒完全混合單位時間排出： （ 為除塵

8、器內粒子濃度，均一）單位時間捕集：總分級效率 湍流式重力沉降室三種模式的分級效率均可用 歸一化對Stokes顆粒，分級效率與dp成正比重力沉降室重力沉降室的優(yōu)點結構簡單投資少壓力損失?。ㄒ话銥?0-100Pa）維修管理容易缺點體積大效率低僅作為高效除塵器的預除塵裝置，除去較大和較重的粒子慣性除塵器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，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 慣性除塵器結構形式?jīng)_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沖擊式慣性除塵裝置a單級型 b多級型反轉式慣性除塵裝置a 彎管型 b 百葉窗型 c 多層隔板型慣性除塵器應

9、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1020m以上的粗顆粒壓力損失1001000Pa旋風除塵器 利用旋轉氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置 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、筒體、錐體和排氣管等組成 氣流沿外壁由上向下旋轉運動：外渦旋 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軸心旋轉：內渦旋 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 旋風除塵器氣流與塵粒的運動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，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

10、力共同作用下沿壁面落入灰斗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沿筒壁旋轉向上，到達頂部后，再沿排出管外壁旋轉向下，最后從排出管排出旋風除塵器旋風除塵器內氣流的切向速度和壓力分布 旋風除塵器切向速度外渦旋的切向速度分布：反比于旋轉半徑的n次方 此處n 1，稱為渦流指數(shù) 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 交界圓柱面直徑 dI = ( 0.6-1.0 ) de , de 為排氣管直徑 旋風除塵器徑向速度 假定外渦旋氣流均勻地經(jīng)過交界圓柱面進入內渦旋平均徑向速度 r0和h0分別為交界圓柱面的半徑和高度，m 軸向速度外渦旋的軸向速度向下內渦旋的軸向速

11、度向上在內渦旋，軸向速度向上逐漸增大，在排出管底部達到最大值 旋風除塵器旋風除塵器的壓力損失 ：局部阻力系數(shù) A：旋風除塵器進口面積 局部阻力系數(shù)旋風除塵器型式XLT XLTA XLPA XLPB 5.3 6.5 8.0 5.8旋風除塵器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，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 操作運行中可以接受的壓力損失一般低于2kPa 旋風除塵器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 在交界面上，離心力FC，向心運動氣流作用于塵粒上的阻力FD 若 FC FD ，顆粒移向外壁若 FC FD ，顆粒進

12、入內渦旋當 FC = FD時，有50%的可能進入外渦旋，既除塵效率為50% 旋風除塵器旋風除塵器的除塵效率（續(xù)）對于球形Stokes粒子分割粒徑dc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)驗公式旋風除塵器旋風除塵器的除塵效率模型2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ND沉降室高度為b沉降速度徑向速度Vr活塞流縱向湍流旋風除塵器旋風除塵器分級效率曲線 旋風除塵器例題：已知XZT一90型旋風除塵器在選取R入口速度v1=13m/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

13、塵器簡體直徑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）=2.4105pas。 旋風除塵器 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v1=13m/s， 取內、外渦旋交界圓柱的直徑d0=0.7 de，根據(jù)式 （610） 由式 （6一9）得氣流在交界面上的切向速度 由式（612）計算 旋風除塵器例題（續(xù)） 根據(jù)式（616） 此時旋風除塵器的分割直徑為5.31m。 根據(jù)式（513）計算旋風除塵器操作條件下的壓力損失：423K時煙氣密度可近似取為旋風除塵器影響旋風除塵器效率的因素 二次效應被捕集粒子的重新進入氣流在較

14、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除塵器內壁上，能有效地控制二次效應 臨界入口速度旋風除塵器影響旋風除塵器效率的因素（續(xù)）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=（0.40.65）D。特征長度（natural length）-亞歷山大公式旋風除塵器

15、排出管以下部分的長度應當接近或等于 ，筒體和錐體的總高度以不大于五倍的筒體直徑為宜。 旋風除塵器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旋風除塵器影響旋風除塵器效率的因素（續(xù)）除塵器下部的嚴密性在不漏風的情況下進行正常排灰 鎖氣器 (a)雙翻板式 (b)回轉式 旋風除塵器

16、影響旋風除塵器效率的因素（續(xù)）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 旋風除塵器影響旋風除塵器效率的因素（續(xù)）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，重新卷入氣流中，除塵效率下降效率最高時的入口速度 旋風除塵器結構形式進氣方式分 切向進入式軸向進入式 a. 直入切向進入式 b. 蝸殼切向進入式 c. 軸向進入式旋風除塵器結構形式（續(xù)）氣流組織分 回流式、直流式、平旋式和旋流式 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

17、式和直流式兩種 回流式多管旋風除塵器 旋風除塵器的設計選擇除塵器的型式 根據(jù)含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征、及除塵要求、允許的阻力和制造條件等因素 根據(jù)允許的壓力降確定進口氣速，或取為 12-25 m/s確定入口截面A，入口寬度b和高度h 確定各部分幾何尺寸 旋風除塵器的設計旋風除塵器的比例尺寸尺寸名稱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，d10.0296D0.43D0.3D0.145D進口速度為右值時的壓力損失12m/s700（600）5000（420）860（770）440（490）15m/s1100（940）890（700）1350（1210）440（490）18m/s1400（1260）1450（1150）1950（1740）990（1110）旋風除塵器的設計也可選擇其它的結構，但應遵循以下原則 為防止粒子短路漏到出口管，hs，其中s為排氣管插人深度；為避免過高的壓力