6-1机械式重力、惯性、旋风除尘装置

1从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置分离捕集粉尘的主要机理除尘装置机械式除尘器电除尘装置洗涤式除尘装置过滤式除尘装置惯性除尘器重力沉降室旋风除尘器概述湿式除尘装置干式除尘装置3一、除尘器的分类气溶胶（AEROPAL）是非均向污染物，主要污染物是分散于气体介质中的颗粒物（固体、液体），可用除尘技术把粒状物从气体介质中分离出来，分离方法一般采用物理法。依据1：气、固、液、粒子在物理性质上的差异。粒子的密度比气体分子的大得多。机械法：利用重力、惯性力、离心力分离；包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。过滤介质分离：利用粒子的尺寸、重量较气体分子大分离；袋式除尘器。湿式洗涤分离法：利用粒子易被水润湿，凝拼增大而被捕获的特性。电除尘：利用荷电性、静电力分离等等。4一、除尘器的分类依据2：按除尘过程中是否用液体干式除尘器湿式除尘器根据除尘器效率的高低又分为低效、中效和高效除尘器高效除尘器：电除尘器、袋式除尘器和高能文丘吸湿式除尘器中效除尘器：旋风除尘器和其他湿式除尘器低效除尘器：重力沉降室和惯性除尘器；一般只作为多级除尘系统的初级除尘第六章除尘装置§6-1机械式除尘器§6-2电除尘器§6-3湿式除尘器§6-4过滤式除尘器§6-5除尘器选择与发展除尘装置•机械力除尘装置是相对电除尘器而言。除重力沉降室、惯性和旋风除尘器外，还包括湿式和袋式除尘器等，其机理五个方面：重力沉降气流中的尘粒依靠重力自然沉降，从气流中分离出来。主要适用于粒径较大的尘粒，沉降速度v较小。离心碰撞含尘气流作圆周运动时，在惯性离心力作用下，尘粒和气流产生相对运动，使尘粒从气流中分离。主要适用于10μm以上的尘粒。惯性碰撞含尘气流运动过程中遇到障碍物（如挡板、水滴等）时，细小的尘粒随气流改变方向，较大的尘粒依惯性脱离流线保持自身运动，使尘粒就和物体发生了碰撞。概述滞留细小的尘粒随气流绕流时，如流线和物体表面靠得很近，有些尘粒就和物体表面接触，从气流中分离出来。扩散小于1μm的微小粒子在气流中会和气体一样作不规则的布朗运动，布朗运动随粒径减小而增大。若作布朗运动的尘粒和物体表面接触，就可能从气流中分离.不用水或其它液体作润湿剂，仅利用重力、惯性力及离心力等质量力沉降机理去除气体中粉尘粒子的设备叫做干式机械除尘器。概述干式机械除尘器主要特点结构简单、易于制造、造价低、施工快、便于维护及阻力小等优点，因而它们广泛用于工业。对大粒径粉尘的去除具有较高的效率，而对于小粒径粉尘捕获效率很低。常在去除大颗粒粉尘以及除尘效率要求不高的情况下使用，有时也作为前置预除尘器。概述一、重力沉降室1.1工作原理如图4-1所示，含尘气流进人重力沉降室后，由于突然扩大了过流面积，流速便迅速下降，此时气流处于层流状态，其中较大的尘粒在自身重力作用下缓慢向灰斗沉降。通过重力作用使尘粒从气流中分离的。分类：根据含尘气流在重力沉降室中的状态的设计模式可以将其分为：层流式和湍流式。进口沉降室出口层流式重力沉降室层流式：设计的简单模式。假定：沉降室内气流为柱塞流-层流；颗粒均匀分布于烟气中(进口)；忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用；各粒子独立沉降；在烟气流动方向，粒子与气流速度相同。层流式重力沉降室Q烟气在沉降室内的停留时间有：0LLWHtvQ设某一粒径dp的粒子的下沉速度usm/s，则沉淀距离为：0sscsuLuLWHhutvQ由于粒子分布均匀，则dp粒子的分级效率：0()cssichuLuLWhHHvHQ1.0()ichH总除尘效率：1iig最小粒径dmin：•由描述在层流流体中运动的Stokes公式可知，最终粒子的所受重力、浮力和阻力的平衡，其最终沉降速度为：22()1818pppppssdgdguu0LLWHtvQ2min1818pppdgLWHQHdQgWL即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：min36pQdgWL•提高沉降室效率:•降低沉降室内气流速度，取0.2~2m/s•增加沉降室长度•降低沉降室高度20()18pcsipcghuLLWdhHHvHQmin18pQdgWL多层沉降室：0(1)()(1)()/1cssichuLuLWhHHvHnQnn由于考虑到清灰的难度，一般不超过3层。除尘效率：湍流式：假定沉降室中气流处于湍流状态，垂直于气流方向的每个断面上粒子完全混合即各种粒子都均匀分布于气流。湍流式重力沉降室粉尘在流过dx/v0的时间内，dp的粒子进入边界层被去除的量为dNp，被去除粒子的百分数为dNp/Np:0sdydxdtpvupdNdyNH0pspdNudxNvH湍流式重力沉降室则有dp粒子的分级效率为,,0011exp()1exp()pLssipNuLuLWNvHQ利用边界条件积分有：00ppppLxNNxLNN00exp()spLpuLNNvH20()18pcsipcghuLLWdhHHvHQ层流室：0pspdNudxNvH18层流式重力沉降室设计计算设计要求：保证粉尘能沉降，L足够长；气流在沉降室的停留时间要大于尘粒沉降所需的时间，即室内的气流速度v应根据尘粒的密度和粒径确定。常取0.3~0.5m/s，一般取0.2~2m/s。能100%沉降的最小粒径20()18pcsipcghuLLWdhHHvHQsLHvumin36pQdgWL不同粉尘的最高允许气流速度1.2设计实例设计锅炉烟气重力沉降室，已知烟气量Q=2800m3/h，烟气温度ts=150℃烟气真密度ρp=2100kg/m3，要求能去除dp≥30um的烟尘。查表得t=150℃时粘性系数产μ=24x10-5Pa·s则：解：6252(3010)21009.80.0428(/)18241018ppsdgmsu根据实际情况取沉降室内流速v=0.25m/s，H=1.5m则0.251.58.8()0.0428svmHuL由于沉降室过长，可采用三层水平隔板、即四层沉降室，取每层高H=0.4m，总高调整为1.6m，则此时所需沉降室长度：若取L=2.5m，则沉降室宽度为：0.250.42.34()0.0428svmHuL2800/[3600(31)0.40.25]2.36000(1)QWnHmu因此沉降室的尺寸为L×W×H=2.5×2.0×1.6m，其能捕集的最小粒径为：5min18(2800/3600)(2.410)28.621009.82.02.5(183(1)1)pQdgWmLun（满足要求:dp≥30um的烟尘）因此沉降室的尺寸为L×W×H=2.5×2.0×1.6m，其能捕集的最小粒径为：5min(2800/3600)(2.410)40.4121009.82.302.5(3(1631))6pQdgnumWL（不满足要求:dp≥30um的烟尘）由前面有关提高除尘效率的分析可知：降低沉降室内气流速度，取0.2~2m/s增加沉降室长度降低沉降室高度流速u(m/s)高度H(m)宽度W(m)长度L(m)最小粒径(um)0.250.4*42.02.540.410.250.4*42.04.530.100.200.4*42.42.536.900.200.4*42.44.527.500.250.4*42.02.528.57试算有知：由上可知，长度的增加对效率的影响更为显著；除此之外，设置两套装置的设计对效率的影响也较显著，但随装置的增加基建、设备、管理费用均增加。两套设备！！工程设计注意事项：反复试算、核算技术可行性：可以达到用户或排放要求工程的安全性：通常设置安全系数，一用一备、检修、排空、事故工程的经济性：基建、设备、维护管理1.3重力沉降室性能沉降式的实际性能几乎从不进行实验测量或测试，在最好的情况下，这种装置也只能作为气体的初级净化，除去最大和最重的颗粒。沉降室的除尘效率约为40~70%，仅用于分离dp50μm的尘粒。穿过沉降室的颗粒物必须用其它的装置继续捕集。优点：结构简单、投资少、易维护管理、压损小（50~130Pa）。缺点：占地面积大、除尘效率低。二、惯性除尘器2.1概述•惯性除尘器是使含尘气流与挡板相撞，或使气流急剧地改变方向，借助其中粉尘粒子的惯性力使粒子分离并捕集的一种装置。2.2工作原理2.3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2.4性能与应用•一般用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘（粘结性和纤维性粉尘不宜）•净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集10～20um以上的粗颗粒•压力损失100～1000Pa三、旋风除尘器构成：进气管、筒体、锥体、排气管3.1工作原理利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置旋风除尘器内气流与尘粒的运动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外涡旋和内涡旋的轴向前者向下，后者向上；但旋转方向相同，3.1工作原理•旋风除尘器内气流与尘粒的运动：•粉尘随含尘气流作旋转运动时，粉尘粒子在惯性离心力推动下移向外壁；•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。气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部压力下降，一部分气流会带着细尘粒沿外壁面旋转向上，到达顶部后，在沿排出管旋转向下，从排出管排出。这股旋转向上的气流称为上涡旋。3.1工作原理•气流的速度•常把内外旋流气体的运动分解为三个速度分量：切向速度vT、径向速度vr、轴向速度vz。切向速度vT切向速度是决定气流合速度大小的主要速度分量，也是决定气流质点离心力和颗粒捕集效率的主要因素。旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布3.1工作原理切向速度vT根据涡流定律切向速度分布：反比于旋转半径R的n次方，式中的n值取决于流体运动的类型，称为涡流指数，取值范围为n=-1~1。nTvR常数外涡流：实际工况下的外旋流为准自由涡，取n=0.5~0.9。vT随半径R的减小而增大。对于小型旋风除尘器，n取偏低值，对R1/R2比值较大的除尘器，n取偏高值。另有实验表明n可通过内涡流：当n=-1时，为内旋流强制涡流动状态，若设内旋流角转速度为ω，则内旋流切向分速度；Vθ随半径R的减小而减小。0.30.14m110.67283T-KTDnD旋风除尘器直径，气体的温度，tvR3.1工作原理切向速度vT最大切向速度：当n=1时，为理想流体的无旋有势流动，亦即自由涡流动状态的n值。当n=0时，u=常数，此时u为最大值。该速度为内旋流外侧面上的速度，也是外旋流内侧面上的速度。交界圆柱面直径d0=(0.6～1.0)de，de为排气管直径nTvR常数3.1工作原理径向速度Vr沿半径的方向；内旋流高速向外，对除尘有利，外旋流低速向心，不利与除尘；假设内外涡旋的交界面是圆柱面，外涡旋均匀通过该柱面进入内涡旋，认为气流通过此圆柱面时的平均速度就是外涡旋气流的平均径向速度Vr。002rQQvFrh轴向速度vz外旋流外侧的轴向速度向下，内旋流的轴向速度向上，因而在内、外旋流之间必然存在一个轴向速度为零的交界面。在内旋流中，随着气流的逐渐上升，轴向速度不断增大，在排出管底部达到最大值。3.1工作原理•压力分布：•从图可以看出，全压和静压沿径向变化较大。由外壁向轴心逐渐降低，轴心最低，且为负值，并一直延伸至灰斗。•气流压力沿径向的这种变化，不是因摩擦而主要是因离心力引起的。3.1工作原理•压力损失：•压力损失作为评价除尘器的一个主要指标，直接关系到动力损耗，与其结构和运行条件等有关