大气污染控制工程6_1

1第六章除尘装置教学内容:1.机械除尘器2.电除尘器3.湿式除尘器4.过滤式除尘器5.除尘器的选择与发展2除尘装置概述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湿式除尘装置干式除尘装置按分离原理分类：重力除尘装置（机械式除尘装置）惯性力除尘装置（机械式除尘装置）离心力除尘装置（机械式除尘装置）洗涤式除尘装置过滤式除尘装置电除尘装置重力除尘惯性除尘袋式除尘电除尘湿式除尘3§1机械除尘器机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有：重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器4一、重力沉降室5一、重力沉降室重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置6气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降层流式和湍流式两种灰斗71.层流式重力沉降室假定(1)沉降室内气流为柱塞流；(2)颗粒均匀分布于烟气中忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用8沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q气流在沉降室内的停留时间在t时间内粒子的沉降距离该粒子的除尘效率0/LWHtLvQ0vsu0sscsuLuLWHhutvQ0()cssichuLuLWhHHvHQ9对于stokes区域的粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dpmin=?10对于stokes区域的粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dpmin=?chH218ppsdgu218ppdgLWHHQ即min18pQdgWLmin36pQdgWL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QLWHuhscchHQLWHuhsc218ppsdguchHQLWHuhsc218ppdgLWHHQ即218ppsdguchHQLWHuhscmin18pQdgWL218ppdgLWHHQ即218ppsdguchHQLWHuhscmin36pQdgWL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min18pQdgWL218ppdgLWHHQ即218ppsdguchHQLWHuhscmin36pQdgWL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min18pQdgWL218ppdgLWHHQ即min36pQdgWL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min18pQdgWL218ppsdgu218ppdgLWHHQ即min36pQdgWL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min18pQdgWLchH218ppsdgu218ppdgLWHHQ即min36pQdgWL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min18pQdgWLQLWHuhscchH218ppsdgu218ppdgLWHHQ即min36pQdgWL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min18pQdgWL11提高沉降室效率的主要途径：降低沉降室内气流速度增加沉降室长度降低沉降室高度沉降室内的气流速度一般为0.3～2.0m/s不同粉尘的最高允许气流速度1213多层沉降室：使沉降高度减少为原来的1/（n+1），其中n为水平隔板层数考虑清灰的问题，一般隔板数在3以下(1)siuLWnQ多层沉降室1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板142.湍流式重力沉降室湍流模式－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宽度为W、高度为H和长度为dx的捕集元，假定气体流过dx距离的时间内，边界层dy内粒径为dp的粒子都将沉降而除去15粒子在微元内的停留时间被去除的分数对上式两边积分得边界条件：得因此，其分级除尘效率0//sdtdxvdyu0pspdNudxdyNHvH00;ppppLxNNxLNN00exp()spLpuLNNvH)exp(1)exp(1100,,QLWuHvLuNNsspLpiCHvxuNsplnln0HdyNdNpp163.重力沉降室优缺点重力沉降室的优点结构简单投资少压力损失小（一般为50～130Pa）维修管理容易缺点体积大效率低仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子174.设计步骤（1）确定重力沉降室内的气流速度；（2）确定欲100%去除的粒子的沉降速度；（3）确定重力沉降室的高度（宽度）；（4）计算重力沉降室的长度和宽度（高度）。1819202122二、惯性除尘器1.惯性除尘器机理沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离232.惯性除尘器结构形式冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子冲击式惯性除尘装置a单级型b多级型24反转式－改变气流方向捕集较细粒子反转式惯性除尘装置a弯管型b百叶窗型c多层隔板型25设备示意图弯管惯性除尘冲击式反转式263.惯性除尘器应用一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集10～20µm以上的粗颗粒压力损失100～1000Pa27三、旋风除尘器2829它利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。适用于小型锅炉、退火炉和多级除尘的预除尘。其作用于粉尘上的离心力比重力大5～2500倍。用来分离粒径大于5—10μm以上的颗粒物。对10μm以上颗粒去除效率可达90%。工业上已有100多年的历史。三、旋风除尘器30三、旋风除尘器31优点：结构简单、占地面积小，投资低，操作维修方便，能用于高温、高压及腐蚀性气体，并可回收干颗粒物。缺点：捕集5μm颗粒的效率不高，一般作预除尘用，压力损失较大，动力消耗也较大。32三、旋风除尘器1.旋风除尘器内的流场分析气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋上涡旋－气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出少量气体沿径向运动到中心区域33旋风除尘器内的速度分布气流运动包括切向、轴向和径向：切向速度、轴向速度和径向速度切向速度决定气流质点离心力大小，颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁34旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布35A、切向速度根据“涡旋定律”，外涡旋的切向速度反比于旋转半径R的n次方此处n1，称为涡流指数内涡旋的切向速度正比于半径内外涡旋的界面上气流切向速度最大交界圆柱面直径d0=(0.6～1.0)de,de为排气管直径T.nVRconst0.30.14110.67283TnDT/－角速度VRw36B、径向速度假定外涡旋气流均匀地经过交界圆柱面进入内涡旋平均径向速度r0和h0分别为交界圆柱面的半径和高度，mC、轴向速度外涡旋的轴向速度向下内涡旋的轴向速度向上在内涡旋，轴向速度向上逐渐增大，在排出管底部达到最大值r002πQVrh372.旋风除尘器的压力损失旋风除尘器的压力损失表6-1局部阻力系数旋风除尘器型式XLTXLT⁄AXLP⁄AXLP⁄Bξ5.36.58.05.82in12PVρ：气体的密度,kg/m3Vin：气体入口速度，m/s：局部阻力系数1v1v38缺乏实验数据时，可用下式表示：A：旋风除尘器进口面积de：排出管直径。2e16Ad39影响旋风除尘器压力损失的因素－相对尺寸对压力损失影响较大，除尘器结构型式相同时，几何相似放大或缩小，压力损失基本不变—含尘浓度增高，压力降明显增加－操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa403.旋风除尘器的除尘效率在内外旋流交界面上，离心力FC，气流阻力FD若FCFD，颗粒移向外壁若FCFD，颗粒进入内涡旋当FC=FD时，有50%的可能进入外涡旋，既除尘效率为50%，此时对应的颗粒的粒径为分割粒径，dc计算分割直径是确定除尘效率的基础41对于球形Stokes粒子分割粒径dc确定后，可以根据雷思一利希特模式计算其它粒子的分级效率另一种经验公式23T0cpcr0π3π6VddVr1/2r0c2pT018VrdV1p1c1exp[0.6931()]nidd2pc2pc(/)1(/)iiidddd42)]b9d(exp[12pcNV434.影响旋风除尘器效率的因素（1）二次效应－被捕集粒子重新进入气流在较小粒径区间内，理应逸出的粒子由于聚集或被较大尘粒撞向壁面而脱离气流获得捕集，实际效率高于理论效率在较大粒径区间，粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起，实际效率低于理论效率控制方法：通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器内壁上，能有效地控制二次效应44（2）比例尺寸在相同的切向速度下，筒体直径愈小，离心力愈大，除尘效率愈高；筒体直径过小，粒子容易逃逸，效率下降。锥体适当加长，对提高除尘效率有利排出管直径愈小分割直径愈小，即除尘效率愈高；一般取排出管直径de=（0.4～0.65）D旋风除尘器排出管以下部分的长度应当接近或等于特征长度l，亚历山大公式筒体和锥体的总高度以不大于五倍的筒体直径为宜。21/3e2.3()DldA4546比例尺寸对性能的影响比例变化性能趋向投资趋向压力损失效率增大旋风除尘器直径降低降低提高加长筒体稍有降低提高提高增大入口面积（流量不变）降低降低——增大入口面积（速度不变）提高降低降低加长锥体稍有降低提高提高增大锥体的排出孔稍有降低提高或降低——减小锥体的排出孔稍有提高提高或降低——加长排出管伸入器内的长度提高提高或降低提高增大排气管管径降低降低提高47除尘器下部的严密性在不漏风的情况下进行正常排灰锁气器(a)双翻板式(b)回转式48（3）烟尘的物理性质对除尘效率的影响气体的密度和粘度尘粒的大小和比重烟气含尘浓度49（4）操作变量对除尘效率的影响提高烟气入口流速，旋风除尘器分割直径变小，除尘器性能改善入口流速过大，已沉积的粒子有可能再次被吹起，重新卷入气流中，除尘效率下降效率最高时的入口速度经验公式1.2p0.20112g(/)3030(m/s(1/)）bDvDbD50a.直入切向进入式b.蜗壳切向进入式c.轴向进入式5.旋风除尘器的结构形式（1）按进气方式分切向进入式轴向进入式51采用普通切向进气口，易产生上灰环。为了减少气流之间的相互干扰，越来越多的采用了蜗壳（渐开线）式进气口。这样可以减少除尘阻力，提高处理风量。轴向进入式处理气体量大，且气流分布均匀，主要用于多管旋风除尘器及处理气体量大的情况。5253（2）按气流组织分回流式、直流式、平旋式和旋流式（3）多管旋风除尘器由多个相同构造形状和尺寸的小型旋风除尘器（又叫旋风子）组合在一个壳体内并联使用的除尘器组成常见的多管除尘器有回流式和直流式两种回流式多管旋风除尘器54CLT/A型旋风除尘器的除尘效率为8O%--98%;进风风速为12--18m/s;阻力:x型为860--195OPa,Y型为740--174OPa,5556旋风除尘器的选型一般选用经验法。步骤：①计算所要求的除尘效率η；②根据烟气特性及允许阻力等条件，选定除尘器的结构型式；③用类比法，根据选用的除尘器的η—V1实验