除尘装置

§6除尘装置除尘装置的分类•从气体中除去或收集固/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–声波除尘装置6.1机械除尘器干式机械除尘器主要的类型有：重力沉降室惯性力除尘器离心力除尘器优点：结构简单、易于制造、造价低、施工快、便于维护、阻力小等缺点：净化效率低，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。用途：前置预除尘一、重力沉降室1、层流式重力沉降室的除尘原理及计算（1）除尘原理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（2）层流式重力沉降室假定沉降室内气流为柱塞流；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QLWHvLt0QLWHuvLutuhsssc0在时间t内，粒径为dp的颗粒的重力沉降高度为设沉降室的长、宽、高分别为L、W、H，水平气流速度为v0(m/s)，处理气体流量为Q（m3/s），则气流在沉降室内的停留时间则对粒径为dp的颗粒的分级除尘效率为QLWuHvLuHhssci0当沉降室中粒子沉降运动处于斯托克斯区域时，则重力沉降室能100%捕集的最小粒径为：WLgQLgHvdpp18180min为简化计算和分析，除特殊说明外，以后都采用斯托克斯公式。从沉降效率公式可以看出，提高沉降室除尘效率的主要途径为：降低沉降室内的气流速度，增加沉降室长度或降低沉降室高度。在总高度不变的情况下，在沉降室内增设几块水平隔板，形成多层沉降室，此时沉降效率为：QnLWusi1118)1(180minngWLQngLHvdpp＝多层沉降室1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板(3)湍流式重力沉降室的除尘原理设dt时间内气流通过微元距离dx=v0dt，颗粒浓度由Ci变化至Ci+dCi，同时距捕集表面距离为usdt以内的所有粒径为dp颗粒将沉降到表面Ldtvdx0iC)(iidCCiC1iC2dtusi0vH则在dx距离内dt时间对dp颗粒的捕集率为：HvdxuHdtuCdCssii0从沉降室进口（x=0，Ci=C1i）到出口（x=L，Ci=C2i）对上式积分：QLWuHvLuCCHvLuCCdxHvuCdCsisiiisiiLsCCiiiiexp1exp11ln0120120021（4）设计计算出欲100％捕集粒子的沉降速度；确定沉降室内气流速度和沉降室高度；根据公式计算出沉降室长度和宽度。（3）特点优点是结构简单、造价低廉、耗能小，损失大约为50~130Pa；净化效率：对30~50μm的粉尘，效率达60~80%，但对小于5μm的粉尘，净化效率几乎等于零。应用范围：适用于净化密度大、粒径粗的粉尘。参照P165页，例6－1作如下练习题：拟采用重力沉降室捕集粒径为45μm，真密度为2100kg/m3的粒子，假定气流速度为0.65m/s，沉降室高度为1.2m，试求当捕集效率为85％时沉降室的长度。二、惯性除尘器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。•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100～1000Pa三、旋风除尘器使含尘气流作旋转运动，借离心力将尘粒从气流中分离捕集下来。1.旋风除尘器内气流流型简介气流：外涡旋内涡旋上涡旋粉尘：通常把内、外涡旋的全速度分解成为三个速度分量：切向速度、径向速度和轴向速度。（1）切线速度根据”涡旋”定律,外涡旋的切向速度3.014.028367.011TDnn≤1，常称为涡流指数。可由下式估算常数nTRv旋风除尘器直径内涡旋的切向速度正比于旋转半径R,比例常数等于气流的旋转角度ωRvt/因此,在内、外涡旋交界圆柱面上，气流的切向速度最大。实验测量表明，交界圆柱直径d0＝（0.6－1.0）de（de是排气筒直径）。（2）旋转气流的径向速度根据塔林登（TerLinden）测量的结果，可以近似认为外涡旋气流均匀地经过内、外涡旋交界面进入内涡旋，近似地认为气流通过这个圆柱面时的平均速度就是外涡旋气流的平均径向速度。m.,20000度交界圆柱面的半径和高和hrhrQvr（3）轴向速度外涡旋轴向速度向上，内涡旋向下。在内涡旋轴向速度在排出管底部达到最大值。2.旋风除尘器的压力损失旋风除尘器的压力损失可以用下式表示局部阻力系数。气体入口速度烟气密度m/s;,;kg/m,211321vvpξ一般会在除尘器的性能参数中给出,也可以用下式估算：。排气筒直径除尘器进口面积m,;,/1622eedmAdA3.旋风除尘器的除尘效率—假想圆筒理论在内外涡旋的交界面上，尘粒受到的力有：离心力Fc和向心气流的阻力FD。如果FcFD,尘粒被捕集；如果FcFD,尘粒被排出；如果Fc＝FD,尘粒被捕集和排出的可能性各50％。定义此时的粒径为分割直径，用dc表示。m/s.,m/s;,183/602000203气流径向速度度交界面处气流的切向速rTTprcrcTpcDcvvvvrdvdrvdFFdc越小,表明除尘器的性能越好,净化效率越高。当dc确定后，可以根据雷斯－利希特模式计算其他粒子的分级效率])(6931.0exp[111ncpidd4.影响旋风除尘器效率的因素（1）二次效应——粒子返流按照假想圆筒理论，大于分割直径的粒子，可达到100％的捕集效率；小于分割直径的粒子，不会被捕集。但实际情况并非如此。如下图所示。（2）比例尺寸：高效旋风除尘器的各个部件都有一定的尺寸比例，某个比例关系的变动，能影响旋风除尘器的效率和压力损失。比例变化效率压损投资除尘器直径D↑↓↓↑筒体长度L↑↑略有↓↑入口面积（流量不变）↑↓↓－入口面积（流速不变）↑↓↑↓锥体长度H↑↑略有↓↑锥体的排出孔↑↑或↓略有↓－锥体的排出孔↓↑或↓略有↑－排出管伸入器内长度↑↑↑↑排气管管径↑↓↓↑（3）烟尘的物理性质影响旋风除尘器净化效率的烟尘性质有：气体的密度和粘度、尘粒的大小和比重、烟气含尘浓度。－烟气密度；－粉尘密度；，－－－烟气粘度；，－－ggaagbbbababa1001001001005.05.0。干净空气时的压力损失，－烟气入口含尘浓度；，－－ccdabbaPPPP129.2013.0100100d15.0111182.011（4）操作变量提高烟气入口流速，旋风除尘器分割直径变小，使除尘器性能改善。作为粗略估算，除尘效率和处理气体流量之间的关系为：,1001005.0QQQabba－5.旋风除尘器的结构(1)按进气方式分类切向进入式（直入式和蜗壳式）和轴向进入式（2）按气流组织分类回流式、直流式、平流式和旋流式（3）多管旋风除尘器(4)尺寸结构•D不小于0.15m•L=(1.5~2)D•H=(2.5~3)D•L+H5D•A=hBh=(0.4~0.5)DB=(0.2~0.25)D•k=A/πD2类型系数k小，效率高•de=(0.4~0.6)D•圆锥角7~8°6.设计选型●收集资料（气流特性、粉尘特点、净化要求、各类除尘器特征、粉尘回收/排放/污染等）●选型计算步骤计算η选结构形式确定进口气速计算进口截面积确定圆筒直径和尺寸规格核算Δp6.2湿式除尘器是用洗涤水或其它液体与含尘气体相互接触实现分离、捕集粉尘粒子的装置。湿式除尘器与其它除尘器相比具有如下优点：1、在能耗相同的情况下，湿式除尘器的除尘效率比干式机械除尘器的除尘效率高。2、能净化高温、高湿、高比阻、易燃、易爆的含尘气体。3、湿式除尘器在去除气体中粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些有毒有害的气态污染物。湿式除尘器的缺点：1、从湿式除尘器排出的沉渣需要处理，容易造成二次污染，而且也浪费水资源；2、净化含有腐蚀性的气态污染物时，除尘系统需采取防腐措施，投资费用增高；3、湿式除尘器不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体；4、在寒冷地区湿式除尘器容易结垢，因此要采用防冻措施；5、不利于副产品的回收。一、湿式除尘器的分类a.按能耗大小分类低能湿式除尘器高能湿式除尘器压力损失0.2～1.5kPa2.5～9.0kPa耗水量0.5～3.0L/m30.3～1.5L/m3净化效率90～95%(10μm)99.5％(10μm)设备举例喷雾塔、旋风洗涤器文丘里洗涤器b.按净化机理可分七类：①重力喷雾洗涤器；②旋风洗涤器；③自激喷雾洗涤器；④板式洗涤器；⑤填料洗涤器；⑥文丘里洗涤器；⑦机械诱导喷雾洗涤器；主要湿式除尘器的性能比较装置气速m/s液气比L/m3压损Pa分割直径μm喷淋塔0.1～22～3100～5003.0填料塔0.5～12～31000～25001.0旋风洗涤器15～450.5～1.51200～15001.0转筒洗涤器300～750r/min0.7～2500～15000.2冲击式洗涤器10～2010～500～1500.2文丘里洗涤器60～900.3～1.53000～80000.1二、湿式除尘器的除尘机理1、惯性碰撞参数和除尘效率定义：运动颗粒的停止距离xs与液滴直径Ds的比值为惯性碰撞参数，以NI表示。则按照课本P153页式（5－92)斯托克斯准数的定义，有CDpppssIDCuudDxNSt9222分析：(1)若xs大于粒子开始偏离流线那一点至液滴的距离xd，颗粒和液滴就会发生碰撞。所以，NI↑，捕集效率↑；(2)当颗粒的直径和密度一定时，（up-uD）↑，NI↑；Dc↓，NI↑；（3）若Dc↓↓，则（up-uD）↓↓，NI↓。重力喷雾塔中碰撞效率和液滴直径的关系约翰斯顿(Johnstone)等人的研究结果是:INKLexp1＝K—关联系数,其值取决于设备的几何结构和系统操作条件；L—液气比,L/1000m3气体。2、接触功率与除尘效率接触功率：包括输送气体和雾化、喷淋液体所需的功率。接触功率能很好的关联湿式除尘器压力损失和除尘器效率之间的关系，被工业界广泛接受。设总能量Et有两部分组成：气流通过洗涤器时的能量损失Eg和雾化喷淋液体过程中消耗的能量El。tNe1ttEN除尘效率可以用传质单元数Nt来表示对于给定的洗涤器和颗粒物，传质单元数和接触功率之间有明确的关联。对于一系列洗涤器的研究表明，在对数坐标系内传质单元数与总能量消耗之间的关系为一直线，可以用下式表示：其中，α和β为特征参数，有被捕集粉尘的特性和洗涤器类型决定。课本P203页，表6－8给出了部分工业应用中的α和β值。3分割粒径和除尘效率的关系对于多分散气溶胶体系（非单一粒径），控制装置的总除尘效率将取决于粉尘的粒径分布和对该粉尘的分级效率。而对于惯性分离装置的分级通过率可以表示为iBaeiedAP1exp式中：Ae、Be——均为常数；da——粒子的空气动力学直径。当粒径dp大于1μm或粒径分布服从对数正态分布的特殊情况下，作为近似计算，可以用实际粒径dp代替空气动力学直径da。pggpgpBeplilitddddddAddqPdGPPe20p100ln2lnexpln21exp对多种形式的对数正态分布，求解的结果见下图。为了推算总通过率，必须首先确定洗涤器的分割直径。卡尔佛特（Calvert）等人关联了洗涤器分割直径与气相压力损失或输送给洗涤