第三讲旋风除尘器

第二节旋风除尘器旋风除尘器也称作离心力除尘器，是利用含尘气流作旋转运动产生的离心力把尘粒从气体中分离出来的装置。在通常情况下，旋风除尘器能捕集5μm以上的尘粒，其除尘效率可达90%以上。旋风除尘器6.设计选型4.除尘效率5.除尘器性能影响因素2.原理、气流运动1.结构组成3.压力损失旋风除尘器一、机械除尘器1、按除尘效率和处理风量分：（1）高效旋风除尘器：筒体直径较小（900mm），效率高：95%。K=6-13.5（2）高流量旋风除尘器：直径较大（1.2-3.6m），处理流量大。除尘效率：50-80%。K3（3）通用旋风除尘器：K=4-6，除尘效率：80-90%相对截面比（K）：进气口截面面积和筒体截面面积之比。旋风除尘器类型2、按气流导入情况分：进气方式有切向导入式和轴向导入式两大类，同时根据气流进入旋风除尘器后的流动路线（反转、直流）或二次风的形式，可分为下列几种a、切流反转式旋风除尘器：常见的型式，含尘气体由筒体的侧面沿切线方向导入。根据不同的进口型式又可分为蜗壳进口、螺旋面进口和狭缝进口。b、轴流式旋风除尘器：利用导流叶片促进气流在旋风除尘器内旋转，在相同的压力损失下，能够处理的气体流量大，且气流分布较均匀，主要用于多管旋风除尘器和处理气量大的场合。根据气体在旋风除尘器内的流动感情况，可分为轴流反转式（f）、轴流直流式（g）轴流直流式旋风除尘器的压力损失最小，尤其适用于动力消耗不宜过大的地方，但除尘效率较低。3、按排气方式分可分为轴向排灰和周边排灰两种。轴向排灰最为常见，包括切向进气—轴线排气（图a）和轴向进气—轴向排气（图c）两种，其清除下来的粉尘集中由下部排除。周边排灰则包括切向进气—周边排气（图d）和轴向进气—周边排气（图d）两种，采用周边排气需要同时抽出少量气体另行净化。4、按清灰方式分类可分为干式和湿式两种。在旋风除尘器中，粉尘被分离都除尘器筒体内壁上后，直接依靠重力和旋转气流的推力而落于灰斗中，称为干式清灰。如果通过喷水或淋水的方法，将内壁上粉尘冲洗到灰斗中，则称为湿式清灰。属于湿式清灰的旋风除尘器有：水膜除尘器和中心喷水（雾）旋风除尘器。由于采用湿式清灰，消除了反弹、冲刷等引起的二次扬尘，因而除尘效率可显著提高。旋风除尘器排灰装置：锁气器(a)双翻板式(b)回转式旋风除尘器实验室装置3、按结构型式分：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。具有处理风量大,除尘效率较高的特点。（1）多管旋风除尘器多管旋风除尘器设有旁路分离室,利用上旋涡分离粉尘,从而提高除尘效率.为了使除尘器顶部空间形成明显的上旋涡,进气口上沿离顶盖要相距一定的距离。（2）旁路式旋风除尘器它是一种具有呈倒锥体形状的锥体,并在锥体的底部装有反射屏的旋风除尘器.反射屏可防止上升气流卷起粉尘,从而提高除尘效率。（3）扩散式旋风除尘器1、旋风除尘器的工作原理和分离理论普通旋风除尘器是由进气筒、筒体、锥体和排气管等组成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，最后被到达顶部的上升气流从排出管排出。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一、机械除尘器20旋风除尘器内气流与尘粒的运动3、旋风除尘器切向速度外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的n次方此处n≤1,称为涡流指数0h：2、旋风除尘器内的速度场和压力场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，则平均径向速度——r0和h0分别为交界圆柱面的半径和高度压力分布旋风除尘器内的全压和静压的径向变化非常显著，由外壁向轴心逐渐降低，周新出静压为负值，负压一直延伸到锥体底部后达到负压最大值（-300Pa）。有图是除尘器在正压（900Pa）条件下得到如果除尘器在负压下工作，其底部的负压值会更大。所以，旋风除尘器底部一定要保持严密，如果不严密就会从底部吸入大量外部空气，形成一股上升气流，将已分离出来的一部分粉尘重新带出除尘器，使除尘效率大幅度降低。1.若FC＞FD，粒子在离心力作用下运动到除尘器外壁，被捕集；2.若FC＜FD，粒子在向心力气流带动下，进入内漩涡，从排气管排出；3.若FC＝FD，粒子在交界面上不停旋转，进入内、外漩涡的可能性各为50％，此时该粒径粒子的分级除尘效率为50％，粒径记为dc，也称为分割粒径。一、机械除尘器283、旋风除尘器对于球形Stokes粒子分割粒径rcTpcdrd3602032/120018Tprcrddc愈小，说明除尘效率越高，性能愈好一、机械除尘器29旋风除尘器的除尘效率3、旋风除尘器一、机械除尘器303、旋风除尘器2/120018Tprcrd一、机械除尘器313、旋风除尘器旋风除尘器旋风除尘器的压力损失：局部阻力系数A：旋风除尘器进口面积局部阻力系数212inPV216eAd旋风除尘器型式XLTXLT⁄AXLP⁄AXLP⁄Bξ5.36.58.05.8旋风除尘器旋风除尘器的压力损失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，压力降明显下降操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa旋风除尘器旋风除尘器的除尘效率计算分割直径是确定除尘效率的基础在交界面上，离心力FC，向心运动气流作用于尘粒上的阻力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%旋风除尘器旋风除尘器的除尘效率（续）对于球形Stokes粒子分割粒径dc确定后，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230036TcpcrVddVr1/202018rcpTVrdV])(6931.0exp[11nVcpidd22(/)1(/)picipicdddd旋风除尘器旋风除尘器的除尘效率－模型2将旋风除尘器视为利用离心力进行沉降的沉降室•沉降室长度为NπD•沉降室高度为b•沉降速度＝径向速度Vr活塞流纵向湍流TirNDVbV1exp()TirNDVbV旋风除尘器旋风除尘器分级效率曲线旋风除尘器例题：已知XZT一90型旋风除尘器在选取R入口速度v1=13m/s时，处理气体量Q=1.37m3/s。试确定净化工业锅炉烟气（温度为423K，烟尘真密度为2.1g/cm3）时的分割直径和压力损失。已知该除尘器简体直径0.9m，排气管直径为0.45m，排气管下缘至锥顶的高度为2.58m，423K时烟气的粘度（近似取空气的值）µ=2.4×10－5pa﹒s。解:假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度，即v1=13m/s，取内、外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7de，根据式（6－10）由式（6一9）得气流在交界面上的切向速度由式（6－12）计算62.0]283423][)9.0(67.01[1]283)][(67.01[13.014.03.014.0TDn0.6200.9130.70.4524.92/Tvms（）＝001.370.54/220.70.2252.58rQvmsrh＝旋风除尘器例题（续）根据式（6－16）此时旋风除尘器的分割直径为5.31μm。根据式（5－13）计算旋风除尘器操作条件下的压力损失：423K时烟气密度可近似取为51/20220618182.4100.540.70.225[][]210024.925.31105.31rcpTvrdvmmPavPdAmkgTc54713834.033.8212133.845.01337.116/16/834.0423273293.1221223＝）（＝旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素二次效应－被捕集粒子的重新进入气流•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•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•临界入口速度旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素（续）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•排出管直径愈少分割直径愈小，即除尘效率愈高；直径太小，压力降增加，一般取排出管直径de=（0.4─0.65）D。•特征长度（naturallength）-亚历山大公式•旋风除尘器排出管以下部分的长度应当接近或等于，筒体和锥体的总高度以不大于五倍的筒体直径为宜。21/32.3()DldeAl旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素（续）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旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素（续）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)回转式旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素（续）烟尘的物理性质•气体的密度和粘度、尘粒的大小和比重、烟气含尘浓度5.0)(100100baba5.0)(100100gaagbbba0.18211100()100abba1/210.013(2.291)cdPP旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素（续）操作变量•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5.0)(100100abbaQQ）smDDbDbvp/()/1()/(3030201.02.121旋风除尘器结构形式进气方式分•切向进入式•轴向进入式a.直入切向进入式b.蜗壳切向进入式c.轴向进入式旋风除尘器结构形式（续）气流组织分•回流式、直流式、平旋式和旋流式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•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旋风除尘器的设计选择除尘器的型式根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征、及除尘要求、允许的阻力和制造条件等因素根据允许的压力降确定进口气速，或取为12-25m/s确定入口截面A，入口宽度b和高度h确定各部分几何尺寸12pv1QAbhv旋风除尘器的设计旋风除尘器的比例尺寸3/A2/A5.2/A75.1/AA3A2A5.2A75.1尺寸名称XLP/AXLP/BXLT/AXLT入口宽度，b入口高度，h筒体直径，D上3.85b下0.7D3.33b（b=0.3D）3.85b4.9b排出筒直径，de上0.6D下0.60.6D0.6D0.58D筒体长度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D锥体长度，H上0.50D下1.002.3D2.0D1.3D灰口直径，d10.0296D0.43D0.3D0.145D进口速度为右值时的