1、第二章 除尘器的设计与应用(一)【课时安排】2.1重力沉降室及惯性除尘器 2学时2.2旋风除尘器 2学时2.3袋式除尘器 0.5学时2.4颗粒层除尘器 0.5学时2.5湿式除尘器 1学时总计 6学时【掌握内容】1层流式重力沉降室的设计计算2旋风除尘器的结构和工作原理3旋风除尘器的速度分布4管式电除尘器的结构和工作原理5文丘里除尘装置的结构和工作原理6袋式除尘器的除尘机理7湿式除尘器的除尘机理【熟悉内容】1旋风除尘器的压力损失结构及影响除尘效率的因素2影响电除尘器除尘的主要因素3影响袋式除尘器除尘的主要因素【教学难点】1旋风除尘器的工作原理2电除尘器的工作原理【教学重点】1重力沉降室的设计2旋风
2、除尘器的结构和工作原理3文丘里除尘装置的结构和工作原理【教学目标】掌握常用除尘装置的结构和除尘机理【教学内容】2.1 重力沉降室及惯性除尘器【授课时间】2学时【教学手段】课堂讲授【教学过程】一 重力沉降室最简单的除尘器1定义：通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置 2结构及工作原理：结构：原理：含尘气体由断面较小的风管进入重力沉降室后，由于流动截面积扩大，使气流速度大大降低，气流为层流，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。二、层流式重力沉降室的设计假设：通过重力沉降室断面的水平气流的速度V分布式均匀的，呈层流状态；入口断面上粉尘分布均匀，即每个颗粒以自己的末端沉降速度沉降，互不影响；在水
3、平方向上尘粒和气流速度相等为v0，在垂直方向上，以末端沉降速度沉降us沉降，忽略流体阻力，只受重力和流体阻力的作用。设沉降室的长、宽、高分别为L、W、H，处理烟气量为Q （m3/s） 1气流在沉降室内的停留时间t；2在t时间内粒子的沉降距离为：3该粒子的分级除尘效率及总效率a 若hC50m。6重力沉降室的优点：结构简单，施工容易投资少，造价低压力损失小（一般为50100Pa）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二 惯性除尘器1 除尘机理：为提高除尘效率，沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，或气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用
4、，使其与气流分离。2结构形式冲击式（惯性碰撞式）气流冲击挡板捕集较粗粒子反转式（气流折转式）改变气流流动方向捕集较细粒子冲击式惯性除尘器（a单级型 b多级型）反转式惯性除尘器（a 弯管型 b 百叶窗型 c 多层隔板型）说明：气流速度越高，气流流动方向转变角度越大，转变次数越多，净化效率越高，阻力损失越大；一般适于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘；对于粘结性和纤维性粉尘，易堵塞，不宜采用；压力损失1001000Pa； 与重力沉降室相比，除尘效率明显改善，适于捕集1020m以上的粗颗粒，一般只用于多级除尘中的一级除尘。2.2旋风除尘器【授课时间】2学时【教学手段】课堂讲授【教学过程】一除尘原理
5、：利用旋转的含尘气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置 二结构形式及工作过程1结构：普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成 2工作过程：含尘气体由除尘器进气口沿切线进入后，沿外壁自上向下做旋转运动。向下的旋转气流称外涡旋，外涡旋到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转，最后从排气管排出。向上旋转的气流称为内涡旋。内外涡旋的旋转方向是一致的。在外涡旋中粉尘在离心力的作用下向边壁移动，到达边壁的粉尘在下旋气流和重力的共同作用下沿壁面落入灰斗。主体气流：外涡旋内涡旋局部涡流：上涡流：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
6、下，最后从排出管排出下涡流：外涡旋在运动到锥体底部向上折转时产生的局部涡流，下涡流一直会延伸到灰斗，将灰斗中的细尘搅起被向上气流带走。另外，在外涡旋，少量气体沿径向运动到中心区域在内涡旋，存在离心的径向运动。局部涡流的存在降低的旋风除尘器的除尘效率。三旋风除尘器的速度气流运动包括：切向速度、轴向速度和径向速度 （1） 切向速度：沿着筒体切向，决定颗粒的离心力的大小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 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 = ( 0.61.0 ) de , de 为排气管直径 （2）径向速度：Vr假设
7、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，那么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。Q处理气体量r0，h0分别为交界圆柱面的半径和高度，m （3）轴向速度外涡旋的轴向速度向下，由上到下逐渐变小内涡旋的轴向速度向上，由下到上逐渐变大，在排出管底部达到最大值四 除尘器内的压力分布压力分布见下图： 全压和静压在径向变化非常显著，由外壁向轴心逐渐降低，轴心处为负值。说明：1）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 2)含尘浓度增高，压力降明显下降 3)操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa 5.旋风除尘器
8、的除尘效率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FC FD ，颗粒移向外壁若FC 正常工作振打后清洁滤料2 清洁滤料的影响3 粒径大小：dp=0.3m的粒子效率较低。因为恰是惯性与拦截捕集作用的下限，扩散的上限。（2）滤布结构与性质的影响 滤布结构与性质不同，效率也不同。绒布的效率大于素布的效率；长绒的大于短绒的（3）过滤速度（uf）的影响 A滤布总面积，m2； Q处理气量，m3/h比负荷qf： uf受到：1.滤尘机理的影响,较大粒子,要求大的uf,此时效率高,2m/min为宜。小于1m的粒子，减小过滤速度，则效率增大。 0.6-1.0m/m
9、in（4）清灰方式（5）含灰浓度等，过滤速度常采用的参考值见表7-1。P153，表7-6,P311。三 压力损失压力损失决定着装置的能耗大小、除尘效率、清灰时间间隔。除尘器的压力损失P包括清洁滤料的压力损失和泥料上粉尘层的压力损失 R为粉尘层的平均比阻力，Kg/m2，为=1Pas ，m=1Kg/m2时的粉尘阻力。气体粘度， Pas； 总阻力系数，1/m；0清洁滤料的阻力系数，1/m；Vf过滤速度，m/s；m滤料上的粉尘负荷，Kg/m2；R粉尘层平均比阻力，Kg/m2。四 滤料滤料性能对袋式除尘器的工作影响很大。性能良好的滤布应具备耐温、耐腐蚀、耐磨、效率高、阻力低、使用寿命长、成本低等优点。另
10、外与表面结构有关：表面光滑：容尘小，清灰方便，适于低浓度粉尘，风速不易过大。起绒毛：容尘量大，风速可较高，但必须及时清灰。近年来出现了许多耐高温的新型滤料，如聚四氟乙烯、芳香族聚酰胺等。各自特点见书，表7-2、P156。五 清灰方式清灰方式有两种：机械清灰和气流清灰。1 机械清灰利用机械传动使滤袋振动，迫使沉积在滤袋上的粉尘层落入灰斗。由三种方式：摆动（水平），又分上部摆和腰部摆两种；振动（垂直）；扭动（机械转动）。清灰风速一般在1-2m/s，压力损失在800-1200Pa。2 气流清灰利用反吹空气从反方向通过滤袋和粉尘层，借气流力使滤袋上的粉尘脱落。采用气流清灰，滤袋必须有支撑结构，如撑架或
11、网架等以免压扁滤袋。气流清灰有两种：逆气流清灰（Vf=2-3m/s）和脉冲喷吹清灰（Vf=2-4m/s）。六 袋式除尘器的选择设计和应用1 选择设计（1） 选定型式、滤料和清灰方式；（2） 求过滤面积A , Q处理气量，m3/h； Vf过滤风速，m/min。（3） 除尘器设计：确定滤袋尺寸直径d和高度L，求单只滤袋面积，求滤袋只数，滤袋布置。滤袋面积，滤袋个数例7-1：某县硅石矿系统总流量为5000N m3/h，气体组成近似于空气，温度50，粉尘主要成分硅石粉浓度6g/ m3，要求设计一袋式除尘器。解：设计方案步骤：1） 确定滤袋尺寸 滤袋采用DD9#涤纶，滤袋形式：圆形。清灰方式：机械清灰，
12、过滤风速为Vf=2m/min。过滤面积A2） 滤袋尺寸 取直径d=120mm，长度L=4m3） 求单只滤袋面积 4） 袋子只数 取33只5） 计算压力损失 Vf=2m/min=0.033m/s 取m(粉尘负荷)=0.1Kg/m2平均比阻力R=1.51010m/Kg =1.9610-5Kg/ms 0=4.81071/m6） 估算清灰周期T取P1100Pa取10分钟7） 其它设计内容 滤袋布置，袋子吊挂方式 壳体设计、箱体、进出气管、灰斗、入孔、操作平台等 清灰机构的设计 粉尘输送 管道、阀门、风机等2 应用袋式除尘器不宜处理含有油雾、凝结水、粘性大的粉尘气流，不耐高温，此设备效率高，广泛用于各工
13、业生产的除尘器中，尤其对细小干燥的粉尘更适宜。七 除尘效率丹尼斯（Dennisklemm）提出效率公式：cR脱除浓度 ， g/m3， 取0.5mg/m3；m粉尘负荷， g/m2； Pn无因次参数。2.4颗粒层除尘器【授课时间】0.5学时【教学手段】课堂讲授【教学过程】颗粒层除尘器是利用颗粒状物料(如硅石、砾石、焦炭等)作填料层的一种内部过滤式除尘装置。由于能耐高温、耐磨损除尘效率高，维修费用低、已引起人们注意。颗粒层除尘器的除尘机理与袋式除尘器类似，主要靠惯性截留及扩散作用等。过滤效率随颗粒层厚度，及其沉积的粉尘层厚度的增加而提高，压力损失也随之增大。2.5 湿式除尘器【授课时间】1学时【教学
14、手段】课堂讲授【教学过程】一 湿式除尘器及特点1定义：使含尘气体与液体 （一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置可以有效地除去直径为0.120m的液态或固态粒子，亦能脱除气态污染物高能和低能湿式除尘器：低能湿式除尘器的压力损失为0.21.5kPa，对10m以上粉尘的净化效率可达9095%高能湿式除尘器的压力损失为2.59.0kPa，净化效率可达99.5以上2特点：优点：在耗用相同能耗时，h比干式机械除尘器高。高能耗湿式除尘器清除0.1mm以下粉尘粒子，仍有很高效率；可与静电除尘器和布袋除尘器相比，而且还可适用于它们不能胜任的条件，如能够处理高温，高湿气
15、流，高比电阻粉尘，及易燃易爆的含尘气体；在去除粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些气态污染物。既起除尘作用，又起到冷却、净化的作用。缺点：排出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应重复回用净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水具有一定程度的腐蚀性，因此要特别注意设备和管道腐蚀问题不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体寒冷地区使用湿式除尘器，容易结冻，应采取防冻措施 3分类：根据湿式除尘器的净化机理，大致分为重力喷雾洗涤器旋风洗涤器自激喷雾洗涤器板式洗涤器填料洗涤器文丘里洗涤器机械诱导喷雾洗涤器 二 湿式除尘器的除尘机理 1惯性碰撞参数与除尘效率 简化模型：含尘气体与液滴相遇，在液滴前xd处
16、开始绕过液滴流动，惯性较大的尘粒继续保持原来的直线运动。尘粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离为粒子的停止距离xs，若xs大于xd；尘粒和液滴就会发生碰撞惯性碰撞参数NI：停止距离xs与液滴直径dD的比值对斯托克斯粒子up：粒子运动速度uD：液滴运动速度dD：液滴直径 除尘效率：NI值越大，粒子惯性越大，则II越高2接触功率与除尘效率 a根据接触功率理论得到的经验公式，能够较好地关联湿式除尘器压力损失和除尘效率之间的关系b接触功率理论：假定洗涤器除尘效率仅是系统总能耗的函数，与洗涤器除尘机理无关c总能耗Et:气流通过洗涤器时的能量损失EG+雾化喷淋液体过程中的能量消耗EL PG: 气体
17、压力损失，PaPL: 液体入口压力，PaQL,QG: 液体和气体流量，m3/s除尘效率3分割粒径与除尘效率 分割粒径法：基于分割粒径能全面表示从气流中分离粒子的难易程度和洗涤器的性能多数惯性分离装置的分级通过率可以表示为三 喷雾塔洗涤器 假定：a所有液滴具有相同直径b液滴进入洗涤器后立刻以终末速度沉降c液滴在断面上分布均匀、无聚结现象立式逆流喷雾塔靠惯性碰撞捕集粉尘的效率可以用下式预估：ut 一液滴的终末沉降速度，m/sVG空塔断面气速，m/sz气液接触的总塔高度，mhd单个液滴的碰撞效率说明：a喷雾塔结构简单、压力损失小，操作稳定，经常与高效洗涤器联用捕集粒径较大的粉尘b严格控制喷雾的过程，
18、保证液滴大小均匀，对有效的操作是很有必要四 旋风洗涤器1定义：干式旋风分离器内部以环形方式安装一排喷嘴，就构成一种最简单的旋风洗涤器2原理：喷雾作用发生在外涡旋区，并捕集尘粒，携带尘粒的液滴被甩向旋风洗涤器的湿壁上，然后沿壁面沉落到器底；在出口处通常需要安装除雾器；喷雾沿切向喷向筒壁，使壁面形成一层很薄的不断下流的水膜；含尘气流由筒体下部导入，旋转上升，靠离心力甩向壁面的粉尘为水膜所粘附，沿壁面流下排走 3压力损失：旋风洗涤器的压力损失范围一般为0.51.5kPa4特点：离心洗涤器净化dp5m的尘粒仍然有效耗水量L/G=0.51.5L/m3适用于处理烟气量大，含尘浓度高的场合可单独使用，也可安
19、装在文丘里洗涤器之后作脱水器由于气流的旋转运动，使其带水现象减弱可采用比喷雾塔更细的喷嘴五 文丘里洗涤器1结构和除尘机理结构： 文丘里洗涤器（收缩管， 喉管， 扩散管）除雾器沉淀池加压循环水泵除尘机理 a含尘气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，气流的压力能逐渐转变为动能b在喉管入口处，气速达到最大，一般为50180m/sc洗涤液 （一般为水）通过沿喉管周边均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和加速d充分的雾化是实现高效除尘的基本条件 通常假定：a微细尘粒以气流相同的速度进人喉管b洗涤液滴的轴向初速度为零，由于气流曳力在喉管部分被逐渐加速。在液滴加速过程中，由于液滴与粒子之间惯性碰撞，实现微细尘粒的捕集c碰撞捕集效率随相对速度增加而增加，因此气流入口速度必须较高 2.几何尺寸进气管直径D1按与之相联管道直径确定收缩管的收缩角1常取23o25o喉管直径DT按喉管气速vT确定，其截面积与进口管截面积之比的典型值为1：4vT的选择要考虑到粉尘、气体和洗涤液的物理化学性质、对洗涤器效率和阻力的要求等因素扩散管的扩散角2一般为5o7o出口管的直径Dz按与其相联的除雾器要求的气速确定 3.压力损失卡尔弗压力损失模式：4.除尘效率 卡尔弗特等人作了一系列简化后提出下式以计算文丘里洗涤器的通过率:
