理学大气污染控制工程课件

第六章 除尘装置 n n教学内容:n n机械除尘器n n电除尘器n n湿式除尘器n n过滤式除尘器n n除尘器的选择与发展1 1 第六章 除尘装置教学重点教学重点 掌握机械除尘器作原理、结构与设计；掌握机械除尘器作原理、结构与设计；掌握电除尘器的工作原理，了解其选型和设计；掌握电除尘器的工作原理，了解其选型和设计；掌握过滤式除尘器的工作原理，了解其选型和设计掌握过滤式除尘器的工作原理，了解其选型和设计教学难点教学难点 电除尘器的工作原理电除尘器的工作原理 过滤式除尘器的工作原理及设计。过滤式除尘器的工作原理及设计。建议学时数：1012学时 2 2除尘装置概述除尘装置概述n n从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为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除尘装置 n n湿式除尘装置湿式除尘装置 n n干式除尘装置干式除尘装置 n n按分离原理分类按分离原理分类 ：n n机械式除尘装置机械式除尘装置 n n湿式除尘装置湿式除尘装置n n过滤式除尘装置过滤式除尘装置n n电除尘装置电除尘装置n n声波除尘装置声波除尘装置 袋式除尘袋式除尘电除尘电除尘重力除尘重力除尘惯性除尘惯性除尘湿式除尘湿式除尘3 31 机械除尘器机械除尘器n n机械除尘器通常指利用质量力机械除尘器通常指利用质量力n n （重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置体分离的装置n n常用的有：常用的有：n n 重力沉降室重力沉降室 n n 惯性除尘器惯性除尘器n n 旋风除尘器旋风除尘器4 4一、重力沉降室一、重力沉降室n n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装置 n n气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重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颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降 n n层流式和湍流式两种层流式和湍流式两种 5 56 67 71.层流式重力沉降室n n几点假设：n n通过沉降室断面的水平气流速度分布是均匀的，且呈层流状态n n在沉降室入口断面上粉尘分布是均匀的n n在气流流动方向上，尘粒和气流具有同一速度8 89 91.层流式重力沉降室层流式重力沉降室n n已知：沉降室的长宽高分别为已知：沉降室的长宽高分别为L L、W W、H H，处理烟气量为，处理烟气量为Q Q n n气流在沉降室内的停留时间？气流在沉降室内的停留时间？n n粒径为的尘粒以沉降速度下降，粒径为的尘粒以沉降速度下降，n n 从顶部降落至底部所需的时间？从顶部降落至底部所需的时间？n n怎样使粒径为的尘粒全部沉降下来？怎样使粒径为的尘粒全部沉降下来？1010气流速度气流速度u u一般取值范围为一般取值范围为0.20.22 2?1111?层流区：雷诺数层流区：雷诺数11，对球形粒子而言：，对球形粒子而言：当介质为空气时当介质为空气时pp则有：则有：1212气流速度气流速度u u一般取值范围为一般取值范围为0.20.22 2 知知L L，可求，可求H H、可求、可求W W 知知H H，可求，可求L L、可求、可求W W1313n n若已知若已知L L、H H，对于粒径为捕集效率？，对于粒径为捕集效率？n n在在t t时间内粒子的沉降距离？时间内粒子的沉降距离？n n HH，dd达到达到100%100%n n H H，?n n该粒子的捕集效率该粒子的捕集效率?1414已知：密度为p、粒径为、沉降速度为尘粒，在t秒内沉降的高度为h，当时，100%粒径大于，分级效率=？粒径小于，分级效率=？1515n n对于粒子，重力沉降室能对于粒子，重力沉降室能100%100%捕集的最小粒子的捕集的最小粒子的=?=?n由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分 级级效率公式的一半作为实际分级效率效率公式的一半作为实际分级效率 1616n n提高沉降室效率的主要途径：n n降低沉降室内气流速度un n增加沉降室长度Ln n降低沉降室高度Hn n沉降室内的气流速度一般为0.32.01717不同粉尘的最高允许气流速度不同粉尘的最高允许气流速度1818n n提高沉降室效率的主要途径：n n降低沉降室内气流速度un n增加沉降室长度Ln n降低沉降室高度Hn nu过小或L过大，都会使沉降室体积庞大，怎样提高效率？1919多层沉降室多层沉降室n n多层沉降室：设置多层沉降室：设置n n层水平隔板，使沉降高度层水平隔板，使沉降高度减少为原来的减少为原来的1/1/（1 1）n n考虑清灰的问题，一般隔板数在考虑清灰的问题，一般隔板数在3 3以下以下2020多层沉降室多层沉降室多层沉降室多层沉降室1.锥形阀；锥形阀；2.清灰孔；清灰孔；3.隔板隔板2121沉降室类型：沉降室类型：22222323242425254.4.重力沉降室的设计重力沉降室的设计2626n n设计要求设计要求n n沉沉降降室室内内的的气气体体流流速速一一般般取取0.40.41 1，应应尽尽可可能能选选低低一一些些，一一保保持接近层流状态持接近层流状态n n沉沉降降室室的的高高度度应应根根据据实实际际情情况况确确定定，H H应应尽尽量量小小一一些些，因因为为H H越越大大，所所需需的的沉沉降降时时间间越越长长，势势必必加加长长沉沉降室长度降室长度n n为为保保证证沉沉降降室室横横截截面面上上气气流流分分布布均均匀匀，一一般般将将进进气气管管设设计计成成渐渐宽宽形形，若若受受场场地地限限制制，可可装装设设导导流流板板、扩散板等气流分布装置扩散板等气流分布装置n n用用于于净净化化高高温温烟烟气气时时，由由于于热热压压作作用用，排排气气口口以以下下的的空空间间的的气气流流有有可可能能减减弱弱，从从而而使使除除尘尘效效率率降降低低，应应使使沉沉降降室室的的进进出出口口位位置置设设计计得得低低一些一些2727n n设计步骤：n n根据要求来确定该沉降室应能100%捕集的最小尘粒的粒径n n根据粉尘的密度计算最小尘粒的沉降速度n n选取沉降室内气体流速un n根据现场的情况确定沉降室的高度Hn n按照公式计算沉降室的长度L和宽度W2828n n设计一锅炉烟气重力沉降室，已知烟气量2800m3，烟气温度150，此温度下烟气动力黏度=2.410-5s，烟尘真密度21003，要求能去除30 m的烟尘。n n （0.25，1.5m，H1.7m）29293.重力沉降室优缺点n n优点n n结构简单n n投资少n n压力损失小（一般为50100）n n维修管理容易n n缺点n n体积大n n效率低n n仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子，一般粒径大于50m的粗粉尘3030二、惯性除尘器n n1.机理n n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 3131n n2.惯性除尘器结构形式n n冲击式气流冲击挡板捕集较粗粒子冲击式惯性除尘装置冲击式惯性除尘装置a单级型单级型 b多级型多级型3232 反转式反转式改变气流方向捕集较细粒子改变气流方向捕集较细粒子反转式惯性除尘装置反转式惯性除尘装置a a 弯管型弯管型 b b 百叶窗型百叶窗型 c c 多层隔板型多层隔板型333334343535设备示意图36363.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1020m以上的粗颗粒压力损失10010003737n n原理n n旋风除尘器内气流与尘粒的运动n n压力损失n n旋风除尘器效率n n影响效率的因素n n结构型式n n设计选型n n特点三、旋风除尘器三、旋风除尘器3838三、旋风除尘器三、旋风除尘器普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体、排气管、集尘室组成普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体、排气管、集尘室组成3939n n1.1.1.1.旋风除尘器内气流与尘粒的运动旋风除尘器内气流与尘粒的运动旋风除尘器内气流与尘粒的运动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气流沿外壁由上向下旋转运动动外涡旋外涡旋 旋转气流在锥体底部转而向旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转上沿轴心旋转内涡旋内涡旋 气流从除尘器顶部向下高速气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细旋转时，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管壁旋转向下，最后从排出管排出排出上涡旋上涡旋4040气流运动包括切向、轴气流运动包括切向、轴向和径向：向和径向：切向速度切向速度 轴向速度轴向速度 径向速度径向速度 切向速度决定气流质点切向速度决定气流质点离心力大小，颗粒在离心离心力大小，颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁力作用下逐渐移向外壁到达外壁的尘粒在气流到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面和重力共同作用下沿壁面落入灰斗落入灰斗4141n nA A、切向速度、切向速度n n根据根据“涡旋定律涡旋定律”，外涡旋的切向速度反比于旋转半径，外涡旋的切向速度反比于旋转半径R R的的n n次方次方n nRR气流质点的旋转半径气流质点的旋转半径n nnn涡流指数涡流指数 n n 1 1n n外旋流外旋流n n n1 n ，颗粒移向外壁n n若 ，？n n,T,即满足要求，否则按要求重新计算。即满足要求，否则按要求重新计算。确定型号规格确定型号规格 计算压力损失。计算压力损失。7070n n经验法：经验法：n n 计算所要求的除尘效率计算所要求的除尘效率；n n 选定除尘器的结构型式；选定除尘器的结构型式；n n 根根据据选选用用的的除除尘尘器器的的实实验验曲曲线线，确确定定入口风速；入口风速；n n 根据气量根据气量Q，入口风速计算进口面积，入口风速计算进口面积A；n n 由旋风器的类型系数由旋风器的类型系数n n 求求除除尘尘器器筒筒体体直直径径D，然然后后便便从从手手册册中中查查到到所需的型号规格。所需的型号规格。6.旋风除尘器的设计旋风除尘器的设计71716.旋风除尘器的设计n n选择除尘器的型式 n n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 n n 根据允许的压力降确定进口气速，n n 或取为 1225 n n 确定入口截面A，入口宽度b和高度h n n 确定各部分几何尺寸 72726.旋风除尘器的设计（续）n n旋风除尘器的比例尺寸旋风除尘器的比例尺寸尺寸名称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0.6D0.6D0.6D0.58D筒体长度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D锥体长度，H上0.50D下1.00D2.3D2.0D1.3D灰口直径，d10.296D0.43D0.3D0.145D进口速度为右值时的压力损失12m/s700（600）5000（420）860（770）440（490）15m/s1100（940）890（700）1350（1210）670（770）18m/s1400（1260）1450（1150）1950（1740）990（1110）73736.旋风除尘器的设计（续）n n也可选择其它的结构，但应遵循以下原则也可选择其它的结构，但应遵循以下原则 n n为防止粒子短路漏到出口管，为防止粒子短路漏到出口管，hshs，其中，其中s s为排为排气管插人深度；气管插人深度；n n为避免过高的压力损失，为避免过高的压力损失，bb（D D）/2/2；n n为保持涡流的终端在锥体内部，（）为保持涡流的终端在锥体内部，（）3D3D；n n为利于粉尘易于滑动，锥角为利于粉尘易于滑动，锥角7o7o8o8o；n n为获得最大的除尘效率，为获得最大的除尘效率，n n 0.4 0.40.50.5，n n （）（）881010；n n 1 1；7474n n特点：n n 结构简单、占地面积小，投资低，操作维修方便n n 压力损失较大，动力消耗也较大n n 可用于各种材料制造，能用于高温、高压及腐蚀性气体，并可回收干颗粒物。n n缺点：n n 效率80%左右n n 捕集5m颗粒的效率不高，一般作预除尘用。三、旋风除尘器三、旋风除尘器7575n n【例6-2】：已知一90型旋风除尘器在选取入口速度v1=13时，处理气体量1.37m3。试确定净化工业锅炉烟气（温度为423K，烟尘真密度为2.13）时的分割直径和压力损失。已知该除尘器筒体直径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）=2.4105s。n n 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=13，n n 取内、外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7，根据式（610）n n由式（6一9）得气流在交界面上的切向速度n n 由式（612）计算 7676n nP171 P171 例例6-26-2（续）（续）n n 根据式（根据式（6 61616）n n 此时旋风除尘器的分割直径为此时旋风除尘器的分割直径为5.31m5.31m。n n 根据式（根据式（5 51313）计算旋风除尘器操作条件下的压力损）计算旋风除尘器操作条件下的压力损失：失：423K423K时烟气密度可近似取为时烟气密度可近似取为77776.旋风除尘器的设计（续）n nP177P177【例例6-2 6-2】已已知知烟烟气气处处理理量量5000m35000m3，烟烟气气密密度度=1.2=1.2 m3m3，允允许许压压力损失为力损失为900900。若选用型旋风除尘器，试求其主要尺寸。若选用型旋风除尘器，试求其主要尺寸。n n解：由式（解：由式（6 62626）n n 根据表根据表6 61 1，5.85.8n n v1 v1 的计算值与表的计算值与表5 53 3的气速与压力降数据一致。的气速与压力降数据一致。n n 参考品系列；取参考品系列；取700700，7878小结n n一、重力沉降室设计要求一、重力沉降室设计要求一、重力沉降室设计要求一、重力沉降室设计要求n n1 1保保证证粉粉尘尘能能沉沉降降，L L足足够长；够长；n n2 2气气流流在在沉沉降降室室的的停停留留时时间间要要大大于于尘尘粒粒沉沉降降所所需需的的时间。时间。n n 3 3能能100%100%沉沉降降的的最最小小粒粒径径 二、旋风除尘器的二、旋风除尘器的设计步骤：设计步骤：尺寸比例确定；旋风除尘器的压力降；效率。7979