大氣污染控制工程第4章機械式除塵器

1、第四章機械式除塵器第四章機械式除塵器 重力沉降室 慣性除塵器 旋風(fēng)除塵器機械式除塵器機械式除塵器 重力沉降室重力沉降室通過重力作用使塵粒從氣流中分離的一種除塵裝置。含塵氣流進入重力沉降室后，由于擴大了流動截面積而使氣流流速大大降低，使較重的顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降。 慣性除塵器慣性除塵器使含塵氣流與擋板相撞，或使氣流急劇地改變方向，借助其中粉塵粒子的慣性力使粒子分離并捕集的一種裝置。 旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器離心力除塵器是利用離心力從含塵氣體中將塵粒分離的設(shè)備。簡單的重力沉降室簡單的重力沉降室重力沉降室主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、造重力沉降室主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、耗能小，適用于凈化密度大、價

2、低廉、耗能小，適用于凈化密度大、粒徑粗的粉塵，去除粒徑粗的粉塵，去除3030一一50 m50 m的粉塵，的粉塵，效率達效率達6060一一8080，但對小于，但對小于5 m5 m的粉的粉塵凈化效率幾乎等于塵凈化效率幾乎等于0 0。沖擊式慣性除塵裝置沖擊式慣性除塵裝置a單級型單級型b多級型多級型反轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置反轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置a彎管型彎管型b百葉窗型百葉窗型 c多層隔板型多層隔板型慣性力除塵器一般多作為高效除塵器的前級除塵用它先除去較粗的塵粒慣性力除塵器一般多作為高效除塵器的前級除塵用它先除去較粗的塵?；驘霟釥顟B(tài)的粒子。這類除塵裝置通?？沙チ交驘霟釥顟B(tài)的粒子。這類除塵裝置通?？沙チ?0

3、-30um20-30um的塵粒。的塵粒。普通旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部氣流普通旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部氣流旋風(fēng)除塵器對小直徑、旋風(fēng)除塵器對小直徑、高阻力的旋風(fēng)除塵器高阻力的旋風(fēng)除塵器離心力比重力大離心力比重力大25002500倍。對大直徑、低阻倍。對大直徑、低阻力旋風(fēng)除塵器離心力力旋風(fēng)除塵器離心力比重力大比重力大5 5倍。倍。這類除塵器不能捕集這類除塵器不能捕集小于小于5um5um的粉塵粒子，的粉塵粒子，主要有離心式旋風(fēng)除主要有離心式旋風(fēng)除風(fēng)器、離心式旋流除風(fēng)器、離心式旋流除塵器和離心式動力除塵器和離心式動力除塵器。塵器。重力沉降室重力沉降室簡單的重力沉降室簡單的重力沉降室重力沉降室重力沉降室 重力

4、沉降室重力沉降室通過重力作用使塵粒從氣流中分離的一種除塵裝置。通過重力作用使塵粒從氣流中分離的一種除塵裝置。含塵氣流進入重力沉降室后，由于擴大了流動截面積含塵氣流進入重力沉降室后，由于擴大了流動截面積而使氣流流速大大降低，使較重的顆粒在重力作用下緩慢而使氣流流速大大降低，使較重的顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降。向灰斗沉降。 分類分類層流式重力沉降室層流式重力沉降室湍流式重力沉降室湍流式重力沉降室重力沉降室重力沉降室 層流式重力沉降室層流式重力沉降室縱斷面圖層流式重力沉降室縱斷面圖重力沉降室重力沉降室 層流式重力沉降室模式假定層流式重力沉降室模式假定沉降室內(nèi)的氣流為柱塞流，流速為沉降室內(nèi)的氣流為

5、柱塞流，流速為v v（m/sm/s）；）；流動狀態(tài)保持在層流范圍內(nèi)；流動狀態(tài)保持在層流范圍內(nèi)；顆粒均勻的分布在煙氣中；顆粒均勻的分布在煙氣中；忽略氣體的浮力，顆粒僅受重力和氣體阻力的作用；忽略氣體的浮力，顆粒僅受重力和氣體阻力的作用；顆粒和氣體具有相同的速度。顆粒和氣體具有相同的速度。重力沉降室重力沉降室 層流式重力沉降室層流式重力沉降室設(shè)沉降室的長、寬、高分別是設(shè)沉降室的長、寬、高分別是L、B和和H，處理煙氣量，處理煙氣量為為Q（m3/s）。）。氣流在沉降室內(nèi)的停留時間：氣流在沉降室內(nèi)的停留時間：在在t時間內(nèi)，粒徑為時間內(nèi)，粒徑為dp的粒子的沉降距離：的粒子的沉降距離：QLBHvLt/QLB

6、HvvLvtvhsss重力沉降室重力沉降室 層流式重力沉降室層流式重力沉降室當(dāng)時，粒子的分級除塵效率：當(dāng)時，粒子的分級除塵效率：總除塵效率：總除塵效率：dpqdGiiid0101QLBHvvHLvHhssiHh 重力沉降室重力沉降室 層流式重力沉降室層流式重力沉降室假定粒子處于斯托克斯區(qū)，則重力沉降室能假定粒子處于斯托克斯區(qū)，則重力沉降室能100%捕捕集的最小粒子的直徑為：集的最小粒子的直徑為：gBLQgLvHdpp1818min重力沉降室重力沉降室 層流式重力沉降室層流式重力沉降室考慮到沉降室內(nèi)的擾動會引起粒子運動速度和方向發(fā)考慮到沉降室內(nèi)的擾動會引起粒子運動速度和方向發(fā)生偏差及返混現(xiàn)象，工

7、程上對上述公式進行修正：生偏差及返混現(xiàn)象，工程上對上述公式進行修正：gBLQgLvHdpp3636minQLBHvsi2 重力沉降室重力沉降室 層流式重力沉降室層流式重力沉降室提高沉降室除塵效率的主要途徑：提高沉降室除塵效率的主要途徑：降低沉降室內(nèi)的氣流速度降低沉降室內(nèi)的氣流速度增加沉降室長度增加沉降室長度降低沉降室高度降低沉降室高度多層沉降室多層沉降室QLBnvvHLnvHnhnHhssin隔板層數(shù)。隔板層數(shù)。重力沉降室重力沉降室 湍流式重力沉降室湍流式重力沉降室粒子分離示意圖湍流式重力沉降室粒子分離示意圖重力沉降室重力沉降室 湍流式重力沉降室湍流式重力沉降室 粒子的分級除塵效率為粒子的分級

8、除塵效率為)18exp(1)exp(12QgdLBQLBvppsd慣性除塵器慣性除塵器 慣性除塵器的除塵機理為了改善沉降室的除塵效果，可在沉降室內(nèi)設(shè)置各種為了改善沉降室的除塵效果，可在沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，使含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急形式的擋板，使含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離。劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離。 慣性除塵器的結(jié)構(gòu)形式?jīng)_擊式：捕集較粗的粒子沖擊式：捕集較粗的粒子反轉(zhuǎn)式：捕集較細(xì)的粒子反轉(zhuǎn)式：捕集較細(xì)的粒子慣性除塵器慣性除塵器慣性除塵器的分離機理慣性除塵器的分離機理慣性除塵器慣性除塵器沖擊式慣性

9、除塵裝置沖擊式慣性除塵裝置a單級型單級型b多級型多級型慣性除塵器慣性除塵器反轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置反轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置a彎管型彎管型b百葉窗型百葉窗型 c多層隔板型多層隔板型慣性除塵器慣性除塵器 慣性除塵器的應(yīng)用多用于凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵；多用于凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵；不宜凈化粘結(jié)性粉塵和纖維性粉塵；不宜凈化粘結(jié)性粉塵和纖維性粉塵；多用于多級除塵器中的第一級除塵，捕集多用于多級除塵器中的第一級除塵，捕集1020m以上的粗塵粒。以上的粗塵粒。 慣性除塵器的壓力損失一般為一般為1001001000Pa1000Pa旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 旋風(fēng)除塵器的工作原理普通的旋風(fēng)除塵器由進氣

10、管、筒體、錐體和排氣筒等普通的旋風(fēng)除塵器由進氣管、筒體、錐體和排氣筒等組成。組成。含塵氣流進入旋風(fēng)除塵器后，沿外壁由上向下作旋轉(zhuǎn)含塵氣流進入旋風(fēng)除塵器后，沿外壁由上向下作旋轉(zhuǎn)運動，同時有少量氣體沿徑向運動到中心區(qū)域。當(dāng)旋轉(zhuǎn)氣運動，同時有少量氣體沿徑向運動到中心區(qū)域。當(dāng)旋轉(zhuǎn)氣流的大部分達到錐體底部后，轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)，最后流的大部分達到錐體底部后，轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)，最后經(jīng)排出管排出。經(jīng)排出管排出。氣流作旋轉(zhuǎn)運動時，塵粒在離心力作用下逐步移向外氣流作旋轉(zhuǎn)運動時，塵粒在離心力作用下逐步移向外壁，到達外壁的塵粒在氣流和重力的共同作用下沿壁面落壁，到達外壁的塵粒在氣流和重力的共同作用下沿壁面落入灰斗

11、。入灰斗。旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 旋風(fēng)除塵器的工作原理旋風(fēng)除塵器中的含塵氣流旋風(fēng)除塵器中的含塵氣流外旋流（外渦旋）外旋流（外渦旋）內(nèi)旋流（內(nèi)渦旋）內(nèi)旋流（內(nèi)渦旋）上旋流（上渦旋）上旋流（上渦旋）內(nèi)外渦旋氣體的運動分解內(nèi)外渦旋氣體的運動分解切向速度切向速度徑向速度徑向速度軸向速度軸向速度旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器普通旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部氣流普通旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部氣流旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流的切向速度和壓力分布旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流的切向速度和壓力分布旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 切向速度外旋流的切向速度外旋流的切向速度:準(zhǔn)自由渦（分界面以外）準(zhǔn)自由渦（分界面以外）內(nèi)旋流的切向速度內(nèi)旋流的切向速度:強

12、制渦（分界面以內(nèi)）強制渦（分界面以內(nèi)） 3 .014.0)283()(668.01 1TDnn渦流指數(shù)，渦流指數(shù)，n11；D D旋風(fēng)除塵器的直徑，旋風(fēng)除塵器的直徑，m m；T T氣體的溫度，氣體的溫度，K K。rv nrkv氣流的旋轉(zhuǎn)角速度。氣流的旋轉(zhuǎn)角速度。旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 徑向速度根據(jù)塔林登（根據(jù)塔林登（TerLinden）的測量結(jié)果，近似的認(rèn)為）的測量結(jié)果，近似的認(rèn)為外渦氣流均勻的經(jīng)過內(nèi)、外渦旋的交界圓柱面進入內(nèi)渦旋，外渦氣流均勻的經(jīng)過內(nèi)、外渦旋的交界圓柱面進入內(nèi)渦旋，認(rèn)為氣流通過圓柱面時的平均速度就是外渦旋氣流的平均認(rèn)為氣流通過圓柱面時的平均速度就是外渦旋氣流的平均徑向速度：徑向速

13、度：Q Q旋風(fēng)除塵器處理氣量，旋風(fēng)除塵器處理氣量，m m3 3/s/s；r rc c交界圓柱面（篩網(wǎng)）半徑，交界圓柱面（篩網(wǎng)）半徑，m；hc交界圓柱面交界圓柱面（篩網(wǎng)）高度，（篩網(wǎng)）高度，m。ccrhrQv2旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 軸向速度外渦旋：軸向速度向下。外渦旋：軸向速度向下。內(nèi)渦旋：軸向速度向上，其大小隨氣流的上升而不斷內(nèi)渦旋：軸向速度向上，其大小隨氣流的上升而不斷增大。增大。 旋風(fēng)除塵器內(nèi)的壓力分布全壓和靜壓的徑向變化顯著，由外壁向軸心逐漸降低，全壓和靜壓的徑向變化顯著，由外壁向軸心逐漸降低，軸心處靜壓為負(fù)壓，直至錐體底部均處于負(fù)壓狀態(tài)。軸心處靜壓為負(fù)壓，直至錐體底部均處于負(fù)壓狀態(tài)。旋

14、風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 旋風(fēng)除塵器的除塵效率旋風(fēng)除塵器的除塵效率在旋風(fēng)除塵器內(nèi)，粒子的沉降主要取決于離心力在旋風(fēng)除塵器內(nèi)，粒子的沉降主要取決于離心力Fr和向心和向心運動氣流作用于塵粒上的阻力運動氣流作用于塵粒上的阻力FD 。當(dāng)當(dāng)Fr FD 時，粒子在離心力的推動下移向外壁而被捕集；時，粒子在離心力的推動下移向外壁而被捕集；當(dāng)當(dāng) Fr FD 時，粒子在向心氣流的帶動下進入內(nèi)渦旋，之時，粒子在向心氣流的帶動下進入內(nèi)渦旋，之后由排氣筒排出；后由排氣筒排出；當(dāng)當(dāng) Fr FD 時，作用在粒子上的外力之和等于零，粒子在交時，作用在粒子上的外力之和等于零，粒子在交界面上不停的旋轉(zhuǎn)。界面上不停的旋轉(zhuǎn)。旋風(fēng)除塵器旋

15、風(fēng)除塵器 分割粒徑分割粒徑當(dāng)當(dāng)Fr Fc 時，處于平衡狀態(tài)的粒子有時，處于平衡狀態(tài)的粒子有50%的可能進入的可能進入內(nèi)渦旋，也有內(nèi)渦旋，也有50%的可能移向外壁，它的除塵效率為的可能移向外壁，它的除塵效率為50%，此時的粒徑稱為分割粒徑。此時的粒徑稱為分割粒徑。)()(320150hrRrRshQRrvdenec旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 旋風(fēng)除塵器的分級效率旋風(fēng)除塵器的分級效率 經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式)(6931.0exp111ncpidd22)/(1)/(cpicpiidddd)(2exp1221nic旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 旋風(fēng)除塵器的壓力損失旋風(fēng)除塵器的壓力損失 Shephend-Lapple公式：

16、 Alexander公式：)(2121Pavp氣體的密度，氣體的密度，kg/mkg/m3 3；v v1 1氣體入口速度，氣體入口速度，m/sm/s；局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)。2edabK84.12276.09.1)()1(1)(62.4nfdDfnndDDdabnenee旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器型式旋風(fēng)除塵器型式 XLT XLT/A XLP/A XLP/B 5.3 6.5 8.0 5.8在缺少實驗數(shù)據(jù)時，可用一下式估算在缺少實驗數(shù)據(jù)時，可用一下式估算 ：2/16edAA旋風(fēng)除塵器進口面積，旋風(fēng)除塵器進口面積，m2。旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 影響旋風(fēng)除塵器的因素二次效應(yīng)二次效應(yīng)控制：通過環(huán)狀

17、霧化器將水噴啉在旋風(fēng)除塵器的內(nèi)控制：通過環(huán)狀霧化器將水噴啉在旋風(fēng)除塵器的內(nèi)壁上。壁上。比例尺寸比例尺寸Dde)65. 04 . 0(3/12,)(3.2ADdlcd de e 排出管長度，排出管長度，m m；l l特征長度，特征長度，m m；D D筒體直徑，筒體直徑，m m。旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 影響旋風(fēng)除塵器的因素?zé)焿m的物理性質(zhì)煙塵的物理性質(zhì)氣體的密度和粘度氣體的密度和粘度塵粒的大小和比重塵粒的大小和比重?zé)煔獾暮瑝m濃度煙氣的含塵濃度5 . 0)(100100baba5 .0)(100100gaagbbba182. 011)(100100abba旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 影響旋風(fēng)除塵器的因素?zé)焿m的

18、物理性質(zhì)煙塵的物理性質(zhì)壓力損失與含塵量之間的關(guān)系壓力損失與含塵量之間的關(guān)系2/11)129.2(013.0cdppdpcp1隨含塵濃度變化的壓力損失；隨含塵濃度變化的壓力損失；干凈空氣時的壓力損失；干凈空氣時的壓力損失；入口含塵濃度，入口含塵濃度，g/mg/m3 3。旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 影響旋風(fēng)除塵器的因素操作變量操作變量除塵效率與處理氣量之間的關(guān)系：除塵效率與處理氣量之間的關(guān)系：除塵效率最大時入口速度的經(jīng)驗公式：除塵效率最大時入口速度的經(jīng)驗公式：201. 02 . 121)/1 ()/(3030DDbDbvgp5.0)(100100babaQQ旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)型式按進

19、氣方式：按進氣方式：切向進入式切向進入式軸向進入式軸向進入式按氣流組織：按氣流組織：回流式直流式回流式直流式平旋式旋流式平旋式旋流式多管旋風(fēng)除塵器多管旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器進口型式示意圖旋風(fēng)除塵器進口型式示意圖a.直入切向進入式直入切向進入式b.蝸殼切向進入式蝸殼切向進入式c.軸向進入式軸向進入式旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器回流式多管旋風(fēng)除塵器回流式多管旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器 旋風(fēng)除塵器的設(shè)計選型選擇旋風(fēng)除塵器的型式；選擇旋風(fēng)除塵器的型式；確定進口速度確定進口速度v；確定旋風(fēng)除塵器的進口截面積確定旋風(fēng)除塵器的進口截面積A、入口寬度、入口寬度b、高度、高度a；確定各部分的幾何尺

20、寸。確定各部分的幾何尺寸。 旋風(fēng)除塵器的設(shè)計原則D D在（在（15015010001000）mmmm范圍內(nèi)取值；范圍內(nèi)取值；類型系數(shù)類型系數(shù)K K在（在（0.070.070.300.30）之間，一般）之間，一般a/b=1a/b=14 4；為防止粒子短路漏到出口管，為防止粒子短路漏到出口管，asas，其中，其中s s為排氣管為排氣管插入深度；插入深度；為避免過高的壓力損失，為避免過高的壓力損失，b(D-db(D-de e)/2)/2為保持渦流的終端在錐體內(nèi)部，為保持渦流的終端在錐體內(nèi)部，(h(h1 1+h+h2 2)3D)3D；為利于粉塵易于滑動，錐角為利于粉塵易于滑動，錐角2020 30 30；為獲得最大的除塵效率：為獲得最大的除塵效率： h h1 1/D 0.8/D 0.82 d2 de e/D0.4/D0.40.