第六章除尘装置

第六章除尘装置 • 机械除尘器 • 电除尘器 • 湿式除尘器 • 过滤式除尘器 • 除尘器的选择与发展

除尘装置 • 从气体中除去或收集固态或液态微粒子的设备称为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

第一节机械除尘器 • 机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有： • 重力沉降室 • 惯性除尘器 • 旋风除尘器

重力沉降室 • 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 • 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 • 模式包括层流式和湍流式两种

层流式模式 • 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 • 在烟气流动方向，粒子与气流速度相同纵剖面示意图

沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q • 气流在沉降室内的停留时间 • 在t 时间内粒子的沉降距离 • 该粒子的除尘效率对于Stokes粒子，代入 (5—79)

对于Stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin = ?

提高沉降室效率的主要途径 • 降低沉降室内气流速度（一般为0.3～2.0m/s） • 增加沉降室长度 • 降低沉降室高度 • 多层沉降室：使沉降高度减少为原来的1/（n+1），其中n为水平隔板层数 • 考虑清灰的问题，一般隔板数在3以下

湍流式重力沉降室 • 湍流模式1——假定沉降室中气流处于湍流状态，垂直于气流方向的每个断面上粒子完全混合分级除尘效率：对于Stokes粒子，代入

湍流模式2——完全混合模式，即沉降室内未捕集颗粒完全混合湍流模式2——完全混合模式，即沉降室内未捕集颗粒完全混合对于Stokes粒子，代入

重力沉降室归一化的分级率曲线 a层流－无混合 b湍流－垂直混合 c湍流－完全混合 • 三种模式的分级效率均可用归一化 • 对Stokes颗粒，分级效率与dp成正比

重力沉降室的实际性能 • 沉降室的实际性能几乎从不进行实验测量或测试，在最好的情况下，这种装置也只能作为气体的初级净化，除去最大和最重的颗粒。沉降室的除尘效率约为40—70%，仅用于分离dp>50μm的尘粒。穿过沉降室的颗粒物必须用其它的装置继续捕集。 • 优点：结构简单、投资少、易维护管理、压损小（50—130Pa）。 • 缺点：占地面积大、除尘效率低（仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子）。

惯性除尘器 • 机理 • 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（还利用了离心力和重力的作用），使其与气流分离

冲击式惯性除尘装置 a单级型 b多级型 • 结构形式 • 冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子 • 反转式－改变气流方向捕集较细粒子

反转式惯性除尘装置 a 弯管型b 百叶窗型c 多层隔板型

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（粘结性和纤维性粉尘不宜） • 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

旋风除尘器 进气管、筒体、锥体、排气管

旋风除尘器 • 利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置 • 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 • 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

旋风除尘器气流与尘粒的运动 • 旋风除尘器内气流与尘粒的运动（续） • 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 • 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，最后从排气管排出

旋风除尘器 • 旋风除尘器内气流的切向速度和压力的径向分布

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 • 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 = ( 0.6～1.0 ) de , de为排气管直径

旋风除尘器 • 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 • 平均径向速度 r0和h0分别为交界圆柱面的半径和高度，m • 轴向速度 • 外涡旋的轴向速度向下 • 内涡旋的轴向速度向上 • 在内涡旋，轴向速度向上逐渐增大，在排出管底部达到最大值

旋风除尘器型式 XLT XLT⁄A XLP⁄A XLP⁄B ξ 5.3 6.5 8.0 5.8 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

旋风除尘器 • 旋风除尘器的压力损失 • 相对尺寸的不同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 思考题：一个进口面积为0.36m2，排气管直径0.6m的旋风除尘器，和另一个进口面积为4m2，排气管直径2m的旋风除尘器，在气体入口速度相同时，压力损失哪个大？为什么？

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 • 在交界面上粉尘的所受的作用力包括：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 < FD ，颗粒进入内涡旋 • 当FC = FD时，有50%的可能进入外涡旋，即除尘效率为50%

为什麽忽略了粉尘的质量呢？因为重力等于mg，离心力为什麽忽略了粉尘的质量呢？因为重力等于mg，离心力 • 设Vt=30m/s，r=0.1m， • 离心力远远大于重力，故重力可忽略。 FC r FC

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

旋风除尘器 • 旋风除尘器理论分级效率曲线

例题：已知XZT一90型旋风除尘器在选取入口速度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）µ=2.4×10－5pa﹒s。例题：已知XZT一90型旋风除尘器在选取入口速度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）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vt=13m/s，取内、外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7 de，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

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

旋风除尘器 • 影响旋风除尘器效率的因素 • 二次效应 ——所谓二次效应是指被捕集的粒子重新进入气流的运动。 • 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

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。 • 锥体长度——适当加长，对提高除尘效率有利 • 排出管直径愈小，分割直径愈小，即除尘效率愈高；直径太小，压力损失增加，一般取排出管直径de=（0.4～0.65）D。 • 旋风除尘器排出管以下部分的长度应当接近或等于l，筒体和锥体的总高度以不大于筒体直径的五倍为宜。 • 特征长度（natural length）-亚历山大公式

锁气器 (a)双翻板式 (b)回转式 漏风率： 0% 、 5% 、 15% η： 90%、 50%、 0 • 除尘器下部的严密性 • 应在不漏风的情况下进行正常排灰

烟尘的物理性质 • 气体粘度：对于气体而言，μ增大对除尘不利，dc增大，效率减小。 • 温度增大，则μ增大，效率减小。 • 粉尘粒径与密度：离心力跟粒径的三次方成正比，流体阻力跟粒径的一次方成正比。综合来说，dp增大则效率增大，又因为 • 所以，ρp小，难分离，影响捕集效率。

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

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 • 按进气方式分 • 切向进入式 • 轴向进入式

回流式多管旋风除尘器 • 结构形式（续） • 按气流组织分类 • 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

旋风除尘器的设计选型——计算法和经验法 • 一般使用经验法 1、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进行确定 2、根据允许的压力降确定进口气速，或取为 12～25 m/s • 由可得 3、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

尺寸名称 XLP/A XLP/B XLT/A XLT 入口宽度，b 入口高度，h 筒体直径，D 上3.85b 下0.7D 3.33b （b=0.3D） 3.85b 4.9b 排出筒直径，de 上0.6D 下0.6D 0.6D 0.6D 0.58D 筒体长度，L 上1.35D 下1.0D 1.7D 2.26D 1.6D 锥体长度，H 上0.50D 下1.00D 2.3D 2.0D 1.3D 灰口直径，d1 0.296D 0.43D 0.3D 0.145D 进口速度为右值时的压力损失 12m/s 700（600） 500（420） 860（770） 440（490） 15m/s 1100（940） 890（700） 1350（1210） 670（770） 18m/s 1400（1260） 1450（1150） 1950（1740） 990（1110） • 旋风除尘器的比例尺寸

旋风除尘器的设计 • 也可选择其它的结构，但应遵循以下原则 ①为防止粒子短路漏到出口管，h≤s，其中s为排气管插人深度； ②为避免过高的压力损失，b≤（D－de）/2； ③为保持涡流的终端在锥体内部，（H+L）≥3D； ④为利于粉尘易于滑动，锥角＝7o～8o； ⑤为获得最大的除尘效率，de/D≈0.4～0.5，（H+L）/de≈8～10；s/de≈1；

例题：已知烟气处理量Q=5000m3/h，烟气密度ρ=1.2kg/ m3，允许压力损失为900Pa。若选用XLP/B型旋风除尘器，试求其主要尺寸。 • 解：由式（6－26）根据表6－1，ζ＝5.8 v1的计算值与表6－3的气速与压力降数据一致。参考XLP/B品系列；取D=700mm

旋风除尘器的特点 优点：结构简单、占地面积小，投资少，操作维修方便，压力损失中等，动力消耗不大。缺点：除尘效率平均80%左右，捕集<5μm颗粒的效率不高，一般用作多级除尘的预除尘。磨损严重，旋风子易堵。

第二节电除尘器 • 电除尘是利用高压电场使气体发生电离，再使气体中的粉尘荷电，并在电场力的作用下，使气体中的悬浮粒子分离出来的装置。 • 特点： • 1．分离的作用力直接施之于粒子本身，而机械方法大多把作用力作用在整个气体。 • 2．气流阻力小。耗电少：0.2～0.4度/1000m3，压损小：一般为200～500Pa。 • 3．捕集细小颗粒（1μm左右）的效率高。 • 4．除尘效率高，一般在95-99%(最高可达99.9%)。 • 5. 处理气量大，可达105～106m3/h • 6. 可在高温或强腐蚀性气体下操作。 • 7. 主要缺点是设备庞大，消耗钢材多，初投资大，要求安装和运行管理技术较高。

电除尘器

电除尘器的工作原理 • 三个步骤 • 粉尘荷电放电极与集尘极间施加高压——放电极附近发生电晕放电——气体电离 ——产生正离子——移向电晕极自由电子和部分随即形成的负离子——与粉尘碰撞并附着其上，实现粉尘荷电 • 粉尘沉集——荷电粉尘向集尘极移动，到达其表面并放出电荷面沉积其上 • 清灰

静电除尘器构造 • 主要构件： • 电晕极集尘极清灰装置

电晕放电 电晕放电机理 • 电除尘器中两电极的电位差达到一定值时，在电晕极附近的强电场空间内，气体中的微量自由电子加速到极高速度。足于使与之碰撞的气体分子发生电离——产生新的自由电子和正离子。 • 新的自由电子接着又获得足够动能，进一步引起气体分子的碰撞电离。 • 这种过程在瞬间重复无数次，在放电极表面附近产生大量的自由电子和正离子—— “电子雪崩”。

起始电晕电压 ——开始产生电晕电流时的电压 • 起始电晕电压可以通过调整电极的几何尺寸来实现。电晕线越细，起始电晕电压越小。 • 电晕区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离－电场击穿，相应的电压－击穿电压。此时发生火花放电，电路短路，电除尘器停止工作。 • 在相同电压下通常负电晕电极产生较高的电晕电流，且击穿电压也高得多 • 工业气体净化倾向于采用稳定性强，操作电压和电流高的负电晕极； • 空气调节系统采用正电晕极，好处在于其产生臭氧和氮氧化物的量低（约为负电晕的1/10）

第六章 除尘装置