第三章 除塵器的設(shè)計(jì)及選型,機(jī)械除塵器 濕式除塵器 過(guò)濾式除塵器 電除塵器 除塵器的選擇與發(fā)展,1.教學(xué)要求： 要求了解除塵器的類型，包括各種干式和濕式除塵器，理解和掌握電除塵器、過(guò)濾式除塵器設(shè)計(jì)等。 2. 教學(xué)重點(diǎn) 掌握機(jī)械除塵器作原理、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)；電除塵器的工作原理，了解其選型和設(shè)計(jì)；掌握過(guò)濾式除塵器的工作原理，了解其選型和設(shè)計(jì)；了解除塵系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì)與除塵器的發(fā)展。 3、教學(xué)難點(diǎn) 電除塵器的工作原理，過(guò)濾式除塵器的工作原理及設(shè)計(jì)。,除塵裝置概述,從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設(shè)備稱為除塵裝置 濕式除塵裝置 干式除塵裝置 按分離原理分類 ： 重力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置） 慣性力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置） 離心力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置） 洗滌式除塵裝置 過(guò)濾式除塵裝置 電除塵裝置 聲波除塵裝置,袋式除塵,電除塵,重力除塵,慣性除塵,濕式除塵,機(jī)械除塵器,機(jī)械除塵器通常指利用質(zhì)量力（重力、慣性力和離心力）的作用使顆粒物與氣體分離的裝置，常用的有： 重力沉降室 慣性除塵器 旋風(fēng)除塵器,一、重力沉降室,重力沉降室是通過(guò)重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置 氣流進(jìn)入重力沉降室后，流動(dòng)截面積擴(kuò)大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降 層流式和湍流式兩種,層流區(qū)：雷諾數(shù)Rep1，對(duì)球形粒子而言： 當(dāng)介質(zhì)為空氣時(shí)p則有： 由上式可見(jiàn)us , 若dp小，則us就小，故小顆粒就難分離。 若將雷諾數(shù)Rep=1代入，可求出塵粒沉降時(shí)的臨界粒徑dc。 得 代入得：,一、重力沉降室,工業(yè)粉塵粒徑大致為1100m，粒徑小于5m的塵粒實(shí)際沉降速度要比Stocks定律預(yù)示的大，需修正。故dp5m的塵粒：us=cusStocks c為修正系數(shù)，在空氣中溫度為20，壓強(qiáng)為1atm時(shí)， dp為m。 在其它溫度下，Kc值就變化，,一、重力沉降,層流式重力沉降室,假定沉降室內(nèi)氣流為柱塞流；顆粒均勻分布于煙氣中 忽略氣體浮力，粒子僅受重力和阻力的作用,縱剖面示意圖,層流式重力沉降室,沉降室的長(zhǎng)寬高分別為L(zhǎng)、W、H，處理煙氣量為Q 氣流在沉降室內(nèi)的停留時(shí)間 在t時(shí)間內(nèi)粒子的沉降距離 該粒子的除塵效率,層流式重力沉降室,對(duì)于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin = ?,由于沉降室內(nèi)的氣流擾動(dòng)和返混的影響，工程上一般用分 級(jí)效率公式的一半作為實(shí)際分級(jí)效率,層流式重力沉降室,提高沉降室效率的主要途徑： 降低沉降室內(nèi)氣流速度 增加沉降室長(zhǎng)度 降低沉降室高度 沉降室內(nèi)的氣流速度一般為0.32.0m/s,不同粉塵的最高允許氣流速度,層流式重力沉降室,多層沉降室：使沉降高度減少為原來(lái)的1/（n+1），其中n為水平隔板層數(shù) 考慮清灰的問(wèn)題，一般隔板數(shù)在3以下,多層沉降室 1.錐形閥；2.清灰孔；3.隔板,重力沉降室的設(shè)計(jì),假設(shè):通過(guò)重力沉降室斷面的水平氣流的速度V分布是均勻的，呈層流狀態(tài)；入口斷面上粉塵分布均勻（即每個(gè)顆粒以自己的沉降末端速度沉降，互不影響）；在氣流流動(dòng)方向上塵粒和氣流速度相等，就可得到除塵設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單模式。 （1）沉降時(shí)間和（最小粒徑時(shí)的）沉降速度 塵粒的沉降速度為us，沉降室的長(zhǎng)、寬、高分別為L(zhǎng)、W、H，要使沉降速度為us的塵粒在沉降室內(nèi)全部去除，氣流在沉降室內(nèi)的停留時(shí)間( ）應(yīng)大于或等于塵粒 從頂部沉降到灰斗的時(shí)間（ ）， 即：,將 代入 ，可求出沉降室能100%捕集的 最小粒徑 上式是在理想狀況下得到的，實(shí)際中常出現(xiàn)反混現(xiàn)象，工程上常用36代替式中的18，這樣理論和實(shí)踐更接近。室內(nèi)的氣流速度v0應(yīng)根據(jù)塵粒的密度和粒徑確定。一般取0.32m/s。 沉降室的設(shè)計(jì): 1).沉降時(shí)間 ; 2).沉降速度(按要求沉降的最小顆粒) 3). 沉降室尺寸,（2）沉降室尺寸,先按 算出捕集塵粒的沉降速度us， 假設(shè)沉降室內(nèi)的氣流速度V0和沉降室高度H（或?qū)挾萕），而后求沉降室的長(zhǎng)度和寬度（或高度）。 Q=WHV0=WLus 沉降室長(zhǎng)度： 沉降室寬度： Q為處理氣流量，m3/s,（3）設(shè)計(jì)要求 1保證粉塵能沉降，L足夠長(zhǎng)； 2氣流在沉降室的停留時(shí)間要大于塵粒沉降所需的時(shí)間。 3能100%沉降的最小粒徑 （4）設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： 根據(jù)粒徑dp算出 1）us； 2）初步確定了V0、H ，根據(jù) 求長(zhǎng)度L。 3）根據(jù)進(jìn)氣量Q求寬度w，Q=V0WH.,二、慣性除塵器,1.慣性除塵器機(jī)理 沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，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,二、慣性除塵器,2.慣性除塵器結(jié)構(gòu)形式 沖擊式氣流沖擊擋板捕集較粗粒子,沖擊式慣性除塵裝置 a單級(jí)型 b多級(jí)型,二、慣性除塵器,反轉(zhuǎn)式改變氣流方向捕集較細(xì)粒子,反轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置 a 彎管型 b 百葉窗型 c 多層隔板型,設(shè)備示意圖,彎管慣性除塵,3.慣性除塵器應(yīng)用 一般凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵 凈化效率不高， 一般只用于多級(jí)除塵中的一級(jí)除塵， 捕集1020m以上的粗顆粒 壓力損失1001000Pa,沖擊式,反轉(zhuǎn)式,旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置 。 用來(lái)分離粒徑大于510m以上的的顆粒物。工業(yè)上已有100多年的歷史。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小，投資低，操作維修方便，壓力損失較大，動(dòng)力消耗也較大，可用于各種材料制造，能用于高溫、高壓及腐蝕性氣體，并可回收干顆粒物。 缺點(diǎn)：效率80%左右，捕集5m顆粒的效率不高，一般作預(yù)除塵用。,三、旋風(fēng)除塵器,旋風(fēng)除塵器的分類及型式,旋風(fēng)除塵器分類 目前國(guó)內(nèi)外常用的旋風(fēng)除塵器種類很多 ，按照結(jié)構(gòu)型式及各部尺寸 的比例不 同，可分為 以下幾類 : 基本型旋風(fēng)除塵器 螺旋型旋風(fēng)除塵器 蝸旋型除塵器 圓筒型旋風(fēng)除塵器 擴(kuò)散型旋風(fēng)除塵器 旁路式旋風(fēng)除塵器 平面旋流旋風(fēng)除塵器 龍卷風(fēng)旋流除塵器 斜置式旋風(fēng)除塵器 組合式旋風(fēng)除塵器,旋風(fēng)除塵器,旋風(fēng)除塵器,旋風(fēng)除塵器,切流式旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)分為蝸殼進(jìn)口旋風(fēng)除塵器 (a);螺旋面進(jìn)口旋風(fēng)除塵器(b);狹縫進(jìn)口旋風(fēng)除塵器(c); 狹縫進(jìn)口旋風(fēng)除塵器按二次風(fēng)引人方式分為切流式 (d)和軸流式 (e). 軸流式旋風(fēng)除塵器按氣體在旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流動(dòng)情況分為軸流反轉(zhuǎn)式(f)和軸流直流式 (g); 將排出氣體中含塵濃度較大部分 (或干凈氣體)以二次風(fēng)的形式再導(dǎo)回旋風(fēng)除塵器就變成龍卷風(fēng)旋風(fēng)除塵器。龍卷風(fēng)旋風(fēng)除塵器按二次風(fēng)導(dǎo)人方式分為切流二次風(fēng) (h)和軸流二次風(fēng) (i).,三、旋風(fēng)除塵器,旋風(fēng)除塵圖,三、旋風(fēng)除塵器,三、旋風(fēng)除塵器,1.旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng),普通旋風(fēng)除塵器是由進(jìn)氣管、筒體、錐體和排氣管等組成 氣流沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：外渦旋 少量氣體沿徑向運(yùn)動(dòng)到中心區(qū)域 旋轉(zhuǎn)氣流在錐體底部轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)：內(nèi)渦旋 氣流運(yùn)動(dòng)包括切向、軸向和徑向：切向速度、軸向速度和徑向速度,1.旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）,到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗 切向速度決定氣流質(zhì)點(diǎn)離心力大小，顆粒在離心力作用下逐漸移向外壁 上渦旋氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，一部分氣流帶著細(xì)小的塵粒沿筒壁旋轉(zhuǎn)向上，到達(dá)頂部后，再沿排出管外壁旋轉(zhuǎn)向下，最后從排出管排出,旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流的切向速度和壓力分布,A、切向速度 根據(jù)“渦旋定律” ，外渦旋的切向速度反比于旋轉(zhuǎn)半徑R的n次方 此處n 1，稱為渦流指數(shù) 內(nèi)渦旋的切向速度正比于半徑 內(nèi)外渦旋的界面上氣流切向速度最大 交界圓柱面直徑 d0= ( 0.61.0 ) de , de 為排氣管直徑,B、徑向速度 假定外渦旋氣流均勻地經(jīng)過(guò)交界圓柱面進(jìn)入內(nèi)渦旋 平均徑向速度 r0和h0分別為交界圓柱面的半徑和高度，m C、軸向速度 外渦旋的軸向速度向下 內(nèi)渦旋的軸向速度向上 在內(nèi)渦旋，軸向速度向上逐漸增大，在排出管底部達(dá)到最大值,2.旋風(fēng)除塵器的壓力損失,旋風(fēng)除塵器的壓力損失 表1 局部阻力系數(shù),：氣體的密度,kg/m3；Vin：氣體入口速度，m/s；：局部阻力系數(shù),缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可用下式表示： A：旋風(fēng)除塵器進(jìn)口面積 K常數(shù)，等于2040； L筒體長(zhǎng)度； H錐體長(zhǎng)度； de排出管直徑。,2.旋風(fēng)除塵器的壓力損失 應(yīng)當(dāng)指出：旋風(fēng)除塵器的其他操作因素對(duì)壓力損失也有影響 響相對(duì)尺寸對(duì)壓力損失影響較大，除塵器結(jié)構(gòu)型式相同時(shí)，幾何相似放大或縮小，壓力損失基本不變 含塵濃度增高，壓力降明顯下降 操作運(yùn)行中可以接受的壓力損失一般低于2kPa,3.旋風(fēng)除塵器的除塵效率 計(jì)算分割直徑是確定除塵效率的基礎(chǔ) 在交界面上，離心力FC，向心運(yùn)動(dòng)氣流作用于塵粒上的阻力FD 若 FC FD ，顆粒移向外壁 若 FC FD ，顆粒進(jìn)入內(nèi)渦旋 當(dāng) FC = FD時(shí)，有50%的可能進(jìn)入外渦旋，既除塵效率為50%,3.旋風(fēng)除塵器的除塵效率（續(xù)） 對(duì)于球形Stokes粒子 分割粒徑 dc確定后，雷思一利希特模式計(jì)算其它粒子的分級(jí)效率 另一種經(jīng)驗(yàn)公式,3.旋風(fēng)除塵器的除塵效率（續(xù)）,旋風(fēng)除塵器的除塵效率模型2 將旋風(fēng)除塵器視為利用離心力進(jìn)行沉降的沉降室 沉降室長(zhǎng)度為ND 沉降室高度為b 沉降速度徑向速度Vr 活塞流 縱向湍流,【例4-2 】：已知XZT一90型旋風(fēng)除塵器在選取入口速度v1=13m/s時(shí)，處理氣體量Q=1.37m3/s。試確定凈化工業(yè)鍋爐煙氣（溫度為423K，煙塵真密度為2.1g/cm3）時(shí)的分割直徑和壓力損失。已知該除塵器筒體直徑0.9m，排氣管直徑為0.45m，排氣管下緣至錐頂?shù)母叨葹?.58m，423K時(shí)煙氣的粘度 （近似取空氣的值）=2.4105pas。 解:假設(shè)接近圓筒壁處的氣流切向速度近似等于氣流的入口速度，即v1=13m/s， 取內(nèi)、外渦旋交界圓柱的直徑d0=0.7 de， 氣流在交界面上的切向速度 計(jì)算,根據(jù) 此時(shí)旋風(fēng)除塵器的分割直徑為5.31m。 計(jì)算旋風(fēng)除塵器操作條件下的壓力損失：423K時(shí)煙氣密度可近似取為,旋風(fēng)除塵器分級(jí)效率曲線,4.影響旋風(fēng)除塵器效率的因素,（1）二次效應(yīng)被捕集粒子的重新進(jìn)入氣流 在較小粒徑區(qū)間內(nèi)，理應(yīng)逸出的粒子由于聚集或被較大塵粒撞向壁面而脫離氣流獲得捕集，實(shí)際效率高于理論效率 在較大粒徑區(qū)間，粒子被反彈回氣流或沉積的塵粒被重新吹起，實(shí)際效率低于理論效率 通過(guò)環(huán)狀霧化器將水噴淋在旋風(fēng)除塵器內(nèi)壁上，能有效地控制二次效應(yīng) 臨界入口速度,4.影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）,（2）比例尺寸 在相同的切向速度下，筒體直徑愈小，離心力愈大，除塵效率愈高；筒體直徑過(guò)小，粒子容易逃逸，效率下降。 錐體適當(dāng)加長(zhǎng)，對(duì)提高除塵效率有利 排出管直徑愈少分割直徑愈小，即除塵效率愈高；直徑太小，壓力降增加，一般取排出管直徑de=（0.40.65）D。 特征長(zhǎng)度（natural length）-亞歷山大公式 旋風(fēng)除塵器排出管以下部分的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)接近或等于l，筒體和錐體的總高度以不大于五倍的筒體直徑為宜。,4.影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）,（2）比例尺寸對(duì)性能的影響,4.影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）,除塵器下部的嚴(yán)密性 在不漏風(fēng)的情況下進(jìn)行正常排灰,鎖氣器 (a)雙翻板式 (b)回轉(zhuǎn)式,4.影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）,（3）煙塵的物理性質(zhì) 氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣含塵濃度,（4）操作變量 提高煙氣入口流速，旋風(fēng)除塵器分割直徑變小，除塵器性能改善 入口流速過(guò)大，已沉積的粒子有可能再次被吹起，重新卷入氣流中，除塵效率下降,a. 直入切向進(jìn)入式 b. 蝸殼切向進(jìn)入式 c. 軸向進(jìn)入式,5.旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)形式,（1）按進(jìn)氣方式分 切向進(jìn)入式 軸向進(jìn)入式,5.旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)形式（續(xù)）,（2）按氣流組織分 回流式、直流式、平旋式和旋流式 （3）多管旋風(fēng)除塵器 由多個(gè)相同構(gòu)造形狀和尺寸的小型旋風(fēng)除塵器（又叫旋風(fēng)子）組合在一個(gè)殼體內(nèi)并聯(lián)使用的除塵器組 常見(jiàn)的多管除塵器有回流式和直流式兩種,回流式多管旋風(fēng)除塵器,6.旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì),旋風(fēng)除塵器的選型一般選用計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)法。 計(jì)算法：由入口濃度c0，出口濃度ce（或排放標(biāo)準(zhǔn)）計(jì)算除塵效率； 選結(jié)構(gòu)型式； 根據(jù)選用的除塵器的分級(jí)效率d（分級(jí)效率曲線）和凈化粉塵的粒徑頻度分布f0，計(jì)算T,若T,即滿足要求，否則按要求重新計(jì)算。 確定型號(hào)規(guī)格 計(jì)算壓力損失。,經(jīng)驗(yàn)法：計(jì)算所要求的除塵效率； 選定除塵器的結(jié)構(gòu)型式； 根據(jù)選用的除塵器的Vi實(shí)驗(yàn)曲線，確定入口風(fēng)速Vi； 根據(jù)氣量Q，入口風(fēng)速Vi計(jì)算進(jìn)口面積A； 由旋風(fēng)器的類型系數(shù) 求除塵器筒體直徑D，然后便從手冊(cè)中查到所需的型號(hào)規(guī)格。,6.旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì),尺寸比例 1筒體直徑D：D愈小，愈能分離細(xì)小顆粒，但過(guò)小易引起堵塞。 為此，有人用 作為限制指標(biāo)。D：150-200mm800-1100mm 若處理氣量大，可并聯(lián)使用或采用多管式旋風(fēng)器。 2入口尺寸（圓形和矩形） 為減小顆粒的入射角，一般采用矩形（長(zhǎng)H、寬B、面積A、） 類型系數(shù)k一般取0.07-0.3，蝸殼型入口的k較大，D較小，處理氣量Q大，H/B為2-4。,3排氣管：多為圓形，且與筒體同心，一般 d=(0.4-0.6)D0。 深度h：切線式h小，則壓損小，但效率降低。經(jīng)驗(yàn)取h)De或稍低于入口管底部。 4筒體L1 、錐體L2： L1=（1.4-2.0）D L2=（2.0-3.0）D L1+ L25D（3-4）D L1/ L21.5/2.5較宜。 5圓錐角：一般取20-30 6排塵口直徑Dc：Dc=(0.25-0.5)D0，一般Dc70mm,6.旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì),選擇除塵器的型式 根據(jù)含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征，及除塵要求、允許的阻力和制造條件等因素 - 根據(jù)允許的壓力降確定進(jìn)口氣速，或取為 1225 m/s -確定入口截面A，入口寬度b和高度h - 確定各部分幾何尺寸,6.旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)（續(xù)）,旋風(fēng)除塵器的比例尺寸,6.旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)（續(xù)）,也可選擇其它的結(jié)構(gòu)，但應(yīng)遵循以下原則 為防止粒子短路漏到出口管，hs，其中s為排氣管插人深度； 為避免過(guò)高的壓力損失，b（Dde）/2； 為保持渦流的終端在錐體內(nèi)部，（H+L）3D； 為利于粉塵易于滑動(dòng)，錐角7o8o； 為獲得最大的除塵效率，de/D0.40.5， （H+L）/de810； s/de1；,6.旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì),已知煙氣處理量Q=5000m3/h，煙氣密度=1.2kg/ m3，允許壓力損失為900Pa。若選用XLP/B型旋風(fēng)除塵器，試求其主要尺寸。 解： 根據(jù)表1，5.8 參考XLP/B品系列；取D=700mm，,CLT/A型旋風(fēng)除塵器,CLT/A型旋風(fēng)除塵器的除塵效率為 8O% -98%;進(jìn)風(fēng)風(fēng)速為 12-18m/s;阻力:x型為 860-195OPa, Y型為 740-174OPa, CLT/A型除塵器的分類 CLT/A型單筒旋風(fēng)除塵器氣體和蝸殼可做成左旋和右旋兩種形式;出風(fēng)口方式分X型、Y型兩種，X型為水平出風(fēng)，被處理的氣體經(jīng)蝸殼排出，Y型為上部出風(fēng)，蝸殼直接與風(fēng)管相接即可。 (2)CILT/A型雙筒旋風(fēng)除塵器的出風(fēng)方式為X型、Y型兩種，X型為水平出風(fēng)，被處理氣體經(jīng)蝸殼匯集后排出，Y型為