1、 第六章 除塵裝置 機械除塵裝置電除塵裝置濕式除塵裝置過濾式除塵裝置掌握各類除塵裝置的工作原理、結構及性能 能夠進行簡單除塵裝置的選擇和設計 了解目前除塵裝置的研究和發展情況內容提要學習要求除塵裝置定義：從氣體中去除或捕集固態或液態粒子的設備稱為除塵裝置或除塵器 。分類：按分離原理可分為以下幾類 ：（1）機械除塵器：通常指利用質量力（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：（2）電除塵器（3）過濾式除塵器（4）濕式除塵器1. 重力沉降室定義：通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置 。第一節 機械除塵器1. 重力沉降室定義：通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝

2、置 。基本原理：氣流進入重力沉降室后，流動截面積擴大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降 重力沉降室的設計：層流式和湍流式兩種 第一節 機械除塵器2. 層流式重力沉降室（1）層流式重力沉降室模式的假定條件： 沉降室內氣流為柱塞流； 顆粒均勻分布于煙氣中； 忽略氣體浮力，粒子僅受重力和氣體阻力的作用； 在煙氣流動方向，粒子和氣流具有相同的速度。縱斷面示意圖沉降室的長寬高分別為L、W、H，處理煙氣量為Q 氣流在沉降室內的停留時間在t 時間內粒子的沉降距離該粒子的分級除塵效率（2）層流式重力沉降室的除塵效率（6-1）（6-2）（6-3）將 代入粒子的分級除塵效率可得：注意：由于沉降室內的氣

3、流擾動和返混的影響，工程上一般用分 級效率公式的一半作為實際分級效率 對于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的直徑dmin = ?（64）層流式重力沉降室（3）提高沉降室效率的主要途徑粉塵特性：增大dp、增大p ，i增大運行條件：降低氣體溫度，粘度減小，i增大 減小沉降室內氣流速度結構尺寸：增加沉降室長度 降低沉降室高度沉降室內的氣流速度一般為：0.32.0m/s不同粉塵的最高允許氣流速度降低沉降室高度多層沉降室：使沉降高度減少為原來的1/(n+1)，其中n為水平隔板層數 考慮清灰的問題，一般隔板數在3以下。（6）3. 湍流式重力沉降室湍流垂直混合模式假定： 沉降室中氣流處于

4、湍流狀態； 垂直于氣流方向的每個斷面上粒子完全混合； 忽略氣體浮力，粒子僅受重力和氣體阻力的作用； 在煙氣流動方向，粒子和氣流具有相同的速度。考慮寬度為W、高度為H和長度為dx的捕集元dx湍流式重力沉降室湍流模式1假定沉降室中氣流處于湍流狀態，垂直于氣流方向的每個斷面上粒子完全混合寬度為W、高度為H和長度為dx的捕集元，假定氣體流過dx距離的時間內，邊界層dy內粒徑為dp的粒子都將沉降而除去湍流式重力沉降室粒子在微元內的停留時間被去除的分數對上式積分得邊界條件： 得因此，其分級除塵效率湍流式重力沉降室湍流模式2完全混合模式，即沉降室內未捕集顆粒完全混合單位時間排出： （ 為除塵器內粒子濃度，均

5、一）單位時間捕集：總分級效率 兩種模式的分級效率均可用 歸一化層流和湍流模式的比較 層 流垂直混合完全混合（1）根據給定粉塵的密度和粒徑計算出沉降速度（2）根據粉塵的特點確定沉降室內氣流速度（3）根據現場情況確定沉降室高度（或寬度）（4）計算沉降室的長度和寬度（或高度）4. 重力沉降室的設計重力沉降室設計沉降室的設計包括確定幾何尺寸和分組除塵效率、總除塵效率等。選定要全部去除的最小粒徑，計算出其重力沉降速度。確定平均氣流速度v0（取值范圍：0.3-2m/s,視要求的除塵效率和占地空間大小而定），則有L=2v0H/us由選定的高度H求出最小長度L，或由選定的L求出最大高度H。沉降室尺寸確定后，便

6、可進行分級效率計算。然后根據分級效率和粉塵粒徑分布數據計算總除塵效率。例題欲利用重力沉降室捕集粒徑為40m，密度為2000kg/m3的粒子。假定氣流速度為0.5m/s，粘度為1.8110-5 Pa.S ，沉降室高度為1.5m，試求當捕集效率為90時沉降室長度。5. 重力沉降室的優缺點重力沉降室的優點結構簡單投資少壓力損失小（一般為50-100Pa）維修管理容易重力沉降室的缺點體積大效率低僅作為高效除塵器的預除塵裝置，除去較大和較重的粒子 慣性除塵器（1）機理含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發生急劇轉變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離 沖擊式氣流中粒子沖擊擋板，捕集較粗粒子反轉式改變氣流

7、方向，捕集較細粒子反轉式慣性除塵器a 彎管型 b 百葉窗型 c 多層隔板型沖擊式慣性除塵器a 單級型 b多級型（2）結構形式（3）慣性除塵器的應用一般用于凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵慣性除塵器的凈化效率通常不高，一般只用于多級除塵中的一級除塵，捕集1020m以上的粗顆粒壓力損失1001000Pa使含塵氣流作旋轉運動，在離心力作用下使塵粒從氣流中 分離捕集下來的裝置。3. 旋風除塵器 使含塵氣流作旋轉運動，在離心力作用下使塵粒從氣流中 分離捕集下來的裝置。3. 旋風除塵器 3. 旋風除塵器 利用旋轉氣流產生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置 普通旋風除塵器是由進氣管、筒體、錐體和排氣管等組

8、成 （1）旋風除塵器內氣流與塵粒的運動外渦旋氣流沿外壁由上向下旋轉運動內渦旋旋轉氣流在錐體底部轉而向上沿軸心旋轉塵粒離心力的作用下移向外壁上渦旋氣流從除塵器頂部向下高速旋轉時，一部分氣流帶著細小的塵粒沿筒壁旋轉向上，到達頂部后，再沿排出管外壁旋轉向下，最后從排出管排出旋風除塵器氣流與塵粒的運動旋風除塵器內氣流與塵粒的運動（續）氣流運動包括切向、軸向和徑向： 切向速度、軸向速度和徑向速度 切向速度決定氣流質點離心力大小，顆粒在離心力作用下逐漸移向外壁到達外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗旋風除塵器切向速度vT外渦旋的切向速度分布：反比于旋轉半徑的n次方 此處n 1，稱為渦流指數 內渦

9、旋的切向速度正比于旋轉半徑 內外渦旋的界面上氣流切向速度最大 交界圓柱面直徑 d0 = ( 0.6-1.0 ) de , de 為排氣管直徑 D：旋風除塵器直徑 n 取0.50.9旋風除塵器 徑向速度vr 假定外渦旋氣流均勻地經過交界圓柱面進入內渦旋平均徑向速度 r0和h0分別為交界圓柱面的半徑和高度，m 旋風除塵器 軸向速度外渦旋的軸向速度向下內渦旋的軸向速度向上在內渦旋，軸向速度向上逐漸增大，在排出管底部達到最大值 外渦旋反比于旋轉半徑的n次方內外渦旋交界面內渦旋切向速度正比于半徑氣流切向速度最大T此處n 1，稱為渦流指數v Rn 常數vTR 常數軸向速度 外渦旋的軸向速度 向下 內渦旋的

10、軸向速度 向上 在內渦旋，軸向速 度向上逐漸增大， 在排出管底部達到 最大值徑向速度假定外渦旋氣流均勻地 經過交界圓柱面進入內 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旋風除塵器內氣流的切向速度和壓力分布壓力：外側高，中心低，軸心處為負壓。 除塵器下部必須保持嚴密，否則會有空氣滲入，把已分離的粉塵重新卷入內渦旋。 進氣方式組合方式串聯式旋風除塵器組合： 提高除塵效率并聯式旋風除塵器組合（多管旋風除塵器）： 增大處理氣體量，提高 除塵效率串聯式旋風除塵器多管旋風除塵器（2）旋風除塵器的壓力損失進出口壓力之差，也稱壓力降：氣體的密度，kg/m3 v1：氣體入口速度，m/s：局部

11、阻力系數 ，同一型號旋風除塵器為一常數 A：旋風除塵器進口面積 ，m2 de：排氣管直徑，m旋風除塵器型式XLT XLTA XLPA XLPB 5.3 6.5 8.0 5.8局部阻力系數影響旋風除塵器的壓力損失的因素 氣體入口速度v1，P 相對幾何尺寸，de/D， P de/D0.40.6入口含塵濃度，P 操作運行中的壓力損失一般低于2000Pa （3）旋風除塵器的除塵效率分割直徑是確定除塵效率的基礎分割直徑越小，表示除塵器能分離下來的粉塵越細，除塵器的性能愈好 在內、外渦旋交界面上，離心力FC、阻力FD 若 FC FD ，顆粒移向外壁若 FC FD ，顆粒進入內渦旋當 FC = FD時，有5

12、0%的可能進入外渦旋，即除塵效率為50% ，此時的粒徑即為除塵器的分割直徑，dc旋風除塵器的除塵效率（續）對于球形Stokes粒子分割粒徑dc確定后，根據雷思利希特模式計算其他粒子的分級效率 另一種經驗公式【例】已知XZT90型旋風除塵器在入口速度v1=13m/s時，處理氣體量Q=1.37m3/s。試確定凈化工業鍋爐煙氣（溫度為423K，煙塵真密度為2.1g/cm3）時的分割直徑和壓力損失。已知:該除塵器簡體直徑0.9m，排氣管直徑為0.45m，排氣管下緣至錐頂的高度為2.58m，423K時煙氣的粘度 （近似取空氣的值）=2.4105pas。該旋風除塵器的局部阻力系數為8.33。 解: 假設接

13、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、外渦旋交界圓柱的直徑d0=0.7 de，根據式 （610） 由式 （69）得氣流在交界面上的切向速度 由式（612）計算 例題（續） 根據式（616） 此時旋風除塵器的分割直徑為5.31m。 根據式（513）計算旋風除塵器操作條件下的壓力損失：423K時煙氣密度可近似取為旋風除塵器（4）影響旋風除塵器效率的因素 二次效應：被捕集的粒子重新進入氣流在較小粒徑區間內，理應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，實際效率高于理論效率在較大粒徑區間，粒子被反彈回氣流或被捕集的塵粒被重新吹起進入氣流，實際效率

14、低于理論效率通過環狀霧化器將水噴淋在旋風除塵器內壁上，能有效地控制二次效應 旋風除塵器影響旋風除塵器效率的因素（續）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；筒體直徑過小，粒子容易逃逸，效率下降。錐體適當加長，對提高除塵效率有利排出管直徑愈小分割直徑愈小，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。特征長度-亞歷山大公式旋風除塵器排出管以下部分的長度應當接近或等于l ，筒體和錐體的總高度以不大于5倍的筒體直徑為宜。 影響旋風除塵器效率的因素（續）比例尺寸對性能的影響比例變化性能趨向投資趨向壓力損失效率增大筒體直徑降低降低提高加長筒

15、體稍有降低提高提高增大入口面積（流量不變）降低降低增大入口面積（速度不變）提高降低降低加長錐體稍有降低提高提高增大錐體的排出孔稍有降低提高或降低減小錐體的排出孔稍有提高提高或降低加長排出管伸入器內的長度提高提高或降低提高增大排氣管管徑降低降低提高影響旋風除塵器效率的因素（續） 煙塵的物理性質氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣含塵濃度 氣體溫度升高，粘度升高，效率下降 塵粒的大小或比重增加，效率提高 粉塵入口濃度升高，效率增加影響旋風除塵器效率的因素（續） 操作變量提高煙氣入口流速，旋風除塵器分割直徑變小，除塵器性能改善 入口流速過大，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

16、下降v1：效率最高時的入口速度 影響旋風除塵器效率的因素（續）除塵器下部的嚴密性在不漏風的情況下進行正常排灰 鎖氣器 (a)雙翻板式 (b)回轉式 （5）旋風除塵器結構形式 按進氣方式分 切向進入式軸向進入式 a. 直入切向進入式 b. 蝸殼切向進入式 c. 軸向進入式旋風除塵器結構形式 按氣流組織分 回流式、直流式等 多管旋風除塵器 由多個相同構造形狀和尺寸的小型旋風除塵器（又叫旋風子）組合在一個殼體內并聯使用回流式多管旋風除塵器 （6）旋風除塵器的設計選型Q, , P收集設計資料，選擇除塵器的型式 氣體流量：Q粉塵的物理性質：含塵濃度、粒徑分布、密度氣體的物理性質：溫度、濕度等凈化要求：根

17、據排放標準（C2）, P 某值旋風除塵器的設計選型選擇除塵器的型式 根據允許的壓力降確定進口氣速，或取為12-25 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 筒體直徑：決定了除塵器的規格旋風除塵器的設計旋風除塵器的比例尺寸尺寸名稱XLP/AXLP/BXLT/AXLT入口寬度，b入口高度，h筒體直徑，D上3.85b下0.7D3.33b（b=0.3D）3.85b4.9b排出筒直徑，de上0.6D下0.60.6D0.6D0.58D筒體長度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D錐體長度，H上0.50D下1.002.3D2.0D1.3D灰口直徑，d10.0296D0.4

18、3D0.3D0.145D進口速度為右值時的壓力損失12m/s700（600）5000（420）860（770）440（490）15m/s1100（940）890（700）1350（1210）440（490）18m/s1400（1260）1450（1150）1950（1740）990（1110）旋風除塵器的設計通常應遵循以下原則 為防止粒子短路漏到出口管,hs, 其中s為排氣管插入深度；為避免過高的壓力損失，b(D-de)/2；為保持渦流的終端在錐體內部，（H+L)3D； 特征長度-亞歷山大公式 旋風除塵器排出管以下部分的長度應當接近或等于l ，筒體和錐體的總高度以不大于5倍的筒體直徑為宜。為利

19、于粉塵易于滑動，錐角7O-8O；為獲得最大的除塵效率: de/D0.40.5，(H+L)/de810，s/de1。【例】 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型旋風除塵器，試求其主要尺寸。尺寸名稱XLP/AXLP/BXLT/AXLT入口寬度，b入口高度，h筒體直徑，D上3.85b下0.7D3.33b（b=0.3D）3.85b4.9b排出筒直徑，de上0.6D下0.60.6D0.6D0.58D筒體長度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D錐體長度，H上0.50D下1.002.3D2.0D1.3D灰口直徑，d1