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1、14-1 机械式除尘器机械式除尘器 n机械式除尘器通常指利用机械式除尘器通常指利用质量力质量力(重力、重力、惯性力和离心力等惯性力和离心力等)的作用使颗粒物与气的作用使颗粒物与气流分离的装置，包括流分离的装置，包括重力沉降室、惯性除重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器尘器和旋风除尘器等。等。第1页/共147页2一、重力沉降室一、重力沉降室图图4-1 4-1 简单的重力沉降室简单的重力沉降室 第2页/共147页3层流式重力沉降室层流式重力沉降室n假定：在沉阵室内气流为假定：在沉阵室内气流为柱塞流柱塞流，流速为，流速为v v0 0(m/s)(m/s)；流动状态保持在；流动状态保持在层流范围内层流范围
2、内；颗粒；颗粒均匀均匀地分布地分布在烟气中。在烟气中。n粒子的运动由两种速度组成。在粒子的运动由两种速度组成。在垂直垂直方向，忽略方向，忽略气体的浮力，仅在气体的浮力，仅在重力和气体阻力重力和气体阻力的作用下，每的作用下，每个粒子以其沉降速度个粒子以其沉降速度u us s(m/s)(m/s)独立沉降，在独立沉降，在烟气流烟气流动动方向，粒子和气流具有方向，粒子和气流具有相同相同的速度。的速度。第3页/共147页4图图4-2 4-2 层流式重力沉降室纵断面图层流式重力沉降室纵断面图usv0第4页/共147页5n设处理烟气量为设处理烟气量为Q(mQ(m3 3/s),/s),气体在沉降室内停留时间气
3、体在沉降室内停留时间:沉降速度为沉降速度为u us s的尘粒的尘粒,从顶部降落到底部所需的时间为从顶部降落到底部所需的时间为:为使粉尘能在沉降室内沉降下来为使粉尘能在沉降室内沉降下来,含尘气流在沉降室内的含尘气流在沉降室内的停留时间停留时间t t必须大于或等于粉尘的沉降时间必须大于或等于粉尘的沉降时间t ts s.即即 第5页/共147页6n在时间在时间t t内，粒径为内，粒径为d dp p的粒子的沉降距离为的粒子的沉降距离为 当当h hc cH H时，粒子的分级除尘效率：时，粒子的分级除尘效率：第6页/共147页7 因为因为 (m/s)所以所以 其中其中 对于对于特定的沉降室特定的沉降室及含
4、尘气体的性质和流量，及含尘气体的性质和流量，k k为常数为常数，此时此时i i与与d dp p2 2成正比成正比。但在沉降室结构尺寸、处理含尘气体。但在沉降室结构尺寸、处理含尘气体性质和流量一定时，则该沉降室可完全沉降的最小粒径是性质和流量一定时，则该沉降室可完全沉降的最小粒径是有一定限度的。有一定限度的。第7页/共147页8n当粒子的沉降运动当粒子的沉降运动处于处于stokesstokes区域时区域时，则重力沉降室能，则重力沉降室能100100捕集的最小粒子直径为捕集的最小粒子直径为 除除特特殊殊说说明明外外，以以后后都都采采用用斯斯托托克克斯斯沉沉降降公公式式。实实际际上上，按按斯斯托托克
5、克斯斯公公式式的的计计算算与与试试验验值值比比较较，在在293K293K和和1atm1atm下下，对对于于颗颗粒粒密密度度、粒粒径径d dp p100m100m的的粒粒子子，二二者者是是相相当当一一致致的。的。第8页/共147页9n从式从式 可以看出可以看出提高沉降室除尘效率的主要途径为：提高沉降室除尘效率的主要途径为：降低沉降室内的气降低沉降室内的气流速度，增加沉降室长度或降低沉降室高度。流速度，增加沉降室长度或降低沉降室高度。v气流流速通常选定以不大于气流流速通常选定以不大于3m3m为宜，一般为为宜，一般为0.3-2.0m/s0.3-2.0m/s。v降低沉降室高度降低沉降室高度是一种实用的
6、方法。是一种实用的方法。此时沉降室的分级效率变为：此时沉降室的分级效率变为：第9页/共147页10Howord固定型固定型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 第10页/共147页11n沉降室也可捕集垂直上升气流中的粉尘粒子，沉降室也可捕集垂直上升气流中的粉尘粒子，但在这种沉降室中垂直上升气流的速度一定但在这种沉降室中垂直上升气流的速度一定要要小于可除下最小粒径粒子的末端沉降速度小于可除下最小粒径粒子的末端沉降速度。如图（垂直沉降室）如图（垂直沉降室）第11页/共147页12 屋顶时沉降室屋顶时沉降室第12页/共147页13扩大烟管式沉降室扩大烟管式沉降室第13页
7、/共147页14(c)带有锥形导流器的扩大烟管式带有锥形导流器的扩大烟管式第14页/共147页15n2.2.湍流式重力沉降室（自学）湍流式重力沉降室（自学）n设计重力沉降室时设计重力沉降室时，先要算出欲，先要算出欲100%100%捕集捕集粒子的沉降速度粒子的沉降速度u us s，并假设沉降室内的气，并假设沉降室内的气流速度和沉降室高度（或宽度），然后求流速度和沉降室高度（或宽度），然后求出沉降室的长度和宽度（或高度）。出沉降室的长度和宽度（或高度）。第15页/共147页16n例例.欲利用重力沉降室捕集粒径为欲利用重力沉降室捕集粒径为40m40m、密度为、密度为2000kg/m2000kg/m3
8、 3的粒子。假定气流速的粒子。假定气流速度为度为0.5m/s0.5m/s，气体状态为，气体状态为293K293K和和1atm1atm，沉降室高度为沉降室高度为1.5m1.5m，试求当捕集效率为，试求当捕集效率为90%90%时的沉降室长度。时的沉降室长度。第16页/共147页17n解解.在温度为在温度为293K293K和压力为和压力为1atm1atm的状态下，利用的状态下，利用stokesstokes定律计算粒子的沉降速度定律计算粒子的沉降速度据据得得第17页/共147页18n重力沉降室的主要优点是：重力沉降室的主要优点是：结构简单，结构简单，投资少，压力损失小投资少，压力损失小(一般为一般为5
9、0-130Pa)50-130Pa)，维修管理容易维修管理容易。但它的体积大，效率。但它的体积大，效率低，因此只能作为高效除尘的低，因此只能作为高效除尘的预除尘装预除尘装置置，除去较大和较重的粒子。，除去较大和较重的粒子。第18页/共147页19二、惯性除尘器二、惯性除尘器 1 1惯性除尘器除尘机理惯性除尘器除尘机理d2d1 d d2 2所受离心力与所受离心力与 成正比成正比 回旋气流的曲率半径愈小，回旋气流的曲率半径愈小，愈能分离捕集细小的粒子愈能分离捕集细小的粒子 此此惯惯性性除除尘尘器器，除除借借助助惯惯性性力力作作用用外外，还还利利用用了了离离心力和重力心力和重力的作用的作用图图4-5
10、4-5 惯性除尘器的分离机理惯性除尘器的分离机理 第19页/共147页202 2惯性除尘器结构型式惯性除尘器结构型式 可分为可分为冲击式和反转式冲击式和反转式图图4-6 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）多级型第20页/共147页21（c c）迷宫型）迷宫型第21页/共147页22n弯管型、百叶窗型反转式除尘装置和冲击式惯性除尘装弯管型、百叶窗型反转式除尘装置和冲击式惯性除尘装置都适于置都适于烟道除尘烟道除尘，多层隔板的塔式除尘装置主要用于，多层隔板的塔式除尘装置主要用于烟雾的分离烟雾的分离。图图4-7 4-7 反转式惯性除尘装置反转式惯性除尘装置(a)(a
11、)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第22页/共147页23 3 3惯性除尘器的应用惯性除尘器的应用n用用于于净净化化密密度度和和粒粒径径较较大大的的金金属属或或矿矿物物性性粉粉尘尘。对对粘粘结结性性和和纤纤维维性性粉粉尘尘，则则因因易易堵堵塞。塞。n由由于于惯惯性性除除尘尘器器的的净净化化效效率率不不高高，故故一一般般只只用用于于多多级级除除尘尘中中的的第第一一级级除除尘尘，捕捕集集10-10-20m20m以以上上的的粗粗尘尘粒粒。压压力力损损失失依依型型式式而而定定，一般为一般为100-1000Pa100-1000Pa。第23页/共147页25 三、旋
12、风除尘器（三、旋风除尘器（Cyclone SeparatorCyclone Separator）优点：优点：(1)(1)设备结构简单，造价低；设备结构简单，造价低；(2)(2)没有传动机构及运动部件，维护、修理方便；没有传动机构及运动部件，维护、修理方便；(3)(3)可可用用于于高高温温含含尘尘烟烟气气的的净净化化，用用一一般般碳碳钢钢制制造造的的除除尘尘器器可可工工作作于于350350。在在内内壁壁衬衬以以耐耐火火材材料料的的除除尘尘器可工作在器可工作在500500；(4)(4)可承受内、外压力；可承受内、外压力；第25页/共147页26(5)(5)可干法清灰，可用它回收有价值的粉尘；可干法
13、清灰，可用它回收有价值的粉尘；(6)(6)除尘器内敷设耐磨、耐腐蚀内衬后，可用以净化除尘器内敷设耐磨、耐腐蚀内衬后，可用以净化含高腐蚀性粉尘的烟气。含高腐蚀性粉尘的烟气。缺点：缺点：效率效率80%80%左右，捕集小于左右，捕集小于5m5m的颗粒效率的颗粒效率不高。不高。第26页/共147页27 第27页/共147页281 1旋风除尘器内气流与旋风除尘器内气流与尘粒的运动尘粒的运动n普通旋风除尘器组成：普通旋风除尘器组成：进气管、筒体、锥体进气管、筒体、锥体和排气管和排气管等组成。等组成。普通旋风除尘器的结构及内部气流普通旋风除尘器的结构及内部气流第28页/共147页29n为研究方便，通常把内外
14、涡旋气体的运动分解为研究方便，通常把内外涡旋气体的运动分解成为三个速度分量：成为三个速度分量：切向速度，径向速度和轴切向速度，径向速度和轴向速度。向速度。n切向速度切向速度是决定气流速度大小的主要速度分量，是决定气流速度大小的主要速度分量，也是决定气流质点离心力大小的主要因素。也是决定气流质点离心力大小的主要因素。第29页/共147页30旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布第30页/共147页31n根据根据“涡流涡流”定律，定律，外涡旋外涡旋的切向速度的切向速度反比于反比于旋旋转半径转半径R R的的n n次方，即次方，即 此处此处nlnl，常称为，常称为涡流
15、指数涡流指数。实验表明。实验表明n n值可由下式进行估算值可由下式进行估算 式中式中 D D旋风除尘器直径，旋风除尘器直径，m m；T T气体的绝对温度，气体的绝对温度，K K。第31页/共147页32n内涡旋的切向速度内涡旋的切向速度正比于正比于旋转半径旋转半径R R，比例常数，比例常数等于气流的旋转角速度等于气流的旋转角速度，即，即 在在内内、外外涡涡旋旋交交界界圆圆柱柱面面上上，气气流流的的切切向向速速度度最最大大。实实验验测测量量表表明明，交交界界圆圆柱柱面面直直径径d di i=(0.6-1.0)de=(0.6-1.0)de(de(de是排气管直径是排气管直径)。第32页/共147页
16、33n径向速度：近似地认为径向速度：近似地认为气流通过这个圆柱面气流通过这个圆柱面时的时的平均速度平均速度就是外涡旋气流的平均就是外涡旋气流的平均径向径向速度速度v vr r，即，即 式中：式中：Q Q旋风除尘器处理气量。旋风除尘器处理气量。m m3 3/s/s；r r0 0和和h h0 0分别为交界圆柱面的半径和高度，分别为交界圆柱面的半径和高度，m m。第33页/共147页34n关于轴向速度，与径向速度类似，视内、外涡关于轴向速度，与径向速度类似，视内、外涡旋而定。旋而定。n图图4-94-9给出旋风除尘器内的压力分布，全压和静给出旋风除尘器内的压力分布，全压和静压的压的径向径向变化非常显著
17、，由外壁向轴心逐渐降变化非常显著，由外壁向轴心逐渐降低，轴心处静压为负压，直至锥体底部均处于低，轴心处静压为负压，直至锥体底部均处于负压负压状态。状态。第34页/共147页352 2旋风除尘器的压力损失旋风除尘器的压力损失 n旋风除尘器的压力损失旋风除尘器的压力损失PP一般与气体一般与气体入口速度入口速度的平的平方成正比，即方成正比，即 气体的密度，气体的密度，kg/mkg/m3 3；v v1 1气体入口速度，气体入口速度，m/sm/s；局部阻力系数。局部阻力系数。第35页/共147页36n在缺少实验数据时，可用下式估算在缺少实验数据时，可用下式估算 A-A-旋风除尘器进口面积，旋风除尘器进口
18、面积，m m2 2。上式表明，除尘器上式表明，除尘器相对尺寸相对尺寸对压力损失影响较大，当除尘器对压力损失影响较大，当除尘器结构型式相同时，结构型式相同时，几何相似放大或缩小，压力损失基本不变。几何相似放大或缩小，压力损失基本不变。旋风除尘器操作运行中可以接受的压力损失，一般低于旋风除尘器操作运行中可以接受的压力损失，一般低于2kPa2kPa。第36页/共147页37 3 3旋风除尘器的除尘效率旋风除尘器的除尘效率 除尘效率与除尘效率与分割直径分割直径有直接的关系有直接的关系n 在旋风除尘器内，粒子的沉降主要取决于在旋风除尘器内，粒子的沉降主要取决于离心力离心力FcFc和和向心运动气流作用于尘
19、粒上的阻力向心运动气流作用于尘粒上的阻力F FD D。n在内、外涡旋界面上：在内、外涡旋界面上：n如果如果FcFcF FD D，移向外壁；，移向外壁；n如果如果FcFcF FD D，进入内涡旋；，进入内涡旋；n如果如果FcFcF FD D，进去，进去50%50%，出来，出来50%50%。即除尘效率为。即除尘效率为5050，此时的粒径即为除尘器的此时的粒径即为除尘器的分割直径分割直径，用，用dcdc表示。表示。第37页/共147页38n因为因为FcFcF FD D，对于球形粒子，由斯托克斯定律得到，对于球形粒子，由斯托克斯定律得到 式中式中 v vT0T0交界面处气流的切向速度，交界面处气流的切
20、向速度，m/sm/s。v vT0T0可根据式可根据式 计算；计算；v vr r可由式可由式 估算，则估算，则 dcdc愈小，说明除尘效率越高，性能愈好。愈小，说明除尘效率越高，性能愈好。第38页/共147页39n当当dcdc确定后，可以根据雷思一利希特模式计算确定后，可以根据雷思一利希特模式计算其它粒子的分级效率其它粒子的分级效率 其中涡流指数其中涡流指数n n可由式可由式 计算。计算。第39页/共147页40n例例4-2 4-2 已知已知XZT-90XZT-90型旋风除尘器在选取入口速度型旋风除尘器在选取入口速度v v1 113m/s13m/s时，处理气体量时，处理气体量Q Q1.37m1.
21、37m3 3/S/S。试确定。试确定净化工业锅炉烟气净化工业锅炉烟气(温度为温度为423K423K，烟尘真密度为，烟尘真密度为2.1g/cm2.1g/cm3 3)时的时的分割直径和压力损失分割直径和压力损失。已知该除尘。已知该除尘器筒体直径器筒体直径0.9m0.9m，排气管直径为，排气管直径为0.45m0.45m，排气管下，排气管下缘至锥顶的高度为缘至锥顶的高度为2.58m2.58m，423K423K时烟气的粘度时烟气的粘度(近近似取空气的值似取空气的值)2.4102.410-5-5PaPas s。第40页/共147页41解解：假假设设接接近近圆圆筒筒壁壁处处的的气气流流切切向向速速度度近近似
22、似等等于于气气流流的的入入口口速度，即速度，即v vl l=13m/s=13m/s，取内、外涡旋交界圆柱的直径取内、外涡旋交界圆柱的直径d d0 00.7de0.7de由式由式 得气流在交界面上的切向速度得气流在交界面上的切向速度第41页/共147页42n所以分割直径为：所以分割直径为：径向速度为：径向速度为：第42页/共147页43n旋旋风风除除尘尘器器操操作作条条件件下下的的压压力力损损失失：423K423K时时烟烟气气密密度度可近似取为可近似取为=547Pa=547Pa 第43页/共147页44 4 4影响旋风除尘器效率的因素影响旋风除尘器效率的因素 (1)(1)二次效应二次效应 n通通
23、过过环环状状雾雾化化器器将将水水喷喷淋淋在在旋旋风风除除尘尘器器内内壁壁上上，能能有有效效地地控制二次效应。控制二次效应。(2)(2)比例尺寸比例尺寸 n在在相同的切向速度相同的切向速度下下筒体直径筒体直径D D愈小，愈小，除尘效率愈高，但若除尘效率愈高，但若筒体直径过小，粒子容易逃逸，使效率下降。筒体直径过小，粒子容易逃逸，使效率下降。n锥体适当加长，对提高除尘效率有利。锥体适当加长，对提高除尘效率有利。n排排出出管管直直径径愈愈小小分分割割直直径径愈愈小小，即即除除尘尘效效率率愈愈高高。但但排排出出管管直直径径太太小小，会会导导致致压压力力降降的的增增加加，一一般般取取排排出出管管直直径径
24、dede(0.4-0.65)D(0.4-0.65)D。第44页/共147页45n从从排排出出管管下下部部至至气气流流下下降降的的最最低低点点之之间间的的距距离离称称为为旋旋风风除尘器的除尘器的特征长度特征长度，根据亚历山大，根据亚历山大(A1exander)(A1exander)公式公式注意：特征常度注意：特征常度l l与与气体的流量气体的流量无无关关实践表明，筒体和锥体的总高度以实践表明，筒体和锥体的总高度以不不大于大于五倍五倍的筒体直径为宜。的筒体直径为宜。v 除尘器下部的除尘器下部的严密性严密性也是影响除尘效率的一个重要因素。也是影响除尘效率的一个重要因素。第45页/共147页46第46
25、页/共147页47(3)(3)烟尘的物理性质烟尘的物理性质 n被处理气体的被处理气体的含尘浓度含尘浓度，尘粒粒径，尘粒粒径和密度和密度，尘粒越接近于，尘粒越接近于球球形，净化效形，净化效率率 。第47页/共147页48 n在流量不变的情况下，下述各式可以用来估算它们的在流量不变的情况下，下述各式可以用来估算它们的影响。影响。第48页/共147页49n压力损失与含尘量之间的关系可表示为压力损失与含尘量之间的关系可表示为 随含尘浓度而变化的压力损失；随含尘浓度而变化的压力损失；干净空气时的压力损失；干净空气时的压力损失；C C1 1入口含尘浓度，入口含尘浓度，g/mg/m3 3。第49页/共147
26、页50(4)(4)旋风除尘器旋风除尘器入口管气速入口管气速的影响的影响n提高烟气入口流速，旋风除尘器分割直径变小，使除尘提高烟气入口流速，旋风除尘器分割直径变小，使除尘器性能改善。器性能改善。n粗略估算，除尘效率和处理气体量之间的关系粗略估算，除尘效率和处理气体量之间的关系v旋风除尘器入口管含尘气体的流速，通常取用经验数据，旋风除尘器入口管含尘气体的流速，通常取用经验数据，u=10-25m/su=10-25m/s。v在实际应用中，小型旋风除尘器多取用在实际应用中，小型旋风除尘器多取用偏低的气速偏低的气速，而大型，而大型旋风除尘器取用旋风除尘器取用偏高偏高的气速。的气速。第50页/共147页51
27、5 5旋风除尘器的结构型式旋风除尘器的结构型式(1)(1)按进气方式：按进气方式：分为分为切向进入式切向进入式和和轴向进轴向进入式入式两类两类 n切向进入式又分为切向进入式又分为直入式直入式和蜗壳式和蜗壳式n直入式：直入式：进气管进气管外壁外壁与筒与筒体相切，进口管设计与制体相切，进口管设计与制造方便，且性能稳定。造方便，且性能稳定。直入切向进入式直入切向进入式第51页/共147页52n蜗壳式：蜗壳式：进气管进气管内壁内壁与筒体与筒体相切相切。进气管外壁采用渐开线进气管外壁采用渐开线形式，渐开角有形式，渐开角有180180、270270和和360360三种。三种。蜗壳切向进入式蜗壳切向进入式优
28、点优点：易于增大：易于增大进口进口面积，面积，减小尘粒向器壁的沉降距减小尘粒向器壁的沉降距离；减少了离；减少了进气流与内涡进气流与内涡旋气流的相互干扰旋气流的相互干扰，使进，使进口压力降减小。口压力降减小。第52页/共147页53n轴向轴向进入式：进入式：在相同的压力在相同的压力损失下，能够处理损失下，能够处理的的气体量气体量大，且气大，且气流流分布较均匀，分布较均匀，主主要用于要用于多管旋风除多管旋风除尘器和处理气体量尘器和处理气体量大大的场合。的场合。轴向进入式轴向进入式第53页/共147页54 (2)(2)按按气气流流组组织织分分类类：回回流流式式、直直流流式式、平平旋旋式式和和旋流式等
29、旋流式等 回流式回流式筒式筒式：阻力较小，除尘效率低，对于阻力较小，除尘效率低，对于10m10m左右的粒子的分离效率一般低于左右的粒子的分离效率一般低于60-7060-70 旁路式：旁路式：进气管上缘距顶盖有一段距离，进气管上缘距顶盖有一段距离，180180蜗壳式入口，排出管的插入深度可以较浅，筒蜗壳式入口，排出管的插入深度可以较浅，筒体上具有螺旋线形的灰尘隔离室。体上具有螺旋线形的灰尘隔离室。扩散式：扩散式：反射屏中心孔径在反射屏中心孔径在(0.05-0.1)D(D(0.05-0.1)D(D为筒为筒体直径体直径)时效率较高。时效率较高。第54页/共147页55图图4-13 4-13 旁路式旋
30、风除尘器旁路式旋风除尘器图图4-14 4-14 扩散式旋风除尘器扩散式旋风除尘器第55页/共147页56直流式旋风除尘器直流式旋风除尘器n除尘器内除尘器内没有上升的内旋没有上升的内旋气流，减少返混和二次飞气流，减少返混和二次飞扬，压力损失较小，但效率有所下降。扬，压力损失较小，但效率有所下降。(3)(3)多管旋风除尘器多管旋风除尘器 n由多个由多个相同构造形状和尺寸相同构造形状和尺寸的小型旋风除尘器的小型旋风除尘器(又又叫旋风子叫旋风子)组合在一个壳体内组合在一个壳体内并联并联使用的除尘器组。使用的除尘器组。n处理烟气量大。处理烟气量大。n能够有效地捕集能够有效地捕集5-10m5-10m的粉尘
31、，用耐磨铸铁铸成，的粉尘，用耐磨铸铁铸成，可处理含尘浓度较高的可处理含尘浓度较高的(100g/m(100g/m3 3)气体。气体。第56页/共147页57第57页/共147页58图图4-15 4-15 回流式多管旋风除尘器回流式多管旋风除尘器第58页/共147页59n多管旋风除尘器具有多管旋风除尘器具有效率高，处理气量效率高，处理气量大，有大，有利于布置和烟道连接方便等特点。利于布置和烟道连接方便等特点。n对旋风子制造、安装和装配的质量要求较高。对旋风子制造、安装和装配的质量要求较高。目前国内定型生产的多管除尘器的旋风子筒体目前国内定型生产的多管除尘器的旋风子筒体直径有直径有150150和和2
32、50mm250mm两种，管数有两种，管数有9 9、1212和和1616三三种。种。第59页/共147页60 6 6旋风除尘器的设计选型。旋风除尘器的设计选型。n多用多用经验法经验法来选择除尘器的型号规格，其基本来选择除尘器的型号规格，其基本步骤如下：步骤如下：(1)(1)根据根据含尘浓度、粒度分布、密度含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征及等烟气特征及除尘要求、允许的阻力和制造条件除尘要求、允许的阻力和制造条件等因素全面等因素全面分析，分析，合理地选择合理地选择旋风除尘器的型式旋风除尘器的型式。第60页/共147页61n常用除尘器型式：常用除尘器型式：XLP/A(XLP/A(或或B):B):入口
33、速度入口速度10m/s10m/sv v20m/s;20m/s;=85%=85%左右；对左右；对5m5m的粒子的粒子,i i为为20-30%,10m20-30%,10m的粒子的粒子,i i为为88%88%P=500-900Pa.P=500-900Pa.XLT:XLT:入口速度入口速度10m/s10m/sv v18m/s18m/s；P=500-700PaP=500-700Pa；=80-85%=80-85%第61页/共147页62(2)(2)根根据据使使用用时时允允许许的的压压力力降降确确定定进进口口气气速速v v1 1，若若没没有有气气速速与与压压降降的的数数据据，则则根根据据允允许许的的压压降降
34、计计算进口气速算进口气速 若没有提供允许的压力损失数据，一般取若没有提供允许的压力损失数据，一般取进口气速为进口气速为12-25m/s12-25m/s。第62页/共147页63(3)(3)确确定定旋旋风风除除尘尘器器的的进进口口截截面面A A，入入口口宽宽度度b b和和高高度度h h。根据处理气量由下式决定进口截面积。根据处理气量由下式决定进口截面积A A(4)(4)确定确定各部分几何尺寸各部分几何尺寸：由进口截面积：由进口截面积A A和入口宽和入口宽度度b b及高度及高度h h定出各部分的几何尺寸。定出各部分的几何尺寸。第63页/共147页64X-X-除尘器，除尘器，L-L-离心，离心，T-
35、T-筒式，筒式，P-P-旁路式，旁路式，A A、B B为产品代号。为产品代号。第64页/共147页65设计者可按要求选择其他的结构，但应遵循以下的原则：设计者可按要求选择其他的结构，但应遵循以下的原则：为为防防止止粒粒子子短短路路漏漏到到出出口口管管，hshs，其其中中s s为为排排气气管管插入深度；插入深度；为避免过高的压力损失，为避免过高的压力损失，bb（D-deD-de）/2/2;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，（，（H+LH+L）3D3D；为利于粉尘易于滑动，为利于粉尘易于滑动，锥角锥角=7-8;=7-8;为获得最大的除尘效率，为获得最大的除尘效率，de/D0.4
36、-0.5,(H+L)/de8-10;s/de1de/D0.4-0.5,(H+L)/de8-10;s/de1。第65页/共147页66n例例4-3 4-3 已知烟气处理量已知烟气处理量Q=5000mQ=5000m3 3/h/h，烟气密度，烟气密度=1.2kg/m=1.2kg/m3 3，允许压力损失为，允许压力损失为900Pa900Pa，若选用，若选用XLP/BXLP/B型旋风除尘器，试求其主要尺寸。型旋风除尘器，试求其主要尺寸。第66页/共147页67解：解：先求入口气速先求入口气速：根据表根据表4-14-1，=5.8=5.8，所以所以第67页/共147页68D=3.33b=3.330.208=
37、0.624m=624mmD=3.33b=3.330.208=0.624m=624mm参考参考XLP/BXLP/B产品系列，取产品系列，取D=700mmD=700mm L=1.7D=1.7700=1190mm 第68页/共147页69n当已提供有关除尘器性能时，则可根据处理气当已提供有关除尘器性能时，则可根据处理气体量和允许的压力损失，体量和允许的压力损失，选择适宜的进口气速选择适宜的进口气速，即可查得设备型号，从而决定各部分尺寸。上即可查得设备型号，从而决定各部分尺寸。上述例题查表取型号为述例题查表取型号为XLP/B-7.0XLP/B-7.0，其中，其中7.07.0表示表示除尘器筒体直径除尘器
38、筒体直径D D的的分米数分米数。第69页/共147页70n上节课小结：上节课小结：1、重力沉降室、重力沉降室2、惯性除尘器、惯性除尘器3、旋风除尘器、旋风除尘器切向速度、径向速度的计算切向速度、径向速度的计算压力损失的计算压力损失的计算除尘效率的计算除尘效率的计算结构型式及简单设计结构型式及简单设计第70页/共147页714-2 4-2 电除尘器电除尘器(ESP)(ESP)（Electrostatic PrecipitatorsElectrostatic Precipitators）电除尘器具有如下的优点：电除尘器具有如下的优点：1.1.电电除除尘尘器器的的除除尘尘效效率率高高（对对细细粉粉尘
39、尘有有很很高高的的捕捕集集效率），可高于效率），可高于99%99%；2.2.处理烟气量大，可达处理烟气量大，可达10105 510106 6m m3 3/h/h；3.3.能耗低能耗低,约约0.20.20.4kwh/1000m0.4kwh/1000m3 3 ；4.4.压力损失小，一般为压力损失小，一般为200200500Pa500Pa；5.5.可净化温度较高的或强腐蚀性含尘烟气。可净化温度较高的或强腐蚀性含尘烟气。第71页/共147页72n 电除尘器具有如下缺点电除尘器具有如下缺点：1.1.一一次次投投资资费费用用高高，钢钢材材消消耗耗量量较较大大。平平均均每每平方米收尘面积所需钢材大约为平方米
40、收尘面积所需钢材大约为3.5-4t3.5-4t；2 2除除尘尘效效率率受受粉粉尘尘比比电电阻阻影影响响很很大大。最最适适宜宜捕捕集比电阻为集比电阻为10104 45105101111cmcm的粉尘粒子。的粉尘粒子。3 3不适宜直接净化不适宜直接净化高浓度高浓度含尘气体；含尘气体；4 4占地面积较大。占地面积较大。第72页/共147页73电除尘器的工作原理涉及三个方面：电除尘器的工作原理涉及三个方面：n粒子荷电粒子荷电荷电粒子捕集荷电粒子捕集清灰清灰三个三个基本过程。基本过程。第73页/共147页74第74页/共147页75一、电晕放电一、电晕放电 1 1气体的导电过程和电晕放电气体的导电过程和
41、电晕放电第75页/共147页76n阴阴(阳阳)电晕电晕：当放电极和高压直流电源的阴：当放电极和高压直流电源的阴(阳阳)极相连时，就产生阴（阳）电晕；极相连时，就产生阴（阳）电晕；n产生电晕的电极称为产生电晕的电极称为电晕极电晕极；n吸收尘粒使其沉积的电极称为吸收尘粒使其沉积的电极称为集尘极集尘极；n自由电子能引起气体分子离子化的区域，常称为自由电子能引起气体分子离子化的区域，常称为电晕区电晕区；从电晕区至金属管表面的空间内，负离；从电晕区至金属管表面的空间内，负离子浓度一般为子浓度一般为10101414-10-101515个个/m/m3 3。第76页/共147页77 第77页/共147页79
42、2 2起晕电压起晕电压 n开开始始产产生生电电晕晕的的电电压压常常称称为为起起晕晕电电压压，相相应应的的电电场场强强度度称称为为起晕场强起晕场强。n管式电除尘器内任一点的电场强度可以由下式计算管式电除尘器内任一点的电场强度可以由下式计算 （V/m）r r距电晕线中心的距离（距电晕线中心的距离（m m）；）；a a电晕线半径（电晕线半径（m m）；）；b b集尘园管的半径（集尘园管的半径（m m）；）；V V施加于电晕线和集式电极之间的电压（极间电压施加于电晕线和集式电极之间的电压（极间电压V V）。）。第79页/共147页80皮克皮克(Peek)(Peek)提出如下经验公式计算起始电晕所需电场
43、强度提出如下经验公式计算起始电晕所需电场强度空气的相对密度，定义为空气的相对密度，定义为 ，其中，其中T T0 0=298K=298K，P P0 0=1.0atm=1.0atm，T T和和P P分别为操作温度和压力；分别为操作温度和压力；m m电晕线表面的粗糙度系数，电晕线表面的粗糙度系数，0.5m1.00.5m0.5m0.5m的微粒，以的微粒，以电场荷电电场荷电为主；为主；对对d dp p0.15m0.15m的微粒，则以的微粒，则以扩散荷电扩散荷电为主；为主；对对于于粒粒径径介介于于0.150.150.5m0.5m的的粒粒子子，则则需需要要同时考虑这两种过程。同时考虑这两种过程。第85页/共
44、147页861 1电场荷电电场荷电 (1)(1)荷电量的计算荷电量的计算n假定条件为假定条件为:a.a.粉粉尘尘粒粒子子为为球球形形，尘尘粒粒的的大大小小和和性性质质是是均均一一的的，并在电场内呈悬浮状；并在电场内呈悬浮状；b.b.粉尘粒子的电场不影响其它粉尘粒子周围的电场；粉尘粒子的电场不影响其它粉尘粒子周围的电场；c.c.所有粉尘粒子均可获得相同的电量；所有粉尘粒子均可获得相同的电量；d.d.粉尘粒子附近的电场和粒子浓度都是均一的。粉尘粒子附近的电场和粒子浓度都是均一的。第86页/共147页87n根据推导，电场荷电的饱和荷电量为根据推导，电场荷电的饱和荷电量为 粒子相对介电常数粒子相对介电
45、常数(与真空条件下的介电常数相比较与真空条件下的介电常数相比较)；0 0真空介电常数，等于真空介电常数，等于8.85108.8510-12-12F/mF/m；E E0 0电场强度，电场强度，V Vm m。第87页/共147页88(2)(2)影响电场荷电的因素影响电场荷电的因素 n对于粒子特性是对于粒子特性是粒径粒径d dp p和介电常数和介电常数；对于；对于电晕电场则是电晕电场则是电场强度电场强度E E0 0和离子密度和离子密度N N0 0。n大多数工业电除尘器荷电电场强度为大多数工业电除尘器荷电电场强度为3-3-6kV/cm6kV/cm；离子密度为；离子密度为10101313-10-1014
46、14离子离子/m/m3 3；对；对于大多数材料，于大多数材料，1 1100100，导电粒子，导电粒子为为。第88页/共147页89n对于中等离子密度对于中等离子密度(10(101414个个/m/m3 3)，荷电时，荷电时间仅为间仅为0.1s0.1s。这个时间相当于气流在除。这个时间相当于气流在除尘器内流动尘器内流动10-20cm10-20cm所需要的时间，所以所需要的时间，所以对于一般的电除尘器，可以认为粒子进对于一般的电除尘器，可以认为粒子进入除尘器后立刻达到了入除尘器后立刻达到了饱和电荷饱和电荷。第89页/共147页90 2 2扩散荷电扩散荷电 n扩散荷电扩散荷电不存在最大极限值不存在最大
47、极限值。n粒子荷电量取决于粒子荷电量取决于离子热运动离子热运动的的动能、粒动能、粒子大小和荷电时间子大小和荷电时间。对于粒径很小（小于。对于粒径很小（小于0.1m0.1m）的粉尘粒子的扩散荷电几乎与）的粉尘粒子的扩散荷电几乎与外外加电场加电场的作用无关。的作用无关。第90页/共147页91n利用分子热运动理论导出扩散荷电的理论方程利用分子热运动理论导出扩散荷电的理论方程 k k波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，1.38101.3810-23-23J/KJ/K；T T气体温度，气体温度，K K；气体离子的平均热运动速度，气体离子的平均热运动速度，m/sm/s。e e电子电量，电子电量，1.61.6 1
48、010-19-19C.C.第91页/共147页92n 例如，令例如，令N N0 05105101414个个/m/m3 3，T T298K298K，对常压下，对常压下的空气的空气 467m/s467m/s将这些值代入式上式得：将这些值代入式上式得：进一步假定进一步假定d dp p210210-6-6m m和和t t1.0s1.0s，那么，那么 第92页/共147页93n3 3电场荷电和扩散荷电的综合作用电场荷电和扩散荷电的综合作用 第93页/共147页94n例例5-55-5 利用下列数据，决定电场和扩散荷利用下列数据，决定电场和扩散荷电综合作用下粒子荷电量随时间的变化。电综合作用下粒子荷电量随时
49、间的变化。n已知已知=5=5，EoEo3103106 6V/mV/m，T T300K300K，N N2102101515离子离子/m/m3 3；=467m/s=467m/s，d dp p0.10.1，0.50.5和和1.0m1.0m。第94页/共147页95解：由电场荷电的计算公式得电场荷电饱和电荷量为：解：由电场荷电的计算公式得电场荷电饱和电荷量为：扩散荷电过程的核电量随时间的变化：扩散荷电过程的核电量随时间的变化：则则第95页/共147页96n这三种粒子的饱和荷电量分别是：这三种粒子的饱和荷电量分别是：1.79101.7910-18-18、4.48104.4810-17-17和和1.791
50、01.7910-16-16库仑。库仑。第96页/共147页984 4异常荷电现象异常荷电现象 n反电晕现象反电晕现象：通常当比电阻高于通常当比电阻高于2102101010cmcm时，较易发生火花放电或反电晕时，较易发生火花放电或反电晕 n空间电荷大空间电荷大：微小粒子浓度高，空间电荷大，除微小粒子浓度高，空间电荷大，除尘效率降低，尤其是粒径在尘效率降低，尤其是粒径在1m1m左右的数量越多，左右的数量越多，这种现象越严重。这种现象越严重。n电晕闭塞：电晕闭塞：第98页/共147页99三、荷电粒子的捕集三、荷电粒子的捕集 n 1 1驱进速度驱进速度 球形粒子在层流情况下，仅受电场力和气体阻力的作用