大气污染教案-第五章

1大气污染控制工程

2机械式除尘器湿式除尘器电除尘器过滤式（袋式）除尘器除尘器的选择与发展掌握各类除尘器的工作原理、结构及性能

能够进行简单除尘器的选择和设计

了解目前除尘器的研究和发展情况3第五章机械式除尘第一节重力沉降室机械式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45重力沉降室的除尘原理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除尘原理：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。

6重力沉降室的简化计算前的几点简化假设：沉降室内气流为柱塞流（气流速度均匀）；气流水平流速为v0，并且保持在层流范围内；颗粒均匀分布于烟气中，并且以终端速度vs独立沉降；在烟气流动方向，粒子和气流具有相同速度。忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用，则其终端沉降速度为：7重力沉降室的除尘效率若沉降室的长宽高分别为l、b、h，处理烟气量为qv

气流在沉降室内的停留时间在时间t内粒子的沉降距离则除尘器对该粒子的除尘效率为8重力沉降室捕集的最小粒子对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?（理论值）由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般取分级效率公式的一半作为实际分级效率。则计算得到的最小粒子直径要变大。9设计改善提高沉降室效率的主要途径沉降室内的气流速度一般为0.2～2.0m/s降低沉降室内气流速度增加沉降室长度降低沉降室高度重力沉降室的设计几何尺寸：除尘效率：10多层沉降室：如右图（降低沉降室高度）多层沉降室1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板考虑清灰的问题，一般隔板数在3以下使沉降高度减少为原来的1/（n+1），其中n为水平隔板层数

设计改善实例折流板式沉降室：可加设垂直挡板（增加沉降室长度）11重力沉降室的应用特点优点结构简单投资少压力损失小（一般为50-100Pa）维修管理容易缺点体积大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（适合40微米以上颗粒粉尘的去除）12多层重力沉降室的除尘效率P79例5-1

例：一直径为10.9的单分散相气溶胶通过一重力沉降室，宽20CM，长50CM，共18层，层间距0.124CM，气体流速是8.61L/MIN，并观测到其操作效率为64.9%。问需要设置多少层才能得到80%的操作效率。13解：多层沉降室的除尘效率公式为：14即需设置22层隔板才能得到80%的效率152、惯性除尘器惯性除尘器除尘机理使含尘气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力（离心力）作用，使其与气流分离。（沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上；设置弯道，使气流方向改变）16惯性除尘器结构形式冲击式－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冲击式惯性除尘装置a单级型b多级型反转式惯性除尘装置a弯管型

b百叶窗型

c多层隔板型17惯性除尘器应用特点（优缺点）一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘净化效率不高，一般只用于多级除尘中的初级除尘，捕集10～20µm以上的粗颗粒压力损失100～1000Pa尤其不适合净化粘结性和纤维性粉尘，容易造成堵塞。适合安装在烟道上使用183、旋风除尘器1920旋风除尘器作用原理

利用旋转气流产生的离心力（还包括重力）使尘粒从气流中分离的装置。

普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成

气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋

旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋少量气体运动到上顶盖处，直接从排出管排出：上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

21旋风除尘器内气流与尘粒的运动：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因此颗粒物主要是在外涡旋中被去除的22旋风除尘器内气流与尘粒的运动：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因此颗粒物主要是在外涡旋中被去除的23外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的n次方此处n1，称为涡流指数

切向速度旋风除尘器内部气流速度解析1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

dI=(0.6-1.0)de,de

为排气管直径

24旋风除尘器内气流的切向速度分布25旋风除尘器内部气流速度解析2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

26压力分布：从图可以看出，全压和静压沿径向变化较大。由外壁向轴心逐渐降低，轴心最低，且为负值，并一直延伸至灰斗。气流压力沿径向的这种变化，不是因摩擦而主要是因离心力引起的。27旋风除尘器压力损失：局部阻力系数

A：旋风除尘器进口面积

旋风除尘器型式XLTXLT⁄AXLP⁄AXLP⁄Bξ

5.36.58.05.828旋风除尘器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，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，外力平衡，有50%的可能进入外涡旋，既除尘效率为50%

惯性离心力FC阻力FDdc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的除尘效率（续）对于球形Stokes粒子分割粒径30旋风除尘器旋风除尘器分级效率曲线

31影响旋风除尘器效率的因素321、二次效应——由于气流返混，被捕集的粒子重新进入气流，造成除尘器效率下降的现象。（发生在较大粒径区间）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332、除尘器的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。锥体适当加长，对提高除尘效率有利排出管直径愈小则分割直径愈小，即除尘效率愈高dI=(0.6-1.0)de34比例尺寸对性能的影响比例变化性能趋向投资趋向压力损失效率增大旋风除尘器直径降低降低提高加长筒体稍有降低提高提高增大入口面积（流量不变）降低降低——增大入口面积（速度不变）提高降低降低加长锥体稍有降低提高提高增大锥体的排出孔稍有降低提高或降低——减小锥体的排出孔稍有提高提高或降低——加长排出管伸入器内的长度提高提高或降低提高增大排气管管径降低降低提高353、除尘器下部的严密性要保证除尘器在不漏风的情况下进行正常排灰

锁气器(a)双翻板式(b)回转式

364、烟尘的物理性质粉尘的粒径和密度粉尘的粒径越大，离心力与阻力间的差值越大，越容易被捕集，除尘效率高；粉尘的密度越大，分割粒径越小，除尘效率高。

375、操作变量烟气的温度与入口流速温度升高，气体粘度增大，分割粒径增大，除尘效率下降。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。旋风除尘器适宜的入口速度一般为12-20m/s。

影响旋风除尘器效率的因素38旋风除尘器的结构形式按进气方式分

切向进入式：直入式、蜗壳式轴向进入式

39a.直入切向进入式b.蜗壳切向进入式c.轴向进入式40直入式入口管外壁与筒体相切，阻力为1000Pa左右；蜗壳式则是入口管内壁与筒体相切，后者的入口气流距筒体外壁更近，有利于提高除尘效率，并使进口处阻力减小，但除尘器体积有所增大。轴向式入口装有导流叶片使气流旋转，与前两者相比，在相同压力损失下，能处理约3倍的气体量，适用于多管旋风除尘器或处理大气量的场合41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。

42多管旋风除尘器

通常并联几十到几百个旋风子，旋风子的直径一般为250mm；在使用多管旋风除尘器的时候，尤其要注意使进入各个旋风子的气流均匀分布；一般采用铸铁或陶瓷材料，耐磨损、耐腐蚀，可处理含尘浓度高的气体，可有效分离5-10µm的粉尘。43旋风除尘器的型号说明XZT一9.0型旋风除尘器直流（筒式）旋风除尘器，筒体直径900mm44旋风除尘器的设计1、选择除尘器的结构形式根据含尘浓度、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2、根据允许的压力降确定进口气速，或取12-20m/s3、确定入口截面A，入口宽度b和高度h4、确定各部分几何尺寸

5、根据分级效率求总效率6、核算压力损失45旋风除尘器各部分几何尺寸46旋风除尘器各部分几何尺寸1、筒体直径D:一般取150~1000mm2、入口尺寸:通常为矩形，设面积为A，宽b，高hk一般为0.07~0.3，h/b通常为1~4，即狭长型入口3、筒体高（长）度L:多取（0.8~2）D4、锥体高（长）度H和锥角:

H多在2D左右，锥角约20~30°,L+H不超过5D5、排气管直径d:一般为（0.4~0.66）D6、排尘口直径dc:一般为（0.7~1）d7、排气管插入深度s:一般应在入口下端，防止含尘气流被直接排出.47旋风除尘器的应用特点优点：1、结构简单，造价低2、维修保养方便3、可耐400°高温4、耐磨损，耐腐蚀缺点：1、对5µm以下的微细粉尘和密度小的纤维性粉尘的去除率不高2、由于除尘效率随筒体直径的增大而降低，造成单个除尘器处理风量受到限制48构成：