第三章除尘器的设计与选型

第三章除尘器的设计与选型1第一页，共六十四页，2022年，8月28日1.教学要求：要求了解除尘器的类型，包括各种干式和湿式除尘器，理解和掌握电除尘器、过滤式除尘器设计等。2.教学重点掌握机械除尘器作原理、结构与设计；电除尘器的工作原理，了解其选型和设计；掌握过滤式除尘器的工作原理，了解其选型和设计；了解除尘系统的选择设计与除尘器的发展。3、教学难点电除尘器的工作原理，过滤式除尘器的工作原理及设计。第二页，共六十四页，2022年，8月28日除尘装置概述从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置

湿式除尘装置

干式除尘装置

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

袋式除尘电除尘重力除尘惯性除尘湿式除尘第三页，共六十四页，2022年，8月28日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

第四页，共六十四页，2022年，8月28日一、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

层流式和湍流式两种

第五页，共六十四页，2022年，8月28日层流区：雷诺数Rep≤1，对球形粒子而言：

当介质为空气时ρp>>ρ则有：由上式可见us,若dp小，则us就小，故小颗粒就难分离。若将雷诺数Rep=1代入，可求出尘粒沉降时的临界粒径dc。

得

代入得：一、重力沉降室第六页，共六十四页，2022年，8月28日工业粉尘粒径大致为1—100μm，粒径小于5μm的尘粒实际沉降速度要比Stocks定律预示的大，需修正。故dp≤5μm的尘粒：us=c·us·Stocksc为修正系数，在空气中温度为20℃，压强为1atm时，

dp为μm。在其它温度下，Kc值就变化，一、重力沉降第七页，共六十四页，2022年，8月28日层流式重力沉降室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纵剖面示意图第八页，共六十四页，2022年，8月28日层流式重力沉降室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第九页，共六十四页，2022年，8月28日层流式重力沉降室对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分级效率公式的一半作为实际分级效率

第十页，共六十四页，2022年，8月28日层流式重力沉降室提高沉降室效率的主要途径：降低沉降室内气流速度增加沉降室长度降低沉降室高度沉降室内的气流速度一般为0.3～2.0m/s不同粉尘的最高允许气流速度第十一页，共六十四页，2022年，8月28日层流式重力沉降室多层沉降室：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以下多层沉降室1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板第十二页，共六十四页，2022年，8月28日重力沉降室的设计假设:通过重力沉降室断面的水平气流的速度V分布是均匀的，呈层流状态；入口断面上粉尘分布均匀（即每个颗粒以自己的沉降末端速度沉降，互不影响）；在气流流动方向上尘粒和气流速度相等，就可得到除尘设计的简单模式。（1）沉降时间和（最小粒径时的）沉降速度尘粒的沉降速度为us，沉降室的长、宽、高分别为L、W、H，要使沉降速度为us的尘粒在沉降室内全部去除，气流在沉降室内的停留时间(）应大于或等于尘粒从顶部沉降到灰斗的时间（），即：第十三页，共六十四页，2022年，8月28日第十四页，共六十四页，2022年，8月28日将

代入，可求出沉降室能100%捕集的最小粒径

上式是在理想状况下得到的，实际中常出现反混现象，工程上常用36代替式中的18，这样理论和实践更接近。室内的气流速度v0应根据尘粒的密度和粒径确定。一般取0.3—2m/s。沉降室的设计:

1).沉降时间;2).沉降速度(按要求沉降的最小颗粒)3).沉降室尺寸

第十五页，共六十四页，2022年，8月28日（2）沉降室尺寸先按算出捕集尘粒的沉降速度us，假设沉降室内的气流速度V0和沉降室高度H（或宽度W），而后求沉降室的长度和宽度（或高度）。Q=WHV0=WLus沉降室长度：沉降室宽度：

Q为处理气流量，m3/s第十六页，共六十四页，2022年，8月28日（3）设计要求1．保证粉尘能沉降，L足够长；2．气流在沉降室的停留时间要大于尘粒沉降所需的时间。

3．能100%沉降的最小粒径

（4）设计的主要内容：根据粒径dp算出1）us；2）初步确定了V0、H，根据求长度L。3）根据进气量Q求宽度w，Q=V0WH.第十七页，共六十四页，2022年，8月28日二、惯性除尘器1.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，使其与气流分离

第十八页，共六十四页，2022年，8月28日二、惯性除尘器2.惯性除尘器结构形式冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子冲击式惯性除尘装置a单级型b多级型第十九页，共六十四页，2022年，8月28日二、惯性除尘器反转式－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多层隔板型第二十页，共六十四页，2022年，8月28日设备示意图弯管惯性除尘3.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冲击式反转式第二十一页，共六十四页，2022年，8月28日旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。用来分离粒径大于5—10μm以上的的颗粒物。工业上已有100多年的历史。特点：结构简单、占地面积小，投资低，操作维修方便，压力损失较大，动力消耗也较大，可用于各种材料制造，能用于高温、高压及腐蚀性气体，并可回收干颗粒物。缺点：效率80%左右，捕集<5μm颗粒的效率不高，一般作预除尘用。三、旋风除尘器第二十二页，共六十四页，2022年，8月28日旋风除尘器的分类及型式旋风除尘器分类目前国内外常用的旋风除尘器种类很多，按照结构型式及各部尺寸的比例不同，可分为以下几类:①基本型旋风除尘器②螺旋型旋风除尘器③蜗旋型除尘器④圆筒型旋风除尘器⑤扩散型旋风除尘器⑥旁路式旋风除尘器⑦平面旋流旋风除尘器⑧龙卷风旋流除尘器⑨斜置式旋风除尘器⑩组合式旋风除尘器第二十三页，共六十四页，2022年，8月28日旋风除尘器第二十四页，共六十四页，2022年，8月28日旋风除尘器第二十五页，共六十四页，2022年，8月28日旋风除尘器第二十六页，共六十四页，2022年，8月28日切流式旋风除尘器结构分为蜗壳进口旋风除尘器(a);螺旋面进口旋风除尘器(b);狭缝进口旋风除尘器(c);狭缝进口旋风除尘器按二次风引人方式分为切流式(d)和轴流式(e).

轴流式旋风除尘器按气体在旋风除尘器内的流动情况分为轴流反转式(f)和轴流直流式(g);将排出气体中含尘浓度较大部分(或干净气体)以二次风的形式再导回旋风除尘器就变成龙卷风旋风除尘器。龙卷风旋风除尘器按二次风导人方式分为切流二次风(h)和轴流二次风(i).第二十七页，共六十四页，2022年，8月28日三、旋风除尘器第二十八页，共六十四页，2022年，8月28日旋风除尘图气流动图胖子型图实物图并行图第二十九页，共六十四页，2022年，8月28日三、旋风除尘器第三十页，共六十四页，2022年，8月28日三、旋风除尘器

1.旋风除尘器内气流与尘粒的运动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

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

第三十一页，共六十四页，2022年，8月28日1.旋风除尘器内气流与尘粒的运动（续）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，最后从排出管排出第三十二页，共六十四页，2022年，8月28日旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布

第三十三页，共六十四页，2022年，8月28日A、切向速度根据“涡旋定律”，外涡旋的切向速度反比于旋转半径R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

第三十四页，共六十四页，2022年，8月28日B、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，mC、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

第三十五页，共六十四页，2022年，8月28日2.旋风除尘器的压力损失

旋风除尘器的压力损失

表1局部阻力系数旋风除尘器型式XLTXLT⁄AXLP⁄AXLP⁄Bξ

5.36.58.05.8ρ：气体的密度,kg/m3；Vin：气体入口速度，m/s；：局部阻力系数第三十六页，共六十四页，2022年，8月28日缺乏实验数据时，可用下式表示：

A：旋风除尘器进口面积K——常数，等于20—40；L——筒体长度；H——锥体长度；de——排出管直径。第三十七页，共六十四页，2022年，8月28日2.旋风除尘器的压力损失

应当指出：旋风除尘器的其他操作因素对压力损失也有影响－响相对尺寸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

第三十八页，共六十四页，2022年，8月28日3.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，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，既除尘效率为50%

第三十九页，共六十四页，2022年，8月28日3.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

另一种经验公式第四十页，共六十四页，2022年，8月28日3.旋风除尘器的除尘效率（续）旋风除尘器的除尘效率－模型2将旋风除尘器视为利用离心力进行沉降的沉降室沉降室长度为NπD沉降室高度为b沉降速度＝径向速度Vr活塞流纵向湍流第四十一页，共六十四页，2022年，8月28日【例4-2】：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v1=13m/s，取内、外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7de，气流在交界面上的切向速度计算第四十二页，共六十四页，2022年，8月28日

根据

此时旋风除尘器的分割直径为5.31μm。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第四十三页，共六十四页，2022年，8月28日旋风除尘器分级效率曲线

第四十四页，共六十四页，2022年，8月28日4.影响旋风除尘器效率的因素（1）二次效应－被捕集粒子的重新进入气流在较小粒径区间内，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临界入口速度第四十五页，共六十四页，2022年，8月28日4.影响旋风除尘器效率的因素（续）（2）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少分割直径愈小，即除尘效率愈高；直径太小，压力降增加，一般取排出管直径de=（0.4～0.65）D。特征长度（naturallength）-亚历山大公式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五倍的筒体直径为宜。

第四十六页，共六十四页，2022年，8月28日4.影响旋风除尘器效率的因素（续）

（2）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第四十七页，共六十四页，2022年，8月28日4.影响旋风除尘器效率的因素（续）除尘器下部的严密性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

第四十八页，共六十四页，2022年，8月28日4.影响旋风除尘器效率的因素（续）（3）烟尘的物理性质气体的密度和粘度、尘粒的大小和比重、烟气含尘浓度

（4）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，除尘效率下降第四十九页，共六十四页，2022年，8月28日a.直入切向进入式b.蜗壳切向进入式c.轴向进入式5.旋风除尘器的结构形式（1）按进气方式分

切向进入式轴向进入式

第五十页，共六十四页，2022年，8月28日5.旋风除尘器的结构形式（续）

（2）按气流组织分

回流式、直流式、平旋式和旋流式

（3）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

回流式多管旋风除尘器

第五十一页，共六十四页，2022年，8月28日6.旋风除尘器的设计旋风除尘器的选型一般选用计算法和经验法。计算法：①由入口浓度c0，出口浓度ce（或排放标准）计算除尘效率η；②选结构型式；③根据选用的除尘器的分级效率ηd（分级效率曲线）和净化粉尘的粒径频度分布f0，计算ηT,若ηT>η,即满足要求，否则按要求重新计算。④确定型号规格⑤计算压力损失。第五十二页，共六十四页，2022年，8月28日第五十三页，共六十四页，2022年，8月28日经验法：①计算所要求的除尘效率η；②选定除尘器的结构型式；③根据选用的除尘器的η—Vi实验曲线，确定入口风速Vi；④根据气量Q，入口风速Vi计算进口面积A；⑤由旋风器的类型系数求除尘器筒体直径D，然后便从手册中查到所需的型号规格。6.旋风除尘器的设计第五十四页，共六十四页，2022年，8月28日尺寸比例1．筒体直径D：D愈小，愈能分离细小颗粒，但过小易引起堵塞。为此，有人用作为限制指标。D：150-200mm～800-1100mm

若处理气量大，可并联使用或采用多管式旋风器。2．入口尺寸（圆形和矩形）为减小颗粒的入射角，一般采用矩形（长H、宽B、面积A、）

类型系数k一般取0.07-0.3，蜗壳型入口的k较大，D较小，处理气量Q大，H/B为2-4。第五十五页，共六十四页，2022年，8月28日3．排气管：多为圆形，且与筒体同心，一般d=(0.4-0.6)D0。深度h：切线式h小，则压损小，但效率降低。经验取h≈)De或稍低于入口管底部。4．筒体L1、锥体L2：L1=（1.4-2.0）DL2=（2.0-3.0）DL1+L2≤5D≈（3-4）DL1/L2≈1.5/2.5较宜。5．圆锥角α：一般取20˚-30˚6．排尘口直径Dc：Dc=(0.25-0.5)D0，一般Dc≥70mm第五十六页，共六十四页，2022年，8月28日6.旋风除尘器的设计选择除尘器的型式

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

-根据允许的压力降确定进口气速，或取为12～25m/s

-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

第五十七页，共六十四页，2022年，8月28日6.旋风除尘器的设计（续）旋风除尘器的比例尺寸尺寸名称XLP/AXLP/BXLT/AXLT入口宽度，b入口高度，h筒体直径，D上3.85b下0.7D3.33b（b=0.3D）3.85b4.9b排出筒直径，de上0.6D下0.6D0.6D0.6D0.58D筒体长度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D锥体长度，H上0.50D下1.00D2.3D2.0D1.3D灰口直径，d10.296D0.43D0.3D0.145D进口速度为右值时的压力损失12m/s700（600）5000（420）860（770）440（490）15m/s1100（940）890（700）1350（1210）670（770）18m/s1400（1260）1450（1150）1950（1740）990（1110）第五十八页，共六十四页，2022年，8月28日6.旋风除尘器的设计（续）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；第五十九页，共六十四页，2022年，8月28日6.旋风除尘器的设计

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：根据表1，ζ＝5.8

参考XLP/B品系列；取D=700mm，第六十页，共六十四页，202