锅炉除尘设备

5.1

锅炉烟尘污染与防治√燃料燃烧过程中除放出大量热外，还会产生含有大量气相物质和固相物质的烟气。固相物质即为烟尘。√锅炉的烟尘由两部分组成，一部分是煤烟（碳黑）是燃料中碳氢化合物在高温缺氧条件下分解析出的微小碳粒，粒径一般均小于1mm；另一部分是飞灰，由灰粒和部分未燃尽的煤粒组成，颗粒大小从1mm到100mm不等。√锅炉烟气中的含尘量，一般用每标准立方米排烟体积中含有烟尘的质量来表示，称为排尘浓度，单位是

mg/m3（标态）。烟尘污染的危害√危害人体健康，细小的飘尘可随呼吸进入人的肺部或粘附于支气管里，造成疾病。√烟尘污染对工业、农业、林业生产都能造成危害。√烟尘落在植物上会影响其生长，使其产量降低或质量变坏。√烟尘污染会直接影响一些工业产品质量，而且会使设备和金属严重腐蚀和磨损。烟尘污染减轻和防止措施√控制烟尘的发生，降低烟气的初始含尘浓度√高烟囱扩散稀释烟气√加装除尘装置5.2

粉尘的物性1.粉尘的大小及表示方法粉尘的颗粒大小是重要的物理性质之一，许多其它性质与其有关。1）粉尘的形状√粉尘由于产生方式不同具有不同的形状，一般是不规则形状。√实际中用“球形度”来反映粉尘实际形状对球形的偏离程度。球形度是指同样体积的球形粒子表面积与尘粒实际表面积之比，用Φs表示。√球形粒子Φs

=1，非球形粒子Φs

<1。实际颗粒的球形度用实验确定。2）单一粉尘的粒径√球形粒子用直径表示其大小。非球形粒子一般也用

“粒径”衡量其大小，一般有三种形式的粒径：投影径、几何当量径和物理当量径。√投影径是指尘粒在显微镜下所观察到的粒径，有四种表示方法：面积等分径、定向径、长径、短径。√几何当量径是取粉尘某一几何量（面积、体积等）相同时的球形粒子直径。比如等投影面积径、等体积径、等表面积径、体面积径等。√物理当量径是取尘粒的某一物理量相同时的球形粒子直径。例如阻力径、自由沉降径等。粉尘的平均粒径√除尘中所研究的粉尘都是由许多大小不同的粉尘粒子所组成的聚合体。常采用“平均粒径”来表示该聚合体的平均特性。√由于平均方法的不同，平均粒径也有不同的定义，例如算术平均径、表面积平均径、体积平均径、质量中位径等。粉尘的分散度（粒径分布）分散度指在不同粒径范围内粉尘所含的个数或质量，也叫粒径分布，可用列表发、图线法积分布函数表示2.粉尘的密度√因粉尘产生的情况不同，测试条件不同，获得的密度值也不同。一般将粉尘的密度分为真密度和堆积密度等不同的概念。√单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度。这里所指的体积不包括粉尘之间的空隙，因此称为粉尘的真密度以ρp表示。√粉尘呈自然堆积状态时，单位容积粉尘的质量称为粉尘的堆积密度，以ρb表示。真密度和堆积密度有如下关系：式中，是空隙率，指堆积粉尘之间空隙总体积和堆积粉尘总体积之比。真密度对机械力式除尘器的除尘效果关系极大。堆积密度与设计粉尘贮存设备及再飞扬问题有关。3.粉尘的浸润性√粉尘对某一液体的亲合程度称为粉尘的浸润性。√粉尘的浸润是由于原来的固气界面被新的固液界面所代替而形成的。液体对固体表面的浸润程度取决于液体分子对固体表面作用力的大小；对于同一粉尘尘粒来说，液体分子对尘粒表面作用力与液体的表面张力大小有关。表面张力越小，越容易浸润。√根据粉尘对水的亲合程度分为“亲水性尘粒”和

“憎水性尘粒”。√粉尘的浸润性是选用干式或湿式除尘设备的主要依据之一，其中锅炉飞灰为强亲水性粉尘。4.粉尘的安息角与滑动角√粉尘自小孔连续地下落到水平面上时，堆积成的锥体母线与水平面的夹角称为安息角，也称静止角或堆积角。√滑动角指光滑平面倾斜时粉尘开始滑动的倾角。√安息角与滑动角表示同样的性质，是评价粉尘流动特性的一个重要指标，是设计除灰器灰斗锥度、除尘管路和输灰管路倾斜度的主要依据。√锅炉飞灰的安息角为15°~20°。5.粉尘的磨损性√粉尘磨损性指粉尘流动过程中对器壁或管壁的磨损性能，与其本身的硬度、大小、形状、密度等因素有关，也与气流速度、气流中粉尘的浓度有关。6.粉尘的光学特性√粉尘的光学特性包括粉尘对光的反射、吸收和透光程度等。√除尘技术上可以利用粉尘的光学特性来测定粉尘的浓度和分散度，许多国家采用烟囱排除烟尘的透明度作为排放标准。7.粉尘的荷电性及导电性√粉尘在其产生及运动过程中，由于相互碰撞、摩擦放射线照射、电晕放电及接触带电体等原因，可能带电。电除尘器就是专门利用粉尘的荷电性除尘的。√粉尘的导电性能通常用比电阻表示：式中，r为比电阻Ω·cm，V为通过粉尘层的电压V，j为通过粉尘层的电流密度A/cm，d为粉尘层厚度cm。√粉尘的比电阻对电除尘器的工作有很大影响。最有利于粉尘捕集的比电阻范围为104~5×1010

Ω·cm。√温度高时（250），粉尘层内电流传导主要手粉尘化学成分的影响，与周围气体的性质无关，称为体积导电。体积比电阻随温度上升而降低。√温度低时，粉尘的导电主要取决于周围的环境（气体的温度、湿度、成分等），称为表面导

电。表面比电阻随温度上升而

增加。√温度中间范围时是两种机理共同作用。8.粉尘的粘附性√粉尘颗粒附着在固体表面上或颗粒彼此相互附着的现象称为粘附。√粉尘之间的各种粘附力归根结底与电性能有关，但从微观上可分为分子力、毛细粘附力及静电力三种。√粉尘粘附的影响因素：粉尘粒径，形状的规则程度表面粗糙度，含水率，浸润性，荷电量，周围介质的性质，颗粒与气体的运动状态。√粉尘粘附有利于除尘装置捕集粉尘，不利于设备和含尘气流管道的输运。5.3

除尘器的分类及其性能指标1.除尘器的分类按除尘机理的不同将除尘器分为以下四大类

1）机械式除尘器指利用质量力（重力、惯性力和离心力等）的作用使尘粒与气流分离的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。这类除尘器的特点是结构简单，造价低廉，维护方便，但除尘效率不高。2）过滤式除尘器过滤式除尘器是以过滤作为除尘主要机理的除尘装置包括袋式除尘器和颗粒层除尘器等。根据所选用的滤料和设计参数不同，袋式除尘器的效率可达很高。洗涤式除尘器这类除尘器的特点是利用水或其它液体作为除尘介质除尘效率高。主要缺点是会产生污水，需进行处理。电除尘器电除尘器是用电力作为捕尘机理的除尘装置。优点是除尘效率高，动力消耗少；缺点是钢耗大，投资高。在实际的除尘器中，往往是综合几种除尘机理的共同作用。以上分类是指其中起主导作用的除尘机理。2.除尘器的性能指标√评价除尘器性能的指标，包括技术指标和经济指标两部分。√技术指标主要有处理气体流量、除尘效率和阻力。√经济指标主要有设备费、运行费和占地面积等。√还应考虑设备的安装、操作、检修的难易等因素。√这些指标是用于全面衡量除尘器性能好坏的标志。1）除尘效率除尘器的除尘效率系指含尘气流在经过除尘器所捕集下来的粉尘量占进入除尘器的粉尘总量的百分数。除尘效率用符号h表示。用Q(m3/s)、G(g/s)、C(g/m3)分别代表烟气量、粉尘烟气含尘浓度，i代表入口，o代表出口，c代表被捕集的粉尘，则根据定义，除尘效率可表示如下：当除尘器严密不漏风时，有实际上，除尘器经常有漏风，所以有式中，K为漏风系数。当除尘效率很高时，或为了说明污染物的排放量，有时采用通过率来表示除尘器性能□一般来说，粉尘都是由不同粒径组成的，所以除尘器的除尘效率又与粉尘粒径相关，故上述效率实际上应该是对特定粉尘而言，缺乏一般性。因此引入分级除尘效率来进一步表明除尘器的分离性能。□分级除尘效率是指除尘器对某一粒径（或粒径范围下的除尘效率，计算如下：式中下角标d指粒径d（或在△d范围内）。通常在测定粒度的分布时都是用原始粉尘量的百分数表示，如下式，式中j为粉尘质量百分数。则已知各分级效率时，可按下式求出总效率：当有n级分离器串联使用时，总效率为2）除尘器阻力阻力是评定除尘器性能的另一重要指标。它表示含尘气流通过除尘器时的压力损失，是衡量除尘设备能耗和运行费用的一个指标。除尘器阻力△P是以除尘器前后管道中气流的平均全压差来表示的。工程应用中通常用阻力系数来评定除尘器的阻力性能阻力系数x就是指压力损失与动压值的比值，即分别为除尘器前后管道内的平均全压，Pa；PH为高温气体在大气中的浮力校正值，Pa；rg，ra分别为管道内气体和大气的密度，kg/m3；g为重力加速度

m/s2；H为除尘器前后管测点的高差，m。3）除尘器处理气体流量处理气体流量指单位时间除尘器所能净化的含尘气体量，单位是m3/s或m3/h。该指标反映了除尘器的单台容量，也是选择除尘方式的主要因素之一。5.4

重力沉降室√重力沉降室是通过重力作用使尘粒从烟气中沉降分离的除尘装置。√重力沉降室是一种简易的烟气除尘装置，虽然除尘效率低，但其结构简单、造价低廉，烟气阻力小，运行维修方便。1.尘粒的沉降与悬浮处于静止气体中的尘粒在重力作用下自由下落，当下落速度达到某一最大值而使阻力同重力相等时，尘粒开始以此速度做恒定等速沉降，此速度称为颗粒的沉降速度或终端沉降速度。在垂直上升的气流中，当尘粒的重力和受到的气流阻力相等时，尘粒会悬浮在气流中，该现象称为尘粒的悬浮，此时气流的速度称为该尘粒的悬浮速度。悬浮速度和沉降速度大小相等、方向相反。当上升气流的速度大于沉降速度（或悬浮速度），尘粒就随之上升，如果小于沉降速度，则尘粒必定沉降。尘粒沉降速度的一般表达式为式中，rp为尘粒密度，kg/m3；rg为烟气密度，kg/m3

vj为尘粒沉降速度，m/s；dp为尘粒直径，m；x为阻力系数。阻力系数取决于尘粒与气流相对运动的雷诺数Rep，当Rep

≤1时，颗粒运动处于Stokes区，此时有2.重力沉降室的性能1）重力沉降室的除尘效率设含尘烟气在沉降室内处于理想状态，即烟气流速在沉降室截面上分布均匀，尘粒沿气流方向运动速度和烟气流速相同；运动状态为层流；同一粒级粉尘在进入沉降室时，从顶部到底部均匀分布；尘粒沉降到底部后不会被重新扬起。含尘气流进入沉降室后，一方面以水平速度vg由进口出口运动，一方面以沉降速度vj下降。沉降室的长、高分别是L、B、H，处理烟气量为Q（m3/s），烟气在沉降室内的停留时间为的在此时间内，粒径为dp尘粒沉降的距离是因此，粒径为dp

的尘粒只有在高度h以下进入沉降室才能沉降到灰斗被捕集，如右图。当h<H时，尘粒的分级除尘效率可表示为假定尘粒运动处于斯托克斯区，则有对于给定的沉降室，可按上式求出不同粒径尘粒的分级效率或作出分级效率曲线，根据沉降室入口粉尘的粒度分布，可按总效率公式计算出沉降室的除尘效率增加沉降室的长度和宽度会使沉降室的造价提高和扩大占地面积。实用的方法是降低沉降室高度，在总高度不变的情况下，在沉降室内增设n块水平隔板，这样对每一格来说，沉降高度减少为H/(n+1)。增设水平隔板后，除尘效率显著提高，临界分离直径大大减小。实际中烟气在沉降室内往往是紊流状态，此时沉降室的分级效率为烟气在沉降室中的流动状态用Re‘来判定，当Re‘>3×103时为紊流。2）重力沉降室的阻力沉降室的阻力主要由进出口处的局部阻力和沉降室内的摩擦阻力组成，可表示如下式中，xi、xo—沉降室进、出口局部阻力系数；l—沉降室沿程阻力系数；

Rh—沉降室水力半径，m。一般来说，沉降室的阻力很小，约为50~150Pa。3.重力沉降室的结构5.5

惯性除尘器1.

惯性除尘机理√惯性除尘器利用尘粒与烟气具有不同的惯性力，通过在气流前方设置挡板等障碍物使气流方向急剧改变，借助尘粒本身的惯性使其运动轨迹偏离气流方向而被分离。√右图中给出了含尘气流冲击在两块挡板上时尘粒分离的机理。这种惯性除尘器除借助惯性力作用外，还利用了离心力和重力的作用。1）挡板式惯性除尘器这类除尘器结构简单，只是在沉降室中加装若干排挡板、挡条、甚至圆管组成。2.惯性除尘器的结构形式2）气流折转式惯性除尘器这类除尘器主要是依靠气流做急剧的折转，在惯性作用下使尘气分离。3）百叶式惯性除尘器含尘气流进入除尘器后，按百叶的方向折转使灰尘分离，然后气流由排气管排出。提高冲向百叶的气流速度，可以提高除尘效率，但气流速度达到10m/s之后，效率增加变慢。5.6

旋风除尘器√旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力将尘粒从含尘气流中分离出来的除尘装置。√优点：结构简单，体积较小，不需特殊的附属设备造价较低，阻力中等，除尘器内无运动部件，操作维修方便。√一般用于捕捉5~15mm以上的尘粒，除尘效率可达80以上。√缺点是捕集微细尘粒（小于5mm）的效率不高。√含尘气流由进气口切向进入旋风除尘器，气流将由直线运动变作旋转运动√旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体、呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下降的外旋气流√气流强烈旋转使尘粒甩向器壁，尘粒与器壁接触失去惯性力而靠入口速度的动量和自身重力沿壁面下落进入集灰斗√旋转下降的气流在到达圆锥体底部后，沿除尘器轴心部分转而向上形成上式的内旋气流，由除尘器的排气管排出1.旋风除尘器内气流与尘粒的运动概况√自进气口流入的另一小部分气流，向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向下流动√当达到排气管下端时，反转向上随上升的中心气流一同从排气管排出，分散在其中的尘粒也随同被带走√旋风分离器虽然结构简单，但内部气流和尘粒的运动情况却是非常复杂的。1）旋风除尘器的临界粒径√旋风除尘器能捕捉分离到的最小尘粒粒径为临界粒径，是评价旋风除尘器的性能指标之一。√临界粒径有两种处理方式：一种是指分级除尘效率为100%的尘粒直径，称为100%临界粒径，表示为dc100另一种是指分级除尘效率为50%的尘粒直径，又称为分割粒径，表示为dc50。√旋风除尘器捕集分离的临界粒径按除尘器种类的不同，依据的理论不同，计算分析的方法也不一样。2.旋风除尘器的性能及影响因素2）旋风除尘器的分级除尘效率计算旋风除尘器的分级除尘效率有不同的理论和方法由于各自的假设前提不同，结果也不尽相同。Leith-Licht的计算公式为式中，C为除尘器形状特性系数。3）旋风除尘器的阻力旋风除尘器的阻力与其结构型式和运行条件等因素有关，理论计算比较困难，更多靠实验测定。一般都把旋风除尘器的实验值表示成进口气流动压的倍数形式式中，x为旋风除尘器的阻力系数，由实验确定。对一定结构的除尘器，x为一常数，故它是可以表示旋风除尘器性能的特征值。4）影响旋风除尘器性能的因素旋风除尘器结构尺寸对其性能的影响。旋风除尘器各组成部分之间都有一定的尺寸比例，其中任一尺寸的变动，都可能会不同程度地影响除尘器的效率和阻力。运行条件对旋风除尘器性能的影响。除尘器的运行条件包括气体特性和粉尘特性等许多因素，对除尘器性能的评价不能脱离开其所处的运行条件。3.锅炉烟气除尘中常用的旋风除尘器1）旁路式旋风除尘器2）双级涡流旋风除尘器3）XSW型旋风除尘器4）XPW型旋风除尘器5）多管旋风除尘器5.7

过滤式除尘器√过滤式除尘器是使含尘气流通过某种滤料将尘粒分离捕集的除尘装置，分为内部过滤和表面过滤两大类√滤料为具有一定厚度的填充层，尘粒在填充层内被捕集，为内部过滤式。√过滤滤料很薄，如滤布、滤纸等，尘粒是在滤料表面被捕集，为表面过滤式。√以袋式除尘器为代表的表面过滤式除尘器被广泛应用于锅炉烟气除尘及工业排放粉尘的捕集。过滤捕尘机理比较复杂，一般认为有惯性碰撞、截留、扩散、重力沉降、静电等效应，如右图。1）惯性碰撞效应√含尘气流遇到障碍物绕流而过时，尘粒因惯性撞到捕尘体上而被捕集。√惯性碰撞是过滤除尘中最重要最普遍的捕尘机理之一。1.过滤捕尘机理截留效应√质量较小的尘粒跟随气流绕流，当流线与过滤纤维的最小距离小于或等于尘粒的半径时，尘粒与纤维接触而被捕集。对截留捕尘起决定作用的是尘粒的大小扩散效应√细小的尘粒在气流中不断地受气体分子撞击作布朗运动，在紧靠捕尘体附近，微细尘粒可能与捕尘体接触而被捕集。√尘粒粒径越小、气流速度越低、温度越高，尘粒热运动加剧，扩散效应越强。重力沉降效应√当尘粒具有一定大小和密度时，尘粒会因为重力作用沉降到捕尘体上而被捕集。静电效应√由于外加电场或感应等作用，可能使捕尘体荷电，或尘粒荷电，或两者都荷电且极性相反，将增加尘粒与捕尘体接触的机会，使其被捕集。除此之外，还有一些其它效应，如分子作用力、热致迁移、浓度扩散等都有可能增加尘粒与捕尘体的接触机会，而有利于捕尘。不同的效应随尘粒大小、流速快慢等因素不同，所起的作用也各异，如下图。袋式除尘器捕尘过程分为两个阶段：首先是含尘气流通过清洁滤布，此时起捕尘作用的主要是纤维。一般滤布的网孔在20~50mm，其过滤效率并不高。其后当捕集的尘量不断增加，一

部分粉尘嵌入到滤料内部，一部分

粉尘覆盖在表面形成初尘层，此后

的过滤阶段中，含尘气流的净化主

要靠初尘层，初尘层起着比滤料更

重要的作用，使除尘效率大大提高。2.袋式除尘器工作过程右图为滤料不同状态下的分级效率。√清洁滤料初尘效率很低。√滤料上阻留的粉尘量增多，除尘效率增加，同时阻力也增加。√阻力达到一定程度时需清灰，清灰后阻力下降，除尘效率也下降。√为保证必要的过滤效率，清灰应适度，以不破坏初尘层为宜。袋式除尘器的阻力比除尘效率有更重要的技术和经济意义。√袋式除尘器的阻力由结构阻力、清洁滤料阻力及滤料上粉尘层的阻力三部分组成。√结构阻力包括气流通过除尘器的进、出口及灰斗内挡板等部位所消耗的能量，正常过滤速度下，该项阻力一般为200~500Pa.√清洁滤料的阻力是指未过滤粉尘前的阻力，与滤料结构、过滤气速及气体性质等有关，约为50~200Pa。√气流通过粉尘层的阻力与粉尘特性、粉尘层厚度，过滤气速及气体性质等因素有关，约为500~2500Pa。√滤料是袋式除尘器的关键部分，其性能对除尘器的工作影响极大。√选择滤料时必须考虑含尘气体的特性，如粉尘和气体的性质（温度、湿度、粒径、含尘浓度等）。√性能良好的滤料应容尘量大，吸湿性小，效率高，阻力低，使用寿命长。还应具备耐温、耐磨、耐腐蚀机械强度高等特点。√按材质分有天然纤维、合成纤维、无机非金属纤维和金属纤维等。√用于锅炉烟气除尘的滤料应有较好的耐热性能，如中碱玻璃纤维。3.袋式除尘器的滤料1）袋式除尘器的分类√按清灰方式。常用的清灰方式有振动清灰、反向吹洗清灰（也称

逆气流清灰）、气环

反向吹洗清灰、脉冲

喷吹清灰四种。4.袋式除尘器的分类及结构√按滤袋形状。滤袋有圆袋和扁带两种。圆袋结构简单，便于清灰；扁袋除尘器单位体积过滤面积大，节约占地面积，但结构和清灰复杂。√按含尘气流进入滤袋的方向。分为内滤式和外滤式内滤式是含尘气流先进入滤袋内部，由内向外过滤；适用于振动清灰和反向吹洗清灰。外滤式是含尘气流由滤袋外部通过滤料进入滤袋内净化后排出，适用于脉冲喷吹清灰、高压气流反吹清灰、扁带除尘器等。√按进气口位置。有上进风和下进风。上进风是含尘气流由除尘器上部进入，结构较复杂，但清灰效果好下进风是含尘气流由除尘器下部进入，结构简单。2）袋式除尘器的结构5.8

湿式除尘器√湿式除尘的过程是基于含尘气流与某种液体（通常为水）充分接触，将尘粒洗涤下来从而使气流净化。√湿式除尘器可以有效地将直径为0.1~20mm的灰尘颗粒从气流中除去，同时也能脱除部分气态污染物。√湿式除尘器结构简单，造价低，占地面积小，操作及维修方便，除尘效率高。√适用于处理高温、高湿的含尘气体。√局限性在于需要对除尘后的含尘污水、污泥进行处理，设备易受腐蚀，比一般干式除尘器运行费用高。湿式除尘的过程是使尘粒从气流中转移到液体中的过程，主要取决于气体和液体接触的界面大小及气体与液体、尘粒与液体之间的相对运动速度。气液接触面积及相对运动速度越大，除尘效果越好。湿式除尘器中，水与含尘气流的接触大致有三种方式√水滴。用机械喷雾等方式使水在除尘器里形成细小的水滴，分散于气流中捕捉尘粒，如在文氏管除尘器√水膜。在捕尘表面形成连续不断的水膜，气流中的尘粒由于惯性、离心力等作用，撞击并粘附于水膜上√水层。依靠含尘气流通过水层时形成的气泡捕集尘粒。1.湿式除尘原理√冲击式除尘器利用高速含尘气流冲击水面而形成的液滴、液膜、气泡等洗涤含尘气体，使尘粒粘附和相互凝聚后从气流中分离出来。√最简单的冲击式除尘器的结构如右图。√该除尘器结构简单，除尘效率可达90%左右，阻力

800~1000Pa，耗水量不大。2.冲击式除尘器√旋风水膜除尘器是在旋风除尘器基础上发展起来的湿式除尘器。√旋风水膜除尘器在捕集飞灰的同时，还使烟气中SO2和SO3气体等溶解于水。√保证稳定流动和一定厚度的水膜是保证旋风水膜除尘器正常工作的关键。√旋风水膜除尘器运行中的一个重要问题是防止烟气带水。√旋风水膜除尘器对单位耗水量为

0.3~0.5kg/m3的烟气除尘效率可达90~95%。3.旋风水膜除尘器√文氏管除尘器包括文氏管和分离装置两部分。√文氏管由收缩段、喉部和扩散段组成，其结构形状有圆形和矩形两种。其几何尺寸对除尘效率和阻力有很大影响。√分离装置实际上就是一个旋风除尘器或旋风水膜除尘器。√文氏管除尘器的除尘过程包括雾化、凝并和分离三个过程。√除尘效率可达95%，阻力较大。4.文氏管除尘器5.9

电除尘器√电力除尘是利用静电力从含尘气流中分离尘粒的一种方法。√电力除尘过程与其它除尘过程的根本区别在于，分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上而不是作用在整个气流上，因此具有分离颗粒能耗小、气流阻力也小的特点。√由于作用在粒子上的静电