第六章除尘装置Word文档下载推荐.docx
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湍流式重力沉降室
右图为多层沉降室中的一个通道,气流从图示方向流过由上、下隔板构成的空间。
根据边界层理论作如下假设:
①紧贴底板处有一层流边界层,进入该边界层的粉尘均被捕集;
②由于紊流作用,边界层以上流动区内的粉尘分布均匀。
设颗粒在x方向移动距离为=,同时在y方向移动距离为=,消去后,得到:
根据前述假设,对于某一粒径被捕集颗粒的数目()与总颗粒数目(N)的比值恰为层流层断面积与总断面积之比,即:
式中负号表示随x增加粒子数目减少。
将上式积分后得到:
当x=0时,0,故0;
当x=L时,,故:
在x方向气流流经L后粒径为的粒子的分级效率为:
将层流边界层中颗粒沉降速度式代入上式,得:
其中:
重力沉降室的优点是阻力小(50~130),动力费用低;
结构简单,投资少;
性能可靠,维修管理容易。
缺点是设备庞大,效率低。
适于净化密度和粒径大的粉尘,特别是磨损强的粉尘。
设计好时,能捕集50μm以上粉尘,不适用净化20μm以下粉尘。
一般作为多级除尘系统的第一级处理设备。
2、惯性除尘器
1.惯性除尘器的除尘原理和结构类型。
1)惯性除尘器是使含尘气流冲击在挡板上,或让气流方向急剧转变,借助尘粒本身的惯性力作用使其与气流分离的一种除尘装置。
2)结构类型。
冲击式惯性除尘器
反转式惯性除尘器
2.惯性除尘器性能的影响因素:
1)含尘气体在冲击或改变方向前的速度愈高,流出装置的气流速度越低,除尘效率越高。
2)对反转式惯性除尘器,气流转换方向的曲率半径越小,转变的次数越多,则净化效率越高,但阻力也越大。
3.惯性除尘器的特点
惯性除尘器宜用于净化密度和粒径较大的金属或矿物粉尘,对于粘结性和纤维性粉尘,因易堵塞,不宜采用。
由于气流方向改变的次数有限,净化效率不高,也多用于多级除尘的第一级,捕集10~20μm以上的粗尘粒。
其压力损失依型式而异,一般为100~1000。
3、
旋风除尘器
1.除尘原理:
旋风除尘器是利用含尘气体旋转运动产生的离心力从气体中分离尘粒的装置。
2.基本结构:
进气管、圆柱体、圆锥体、储灰斗和排出管。
3.主要特点:
a.结构简单,体积小;
b.不需特殊的附属设备;
c.造价低,并可用于高温高腐含尘气体的处理;
d.除尘效率属中效除尘器。
1.
旋风器内气流与尘粒的运动
含尘气流进入除尘器后,沿外壁由上向下作旋转运动,同时有少量气体沿径向运动到区域中心。
当旋转气流的大部分到达锥体底部后,转而向上沿轴心旋转,最后经排出管排出。
通常将旋转向下的外围气流称为外漩涡,旋转而上的中心气流称为内漩涡,两者的旋转方向是相同的。
气流作旋转运动时,尘粒在离心力作用下逐步移向外壁,到达外壁的尘粒在气流和重力的共同作用下沿壁面落入灰斗。
气流从除尘器顶部向下高速旋转时,颈部的压力下降,一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转而上,达到顶部后,在沿排出管外壁旋转而下,最后达到排出管下端附近被上升的内涡漩带走,从排出管排出,这股旋转气流称上涡漩。
2.旋风器内的速度场和压力分布
旋风除尘器内的速度场是一个三元流场,通常把内、外旋流的全速度分解成为三个速度分量:
切向速度vθ、径向速度和轴向速度
(1)切向速度
式中n-由流型决定的常数,11,通过实验确定。
当1时,为理想流体的有势的自由涡旋;
外旋流:
准自由涡旋,0.5~0.9,vθ随半径r的减小而增加;
0时,vθ=常数,即处于内外旋流交界面(大约d0=(0.6~0.65)d,d为排气管直径)上,vθ到达最大值;
内旋流:
-1,vθ=rω(ω为旋转角速度),流体的旋转类同于刚体的转动,是强制涡旋。
(2)径向速度
由里向外的流动,与源流(在平面流中,从中心点径向向外的流动称为源流)类似,称为类源流;
由外向心的流动,称为类汇流。
前者对分离粉尘有利,后者对分离粉尘不利,使有些细小粉尘在类汇流的作用下,进入内旋流而被带走。
(3)轴向速度
外旋流的轴向速度分量是向下的,内旋流的轴向速度是向上的,因而在内、外旋流之间必然存在一个轴向速度为零的交界面。
在内旋流中,随着气流的逐渐上升,轴向速度不断增大,在排气管底部达到最大值。
向下的外旋流轴向分速产生下灰环,它推动已分离在筒体内壁的粉尘向下移动,最后进入灰斗,对除尘有利。
正因为有下灰环的存在,可以使旋风器卧装。
(4)旋风器内的压力分布
旋风器内的压力分布如图曲线所示,全压和静压沿径向变化较大,由外壁向轴心逐渐降低,内旋流区域静压为负值,并且一直延伸至灰斗。
气流压力沿径向的这种变化,不是因摩擦而主要是由离心力引起的。
3.压力损失
1).压力损失的计算:
井伊谷冈一提出的公式:
式中K—常数,20~40,可近似取30;
b,h-分别为进口管的宽度和高度(m);
D,L—分别为筒体的直径和长度(m);
d——排气管直径(m);
H——锥体长度(m)。
(2)影响压损的主要因素
a.同一结构型式旋风除尘器的相似放大或缩小,ξ值相同。
若进口气速相同,压力损失基本不变。
b.因ΔP∝2,故处理气量Q增大时,ΔP随之增大。
c.ξ值随进口断面的增大和排气管直径d的减少而增大,随筒体长L和锥体长H的增加而减少。
d.随气体密度的增大而增大,即随气体温度的降低或压力的增高而增大。
e除尘器内部有叶片、突起和支持物等障碍物时,使气体旋转速度降低,离心力减少,从而使压损降低;
但除尘器内壁粗糙会使增大。
f由于气体与尘粒间的摩擦作用可使气流的旋转速度降低,因而随进口气体含尘浓度增大而降低。
几种旋风除尘器的局部阻力系数值
旋分除尘器类型
ξ5.36.58.05.8
4.旋风除尘器的除尘效率
理论推导:
多以临界粒径为参数。
实验测定:
常用方法。
假想圆筒理论和转圈理论30年代
筛分理论50年代
紊流连续径向混合的分离理论1972年
旋风除尘器能捕集分离到的具有50%或100%分级效率的最小粒径称为临界粒径或分割粒径,分别记为50和100。
计算分割直径是确定除尘效率的基础。
在旋风除尘器内,粒子的沉降主要取决于离心力和向心运动气流作用于尘粒上的阻力.若.粒子在交界面上不停的旋转,实际上由于各种随机因素的影响,处于这种平衡状态的尘粒有50%的可能性进入内涡旋,也有50%的可能性移向外壁。
它的除尘效率为50%,此时的粒径称为除尘器的分割直径,用表示。
因为对于球形粒子,由斯托克斯公式得到:
式中:
0——交界面处气流的切向速度,,
——外涡旋气流的平均径向速度,
则:
愈小,说明除尘效率愈高,性能愈好。
当确定后,可以根据雷思-利希特模式计算其他粒子的分级效率:
n为涡流指数
另一种广泛采用的分级效率公式是分析大量实验数据后提出的经验公式,其精度完全可以满足工程设计需要:
5、影响旋风除尘器除尘效率的因素
影响旋风除尘器效率的因素有:
二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操作变量。
1)二次效应
在旋风除尘器操作中得到的实际效率曲线与理论操作曲线是不一致的。
造成差异的原因主要是二次效应,即被捕集粒子重新进入气流。
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,实际效率低于理论效率,是因为理论沉降入灰斗的尘粒随净化后的气流一起排走,其起因主要为粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起。
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。
2)比例尺寸
a进气口
旋风除尘器的进气口是形成旋转气流的关键部件,是影响除尘效率和压力损失的主要因素。
切向进气的进口面积对除尘器有很大的影响,进气口面积相对于筒体断面小时,进人除尘器的气流切线速度大,有利于粉尘的分离。
b圆筒体直径和高度
圆筒体直径是构成旋风除尘器的最基本尺寸。
旋转气流的切向速度对粉尘产生的离心力与圆筒体直径成反比,在相同的切线速度下,简体直径D越小,气流的旋转半径越小,粒子受到的离心力越大,尘粒越容易被捕集。
筒体总高度是指除尘器圆筒体和锥筒体两部分高度之和。
增加筒体总高度,可增加气流在除尘器内的旋转圈数,使含尘气流中的粉尘与气流分离的机会增多,但筒体总高度增加,外旋流中向心力的径向速度使部分细小粉尘进入内旋流的机会也随之增加,从而又降低除尘效率。
c排出管
排出管的直径和插入深度对旋风除尘器除尘效率影响较大。
排出管直径必须选择一个合适的值,排出管直径减小,可减小内旋流的旋转范围,粉尘不易从排出管排出,有利提高除尘效率,但同时出风口速度增加,阻力损失增大;
若增大排出管直径,虽阻力损失可明显减小,但由于排出管与圆筒体管壁太近,易形成内、外旋流“短路”现象,使外旋流中部分未被清除的粉尘直接混入排出管中排出,
从而降低除尘效率。
3)烟尘的物理性质
下列各种物理性质都影响旋风除尘器的效率:
气体的密度和粘度、尘粒的相对密度、烟气含尘浓度等。
在流量不变的情况下,下式可估算它们的影响:
(100―ηa)/(100-ηb)=
(μμb)½
[(ρb-ρ)/(ρa-ρ)
]
½
(100―ηa)/(100-ηb)=(ρ1b-ρ1a)0.182
压力损失与含尘量之间的关系为:
ΔΔ[0.013﹙2.29ρ1+1﹚½
]
Δ——随含尘浓度变化而变化的压力损失;
Δ——干净空气的压力损失;
ρ1——入口含尘浓度,
³
。
4)操作变量
旋风除尘器是利用离心力来除尘的,离心力愈大,除尘效果愈好。
在圆周运动(或曲线运动)中粉尘所受到的离心力为
所以,。
可见,在旋风除尘器的结构固定(R不变)、粉尘相同(m稳定)的情况下,增加旋风除尘器人口的气流速度,旋风除尘器的离心力就愈大。
6.旋风除尘器的结构形式
1)按进气方式分类:
可分为切向进入式和轴向进入式两类。
2)按气流组织分类:
回流式、直流式、平旋式和旋流式等多种,工业锅炉用较多的是回流式和直流式两种,全国除尘器评价优选的旋风除尘器大都属于这两种类型。
3)多管旋风除尘器:
多管旋风除尘器是由多个相同构造形状和尺寸的小型旋风除尘器组合在一个壳体内并联使用的除尘器组。
多管旋风除尘器具有效率高、处理气量大、有利于布置和烟道连接方便等优点,但是,对旋风子制造、安装和装配的质量要求较高。
下面是几种常见的旋风除尘器:
型旋风除尘器,最原始的旋风除尘器类型,现已被淘汰
型旋风除尘器
排气管顶端有螺旋形导向板,可以消除因气流向上流动而形成的小涡旋气流。
此类型除尘器细而长,锥角小,阻力较标准性较大,但分离效率较高,得到广泛应用。
扩散式旋风除尘器主要特点是:
有一个圆锥形的反射屏,可大大减少粉尘的二次飞扬。
多管旋风除尘器
7.旋风除尘器的设计选型
现在多用经验法来选择除尘器的型号规格,其基本步骤如下:
1)根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征,及除尘要求、允许的压力损失和制造条件等因素全面分析,合理的选择旋风除尘器的类型。
2)根据使用时允许的压力降确定进口气速v1,如果制造厂已经提供各种操作温度下进口气速与压力降的关系,则根据工艺条件允许的压力降就可以选定气速V1,若没有气速与压力降的数据,则根据允许的压力降计算进口气速,可得:
若没有提供允许的压力损失数据,一般取进口气速为12~25。
3)确定旋风除尘器的进口截面A、入口宽度b和高度h。
根据处理烟气量,有下式决定进口截面积A:
式中:
——旋风除尘器处理烟气量,m3
4)确定各部分几何尺寸:
由进口截面积A和入口宽度b及高度h定出各部分的几何尺寸。
几种常用旋风除尘器的主要尺寸比例列于下表。
设计者可按要求选择其他的结构,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为排气管插入深度;
2)为避免过高的压力损失,b≤()/2;
3)为保持涡流的终端在锥体内部,()≥3D;
4)为利于粉尘易于滑动,锥角=7°
~8°
;
5)为获得最大的除尘效率,≈0.4-0.5,()≈8—10;
≈1;
第2节电除尘器
电除尘器()是利用静电力实现粒子与气体分离沉降的除尘设备。
主要优点:
(1)压力损失小,一般为200~500;
(2)处理烟气量大,可达105~106m3;
(3)能耗低,0.2~0.41000m3
(4)捕集效率高,特别是对亚微米的粒子有很大的优势
(5)可用于高温、高压和高湿的场合,能连续运行,并能完全实现自动化。
一、电除尘器的工作原理
1.电除尘器的工作原理
三个基本过程
1)悬浮粒子荷电-高压直流电晕
2)带电粒子在电场内迁移和捕集-延续的电晕电场(单区电除尘器)或光滑的不放电的电极之间的纯静电场(双区电除尘器)
3)捕集物从集尘表面上清除-振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗
图5-1电除尘器工作原理示意
1-电晕极;
2-电子;
3-离子;
4-粒子;
5-集尘极;
6-供电装置;
7-电晕区
2、电晕放电
1、电晕放电机理
电晕放电是一种不完全的电击穿,只是在放电极周围很薄的一气层中出现电击穿,两电极间的电流很小。
而火花放电则是在放电极到收尘极之间有多条火花电击穿,传导电流较大。
a金属丝放出的电子迅速向正极移动,与气体分子撞击使之离子化
b气体分子离子化的过程又产生大量电子-雪崩过程
c远离金属丝,电场强度降低,气体离子化过程结束,电子被气体分子捕获
d气体离子化区域-电晕区
e自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源
2、起始电晕电压
开始发生电晕现象的电压称为起始电晕电压。
皮克()通过大量实验提出空气中圆形极线上的起始电晕电场强度的经验公式为:
P为气体的压力,;
P0为标准大气压101300;
T为气体温度;
T0为标准状况下的气体温度,298K;
a为放电极半径;
m为导线光滑修正系数,清洁光滑的圆极线1,实际可取0.6-0.7。
为空气相对密度。
正、负电晕极在空气中的电晕电流一电压曲线
a电晕区范围逐渐扩大至使极间空气全部电离-电场击穿;
相应的电压-击穿电压
b在相同电压下通常负电晕电极产生较高的电晕电流,且击穿电压也高得多
c工业气体净化倾向于采用稳定性强,操作电压和电流高的负电晕极;
d空气调节系统采用正电晕极,好处在于其产生臭氧和氮氧化物的量低
3、影响电晕特性的因素
1)电极的形状、电极间距离
2)气体组成、压力、温度
不同气体对电子的亲合力、迁移率不同
气体温度和压力的不同影响电子平均自由程和加速电子及能产生碰撞电离所需要的电压
3)气流中要捕集的粉尘的浓度、粒度、比电阻以及在电晕极和集尘极上的沉积
4)电压的波形
电压波形对电晕特征的影响
3、粒子荷电
两种荷电机制:
一种是气体离子在电场力的作用下做定向运动与粉尘粒子碰撞,使其荷电,这种荷电称为电场荷电,>
0.5m。
另一种是气体离子作不规则热运动时与粉尘粒子碰撞,使其荷电,这种荷电称为扩散荷电,<
0.15m。
粒子介于0.15-0.5m的粒子,两种荷电机制均存在。
1、电场荷电
(1)在电场中气体离子沿电力线运动时与粉尘粒子碰撞使其荷电。
随着粉尘粒子荷电量的增加,粉尘粒子自身将产生局部电场,结果使附近的电力线向外偏转,于是减少了离子向粉尘粒子运动的机会,直至最后完全偏离粉尘粒子,这时粉尘粒子的电荷不再增加,达到饱和。
单个球形颗粒的饱和荷电量:
——粉尘粒子饱和荷电量
——粉尘粒子的相对介电常数,无量纲
——真空介电常数,8.8510-12,C212或
E0——电场强度
——颗粒粒径
可见,电场强度越高,颗粒越大,饱和荷电量越大。
(2)影响电场荷电的因素
a.粒径和介电常数ε
b.电场强度E0和离子密度N0
一般粒子的荷电时间仅为0.1s,相当于气流在除尘器内流动10-20所需要的时间,一般可以认为粒子进入除尘器后立刻达到了饱和电荷.
2.扩散电荷
a.与电场电荷过程相反,不存在扩散荷电的最大极限值(根据分子运动理论,不存在离子动能上限)
b.荷电量取决于离子热运动的动能、粒子大小和荷电时间
c.扩散荷电理论方程
3.电场荷电和扩散荷电的综合作用
处于中间范围(0.15-0.5μm)的粒子,需同时考虑电场荷电和扩散荷电
根据的研究,简单地将电场荷电的饱和电荷和扩散荷电的电荷相加,可近似地表示两种过程综合作用时的荷电量,与实验值基本一致
4.异常荷电现象
A.沉积在集尘极表面的高比电阻粒子导致在低电压下发生火花放电或在集尘极发生反电晕现象,破坏正常电晕过程
B.气流中微小粒子的浓度高时,荷电尘粒所形成的电晕电流不大,可是所形成的空间电荷却很大,严重抑制着电晕电流的产生
C.当含尘量大到某一数值时,电晕现象消失,尘粒在电场中根本得不到电荷,电晕电流几乎减小到零,失去除尘作用,即电晕闭塞.
4、荷电粒子的运动和捕集
1、驱进速度
(电场作用在荷电粉尘粒子上的静电力)=
(粉尘粒子向集尘极迁移时受到的介质阻力)
粉尘颗粒的荷电量,C;
粉尘颗粒所出位置的电场强度,;
气体介质的动力粘度;
粉尘粒子的粒径,m;
荷电粉尘粒子在电场中的驱进速度(终末沉降速度),。
驱进速度与粒径和场强的关系
当颗粒直径为2~50m时,与粒径成正比
2、捕集效率
德意希假设:
除尘器中气流为湍流状态,在垂直于集尘表面的任一断面上粒子浓度和气流分布是均匀的。
粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程;
忽略电风、气流分布不均匀,被捕集粒子重新进入气流等影响。
气体流向x,气体和粉尘在x方向的流速皆为u,气体流量为方向上每单位长度的集尘版面积为a,总集尘板面积为A;
电场长度为L,气体流动截面积为F;
直径为的颗粒,其驱进速度
,在气体中的浓度p。
时间内在长度为的空间所捕集的粉尘量为:
由=
积分
最终得
3、有效驱进速度
A.当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的10%-20%时,德意希方程理论上才是成立的
B.作为除尘总效率的近似估算,ω应取某种形式的平均驱进速度
C.有效驱进速度-实际中常常根据在一定的除尘器结构型式和运行条件下测得的总捕集效率值,代入德意希方程式中反算出的相应驱进速度值,以ωe表式
D.工业电除尘器的有效驱进速度为0.2-2
5、被捕集粉尘的清除
1、电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积
2、粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性,一般方法采取振打清灰方式清除
3、从集尘极清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉尘重新进入气流
在湿式电除尘器中,用水冲洗集尘极板
在干式电除尘器中,一般用机械撞击或电极振动产生的振动力清灰
4、现代的电除尘器大都采用电磁振打或锤式振打清灰。
振打系统要求既能产生高强度的振打力,又能调节振打强度和频率
5、常用的振打器有电磁型和挠臂锤型
6、电除尘器的结构
1、除尘器类型
电除尘器一般分为单区和双区,双区除尘器主要用在通风空气的净化和某些轻工业部门。
为控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染,则主要用单区除尘器。
单区电除尘器的两种主要形式为管式和板式。
(1)管式电除尘器
单管电除尘器结构如图所示。
集尘极为
150-300的圆形金属管,管长为3-5m。
放电极线(电晕线)用重锤悬吊在集尘极园管的中心。
管式电除尘器电场强度高且变化均匀,但清灰比较困难。
常用于处理含尘气体量小或含雾滴的气体。
(2)板式电除尘器
集尘极由多块一定形状的钢板组合而成。
放电极(电晕极)均布在两平行集尘极间。
两平行集尘极的距离一般为0.2-0.4m,极板长10-20m,高10-15m。
板式电除尘器电场强度变化不均匀,清灰方便,制作安装容易。
2、电晕电极
常用的有直径3左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等
电晕线的一般要求:
起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极距、易清灰等。
电晕线固定方式
a重锤悬吊式
b管框绷线式
3、集尘极
集尘极结构对粉尘的二次扬起,及除尘器金属消耗量(约占总耗量的40-50%)有很大影响
性能良好的集尘极应满足下述基本要求:
(1)振打时粉尘的二次扬起少
(2)单位集尘面积消耗金属量低
(3)极板高度较大时,应有一定的刚性,不易变形
(4)振打时易于清灰,造价低
常用板式电除尘器集尘极:
进展-宽间距压电除尘器:
现已公认,在某些情况下板间距可比平常增加50-100%,然而除尘器性能并未改变。
其原理还没有完全解释清楚。
4、高压供电设备
高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流。
供电设备必须十分稳定,希望工作寿命在二十年之上。
通常高压供电设备的输出峰值电压为70一l000,电流为100-2000。
增加供电机组的数目,减少每个机组供电的电晕线数,能改善电除尘器性能,但投资投资增加。
必须
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- 第六 除尘 装置