除尘装置教学课件PPT.ppt
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1、上节主要内容回顾,评价除尘装置性能的技术指标主要有 、 、 ;经济指标主要有 、 、 。 净化效率的表示方法有哪些? 除尘器的分割粒径是指什么? 压力损失是代表 的指标。 如何由总效率求分级效率?如何由分级效率求总效率?如何计算多级串联运行时的总净化效率?,LOGO,大气污染控制工程 第六章 除尘装置,主讲人:杨毅红,除尘装置,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,6.1 机械式
2、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。,学习内容: 一、重力沉降室 二、惯性除尘器 三、旋风除尘器 学习要求: 掌握重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器的除尘原理;能够进行简单除尘器的选择和设计 ; 掌握影响除尘效果的主要因素。,一、重力沉降室,定义:通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置。 原理:含尘气流进入重力沉降室后,由于扩大了流动截面积而使气体流速大大降低,使较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。 模式:层流式、湍流式。,1. 层流式重力沉降室,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
3、重力和阻力的作用,纵剖面示意图,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,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,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0.32.0m/s,不同粉尘的最高允许气流速度,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
4、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,2. 湍流式重力沉降室,3. 重力沉降室的优缺点,主要优点: 结构简单,投资少,压力损失小(一般为50130 Pa),维修管理容易。 主要缺点: 体积大,效率低,只能作为高效除尘的预除尘装置,除去较大和较重的粒子。,二、惯性除尘器,1. 惯性除尘器的除尘机理 2. 惯性除尘器结构型式 3. 惯性除尘器的应用,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。,1. 惯性除尘器的除尘机理,回旋气流的曲率半径越小,越能捕集细小的粒子。 显然这种惯
5、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。,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,2. 惯性除尘器结构型式,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,3. 惯性除尘器的应用,应用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘具有较高除尘效率。 对粘结性和纤维性粉尘,则因易堵塞而不宜采用。 由于惯性除尘器的净化效率不高,故一般只用于多级除尘中的第一级除尘,捕集1020 m以上
6、的粗尘粒。 压力损失依型式而定,一般为1001000 Pa。,三、旋风除尘器,通过含尘气体的旋转运动,使尘粒借助离心力作用而从气体中被分离捕集的装置。用来分离粒径大于510m以上的颗粒物。工业上有100多年的历史。效率80%左右,捕集5m颗粒的效率不高,一般作预除尘用。,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,动画,1. 旋风除尘器内气流与尘粒的运动,切向速度 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 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
7、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,内外涡旋的运动分解为:切向速度;径向速度;轴向速度,旋风除尘器,切向速度 外涡旋的切向速度分布:反比于旋转半径的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 dI = ( 0.6-1.0 ) de , de 为排气管直径,气流通过旋风器时的压力损失,亦称压力降。理论计算困难,主要靠实验确定。实验表明: :局部阻力系数 A:旋风除尘器进口面积 局部阻力系数:,2. 旋风除尘器的压力损失,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
8、 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,2. 旋风除尘器的压力损失,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。 粒子的沉降主要取决于离心力FC和作用于尘粒上的阻力FD: FCFD,在离心力推动下移向外壁而被捕集; FCFD,在向心气流的带动下进入内涡旋,最后由排气管排出; FC=FD,作用在尘粒上的外力之和为0,粒子在交接面上不停的旋转。,3. 旋风除尘器的除尘效率,旋风除尘器,旋风除尘器分级效率曲线,旋风除尘器,例题:已知XZT一90型旋风除尘器在选取R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
9、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。已知该除尘器简体直径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)=2.4105pas。 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=0.7 de,根据式 (610) 由式 (6一9)得气流在交界面上的切向速度 由式(612)计算,4.影响旋风除尘器效率的因素,二次效应 除尘器的结构尺寸 烟尘的物理性质 工作条件 分离器的气密性,二次效应,除尘器的结构尺寸,比例尺寸对性能的影响,烟尘的物理
10、性质,工作条件,5. 旋风除尘器的结构型式,按进气方式分类:切向进入式、轴向进入式 按气流组织分类:回流式、直流式、平旋式、旋流式等 按结构形式分:圆筒体、长锥体、旁通式、扩散式。 多管旋风除尘器,旋风除尘器的特点,a. 设备结构简单,造价低; b. 没有传动机构及运动部件维护、修理方便; c. 可用于高温含尘烟气的净化; d. 可承受内、外压力; e. 可干法清灰,可用它回收有价值的粉尘; f. 可用以净化含高腐蚀性粉尘的烟气。,课堂巩固练习,1、机械除尘器主要包括_、_和_ ,三类除尘器的除尘效率由低到高的顺序是_ 。 2、重力沉降室是利用_使粉尘从气流中实现分离的。 3、旋风除尘器的分割
11、粒径是指_ 。若除尘器的分割粒径越小,则除尘效率_ 。 4、适当提高旋风除尘器的进口风速,除尘效率_ 。 5、按照进气方式,旋风除尘器分为_和_两类。,1、重力除尘器;惯性除尘器;旋风除尘器;重力除尘器惯性除尘器旋风除尘器; 2、尘粒与气体的密度不同,通过重力作用 3、除尘效率为50%的尘粒粒径;越高 4、提高 5、切向进入式;轴向进入式,上节主要内容回顾,1、机械除尘器主要包括_、_和_ ,三类除尘器的除尘效率由低到高的顺序是_ 。 2、重力沉降室是利用_使粉尘从气流中实现分离的。提高沉降室效率的主要途径包括:_、_和_ 。优点有哪些?缺点呢? 3、旋风除尘器的分割粒径是指_ 。若除尘器的分
12、割粒径越小,则除尘效率_ 。 4、适当提高旋风除尘器的进口风速,除尘效率_ 。 5、影响旋风除尘器效率的因素有_、_、_和_ 。,6.2 电除尘器,一、电除尘器的性能特点,概念:含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中,使尘粒荷电,并在电场力的作用下使尘粒沉淀在积尘板上,将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。 与其他除尘装置的区别:电除尘过程的分离力(主要是静电力)直接作用在粒子上,其他除尘过程的分离力是作用在整个气流上。,特点:,分离的作用力直接施之于粒子本身,电场中粉尘荷电引起的库仑力;机械方法的作用力是作用在整个气体。 直接作用的结果使节能:0.1 0.8度/1000 m3。 压力损失
13、小,一般为P=1001000Pa。 处理烟气量大,可达105 106 m3/h。 它既不象重力沉降法或惯性法那样只限于回收粗粒子,也不象介质过滤法或洗涤法那样受到气体运动阻力的限制,能回收微型范围的细小粒子(1m左右的)。 除尘效率高,一般在95 99%。 可应用于高温、高压,具有克服气体和粒子腐蚀的能力。 连续操作并可自动化,故广泛应用于许多方面(国外) 。,不足: (1)设备庞大; (2)消耗钢材多,初投资大; (3)要求安装和运行管理技术较高等。 故目前我国电除尘的应用还不太普遍。 应用领域: (1)冶金:铜、铅、锌冶炼厂,贵金属回收(回收金); (2)钢铁工业方面;水泥生产方面; (3
14、)化学工业和工艺过程方面; (4)燃料煤气的脱焦; (5)煤烟的除尘; (6)炭黑的回收; (7)造纸厂中的应用; (8)电力生产中的应用; (9)电子工业的空气净化等。,管式电除尘器 1高压直流电源 2高压电缆 3绝缘子 4净化气体出口 5电晕极 6收尘极 7重锤 8含尘气体进口,二、电除尘的工作原理,1、电除尘是何种装置呢? 电除尘器动画 概括而言,电除尘是利用强电场使气体发生电离,气体中的粉尘荷电在电场力的作用下,使气体中的悬浮粒子分离出来的装置。,电晕极置于圆管中心,靠下端的重锤张紧。含尘气流从除尘器下端进口引入,净化气体从上部出口排出。,二、电除尘的工作原理,二、电除尘的工作原理,电
15、除尘器的工作原理,单区和双区电除尘器,双区电除尘器,单区电除尘器,电晕放电,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 气体分子离子化的过程又产生大量电子雪崩过程 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 气体离子化区域电晕区 自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源,电晕放电,电晕放电,起始电晕电压开始产生电晕电流所施加的电压 管式电除尘器内任一点的电场强度 起始电晕电压与烟气性质和电极形状、几何尺寸等因素有关,起始电晕所需要电场强度(皮克经验公式) 一空气的相对密度 m导线光滑修正系数,无因次,0.5m1.0 在r=a时 (电晕电极表面上),起始电晕电
16、压,电晕放电,正、负电晕极在空气中的电晕电流一电压曲线,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 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 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; 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,电晕放电,影响电晕特性的因素 电极的形状、电极间距离 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 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 电压的波形 :工业上全波和半
17、波,粒子荷电,两种机理 电场荷电或碰撞荷电离子在静电力作用下做定向运动,与粒子碰撞而使粒子荷电 扩散荷电离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程;依赖于离子的热能,而不是依赖于电场 粒子的主要荷电过程取决于粒径 大于0.5m的微粒,以电场荷电为主 小于0.15m的微粒,以扩散荷电为主 介于之间的粒子,需要同时考虑这两种过程。,电场荷电,电场荷电,粒子获得的饱和电荷,真空介电常数,等于8.8510-12 一电场强度,V/m 一粒子相对介电常数,影响电场荷电的因素 粒径dp和介电常数 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10一20cm所需要的时间,一般可以
18、认为粒子进入除尘器后立刻达到了饱和电荷,扩散荷电,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) 荷电量取决于离子热运动的动能、粒子大小和荷电时间 扩散荷电理论方程,k一玻尔兹曼常数,1.381023J/K T一气体温度,K N0离子密度,个/m3 e电子电量,e1.6106C 一气体离子的平均热运动速度,m/s,电场荷电和扩散荷电的综合作用,处于中间范围 (0.150.5m)的粒子,需同时考虑电场荷电和扩散荷电,根据Robinson的研究,简单地将电场荷电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,异常荷电现象,沉积
19、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 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 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,荷电粒子的运动和捕集,驱进速度 力平衡关系 t0时,0,则 最终得,驱进速度,驱进速度 e的指数项是一个很大的数值。例如,密度为1g/cm3、直径为10m的球状粉尘粒子,在空气中有 若t102s, 完全可以忽略不计 所以,驱进速度,驱进速度,驱进速度与粒径和场强的关系 当颗粒直径
20、为250m时,与粒径成正比,捕集效率,捕集效率一德意希公式 德意希公式的假定: 除尘器中气流为紊流状态 在垂直于集尘表面的任一横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,捕集效率,dt时间内在长度为dx的空间所捕集的粉尘量为 由dtdx/u 积分 最终得,捕集效率,捕集效率随粒径的变化,有效驱进速度,当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的1020时,德意希方程理论上才是成立的 作为除尘总效率的近似估算,应取某种形式的平均驱进速度 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
21、,代入德意希方程式中反算出的相应驱进速度值,以e表式,有效驱进速度,70,被捕集粉尘的清除,电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积 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 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,被捕集粉尘的清除,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 常用的振打器有电磁型和挠臂锤型,1电晕极;2电子;3离子;4尘粒; 5集尘极;6供电装置;7电晕区,电除尘器中除尘过程示
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