第五章环保设备设计和选型除尘器的选择与发展除尘装置从气体中除去或收集固态或液态微粒子的设备称为除尘装置按分离原理分类：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该粒子的除尘效率对于Stokes粒子，代入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min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提高沉降室效率的主要途径降低沉降室内气流速度（一般为03～20ms）增加沉降室长度降低沉降室高度多层沉降室：使沉降高度减少为原来的1（n+1），其中n为水平隔板层数沉降室的实际性能几乎从不进行实验测量或测试，在最好的情况下，这种装置也只能作为气体的初级净化，除去最大和最重的颗粒。沉降室的除尘效率约为40—70%，仅用于分离d50μm的尘粒。穿过沉降室的颗粒物必须用其它的装置继续捕集。优点：结构简单、投资少、易维护管理、压损小（50—130Pa）。缺点：占地面积大、除尘效率低（仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子）旋风除尘器进气管、筒体、锥体、排气管旋风除尘器旋风除尘器内气流与尘粒的运动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旋风除尘器气流与尘粒的运动旋风除尘器内气流与尘粒的运动（续）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，最后从排气管排出旋风除尘器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结构形式按进气方式分结构形式（续）按气流组织分类回流式、直流式、平旋式和旋流式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旋风除尘器的设计选型——计算法和经验法一般使用经验法1、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进行确定2、根据允许的压力降确定进口气速，或取为12～25可得3、确定入口截面A，入口宽度b和高度h尺寸名称XLPAXLPBXLTAXLT入口宽度，b入口高度，h筒体直径，D上385b下07D333b（b=03D）385b49b排出筒直径，d上06D下06D06D06D058D筒体长度，L上135D下10D17D226D16D锥体长度，H上050D下100D23D20D13D灰口直径，d0296D043D03D0145D进口速12ms700（600）500（420）860（770）440（490）15ms1100（940）890（700）1350（1210）670（770）18ms1400（1260）1450（1150）1950（1740）990（1110）旋风除尘器的设计也可选择其它的结构，但应遵循以下原则为防止粒子短路漏到出口管，hs，其中s为排气管插人深为保持涡流的终端在锥体内部，（H+L）3D；为利于粉尘易于滑动，锥角＝7优点：结构简单、占地面积小，投资少，操作维修方便，压力损失中等，动力消耗不大。缺点：除尘效率平均80%左右，捕集5μm颗粒的效率不高，一般用作多级除尘的预除尘。磨损严重，旋风子易堵。旋风除尘器的特点电除尘是利用高压电场使气体发生电离，再使气体中的粉尘荷电，并在电场力的作用下，使气体中的悬浮粒子分离出来的装置。1．分离的作用力直接施之于粒子本身，而机械方法大多把作用力作用在整个气体。主要缺点是设备庞大，消耗钢材多，初投资大，要求安装和运行管理技术较高。电除尘器电除尘器的工作原理三个步骤粉尘荷电放电极与集尘极间施加高压——放电极附近发生电晕放电——气体电离——产生正离子——移向电晕极自由电子和部分随即形成的负离子——与粉尘碰撞并附着其上，实现粉尘荷电粉尘沉集——荷电粉尘向集尘极移动，到达其表面并放出电荷面沉积其上清灰主要构件：电晕极集尘极清灰装置静电除尘器构造被捕集粉尘的清除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。无二次扬尘，效率高。主要问题是清灰水的处理及设备腐蚀。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。有利于回收有经济价值的粉尘，但易产生二次扬尘。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电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法参数符号取值范围板间距23～28cm驱进速度3～18cms比集尘极表面积min）气流速度1～2ms长高比05～15比电晕功率1800～18000W1000mmin电晕电流密度平均气流速度烟煤锅炉11～16ms褐煤锅炉捕集飞灰的电除尘器的主要设计参数电除尘器的选择和设计比集尘表面积的确定根据运行和设计经验，确定有效驱进速度ω长高比的确定集尘板有效长度与高度之比，直接影响振打清灰时二次扬尘的多少要求除尘效率大于99%时，除尘器的长高比至少要10～15。气流速度的确定通常由处理烟气量和电除尘器过气断面积，计算烟气的平均流速平均流速高于某一临界速度时，作用在粒子上的空气动力学阻力会迅速增加，粉尘的重新进入量亦迅速增气体的含尘浓度如果气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷很高，易发生电晕闭塞应对措施－提高工作电压，采用放电强烈的芒剌型电晕极，电除尘器前增设预净化设备等使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置除尘机理：液体介质与尘粒间的惯性碰撞和拦截；微细尘粒与液滴间的扩散接触；加湿的尘粒相互凝并；饱和态高温烟气降温时，以尘粒为凝结核凝结低能湿式除尘器的压力损失为02～15kPa，对10μm以上粉尘的净化效率可达90％～95%高能湿式除尘器的压力损失为25～90kPa，净化效率可达995％以上a、重力喷雾洗涤器b、旋风洗涤器c、自激喷雾洗涤器按净化机理：大致分为七类：d、板式洗涤器e、填料洗涤器 f、文丘里洗涤器 g、机械诱导喷雾洗涤器 湿式除尘器 主要湿式除尘装置的性能和操作范围装置名称 气体流速 -3压力损失Pa 分割直径 喷淋塔01～2 100～50030 填料塔 05～1 1000～250010 旋风洗涤器 15～45 05～15 1200～1500 10 转筒洗涤器 （300～750rmin） 07～2 500～1500 02 冲击式洗涤器 10～20 10～50 0～150 02 文丘里洗涤器 60～90 03～15 3000～8000 01 湿式除尘器的特点 效率较高（高于干式机械除尘器），可去除的粉尘粒径较小； 动力消耗大。文丘里洗涤器 文丘里管：包括收缩管、喉管、扩散管。 分为雾化、凝聚和脱水三个过程 含尘气体进入收缩管后，流速逐渐增大，气流的压力能逐渐转变为动能 。在喉管入口处，气速达到最大，一般为 50～180ms 水沿喉管周边均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化 和加速。在液滴加速过程中，由于液滴与粒子之间惯性 碰撞，实现微细尘粒的捕集。 确定，其截面积与进口管截面积之比的典型值为1：4 Convergingsection throat Diverging section 压力损失高速气流的动能要用于雾化和加速液滴，因而压力损 失大于其它湿式和干式除尘器。 关于压力损失的经验公式很多，均具有一定的局限性。 其中较被广泛接受的公式有： 卡尔弗特提出的公式 ——喉管气速，cms海斯凯茨提出的方程式 A——喉管横截面积，m 10310 除尘效率卡尔弗特等人作了一系列简化后提出下式以计算文丘 里洗涤器的通过率 6110 exp －气体粘度，10－1 Pas； －文丘里洗涤器压力损失，cmH －粉尘粒径，μm；一经验常数，在该表达式中为01～04。 －气体粘度，10－1 Pas； －文丘里洗涤器压力损失，cmH －粉尘粒径，μm；一经验常数，在该表达式中为01～04。 的速率将水喷入文丘里洗涤器的喉部，气体流速为122ms，密度和粘度分别为115kg 20810－5 kg -1，喉管横断面积为008 ，参数f取为025，对于粒径为10μm、密度为15g cm 的粒子，试确定气流通过该洗涤器的压力损失和粒子的通过率 1010 103 10 12200 1533cmH 07810 10 0863 115 008 122 例题（续）利用式 估算粒子的通过率： 1008 15325 又称空气过滤器，是利用多孔过滤介质分离捕集气体中固体或液体粒子的净化装置，属于高效干式除尘装置。 分类空气过滤器 •滤纸或玻璃纤维 颗粒层除尘器 •砂、砾、焦炭等颗粒物 袋式除尘器 •纤维织物 采用纤维织物作滤料的袋式除尘器（主要讨论），在工业尾气的除尘方面应用较广 含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉 粉尘因拦截、惯性碰撞、静电和扩散等作用，在滤袋表面形 成粉尘层，常称为粉层初层 粉尘初层形成后，成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率 随着粉尘在滤袋上积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降 除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，因此除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰 清灰不应破坏粉尘初层袋式除尘器除尘效率的影响因素 m增大时，除尘效率提高，但滤布的积尘量太大，除尘效率反而降低，压损增大，气体处理量减小。 选用高的过滤速度，所需要的滤布面积小，除尘器体积、占地面积和一次投资等都会减小，但除尘器的压力损失却 会加大。而且一般来讲，除尘效率随过滤速度增加而下降 机理粒度范围 风速增高对机理 效率的影响 扩散001~05μm 降低 静电001~5μm 降低 筛滤过滤层微孔尺寸 降低 表3-24 各种捕集机理作用的粒度范围 丹尼斯（Dennis）和克莱姆（Klemm）提出了一系列方程，以预测袋式除尘器的粉尘出口浓度和穿透率 nsns 103ns 15 10 exp[1271 －无量纲常数－表面过滤速度，ms －粉尘入口浓度，gm －无量纲常数－表面过滤速度，ms －粉尘入口浓度，gm 压力损失：重要的技术经济指标，不仅决定着能量消耗，而且决定着除尘效率和清灰周期等 —通过粉尘层（dustcake）的压力损失； 两者均可以用达西定律表示 —通过粉尘层（dustcake）的压力损失； 两者均可以用达西定律表示 —粉尘或滤料的渗透率（permeability），由实验测定—粉尘或滤料的厚度 —粉尘或滤料的渗透率（permeability），由实验测定—粉尘或滤料的厚度 渗透率K是沉积粉尘层性质，如孔隙率、比表面积、孔隙大小分布和粉尘粒径分布等的函数 袋式除尘器的压力损失 对于给定的滤料和操作条件，滤料的压力损失基本上是 一个常数 通过袋式除尘器的压力损失的变化主要由决定 －滤袋的过滤面积一烟气中粉尘浓度 －滤袋的过滤面积一烟气中粉尘浓度 CtCt 对于给定的烟气特征和粉尘层渗透率K，与粉尘浓度C和过 滤时间t成线性关系，而与过滤速度的平方成正比 4545 －气体粘度，－气体粘度，10 10 PasPas －比表面参数，比表面参数， ，cmcm MMDMMD－ －粉尘粒子的质量中位径， 粉尘粒子的质量中位径，cm cm －粉尘粒子的几何标准偏差粉尘粒子的几何标准偏差 －粒子的真密度， －粒子的线;cm －坎宁汉校正系数坎宁汉校正系数 －颗粒堆积密度与真密度的比值 －颗粒堆积密度与线lg 若已知粉尘的粒径分布、堆积密度和真密度，可以利用丹尼斯和克莱姆提出的下述方程式估算 4545 －气体粘度，－气体粘度，10 10 PasPas －比表面参数，比表面参数， ，cmcm MMDMMD－ －粉尘粒子的质量中位径， 粉尘粒子的质量中位径，cm cm －粉尘粒子的几何标准偏差粉尘粒子的几何标准偏差 －粒子的真密度， －粒子的线;cm －坎宁汉校正系数坎宁汉校正系数 －颗粒堆积密度与真密度的比值 －颗粒堆积密度与线lg 若已知粉尘的粒径分布、堆积密度和真密度，可以利用丹尼斯和克莱姆提出的下述方程式估算 袋式除尘器的压力损失还可用下式计算： --清洁滤料的阻力系数，1m。μ--气体的粘度； —粉尘的堆积负荷α—粘附bwin必赢粉尘层的平均比阻力，mkg； 粉尘的比阻力系数 袋式除尘器的压力损失 过滤阻力与粉尘负荷袋式除尘器的滤料 表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适用于含尘浓度低、粘性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高 表面起毛（绒）的滤料容尘量大，粉尘能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰 袋式除尘器的滤料 滤料种类按滤料材质分 天然纤维–棉毛织物，适于无腐蚀、350～360K以下气体 无机纤维–主要指玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温；质地脆 合成纤维–性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用领域 袋式除尘器的滤料 滤料种类按滤料结构分 毛毡－工艺简单；致密，除尘效率高；容尘量小，易于清灰 袋式除尘器的滤料 滤料名称 直径μm 耐温性能K 吸水率 耐碱性强度 长期 最高 棉织物（植 物短纤维） 10～20 348～358 368 很差稍好 蚕丝（动物长纤维） 18 353～363 373 16～22 羊毛（动物 短纤维） 5～15 353～363 373 10～15 稍好 很差 04 尼龙 348～358 368 40～45 稍好 398～408423 16涤纶（聚脂） 413 433 65 16玻璃纤维 （用硅酮树 脂处理） 52340 493533 45～50 25聚四氟乙烯 493～523 很好很好 25 袋式除尘器的结构型式 按清灰方式——简易清灰、机械振动清灰、逆气流清灰和脉冲喷吹清灰等。 袋式除尘器的清灰 清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的 机械振动袋式除尘器的过滤风速一般取10～20mmin，压力损失为800－1200Pa 袋式除尘器的清灰 此类型袋式除尘器的优点是工作性能稳定，清灰效 果较好 缺点是滤袋常受机械力作用，损坏较快，滤袋检修 与更换工作量大 典型机械振动式布袋除尘器a：水平振动； b：垂直振动； c：扭曲振动 袋式除尘器的清灰 过滤风速一般为05～20mmin，压力损失控制范围1000～1500Pa 这种清灰方式的除尘器结构简单，清灰效果好，滤袋磨损少，特别适用于粉尘粘性小，玻璃纤维滤袋的情况 每排滤袋上方装设一根与脉冲阀相的喷吹管，通过程序控制机构控制脉冲阀的启闭。清灰时由控制仪发出指令， 触发排气阀，脉冲阀开启后，气包中的压缩空气经喷吹 管下各小孔高速喷出，并诱导比自身体积大5~7倍的诱 导空气一起经文氏管吹入滤袋，使滤袋急剧膨胀，引起 冲击振动，使积附在袋外的粉尘层脱落掉入灰斗。 必须选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续时间（通常为01一02s） 每清灰一次，叫做一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s 袋式除尘器的清灰 脉冲喷吹清灰脉冲喷吹耗用压缩空气量 脉冲喷吹清灰实现了全自动清灰，净化效率达99％；过滤负荷较高，滤袋磨损轻，运行安全可靠 一滤袋总数，条一脉冲周期，min 一安全系数，取15 一每条滤袋喷吹一次耗用的压缩空气量 一滤袋总数，条一脉冲周期，min 一安全系数，取15 一每条滤袋喷吹一次耗用的压缩空气量 选择与设计（1）选定除尘器型式、滤料及清灰方式 根据对除尘效率的要求、厂房面积、投资和设备定货的情况等，选定除尘器类型 根据除尘器型式、滤料种类、气体含尘浓度、允许的压力损失等便可初步确定清灰方式 袋式除尘器的选择、设计和应用 清灰方式应用 主要清灰方式主要滤布种类 粉尘 粒径 密度 谷物加工 12～14 RA 氧化铅15～2 注：RA——空气反吹；PJ——脉冲喷吹；S——振打清灰；F——毡制； W——纺织 袋式除尘器的选择、设计和应用 温度聚酯 14400 45450 玻璃纤维布 25 500 Hugglas 30 500 *除玻璃纤维布GC=2:1 外,假定 GC=5:1 袋式除尘器的选择、设计和应用 选择与设计（2）计算过滤面积 一般情况下的过滤气速归纳如下 选择与设计（3）除尘器设计 在滤袋条数多时，根据清灰方式及运行条件将滤袋分成若干组，每组内相邻两滤袋之间的净距一般取 50～70mm 袋式除尘器的选择、设计和应用 袋式除尘器作为一种高效除尘器，广泛用于各种工业部门的尾气除尘 比电除尘器结构简单、投资省、运行稳定，可以回收高比电阻粉尘 与文丘里洗涤器相此，动力消耗小，回收的干粉尘便于综合利用 对于微细的干燥粉尘，采用袋式除尘器捕集最适宜优点 优点 缺点 缺点 除尘器应用除尘器的种类繁多，型式多样，各具不同的性能和优缺点。 正确选择除尘器并进行科学的维护，是保证除尘器正常运 行并保证应有的除尘效率的关键。 除尘器的合理选择 选择除尘器必须全面考虑有关因素，如除尘效率、压力 损失、一次投资、维修管理、运行安全性等，其中最主 要的是除尘效率。 2粉尘的物理性质对除尘器性能具有较大的影响包括粉尘的粒径分布、密度、比电阻、亲水性、温度、压 力、粘性、毒性等 粘性大的粉尘容易粘结在除尘器表面，不宜采用干法除尘； 比电阻过大或过小，不宜采用电除尘；纤维性或憎水性粉尘 不宜采用湿法除尘。 除尘器名称 全效率％ 不同粒径（μm）时的分级效率％ 5～1010～20 10～44 44 带挡板的沉降室 586 75 22 43 80 90 普通的旋风除尘器 653 12 33 57 82 91 长锥体旋风除尘器 842 40 79 92 995 100 喷淋塔 945 72 96 98 100 100 电除尘器 970 90 945 97 995 100 文丘里除尘器 （ΔP＝75kPa） 995 99 995 100 100 100 袋式除尘器 997 995 100 100 100 100 除尘器的合理选择 3气体的含尘浓度气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前 应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒 一般说来，湿式除尘器、袋式除尘器、静电除尘器的入口 含尘浓度分别以10gm 等气态污染物，可以考虑采用湿式除尘器，但是必须注意腐蚀问题 5选择除尘器时，必须同时考虑捕集粉尘的处理问题 除尘器的合理选择 6．其他因素 设备的一次投资（设备、安装和工程等）以及操作和维修费用 设备 投资费用 运行费用 高效旋风除尘器 100 100 袋式除尘器 250 250 电除尘器 450 150 塔式洗涤器 270 260 文丘里洗涤器 220 500 除尘器名称 体积 除尘器设备费比值 能耗量kJm 重力沉降室20～40 10 旋风除尘器 约175 10～40 005～01 08～16 多管旋风除尘器 39 25～50 007～015 16～40 机械振打袋式除尘器 约71 25～8 01～025 脉冲袋式除尘器 约45 425～6 01～020 30～45 回转反吹袋式除尘器 约25 约38 喷淋洗涤器 约15 10～24 01～015 08 冲击式除尘器 07～12 30～60 015～03 卧式旋风水膜除尘器 约17 30～60 003～01 08～45 泡沫除尘器 01～02 11～45 低能文丘里除尘器 约20 15～16 01～03 高能文丘里除尘器 约20 15～16 01～03 8～35 干式静电除尘器 约105 6～25 07～25 03～10 各种除尘器设备费耗钢量及能耗概略指标 各类除尘器的选择 （1）机械式除尘器造价较低，维护管理方便，并耐高温，必须回收干尘 或含尘气体遇湿有腐蚀作用时更适宜用这类除尘器。 对5μm以下的微粒去除效率不高，当含尘浓度很高时， 可作预处理除尘器。 重力沉降室适宜尘粒粒径较大、要求除尘效率较低， 又有足够场地的地方。 惯性除尘器适宜排气量较小、要求除尘效率较低的地 方，一般可直接装在风管上。 旋风除尘器适宜要求除尘效率较低的地方，大量用于 1～20th的锅炉烟尘处理。目前,机械式除尘器应用最 多的是旋风除尘器。 （2）湿式除尘器结构简单，投资低，除尘效率较高，能去除粒径很小 的尘粒，并且在除尘的同时可去除一部分有害气体， 如火电厂烟气脱硫除尘一体化多采用湿式除尘器。其 缺点是用水量较大，废水和泥浆需二次处理，设备及 构筑物易腐蚀。 （3）电除尘器适宜处理气量较大、要求除尘效率较高，又有一定维 护管理水平的单位。它具有效率高、阻力小的优点， 缺点是投资大、设备复杂、占地面积大，对操作、运 行、维护管理水平要求较高。另外，对粉尘的比电阻 要求较严格。 袋式除尘器适宜于要求除尘效率较高、排气量变化较大以及处理有回收价值的细小颗粒物的场合。但它投 资较大，要求进气温度不超过滤袋材质所允许的温度， 且气体温度在露点温度以上。粘性含尘气体进入除尘 器时，含尘浓度超过尘粒的爆炸下限的不宜采用袋式 除尘器。 颗粒层除尘器适宜于处理高温含尘气体。它具有耐腐耐磨等特点，效率较高，可处理比电阻较高的粉尘。 当气体温度和气量变化较大时，也能适应。缺点是体 积较大、清灰装置较复杂，阻力较高。 除尘设备的发展 4发展新型除尘设备宽间距或脉冲高压电除尘器 环形喷吹袋式除尘器 顺气流喷吹袋式除尘器 带电水滴湿式洗涤器 带电袋式除尘器等

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