大气污染控制工程第四章教材

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1、第四章第四章 除尘装置除尘装置 从气体中去除或捕集固体或液体微粒的设备从气体中去除或捕集固体或液体微粒的设备 称为除尘装置，或除尘器。称为除尘装置，或除尘器。 根据除尘机理的不同，除尘装置一般可分以根据除尘机理的不同，除尘装置一般可分以 下几种类型：下几种类型： （1 1）机械式除尘器）机械式除尘器 重力沉降室、旋风除尘重力沉降室、旋风除尘 器和惯性除尘器；器和惯性除尘器； （2 2）洗涤式除尘器）洗涤式除尘器 喷淋洗涤器、文丘里除喷淋洗涤器、文丘里除 尘器、自激式洗涤器、水膜除尘器尘器、自激式洗涤器、水膜除尘器 （3 3）过滤式除尘器）过滤式除尘器 包括袋式除尘器和颗粒包括袋式除尘器和颗粒

2、层除尘器层除尘器 （4 4）电除尘器）电除尘器 第一节第一节 机械除尘器机械除尘器 利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用 使颗粒物与气流分离的装置，包括重力沉降室、使颗粒物与气流分离的装置，包括重力沉降室、 惯性除尘器和旋风除尘器。惯性除尘器和旋风除尘器。 一、重力沉降室一、重力沉降室 通过重通过重 力作用使力作用使 尘粒从气尘粒从气 流中沉降流中沉降 分离的除分离的除 尘装置。尘装置。 含尘气流通过横断面比管道大得多的沉降室时含尘气流通过横断面比管道大得多的沉降室时 ，流速大大降低，使大而重的尘粒以其沉降速，流速大大降低，使大而重的尘粒以其沉降速

3、度度usus缓慢落至沉降室低部。设计重力沉降室的缓慢落至沉降室低部。设计重力沉降室的 模式有层流式和湍流式两种。模式有层流式和湍流式两种。 1.1.层流式重力沉降室层流式重力沉降室 假设沉降室内气流为柱塞流，流速为假设沉降室内气流为柱塞流，流速为v v 0 0 (m/s),(m/s),流动状流动状 态保持在层流范围内，颗粒均匀地分布在烟气中。态保持在层流范围内，颗粒均匀地分布在烟气中。 粒子的运动由两种速度组成。在垂直方向，忽略气粒子的运动由两种速度组成。在垂直方向，忽略气 体的浮力，仅在重力和气体阻力的作用下，每个粒体的浮力，仅在重力和气体阻力的作用下，每个粒 子以其沉降速度子以其沉降速度u

4、 u s s (m/s)(m/s)独立沉降，在烟气流动方向独立沉降，在烟气流动方向 ，粒子和气流具有相同的速度。，粒子和气流具有相同的速度。 设沉降室的长、设沉降室的长、 宽、高分别为宽、高分别为L L、W W 和和H,H,处理烟气量为处理烟气量为 Q(mQ(m 3 3 /s),/s),气体在沉气体在沉 降室内停留时间为降室内停留时间为 t=L/vt=L/v 0 0 =LWH/Q=LWH/Q 在时间在时间t t内，粒径为内，粒径为dpdp的粒子的沉降距离为的粒子的沉降距离为 ： 对于粒径为对于粒径为dpdp的粒子，只有在高度的粒子，只有在高度hchc以下进入沉降以下进入沉降 室才能沉降到灰斗。

5、当室才能沉降到灰斗。当hchcHH时，粒子的分级除尘效时，粒子的分级除尘效 率为：率为： 从从该式该式可以看出，提高沉降室除尘效率的主要可以看出，提高沉降室除尘效率的主要 途径为，降低沉降室内的气流速度、增加沉降室途径为，降低沉降室内的气流速度、增加沉降室 长度或降低沉降室高度。长度或降低沉降室高度。 于是，沉降室的总除尘效率为：于是，沉降室的总除尘效率为： 该沉降室所能捕集的最小粒径为该沉降室所能捕集的最小粒径为 ： v v0 0 气体的流速，气体的流速，m/sm/s； 流体的粘度，流体的粘度，pa.s pa.s 2. 2.湍流式重力沉降室湍流式重力沉降室 沉降室中气流为湍流状态，在垂直于气

6、流方向的每个沉降室中气流为湍流状态，在垂直于气流方向的每个 横断面上粒子完全混合，即各种粒径的粒子都均匀分横断面上粒子完全混合，即各种粒径的粒子都均匀分 布于气流中。为了确定对粒径为布于气流中。为了确定对粒径为dpdp的粒子的分级效率的粒子的分级效率 ，需要寻求沉降室内任意位置，需要寻求沉降室内任意位置x x与留在气流中的粒子为与留在气流中的粒子为 dpdp的粒子数目的粒子数目NpNp之间的关系。之间的关系。 粒径为粒径为dpdp的粒子的分级除尘效率为：的粒子的分级除尘效率为： 重力沉重力沉 降室的降室的 主要优主要优 点是：点是： 结构简结构简 单。投单。投 资少，资少， 压力损压力损 失小

7、（失小（ 一般为一般为 50-50- 130Pa130Pa） ，维修维修 管理容管理容 易。但易。但 它的体它的体 积大，积大， 效率低效率低 ，因此，因此 只能作只能作 为高效为高效 除尘的除尘的 预除尘预除尘 装置，装置， 除去较除去较 大和较大和较 重的粒重的粒 子。子。 二、惯性除尘器二、惯性除尘器 1.1.惯性除尘器除尘机理惯性除尘器除尘机理 为了改善沉降室为了改善沉降室 的除尘效果，可的除尘效果，可 在沉降室内设置在沉降室内设置 各种形式的挡板各种形式的挡板 ，使含尘气流冲，使含尘气流冲 击在挡板上，气击在挡板上，气 流方向发生急剧流方向发生急剧 转变，借助尘粒转变，借助尘粒 本身

8、的惯性力作本身的惯性力作 用，使其与气流用，使其与气流 分离分离。 回旋气流的曲率半径愈小，回旋气流的曲率半径愈小， 愈能分离捕集细小的粒子。显愈能分离捕集细小的粒子。显 然，这种惯性除尘器，除借助然，这种惯性除尘器，除借助 惯性力作用外，还利用了离心惯性力作用外，还利用了离心 力和重力的作用。力和重力的作用。 2.2.惯性除尘器结构型式惯性除尘器结构型式 结构型式多样，可分为以气流中粒子冲击挡板捕结构型式多样，可分为以气流中粒子冲击挡板捕 集较粗粒子的冲击式和通过改变气流流动方向而集较粗粒子的冲击式和通过改变气流流动方向而 捕集较细粒子的反转式。捕集较细粒子的反转式。 这种设备，这种设备，

9、沿气流方向设沿气流方向设 置一级或多极置一级或多极 挡板，使气体挡板，使气体 中的尘粒冲撞中的尘粒冲撞 挡板而被分离挡板而被分离 。 弯管型和百叶窗型反转式除尘装置和冲击式惯性除尘装置一弯管型和百叶窗型反转式除尘装置和冲击式惯性除尘装置一 样都适于烟道除尘，多层隔板型的塔式除尘装置主要用于烟样都适于烟道除尘，多层隔板型的塔式除尘装置主要用于烟 雾的分离。雾的分离。 3. 3. 惯性除尘器的应用惯性除尘器的应用 一般惯性除尘器的气流速度愈高，气流一般惯性除尘器的气流速度愈高，气流 方向转变角度愈大，转变次数愈多，净方向转变角度愈大，转变次数愈多，净 化效率愈高，压力损失也愈大。化效率愈高，压力损

10、失也愈大。 惯性除尘器用于惯性除尘器用于净化密度和粒径较大的金净化密度和粒径较大的金 属或矿物性粉尘属或矿物性粉尘的除尘效率较高；对于的除尘效率较高；对于 粘结性和纤维性粉尘粘结性和纤维性粉尘，则因易堵塞而，则因易堵塞而不不 宜采用宜采用。由于惯性除尘器的净化效率不。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高，故一般只用于多级除尘中的第一级 除尘，捕集除尘，捕集10-2010-20 mm 以上的粗尘粒。压以上的粗尘粒。压 力损失依型式而定，一般为力损失依型式而定，一般为100-1000Pa100-1000Pa 。 三、旋风除尘器三、旋风除尘器 利用旋转气流产生利用旋转气流

11、产生 的离心力使尘粒从的离心力使尘粒从 气流中分离的装置气流中分离的装置 。 1.1.旋风除尘器内气流旋风除尘器内气流 与尘粒的运动与尘粒的运动 普通旋风除尘器是普通旋风除尘器是 由进气管、筒体、由进气管、筒体、 锥体和排气管等组锥体和排气管等组 成。成。 外外涡旋：旋转向下的外圈气流；涡旋：旋转向下的外圈气流； 内涡旋：旋转向上的中心气流。内涡旋：旋转向上的中心气流。 气流作涡旋运动时，尘粒在离心力气流作涡旋运动时，尘粒在离心力 作用下逐步移向外壁，达到外壁的作用下逐步移向外壁，达到外壁的 尘粒在气流和重力共同作用下沿壁尘粒在气流和重力共同作用下沿壁 面落入灰头。面落入灰头。 气流从除尘器顶

12、部向下高速旋转时，顶部的压力下气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力下 降，一部分细小的尘粒沿筒壁旋转向上，达到顶部后，降，一部分细小的尘粒沿筒壁旋转向上，达到顶部后， 再沿排出管外壁旋转向下，最后到达排出管下端附近被再沿排出管外壁旋转向下，最后到达排出管下端附近被 上升的内涡旋带走并从排出管排出，这股旋转气流称上上升的内涡旋带走并从排出管排出，这股旋转气流称上 涡旋。涡旋。 对对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际气流除切向旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际气流除切向 和轴向运动外，还有径向运动。在外涡旋也存在离和轴向运动外，还有径向运动。在外涡旋也存在离 心的径向运动。心的径向运动。

13、 通常把内外涡旋气体的运动分解成为三个速度分量：切通常把内外涡旋气体的运动分解成为三个速度分量：切 向速度、径向速度和轴向速度。向速度、径向速度和轴向速度。 切向速度切向速度是决定气流速度大小的主要速度分量，也是决是决定气流速度大小的主要速度分量，也是决 定气流质点离心力大小的主要因素。根据涡旋定律定气流质点离心力大小的主要因素。根据涡旋定律 ，外涡旋外涡旋的切向速度的切向速度v v T T 反比于旋转半径反比于旋转半径R R的的n n次方次方 n ，称为涡旋指数。 D D为旋风除尘器直径，为旋风除尘器直径，m;Tm;T为气体的温度，为气体的温度，k k。 内旋涡内旋涡的切向速度正比于旋转半径

14、的切向速度正比于旋转半径R R，比例常数等比例常数等 于气流的旋转角速度于气流的旋转角速度 ，于是，于是 因此，在内、外旋涡交界园柱面上，气流的切向速因此，在内、外旋涡交界园柱面上，气流的切向速 度最大。实验测量表明，交界园柱面直径度最大。实验测量表明，交界园柱面直径d0=(0.6-d0=(0.6- 1.0)de(de1.0)de(de是排气管直径）。是排气管直径）。 旋转气流的径向速度旋转气流的径向速度 根据塔林登（根据塔林登（TerLindenTerLinden) )测量的结果，可近似认为测量的结果，可近似认为 外旋涡气流均匀地经过内、外旋涡交界园柱面进入外旋涡气流均匀地经过内、外旋涡交界

15、园柱面进入 内旋涡，即近似地认为气流通过这个圆柱面时的平内旋涡，即近似地认为气流通过这个圆柱面时的平 均速度就是外旋涡气流的平均径向速度均速度就是外旋涡气流的平均径向速度v v r r ，即即 式中：式中：Q Q为旋风除尘器处理气量，为旋风除尘器处理气量，mm 3 3 /s /s； r r0 0 和和h h 0 0 分别为交界圆柱面的半径和高度，分别为交界圆柱面的半径和高度，mm。 轴向速度轴向速度 外旋涡的轴向速度向下，内旋涡的轴向速度向外旋涡的轴向速度向下，内旋涡的轴向速度向 上。在内旋涡，随着气流逐渐上升，轴向速度上。在内旋涡，随着气流逐渐上升，轴向速度 不断增大，在排出管底部达到最大值

16、。不断增大，在排出管底部达到最大值。 2.2.旋风除尘器的压力损失旋风除尘器的压力损失 p p 在评价旋风除尘器设计和性能时的一个主要指标是气在评价旋风除尘器设计和性能时的一个主要指标是气 流通过旋风器时的压力损失，亦称压力降。旋风除尘流通过旋风器时的压力损失，亦称压力降。旋风除尘 器的压力损失与其结构和运行条件等有关，理论计算器的压力损失与其结构和运行条件等有关，理论计算 比较困难，主要靠实验确定。比较困难，主要靠实验确定。 p p 一般与气体入口速度一般与气体入口速度 的平方根成正比，即的平方根成正比，即 为气体的密度，为气体的密度，kg/mkg/m 3 3 ； v v1 1 为气体入口速度，为气体入口速度，m/sm/s； 为为局部阻力系数局部阻力系数 。 在在旋风除尘器内，粒子的沉降速度主要取决于旋风除尘器内，粒子的沉降速度主要取决于 离心力离心力 F F c c和向心运动气流作用于尘粒上的阻和向心运动气流作用于尘