各类除尘器设计原理.docx

1、各类除尘器设计原理各类除尘器设计原理一、粉尘特性影响除尘性能的粉尘特性，主要有粉尘的密度、粒径分布、比电阻、吸湿性、爆炸性等。1、密度单位体积粉尘所具有的质量称为粉尘的密度，分为真密度和容积密度。 真密度 粉尘的真密度是指除掉粉尘中所含气体和液体后单位体积粉尘所具有的质量，与粉尘的沉降、输送、净化等特性直接相关。 容积密度 自然状态下单位体积粉尘的质量数称为容积密度，是设计粉尘储存、运输设备的重要参数。 两种密度的关系可用公式表示 （2-1）式中粉尘的密积密度，kg/m3；粉尘的真密度，kg/m3；粉尘的空隙率。对于球形尘粒=0.30.4，非球形尘粒的值则大于球形尘粒的值。粉尘越细，越小，比值

2、越大，粉尘愈难捕集，10时，粉尘捕集困难。几种工业粉尘的真密度 (kg/m3) 表2-1粉尘名称真密度容积密度粉尘名称真密度容积密度滑 石 粉2750590710烟 尘21501200石 灰 粉27001100锅炉碳末2100600白云石粉2800900碳 黑185040硅砂粉(105m)26301550硅砂粉(30m)26301450 2、粒径分布粉尘的粒径分布是指粉尘中各种粒径尘粒所占的百分数，亦称颗粒的分散度。有按质量计的质量粒径分布/按粒数计的颗粒粒径分布，用表面积表示的表面积粒径分布等多种表示方式。除尘技术中一般使用质量粒径分布。表2-2为铸造工厂工艺设备的粉尘质量分布，表2-3列出

3、了不同燃烧方式锅炉排出烟尘的粉尘特性。铸造工厂车间工艺设备粉尘质量粒径分布 表2 -2工艺设备粉尘类型真密度kg/m3粉尘品质粒径分布（%）/m中位径m60混砂机(S114)干型砂2141.444.86.77.06.83.731.08.6落砂机(210t)干型砂2640.446.217.420. 911.52.51.56.1B=600mm皮带导头干型旧砂2644.435.36.66.26.53.442.024.03、比表面积粉尘的比表面积为单位质量(或体积)粉尘具有的表面积，一般用cm2/g或cm2/cm3表示。其大小表示颗粒群总体的细度，它和粉尘的润湿性和粘附性相关。不同燃烧方式锅炉排出烟尘

4、质量粒径分布 表2 -3工艺设备粉尘质量粒径分布 （%）m备 注75607547603047203015201015510 5链条炉排振动炉排抛煤机煤粉炉50.7460.1461.0213.194.533.047.6913.236.304.066.0310.2012.056.949.9314.947.396.365.8511.68.005.482.153.216.255.082.9715.365.459.552.3311.651.812.640.974.084、爆炸性当物质的比表面积大为增加时，其化学活性迅速加强，某些在堆积状态下不易燃烧的可燃物粉尘，当它以粉末状悬浮于空气中时，与空气中的氧有

5、了充分的接触机会，在一定的温度和浓度下可能发生爆炸。这个能够引起爆炸的可燃物浓度称为爆炸浓度，能够引起爆炸的最低浓度称为爆炸下限。在设计除尘系统时必须高度注意，以防造成严重的灾害。粉尘的爆炸浓度下限可以参看有关设计手册。5、含水率粉尘的含水率为粉尘中所含水分品质与粉尘的总质量的比值，可以通过测定烘干前后的粉尘质量之差求得粉尘中所含水分的质量，而得到含水率。6、润湿性尘粒与液体相互附着的性质称为粉尘的润湿性。易于被水润湿的粉尘称为亲水性粉尘；难于被润湿的粉尘称为疏水性粉尘；吸水后能形成不溶于水的硬垢的粉尘称为水硬性粉尘。一般粒径5m时，粉尘很难被水润湿；水泥、熟石灰与白云石砂等均属于水硬性粉尘。

6、7、粘附性尘粒粘附于固体表面或颗粒之间互相凝聚的现象称为粘附。前者易使除尘设备和管道堵塞，后者则有利于除尘效率的提高。对于粒径1m的尘粒，主要靠分子间的作用而产生粘附；吸湿性、溶水性、含水率高的粉尘主要靠表面水分产生粘附；纤维粉尘的粘附则主要与壁面状态有关。8、比电阻比电阻是某种物质粉尘，当横断面积为l cm2，厚度为l cm时所具有的电阻，是除尘工程中表示粉尘导电性的一个参数，对电除尘器的工作有很大的影响，一般通过实测求得。9、堆积角、滑动角粉尘通过小孔连续地下落到某一水平面上、自然堆积成的尘堆的锥体母线与水平面上的夹角称为堆积角，它与物料的种类、粒径、形状和含水率等因素有关。对于同一粉尘，

7、粒径愈小、堆积角愈大，一般平均值为3540。它是设计贮灰斗、下料管、风管等的主要依据。滑动角是指光滑平面倾斜到一定角度时，粉尘开始滑动的角度，一般为4055，因此除尘设备灰斗的倾斜角一般不宜小于55。10、磨损性粉尘的磨损性主要取决于颗粒的运动速度、硬度、密度、粒径等因素。当气流运动速度大、含尘浓度高、粒径大而硬、并且有棱角时，磨损性大。因此，在进行粉尘净化系统设计时、应适当地控制气流速度，并加厚某些部位的壁厚。二、除尘器的选择除尘器的选择要在调查研究的基础上，根据处理粉尘的不同，主要从除尘效率、处理能力、动力消耗与经济性等几个方面综合考虑。除尘器的主要除尘机理可分为重力、惯性、离心（机械力）

8、、过滤、洗涤和静电等六大类；根据气体净化程度的不同则可分为粗净化、中净化、细净化与超净化等四类；而根据除尘器的除尘效率和阻力又可分为高效、中效、初效和高阻、中阻、低阻等几类。（一）除尘器的主要性能指针1、除尘效率全效率（或称总效率） 全效率为单位时间内除尘器除下的粉尘量与进入除尘器的粉尘量之百分比，简称质量法除尘效率。=G2/G1100 % （2-2）式中除尘器的全效率，%；G1进入除尘器的粉尘量，g/s；G2除尘器除下的粉尘量，g/s。由于在现场无法直接测出进入除尘器的粉尘量，应先测出除尘器进出口气流中的含尘浓度和相应的风量，再用公式 (2-3)计算，简称浓度法除尘效率。=（L1y1 L2y

9、2 ）/L1y1100 % （2-3）式中 L1除尘器入口风量，m3/s；y1除尘器入口浓度，g/m3；L2除尘器出口风量，m3/s；y2除尘器出口浓度，g/m3。 若在除尘系统中有除尘效率分别为、的几个除尘器串联运行时，总效率用表示。=1（1-1）(1-2) (1-n) （2-4）穿透率 穿透率P为单位时间内除尘器排放的粉尘量与进入除尘器的粉尘量之百分比，如公式(2-5)所示。P= 1 （2-5）(3)分级效率分级效率为除尘器对某一代表粒径或粒径在范围内粉尘的除尘效率。100 % （2-6）式中 粒径范围内，除尘器捕集的粉尘量，g/s；粒径范围内，进入除尘器的粉尘量，g/s。2、压力损失除尘

10、器的压力损失为除尘器进、出口处气流的全压绝对值之差，表示流体流经除尘器所耗的机械能。当知道该除尘器的局部阻力系数值后，可用公式计算。P=gV2/2 Pa （2-7）式中P除尘器的压力损失，Pa；g处理气体的密度，kg/m3；V除尘器入口处的气流速度，m/s。3、处理气体量表示除尘器处理气体能力的大小，一般用体积流量m3/h、m3/s表示。4、负荷适应性 负荷适应性是除尘器性能可靠性的技术指针。负荷适应性良好的除尘器，当处理气体量或污染物浓度在较大范围内波动时，仍能保持稳定除尘效率。（二）选择除尘器时应考虑的主要因素除尘器的选择应按下列因素通过技术经济比较确定：(1) 含尘气体的化学成分、腐蚀性

11、、爆炸性、温度、湿度、露点、气体量和含尘浓度；(2) 粉尘的化学成分、密度、粒径分布、亲水性、磨琢度、比电阻、粘结性、纤维性和可燃性、爆炸性等； (3) 除尘器的压力损失、除尘效率；(4) 粉尘的回收价值和回收利用形式；(5) 除尘器的设备费、运行费、使用寿命、场地布置及外部水电源条件等； (6) 维护管理的简繁程度。三、典型除尘器（一）重力沉降室重力沉降室是利用重力作用使粉尘自然沉降的一种最简单的除尘装置。含尘气流通过横断面比管道大得多沉降室时，流速大大降低，使尘粒按其终末沉降速度缓慢落至沉降室底部。如果水平气流平均速度为（m/s），则气流通过长度为（m）的沉降室的时间为 s而沉降速度为（m

12、/s）的尘粒（粒径为），从顶部H处落至底部所需时间为s为使粒径为的尘粒在沉降室中全部沉降下来，显然必须保证，即沉降速度 m/s （2-8）式中 尘粒密度，kg/m3；气体密度，kg/m3；重力加速度，m/s2；尘粒直径，m；气体阻力系数，无量纲，其值与尘粒和气流间的相对运动Re数有关时， 时， 时， 该沉降室对粒径为的尘粒的分级效率为 (2.-9)在沉降室结构尺寸和气流速度（或流量）确定后，可求出该沉降室所能100%捕集的极限粒径 m (2.-10)根据上述各式，改善重力沉降室的捕集效率的设计途径：（1）降低室内气流速度；（2）降低沉降室高度；（3）增长沉降长度。沉降室用于净化密度大、颗粒粗的

13、粉尘，特别是捕集50m以上的尘粒。它具有结构简单、投资少、维护管理容易及压力损失小（一般为50150Pa）等特点。例题 设计一锅炉烟气除尘用的沉降室。已知烟气工况：烟气量Q=2800m3/h，烟气温度t =150，烟尘真密度=2100kg/m3，要求能除掉粒径为50m以上的烟尘。解 烟气温度150时，可查得气体的粘度为=2.410-5 Pas（近似取空气的值），由斯托克斯公式计算粒径为50m的尘粒的沉降速度为m/s取沉降室内流速m/s，高度m，由式（7-1）得沉降室最小长度m若考虑到占地等因素，则沉降室稍嫌过长。若采用二层水平隔板（三层沉降室），取每层高m（总高m），则此时所需沉降室长度：m若

14、取m，则沉降室宽度为m式中n（=2）代表隔板层数。因此，沉降室的尺寸m。这时，能捕集的最小粒径为=m=m式中的气体流量Q，由于设了二层水平隔板，应为Q/(n+1)=Q/(2+1)=Q/3。（二）旋风除尘器旋风除尘器（简称旋风器）是使含尘气流作旋转运动，借助离心力作用将尘粒从气流中分离捕集下来的装置。旋风器与其它除尘器相比，具有结构简单、造价便宜、维护管理方便以及适用面宽的特点。旋风器适用于工业炉窑烟气和工厂通风的预除尘；工业气力输送系统气固两相分离与物料气力烘干回收。旋风器亦可以作为高浓度除尘系统的预除尘器，与其它类型的高效除尘器合用。旋风器具有可以适用于高温高压含尘气体除尘的特点。旋风器的类

15、型有切流反转式、轴流反转式、直流式等。工厂通风除尘使用的主要是切流反转式旋风器。1、旋风器结构 单体基本结构单体基本结构参见图2-1，含尘气体通过进口起旋器产生旋转气流，粉尘在离心力作用下脱离气流向图2-1 旋风器示意图筒锥体边壁运动，到达壁附近的粉尘在气流的作用下进入收尘灰斗，去除了粉尘的气体汇向轴心区域由排气芯管排出。 结构改进措施 旋风器在长期使用中，为了达到低阻高效性能其结构不断进行改进，改进措施主要有： 进气通道由切向进气改为回转通道进气，通过改变含尘气体的浓度分布、减少短路流排尘量； 把传统的单进口改为多进口，有效地改进旋转流气流偏心，使旋风器阻力显著下降； 在筒锥体上加排尘通道，

16、防止到达壁面的粉尘二次返混； 采用锥体下部装有二次分离装置（反射屏或中间小灰斗）防止收尘二次返混； 排气芯管上部加装二次分离器，利用排气强旋转流进行微细粉尘的二次分离； 在筒锥体分离空间加装减阻件降阻等。 组合技术 处理气体量较大时，可以采用多个旋风器单体进行并联组合。多筒组合：多筒组合可以采用分支并联和环状并联方式。组合技术的关键在于含尘气流到各旋风子的均匀配气和防止气流串流。分支并联一般采用双旋风器、四旋风器组合方式。对于处理气体量较大时，也可以采用母管分支并联方式。分支旋风器一般采用涡壳排气方式。多管组合：多管组合可以采用数十个旋风子（小尺寸旋风器）在箱体内进行并联安装。旋风子在箱体中可

17、以顺排并联或错排并联，含尘气流分配的均匀性可以通过调整旋风子进气口角度、排气管长度、进气空间高度、旋风子间距等措施实现。2、旋风器的使用旋风器单体直径一般控制在2001000mm，特殊情况下可以超过1000mm。旋风器单体安装角度应不小于45，宜大于粉尘的流动角，对于气体量负荷变化较大的系统尤其要注意。旋风器单体组合应注意含尘气流的均匀性分配和增加防止气流串流的技术措施。旋风器组合空间的进气区、灰斗区、排气区应严格分开，连接处不得漏风。对旋风器性能影响较大的因素是运行管理不善造成的灰斗漏风和排灰不及时造成的锥体下部堵管。它不仅影响除尘效率，还会加剧旋风器筒磨损。根据使用条件可以选用不同材料制作

18、旋风器，如钢板、有机塑料板、玻璃钢等加工；铸铁、铸钢浇注；陶土、石英砂、白刚玉烧制。也可以采用采用矾土水泥骨料、灰绿岩铸石等材料作钢制件的耐磨内衬。除尘器串联使用时，在与低性能除尘器串联使用时，应将高效旋风器放在后级。在与其它类型高性能除尘器串联使用时，应将旋风器放在前级。除高浓度场合外，一般不采用同种旋风器串联使用。3 压力损失计算P = Pd0 ；Pd0=v022 （2-11）式中 P旋风器压力损失，Pa； Pd0气流动压，对应于进口截面的气流动压，Pa；气体密度，kgm3。=353KB(273+t) (空气)；=366KB(273+t)（一般烟气） （2-12）式中KB环境压力B的修正系

19、数，KB=B/Ba，Ba为标准大气压力（101.3KPa）。t气体温度，；为设备厂家提供的对应于进口截面的旋风器阻力系数。旋风器安装方式不同会造成旋风器压力损失变化，如旋风器出口方式采用出口涡壳比采用圆管弯头时的压力损失下降10%左右；采用多筒、多管组合方式时，由于接管数目增加，与单个使用也有差别，可以通过工程经验进行修正。一般来讲，同类型直径大小不同的旋风器压力损失相同，即同一型式旋风除尘器的几何相似放大或缩小时，压力损失基本不变。随入口含尘浓度的增高，除尘器的压力损失明显下降。比通过清洁气体时的压损减低520%左右。减低的原因是旋转气流与粉尘摩擦造成旋转速度降低的缘故。例题 某旋风除尘器的

20、阻力系数，进口流速为15m/s，试计算：t0=20，=1atm的压力损失。解 t0=20，=1atm下的空气的密度=1.205kg/m3，由式（2-11）得旋风除尘器压力损失为Pa4 除尘效率计算 分级效率i(dc)=1.0-exp(-dc) 或者 i(dc)=1.0-exp-0.6931(dc/dc50) （2-13）式中、分别为分布系数；分割粒径dc50指除尘器分级效率为50%时对应的粉尘粒径，m。 总效率旋风器的除尘效率计算式为=i(dc,i，dc,i+1) Q(dc,i，dc,i+1) （2-14）式中 Q(dci，dci+1) 粉尘某一粒级的分布累计品质；i(dc,i，dc,i+1)

21、 粒级除尘效率，可以取ikdc,i，(1-k)dc, i+1，0k1.0，通常取k为0.5。理论计算除尘效率往往有误差，通常可以采用计算与实际工程应用相结合的办法修正进行判定。 影响旋风器除尘效率的主要因素旋风器的结构型式（即相对尺寸）对除尘效率影响很大。锥体适当加长对提高除尘效率有利。除尘器的绝对尺寸增大，即进行几何相似放大后，除尘效率降低。在一定范围内提高入口流速，即增加处理气体量，除尘效率将随之提高，除尘器压力损失增大。注意速度过高，可能增强返混，反而导致除尘效率下降。因此，从技术、经济两方面考虑，入口速度一般为1525m/s，但不应低于10m/s，以防入口管道积尘。在入口含尘浓度增高时

22、，多数情况是除尘效率略有提高。粉尘真密度和粒径增大，会使除尘效率明显提高。气体温度的提高和粘度的增大，会使除尘效率下降。灰斗气密性对除尘效率影响较大，在运行时应保证灰斗严密。 含尘浓度计算旋风器中实际运行的是工况含尘浓度C，g/m3；作为评价、监督使用标况浓度CN，mg/m3(标准) ，CP为工况排放浓度，mg/m3。它们之间的关系为CN=1.293C ；CP=(1-)C0 （2-15）5 旋风器选用已知条件：气体量、气体温度；旋风器阻力；含尘气体浓度；粉尘真密度和粒径的质量分布；供选用的旋风器技术参数6（阻力系数，分级效率，主要结构尺寸）等。计算要求：确定旋风器的直径和个数；校核压力损失；估

23、算除尘效率。选用过程： 根据压力损失计算所用旋风器的筒体截面的标称速度：vA=（2P/A）0.5 。 计算旋风器筒体截面总面积：AZ=L/(3600vA)。 确定旋风器直径D1和个数N。可设定参数N或D1确定另一参数：ND12=(4/)AZ 。 根据选定的旋风器个数N 和现场提供的场地、运行方式确定旋风器的连接方式和组合方式。 计算设计工况下的旋风器除尘效率和排放浓度。注意工况含尘浓度为运行浓度，标况浓度为环境监督、评价用的含尘浓度。 根据处理气体和粉尘的性质确定制作旋风器的设备材料，如耐磨措施可以采用耐磨材料加工或加耐磨内衬材料。 确定旋风器的排灰方式，选定卸灰阀、灰斗、输灰装置。对粉尘负荷

24、少于一个班次工作量的可以采用人工清灰。旋风器支架、检查平台、连接配管、检测孔设计。旋风器的运行工况分析，如工艺周期性负荷变化引起除尘系统处理气体量变化时旋风器单体堵灰、磨损的可能性；排灰输灰装置的工作状况等。（三）袋式除尘器1、袋式除尘器的工作原理袋式除尘器是利用多孔的袋状过滤组件从含尘气体中捕集粉尘的一种除尘设备。主要由过滤装置和清灰装置两部分组成。前者的作用是捕集粉尘，后者则用以定期清除滤袋上的积尘，保持除尘器的处理能力。通常还设有清灰控制装置，使除尘器按一定的时间间隔和程序清灰。当含尘气体通过滤料时，主要依靠纤维的筛滤、拦截、碰撞、扩散和静电吸引等效应将粉尘阻留在滤料上，形成粉尘初层，参

25、见图2-2。在稳定的初层形成之前，滤料的除尘效率不高，通常只有5080。同滤料相比，多孔的粉尘初层具有更高的除尘效率，因而对尘粒的捕集起着主要作用。针刺滤料具有更细小、分布均匀而且有一定纵深的孔隙结构，对深入滤料 内部的尘粒有深层过滤的作用。表面过滤材料使包括微细尘粒在 内的粉尘几乎全部被阻留在其表面而不能透入其内部。目前使用的有：覆膜滤料；复合纤维滤料。在滤料表面复合一层具有微细孔隙的滤层，即相当是一次粉尘层，使亚微米尺度以上的粉尘被阻留在滤料表面。图2-2 滤料的过滤作用当滤袋表面积附的粉尘层厚到一定程度时，需要对滤袋进行清灰，以保证滤袋持续工作所需的透气性。袋式除尘器正是在这种不断滤尘而

26、又不断清灰的交替过程中进行工作。2、袋式除尘器的主要类型按清灰方式袋式除尘器的主要类型有：机械振动类；气流反吹类；脉冲喷吹类。清灰方式在很大程度上影响着袋式除尘器的性能，是袋式除尘器分类的主要依据。(1) 机械振动类利用手动、电动或气动的机械装置使滤袋振动实现清灰，如图2-3。振动可以是垂直、水平、扭转或组合等方式;振动频率有高、中、低之分。清灰时必须停止过滤，有的还辅以反向气流，因而箱体多做成分室结构，顺次逐室清灰。机械振动清灰方式适用于以表面过滤为主的滤袋，对深度过滤的粉尘（进入滤料内部的粉尘）清灰几乎没效果。实际使用时宜采用较低的过滤风速。(2) 气流反吹类利用与过滤气流反向的气流，使滤

27、袋形状变化，粉尘层受挠曲力和屈曲力的作用而脱落，图2-4是一种典型的气流反吹清灰方式。气流反吹清灰多采用分室工作制度。也有使部分滤袋逐次清灰而不取分室结构的形式。反向气流可由除尘器前后的压差产生，或由专设的反吹风机供给。某些反吹清灰装置设有产生脉动作用的机构，造成反向气流的脉冲作用，以增加清灰能力。反吹气流在整个滤袋上的分布较为均匀，振动也不剧烈，对滤袋的损伤较小。其清灰能力属各种方式中最弱者。因而允许的过滤风速较低，设备压力损失较大。(3) 脉冲喷吹类将压缩空气在短暂的时间(不超过0.2s)内高速吹入滤袋，同时诱导数倍于喷射气流的空气。造成袋内较高的压力峰值和较高的压力上升速度，使袋壁获得很

28、高的向外加速度，从而清落粉尘（如图2-5）。喷吹时，虽然被清灰的滤袋不起过滤作用，但因喷吹时间很短，而且只有少部分滤袋清灰，因此可不取分室结构。也有采用停风喷吹方式，对滤袋逐箱进行清灰，箱体便需分隔，但通常只将净气室做成分室结构。脉冲喷吹方式的清灰能力最强，效果最好，可允许高的过滤风速，并保持低的压力损失，近年来发展迅速。图2-3 机械振打袋式除尘器 图2-4 逆气流反吹清灰方式图2 -5 脉冲喷吹清灰3、袋式除尘器的主要特点(1) 除尘效果好，对微细粉尘其除尘效率也可达99%以上。(2) 适应性强。对各类性质的粉尘都有很高的除尘效率，不受比电阻等性质的影响。在含尘浓度很高或很低的条件下，都能

29、获得令人满意的工作效果。(3) 规格多样，应用灵活。单台除尘器的处理风量最小不足200m3/h，最大甚至可以超过5106m3/h。(4)便于回收干物料，没有污泥处理、废水污染以及腐蚀等问题。(5) 随所用滤料耐温性能不同，可用于130、200、280、550等条件下。但高温滤料价格比较贵。(6) 在捕集粘性强及吸湿性强的粉尘，或处理露点很高的烟气时，滤袋易被堵塞，需采取保温或加热等防范措施。(7)主要缺点是某些类型的袋式除尘器存在着压力损失大、设备庞大、滤袋易损坏、换袋困难等问题。4 袋式除尘器的滤料绝大多数袋式除尘器是以纤维织物滤料制作滤袋过滤单元。近年还出现了以塑料、金属、陶瓷制成的微孔过滤组件，或以硅酸盐纤维制作的袋状过滤组件。但目前滤料应具备以下性能：除尘效率高，对微细粉尘也有很高的效率；清灰容易，以保持低的压力损失；机械强度高，抗拉、耐磨、抗皱折；耐温性好，抗化学腐蚀，抗水解；尺寸稳定性好，使用过程中变形小；成本低，使用寿命长。这些性能主