除尘技术基础

L
层流式重力沉降室的设计计算
• 基本假设：
– – – – 气流在沉降室内流动为柱塞流，速度为v0 气流的流动状态保持在层流范围内 进口处颗粒在气流中均匀分布 颗粒的运动：颗粒在水平方向的运动速度为 气流速度，在垂直方向忽略浮力作用，以终 端沉降速度向下沉降（忽略加速下沉时间） – 沉降到达除尘器底部的颗粒即被捕集
重力沉降室的设计步骤
• 1) 由粉尘的密度、气体 性质计算不同粒径颗粒的 沉降速度us
• 2)再选取沉降室的水平流 速和沉降室的高度，确定 长度和宽度
• 3）辅助部分设计
二、惯性除尘器
• 为改善沉降室的除尘效果，可在沉降室 设置各种形式的挡板，使含尘气流冲击 到挡板上，气流发生急剧的转变 ，借助 挡板本身惯性的作用，使其与气流分离， 这类除尘装置称作惯性除尘装置。
hc u s LW (n +1) ηi = = H Q n +1
d min =
18μvo H ρ p gL（n +1)
层流式重力除尘效率公式使用：
– 忽略了沉降室内的扰动所引起的颗粒运动速 度和方向发生的偏差 – 未考虑返混现象 – 按此式所计算的结果偏低，工程上常取计算 值的一半作为分级效率
二、湍流式沉降室
ητi =1 - (1 - dηi )
x →0
L dx
* : lim[(1 - ax) ] = exp(-a)
1 x
us L =1 - exp() v0 H
• 求解方法(2)—积分法：
dy dN p us dx dηi = = = H N p vo H
dN p Np u s dx = vo H
us L ) vo H
ηi = hc us LW = =100% H Q
2 d min ρp
us =
18μ
ρ p gL ρ p gWL
• 特例--多层重力沉降室
– 除尘效率计算
• 为了能够捕集更小的颗粒，降低H是实用的方法 之一。因此， 在总高度H不变的前提下，在沉降 室内增设几块水平板形成多层沉降室，此时沉降 室的每层沉降高度变为 H/(n+1) 分级效率变为:
• 捕集的基本判据
– 由上述最后一个假设可知，要使颗粒被捕集， 其沉降到除尘器底部所需的时间ts必须小于 或等于气流在沉降室内的停留时间t L 即 t ≥t s – 沉降时间ts t s = H / us – 气流停留时间t t = L / v0
其中
Q v0 = WH
L H ≥ v0 us
• 对于粒径为dp的颗粒，其在气流停留时间内所沉 降的距离
• 求解方法(1)—微分求极限：
dy dN p us dx dηi = = = H N p vo H
L dx L dx L dx
ητi =1 - (1 - dηi )
=1 - lim[(1 dx → 0
us dx ) ] v0 H
=1 - lim[(1 dx → 0
us L dx ) ] v0 H L
ln N p = us x +ln C vo H
N p.L = N p.0 exp(-
us L ηi =1 - exp( ) v0 H
us LW ηi =1 - exp() Q
• 实际使用中，还可将有关参数整理为归一形式，并用 图表示出来,
• 重力沉降室的特点： – 结构简单、投资少，压力损失小 （50-150Pa） – 维修方便 – 体积大、效率低，作为预除尘装置
B1
• 除尘过程
– 当含尘气流冲击到档板B1上时，惯性大的粗颗 粒首先被分离出来；被气流带走的尘粒由于档 板B2使气流方向转变，借助离心 力的作用也被分离下来。 – 分离过程同时利用了离心力和重力 – 离心力： 2 3 ut ∝dp R
B1
B2
惯性除尘器的结构
• 冲击式：使气流中粒子冲击挡板，可捕集较粗粒子 – 单级式、多级式 • 反转式：通过改变气流流动方向，使气流发生旋转， 捕捉较细粒子 – 弯管式、百叶窗式、多层隔板式
Lus us LWH hc = us t = = vo Q
• 分级效率计算：除尘室对粒径为dp的颗粒除尘的 分级效率为：
hc us LW ηi = = H Q
L
• 总效率计算：对于给定的除尘器，可利用上式 求出分级效率，再根据粒径其频率分布求出总 效率
η =∑ ηi ΔDi
• 能完全捕集（100%）最小粒子粒径表达 L （Stokes区）：
– 重力沉降室 (Gravity Settler) – 惯性除尘器 (Inertia Settler) – 旋风除尘器 (Cyclone Separator)
一、重力沉降室
• 工作原理：
– 重力沉降室是通过重力作用将气流中所含尘粒沉 降分离的装置
• 除尘驱动力：重力
• 基本结构示意图
L
W H
• 影响重力沉降的基本参数分析： – 颗粒的沉降速度 与颗粒的直径、 密度、流体的性质等有关 – 颗粒在除尘器中的停留时间 与除尘器的高度、长度及气流 的水平流速有关 – 与气流的流动状态（流型）有关 • 层流流动和湍流流动模式
• 基本假设：
– 假定沉降室中的气流为湍流状态 – 在垂直气流方向上的每一个横断面上的粒子完全 混合，各种粒径的粒子都均匀分布于气流中 – 靠沉降室底部的气流存在一层流边界层，该层中 粒子分布与同截面相同，且按层流沉降；粒径不 同，对应的边界层厚度不同
• (极限求解:将沉降室沿其长度方向分割为若干单元段, 在气流进入或流出这个单元段时,颗粒物为均匀分布, 但在内部沉降仍是按层流情况进行)
对于长度dx（宽度W，高度H）的捕集元，颗粒在垂直 方向上最大沉降距离dy
dx dy = u s vo
dy可看作沉降速度为us的颗粒（dpi)对 应的边界层厚度
dy dx
微分除尘效率:
dy dN p us dx dηi = = = H N p vo H
dh c us dx dηi = = H vo H
第六章 除尘装置
Chapter 6 Particulate Matter Collection Devices
• 从气体中除去或捕集固态(或液态)微粒的设 备称为除尘装置或除尘器。根据除尘机理可 以分为：
机械式 除尘器
静电除 尘器
袋式除 尘器
湿式除 尘器
第一节 机械式除尘器的类型
• 机械式是指依靠质量力（包括重力、惯 性力和离心力等）的作用使颗粒从气流 中分离出来的装置 • 依据质量力的种类不同，可分为