除尘技术原理与应用

DI
1
R
1 1 R
2R
(R<0.1)
圆柱体势流
DI
(1
R)2
1 1 R
3R
(R<0.1)
球体势流
DI
2.002
1 ln
ReD
[(1
R) ln(1
R)
R(2 R) 2(1 R)
R2 2.002 ln
ReD
(R<0.07,ReD<0.5) 圆柱体粘性流
DI
(1
R)2
3(1 2
R)
1 2(1
沉降法、众径、中位径、stokes径、频率分布、 筛上频度分布、筛下累计分布。
沉降法
斯相托同克、斯沉（降速Sto度ke相s）等直的径球d体s：直同径一流体中与颗粒密度 空相气等动的力单学位当 密量度直（径1gd/ac：m3在）空的气球中体与的颗直粒径沉降速度
斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关， 是除尘技术中应用最多的两种直径
usLWH Q
i
hc H
us L v0 H
usLW Q
i 1.0
(hc H )
(hc H )
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
=?
hc H
us
d
2 p
p
g
18
即
d
2 p
p
g
LWH
H
18 Q
d min
18Q p gWL
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
d min
36Q p gWL
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
沉降室内的气不同流粉速尘度的最一高般允为许气0.流3～速度2.0m/s
旋风除尘器的设计
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
CLK扩散式旋风除尘器
CLK扩散式旋风除尘器，适用于捕集干燥的非纤维性的颗粒状 粉尘，主要特点是筒身呈倒圆锥形，因而减少了含尘气体自筒 身中心短路到出口去的可能性，并装有圆锥形的反射屏，防止 两次气流将已经分离下来的粉尘重新卷起，被上升气流带出， 因而提高了除尘效率。 适用于冶金、铸造、建材、化工粮食、水泥等行业中，捕集干 燥的非纤维性颗粒状粉尘和烟尘除尘，可做回收物料设备使用。
670（770） 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
①为防止粒子短路漏到出口管，h≤s，其中s为排气管插人深 度；
②为避免过高的压力损失，b≤（D－de）/2； ③为保持涡流的终端在锥体内部，（H+L）≥3D； ④为利于粉尘易于滑动，锥角＝7o～8o； ⑤ 为 获 得 最 大 的 除 尘 效 率 ， de/D≈0.4 ～ 0.5 ， （ H+L ）
电除尘器
电除尘器的工作原理
三个基本过程
悬浮粒子荷电－高压直流电晕 带电粒子在电场内迁移和捕集－延续的电晕
电场（单区电除尘器）或光滑的不放电的电 极之间的纯静电场（双区电除尘器） 捕集物从集尘表面上清除－振打除去接地电 极上的粉尘层并使其落入灰斗
电除尘器的工作原理
Source: www.state.ia.us
m－导线光滑修正系数，无因次，0.5<m<1.0
在r=a时 （电晕电极表面上），起始电晕电压
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致使极间空 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；
流体阻力
流体阻力＝形状阻力＋摩擦阻力 阻力的方向和速度向量方向相反
FD
1 2
CD Ap u2
(N)
CD f (Rep )
Rep
dpu
Rep 1 （层流）时
CD
24 Rep
得到
Stokes公式：FD 3πdpu (N)
1 Rep 500 湍流过渡区
CD
18.5 Rep0.6
Rep 500 湍流区（牛顿区） CD 0.44
有很大影响，最适宜范围104～1010） 粉尘的粘附性 粉尘的自燃性和爆炸性
3.颗粒捕集的理论基础
对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分 离
颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒 间相互作用力
外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等 颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略
12m/s
值时 的压
15m/s
力损 失
18m/s
XLP/A
A/3
3A
上3.85b 下0.7D 上0.6D 下0.6D 上1.35D 下1.0D 上0.50D 下1.00D 0.296D
700 （600）
1100 （940）
1400 （1260）
XLP/B
XLT/A
XLT
A/2
2A
3.33b （b=0.3D）
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
层流式和湍流式两种
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
t
L
/ v0
LWH Q
在t时间内粒子的沉降距离
v0
us
该粒子的除hc 尘 u效s t 率 uvs0L
依据：气、固、液体粒子在物理性质上的差异将其分离。
机械法：利用重力、惯性力、离心力分离。
过滤介质分离：利用粒子的尺寸、重量较气体分子大分离。
湿式洗涤分离法：利用粒子易被水润湿，凝拼增大而被捕获的 特性。
电除尘：利用荷电性、静电力分离。等等。
1.粉尘的粒径及粒径分布
颗粒的粒径：显微镜法、筛分法、光散射法、
FD 0.055πdp2u2
流体阻力
流体阻力与雷诺数的函数关系
流体阻力
颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动——坎宁 汉修正
FD
3πdpu
C
C 1 Kn[1.257 0.400exp( 1.10)] Kn
其中努森数 Kn 2 / dp
(m) , v 8RT (m/s)
根据允许的压力降确定进口气速，或取为 12～25 m/s
v1
2p
确定入口截面A，入口宽度b和高度h
A bh Q v1
确定各部分几何尺寸
旋风除尘器的设计
旋风除尘器的比例尺寸
尺寸名称
入口宽度，b 入口高度，h 筒体直径，D
排出筒直径，de 筒体长度，L
锥体长度，H
进口灰口直径，d1
速度 为右
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 E(r) V r ln(b / a)
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）
Ec 3106 m( 0.03 / a)
一空气的相对密度
g 0.714
0.428 0.286
Stokes直径us 1.74[dp(p )g / ]1/2
空气动力学直径
ds
18us p gC
da
18us 1000gCa
离心沉降
力平衡关系
Stokes颗F粒D 的 F末C 端π6沉dp降3速p uR度t2
uc
d
2 p
p
18
ut 2 R
x (u0 u) u0(1 et / )
停止距离
x u0C(1 et /C )
xs u0C
重力沉降
力Sto平ke衡s颗关粒系的重力沉FD降末FG端速FB度 （πd6忽p2 (略p浮 力)g影响）
湍流过渡区us
d
2 p
p
18
gC
gC
牛顿区
us
0.153d
1.14 p
(
p
)0.714
0.499 v
πM
阻力导致的减速运动
根据牛顿第二定律
πd
3 p
6
p
du dt
FD
CD
πd p 2 4
u2 2
若仅考虑Sto即kesd区dut 域
3 4
CD
p
u2 dp
积分得
du dt
18
d
2 P
p
u
u
其中
＝
d
2 P
p
－驰豫时间或松弛时间
18
速度由u0减速到u u所u0迁e移t / 的(距m离/s) 若引入坎宁汉修正系数C
D
4kT
3πd
2 p
P
8 RT πM
(m2/s)
颗粒的均方根位移（时间t秒钟）
x 2Dt
扩散沉降
标准状态下布朗扩散平均位移与重力沉降的比较
扩散沉降效率
扩散沉降效率取决于皮克莱数Pe和雷诺数ReD
Pe u0Dc D
粘性流单个圆柱体的效率
BD
1.71Pe 2 / 3 (2 ln ReD )1/3
/de≈8～10；s/de≈1；
CLT/A型旋风除尘器
该种除尘器，是由旋风筒体，集灰斗和蜗 壳(或集风帽)三部分组成，按筒体个数区分， 有单筒，双筒，三筒，六筒等五种组合， 每种组合有两种出风形式：Ⅰ型水平出风 和Ⅱ型（上部出风）。
XD-Ⅱ型多管旋风除尘器
XD—Ⅱ型多管旋风除尘器是一种高效的除尘器，除尘效率可达 95%以上，除尘器本体阻力低于900Pa，用现有的锅炉引风机 就能保证锅炉正常运行。本除尘器负荷适应性好，在70%负荷 时，除尘效率在94%以上。 XD—Ⅱ型多管旋风除尘器内的旋风子是采用铸铁或陶瓷制造的， 厚度大于6mm，因此有良好的耐磨性能。它是工业锅炉烟气除 尘和其他粉尘治理的理想设备。
R)
3R2 2
(R<0.1)
球体粘性流
扩散沉降
扩散系数和均方根位移
布朗扩散作用对于小粒子的捕集影响较大
颗粒的扩散类似于气体分子的扩散
n t
2n D( x2
2n y 2
2n z2 )
对于粒径约等于或大于气体分子平均自由程的颗粒
D CkT (m2/s)
3πdp 对于粒径大于分子但小于气体平均自由程的颗粒
0.6D
A / 2.5 2.5 A
3.85b
0.6D
A /1.75 1.75 A
4.9b
0.58D
1.7D
2.26D
1.6D
2.3D 0.43D 5000（420）
2.0D 0.3D 860（770）
1.3D 0.145D 440（490）
890（700） 1450（1150）
1350（1210） 1950（1740）
势流单个圆柱体效率
BD
3.19 Pe1/ 2
孤立球形捕集体
BD
8 Pe
2.23ReD1/8Pe5/8
从理论上讲，BD 1是可能的
扩散沉降效率
惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较
除尘装置与设计
机械除尘器 电除尘器 湿式除尘器 过滤式除尘器
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
St
xsC
u0 C
d
2 p
Байду номын сангаас
pu0C
颗粒对捕集体的附D着c ，通Dc常假1定8D为c 100％
惯性碰撞
惯性碰撞分级效率与 的关系St
拦截
直接拦截发生在颗粒距捕集体dp/2的距离内 拦截效率用直接拦截比R表示
对于惯性大R的 Dd颗pc 粒
DI R 圆柱形捕集体
对于惯性小D的I 颗R2粒球形捕集体
C
acC
其中
ac＝
ut 2 R
静电沉降
力平衡关系 FD FE qE
静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用 表示，对
于Stokes粒子：
qE C 3πdp
惯性沉降
颗粒接近靶时的运动情况
惯性碰撞
惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素
气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量
颗粒运动轨迹，Re用D Stuo0keDsc数描述
电除尘器的工作原理
电除尘器的工作原理
单区和双区电除尘器
单区电除尘器 双区电除尘器
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
粒径分布：正态分布、对数正态分布、罗辛－ 拉姆勒分布（Rosin－Rammler）
粒径分布函数
1.正态分布函数：对称 2.对数正态分布：dp取对数后对称，实际大
气中气溶胶、工业粉尘多服从此分布 3.罗率—拉姆勒分布：破碎筛分过程多服从
此分布 后两者分布为非对称性的。
2.粉尘的物理性质
粉尘的密度：真密度、堆积密度 粉尘的安息角与滑动角 粉尘的比表面积 粉尘的含水率 粉尘的润湿性 粉尘的荷电性和导电性（比电阻对电除尘器运行
除尘技术原理与应用
除尘原理
除尘装置与设计
除尘设备应用
除尘原理
1.粉尘的粒径及粒径分布 2.粉尘的物理性质 3.颗粒捕集理论基础
空气污染物的性质和存在状态不同，其净化机理、方法及所选 用的装置也各不相同。空气污染物分为气溶胶（颗粒物）污染 物和气态污染物。
气溶胶（AEROPAL）是非均相污染物，主要污染物是分散于气 体介质中的颗粒物（固体、液体），可用除尘技术把粒状物从 气体介质中分离出来，分离方法一般采用物理法。