空气净化原理与设备.pptx
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1、两种密度的关系:=(1-)式中 -粉尘的密积密度,kgm3;-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、比值越大,粉尘愈难捕集,当 10时,粉尘捕集困难。工业粉尘的真密度和容积密度值。第1页/共253页粉尘名称真密度gcm3容积密度gcm3滑石粉2.750.590.71石灰粉2.701.10硅砂粉105m2.631.55炭黑1.850.04烟尘2.151.2锅炉炭末2.10.6氧化铜6.42.64硅酸盐水泥3.121.5部分工业粉尘的真密度和容积密度值第2页/共253页二、粒 径 分 布 粉尘的粒径分布是指粉尘中各
2、种粒径尘粒所占的百分数,亦称颗粒的分散度。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。第3页/共253页三、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cm2g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。第4页/共253页四、爆四、爆 炸炸 性性爆炸性爆炸性 固体物料破碎后,总表面积大大增加,粉尘的化学活泼性大为加强。某些在堆积状态下不易燃烧的可燃物如糖、面粉、煤粉等,当它以粉末状悬浮于空气中时,与空气中的氧有了充分的接触机会,在一定的温度和浓度下,可能发
3、生爆炸。设计除尘系统时,必须高度注意。能够引起爆炸的可燃物浓度称为爆炸浓度能起爆炸的最低浓度称为爆炸下限第5页/共253页五、含 水 率粉尘的含水率为粉尘中所含水分的质量与粉尘总质量的比值 W=Mw/(Mw+Md)式中 Mw粉尘中所含水分质量,g;Md干粉质量,g;W粉尘的含水率,。测定含水率的最基本方法是将一定量(约lOOg)的尘样放在105的烘箱中烘干后的质量与烘前质量之差,即为粉尘中所含水分的质量,便可求得含水率。第6页/共253页六、润六、润 湿湿 性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亲水性粉尘,难于被润湿的粉尘称为疏水性粉尘疏水性粉尘;吸水后
4、能形成不溶于水的硬垢的粉尘称为水硬性粉尘水硬性粉尘。粒径dc5m的粉尘很难被水润湿;水泥、熟石灰与白云石砂等均属于水硬性粉尘。七、粘七、粘 附附 性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dc 999986湿式电除尘器 999892振打袋式除尘器999999逆喷袋式除尘器1009999一些除尘器在不同粒径下的概略效率第16页/共253页净化装置的性能净化装置的性能 全面地评价净化装置的性能包括技术指标和经济指标。技术指标:一般常以处理气体量、净化效率,压力损失及负荷适应性等特性参数来表示;经济指标:主要包括设备费、运
5、行费和占地面积等。除上述基本性能外,还应考虑装置安装、操作、检修的难易程度等因素。第17页/共253页二、除尘机理目前常用除尘器的除尘机理主要有以下几个方面:1重力气流中的尘粒可以依靠重力自然沉降,从气流中进行分离。由于尘粒的沉降速度一般较小,这个机理只适用于粗大的尘粒。2离心力含尘气流作圆周运动时,由于惯性离心力的作用,尘粒和气流会产生相对运动,使尘粒从气流中分离。它是旋风除尘器工作的主要机理。第18页/共253页3惯性碰撞含尘气流在运动过程中遇到物体的阻挡(如挡板、纤维、水滴等)时,气流要改变方向进行绕流,细小的尘粒会随气流一起流动。粗大的尘粒具有较大的惯性,它会脱离流线,保持自身的惯性运
6、动,这样尘粒就和物体发生了碰撞,这种现象称为惯性碰撞。惯性碰撞是过滤式除尘器、湿式除尘器和惯性除尘器的主要除尘机理。第19页/共253页4 4接触阻留细小的尘粒随气流一起绕流时,如果流线紧靠物体(纤维或液滴)表面,有些尘粒因与物体发生接触而被阻留,这种现象称为接触阻留。当尘粒尺寸大于纤维网眼而被阻留时,这种现象称为筛滤作用。粗孔或中孔的泡沫塑料过滤器主要依靠筛滤作用进行除尘。第20页/共253页5扩散小于1m的微小粒子在气体分子撞击下,像气体分子一样作布朗运动。如果尘粒在运动过程中和物体表面接触,就会从气流中分离,这个机理称为扩散。dc0.3 m的尘粒,这是一个很重要的机理。第21页/共253
7、页6静电力悬浮在气流中的尘粒,如带有一定的电荷,可以通过静电力使它从气流中分离。由于自然状态下,尘粒的荷电量很小,因此,要得到较好的除尘效果必须设置专门的高压电场,使所有的尘粒都充分荷电。第22页/共253页7 7凝聚 凝聚作用不是一种直接的除尘机理。通过超声波、蒸汽凝结、加湿等凝聚作用,可以使微小粒子凝聚增大,然后再用一般的除尘方法。第23页/共253页除尘机理第24页/共253页第25页/共253页三、除尘器分类根据主要除尘机理的不同,除尘器可分为以下几类:1重力除尘,如重力沉降室;2惯性除尘,如惯性除尘器;3离心力除尘,如旋风除尘器;4过滤除尘,如袋式除尘器,颗粒层除尘器、纤维过滤 器、
8、纸过滤器;5洗涤除尘,如自激式除尘器、卧式旋风水膜除尘器;6.静电除尘,如电除尘器。第26页/共253页根据气体净化程度的不同,可分为以下几类:1.粗净化 主要除掉粗大的尘粒,一般用作多级除尘的第一级。2.中净化 通风除尘系统,要求净化后的空气含尘浓度不超过100200mgm3。3.细净化 通风空调系统的进风系统和再循环系统,要求净化后的空气含尘浓度不超过12mg m3。4.超净化 主要除掉1m以下的细小尘粒,用于清洁度要求较高的洁净房间,净化后的空气含尘浓度视工艺要求而定。第27页/共253页第三节 重力沉降室及惯性除尘器一、重力沉降室 利用重力作用使粉尘自然沉降的一种最简单的除尘装置。第2
9、8页/共253页第29页/共253页1.尘粒的沉降速度vs2.重力沉降室的计算气流在沉降室内停留时间 t1=L/v尘粒从除尘器顶部降落到底部所需时间 t2=H/vs要把沉降速度为vs的尘粒在沉降室内全部除掉,必须满足t1 t2 (L/v)(H/vs)第30页/共253页3.设计新的重力降尘室先要算出捕集尘粒的沉降速度假设沉降室内的气流速度和沉降室高度再求得沉降室的长度和宽度重力沉降室仅适用于50 m以上的粉尘。由于它除尘效率低、占地面积大,通风工程中应用较少。第31页/共253页第32页/共253页二、惯性除尘器惯性除尘器是使含尘气流方向急剧变化或与挡板、百叶等障碍物碰撞时,利用尘粒自身惯性力
10、从含尘气流中分离尘粒的装置。第33页/共253页惯性除尘器第34页/共253页性能主要取决于速度v、折转半径r,转折角度。可用于收集大于20 m粒径的尘粒。压力损失则因结构不同差异很大,一般为100400Pa。进气管内气流速度取10ms为宜。常用的惯性除尘器有气流折转式、重力挡板式、百叶板式与组合式等几种第35页/共253页第36页/共253页惯性除尘器第37页/共253页1重力沉降式气流折转惯性除尘 是将进气管插入到沉降室内,使折转向上,尘粒靠惯性沉降下来,气流则排出器外。这种除尘器的进气管也可作成渐扩形式。降低进气管出口的气流速度,减少由于气流冲击而引起的二次扬尘。除尘器入口气流速度一般大
11、于12ms;筒体速度小于5ms;筒体的高度H为(1.52.0)D;入口管道插入除尘器的深度H1 55,卸灰口直径d0=0.10.2m。第38页/共253页重力沉降式气流折转惯性除尘器第39页/共253页2带百叶的惯性除尘器含尘气流进入除尘器后,按百叶的方向折转使粉尘分离,然后气流由排气管排出。提高冲向百叶板的气流速度,可以提高除尘效率.在百叶式惯性除尘器中,通常取1215ms。第40页/共253页百叶式惯性除尘器第41页/共253页百叶式惯性除尘器 90的含尘气流通过百叶之间的缝隙(一般不大于6mm),急转折150角,净化后排除。其中的粉尘由于惯性作用撞击在百叶的斜面上,返回到中心气流中,这样
12、在剩余的10的气流中,粉尘得到凝聚。这股气流被引入到二次除尘的旋风除尘器中,在这里除尘后的气流再返回到百叶式除尘器的入口再次净化。除尘器的总效率为7394。对水泥尘(10m的尘粒占75)的总除尘效率为87。缺点是压力损失较一般惯性除尘器大,约为500700Pa。百叶式惯性除尘器不适用于纤维性粉尘,这种粉尘易将叶片间缝隙堵死,难以清灰。第42页/共253页两级百叶式惯性除尘器第43页/共253页第四节 旋风除尘器旋风除尘器是利用气流旋转过程中作用在尘粒上的惯性离心力,使尘粒从气流中分离的。旋风除尘器结构简单,体积小、维护方便,对于1020m的粉尘,效率为90左右。旋风除尘器在通风工程中得到了广泛
13、应用,它主要用于10 m以上的粉尘,可用作多级除尘中的第一级除尘器。它也是我国中小型燃煤锅炉烟气净化的主要除尘设备。在其他行业也常用它回收有用物料,如催化剂、面粉、水泥等。第44页/共253页第45页/共253页第46页/共253页第47页/共253页第48页/共253页一、旋风除尘器的工作原理1旋风除尘器内气流与尘粒的运动普通的旋风除尘器是由筒体、锥体、排出管三部分组成。含尘气流由切线进口进入除尘器,沿外壁由上向下作螺旋形旋转运动,这股向下旋转的气流称为外涡旋。外涡旋到达锥体底部后,转而向上,沿轴心向上旋转,最后经排出管排出。这股向上旋转的气流称为内涡旋。向下的外涡旋和向上的内涡旋,两者的旋
14、转方向是相同的。气流作旋转运动时,尘粒在惯性离心力的推动下,要向外壁移动。到达外壁的尘粒在气流和重力的共同作用下,沿壁面落入灰斗。第49页/共253页含尘气流由切线进口进入除尘器,沿外壁由上向下作螺旋形旋转运动形成外涡旋。外涡旋到达锥体底部后,转而向上,沿轴心向上旋转,最后经排出管排出形成内涡旋。向下的外涡旋和向上的内涡旋两者的旋转方向是相同的。气流作旋转运动时,尘粒在惯性离心力的推动下,要向外壁移动。到达外壁的尘粒在气流和重力的共同作用下,沿壁面落入灰斗。第50页/共253页气流从除尘器顶部向下高速旋转时,顶部的压力发生下降,一部分气流会带着细小的尘粒沿外壁旋转向上,到达顶部后,再沿排出管外
15、壁旋转向下,从排出管排出。这股旋转气流称为上涡旋。如果除尘器进口和顶盖之间保持一定距离,没有进口气流干扰,上涡旋表现比较明显。第51页/共253页2切向速度切向速度是决定气流速度大小的主要速度分量,也是决定气流中质点离心力大小的主要因素。除尘器某一断面上的速度分布和压力分布。外涡旋的切向速度Vt是随半径r的减小而增加,在内、外涡旋交界面上,Vt达到最大。可以近似认为,内外涡旋交界面的半r0=(0.60.65)rp(rp为排出管半径)。内涡旋的切向速度是随r的减小而减小的。第52页/共253页第53页/共253页3.径向速度旋风除尘器内的气流除了作切向运动外,还要作径向的运动。外涡旋的径向速度是
16、向心的,而内涡旋的径向速度是向外的。气流的切向分速度Vt和径向分速度w对尘粒的分离起着相反的影响,前者产生惯性离心力,使尘粒有向外的径向运动,后者则造成尘粒作向心的径向运动,把它推入内涡旋。第54页/共253页如果近似认为外涡旋气流均匀地经过内、外涡旋交界面进入内涡旋,交界面上气流的平均径向速度0 =L/2r0H m/sL旋风除尘器处理风量,m3/sH假想圆柱面高度,m r0 交界面的半径,m。第55页/共253页第56页/共253页4轴向速度 外涡旋的轴向速度向下内涡旋的轴向速度向上在内涡旋,随气流逐渐上升,速度不断增大,在排气管底部达到最大值。第57页/共253页 5压力分布试验研究表明,
17、即使在正压下运行,旋风除尘器轴心处也保持负压,这种负压能一直延伸到灰斗。据测定,有的旋风除尘器当进口处静压为+900Pa时,除尘器下部静压为-300Pa。因此,除尘器下部不保持严密,会有空气渗入,把已分离的粉尘重新卷入内涡旋。第58页/共253页第59页/共253页三、影响旋风除尘器性能的因素1.进口速度u进口速度u对除尘效除尘效率和除尘器阻力都是随增大而增高的。由于阻力是与进口速度的平方成比例,因此u值不宜过大,一般控制在1225ms之间。2.筒体直径D和排出管直径Dp筒体直径愈小,尘粒受到的惯性离心力愈大,除尘效率愈高。目前常用的旋风除尘器直径一般不超过800mm。内、外涡旋交界面的直径D
18、 0=0.6 Dp。,内涡旋的范围是随Dp 的减小而减小的,减小内涡旋有利于提高除尘效率第60页/共253页3旋风除尘器的筒体和锥体高度由于在外涡旋内有气流的向心运动,外涡旋在下降时不一定能达到除尘器底部,因此,筒体和锥体的总高度过大,对除尘效率影响不大,反而使阻力增加。筒体和锥体的总高度以不大于5倍筒体直径为宜。4除尘器下部的严密性锥体底部处于负压状态,如果除尘器下部不严密,渗入外部空气,会把正在落入灰斗的粉尘重新带走,使除尘效率显著下降。漏风5%,除尘效率降低50%漏风1015%,除尘效率降低?第61页/共253页四、旋风除尘器的其它结构形式(一)多管除尘器 把许多小直径(100250mm
19、)旋风管(称为旋风子)并联使用,这种除尘器称为多管除尘器。含尘气流沿轴向通过螺旋形导流片进入旋风子,孔其中作旋转运动。多管除尘器内通常要并联几十个以上的旋风子。试验研究表明,多个旋风子组合后的除尘效果要比单个旋风子差。保证各旋风子气流分布均匀是多管除尘器设计运行的关键。旋风子尺寸不宜过小,不宜处理粘性大的粉尘,以免堵塞。多管除尘器主要用于高温烟气净化。第62页/共253页多管除尘器第63页/共253页多管除尘器第64页/共253页旋风子第65页/共253页由于在同一箱体内设有很多旋风子,因此气流分布均匀对其工作具有重要意义。通常要求各旋风子的大小及压力损失相同,特别是在排灰口上的负压相同。一般
20、在顺气流不多于10排,而垂直于气流方向可布置16排。为避免气流由一个旋风子串入另一个旋风子,每隔6列在灰斗中要设隔板或设单独灰斗。立式多管旋风除尘器进口流速一般为1020ms,除尘器压力损失为500800Pa。除尘效率为75一95,最高允许温度为300400C。第66页/共253页(二)旁路式旋风除尘器旁路式旋风除尘器的结构1.设有切向分离室(旁路分离室),2.顶盖和进口之间保持一定距离;3.出管插入深度较短。在旁路式旋风除尘器上专门设有旁路分离室,让积聚在上部的细粉尘经旁路进入除尘器下部。试验表明,关闭除尘器的旁路时,它的效率会显著下降。使用时要特别注意旁路积灰,以免堵塞。第67页/共253
21、页旁路式旋风除尘器旁路式旋风除尘器第68页/共253页五、旋风除尘器的进口形式1.直入式直入式又分为平顶盖和螺旋形顶盖平顶盖直人式进口结构简单,应用最为广泛。螺旋形直入式进口避免了进口气流与旋转气流之间的干扰,可减小阻力,但效率会下降。2.蜗壳式如果除尘器处理风量大,需需要大的进口,采用蜗壳式进口可以避免进口气流与排出管发生直接碰撞有利于除尘效率和阻力的改善。3.轴流式轴流式进口主要用于多管旋风除尘器的旋风子。第69页/共253页第70页/共253页第71页/共253页六、旋风除尘器的排灰装置收尘量较大,要求连续排灰时,可设双翻板式和回转式锁气器。第72页/共253页排灰装置第73页/共253
22、页小结旋风除尘器是利用气流旋转过程中作用在尘粒上的惯性离心力,使尘粒从气流中分离的。旋风除尘器结构简单,体积小、维护方便,对于1020m的粉尘,效率为90左右。旋风除尘器在通风工程中得到了广泛应用,它主要用于10 m以上的粉尘,可用作多级除尘中的第一级除尘器。它也是我国中小型燃煤锅炉烟气净化的主要除尘设备。在其他行业也常用它回收有用物料,如催化剂、面粉、水泥等。第74页/共253页第五节过滤式除尘器第75页/共253页第76页/共253页第77页/共253页第78页/共253页一、袋式除尘器(一)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元件从含尘气体中捕集粉尘的一种除尘设备。主要由过
23、滤装置和清灰装置两部分组成。前者的作用是捕集粉尘、后者则用以不断清除滤袋上的积尘,保持除尘器的处理能力。通常还设有控制装置,使除尘器按一定程序清灰;存输灰装置等。利用纤维织物的过滤作用将含尘气体中的粉尘阻留在滤袋上的,这种过滤作用通常是通过筛滤效应、惯性碰撞效应、钩住效应、扩散效应、静电效应除尘机理的综合作用而实现的。第79页/共253页袋式除尘器第80页/共253页当含尘气体通过滤料时,主要依靠纤维的筛滤、拦截、碰撞、扩散和静电吸引五种效应,将粉尘阻留在滤料上。形成“一次粉尘层”见图。在此之前、滤料的除尘效率不高,通常只有5080。同滤料相比,多孔的一次粉尘层具有更高的除尘效率,因而对尘粒的
24、捕集起着更为主要的作用。自1886年出现袋式除尘器至今的大部分时期内、一直依据这种原理而捕集粉尘。这是建立在采用机织布滤料的基础上的。第81页/共253页针刺毡滤料的出现、使袋式除尘器的工作原理出现了变化,被称为“三维滤料”的针刺毡,具有更细小、分布均匀而且有一定纵深的孔隙结构,能使尘粒深入滤料内部、有着深层过滤的作用。因而在不主要依赖粉尘层的情况下,同样能获得很好的捕集效果。最新出现的表面过滤技术,是在滤料表面造成具有微细孔隙的薄层,其孔径小到足以使所有的粉尘都被阻留在滤料表面,即直接靠滤料的作用捕集粉尘。既不依靠粉尘层的作用,又不让尘粒进入滤料深层、在获得更高除尘效率的同时,也使清灰变得容
25、易,从而保持低的压力损失。当滤袋表面积附的粉尘层厚到一定程度时,便须以某种装置对滤袋进行清灰,以保证工作所需的透气性。袋式除尘器正是在这种不断滤尘而又不断清灰的交替过程中进行工作的。第82页/共253页(二)袋式除尘器的阻力袋式除尘器阻力与除尘器结构、滤袋布置、粉尘层特性、清灰方法、过滤风速、粉尘浓度等因素有关。袋式除尘器阻力 P=Pg+Po+Pc式中 Pg除尘器结构阻力,Pa;Po滤料本身的阻力,Pa;Pc粉尘层阻力,Pa。除尘器结构阻力 Pg 是指设备进、出口及内部流道内挡板等造成的流动阻力。通常 Pg=200500Pa。第83页/共253页滤料阻力 Po=0 v式中 0 滤料的阻力系数,
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