第5章--通风净化及除尘降尘技术.ppt

第五章通风净化及除尘降尘技术,中国矿业大学CUMT,第五章通风净化及除尘降尘技术,5.1通风除尘,5.2重力沉降室和惯性除尘器,5.3旋风除尘器,5.4湿式除尘,5.5化学和物理除尘,5.6过滤式除尘器,5.7电除尘器,5.8个体防护,中国矿业大学CUMT,5.1通风除尘,一、阻力及阻力系数气体对尘粒运动的阻力,p3CDA,vg,2,式中p,尘粒密度,2,CD,dpvg,22,8,A投影面积,阻力系数CD与尘粒和气流相对运动的雷诺数有关,CDfRep,中国矿业大学CUMT,g空气密度CD空气阻力系数尘粒直径，m；dp空气尘粒的相对运动速度。v,Rep,ρgvdp,μ,一、阻力及阻力系数,为了便于对阻力系数进行分析，stokes做出如下假定,1气体为连续的介质；,2尘粒以等速运动；,3尘粒为刚性球体；,4尘粒之间无相互影响；,5尘粒在无限空间中运动，即邻近的壁对尘粒无影响。,中国矿业大学CUMT,一、阻力及阻力系数,105,阻104力103系数102,CD,101,1,-1-410-310-210-11010,1,10,210,310,410,510,610,雷诺数Rep图5-1阻力系数CD与尘粒雷诺数Rep的关系,中国矿业大学CUMT,1）层流区（粘性流区，Stokes区，,Rep1,）,当雷诺数很小，流体的惯性可近似忽略，此时属于层流区，或称Stokes区，气体阻力为,PD3dpv,阻力系数为CD24/Rep,应用范围,Rep1,1Rep5002过渡区（Allen区，,Re1500,,中国矿业大学CUMT,CD10.6/Re,0.5,3紊流区（牛顿区，500Rep210CD/ReCD0.44,5,5,）,4高速区（Rep210）当速度更高时，阻力,系数大大地降低，约为0.1～0.22。二、尘粒的沉降速度,作用在尘粒上的力粒子本身重力p1，受到分散介质的浮力p2，运动时运动受分散介质的阻力p3，受到的外力如机械力、静电力、风力等；分散介质分子热运动的撞击力；粒子间相互作用力。,后两种力在d＜0.1μm时能发挥明显作用，在这里忽略。,中国矿业大学CUMT,二、尘粒的沉降速度,重力p1,dppg,3,6,vg,2,浮力p2,dpgg,3,p1,6,8,阻力,p3CDA,2,CD,dpvg,22,p2,dp,斯托克斯假定,尘粒运动方程,dpvdvdpgmppgCD42gdt6,3,2,2,p3,mp尘粒质量，kg；,中国矿业大学CUMT,二、尘粒的沉降速度,当,v2p,pgdp2g,18,p3p1p2时，尘粒以等速沉降。设此时沉,vp,vp,4pggdp,3Cpg,降速度为,层流时沉降速度,一般ρgρp,沉降速度可简化为,2,p,v,,ρpdpg,2,18μ,中国矿业大学CUMT,二、尘粒的沉降速度,Re1500,Cp10/Re,vp0.258,3,0.5,pg2g,3,gdp,Re500,Cp0.44,pgvp0.511dpg,球形粒子的沉降速度随粉尘粒径、密度的增大而增大。在紊流区中，已与流体粘性无关。,中国矿业大学CUMT,二、尘粒的沉降速度,不同粉尘密度条件下的层流区的粒径范围。,粉尘密度kg/m,1000200030004000～5000,3,粒径范围（μm）,0～790～630～550～50,一般粒径小于50μm的粉尘在空气中的沉降运动状态都属于层流区。,中国矿业大学CUMT,二、尘粒的沉降速度3对于硅尘（球形，p2630kg/m，20℃时），,在静止空气中的沉降速度如表。,尘粒直径（μm）5030201051,沉降速度cm/s19.67.063.130.7850.1960.00785,50μm的硅尘，沉降运动属于层流区，很容易沉降。一般浮游在空气中的粉尘的运动状态都属于层流区。通风除尘的大部分情况也都属于层流区，可用Stokes公式计算。,中国矿业大学CUMT,二、尘粒的沉降速度,当尘粒粒径较小时，尘粒与周围空气层发生“滑动”现象，气流对尘粒的实际阻力变小。,对dc＜5μm的尘粒，沉降速度为,pdpgvpCC18,2,式中,Cc库宁汉Cunninghum滑动修正系数。,0.17210CC1dp,6,当空气温度t＝20℃、压力P＝Iatm时,式中dp单位为μm。,中国矿业大学CUMT,二、尘粒的沉降速度,1.stokes假定，受实际,情况的影响,2、加速运动尘粒的影响,1气体为连续的介质；2尘粒以等速运动；3尘粒为刚性球体；4尘粒之间无相互影响；5尘粒在无限空间中运动。,dp10μm一般对于通风除尘问题，尘粒比较小时，,加速运动的过程很短，往往可以忽略。若粒子较大，需要考虑尘粒的加速运动。3、粉尘的形状对阻力系数的影响,非球形尘粒的阻力系数不仅取决于尘粒的雷诺数，也,与尘粒的形状和运动时的取向有关。,中国矿业大学CUMT,二、尘粒的沉降速度,4、有界空间的影响大多数除尘设备中，尘粒大小与设备大小相比小到可忽略，因而器壁对阻力的影响也可忽略。然而在过滤除尘器中，含尘气体通过时有一个或更多个有限界面，这可增加气体对尘粒的阻力。5、尘粒间的相互影响由于尘粒间的相互影响，总的阻力要大于作用于单个尘粒的阻力，沉降的末速度也要小。在通风除尘技术中，常认为体积浓度小于1％时，才可忽略尘粒之间相互影响。,中国矿业大学CUMT,二、尘粒的扩散,微小的粉尘粒子作布朗运动。,用位移的平方值定量描述布朗运动。,x2Dt,2,x微小粉尘粒子t秒钟内作布朗运动向一定方向,移动的距离，μm；,KBTCCD3dp,D扩散系数，cm2/s,R1622彼尔兹曼常数；KB1.3810gcm/skKBN3K）；R气体常数，82.05cmatm/（mol,N,23）；阿佛加德罗数，mol（6.0210,中国矿业大学CUMT,1s内静止空气中二氧化硅尘粒的沉降量和布朗运动的位移量,粒径/μm,0.10.20.40.60.811.522.5345,CC,2.721.861.431.291.221.171.111.091.071.061.041.03,1s时间内布朗运动的位移/μm,35.7820.9212.9710.058.467.435.915.064.494.073.503.12,1s时间内沉降距离/μm,2.135.8417.9536.3561.0291.96196.79340.86524.16746.691309.452029.15,中国矿业大学CUMT,三、尘粒的抛射,尘粒以很大的初速度通过空气抛出，若空气在运,动，且重力引起的沉降可以忽略，那么尘粒的抛射,初速度一旦克服摩擦，尘粒就会随气流运动。,在井下回采时的截割、装运、掘进中的钻进、装,岩以及其各种装卸生产工序中也都存在抛射问题。,若尘粒以初速度V0向外抛射，运动过程中无外力,作用，运动方程为,dpvdv阻力＝Cpgm阻力dt423dRe1,Cp24/Re阻力＝pv,2,2,中国矿业大学CUMT,三、尘粒的抛射,初始条件当t＝0时，vv0，积分得到,vv0e,,t,,t,,经过任意时间t时，运动的水平距离x为,pdp粉尘粒径，cm；s。动力粘性系数，Pa,3；粉尘密度，g／cm,xv01e,,pdp18,2,τ称为粒子的张弛时间，物理意义为速度因阻力减小到1／e倍所需要的时间，当运动时间为τ时，速度约为初始,值的36.8％。,中国矿业大学CUMT,三、尘粒的抛射,xv0这个距离称为粒子的若t时，,惯性行程。因τ是很小的数值，随t的增加，v急剧降低，运动的惯性行程当t∞的x很短的。,vv0e,,t,,xv01e,,,t,粉尘的沉降、扩散和抛射是研究粉尘运动的重,要性质，在一定条件下，对环境的污染、粉尘的捕集和排出等都有很大影响。在有风速的情况下，控制粉尘的运动和扩散的主要因素是空气的流动。,中国矿业大学CUMT,四、粉尘在风流中的运动,1粉尘的悬浮与运动,粉尘在风流中的运动方程,dvmF3dpuvdt,u粉尘运动速度；v风流速度；F外力。,对于紊流运动，风流除在流动方向上具有速度外，横向上还有脉动速度，外力主要是重力作用。,中国矿业大学CUMT,1粉尘的悬浮与运动,dvmF3dpuvdt左右两边同时除以m得下式323dp/m3dp/pdp/618/pdp,dvx1uxvxdtdvy1uyvygdt,其中,dvz1uzvzdt21/18/pdp,中国矿业大学CUMT,1粉尘的悬浮与运动,方程组的解为,vxuxuxvxexp,t,vyuyvyexpvp,t,,,vzuzuzvzexp,t,,,悬浮速度是指处于上升气流中尘粒，要使尘粒处于悬浮状态，上升气流的最小速度。,悬浮速度等于沉降速度。,中国矿业大学CUMT,1粉尘的悬浮与运动,在垂直井巷中，只要风速大于粉尘的悬浮速度，粉,尘就能随风流一起向上运动。,水平井巷中，使粉尘悬浮的主要速度是垂直方向的,脉动速度，所以必须是紊流而且要有足够大的风速。,粉尘随风流运动，作不规则的曲线运动。,2最低排尘风速最低排尘风速能促使对人体最有危害的微小粉尘5μm以下保持悬浮状态并随风流运动的最低风速。,中国矿业大学CUMT,2最低排尘风速,在水平直线流动中，为使粉尘能悬浮并随风流运,动，必须是紊流运动状态。,同时要求紊流的横向脉动速度要大于尘粒在静止,空气中的沉降速度，即,vvp,2,v风流横向脉动速度均方根值。vp尘粒静止空气中的沉降速度。,中国矿业大学CUMT,2最低排尘风速,紊流横向脉动速度的均方根值的经验公式,Ru2v3.29/r111.72Ra0,18,u巷道或管路平均风速，m／s；a试验常数，表示紊流横向与纵向脉动速度比例关系，,,取1～2；巷道或管路的摩擦阻力系数，r1表示横向与纵向脉动速度的相关系数，为0.2～0.5；巷道或管路的半径，非圆形断面＝4S/P，m；R0计算位置距巷道轴线的距离，m。R,中国矿业大学CUMT,2最低排尘风速,2在R0时，v最小。若某粉尘脉动速度大于沉降速度，则该粉尘即能在全断而处于悬浮状态,u3.29/r1vpa,满足此条件的巷道或管路中的平均风速应为,vpuar1/3.29a,若a＝1.5，r1＝0.5，则,u0.322,中国矿业大学CUMT,vp,这是为使粉尘保持悬浮状态所要求的风速条件。,,2最低排尘风速,u0.322,vp,,将粉尘沉降速度代此式，可求出保持悬浮状态的最大尘粒直径为,dp2.40u/rp,dpup中国矿业大学CUMT,粉尘粒径，m；巷道平均风速，m／s；空气的动力粘性系数，Pa．s；3。粉尘的重率，N／m,2最低排尘风速规程中规定运输机巷、采区进、回风道，回采工作,面、掘进中的煤巷和半煤岩巷，允许最低风速为0.25m／s，掘进中的岩巷、其它通风人行巷道允许最低风速为0.15m／s。,3最优排尘风速当风速增加到一定数值时，粉尘浓度可降低到一个最低数值，这时的风速叫作最优排尘风速。最优排尘风速在一般干燥巷道中为1.2～2m／s，如工作区有扰动，则最优排尘风速值要降低。在潮湿巷道，在较高的风速范围5～6m／s以下，稀释作用为主，粉尘浓度随风速增高而下降。,中国矿业大学CUMT,4粉尘的吹扬粒子因风速的作用从管底悬浮起来，需作用于粒子的风流扬力达到粒子重力。,ug12VLCLAWpgVup2CLgAL作用于粉尘粒子上的风流扬力；W粉尘的受到重力；A沉积于管底的尘粒的垂直于风流的最大投影面积；y从壁到粒子的距离；u粉尘点的风速；CL粒子的扬力系数；V粒子的体积为。,2,中国矿业大学CUMT,4粉尘的吹扬,在紊流边界层的壁面上，把扬力系数CL＝0.5，并把粒子看作是球形，则,12V122updppCLgA0.51.23,1.49dpp,此风速是边界层内y处的风速，计算时应取管道的平均风速u，并考虑粒子的大小，管路直径等因素；而取上述风速的2～3倍，即,u35dpp,中国矿业大学CUMT,五、排尘风量的确定,对通风排尘的作用和目的不同，对风量的要求和计算方法也不相同。1控制尘源产出的粉尘在一定区域之内，并排出，防止扩散造成污染。2稀释和排出飞扬到工作空间的粉尘，以符合卫生标准；,1、通风方法,（1）局部排风系统,概念在有害物的产生地点直接捕集有害物，经净化处理，排至室外。,特点风量小，效果好。,中国矿业大学CUMT,1、通风方法,（1）局部排风系统,系统组成,1局部排风罩捕集有害物，其性能直接影响技术经济指标，形式多样。2风管输送气体的管道，要求合理的气体流速，管路短直，风管表面光滑。,3净化设备使排入大气中空气含有有害物达标。分除尘器和有害气体净化装置。4风机向机械排风系统提供空气流动的动力。风机放在净化设备后。,中国矿业大学CUMT,1、通风方法（2）局部送风,（一）概念直接向局部工作地点送风的通风方法。,（二）适用条件,工人长期停留地点，空气温度达不到卫生标准，辐射强度超过某标准时，这还是冲淡工作地点有害物超标的方法。,中国矿业大学CUMT,1、通风方法（3）全面通风,概念用清洁空气稀释室内有害物浓度，使其不超过最高容许浓度；同时不断把污染空气排至室外。,特点风量大，耗能大。,适用条件有害源不固定，不能采用局部排风，或采用局部排风有害物浓度仍不达标。一般尽量采用自然通风方式。,1）按照排尘风速计算,QSv,中国矿业大学CUMT,QSv,排尘所需风量；通风空间的断面积；排尘风速。,1、通风方法（3）全面通风,稀释和排出粉尘所需风量的计算,2按稀释粉尘浓度计算（假设通风后室内有害物浓度稳定时）G产尘量；GCn卫生标准要求的粉尘浓度；QCnC0C0入风粉尘浓度。,全面通风的效果和通风量和气流组织有关。,气流组织概念合理地布置送、排风口的位置，分配风量，选用风口形式，以便用最小的通风量达到最佳的通风效果。,中国矿业大学CUMT,气流组织,中国矿业大学CUMT,气流组织,中国矿业大学CUMT,3、局部排风风量（1）局部排风罩分类,①.密闭罩,把有害物源全部密闭在罩内，在罩上设有工作孔，从罩外吸入空气，罩内污染空气由上部排风口排出，使罩内保持负压。它只需要较小的排风量就能对有害物进行有效控制。,中国矿业大学CUMT,②.柜式排风罩通风柜,结构与密闭罩相似，只是罩的一面全部敞开。大型的,室式通风柜，操作人员可直接进入柜内工作，适用于喷漆、粉状物料装袋等。,可分为吸气式、吹气式和吹吸联合式。,中国矿业大学CUMT,②.柜式排风罩通风柜,中国矿业大学CUMT,②.柜式排风罩通风柜,吹吸联合工作的通风柜可以隔断室内干扰气流，防止柜内形成局部涡流，使有害物得到较好控制。,中国矿业大学CUMT,②.柜式排风罩通风柜,中国矿业大学CUMT,③.外部吸气罩,由于工艺条件限制，生产设备不能密闭时，可把排风罩设在有害物源附近，依靠罩口的抽吸作用，造成一定的吸入速度，使有害物吸入罩内。这类排风罩统称外部吸气罩。,按照吸气气流运动方向的不同，分为上吸式、侧吸式和下吸式。,中国矿业大学CUMT,③.外部吸气罩,a侧吸罩,外部吸气罩的基本形式,b上吸罩,中国矿业大学CUMT,③.外部吸气罩,c下吸罩,d条缝罩,中国矿业大学CUMT,④.接受式排风罩,有些生产过程或设备本身会产生或诱导一定的气流运动，如高温热源上部的对流气流等。这时只需把排风罩设在污染气流前方，有害物会随气流直接进入罩内，这类排风罩称为接受罩。,中国矿业大学CUMT,⑤.吹吸式排风罩,结合了射流能量密集、速度衰减慢，而吸气气流速度衰减快的特点，具有风量小，控制效果好，抗干扰能力强，不影响工艺操作等优点。,吹吸式通风示意图,中国矿业大学CUMT,⑤.吹吸式排风罩,吹吸式通风利用射流作为动力，把有害物输送到排风罩口再由其排除，或者利用射流阻挡、控制有害物的扩散。,中国矿业大学CUMT,⑤.吹吸式排风罩,吹吸气流在金属,熔化炉的应用,中国矿业大学CUMT,⑤.吹吸式排风罩,电解精炼车间直流式气流简图1屋顶排气机组2局部加压射流3屋顶送风小室4基本射流,中国矿业大学CUMT,⑥.槽边排风罩,槽边排风罩是外部吸气罩的一种特殊形式，专门用于,各种工业槽电镀槽、酸洗槽等。,不影响工艺操作，有害气体不经过人的呼吸区。,槽边排风罩分为单侧和双侧，槽宽B＜700mm时宜,采用单侧排风，B＝7001200mm时宜采用双侧排风。B＞1200mm时可采用吹吸式排风罩。,中国矿业大学CUMT,⑦.大门空气幕,大门空气幕,在运输工具或人员进出频繁的生产车间或公共建筑，为减少或隔绝外界气流的侵入，可在大门上设置条缝形送风口，利用高速气流所形成的气幕隔断室外空气，这种装置称为大门空气幕。,空气幕适用场合,用于隔断室外冷、热空气，或在洁净房间防止尘埃进入，在生产车间可利用气幕进行局部隔断，防止有害物的扩散。,中国矿业大学CUMT,隔离粉尘的空气幕⑦.大门空气幕,中国矿业大学CUMT,⑦.大门空气幕,侧送式空气幕,中国矿业大学CUMT,⑦.大门空气幕,下送式空气幕,中国矿业大学CUMT,⑦.大门空气幕,上送式空气幕,中国矿业大学CUMT,第二节,除尘器,根据除尘机理常将除尘器分为四大类机械除尘器,过滤式除尘器,湿式除尘器和电除尘器.根据净化要求不同，分为粗净化多为第一级净化中净化用于通风除尘系统,净化后浓度细净化净化后浓度1～2mg/m3超净化1微米以下,中国矿业大学CUMT,第二节,类别,机械式,湿式,过滤式,电除尘,作用原理,惯性力,水流冲洗,除尘器,设备,重力沉降室旋风除尘器,水膜除尘器,布袋除尘器,静电除尘器,过滤介质捕集,静电力,中国矿业大学CUMT,第二节重力沉降室和惯性除尘器,重力沉降室工作原理,惯性除尘器工作原理,中国矿业大学CUMT,重力沉降室,利用粉尘的重力作用使粉尘沉降而从空气中分离出来.由于依靠重力分离作用,因此必须分析确定出粉尘的沉降速度Vs,然后根据沉降速度Vs确定沉降室的捕集最小粒径dmin,沉降室的结构参数长l,宽B,高H,中国矿业大学CUMT,2重力沉降室分级效率,l,W,v,h,vp,H,假定沉降室内为层流，流速在各个断向上均匀且入,l粒径为dc的粒子运动到末端，所用时间为t1v,中国矿业大学CUMT,口处浓度均一。,重力沉降室,重力沉降室原理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,重力沉降室特点除尘效率40％～70％优点简单、投资少、易维护缺点占地大，除尘效率低应用初级除尘,中国矿业大学CUMT,多层沉降室,1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板,多层沉降室使沉降高度减少为原来的1/（n1），其中n为水平隔板层数,中国矿业大学CUMT,提高沉降室效率的途径,1）降低沉降室内气流速度,2）增加沉降室长度,3）降低沉降室高度,沉降室内的气流速度一般为,0.3～2.0m/s,中国矿业大学CUMT,惯性除尘器,机理,–沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离,中国矿业大学CUMT,惯性除尘器,这类除尘器适用于净化d≥20μm非纤维性粉尘.由于净化效率低,常用作多级除尘中的初级除尘。主要类型有碰撞式,回转式和惰性式除尘器。,中国矿业大学CUMT,惯性除尘器,气流在撞击或方向转变前速度愈高，方向转变的曲率半径愈小，则除尘效率愈高。,图5-5气流折转式惯性除尘器,中国矿业大学CUMT,惯性除尘器,图5-6百叶式惯性除尘器,中国矿业大学CUMT,惯性除尘器,含尘流,净化流,浓缩流接二除尘设备,图5-7,中国矿业大学CUMT,离心浓缩器,惯性除尘器,挡条,喷嘴,外壳,气流,进口,出口,图5-8挡板式惯性除尘器,中国矿业大学CUMT,惯性除尘器,死区,含尘气体,粉尘,图5-9迷宫式惯性除尘器,中国矿业大学CUMT,惯性除尘器,应用,–一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘,–净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级,除尘，捕集10～20m以上的粗颗粒,–压力损失100～1000Pa,中国矿业大学CUMT,第三节,旋风除尘器,中国矿业大学CUMT,旋风除尘器工程实例,中国矿业大学CUMT,CLT/A旋风除尘器,中国矿业大学CUMT,旋风除尘器,利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置旋风除尘器内气流与尘粒的运动,普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成,气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出,气流沿外壁由上向下旋转运动外涡旋,少量气体沿径向运动到中心区域,旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转内涡旋,中国矿业大学CUMT,旋风除尘器,旋风除尘器内气流与尘粒的运动,切向速度决定气流质点离心力大小，颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁,到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗,气流运动包括切向、轴向和径向切向速度、轴向速度和径向速度,中国矿业大学CUMT,中国矿业大学CUMT,切向速度v,切向速度是决定气流速度大小的主要速度分量，也是决定气流小质点离心力大小的主要因素。外涡旋vτ随r增加而减小，可看作自由涡；内涡旋vτ随r增加而增加，类似刚体的旋转运动（强制涡）,切向速度分布,外筒壁,DP,气流中心线,排出管壁,v,D,全压,兰金组合涡,0.6DP,0,压力分布,静压,0,出口平均静压,中国矿业大学CUMT,v切向速度,v,沿轴向变化很小，只是r的函数。,在内、外涡旋交界面上，v达到最大。,交界面直径近似为0.60.65DP,旋风除尘器内切向速度表示为,外涡旋,内祸旋,1n,vrc,v/rc,式中r－距轴心的距离；c、c’－常数，通过实测确定。一般n0.5～0.8,中国矿业大学CUMT,径向速度,外涡旋的径向速度是向心，而内涡旋向外。,切向和径向速度对尘粒的分离起着相反的影响，前者产生惯性离心力，使尘粒有向外的运动，后者则造成尘粒作向心的运动，把它推入内涡旋。,中国矿业大学CUMT,径向速度,径向速度比切向速度小一个量级，且有明显的非对称性。,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，那末交界面上气流的平均径向速度为,vrL/2r0H,式中，L－H－假想圆柱面交界面高度，m；r0－交界面的半径，m。,3/s；旋风除尘器处理风量，m,中国矿业大学CUMT,轴向速度,按轴向速度的分布持征，又可将流场分为外侧的下行流区和中心部分的上行流区。,在内旋涡，随气流逐渐上升，轴向速度不断增大，在排气管底部达到最大值。,轴向速度与切向速度属同一量级，它对颗粒的输运过程起着重要作用，它既是r的函数又是z的函数。轴向速度分布外中筒心壁线,中国矿业大学CUMT,压力分布,旋风除尘器内各断面轴线流速分布差别较小．因此轴向压力变化较小。,切向速度分布,外筒壁,DP,v,D,全压,气流中心线,排出管壁,0.6DP,0,切向速度沿径向变化很大，径向的压力变化大。,压力分布,静压,0,出口平均静压,中国矿业大学CUMT,压力分布,为了有向心力与离心力平衡，外侧的压力比内侧压力大。,旋风除尘器进口处即使为正压运行，除尘器下部轴心处为负压，且负压一直延伸至灰斗。,除尘器下部若不严密，会渗入空气，把已分离的粉尘卷入内涡旋。,中国矿业大学CUMT,适用条件及应用领域,对于捕集分离5～10μm以上的较粗颗粒粉尘，,净化效率很高。在矿山、冶金、耐火材料、建筑材料、煤炭、化工及电力工业部门应用极为普遍。旋风除尘器对于5～10μm以下的较细颗粒粉尘尤其是密度小的细颗粒粉尘净化效率较低。旋风除尘器通常用于粗颗粒粉尘的净化，或用于多级净化时的初步处理。,中国矿业大学CUMT,旋风除尘器的优点,①结构简单，器身无运动部件，坚固。占地面积小，制造、安装投资较少。,②压力损失恒定，运转维护费用低。,③操作范围较大，性能稳定，尤其适合高温、含尘浓度高的工况。,④可以承受高压正压和负压。,⑤采用干式旋风除尘器，可以捕集干灰，便于粉料的回收利用。,中国矿业大学CUMT,旋风除尘器的缺点,①气体含尘浓度低时，对直径小于切割粒径的颗,粒分离效率低；,②压降损失通常高于其它分离设备，如袋式过滤,器、低阻捕集器和静电除尘器，,③如果要处理的粉料具有耐磨或粘性，则分离器,易磨损或结垢；,④如果设计或操作不当，其性能则会较差。,中国矿业大学CUMT,旋风除尘器的型式1效率,根据对旋风除尘器要求的效率和处理风量不同，可分成通用性旋风除尘器和高效旋风除尘器。,粒径（μm）,40,效率范围,通用旋风除尘器,50,508080959599,高效旋风除尘器,5080,809595999599,中国矿业大学CUMT,2清灰方式,根据清灰方式可分为干式和湿式两种。,干式清灰在旋风除尘器中，粉尘被分离到除尘器简体内壁后，直接依靠重力和旋转气流的推力而落入灰斗中。,湿式清灰若通过喷水或淋水的方法，将内壁粉尘冲洗到灰斗中。,中国矿业大学CUMT,旋风除尘器的型式，3结构型式,根据旋风除尘器结构形式分为,长锥体；圆筒体;扩散式;旁路式旋风除尘器;平面旋风除尘器。,长锥体,中国矿业大学CUMT,圆筒体,扩散式,中国矿业大学CUMT,旁路式旋风除尘器,旋风除尘器的形式，4进口蜗壳形进口可减少进口气流对简体内气流的撞击和干扰，提高了防尘效率。螺旋面进口为进入旋风除尘器后，以与水平呈近似10度倾斜角向下作螺旋运动。它利于气流作螺旋运动，并可避免相邻两螺旋圈气流干扰。螺旋顶板倾斜角应小于15度，一般取11度，以克服湍流和改善清灰等问题。蜗壳进口螺旋面进口,中国矿业大学CUMT,旋风除尘器的形式，4进口,狭缝进口进口结构简单，应用最为广泛，但在进口，会产生上下双重旋涡。,轴向可以最大限度地避免进入气体与旋转气流之间的干扰，以提高除尘效率。,轴流式进口主要用于多管旋风除尘器的旋风子。,狭缝进口,轴流式,中国矿业大学CUMT,二、旋风除尘器的计算模型平衡轨道模型,“平衡轨道”模型是对处于圆柱面CS上的旋转颗粒建立力的平衡分析,分析外旋涡尘粒受力,排气管向下延伸到旋风分离器底部形成CS圆柱面,惯性离心力F1,dppv,3,2,6r,CSv－尘粒切线速度，约等于该点气流切线速度，m/s；r－旋转半径，m。图5-12平衡轨道模型,中国矿业大学CUMT,二、旋风除尘器的计算模型平衡轨道模型,向心运动的气流给尘粒的阻力,PCR,dpvr,2,2,8,24dpvrRe8,2,2,3dpvr,w－气流与尘粒在径向的相对运动速度，m/s。,作用在尘粒上的合力32dppv,F,6r,3dpvr,离心力正比于颗粒质量，而阻力正比于粒径。,较大粒径的颗粒在离心力的作用下向旋风分离器器壁运动被捕集。较小粒径的颗粒则被带入排气管而逃逸。中国矿业大学CUMT,二、旋风除尘器的计算模型平衡轨道模型,处于平衡位置的颗粒粒径就是旋风分离器的切割粒径。,切割粒径dp50代表具有50％概率被捕集的颗粒粒径。,dppvCS,3,2,6rCS,3dp50VCSr,旋风除尘器的分割粒径1rCS交界面的半径，m；18VCSrrCS2VCSr交界面上的气流径向速度，m/S；dp502pvCSv交界面上的气流切向地度，m/S。CS,中国矿业大学CUMT,二、旋风除尘器的计算模型平衡轨道模型,若忽略器壁附近径向速度，且假设在CS柱面上的径向速度是均匀分布的，则,VrCSQ/DpHCS,VrCS－CS柱面的平均径向速度；Q－旋风分离器的流量；Dp排气管直径，也是CS柱面的直径；－CS柱面的高度；HCS,旋风除尘器的分级效率,确定切割粒径后，拟合出了分级效率计算公式,（dp）,1,dp501dp,m,中国矿业大学CUMT,二、旋风除尘器的计算模型平衡轨道模型,旋风除尘器的分级效率,分级效率,10.80.60.40.20,理想的分级效率曲线应该在切割粒径处是一条垂直线，m→∞。,实际曲线如图，因为①同样尺寸的颗粒，既可以被捕集，也可以被带出，这取决于它们在入口处的起始位置；,0.51,1.52.0,dp/dp50,中国矿业大学CUMT,②因湍流所引起的颗粒湍流扩散，因内壁面粗糙和表面的不整齐而进一步增强，从而导致颗粒返混。,二、旋风除尘器的计算模型平衡轨道模型,旋风除尘器的分级效率,③若下部截面没有设计好，底部位置或灰斗中已分离的、粒径大于的颗粒，也许会被重新夹带。dp,50,④由于尘粒间的相互碰撞等原因，粒径小于dp的颗50粒也许会黏附在粒径大的颗粒上而被分离下来。d⑤在旋风分离器内部也会出现颗粒磨损。,p50,实验室里设计和制造得都比较好的旋风分离器，一般m取6.4。大尺寸的、内壁有衬里的、实验室里设计和制造比较差的旋风分离器，m一般在2～4之间。,中国矿业大学CUMT,二、旋风除尘器的计算,旋风除尘器的阻力,uP2,ξ－局部阻力系数，通过实测求得；u－进口速度，m/s；3。ρ－气体密度，kg/m,2,中国矿业大学CUMT,三、旋风除尘器结构尺寸,1进口面积,减小进口面积，气流进口速度增大，尘粒获得离心力增,大，捕集临界粒径减小，除尘器除尘效率高。,但除尘器阻力也增加。一般采用12～25m/s。,相对断面比K筒体断面积与进口断面积之比，是衡量除尘效果的一个指标。,随K值的增大，除尘效率增大，阻力也增大。根据K把除尘器分类,①高效旋风除尘器，K＝6～13.5；②普通旋风除尘器，K＝4～6；③大流量旋风除尘器，K3。,中国矿业大学CUMT,三、旋风除尘器结构尺寸,1进口面积,旋风器入口断面多用矩形，其高宽比通常取2.5左右。,2．筒体和锥体高度,筒体和锥体的总高度应尽量保证自然气流旋转的最小高度。,较高的旋风除尘器，使尘粒停留时间长，提高除尘效率，并减小旋转气流对灰斗顶部的磨损。,中国矿业大学CUMT,筒体的圆筒和锥体部分的长度比并无特殊意义。,但因圆锥体可在较短高度内将外旋流转变为内旋流，锥体高度更为重要，应尽可能把旋风除尘器的锥体部分加长，一般旋风除尘器的圆筒部分的高度取H1＝1.5～2.0D即可。,圆锥长度与锥体部分的圆锥角及排灰口直径有关。,当锥体高度一定，而锥体角度较大时，由于气流旋流半径很快变小，很容易造成核心气流与器壁的撞击，使沿锥壁旋转而下的尘粒被内旋流所卷走，降低除尘效率。,一般锥体长度取H2＝2～3.5D。锥体状使外旋流,转变为内旋流，还有利于使粉尘向中心靠拢，向下部中心排出。,中国矿业大学CUMT,3筒体直径D,D筒体直径D愈小，尘粒受到的惯性离心力愈大，除,尘效率愈高。,同时阻力增高，并使器壁和排气管过近，尘粒可,能被直接带走。,D一般不超过800mm，风量较大时可用几台除尘,器并联运行。,图,中国矿业大学CUMT,4．排气管型式、直径Dp及插入深度,排气管一般采用简单的筒形排气管。,内涡旋的范围随DP的减小而减小，减小内涡旋,有利提高除尘效率。,DP不能过小，阻力增大。一般取DP＝0.5～0.6D。,为了减小旋涡，排出管下端与进气管的下缘平齐，,或大于0.8倍的进气管高度。,中国矿业大学CUMT,5阻气排尘装置和集灰斗,锥体底部处于负压状态。若除尘器下部不严密，使除尘效率下降。,阻气排尘装置作用是将除尘器中的内、外旋流加以隔离，减少了内旋流对巳捕集粉尘的卷吸，集灰斗内外压差减小，漏风率也就减少。,如图安装在内外旋流临界点上，使环缝中空气压力为零。,阻气锥,中国矿业大学CUMT,小孔,铅垂体,参除尘装置系统及设备设计选用手册唐敬麟张禄虎编,中国矿业大学CUMT,5阻气排尘装置和集灰斗,隔离内外旋流的装置已广泛用于扩散型旋风除尘,器、圆筒型旋风除尘器等。由于消除底部内外旋流的干扰，除尘效率有显著的提高。同时，由于这种除尘器的底部锥角很小、或者做成垂直圆筒以及扩散形锥体，粉尘颗粒对壁的冲刷便轻微，这是它独有的优点。,中国矿业大学CUMT,四、运行参数对除尘器工况的影响,1、气体湿度、密度、温度和粘度与除尘器工况的关系,气体含湿量大引起粉尘粘壁、堵塞，降低除尘性能。,气体的密度、温度和粘度对旋风除尘器性能影响较小。,2、粉尘的密度、浓度和颗粒尺寸与除尘效率的关系,真密度大和颗粒尺寸大的粉尘除尘效率高。,含尘浓度的增高，粉尘的凝聚性提高，除尘效率有,明显提高。同时使压力损失略有降低，一般可忽略。,中国矿业大学CUMT,五、旋风除尘器的其它结构形式,多管除尘器,中国矿业大学CUMT,多管除尘器,把许多小直径旋风管并联使用。,含尘气流沿轴向通过螺旋形导流片进入旋风管。,多个旋风子组合后的除尘效果要比单个旋风子差。,需要保证各旋风子气流分布均匀。,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。能处理大风量，布置紧凑，减少空间。,中国矿业大学CUMT,三段串联式旋风除尘器,中国矿业大学CUMT,母子型串联式旋风除尘器组,中国矿业大学CUMT,母子型串联式旋风除尘器组,中国矿业大学CUMT,并联式旋风除尘器组,中国矿业大学CUMT,脉冲式袋滤除尘器与旋风除尘器组合工程实景,中国矿业大学CUMT,六、旋风除尘器的排灰装置,连续排灰时，可设双翻板式和回转式锁气器。,中国矿业大学CUMT,重锤翻扳阀,中国矿业大学CUMT,七、通用型旋风除尘器,1、CLT／A型旋风除尘器,为基本型旋风除尘器，属螺旋型旋风除尘器。,适用于物质密度较大的、干燥的、非纤维,粉尘，广泛应用于冶金、铸造、喷砂、建,筑材料、电力及耐火材料等工业中。,中国矿业大学CUMT,七、通用型旋风除尘器,1、CLT／A型旋风除尘器,CL,T/A-24.0－X型除尘器,除尘器出风方式x为水平出风，Y为上部出风。筒体直径为400mm双简组合产品代号筒式离心式除尘器,中国矿业大学CUMT,1、CLT／A型旋风除尘器,CLT／A型旋风除尘器安装外形,按筒体个数分为单筒、双筒、三筒、四筒及六筒五种组合。,X型,中国矿业大学CUMT,Y型,1、CLT／A型旋风除尘器,CLT／A-2型旋风除尘器安装外形,中国矿业大学CUMT,2、XLP型旁路式旋风除尘器,是一种在旋风简体外侧带有旁路通道的高效旋风除尘器。,入口,564,3,气体出口,旁路式旋风除尘器原理1－灰斗2－筒体外壁3－含尘气体进口4－下粉尘环5－上粉尘环6－排风管7－旁路分离室上部洞口8－双旋涡分界处9－旁路分离室中部洞口10回风口,中国矿业大学