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项目三 烟气除尘
学习任务一 机械除尘
——重力除尘
原理：
利用机械力（重力、离心力和惯性力）的作用使粉尘从气体中分离并沉降的装置。
它包括重力沉降室、旋风除尘器和惯性除尘器三种。
机械式除尘
特点：
机械式除尘器构造简单、投资少、动力消耗低，除尘效率一般为40％～90％，是国内常用的除尘设备。
在排气量比较大或除尘要求比较高的情况下，这类设备可作为预处理用，以减轻第二级除尘设备的负荷。
重力沉降室
1、重力沉降室的原理
利用重力作用使粉尘自然沉降的一种最古老、最简单的除尘设备。
含尘气体进入沉降室后，由于气流通过的过流断面增大气体流速大大降低，尘粒依靠自身重力作用而自然沉降，并与气流分离。
沉降室在实际运行时，在室内部加设各种挡尘板，以提高除尘效率。
降尘室设计计算的假设：
通过沉降室断面的水平流速分布均匀，并成层流状态；
在降尘室入口断面上粉尘分布式均匀地；
在气流流动的方向上，尘粒和气流具有统一流速。
2、结构：
在沉降室内，尘粒在竖直方向以沉降速度ut下降，水平方向以气体流速u0在沉降室内向前运动。
水平运动时间t：
竖直方向运动时间ts：
要使尘粒不被气流带走，则必须使t≥ts，即
对于stokes粒子，则有：
当介质为空气时， ρp≥ ρg，则有：
降尘室能够去除的最小颗粒粒径：
有效分离直径
提高沉降室效率的主要途径：
降低沉降室内气流速度u；
增加沉降室长度L；
降低沉降室高度H；
但u过小或L过长，都会使沉降室体积庞大，造成经济不合理。因此在实际工作中用降低H的办法较为合适，因此采用多层沉降室是较好的选择。
重
力
沉
降
室
的
结
构
形
式
多层沉降室：使沉降高度减少为原来的1/（n+1），其中n为水平隔板层数
考虑清灰的问题。
多层沉降室
1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板
重力沉降室的设计步骤：
根据相应公式和给定的粉尘的物理性质确定沉降室能100%捕集的最小尘粒的粒径：
首先根据粉尘的真密度和最小粒径计算出沉降速度ut；
假设降尘室内的气流水平流速u和沉降室高度H（或宽W），然后计算确定降尘室的长度L和宽度W（或高度H）。
例题：设计一锅炉烟气除尘用的沉降室。已知烟气量Q=2800m3/h，烟气温度t=150℃，烟尘真密度ρp=2100kg/m3，要求能除掉粒径为50μm以上的烟尘。
解：烟气温度150℃，粘度μ=2.4×10-5Pa·s，由Stokes公式求沉降速度：
取沉降室内流速u=0.5m/s，高度H=1.5m，则沉降室的最小沉降室长度
显然，沉降室太长，若采用二层水平隔板（三层沉降室），每层高△H=0.4,m，则每层长度
L= △H·u/ut=1.68m
若取L=1.7m，则沉降室宽度为
因此，降尘室的尺寸
L·W·H=1.7×1.3×1.2(m)
最小粒径为：
（4）重力沉降室设计时的注意事项
1） 沉降室内烟气流速宜取0.4～1.2 m/s。
2） 沉降室的长宽高尺寸要适宜，若沉降室过高，其上部的尘粒沉降到底部时间较长，烟尘往往未降到底部就被烟气带走。流通截面确定后，宽度增加，高度就可以降低，加长沉降室，可以使尘粒充分沉降。
（4）重力沉降室设计时的注意事项
3) 沉降室内可合理设置挡板或隔板(采用水平隔板降低沉降室高度形成多层沉降室)，有利于提高除尘效率，为了防止沉积在沉降室底部的尘粒再次被气流带走，沉降室也可加设底部水封池或喷雾等措施，以提高除尘效果。
4) 沉降室一般只能捕集大于50 μm的尘粒，而且除尘效率较低。故沉降室一般仅在除尘要求不高或多级除尘中的预处理等场合应用。
重力沉降室的优点
结构简单
投资少
压力损失小（一般为50～130Pa）
维修管理容易
缺点
体积大
效率低,40%～70%
仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子（一般为50μm以上）
项目三 烟气除尘
学习任务一 机械除尘
——旋风除尘
旋风除尘
1、原理
利用气流在旋转运动中产生的离心力不同来清除气流中尘粒的设备。
具有结构简单，体积小，维修管理简单，可耐高温，制造容易，造价和运行费用较低，对大于10μm的粉尘有较高的净化效率等优点。
在工业生产中得到广泛的应用。
1、旋风除尘器的结构
结构：进气管、筒体、锥体和排气管等组成
2、旋风除尘器的工作原理
——外旋流：含尘气体由进口切向进入后，沿筒体内壁由上向下作圆周运动，并有少量气体沿径向运动到中心区内，这股由上向下的气流称为外旋流。
——内旋流：外旋流到锥体顶部后，折转向上，在中心区域旋转上升，最后由排气管排出，这股气流称为内旋流。
——除尘的主要原理：内旋流与外旋流的旋转方向相同，在整个流场中起主导作用，气流作旋转运动时，尘粒在离心力作用下，被甩向器壁，到达器壁的尘粒，在外旋流的推力和重力的共同作用下，沿器壁落至灰斗中，实现与气流的分离。
1—排气筒；2—上旋流：3—筒体；4—外旋流；
5—内旋流；6—锥体；7—灰斗；8—进气管
3、影响旋风除尘器性能的主要因素有：
外旋流中的尘粒同时受离心力和向心力作用，粒径越大，粉尘获得的离心力越大。因此，在其他条件一定的情况下，必定有一个临界粒径。
对粒径等于临界粒径的尘粒，由于所受的离心力和所受的向心力相等，它将在内、外旋涡的交界面上旋转。
处于这种状态的尘粒被分离或进入内旋涡被带出的可能性各有50％，我们把能够被旋风除尘器除掉50％的尘粒粒径称为分割粒径，用dc表示。
显然，dc越小，除尘器的除尘效率越高。
3、影响旋风除尘器性能的主要因素有：
1）筒体直径
2）入口形式
3）入口速度
4）除尘器底部的严密性
5）粉尘的性质
6）旋风除尘器尺寸比例变化的影响
1） 筒体直径（D）
在相同的转速下，筒体的直径越小，尘粒受到的离心力越大，除尘效率就越高。但直径过小容易造成粉尘堵塞。
D一般为150～l100 mm，因太大效率会降低。
在需要处理大风量气体时，往往采用除尘器的并联组合或采用多管型旋风除尘器。
D是确定旋风除尘器其他各部分尺寸的基础。
2）入口形式
切
向
进
入
式
轴向进入式
a. 直入切向进入式 b. 蜗壳切向进入式 c. 轴向进入式
3）排气口尺寸 d
直筒形，插入深度与除尘效率有直接关系。
插入过深，效率提高，但阻力增大；插入过浅，效率降低，阻力减小（短路）。
一般排气管直径为筒体直径的0.4～0.65。
实验表明：排气管插入本体的最佳长度大约等于排气管的直径，或稍低于入口底部为宜。
3）入口速度
提高旋风除尘器的入口风速，会使粉尘受到的离心力增大，分割粒径变小，除尘效率提高。
但入口风速过大时，旋风除尘器内的气流运动过于强烈，会把有些已分离的粉尘重新带走，除尘效率反而下降。
同时，旋风除尘器的阻力也会急剧上升。因此进口速度应控制在12～25 m/s为宜。
4）除尘器底部的严密性
旋风除尘器的底部总是处于负压状态。
如果除尘器的底部不严密，从外部漏入的空气就会把落入灰斗的一部分粉尘重新卷入内旋涡并带出除尘器，使除尘效率显著下降。
因此保证不漏风是进行正常排尘、维护旋风除尘器高效正常运行的重要条件。收尘量不大的除尘器，可在排尘口下设置固定灰斗，保证一定的灰封，定期排灰。
5）粉尘的性质
当粉尘的密度和粒径增大时，除尘器效率明显提高。
气体温度和黏度增大时，除尘器效率下降。
6）旋风除尘器尺寸比例变化的影响
比例变化 性能趋向 投资趋向
压力损失 效率 增大旋风除尘器直径 降低 降低 提高
加长筒体 稍有降低 提高 提高
增大入口面积(流量不变) 降低 降低 —
增大入口面积(速度不变) 提高 降低 降低
加长锥体 稍有降低 提高 提高
扩大锥体的排出孔 稍有降低 提高或降低 —
缩小锥体的排出孔 稍有降低 提高或降低 —
加长排出管伸入器内的长度 提高 提高或降低 提高
增大排气管直径 降低 降低 提高
4、旋风除尘器的类型和尺寸
（1）旋风除尘器的类型
旋风除尘器的结构形式，取决于含尘气体的入口型式和除尘器内部的流动状态。
按照结构可分为：
① 筒式旋风除尘器
② 旁路式旋风除尘器
③ 扩散式旋风除尘器
1）旁路式旋风除尘器
旁路式旋风除尘器
基本结构：
入口距顶盖有一段距离，排出管的插入深度可以较浅，筒体上具有螺旋线形的灰尘隔离室。
含尘气流进入除尘器后形成以排出管下缘为界面的上、下两股旋转气流，并在进口管和顶盖之间形成一个迅速旋转的灰环。上部灰环中的尘粒能够通过设在顶盖处的入口进入旁路隔离室，然后直接进入下涡旋而得到清除。这不仅提高了除尘总效率，同时也提高了除尘器对不同尘粒浓度的适应性。
旁路式旋风除尘器有两种形式：
XLP/A型呈半螺旋形；XLP/B型呈全螺旋形。
2）扩散式旋风除尘器
结构特点：
将原来的圆锥体改为倒圆锥体，并在倒圆锥体下部设置一表面光滑的圆锥状反射屏。
在扩散式分离器内，含尘气流经蜗壳进入除尘器后，由上而下的气流旋转到达反射屏。此时，已净化的气流大部分形成上旋气流从排出管排出，小部分气流与已被分离出来的尘粒一起，沿着倒圆锥体壁螺旋向下，经反射屏周边与器壁的环形隙进入灰斗，再由反射屏中心外孔向上与上旋气流汇合而排出。由于反射屏的作用，防止了返回气流重新卷起粉尘，提高了除尘效率
3) 多管式旋风除尘器
多管旋风除尘器是由若干个结构和尺寸相同的小型旋风除尘器(又叫旋风子)组合在一个壳体内并联使用的除尘设备。由于多管旋风除尘器是由多个旋风子组成，因此，处理风量大。而且由于旋风子的直径较小，除尘效率较高。
能够有效捕集5～10μm的粉尘 。
5、旋风除尘器的选型
① 根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征，除尘要求，允许的阻力和制造条件等因素全面分析，合理地选择旋风除尘器的型号。特别应当指出，锅炉排烟的特点是烟气流量大，而且烟气流量变化也很大。在选用旋风除尘器时，应使烟气流量的变化与旋风除尘器适宜的烟气流速相适应，以期在锅炉工况变动时能取得良好的除尘效果。
5、旋风除尘器的选型
② 根据使用时允许的压力降确定进口气速，如果制造厂已提供各种操作温度下进口气速与压力降的关系，则根据工艺条件允许的压力降就可选定气速ui。若没有气速与压降的数据，则根据允许的压力降公式计算进口气速。
若没有提供允许的压力损失数据，一般取进口气速为12～25 m/s。
5、旋风除尘器的选型
③ 确定旋风除尘器的进口截面积A，进口宽度B和进口高度H。进口截面积A可由下式计算
式中 A——进口截面积，m2；
B——进口宽度，m；
H——进口高度，m；
Q——旋风除尘器处理的烟气量，m3/s。
④ 确定型号 由进口截面积A、进口宽度B和高度H确定出筒体直径，由筒体直径D确定规格型号。
项目 XLP／A XLP／B XLT／A XLT
入口宽度B 入口高度H 筒体直径D 排出管直径dp 筒体长度L 锥体长度H锥 排尘口直径d1 (A/3)1/2 (3A)1/2 上3.85B 下0.7D 0.6D 上1.35D 下1.0D 上0.55D 下1.0D 0.296D (A/2)1/2 (2A)1/2 3.33B — 0.6D 1.7D 2.3D 0.43D (A/2.5)1/2 (2.5A)1/2 3.85B — 0.6D 2.26D 2.0D 0.3D (A/1.75)1/2
(1.75A)1/2
4.9B
—
0.58D
1.6D
1.3D
0.145D
压力损失/Pa 12 m/s① 15 m/s 18 m/s 700(600)② 1 100(940) 1 400(1 260) 500(420) 890(700)③ 1 450(1 150) 860(770) 13 500(600) 1 950(1 150) 440(490)
670(770)
990(1 110)
表3.2 几种旋风除尘器的主要尺寸比例
2) 旋风除尘器选择的要求
旋风除尘器适用于净化粒径大于5μm的尘粒。对细微尘粒，其除尘效率较低，但高效旋风除尘器对细微尘粒也有一定的净化效果。
一般用于净化非纤维性粉尘及温度在4 00℃以下的非腐蚀性的气体。
旋风除尘器对入口粉尘浓度变化的适应性强，可处理高含尘浓度的气体。
旋风除尘器不适宜用于黏结性强的粉尘，当处理相对湿度较高的含尘气体时注意避免因结露而造成的黏结。
设计或运用时必须采用气密性好的卸灰装置或其他防止旋风除尘器底部漏风的措施，以防底部漏风，效率下降。
由于风量波动对旋风除尘器的除尘效率和压力损失影响较大，故旋风除尘器不宜用于气量波动大的情况。
当旋风除尘器内的旋转气速较高时，应注意加耐磨衬，防止磨损。
在并联使用旋风除尘器时，要尽可能使每台除尘器的处理气量相等。
3) 国内主要旋风除尘器的类型代号
① 编制规定
第一位字母表示除尘器按工作原理分类，暂分为以下四大类：
X——旋风式，S——湿式，L——过滤式，D——静电式。
第二、三位字母以表示除尘器的构造、形式特点为主。
② 代号字母举例
a．构造类型方面：L——立式，W——卧式，S——双级，T——筒式，C——长锥体，Z——直锥体，P——旁路，N——扭底版，X——下排烟。
b．工作原理方面：P——平旋，M——水膜，G——多管，K——扩散，Z——直流。
d．国内外常用的旋风除尘器的类型代号：
XCX/G型除尘器：X——旋风、C——长锥体、X——斜底板、G——用于锅炉除尘；
XLT型除尘器： X——旋风、L——立式、T——筒式；
XLK型除尘器： X——旋风、L——立式、K——扩散；
XZD／G型除尘器：X——旋风、ZD——锥形底板、G——用于锅炉除尘；
XWD型除尘器： X——旋风、W——卧式、D——多管；
XPX型除尘器： X——旋风、P——平旋、X——下排烟；
项目三 烟气除尘
学习任务一 机械除尘
——惯性除尘器及机械除尘器安装、调试、运维
惯性除尘器及机械除尘器安装、调试、运维
利用惯性力的作用，使含尘气体与挡板撞击或者急剧改变气流方向，借助尘粒本身的惯性使其与气流分离的装置。
1、惯性除尘器的原理
当含尘气流进入装置后，遇到挡板B1时，气流改变方向，但较大的粒子由于惯性力作用会保持原有的运动方向，最终撞在挡板上沉入灰斗。随气流一起运动的粒径比较小的粒子，遇到挡板B2后会发生旋转，靠离心力作用，更细小的粒子被去除，净化后气流从顶部排出。因此，惯性除尘器的除尘是惯性力、离心力和重力共同作用的结果。
惯性除尘器的工作原埋
2、惯性除尘器的形式、特点和适应范围
惯性除尘器分为碰撞式和回转式两种。
碰撞式惯性除尘器是在气流流动的方向上增设挡板，当含尘气流流经挡板转变方向时，尘粒借助惯性力撞击在挡板上，靠重力的作用沿挡板下落进入灰斗。
挡板可以是单级，也可以是多级。
多级挡板交错布置，可设置3～6排。
在实际工作中多采用多级式，增加撞击的机会，以提高除尘效率。
图 3.13 碰撞式惯性除尘器
回转式惯性除尘器又分为弯管型、百叶窗型和多层隔板塔型三种(图3.14)。
它主要是让含尘气体多次改变运动方向，从而产生惯性力的作用而把粉尘分离出来。
图 3.14 回转式惯性除尘器
惯性除尘器结构相对比较简单，其除尘效率虽然比重力除尘器要高，但由于气流方向转变的原因，净化效率不会很高，因此也多用于一级除尘或高效除尘器的预除尘，用来捕集10～20μm以上的粗尘粒，压力损失为100～l000 Pa。
惯性除尘器用于净化密度和粒径较大的金属或矿物粉尘，对于黏结性和纤维性粉尘，易产生堵塞，不宜采用。
3、机械式除尘器安装与调试
安装除尘器前应检查是否有环保产品合格证，除尘器本体和配件是否齐全，型号、规格、参数是否符合选用要求。
检查设备是否变形、损坏，如有损坏应及时修复后安装，损坏严重要及时更换。
检查安装现场作业条件是否满足安装要求，配齐必要的施工工具，并合理制定好施工计划。
3、机械式除尘器安装与调试
除尘器应严格按照设计要求进行安装。对于大型的旋风除尘器应使用吊车进行安装。
在安装连接各部分法兰时，密封垫料应加在螺栓内侧以保证密封，为减少烟道的阻力，应尽可能缩短管路的长度和减少弯头等管件，切忌在除尘器进口处设置弯头，保证除尘器进口气流平直均匀。
检查除尘器涂层时，应仔细检查涂料的光滑性、均匀性和完整性，内壁涂有耐磨涂料的除尘器，切忌敲打除尘器，以免涂层脱落。
4、机械式除尘器的运行维护管理
运转中的机械式除尘器经常因为磨损、腐蚀、漏气或堵塞，致使除尘效率急剧下降，甚至造成事故。
为了使除尘器长期保持良好装态，必须定期或不定期地对除尘器及附属设备进行检查和维护，以延长设备的使用寿命，并保证其运行的稳定性和可靠性。
1）、 稳定运行参数
除尘器入口气体流速是个关键参数。
一般常用的入口气体流速在10～15 m/s，气体含尘浓度高和颗粒粗的粉尘入口速度应选小些，反之可选大些。
在实际生产中，由于处理气体量总会有变动，所以还希望除尘器有较好的操作弹性，弹性范围是处理气量在60%～120%内变动，此时除尘器的效率波动不致过大。对沉降室而言，除尘器入口速度降低可以提高除尘效率，但处理气体流量相应减少。
2）、 防止漏风
除尘器一旦漏风将严重影响除尘效率。
旋风除尘器灰斗或卸灰阀漏风1％，除尘效率将下降5％；
惯性除尘器灰斗或卸灰阀漏风1％，除尘效率将下降10％。
重力沉降室入口或出口的漏风对除尘效率的影响并不大，但如果沉降室本体漏风对除尘效率就会有较大影响。
机械式除尘器漏风有三种部位：除尘器进、出口连接法兰处；除尘器本体；除尘器卸灰装置。
引起漏风的原因如下：
除尘器进、出口法兰处的连接件使用不当引起的漏风。例如螺栓没有拧紧，垫片不够均匀，法兰面不平整等。
除尘器的本体磨损严重引起的漏风。对旋风除尘器和惯性除尘器而言，本体磨损是经常发生的，特别是灰斗。因为含尘气流的旋转或冲击使除尘器本体磨损特别严重。
机械式除尘器卸灰装置引起的漏风。卸灰阀多采用机械自动式，如重锤式等。这些卸灰阀严密性较差，稍有不当，即产生漏风。这是除尘器运行维护的重要环节。
除尘器进出口法兰接口处
除尘器
本体
除尘器卸灰装置
防止关键部位磨损的技术措施：
1） 防止排灰口堵塞。
防止排灰口堵塞的方法主要是选择优质的卸灰阀，使用中加强对卸灰阀的调整和检修。
2） 防止过多的气体倒流入排灰口。使用卸灰阀要严密，以减轻磨损。
3） 应经常检查除尘器有无磨损而漏气的现象，以便及时采取措施。
防止关键部位磨损的技术措施：
4）尽量避免焊缝和接头。必须要有的焊缝应磨平，法兰连接应仔细装配好。
5）在粉尘冲击部位使用可以更换的抗磨板，或增加耐磨层，如铸石板、陶瓷板等。也可以用耐磨材料制造除尘器。例如，以陶瓷制造多管除尘器的旋风子；用比较厚或优质的钢板制造除尘器的圆锥部分。
6）对旋风除尘器而言，除尘器壁面的切向速度和入口气流速度应当保持在临界范围以下，这样可以减少磨损。
避免除尘器堵塞和积灰
机械式除尘器的堵塞和积灰主要发生在排灰口附近，其次发生在进气、排气的管道内。
引起排灰口堵塞通常有两个原因：
一是大块物料或杂物滞留在排灰口形成障碍物，之后其他粉尘在周围堆积，形成堵塞；
二是灰斗内粉尘结露、结块、堆积过大，不能及时顺畅排出。
排灰口堵塞严重都会增加磨损，降低除尘效率和加大设备的压力损失。
预防排灰口堵塞的措施：
进气口增加栅网，栅网既不增加压力损失，又能防止杂物吸入。
平时检查维护可用小锤敲打易堵处的壁板听其声音，以检查是否有堵塞现象。
排气口堵塞及预防：设计时要根据粉尘性质和气体特点使除尘器进、出口光滑，避免容易形成堵塞的直角、斜角。
加工制造设备时要打光突出的焊瘤、结疤等。运行维护机械式除尘器要时常观察压力、流量的异常变化，并根据这些变化找出原因，及时消除。

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