9.4 SEPARATION EQUIPMENTS CHAPTER NINE 9.4 SEPARATION EQUIPMENTS

9.4.1 气固分离设备 收尘器(除尘器)：将气体中的粉尘捕集分离出来的设备。 收尘效率： 总收尘效率和分级收尘效率。 总收尘效率的定义：收尘器收集下来的粉尘质量与进入收尘器的粉尘质量之比。 设进入收尘器的粉尘质量为G0，从收尘器灰斗收集下来的粉尘质量为G1，则收尘器的总收尘效率: η= ×100% （9－53）

设收尘装置无漏风（即进、出收尘设备的风量不变），进、出收尘器的气体含尘浓度分别为C0，C1，则总收尘效率 η=(1―　　)×100% （9-54） 　串联收尘效率：两台收尘器串联的总收尘效率： η=η1+η2(1―η1) （9-55） 单位均为g/m3 第一级收尘器的收尘效率 第二级收尘器的收尘效率

串级收尘效率计算式的说明： 二级收尘器η2 粉尘质量m0 mo（1－η1） 含尘气流 m0–mo（1－η1）(1–η2) 一级收尘器η1 粉尘质量m0 含尘气流 m0–mo（1－η1）(1–η2)

　收尘器的分类及特点: 　按分离原理分： 　重力收尘器：利用重力使粉尘颗粒沉降至器底，收集粉尘粒径＞50μm。 　惯性收尘器：气流运行方向突然改变时其中固体颗粒的惯性运动与气体分离，分离粒径＞30μm。 　离心收尘器：在旋转的气固两相流中利用离心惯性力作用使固体颗粒从气体中分离出来，分离粒径可达5μm。

过滤收尘器：含尘气体通过多孔层过滤介质时，阻挡、吸附、扩散等作用将固体颗粒截留下来，分离粒径可达1μm。 　按作业方式分： 　干式收尘器（上述各种收尘器均属此类）； 　湿式收尘器：水力旋流器、水洗涤器等。分离粒径达亚微米级。

常见收尘器的各种及性能 表9.10 种类 除 尘 原 理 主要型式 风量(m3/h) 风速(m/s) 阻力(Pa) 分离粒径(μm) 常见收尘器的各种及性能 表9.10 种类 除 尘 原 理 主要型式 风量(m3/h) 风速(m/s) 阻力(Pa) 分离粒径(μm) 粉尘浓度(g/m3) 收尘效率(%) 重力式 重力沉降分离 沉降室 ＜50000 ＜0.5 50～100 ＞20 ＞10 40～60 惯性式 气流运动变向时利用颗粒惯性与气流分离 轮流式 液流式 13～30 200/500 ＜1000 ＞15 ＞5 50～70 离心式 含尘气流作旋转运动，颗粒由于离心力作用与气流分离 旋风收尘器 大型 小型   15000 ＜100000 10～20 500/1500 400/1000 85～95 过滤式 含尘气流通过过滤体时将尘粒分离 简易袋 机振打 脉冲式 气环式 颗粒层 按设计  0.2～0.7 1～3 2～5 2～6  400/800 800/1000 800/1200 1000/1500 ＞1 ＜5 3～5 5/10 ＞99 洗涤式 借助液滴或液膜使尘粒附着于液体上或凝集成大粒与气体分离 水浴式 泡沫式除尘器 ＜30000  1.5～2.5 40/1000 600/1500 ＞0.1 ＜10 静电式 静电过滤凝聚 静电收尘器 ＜300000 0.5～3 100～200 ＞0.01 ＜30  

9.4.1.1旋风收尘器 排风管 结构： 外筒 进气管 外旋流 内旋流 锥形管 贮灰箱 锁风装置 图9.59 旋风收尘器

　(1) 旋风收尘器的工作原理： 　　利用含尘气体高速旋转产生的离心力使颗粒与气体分离。 　　含尘气体从进气管以较高的速度（12～25 m/s）沿外圆筒的切线方向进入直筒并进行旋转运动，在旋转过程中产生较大的离心力。 　　颗粒的惯性比空气大得多，大部分颗粒在离心力作用下甩向筒壁，失去动能沿壁面滑下与气体分开，经锥体排入贮灰箱内，然后经闸门自动卸出。 　　外旋流Ⅰ向下旋转到圆锥部分时，随圆锥变小而向中心逐渐靠近，到达锥体下端时开始上升，形成一股自下而上的内旋流Ⅱ，经中心排气管从顶部作为净化气体排出。

切向速度 及压力分布 图9.60旋风收尘器内部切向速度及压力分布

　　气流进行三维流动，任一点上都有切向、径向和轴向速度，其中切向速度对分离性能和压力损失影响最大。 　　切向速度分布：同一水平面各点的切向速度由器壁向中心增大（因外筒壁面与气流存在摩擦），在直径约等于排气管直径的0.65倍的圆周上达最大值，再往中心则急剧减小。 　　核心流：切线速度最大的圆周内轴向速度很大的向上内旋气流；核心流以内的气流为强制涡，核心气流以外的气流为准自由涡。。 　　气体径向压力分布曲线似抛物线状。器壁附近压力最高，仅稍低于气流进口处的压力，往中心逐渐降低，至核心气流处降为负压，低压核心气流一直延伸至最下面的排灰口。因此，当收尘器灰仓或底部接近轴心处有漏孔时，外部空气会以高速进入收尘器，使已沉降的颗粒重新卷入净化气流，以致严重影响收尘效率。

　在旋风收尘器内，颗粒的离心沉降速度随粒径、圆周速度的增大、旋转半径的减小而增大。因此，欲提高分离效率，可制成小型旋风收尘器，但其阻力增大，相应地能耗增加。 　旋风收尘器的优点： 　结构简单，尺寸紧凑，易制造，造价低，无运动部件，因而操作管理方便，维修量小，在处理颗粒粒径10μm以上的含尘气体时，即使其含尘浓度较高也可获得较高的收尘效率。 　缺点： 　流体阻力损失大，因而电耗高，壳体易磨损，要求卸料闸门等严格锁风，否则会显著影响收尘效率。

(2) 旋风收尘器的类型及特点 按结构及各部分尺寸的比例分： 基本型；螺旋型；扩散型；旁路型和多管型。 每种旋风收尘器有两种出风方式： X型—水平出风，中心排风管顶部装有水平出风蜗壳帽，能把排出气体的旋转运动平缓地改变为直线运动，减小气流排出时的阻力损失。 Y型—上部出风。 根据气流在筒内旋转方向（从器顶俯视）分： 左旋转（N型）和右旋转（S型）。 因此，各种收尘器均可分为XN型、XS型、YN型和YS型四种。

旋风收尘器的规格表示：外筒直径（dm）。 如CLT/A4.0表示：外筒直径为400mm，水平出风，右旋转的CLT/A型旋风收尘器。 C—收尘器； L—离心式； T—筒式； A表示第一次改进型。 此外，还有CLG多管型、CLP旁路型和CLK扩散型等。

短而粗，尤其圆锥部分较短，圆筒部分较长； 1）CLT型旋风收尘器 　CLT型的特点： 　短而粗，尤其圆锥部分较短，圆筒部分较长； 　气体以切线方向进入，因此压力损失较小； 　收尘效率较低，但处理量大。 基本型 图9.61 CLT型旋风收尘器图

螺旋型导向板角度：80～200。倾角大，则阻力小，处理能力大，但收尘效率较低，适合于处理粉尘浓度高、颗粒较粗的含尘气体；反之亦然。 2）CLT/A型（螺旋型）旋风收尘器 结构特点：进风管截面呈矩形，筒体盖为螺旋形导向板，进风管与水平面成一定倾角向下引入。可消除引入气体向上流动而形成的上旋涡，减小能量消耗，提高收尘效率。 螺旋型导向板角度：80～200。倾角大，则阻力小，处理能力大，但收尘效率较低，适合于处理粉尘浓度高、颗粒较粗的含尘气体；反之亦然。 进风管倾角：150，外形细长，圆筒部分和锥筒部分高度较大，锥筒的锥度较小，因而阻力较大，但收尘效率较高。 9.62 CLT/A型旋风收尘器

3）CLK型（扩散型）旋风收尘器 组成：进风管、筒体、扩散锥筒（倒锥体）、反射屏、集灰仓和排风管。 工作原理： 含尘气流沿切线方向进入收尘器的圆筒体并形成旋转气流，由于离心力作用，颗粒从气流中分离出来甩向器壁。 旋转气流继续扩散到倒锥体，由于反射屏的反射作用，大部分旋转气流被反射，经中心排风管排出。 少量旋转气流随尘流经反射屏周围的环形缝隙进入集灰仓，因体积突然扩大，流速降低，所以颗粒在重力作用下落下。 进入集灰仓的气流经反射屏中心小孔上升并由排风管排出。

反射屏 图9.63 CLK型旋风收尘器气流示意图 图9.64 CLK型旋风收尘器结构

　　因倒锥体底部中心位置加设了反射屏，使已经分离出来的颗粒能沿反射屏四周环隙中落下去，有效防止底部返回气流对颗粒的卷吸，故收尘效率较高。 　　应用：适合于捕集干燥的非纤维的和矿物性的颗粒状粉尘。 　　缺点：阻力较大，800～1600Pa； 　　　　　外形较高。 思考：扩散锥筒有何作用？

4）CLP型（旁路型）旋风收尘器 * 结构特点：气流入口管为蜗旋型并低于筒体顶盖一定距离，在筒外部设有旁路；排风管较短。 工作原理：含尘气体从处切向进入器内，分成向上和向下的两股旋转气流。由于惯性离心力的作用这两股旋转气流形成上、下两个粉尘环。 普通旋风收尘器在排风管下缘的平面强烈分离出二次气流。向上运动的气流到达上盖板，产生向内的汇流并沿排风管外壁下降，所携带的粉尘再次被带到排风管口附近收尘效率很低的区域随气流排出，因而影响收尘效率。另外，旋风收尘器的进口上缘与筒体顶盖平齐，进入的气体刚好在顶盖下方，扰乱粉尘环的形成，并由气流带入净化的气体内由排风管排出，使收尘效率降低。

进风管 排风管 上旋流 窄缝 粉尘环分界面 锥体旁路 口 下旋流 旁路 回风口 图9.65旁路式旋风收尘器工作原理

　降低了进口位置，使之有充分的空间形成上部旋涡。 　排风管下端口位于上、下粉尘环的分界面上，以保证粉尘的充分形成。上旋涡气流在上盖板处形成了由较细颗粒组成的上粉尘环，使之团聚，而后经上部特设的切向窄缝洞口处引出，进入筒体外侧的旁路分离室与主气流分离，免除了沿排风管外壁下流而被二次旋流气体卷走的危险，从而减少粉尘由排风管逸出的机会。 　旁路室下端的筒壁上开有切向狭缝，进入旁路室的含尘气体由狭缝引出后与下旋的主气流汇合，将粉尘分离出来落入集灰仓。因此，净化效率提高。下旋涡气流在筒体内壁形成由较粗较重的颗粒组成的粉尘环，沿筒壁随同向下旋转气流带向底部，降落在集灰仓中然后排出。 　进气口采用半圆周型蜗壳入口方式，同时增大了入口面积，提高了收尘器的处理能力。

　　根据旁路的形式不同，分为CLP/A型和CLP/B型。

5）CLG型（多管）旋风收尘器 将多个直径较小的旋风筒（也称旋风子）组合在一个壳体内，形成一个整体的收尘器。 特点：体形布置紧凑， 应用：含尘浓度高、风量大、收尘效率要求高的情形。 结构及工作原理：旋风子整齐排列在外壳内，上下安装两个支承花板，旋风子分别嵌于花板孔上，旋风子和外壳之间用填料（矿渣）填充。 含尘气体经扩散管和配气室均匀分布至各旋风子。在内筒（排风管）的外表面，导向片可使气流在内、外筒之间作旋转运动使颗粒分离出来，粉尘落入集灰仓，经卸料口排出，净化后的气体从排风管经净化室和空气出口排出。

1—顶盖； 2—总排风管； 3—隔板； 4—排风管； 5—旋风子； 6—外壳； 7—下隔板； 8—集灰仓； 9—卸料口； 10—进气扩散管； 图9.68多管收尘器示意图 1—顶盖； 2—总排风管； 3—隔板； 4—排风管； 5—旋风子； 6—外壳； 7—下隔板； 8—集灰仓； 9—卸料口； 10—进气扩散管； 11—导向叶片； 12—填料； 集气室 配气室

旋风子个数： 　　9、12、16。 直径： 　100、150、200、250mm四种。 图9.69　旋风子

导向叶片结构 螺旋式 　　净化效率与旋风子直径D和气流在旋风子断面的假想速度V（方向垂直于筒体横断面）密切相关。 　　但若直径过小，易造成堵塞。 　假想速度： 　　2.2～5m/s。 花瓣式

(3) 旋风收尘器的排灰装置 排灰装置：集灰仓和锁风阀门。 原理分析： 收尘器轴心处是负压，若排灰口有漏风，则上升内旋气流将会带走大量粉尘，大大降低收尘效率。 漏风对收尘效率的影响： 若排灰口漏风1%，则η降低5%～10%； 漏风5%， η降低50%； 漏风达15%，η降至零。

工作原理：靠重锤压住翻板或锥形阀，当上面积灰质量超过重锤的平衡作用时，翻板或锤阀动作，将粉尘卸出，之后又回复原位，将排灰口封住。 　　锁风阀种类：重力式和机动式。 　　重力式：翻板阀和闪动阀。 　　工作原理：靠重锤压住翻板或锥形阀，当上面积灰质量超过重锤的平衡作用时，翻板或锤阀动作，将粉尘卸出，之后又回复原位，将排灰口封住。 　　重力式锁风装置较简单，但密封性能较差。 重锤式 闪动阀式 　　图9.71 　重力式锁风阀图

橡皮紧贴外壳的内缘，转子由电机驱动回转。 机动阀—刚(弹)性叶轮 　　橡皮紧贴外壳的内缘，转子由电机驱动回转。 　　当格槽向上时，粉尘从贮灰箱落至该槽； 　　当格槽转至下方时，粉尘卸出。 外壳 橡皮 转子 9.72 　叶轮卸料机

(4) 旋风收尘器的主要工作参数 1) 压力损失： 不同型式的旋风收尘器压力损失：1000～2000Pa。 压力损失可按局部阻力损失计算 ⊿p=ζv2γi/2 (Pa) （9-56） 式中，⊿p—局部阻力损失，Pa； ζ—阻力系数，由试验确定； v—横断面上的假想气流速度，m/s； γi—操作条件下的含尘气体的密度，kg/m3。

2) 收尘器的处理风量 Q=3867D 　　　　 (m3/h) （9-57） 式中，⊿p—收尘器压力损失，Pa； D—收尘器的筒体直径，m； γi—操作温度下的含尘气体的密度，kg/m3。 CLP型收尘器的处理风量计算： Q=3600Avi (m3/h) （9-58） 式中，A—进口截面积，m2； vi—进口气流速度，m/s。

　3）临界分离粒径 　分离区：从排气管下至排灰口间的准自由涡与核心气流交界处，即大致在旋转半径为0.65倍排气管半径r1(即r0=0.65r1)处圆周速度最大，在此假想的圆筒面上离心力最大，此时，颗粒的离心沉降速度ur与粒径dp的关系： 　　　　　　　　　（9-59） ur—颗粒的径向沉降速度，m/s； ut—气流的圆周（切向）速度，m/s； r0—排气管的半径，m。 在正常操作风速范围（15～20m/s）内，临界分离粒径dk可用下式计算：

　　　　　　　　　　　　　　　　(m) （9-60） 式中，D—旋风收尘器直径，m； H—排气管下至排灰口间的有效分离高度，m； ui—气流入口速度，m/s； K—与旋风收尘器型号及操作风速有关的常数，对于常用型号的收尘器，根据经验可取K=0.6～0.8。 　4）收尘效率 　旋风收尘器的收尘效率ηT可用下式计算： ηT =1―Pci―q （9-61） 式中，P—与旋风收尘器结构和粉尘性质有关的常数，P=0.1～0.3； ci—粉尘浓度，g/Nm3； q—与操作条件有关的常数，q=0.046～0.48。

9.4.1.2 袋式收尘器 (1) 概述 1）袋式收尘器的工作原理及特点 9.4.1.2　袋式收尘器 (1) 概述 1）袋式收尘器的工作原理及特点 利用多孔纤维滤布将含尘气体中的粉尘过滤出来的收尘设备。因滤布做成袋形，故称为袋式收尘器或袋式除尘器。 应用：工业生产及环保过程中非粘结性、非纤维粉尘捕集。 与旋风收尘器相比的优点： 收尘效率高（5μm颗粒的η＞99%）；可捕集1μm的颗粒。与高效电收尘器相比，结构简单，技术要求不高，投资费用低，操作简单可靠。 缺点：耗费较多的织物，允许的气体温度较低，若气体中湿含量高或含有吸水性较强的粉尘，会导致滤布堵塞，因此其应用受到一定限制。

　　除尘原理： 　　气体中大于滤布孔眼的尘粒被滤布阻留，这与筛分作用相同。对于1～10μm的小于滤布孔径的颗粒，当气体沿曲折的织物毛孔通过时，由于惯性作用撞于纤维上失去能量而贴附在滤布上。小于1μm的微颗粒通过滤布时，具有较强的扩散作用及静电作用，因孔径小于热运动的自由径，因而与滤布纤维碰撞而粘附于滤布上被捕集。 滤布表面及内部粉尘不断堆积，形成粉尘料层，大大强化了过滤作用，气体中的粉尘几乎被全部过滤下来。 　　随着粉尘厚度的增加，滤布阻力增大 ，处理能力渐低。为保持稳定的处理能力，须定期清除滤布上的部分粉尘层。由于滤布绒毛的支承作用，滤布上总存在一定厚度的粉尘层，称为滤布外的第二过滤介质，有利于提高净化效率。

1、筛滤效应：滤袋表面形成粉料层后作用更明显 2、碰撞效应：气流绕纤维而过，颗粒因惯性作用撞击于纤维上被截留 3、滞留效应：尘粒被纤维边缘的磨擦阻力所阻留 4、扩散效应： ＜ 0.2μm的颗粒因气体分子相互碰撞偏离流向而作不规则布朗运动，增加了与纤维的碰撞机会 5、静电效应：当尘粒与滤料纤维的电荷极性相反时，会吸附于滤袋上

图9.73　滤布的过滤原理

2）滤布材料 滤布材料选择需考虑的因素：含尘气体性质、含尘浓度、粉尘颗粒大小及其化学性质、湿含量和气体温度。 质量要求：均匀致密、透气性好、耐热、耐磨、耐腐蚀和憎水，收尘效率高。 常用滤布材料： 棉织滤布 造价低，耐高温性能差，工作温度＜ 60～80℃。 毛织滤布工作温度＜ 95℃，耐热性能较好，透气性好，阻力小，且耐酸、碱。但造价高。 聚酰胺纤维：耐磨性好，耐碱不耐酸，工作温度＜80℃； 聚丙烯晴纤维：工作温度 110～130℃，强度高，耐酸不耐碱； 聚脂纤维：耐热、耐酸碱性能均较好，工作温度 140～160℃； 玻璃纤维：过滤性能好，阻力小，化学稳定性好，造价低。 合成 纤维

常用滤布材料的性能及适宜过滤风速 表9.11 滤 布 材 料 密度/kg/dm3 抗拉强度/MPa 耐 腐 蚀 性 耐热性（℃） 耐磨性 常用滤布材料的性能及适宜过滤风速 表9.11 滤 布 材 料 密度/kg/dm3 抗拉强度/MPa 耐 腐 蚀 性 耐热性（℃） 耐磨性 吸湿率（%） 过滤风速/m/min 耐酸 耐碱 经常 最高   天 然 纤 维 棉毛 1.5～1.6 345 差 好 70～80 80 8～9 0.6～1.5 1.28～1.33 110 80～90 95 10～15 合 成 尼龙 1.14 300～600 中 75～85 4～4.5 0.5～1.3 奥纶 125～135 140 1.3～20 涤纶 140～160 170 0.4 无机纤维 玻璃纤维 2.4～2.7 1000～3000 200～260 280 0.3～0.9

(2) 袋式收尘器的分类 含尘气流由滤袋外侧进入袋内 按滤袋形状分：袖袋式（圆筒形）和扁袋式； 按过滤方式分：外滤式和内滤式，对于袖袋，内外过滤两种方式均可采用，扁袋式多采用外滤式； 按风机在收尘系统中的位置分：正压鼓入式和负压抽吸式，前者风机在收尘器前，后者风机在收尘器后； 按清灰方式分： 机械振打式：顶部上下振打、中间水平振打、上下方向与中间水平方向同时振打； 反吹风式：真空反抽风、气环反吹风、脉冲反吹风； 按气体入口位置分：下进气式和上进气式。

气环反吹风 真空反抽风 中间水平振打 顶部上下振打 上下方向与中间水平方向同时振打 脉冲反吹风 图9.74　袋式收尘器的清灰方式

1）机械振打袋式收尘器 结构及工作原理： 过滤室内有2～9个分室，每分室内挂若干条滤袋。 含尘气体由进风口进入，经隔风板分别进入各室滤袋中，气体经过滤袋后通过排气管排出。 排气时，排气闸门打开，回风管闸门关闭。气体在排风机抽吸作用下流出。 滤袋上口封闭悬挂在铁架上，下口固定在底板的花板孔上。 振打传动装置设在顶部，通过摇杆、打棒与框架相连接，在中部摇晃滤袋实现清灰。振打装置按一定周期循环振打。 含尘气体从进风口进入收尘器内，由内向外经过滤袋时，粉尘大部分吸附在滤袋的内壁上，一小部分滞留在滤袋的纤维缝中。

作用? 图9.75 中部振打袋式收尘器 排气管 摇杆 回风管 振打装置 阀门 振打棒 阀门 过滤室 滤袋 支架 框架 底板 进风口 电热器 隔风板 螺旋输送机 图9.75 中部振打袋式收尘器 分格轮

　清灰过程： 　关闭排风管闸门，摇杆通过打棒带动框架前后摇动（～10s），附着在滤袋上的粉尘随之脱落。 　回风管闸板打开，通风机压力使气体以较高速度从滤袋外向内反吹，滤袋纤维内滞留的粉尘被吹出，与振打掉落的粉尘一起落入下部集灰斗，由输送装置送走。 振打结束后，回风管阀门自动关闭，排气管阀门自动开启，该室滤袋恢复过滤工作。 　各室的滤袋轮流振打，即其中一个室振打清灰时，含尘气体通过其它各室。 　电热器在气体温度低时使用。 　特点：结构简单，故障少，易维修，但滤袋损坏较快。

2）脉冲（MC型 ）反吹风袋式收尘器 种类：电动型（DMC）、气动型（QMC）、机动型（JMC） 特点：用0.6～0.8MPa压缩空气脉冲喷吹方式，通过调节脉冲周期和脉冲时间使滤袋保持良好的过滤状态，过滤风速高，3～6m/min，因而体积小；无运动部件，滤袋不受机械力作用，寿命长。 缺点：脉冲控制仪较复杂，技术要求高，对高浓度、高湿度的粉尘捕集效果不太理想。 基本构造： 中箱：包括除尘箱、滤袋、支承滤袋的骨架及花板； 上箱：包括喷吹喷气箱、喷吹管、喇叭管、压缩空气包、脉冲阀及净化空气出口管； 灰斗：包括进气管、下部卸灰用螺旋输送机和叶轮排灰阀。

脉冲反吹风袋式收尘器 图9.76 喷吹管 排气管 压缩空气包 花板 压缩空气控制阀 净化气体 脉冲阀 喇叭口 压力计 备用进气口 滤袋骨架 除尘箱 脉冲信号发生器 进气管 灰斗 机架 排灰叶轮

　工作过程： 　含尘气体由进气管进入除尘箱，由外向内通过滤袋。净化后的气体由袋上部喇叭管进入排气箱，净化气由出口管排出。 　　粉尘阻留在袋外侧，部分借重力作用掉落，其余部分用压缩空气进行周期性喷吹。粉尘落至灰斗并由输送装置送走。 　　清灰喷吹时间0.1～0.2s，周期30～60s。 　　清灰原理：压缩空气以高速从喷吹管的孔中向喇叭管（文丘里管）喷射，同时从周围引入5～7倍的二次空气。滤袋受此气流的冲击振动及二次气流的膨胀作用，将大部分积灰清除。 　　控制器：电动、气动和机动，电动的动作最灵敏，且体形小；机动的简单可靠，对气源清洁度要求不高，但脉冲宽度（脉冲时间）调节幅度较小，仅能控制到0.1s左右。

　　收尘器装有数排至数十排滤袋，每排滤袋配一根喷吹管和一套执行喷吹清灰的脉冲阀和控制器进行顺序喷吹。 　　脉冲阀的结构及工作原理： 　　来自气包的压缩空气经进气导管进入气室，同时也经节流孔进入背压室，此时两室的气压相等。但由于背压室的面积大，且有弹簧压力作用，所以使膜片封住喷吹管入口。 　　接受到气脉冲信号时，控制阀被打开，此时背压室的高压空气由控制阀排入大气。该室压力立即降至低于气室，膜片在气室压力的作用下向右移，打开喷吹管入口，压缩空气即由气室进入喷吹管进行喷吹。 　　控制信号消失时，控制阀关闭，通过节流孔的压缩空气使背压室的压力上升至与气室相等，此时膜片又将喷吹管封闭，喷射停止。

进气管 节流孔 背压室 气室 控制阀 膜片

3) 气环反吹风袋式收尘器 特点： 采用小型高压风机作反吹气源，必要时可将反吹风加热至40～60℃。 3)　气环反吹风袋式收尘器 特点： 采用小型高压风机作反吹气源，必要时可将反吹风加热至40～60℃。 与脉冲式相比，过滤风速大，投资省，反吹气源易解决； 不需高精度控制仪器，制造方便。 缺点： 气环箱紧贴滤袋上下往复运动因而使滤袋磨损加快，气环箱及其传动部件也易发生故障。

出风口 图9.78 进风口 气环反吹风袋式收尘器 反吹喷嘴 反吹风机 滤袋 软风管 排灰叶轮 排灰口

　　结构组成：机体、气环箱反吹风装置、滤袋及排尘装置。 　　工作原理： 　　气环箱紧贴滤袋外侧作上下往复运动，箱内紧贴滤袋处开有一条环形细缝，称为气环喷管。 　　含尘气体由进口引入机体后流入滤袋内部，粉尘被阻留在滤袋内表面。净化后的气体穿过滤袋经出口管排出机外。 　　粘附在滤袋内表面的粉尘由气环喷出的高压气流吹落。 　　反吹风机多装在机体外部以便于操作和维护。 　　反吹风量为收尘器处理风量的8～10%，风压5000～15000Pa。

（3）清灰周期 滤袋内壁（或外侧）积灰层变厚时，滤袋阻力增加，风机风量下降，影响正常工作。因此，袋收尘器须定期清灰，使滤布保持通风顺畅，从而保证有效地连续过滤。 清灰周期对△Ｐ、Ｑ和η的影响（见图9.79）。 当收尘器运行150min 时， △Ｐ：300Pa　　820Pa；Ｑ：100%　　72%。 清灰周期越短，收尘器的风量和风压越稳定。 机械振打式、气环反吹式和脉冲反吹式的清灰周期分别为：6min、1min和30～60s。

图9.79　通风量和过滤阻力与清灰周期的关系

(4) 袋式收尘器的选型计算 选型计算内容：过滤风速、过滤面积、滤袋数目、型号和台数。 应考虑的因素：需处理的含尘气体量、含尘浓度、温度、湿度及对收尘效率的要求等。 1）过滤面积 　　　　F=F1 + F2= +F2 (m2) （9-62） 处理风量：设备通风量+系统漏风量 滤袋工作部分的过滤面积，m2 处理风量，m3/h 过滤风速，m/min 滤袋清灰部分的过滤面积，m2 通风量的10～30% 注意：处理量还应包括反吹风量，对于气环反吹风和脉冲反吹风，反吹风量风量约为总通风量的4～10%。

过滤风速与滤袋材料、清灰方式和气体含尘浓度等有关，一般可按含尘浓度确定。 　　2）过滤风速 　　过滤风速与滤袋材料、清灰方式和气体含尘浓度等有关，一般可按含尘浓度确定。 袋式收尘器的过滤风速 表9.12 类 型 中部振打式 　气环 反吹风式 脉冲 玻璃纤维袋收尘器 含尘浓度（g/m3） 50～70 15～30 3～5 ＜100 过滤风速（m/min） 1～1.5 2～4 3～4 0.3～0.9 　说明：目前已有高含尘浓度的袋除尘器。

　3）滤袋数量 m=F/f （个） （9-63） 式中，m—滤袋的数量；F—总过滤面积，m2； 　f—每个滤袋的过滤面积，m2。 　4）收尘器阻力的计算 　袋式收尘器的阻力包括：过滤阻力和机体阻力 　过滤阻力：与滤袋材料、滤尘量、气体含尘浓度、过滤风量及清灰周期等因素有关。首先计算滤袋的滤尘量： G=C0vT （g/m2） （9-64）　 清灰周期，min 过滤风速，m/min 气体含尘浓度，g/m3

根据滤尘量和过滤风速可查得过滤阻力⊿p1和机体阻力⊿p2。 ⊿p=⊿p1+⊿p2 (Pa) （9-65）   滤尘量、过滤风速与过滤阻力的关系 表9.13 过滤风速(m/min) 滤 袋 滤 尘 量 (g/m2) ⊿p2 (Pa) 100 200 300 400 500 600 ⊿p1(Pa) 0.5 360 410 460 54 — 1 370 520 580 630 690 80 1.5 450 530 610 680 750 820 2.0 620 710 790 880 970 150 2.5 590 700 810 900 1000 250 3.0 650 770  

9.4.1.3 颗粒层收尘器 过滤介质为细小颗粒物料（石英、石灰石和矿渣等）构成的多孔过滤层，因而也称为填料式收尘器。 DS型颗粒层收尘器的构造和工作过程： 固定的颗粒过滤层下是旋风筒，含尘气体由进风口切向进入旋风筒，较粗颗粒在离心力的作用下首先被分离出来。 细颗粒经插入管进入过滤室由上向下过滤，净化后的气体由出风管排出。 清灰时，出风口封闭，空气从反吹空气入口进入过滤室下方由下向上反向清洗，同时启动顶部电动机带动梳耙转动将颗粒层搅松，以使附在颗粒上的尘粒与之脱离。反吹气体携带细尘粒通过插入管进入下部旋风筒，大部分尘粒落入下面的灰斗中，带少量粉尘的吹洗空气最后经进风口排出进入其它过滤单元。 清灰结束后，截流阀复原，收尘器恢复工作。

颗粒层过滤室 驱动电机 油缸 梳耙 截流阀 插入管 净风出口 进风口 旋风筒 图9.80带梳耙的旋风式颗粒层收尘器

为什么？ 一般设有几个并联的过滤单元，轮流清灰。 颗粒层收尘器的主要参数： 过滤风速：0.4～0.8m/s； 　　一般设有几个并联的过滤单元，轮流清灰。 　　颗粒层收尘器的主要参数： 　　过滤风速：0.4～0.8m/s； 　　填充层颗粒物料的粒径：1.5～6mm； 　　颗粒层厚度：100～200mm； 　　清洗用反吹风量：约为过滤风量的10%。 　　收尘效率：95～99%。 　　优点： 　　可在较高温度下运行（一般350℃，耐热钢450～550℃）； 　　耐腐蚀； 　　比旋风收尘器收尘效率高，结构比电收尘器简单，比袋式收尘器耐用。 　　缺点：不适用于潮湿粘性粉尘的捕集；占地面积较大。 为什么？

9.4.1.4 电收尘器 高压直流电的正负两极间维持一个足以使气体电离的静电场，气体电离所产生的正负离子作用于通过静电场的粉尘表面而使粉尘荷电。荷电粉尘分别向极性相反的电极移动而沉积在电极上，使粉尘与气体分离。 优点： 收尘效率高（＞99%）；能处理较大的气体量；能处理高温、高压、高湿和腐蚀性气体；能量消耗少，阻力损失30～150Pa，电能消耗0.1～0.8kwh/1000m3；操作过程自动化。 缺点：一次投资大，占空间大，钢材消耗多，捕集高比电阻的细粉尘时需要进行增湿处理等。

(1) 工作原理、构造和类型 请注意！ 1）工作原理 将平板（或圆管壁）和导线分别接至高压直流电源的正极（阳极）和负极（阴极）。电收尘器上的正极―沉积极或集尘极，负极―电晕极。 两极间产生不均匀电场。电压升至一定值时，阴极附近电场强度使气体碰撞电离，形成正、负离子。电压继续增大时，在阴极周围2～3mm范围发生电晕放电，生成大量离子。 电晕极附近的阳离子趋向电晕极的路程极短，速度低，碰到粉尘的机会少，因此，绝大部分粉尘与飞翔的阴离子相撞而带负电，飞向集尘极，只有极少量的尘粒沉积于电晕极。 定期振打集尘极及电晕极使积尘掉落，从下部灰斗排出。 粉尘分离过程：气体电离—粉尘颗粒荷电—捕集— 清灰

1—集尘极； 2—电晕极； 3—电源； 4—灰斗； 5—正极线； 6—负极绝缘子； 7—气体入口； 8—气体出口 图9.81 电收尘器工作原理示意图 1—集尘极； 2—电晕极； 3—电源； 4—灰斗； 5—正极线； 6—负极绝缘子； 7—气体入口； 8—气体出口

集尘极 电晕极 图9.82　静电收尘过程示意图

(2)类型与构造 1）收尘器的类型： 按含尘气体运动方向分：立式和卧式； 按处理方式分：干式和湿式； 按集尘极型式分：管式和板式； 按集尘极和电晕极的位置配置分：单区式和双区式。 工业用的电收尘器由许多组阳极板或管和阴极组成，均垂直于地面放置，再配以外壳、集灰斗、进出口气体分布板、振打机构绝缘装置及供电设施等组成一套系统。

但因气流方向与尘粒自然沉落方向相反，因而收尘效率稍低； 　　立式电收尘器： 　　含尘气体由下垂直直向上经过电场。 　　优点： 　　占地面积小。 　　但因气流方向与尘粒自然沉落方向相反，因而收尘效率稍低； 　　高度较大，安装维修不方便； 　　采用正压操作，风机布置在收尘器之前，磨损较快。 图9.83　立式电收尘器示意图

气体水平通过电场，分成若干个室，每室分成几个电压不同的电场。 　　卧式电收尘器： 　　气体水平通过电场，分成若干个室，每室分成几个电压不同的电场。　　 收尘器 保温器 壳体 优点： 　可按粉尘的性质和净化要求增加电场数目； 　可按气体处理量增加除尘室数目，既保证收尘效率，又适应不同处理量的要求； 　可负压操作，延长风机使用寿命，高度较低，安装维修较方便。 　但占地面积较大 电晕极 气体分 布装置 振打装置 排灰装置 图9.84　卧式电收尘器示意图

2）电收尘器的构造 电收尘器由高压整流机组和收尘器本体两部分所组成。 电收尘器本体组成：收晕极、集尘极、振打装置、气体均布装置、壳体、保温箱和排灰装置。 1）电晕极 电晕极系统：电晕线、电晕极框架、框架悬吊杆、支承绝缘套管和电晕极振打装置。 电晕线：电晕线放电性能直接影响到收尘效果。 在同样荷电条件下，电晕线越细，其表面电场强度越大，电晕放电效果越好。 但电晕线太细时，机械强度低，且易锈断或可能被放电电弧烧断。

（a）自由悬吊的电晕极；（b）有电晕框的电晕极 电晕线悬吊架 7 悬吊杆 振打装置 石英套管 电晕框 重锤 电晕线 图9.85 电晕极 （a）自由悬吊的电晕极；（b）有电晕框的电晕极

电晕线 的形状： 图9.86 几种不同的电晕线 1—圆形；2—星形；3—带形；4—螺旋形；5—钢丝绳形；6—链条形；7—纽带形；8—十字形；9—圆盘形；10—芒刺管形；11～15—芒刺带形；16—芒刺钢丝；17—锯齿形

圆形电晕线：表面光滑，有利于积灰的振落，使用寿命长，常用于处理高温或腐蚀性气体； 　圆形电晕线：表面光滑，有利于积灰的振落，使用寿命长，常用于处理高温或腐蚀性气体； 　星形电晕线：放电性能好，使用寿命长。 　芒刺形电晕线：有易于放电的尖端，正常情况下，电晕极产生的电流比星形的高约1倍，电晕起始电压比其它型式低，因此，同样电压下，电晕更强烈，有利于提高收尘效率。适用于含尘浓度较大的气体。 　电晕线的悬吊装置： 　电晕极框架借助吊杆支承在绝缘套管上。 　绝缘套管的作用：保证电晕极和外壳间良好的绝缘；承受电晕极荷重。 　常用绝缘套管的种类：瓷质：易制造，造价低，一般用于气体温度低于120℃的情形。石英玻璃：耐高温，且绝缘性能良好。当气体温度高于120℃时，需用石英套管。  

　2）集尘极 　种类：板式和管式。 　板式集尘极—最常见的集尘极。 　极板制成各种不同形状的长条形，若干块极板安装在一个悬挂架上组合成一排。 　器内装有多排极板，极板间中心距：250～350mm　 　集尘极材料：一般采用普通碳素钢，若对极板有耐酸、耐腐蚀等特殊要求时，可采用其它耐腐蚀材料制作。 　极板厚度：1.2～2mm，不允许有焊接接缝，以防焊接处的残存热应力导致挠曲而影响极间距离。 　板式集尘极形状：平形、Z形、C形、CS形及板式槽形。 平板形特点：结构简单，表面平整光滑，制作容易，成本低。

　　其它形状系平板形的改进型，共同特点： 　　极板面形成落灰凹槽，振打落下的积灰顺凹槽下落而不向外飞扬，减小极板面附近区域的气流速度以减少二次飞扬； 　　极板的刚度较大，不易变形； 　　有利于振打加速度沿整个极板面的传递，加强振打效果； 　　空间电场分布较合理，电场的击穿电压较高； 　　形状简单，易制作，质量轻，钢材消耗少。 　　管式：圆形、六角形和同心圆形。 　　圆形：内径200～300mm，管长3～4 m；新型收尘器的管径可达700mm，管长达6～7m。 　　六角形（蜂房式）：充分利用收尘器空间，但制作较困难。 　　同心圆式：半径相差一个极距的不同管式电极套在一起，各圆管形极板间按一定距离装设电晕线。特点：充分利用空间，结构简单，制作方便。

电晕极 集尘极 圆管式 同心圆式 蜂房式 图9.87　管式电收器的几种型式

　3）振打装置 　常用振打装置：锤击振打装置、弹簧—凸轮振打装置和电磁脉冲振打装置。 　4）气体均布装置 　气体均布装置的必要性： 要求电收尘器各工作断面上气流速度均匀。若气流速度相差太大，则在流速高处，粉尘滞留时间短，来不及收下即被气流带走，且粉尘从极板上振落时，二次飞扬的粉尘可能被气流带走，因而降低收尘效率。 　气体均布装置的组成：气体导流板和气体均布器。 　立式电收尘器的气体均布装置： 　气体进入电收尘器后，首先经气体导流板将其导向至收尘器的整个底部，避免气体冲向一侧。导流板叶片方向可视具体情况进行调整。

种类：多孔板、直立安装的槽形板和百叶窗式栅板等，其中以多孔板为多。 均布装置器 导流板 图9.88　立式电收尘器气体均布装置 　　卧式电收尘器的气体均布装置： 　　种类：多孔板、直立安装的槽形板和百叶窗式栅板等，其中以多孔板为多。

第一层多孔板 导流板 分布板振打装置 第二层多孔板 　多孔板层数越多，气流分布均匀性越好。通常不少于两层，圆孔直径：30～50mm，中间部位由于风速较高，故孔径较小；四周的孔径较大些。两层多孔板中间有手动振打锤以振落附着在分布板上的粉尘。若气流由管道进入喇叭口前有急弯时，应在弯道内加装导向叶片以使气流均匀分布。

　5）壳体、保温箱及排灰装置 　壳体：结构：钢结构、钢筋混凝土结构和砖结构，视气体温度及有否腐蚀性而定。 　壳体下部为灰斗，中部为收尘器，上部安装石英套管、绝缘瓷件和振打机构。 　为便于安装和检修，侧面设人孔门，壳体旁设扶梯及检修平台。 　壳体防止漏风及保温设施，确保收尘室内温度高于废气露点15～20℃。保温材料常为矿渣棉。 　保温箱：绝缘套管周围温度过低时，其表面会产生冷凝水，引起绝缘套管沿面放电，影响收尘器电压的升高和正常工作。通常将绝缘套管或绝缘瓷件安装在保温箱内。 　保温箱内的温度应高于收尘器内气体露点20～30℃，故在保温箱内装有加热器和恒温控制器。

　　排灰装置： 　　常用排灰装置：闪动阀、叶轮卸料器和双级重锤翻板阀。 　　闪动阀：结构简单，维修容易，双瓣阀比单瓣阀的密封性能更好； 　　叶轮卸料器：刚性和弹性两种，弹性叶轮卸料器的叶片有较大弹性，运行较可靠，密封性能也较好； 　　双级重锤翻板阀：具有良好的排料和密封性能。

(3) 主要参数的计算和选型 高压危险！ 1）临界电压Vk 临界电压：电晕极发生电晕放电时的最低电压。可由圆管内各点电场强度推得。计算公式： Vk=Ekrln(R/r)=3.1(1+61.6×10―6)rln(R/r) (kV) （9-66） 式中，Ek—临界电场强度，V/m； r—电晕极半径，m； R—圆管半径，m； p—气体压力，Pa； t—气体温度，K。 上式也适用于板式集尘极电收尘器。实际操作电压一般为临界电压的2～3倍。上式表明，R/r越小，临界电压越低，但易于短路，一般取 R/r≥2.718。 实际操作电压：50～60kV。 高压危险！

尘粒沉降速度： 带电粉尘颗粒在电场力的作用下向集尘极均匀移动的速度，亦称驱进速度。 当带电尘粒的电场力与含气体相对运动时的气体阻力相平衡时，带电尘粒具有均匀的驱进速度。设dp=1～100μm，且Stokes定律适用范围，并忽略重力影响，则当电场力与气体阻力相平衡时，尘粒的驱进速度为： ue= (cm/s) （9-67） 式中，n—尘粒所带电荷数； e—单位电荷静电单位； Ep—尘粒所在处电场强度； μ—气体粘度，Pa·s； dp—尘粒粒径，cm； Ee—尘粒荷电处电场强度，； K0—尘粒诱电系数。

设Ee=Ep=E，，对一般非导电尘粒，k0=2，则上式简化为 ue=0.053E2dp/μ (cm/s) （9-68） 由上式可知，尘粒的驱进速度与电场强度平方成正比，也与尘粒直径和气体粘度有关。 实际上，因电收尘器中电场强度不均匀，故尘粒的荷电量及所受引力在各点也是不同的，只能作粗略的估计。同时由于电收尘器中气流分布不均匀、电晕极肥大、集尘极积灰、粉尘二次飞扬等原因, 实际驱进速度约比公式计算的速度低一半。

2）气体在电场中的流动速度 位于距集尘极最远处R（即正负极间距离）的尘粒，移动到集尘极所需要的时间R/ue,必须小于或等于含尘气体通过电收尘器的时间L/u, 即： R/ue＜L/u （9-69） 式中 R—正负电极间的距离, m； ue—尘粒驱进速度, m/s； L—气体沿流动方向所走的距离，电场长度, m； u—气流速度,m/s。 式中气流速度u 可适当选择。流速低可满足沉降时间要求, 但收尘器断面积增大, 设备体积增大，气流分布不易均匀； 若气流过大, 则需增大电场强度, 同时还会引起大量二次飞扬。气流速度为0.4～1.3m/s。

3）收尘效率 收尘效率是衡量电收尘器性能的主要指标，也是设计电收尘器的主要依据。 收尘效率的理论推导方法： a. 尘粒运动轨迹与气流分布情况相一致，并不考虑其它任何干扰影响； b. 从概率的角度推导。由此推导出的收尘效率计算式为： η=1―exp(― ) （9-70） 式中，Q—通过收尘器的气体流量，m/s； Ae—集尘极面积，m2； Ac—收尘器垂直于气流方向的有效断面积，m2； ue—尘粒驱进速度，m/s；

(4) 影响电收尘器收尘性能的因素 电收尘器性能影响因素：结构、含尘气体性质、操作条件。 主要影响因素：粉尘比电阻、气体含尘浓度、粉尘颗粒组成、气体成分、温度、湿度、露点、含硫量、收尘器漏风、电极肥大、电极积灰、操作电压等。 1）粉尘比电阻的影响 粉尘的比电阻：每1cm2面积上高1 cm的粉料柱沿高度方向的电阻值，单位为Ω·cm。 　　　粉尘的比电阻为104～1011Ω·cm时，带负电的尘粒以适当的速度行进, 到达集尘极板后被中和，收尘效率最高。在此范围内收尘效率与比电阻值变化无多大关系。 衡量粉尘导电性能的指标，对收尘器性能影响很大

图9.90　粉尘比电阻与收尘效率的关系

　比电阻<104Ω·cm时，带电尘粒在到达极板的瞬间即被中和，甚至带正电荷，很容易脱离集尘极而重新进入气流中，因而大大降低收尘效率。

　2）含尘浓度的影响：含尘浓度大，粉尘离子增多，抑制电晕电流的产生，使粉尘粒子不能获得足够的电荷，收尘效率降低，粒径为1μm左右的粉尘越多，影响也越严重。当气体含尘浓度大至一定值时，电晕电流会减小至零―电晕封闭，净化效果显著下降。 　为防止电晕封闭现象，可在电收尘器前设置预收尘装置。 　3）粉尘颗粒组成的影响：电收尘器有效捕集粒径范围：0.01～20μm。<0.01μm的尘粒受布朗运动影响不易收集；>20μm的尘粒附着荷电量较大，不经济。

i）温度对粉尘比电阻的影响：气体温度的变化会引起粉尘比电阻变化，从而影响收尘效果。 　4）含尘气体温度的影响： 　i）温度对粉尘比电阻的影响：气体温度的变化会引起粉尘比电阻变化，从而影响收尘效果。 　ii）温度对气体粘度的影响：气体温度上升时，粘度增大。温度越高，粘度越大，荷电尘粒的驱进速度越低，收尘效率也就越低；反之亦然。 　iii）温度对气体击穿电压的影响： 　　击穿电压与其密度成正比。当气体压力不变时，密度与其绝对温度成反比，因此，当气体温度降低时，密度增加，气体的击穿电压也相应升高。由于击穿电压的增高，使收尘器电场所承受的电压更高，因而大大提高收尘效率。所以，气体温度宜低些。    

要求气体温度低于露点温度20～30℃。 但若气体温度太低，其中的水汽和三氧化硫会冷凝结露，收集的粉尘会糊电极，使工作状况恶化。 　　但若气体温度太低，其中的水汽和三氧化硫会冷凝结露，收集的粉尘会糊电极，使工作状况恶化。 　设备冷凝结露易使钢质材料锈蚀，损坏设备 　石英套管低于结露温度时，冷凝物质将导致套管内部泄漏放电，使电收尘器不能正常运行 　　要求气体温度低于露点温度20～30℃。 　图9.91　水泥窑粉尘比电阻与气流温度、气体中水分的关系

通过电场的气流速度越高，则收尘效率越低；反之，收尘效率提高。原因： 　　5）气流速度的影响： 　　通过电场的气流速度越高，则收尘效率越低；反之，收尘效率提高。原因： 　　①气流速度过高时，含尘气流通过电场的时间短，粉尘尚未来得及收下即被气流带出收尘器； 　　 ②粉尘二次飞扬加大，即已被捕集到电极上的粉尘在振落时会被高速气流重新带走。 实验曲线 计算曲线 图9.92　气流速度与收尘效率关系

6）气体湿度：影响电场电压、粉尘比电阻和收尘效率。 　烟气湿度对空气击穿电压的影响：烟气湿度增加，空气击穿电压增高，原因： 　①水分子吸收大量电子，带电变为行动缓慢的负离子，电场空间的电子数目显著减少，电离强度减弱； 　 ②水分子比空气分子质量大，体积大且结构复杂，与自由电子碰撞的机会多，使自由电子在电场中加速的平均自由行程缩短，并在相互碰撞时将电子动能消耗转化为热能，致使碰撞电离难以发展； 　③水汽负离子在电晕区内与正离子结合的机会比快速逸出的电子多，加剧正负电荷的复合，使气体电离减弱，电晕电流减小，空气间隙的耐压强度增加，击穿电压升高。

　电压升高既使电晕放电强烈，且因电场强度增大，使电收尘器在提高电压情况下稳定运行。因此，增大气体的湿含量可以在很大程度上补偿由于气体温度高或气压低造成的气体密度减小和击穿电压降低，收尘效率不高的缺点。 　气体湿度对粉尘比电阻的影响： 　对于粉尘比电阻过高情形，增大气体的湿度使水分子粘附在导电性较差的粉尘上，可降低粉尘的比电阻，抑制反电晕。 　对于粉尘比电阻过小情形，增加湿度时水分子粘附在导电性良好的粉尘上可增大其比电阻值。 　电收尘器在处理含尘气体时都有最低的湿含量要求。如水泥预分解窑尾出预热系统的废气进电收尘器前先经增湿塔增湿即是为了改变粉尘的比电阻以使电收尘器获得最高的收尘效率。

(5) 新型电收尘器 1）超高压宽极距电收尘器 正负极间距400～500mm，2×105V超高压，电晕线直径为一般电收尘的1/10，电晕线附近电位梯度为一般电收尘器的1.5倍。用在比电阻较高的水泥熟料冷却机上，收尘效率达99.9%。 优点：对高比电阻的粉尘收尘效率高，维护检修方便，质量轻，体积小。 2）电场屏蔽式电收尘器 粉尘荷电过程和捕集过程分区进行。荷电部分利用电晕放电使粉尘荷电和凝聚，凝聚至一定尺寸后便随气体流入捕集区。另一方式是在放电极和辅助电极之间断续产生电晕放电，在辅助电极和主电极之间将电晕极放电产生的离子吸引出来，与悬浮粉尘相碰撞使之荷电，然后进入捕集区。 优点：荷电部分体积小，集尘部分在气流方向显著缩短，体型比普通电收尘器小一半。集尘部分无运动部件，结构简单。

9.4.2 　液固分离设备 9.4.2.1 水力旋流器＊ (1) 构造和原理 筒体上部为圆柱形、下部为圆锥体，中间插入溢流管。在筒体上部，沿圆柱切线方向有进料管，圆锥形出口为底流管。 料浆在压力作用下经进料管沿切线方向进入筒体，在筒体中，料浆作旋转运动，其中的固体颗粒在离心力作用下除随料浆一起旋转外，还沿半径方向发生离心沉降，粗颗粒的沉降速度大，很快即到达筒体内壁并沿内壁下落至圆锥部分，最后从底流管排出，称为沉砂。 细颗粒沉降速度小，尚未接近筒壁仍处于筒体中心附近即被后来料浆所排挤，被迫上升至溢流管排出，称为溢流。粗细颗粒分别从底流和溢流中收集，从而实现粗细颗粒的分级。

图9.93　水力旋流器 　1— 溢流管； 2—筒体； 　3—底流管； 　　　4—进料管

　(2) 水力旋流器中料浆的运动 　料浆经进料管沿切线方向进入旋流器后的三种运动： 　绕旋流器中心旋转的切向运动； 　由周边向中心移动的径向运动 　从底流管和溢流管排出的轴向运动。 　料浆运动速度可分解为切向速度、径向速度和轴向速度。 　1）切向速度vt： 　液体的旋转运动称为涡流。按形成涡流的条件不同分为 　①强制涡流：在外力矩的作用下液体整体像刚体一样绕转动中心以一定的角速度旋转； 　 ②自由涡流：具有初速度的理想流体沿切线方向进入圆筒后由于筒壁限制产生旋转运动而形成涡流。 　两种涡流的各点的切向速度vt与其所在位置的圆周半径的关系分别见式（9－46）和（9－47）。

　旋流器的工作情况接近于自由涡流，因此，越靠近旋流器的中心，料浆中液体的切向速度越大。由于液体的动压头与静压头之和在任一半径上都近似相等，当动压头随半径的减小而增大时，静压头必然减小，因此，越靠近旋流器的中心，液体的压力越小。在旋流器的中心附近，液体的切向速度以及相应的离心力非常之大以致使此处的液体发生破裂，在中心处形成一空气柱。空气柱的圆柱形表面应看作是在离心力作用下液体的自由表面，而溢流可看作是经溢流堰流出来的，溢流堰的顶即是溢流管的管壁，这同液体从沉淀池的溢流挡板上流出的情况相似，所不同的是，在旋流器中用离心力代替了重力。 　空气柱在液体的带动下产生旋转运动而形成涡流，显然，这种涡流属于强制涡流。

切向速度随半径减小而增大，在接近溢流管半径处达到最大值，随后急剧减小。 　　切向速度随半径减小而增大，在接近溢流管半径处达到最大值，随后急剧减小。 　　原因： 　　随着切向速度的不断增大，至中心附近时，液体的能量已消耗很多，须靠外层液体的作用方能保持转动，即从自由涡流转变为强制涡流，这样，随着半径的减小，切向速度也降低。 图9.94 旋流器内的切向速度

　2）径向速度vr：假设在同一半径处液体以相同的速度由周边向中心运动，则有 式中，vr—半径r处液体的径向速度； Q—液体的流量，近似等于料浆的流量，即旋流器的生产能力； h—旋流器半径为r处的圆柱面高度。 由几何关系可知 　　　　　h= 　　（8—77） 式中，R，H1—旋流器圆柱形筒体的半径和高度； α—锥形筒体的锥角。 所以有 vr= 　　　　　　　　　（9—78）

上式表明，径向速度随半径的减小开始时降低，在r=0.5R处达到最小，随后又重新增大。 　　但实际上，旋流器中有轴向速度存在，径向速度的分布并不完全符合上式，在同一半径的不同高度处，径向速度是不同的，在下部，径向速度较大，而在高于溢流管进口的上部，由于轴向速度引起的循环流动，径向速度甚至出现负值，即液体沿半径向远心方向运动。 图9.95　旋流器内的径向速度 1—空气柱；2—溢流管；3—筒体

　　3）轴向速度： 　　轴向速度随半径的减小而增大，在某一中间位置上，轴向速度的方向由向下变为向上，即速度的符号由负变为正。在此位置上，轴向速度等于零。实验表明，将轴向速度为零的各点连成的曲面是一个与圆锥形筒体近似平行的圆锥面。显然，锥面上各点液体的轴向速度均为零，在锥面以内的液体应向上运动，从溢流管排出，而在锥面以外的液体则向下运动，最后经底流管排出。 1—空气柱； 2—溢流管； 3—筒体 图9.96旋流器内的轴向速度

(3) 旋流器中固体颗粒的运动 固体颗粒三种运动：切向运动、径向运动和轴向运动。切向运动和轴向运动速度及分布与液体相同，只有径向运动不同。 固体颗粒的径向运动由液体的径向运动及颗粒在离心力作用下沿半径朝远心方向的沉降运动而合成。作用于颗粒的离心力随颗粒所在位置的半径增大而减小，液体的径向速度则随半径增大而增大。离心力随半径的变化较大而液体径向速度的变化较小，因而在离心力较小的周边留下粗颗粒，细颗粒被液体径向流动带至半径较小处，此处，颗粒的沉降速度与液体的径向速度大致相等，方向相反。因此，最粗的颗粒靠近器壁积聚，较细的颗粒则离开器壁并按粒度不同相应分布在不同半径处。 密度大的颗粒集中在近器壁处，密度小的分布在中心附近。 由于轴向运动，分布在轴向速度为零的锥面以外的颗粒将下行至底流管而成为沉砂，锥面内的颗粒作为溢流从溢流管排出。

(4) 主要参数 1）生产能力： 对于锥角为200的水力旋流器，其生产能力为 Q=29.7did0 (m3/h) （9—79） 式中，di—溢流管直径，m； 　　d0—进料管与溢流管中料浆的压力差，Pa。 进料管的当量直径：与进料口截面积相等的圆的直径。 设进料口的截面积为F，则有 F=　 di2 　　（9—80） 对于锥角不是200的旋流器，应乘以校正系数 k=0.81/α2 　（9—81）

　2）临界分离粒径： 　　　　　 dc= 　　　　（9—82） 　若在半径为r，高度为h的圆柱面上，液体轴向速度为零，则凡大于dc的颗粒均成为沉砂，小于dc的颗粒进入溢流，粒径等于dc的颗粒为旋流器的临界分离粒径。 通常以位于半径等于溢流管半径处的颗粒作为临界粒径，同时考虑到实际上在旋流器底部液体的径向速度较大，以致有些较粗颗粒可能进入溢流，因此一般取h为锥筒高度H2的2/3。 旋液器底流管的直径比其本身的直径小得多，锥筒高度可近似表示为 　　　　　H2= 若取H=2H2/3，则有 　　　　　H= （9—83）

将上述有关各式整理得自由沉降条件下的临界分离粒径为 　　　　　　　　　　　　　　　(m) （9—84） 式中，μ—液体的粘度，Pa.s； Δp—进料管与溢流管中液体的压力差，Pa； ρp—颗粒的密度，kg/m3； ρ—液体的密度，kg/m3。 对于锥角为200的旋流器，水的粘度以1.005×10-3Pa.s计，上式则可写成 dc=26.4 　　　　　　　　(m) （9—85） 应该指出，实际上溢流中还有约5%的颗粒的粒径大于计算值，其中最粗的可达计算值的1.5～2倍。

　进口压力对其生产能力和临界分离粒径有较大影响。 　进口压力增大，则生产能力增大，分离粒径减小。 　但随着进口压力的增大，动力消耗增加很多，会加剧旋流器的磨损。实际上，通过增大进口压力的方法来满足生产能力和分离粒径的要求是不经济的。 　根据分离粒径的大小不同，进口压力一般为30～200kPa。 　为获得良好的分离效果，最重要的是保持稳定的进口压力。进口压力的波动会引起分离效率的降低，在沉砂中会混入大量的细小颗粒，进口压力越低，压力波动的影响越大。

　3）直径：水力旋流器的直径与生产能力、分离粒径有关。大直径旋流器溢流中的颗粒相对较粗，若要求获得细颗粒溢流，应采用小直径旋流器。此种情况下，为满足生产能力的需要，可将几个旋流器并联使用。 　细粒物料分级的旋流器直径为50～100mm。水力旋流器直筒高度一般为其直径的0.5～1.5倍。 　4）溢流管直径：一般取旋流器直径的0.2～0.4倍。溢流管插入深度会影响其溢流粒度。插入深度增大，溢流粒度变细，但插入深度以直筒的下部边缘为界，若超过下部边缘，反会使溢流变粗。 　5）底流管直径：为溢流管直径的0.2～0.7倍。 　进料管的当量直径：可在下述范围内选取： 　　　　 0.5d0＜di＜d0

　　6）锥角： 　　合适的锥角为200左右。对于浓度较小的料浆，为了获得细粒溢流可用较小的锥角。 水力旋器的优点： 结构简单，无运动部件，操作强度大，造价低，维修方便，分级效率较高。

9.4.2.2 压滤机 常用脱水设备之一 脱水：将料浆中水分除去的操作，实际上就是液―固分离过程。常用脱水设备之一。 (1)过滤操作的基本原理 利用具有大量毛细孔的材料作介质，在压力作用下，使料浆中的水分自毛细孔通过，将固体物料截留在介质上，从而将料浆中的水分除去。 滤浆 滤饼 过滤介质 滤液 图9.97　过滤操作

　滤浆：需要过滤的料浆； 　滤液：通过过滤介质的清水； 　滤饼：截留在过滤介质上的含少量水分的固体物料； 　过滤介质：多孔材料（滤布）—各种不同纤维编织的布。 　过滤的推动力：压力差，过滤阻力：滤液通过过滤介质及其上面的滤饼时的阻力。 　过滤开始时，滤饼尚未形成，过滤阻力即是介质阻力，随着过滤操作的进行，滤饼逐渐形成，过滤阻力也随之增大。 　过滤速度：单位时间通过单位过滤面积滤出的滤液体积，以w表示 w= （9-87） 式中，w—过滤速度，m/s； V—滤液体积，m3； 　　　 F—过滤面积，m2； t—过滤时间，s。

　过滤速度取决于滤液通过过滤介质和滤饼的速度。过滤介质和滤饼中的通道很小，滤液在这些通道内的流态属层流。液体在通道中作层流流动时，对一条通道而言，在dt时间内通过的液体体积 　设：单位过滤面积的通道数目为n，通道的半径和长度的平均值分别为r和l，则从这些通道滤出的液体体积为 dV= （9-88） 过滤速度 　　　w=

　因通道是弯曲的，令h为过滤介质的厚度，α为考虑通道弯曲程度的校正系数，即l=αh，则过滤速度 w= （9-89） 可见，过滤速度w与压力差Δp成正比，与8μαh/πr4n成反比，前者为过滤推动力，后者为过滤阻力。令ρ=8α/πr4n称为过滤介质的比阻，上式写成 w= （9-90） 　实际上，滤液同时通过滤布和滤饼，以下标1、2分别表示滤布和滤饼各量，因滤饼与滤布串联，过滤面积相等，同一时间内通过滤布和滤饼的滤液体积相等，故二者过滤速度相等。

因此 w= 　　　　　　　 （9-91） 　式中，ΔP1和ΔP2—滤布和滤饼两侧的压力差，总压差 总压差 ΔP=ΔP1+ΔP2=wμ(ρ1h1+ρ2h2) （9-92） 所以，过滤速度为 　　　　　　　　　　　（9-93） 过滤的基本方程式 过滤操作的二种典型方式： 　恒压过滤：过滤过程中压力差保持不变； 　恒速过滤：过滤过程中过滤速度保持不变。

恒压过滤方程式：令 v=V/F，推导得 v2 + 2 　　　　　　（9-94） 或 v2 + 2Cv=Kt （9-95） 式中，C=　　, K=　　　称为过滤系数，由试验确定。 恒速过滤方程式：过滤速度保持恒定，即 w= 　　=常数。积分得 v = wt （9-96）

(2) 厢式压滤机的构造和工作原理 组成：许多块形状相等的滤板、机架、前座、横梁、活动顶板、固定顶板和压紧装置。 滤板形状：圆形和方形两种，材质：灰口铁、球墨铸铁、钢铁芯子外面包覆橡胶或树脂、铝合金及工程塑料等。滤板两边边缘凸起，中间凹入，中心处有一圆孔作为进浆口。在凹进去的表面上有许多沟槽，这些沟槽称为排水槽。排水槽与滤板下部的滤液出口相通。排水槽的形状有同心圆、螺旋线和直线网格状等多种。用铸铁或铝合金制造的滤板在其一面的凸缘上有放置密封件的环形槽，槽内嵌入橡胶垫圈。工程塑料滤板在凸缘上一般不设置密封槽。作为滤布托板的铝质筛板和滤布贴于滤板的两面，中间用铜质空心螺栓夹紧在进浆口上。

活动顶板 固定顶板 锁紧手轮 接点压力表 电气箱 滤板 旋塞 横梁 油缸 油箱 机架 图9.98　厢式压滤机

　　活动顶板和固定顶板实际上相当于单面滤板，又称活动堵头和固定堵头。固定顶板中心有进浆口，用管子与料浆泵相联。活动顶板中心无孔，直接承受压紧装置的作用力。 图9.99滤板组装图 1—滤板； 2—滤布； 3—滤布垫板； 4—空心螺栓； 5—橡胶垫圈

　　横梁—支承滤板和滤饼重量，并承受压紧和过滤时的拉力作用，应有足够的强度和刚度。横梁截面形状：圆形和矩形，后者的抗弯刚度较好，应用广泛。 　压滤过程：首先将装好滤布的滤板全部放置在机架的横梁上，然后用压紧装置压紧，这样在每两块滤板之间构成了一个个滤室。滤浆用泵送入，经由固定顶板的进浆口后分别进入每个滤室。在压力作用下，滤液通过滤布、筛板和滤板上的排水槽，最后汇于滤液出口流出。固体物料由于滤布的阻拦而在滤室中形成滤饼。当滤室中充满滤饼、滤液流出速度很慢时即可停止送浆。排除余浆，松开滤板取出滤饼，然后装好使用。 　　在过滤过程中，如发现某一滤液出口流出的滤液混浊不清，则说明该处滤布安装不好或有破损，应将该出口关闭，以免损失滤浆。

(3) 操作制度 恒压过滤：开始时过滤速度很大，需配用大流量料浆泵，同时，由于滤布表面还没有料饼生成，往往因为滤浆来势过猛，固体颗粒会塞进滤布毛细孔中，接着又会在滤布表面形成较致密的初期料饼，这些都会使过滤阻力增大，给后来的过滤操作带来困难。 在过滤开始阶段，常用恒速过滤，随着过滤操作的进行，滤饼逐渐增厚，阻力随之增大，过滤的压力差也不断增大。 当压力差增大至预定数值时，过程转入恒压过滤，直至过滤操作结束为止。 两阶段过滤操作：先恒速过滤后恒压过滤。

恒速过滤阶段，过滤速度不变，即v/t为常数，图中以直线OA表示；恒压过滤阶段，由式（9—95）可知，过程沿抛物线AB进行。 压滤机间歇工作，每个工作循环包括装机、过滤、拆机和取出滤饼等操作，工作周期等于过滤时间和辅助操作时间之和。 辅助操作时间 图9.100 两阶段过滤操作滤液体积与过滤时间的关系

　压滤机生产能力： 　　　　　　　　　　　　　　　　(m3/h) （9-97） 式中，v—在一个工作循环中单位过滤面积滤出的滤液体积, m3/m2； A—过滤机有效过滤面积,m2； t—过滤时间，min；ts—辅助操作时间，s。 　欲使生产能力最大，可过S点作曲线OB的切线，切点为D，则切线SD为从S点向曲线上各点所作连线中斜率最大的一条直线。如以D为过滤终点，压滤机有最大生产能力。 　生产能力的图解法： 　在图9.100中，若在原点左边的t轴上取一点S，使OS等于辅助操作时间ts，设过滤操作的终点为B，联结SB，则直线SB的斜率即为以B为过滤终点的生产能力。

　　注意：压滤机生产能力最大的操作制度，往往过滤时间短、辅助操作频繁。辅助操作需要耗费较多的劳动力和材料，因此，生产费用较高，压滤机在这种操作制度下工作，经济性并不是最好的。 　　为了降低生产费用，应使压滤机在生产能力接近最大、辅助操作次数较少的制度下工作。 　　实践证明，当滤布阻力很小时，恒压过滤时间为辅助操作时间的5～6倍时，压滤机的经济性最好。

（4）压紧力 在滤板与滤板的接合面四周装有橡胶垫圈，在压紧力的作用下，垫圈中产生应力，发生变形，将接合面上凹凸不平之处填满，起到密封作用，以防止滤浆泄漏。一般地，只要垫圈中的压应力等于过滤压力，就能保持接合面良好的密封性。 压紧装置的压紧力计算式：W=W1 +W2 （N） 或 W=fΔP+FΔP （N） （9-98） 式中，W1—预压力，N； W2—克服滤浆压力所需的压紧力，N； ΔP—过滤压力，Pa；f—垫圈面积，m2； F—垫圈内孔面积，等于每个滤室单面的过滤面积，m2。

（5）压紧装置 厢式压滤机压紧装置的种类：螺旋式和液压式。 螺旋式压紧装置：手动和机动。 手动螺旋压紧装置：靠人力操作，劳动强度大，工作速度低，现已很少使用。 机动螺旋压紧装置： 主要组成：电动机、减速装置、螺母和螺杆。 构造：螺母固定在前座上，中间装有螺杆，螺杆上有一长键槽，大齿轮用滑键套装在螺杆上。当电动机通过三角胶带（三角带轮3和2）和小齿轮带动大齿轮旋转时，螺杆随之转动并前进或后退，从而可压紧或松开滤板。

　图9.101 机动螺旋压紧装置 1—螺杆；2—大带轮；3—小带轮；4—电动机；5—小齿轮；6—大齿轮；7—前座；8—螺母；9—键；10—滤板；11—压环

　　液压压紧装置：半自动和全自动。 　　半自动液压压紧装置的构造及工作工作原理： 　　油缸固定在前座上，大活塞杆制成丝杆并套入带螺母的锁紧手轮。 　　滤板装好后，启动油泵，压力油经手动换向阀中位流回油箱；油泵卸荷待油运转平稳后，将手动换向阀的操纵手柄推至前进位置，压力油经换向阀进入油缸。在压力油的作用下，大活塞7连同大活塞杆将滤板压紧。 　　当油压达到额定数值时，油泵电动机自动停止运转，转动手轮，用锁紧手轮把大活塞杆锁紧在前座上，压紧工作即告结束。 　　此时，应将换向阀操纵手柄退回中间位置，为油泵的再次启动作准备。

　　　　　　　　　图9.102 　半自动液压压紧装置 1－活动顶板；2－锁紧手轮；3－大活塞杆；4－前座；5－小活塞杆；6－缸套；7－大活塞；8－油缸；9－电接点压力表；10－后端盘；11－行程开关

　过滤完毕后，为把锁紧手轮旋松，需再次启动油泵。油泵运转平稳后，将操纵手柄推至前进位置，待大活塞杆稍稍前进时，转动手轮，让锁紧手轮退离前座，然后将操纵手柄退回中间位置。松开锁紧手轮后，启动油泵，把操纵手柄扳至后退位置，此时压力油经小活塞杆的空腔进入大活塞杆的空腔。在压力油作用下，大活塞杆带动活动顶板后退，当锁紧手轮碰到前座下面的行程开关时，电动机停止运转。停机后，将操纵手柄推至换向阀的中间位置，即可逐块拖开滤板，卸下滤饼。 　在半自动液压压紧装置中，工作油缸只需提供密封所需的预压力而不承受滤浆的作用，滤浆的压力是由锁紧螺母支承的，因此，工作油缸及整个液压回路的载荷较轻。 缺点：还需要少量的手工操作。

　　为缩短过滤时间，提高产量，应尽量减小滤浆含水量。 　　将滤浆加热可降低水的粘度，并使部分空气从滤浆中排出，防止在滤布和滤饼中析出气泡，这样可减小过滤阻力，加快过滤速度，缩短过滤时间。 　为便于操作，滤浆温度一般不应超过60℃。 　　过滤时间通常为30～60min。

厢式过滤机的规格和主要技术性能 表9.14 型 号 滤 板 过滤面积/m2 最高过滤压力 /MPa 生产能力/kg泥饼/次 外 形 尺 寸 厢式过滤机的规格和主要技术性能 表9.14 型 号 滤 板 过滤面积/m2 最高过滤压力 /MPa 生产能力/kg泥饼/次 外 形 尺 寸 长×宽×高/mm 设备质量/kg 直径mm 数量 /块 TCLJ360A 400 25 5 1.2 70 2200×580×860 900 TCLTф400/25 440 6.5 0.8 100 1780×620×880 1400 YLф600A 610 40 18 1 460 4126×845×1020 4320 TCYL650 720 60 2 850 5360×1160×1170 9000 BMY730 730 50 30 800～1000 4350×970×1240 6000 ф800A 800 43.3 1.6 850～1100 4580×1260×1000 5100 YL-ф800 80 68.7 2000 7190×1100×1277 10000

9.4.2.3 喷雾干燥器（塔） 20世纪50～60年代开始用于陶瓷工业中的面砖粉料制备。 喷雾干燥法脱水的优点： 使操作过程自动化、连续化，减少操作人员。同时，泥料质量稳定，操作可靠。 缺点： 由于喷雾干燥是用物理方法脱水，需要供给热量以蒸发水分；另外，设备较复杂和庞大。 大规模工业生产，尤其生产干压粉料，较经济。 种类：离心式雾化器喷雾干燥器、喷嘴式雾化器喷雾干燥器

入口为何朝下？

（1）构造和工作原理 离心雾化器喷雾干燥器： 构造：上部：圆柱形、下部：圆锥形圆筒。筒顶设进气管和热空气分配器，底部：粉料出口。出口上方高排气管，排气管与旋风分离器和袋式收尘器（或其它收尘器）相联，筒体中间装有泥浆雾化器。 工作原理：泥浆经管道、高位槽送入，在雾化器中，泥浆被分散成细小液滴，热空气从顶上经进气管和热空气分配器进入塔内，当热空气与液滴相遇时，彼此产生强烈的热量和质量传递，液滴中水分迅速蒸发，成为干燥粉料，最后沉降至筒体底部，从粉料出口排出。 带少量细粉的干燥尾气经旋风分离器等收尘设备将其中的细粉收集后排入大气。系统负压下操作，可防止粉尘外逸。

　　喷嘴式雾化器喷雾干燥器： 工作原理与上述基本相同（略）。

（2）雾化器 先将液态料浆雾化，形成平均直径为几十至几百微米的液滴是喷雾干燥的重要环节之一。 雾化器：能够将液态料浆分散成细小液滴的雾化装置。 常用雾化器的种类： 压力喷嘴式雾化器、空气雾化器和离心雾化器。 压力喷嘴雾化器： 用压力泵在较高压力（通常为2MPa左右）下将料浆沿切线方向送入雾化器，在雾化器的旋流室中，料浆产生强烈的旋转运动，然后从喷嘴高速喷出，喷出的料浆在空气中由于摩擦作用而被撕裂成若干细小的液滴。

雾化器座 图9-104 压盖 压力喷嘴式雾化器 导流板 切向槽板 喷嘴

　　空气雾化器： 利用压缩空气在喷嘴出口处吹散料浆使之成为细小的液滴。空气雾化器给料压力很低，但需压缩空气作雾化用。由于需供给较多压缩空气作为雾化介质，因而能量消耗较大（35～70kwh/t料浆），很少采用。

　　离心雾化器：料浆流入高速旋转的雾化盘中，在离心力作用下从雾化盘中高速度甩出，与空气摩擦分裂成液滴。料浆离开雾化盘时形成的液滴沿水平方向散开，为防止液滴碰到干燥器壁而粘在上面，干燥器须有足够大的直径。离心雾化器的给料压力低。

1）离心雾化器： a. 雾化机理 料浆被送到高速旋转的雾化盘后，在离心力等外力作用下被拉成薄膜，同时速度不断增大，最后从盘边缘甩出而成为液滴。 从雾化盘甩出的料浆受离心力和空气摩擦力的作用而雾化： 。 料浆流量小、雾化盘转速低时，料浆在盘边缘隆起成半球形，球直径取决于离心力及料浆粘度和表面张力。离心力超过料浆表面张力时，盘边各料浆球直接甩出成雾状液滴，雾滴中含有大量大颗粒液滴。 料浆流量增大、雾化盘转速增高时，盘边上半球形料浆被拉成许多液丝。

滴状雾化 丝状雾化 膜状雾化 　　　　图9-108 离心雾化器的雾化过程

　　随料浆流量增大，盘边液丝数目增多，但至一定流量后，液丝只是直径变大，数目不再增多。在离心力和空气摩擦力作用下，液丝不稳定，在伸延到离盘边不远处即迅速断裂，成为雾状微液滴和许多球形小液滴。料浆粘度和表面张力越大，液滴直径越大，粗粒液滴比例也越大。 　　料浆流量继续增大时，液丝的数目和直径均不再增加，液丝间互相溶合成为连续的液膜，液膜由盘边延伸到一定距离后破裂，分散成直径分布较广的液滴。 　　若雾化盘转速继续提高，液膜延伸的距离缩短，料浆高速甩出，在盘边附近即与空气强烈摩擦而分裂成雾状液滴。

　b. 结构型式 　雾化盘的结构型式： 　料浆流量不大时，可采用碟形或倒杯型结构。在这种雾化盘中，由于料浆在盘上的滑动较大，料浆不能得到高的速度，产生的液滴较粗，但较均匀。在流量大、转速高的操作条件下，为了减小盘面上料浆的滑动，可在盘面上作出径向浅槽或装上辐射状的径向叶片，这样会使液滴变小，但同时也增大雾化的不均匀性。 　生产能力较大时，合理选择雾化器的结构型式是很重要的。目前常用的型式是在盘上开浅槽或装设喷孔，有时还有采用多层喷孔，以满足大产量的要求。多层孔的结构可保证在喷炬直径不大的条件下增大雾化料浆的数量。

c. 转速 料浆进入高速旋转的雾化盘时，由于料浆与盘面间的摩擦作用，料浆被带动一起作旋转运动。同时，料浆在离心力的作用下从盘中心移向边缘，因此，料浆离开雾化盘时，其绝对速度为切向速度与径向速度的矢量和。对于工业生产实际的雾化盘，料浆径向速度远小于切向速度，故可认为：料浆离开雾化盘时的绝对速度近似等于其切向速度。 　 对于盘面上有浅槽或叶片的雾化盘，由于浅槽和叶片阻止了料浆的滑动，故料浆的切向速度等于雾化盘的圆周速度。对于平滑的雾化盘，由于料浆在盘面上的滑动，切向速度小于雾化盘的圆周速度。浅槽或叶片随着料浆流量的增大而增大，随料浆粘度和雾化盘直径的增大而减小。

　雾化盘转速影响液滴大小和均匀性。实践证明，当雾化盘的圆周速度较小时（＜50m/s），产生的液滴很不均匀，喷炬主要由粗液滴和靠近盘边的细液滴所能组成。液滴的均匀性随转速的增大而增大，当圆周速度达60m/s时，不会出现不均匀现象。所以，设计时圆周速度的最小值为60m/s。通常雾化盘的圆周速度为90～140m/s。 　d. 液滴喷炬的直径 　液滴从雾化盘甩出后，在干燥塔的横截面上形成喷炬。液滴喷炬大小对于确定干燥塔直径具有重要意义。若塔径太大，则造价增加，塔容积不能有效利用，造成浪费；反之，若塔径太小，则液滴在尚未干燥前就碰到塔壁，造成物料粘壁，影响设备的正常运行和产品质量。

液滴喷炬的直径与雾化盘的构造、进料量以及塔内热空气分配器的结构和安装位置等有关，其中雾化盘直径、转速和进料量对喷炬直径的影响可用下面的经验公式计算： 　　　　　　　　　　　　　　 　　　(m) (9-99) 式中，Rmax—99%的液滴沉降至离雾化盘0.91m处的喷炬半径，m； d—雾化盘直径，m； G—进料量，kg/h； n—雾化盘转速，r/min。

e. 雾化盘所需要的功率 雾化盘需要的功率包括消耗于料浆雾化所需的功率和克服空气摩擦力所需的功率。设料浆离开雾化盘时的切向速度等于雾化盘的圆周速度，雾化盘的效率为0.5，则消耗于料浆雾化的功率为 Nk=7.6Gn2d2×10-10 (kw) (9-100) 式中各符号意义如前相同。 消耗于克服空气摩擦力的功率： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (kw) (9-101) 式中，u—雾化盘的圆周速度，m/s； v—空气的比容，m3/kg。

　f.离心雾化器的技术要求 　离心雾化器的转速很高，为了防止振动，雾化器应有平衡要求。 　转动零部件的平衡等级用平衡精度来表示。平衡精度相当于其质心的线速度，用下式表示： A=eω (mm/s) (9-102) 式中，e—转动零部件的偏心距，mm； 　为了保证离心雾化器运转平稳，雾化器的推荐平衡等级为G6.3，其意义是平衡精度的许用值为6.3mm/s。为避免动不平衡对雾化器运转的影响，雾化盘的直径D与长度L之比应大于或等于5。

　 离心雾化器的雾化盘与轴组成了一个弹性系统，系统的力学模型如图9.109所示。由机械振动学知，系统的各阶临界转速： 　　　　　　　　　　　　（r/min） (9-103) 式中，nck—系统的κ阶临界转速，r/min； λ—与μ有关的系数，由表9.15查得； E—轴的弹性模量，Pa； J—轴的截面惯性矩，m4； L—轴的长度，m； W—轴的质量，kg； W0—雾化盘的质量，kg； κ—临界转速的阶数，κ=1,2,…… β=（1-μ）2λ2

图9.109　 离心雾化器的力学模型

工作转速低于一阶临界转速nc1的轴，n ＜ nc1； 工作转速高于nc1而低于nc2的轴，1.4nc1 ＜ n ＜ 0.7nc2。其余类推。 λ与μ的关系 表9.15 μ 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 λ 8.72 9.98 11.5 13.1 14.6 15.1 14.4 13.3 12.1 10.9 9.87 工作转速低于一阶临界转速nc1的轴，n ＜ nc1； 工作转速高于nc1而低于nc2的轴，1.4nc1 ＜ n ＜ 0.7nc2。其余类推。 对于高于一阶临界转速的轴，在启动和停机过程中要通过共振区，因此，需要从结构上采取保证顺利通过共振区的措施，如在适当位置加装一档间隙较大的滑动轴承，可以防止通过共振区时产生大振幅振动。

高速运转的离心雾化器轴承的润滑非常重要！一般应采用压力润滑，在润滑油的循环回路中要装设过滤器和冷却装置，以保证润滑油的清洁和防止油温过高。 雾化盘承受料浆的强烈磨蚀作用，极易损坏。有关资料介绍，内部衬以耐磨橡胶的雾化盘比铁质的耐磨，使用寿命可达200h以上，盘内衬以烧结氧化铝片和采用内伸喷嘴时，使用寿命更长。 离心雾化器是精密的高速设备，造价较高，装拆时不允许用手锤敲打，以免影响精度和造成损坏。

2）压力喷嘴式雾化器 一种旋转型压力喷嘴，又称压力喷嘴。 主要组成：旋流室和喷嘴。 结构和工作原理：沿旋流室周边切线方向开有2～6条切向槽，料浆泵以较高压力沿切向槽送入旋流室，在旋流室中，料浆高速旋转形成近似的自由涡流，因而愈靠近中心，流速愈大而压力愈小，使得在喷嘴的中心附近料浆破裂形成一根压力等于大气压力的空气柱，料浆在喷嘴内壁与空气柱之间的环形截面中以薄膜的形式喷出。 喷出后，随着薄膜的伸长、变薄，拉成细丝，最后细丝断裂面成为液滴。　 从喷嘴出来的液滴喷炬的形状近似为一个空心圆锥，其锥角称为雾化角。

a. 料浆的流量 喷嘴出口处的料浆流速可用下面的水力学中液体从喷嘴流出的公式计算： 　　　　　　　　　　　　　　(9-104) 式中，w—喷嘴出口处料浆的流速，m/s； —喷嘴的速度系数，可近似地取  = 1； ΔP—雾化器进出口处料浆的压力差，Pa； —料浆的密度，kg/m3。 则料浆的流量为 　　　　　　　　　　(m3/s) (9-105) 式中，μ—喷嘴的流量系数，其大小与喷嘴的几何特性参数有关，μ=0.2～0.8； A—喷嘴的横截面积，m2。

　b. 雾化角 　料浆从喷嘴喷出的速度w可分解为轴向速度wa和切向速度wt，雾化角θ： 　　　　　　　　　　　　　　(9-106) 　c. 雾化压力 　雾化压力高则料浆流速快，液滴直径随压力增大而减小。同时，压力增大，液滴趋于均匀。在中等压力（＜2MPa）下，近似认为液滴直径与雾化压力的0.3次方成反比。但压力很高时，继续提高压力，液滴直径不再减小，因液滴离开喷嘴后互相剧烈碰撞，小液滴反而溶合成大液滴，使液滴直径增大。 　对于一定型式和大小的喷嘴，雾化压力对空气柱直径基本无影响。常用的雾化压力为2～3MPa。

　d. 需要功率 　机械雾化器所需的功率为 　　　　Nk = QΔP/1000 （kw） (9-107) 式中，Q—料浆的流量，m3/s； ΔP—雾化压力，Pa。 　e. 雾化器的几何尺寸 　喷嘴直径d：雾化器产生的液滴直径与喷嘴的直径有关，在其它条件相同的情况下，喷嘴直径越大，液滴直径也越大。为了得到较细的液滴，喷嘴直径不宜过大，但喷嘴直径过小时，易发生堵塞。喷嘴直径通常为1.5～2.5mm。 喷孔长度L：喷孔长度增加时，会增大料浆的流动阻力，一般取L/d = 0.5～1.0。

切向槽宽度b：切向槽宽度大，则旋流室中自由涡流的平均速度小，料浆流线紊乱，雾化质量较差；宽度小时，易堵塞，阻力也大。通常可按b = (0 切向槽宽度b：切向槽宽度大，则旋流室中自由涡流的平均速度小，料浆流线紊乱，雾化质量较差；宽度小时，易堵塞，阻力也大。通常可按b = (0.5～1.0)d选取。 切向槽深度h：切向槽深度小，则阻力大；浓度大时，流线紊乱，影响雾化质量。一般取h/b = 1.3～3。 切向槽长度L：切向槽长度太大时，料浆流动阻力大；太小时，料浆入旋流室后流线紊乱，雾化效果不好。取L/d =3左右。 切向槽数目n：切向槽数目过多时，由于加工时分度不均匀和角度有偏差，会使料浆不能在旋流室中均匀旋转，影响雾化质量。n = 2～6。 旋流室直径d0：旋流室形状有圆柱形和圆锥形两种，前者应用较普遍。旋流室直径与切向槽宽度比：d0/b = 9～10。

喷雾干燥器的规格和主要技术性能 表9.16 型 号 干 燥 塔 尺 寸 压强/MPa 含水量/% 粉料含水量/% 进气温度/℃ 排气温度/℃ 喷雾干燥器的规格和主要技术性能 表9.16 型 号 干 燥 塔 尺 寸 压强/MPa 含水量/% 粉料含水量/% 进气温度/℃ 排气温度/℃ 单位热耗/kJ/kg水 蒸发率/kg水/h 内径/mm 高 度（mm） 容积/m3 圆柱 圆锥 TCIP 100 2000 6000 1700 20 2   35 ～ 55 1 8 450 550 85 4400～4610 150 2200 1900 4190～4400 300 2500 6600 80 3980～4190 500 4000 3000 90 3770～3980 1000 5500 7000 3500 180 3560～3770 1500 4800 240 3440～3600 6500 3400～3560 5800 350 3350～3560 3200 7500 410 3270～3350  

离心雾化器与压力喷嘴雾化器的性能对比 表9.17 项 目 离 心 雾 化 器 压 力 喷 嘴 雾 化 器 干燥塔直径 大 小 干燥塔高度 离心雾化器与压力喷嘴雾化器的性能对比 表9.17 项 目 离 心 雾 化 器 压 力 喷 嘴 雾 化 器 干燥塔直径 大 小 干燥塔高度 供料压力 低 高 产品粒度 较小 较大 产品容积密度 产品温度 较低，低于干燥尾气温度 较高高于干燥尾气温度 生产能力 操作弹性 操作可靠性 较好 较差，喷嘴易磨损和堵塞  

3）干燥塔的结构尺寸 干燥塔的几何形状：上部圆柱形，下部为锥角为600的圆锥形。 塔外壳由普通钢板制成，内部为耐热、耐腐蚀材料制作的内筒，外壳与内筒之间充以矿渣棉或珍珠岩保温材料。 塔的直径应大于液滴喷炬的最大直径，以防止物料粘壁。塔内空气流速：0.2～0.5m/s。 塔高度应保证液滴与热空气有足够的接触时间，使之成为含水量合乎要求的产品。 假定液滴在塔内的停留时间等于热空气在塔内的平均停留时间。热空气在塔内的平均停留时间为 t = V/Q (s) (9-108) 式中，Q—排气状态的热空气的流量，m3； 　　　V—塔的有效容积，m3/s。

图9.110干燥塔容积的计算

　热空气在塔内的停留时间应大于液滴干燥所需时间。根据产品的性质和液滴大小的不同，设计时可取t = 8～15s。 如图9.110所示，干燥塔圆锥部分的高度 　　　　　　　　　　　　　　　　　 (9-109) 容积： 　　　　　　　　　　　　　　　(9-110) 　排气管一般设于出口上部，热空气并未通过塔的全部容积就已进入排气管，塔容积未全部利用，有效容积V1： 　　　 V1 = ηvV1’ (9-111) 式中，ηv为干燥塔的容积利用系数，随排气管的装设情况而定，计算时可取ηv = 0.5～0.8。

采用离心雾化器的干燥塔，圆柱部分的实际高度要适当增大；采用压力喷嘴式雾化器的干燥塔，塔的高度应大于喷炬长度，以防物料粘壁。 　圆柱形部分的有效容积V2 为 　　　　　　　　　　　V2 = V―V1 　有效高度h为 　　　　　　　　　　　　　　　　 (9-112) 　采用离心雾化器的干燥塔，圆柱部分的实际高度要适当增大；采用压力喷嘴式雾化器的干燥塔，塔的高度应大于喷炬长度，以防物料粘壁。 　干燥塔容积的确定：根据干燥塔中蒸发强度经验值计算。 　蒸发强度：干燥塔内单位容积单位时间内蒸发的水分。干燥塔的蒸发强度随进气温度的增高而增大，见表 9.18。 　　　　V = Gw/A (m3) 　　　　　　　　　　 (9-113) 式中，Gw—蒸发率，kg水/h； 　　　A—蒸发强度，kg 水/h·m3。  

干燥塔的蒸发强度 表9.18 进气温度/℃ 蒸发强度/kg/h·m3 130～150 2～4 300～400 8～12 500～700 干燥塔的蒸发强度 表9.18 进气温度/℃ 蒸发强度/kg/h·m3 130～150 2～4 300～400 8～12 500～700 15～25

　4）热空气分配器 　离心喷雾干燥器中热空气分配器的设计应注意： 　a．分配器应向液滴喷炬的根部送入热空气。优点：温度最高的热空气与含水量最大的液滴相遇，水分急剧蒸发，干燥速度快；热气流调节了喷炬的形状和尺寸，使物料迅速转为向下运动，不易发生物料粘壁现象；热空气与物料混合较均匀。 　b. 热空气要均匀地送入塔内，防止造成涡流。为此，在进口处可考虑装设导流板。 　c. 热空气最好以轻度旋转进入塔内，这样可减少气流与喷炬相碰撞而产生扰动和造成旋涡，从而减少物料粘结在塔顶的现象发生。 　d. 热空气不要沿径向或切向送入塔内。

　5） 排气管的装设型式 　排气管的装设型式：中心排气，环状排气。 　中心排气： 　排气管深入锥底，进口处空气中粉料含量高，气流速度高，故排气中夹带较多的粉尘，但由于排气管的进口向下，位置很低，对塔内空气流动的影响较小，塔容积利用率也较高。 　环状排气： 　空气经塔底的环形出口进入排气管，空气速度较低，夹带粉尘较少，但塔的容积利用率较低。 　选择何种排气型式应根据产品性质及设置在干燥塔后面的收尘器的能力而定。

THE END THANKS!

习题: 某二级收尘系统，第一级收尘器的收尘效率为85%，入口气流的粉尘浓度为80g/m3。若要求出第二级收尘器的粉尘排放浓度＜100mg/m3，第二级收尘器的收尘效率应该为多少？(假设系统无漏风)你将选择何种收尘器？

第十章自学思考题 1、混合程度的评价：标准偏差、混合度、偏析指数 2、混合机理：扩散、对流、剪切 3、混合设备的种类 ４、造粒的机理 ５、造粒方法