第4章 机械式除尘器 机械式除尘装置利用质量力的作用使粉尘与气流分离沉降的装置 重力 沉降 惯性 碰撞 离心 碰撞 气流中的尘粒依靠重力自然沉降，从气流中分离出来。主要适用于粒径较大的尘粒，沉降速度v较小。 惯性 碰撞 含尘气流运动过程中遇到障碍物（如挡板、水滴等）时，细小的尘粒随气流改变方向，较大的尘粒依惯性脱离流线保持自身运动，使尘粒和物体发生碰撞。 离心 碰撞 含尘气流作圆周运动时，在离心力作用下，尘粒和气流产生相对运动，使尘粒从气流中分离。

4.1 重力沉降室 1.了解重力沉降室的基本结构和除尘原理 2.掌握重力沉降室的除尘效率及影响因素 3.掌握重力沉降室的设计计算

工作原理 通过重力作用使尘粒从气流中分离的。 V B V 沉降室 出口 进口 含尘气流进人重力沉降室后，由于突然扩大了过流面积，流速便迅速下降，其中较大的尘粒在自身重力作用下缓慢向灰斗沉降。 分类：根据含尘气流在重力沉降室中的状态的设计模式可以将其分为：层流式和湍流式。

4.1.1 层流沉降原理 层流式( Re<2300)设计的简单模式。假定： 沉降室内气流为层流； 颗粒均匀分布于烟气中(进口)； 忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用； 各粒子独立沉降； 气流速度在沉降室内处处相等

除尘效率 υ VS 沉降室宽度为B 粒子的运动由两种速度组成，在垂直方向，忽略气体的浮力，仅在重力和气体阻力的作用下，每个粒子以其沉降速度Vs(m/s)独立沉降，在烟气流动方向，粒子和气流具有相同的速度。 重力沉降室纵断面图 υ Vs θ  

设沉降室的长、宽、高分别为L、B、H，处理烟气量为Q(m3/s)。气流速度V(m/s)，尘粒沉降速度Vs(m/s) υ VS 沉降室宽度为B 气流在沉降室内停留时间为： 在时间t内，粒径为dp的粒子的沉降距离为： 用到假定3 问题：尘粒dp在沉降室内能否被完全被捕集？ 尘粒(dp)能完全沉降 ηd=100% dp不能完全沉降 ηd<100%  

问题1: 若尘粒dp一定，Vs一定，H,V一定，能100%除去的尘粒dp? h 增大，ηd 增大 d 问题1: 若尘粒dp一定，Vs一定，H,V一定，能100%除去的尘粒dp? s (4)式中 问题2: 若沉降室尺寸一定，H, L, B一定，如何确定100%去除的最小dpmin? （3）带入（4），令ηd=100%

降低沉降室高度H，减小H，ηi增大，dmin减小。因此可设 计多层沉降室来提高除尘效率，去除更小的颗粒物； 增加沉降室长度L，增大L， ηi增大，dmin减小。因此可设计带挡板的沉降室 ； 降低气速v，一般取0.2~2.0m/s，依粒子大小和密度定。要防止二次飞灰，淀粉等较轻物料，气速应取较小

计  

图4－2 不同形式的重力沉降室 (a)多层沉降室；(b)带挡板的沉降室

  矩形 v:流体的运动粘度（m2/s) n:通道数 实际计算表明，除非沉降室体积庞大,一般很难处于层流状态。ηd是一近似值。 而且由于气流扰动引起粒子运动速度和方向发生偏差，返混，工程上常取（4）式计算值的一半为分级效率或用36代替（5）式中18计算dpmin，意味着实际ηd< η计算。

4.1.2.湍流沉降机理 假设：①紧贴底板处，有一层流边界层，厚度dy，进入边界层的 粉尘均被捕集； 欲使气流保持层流流动，沉降室的体积将很庞大，否则隔板必须很多，设计不合理，提出湍流沉降式的设计方法。 假设：①紧贴底板处，有一层流边界层，厚度dy，进入边界层的 粉尘均被捕集； ②由于紊流作用，边界层以上流动区内的粉尘分布均匀。 紊流沉降室粒子分离示意图  

重力沉降室的优点是阻力小（50~130Pa），动力费用低；结构简单，投资少；性能可靠，维修管理容易。 缺点是设备庞大，效率低。适于净化密度和粒径大的粉尘，特别是磨损强的粉尘。设计好时，能捕集50μm以上粉尘，不适用净化20μm以下粉尘。一般作为多级除尘系统的第一级处理设备。

4.2 惯性除尘器 惯 是使含尘气流与挡板相撞，或使气流急剧地改变方向，借助其中粉尘粒子的惯性力使粒子分离并捕集的一种装置。

工作原理

结构形式 冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子 反转式－改变气流方向捕集较细粒子

惯性除尘器性能的影响因素 1. 含尘气体在冲击或改变方向前的速度愈高，流出装置的气流速度越低，除尘效率越高。 2. 对反转式惯性除尘器，气流转换方向的曲率半径越小，转变的次数越多，则净化效率越高，但阻力也越大。

性能与应用 一般用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘（粘结性和纤维性粉尘不宜） 净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集10～20um以上的粗颗粒 压力损失100～1000Pa

4.3 旋风除尘器 4.3.1 工作原理 除尘原理： 旋风除尘器也称作离心力除尘器，是利用含尘气流作旋转运动产生的离心力把尘粒从气体中分离出来的装置。在通常情况下，旋风除尘器能捕集5μm以上的尘粒，其除尘效率可达90%。 基本结构： 进气管、圆柱体、圆锥体、储灰斗和排气管。

除尘器内气流与尘粒的运动 外旋流 内旋流 上旋流 粉尘随含尘气流作旋转运动时，粉尘粒子在离心力作用下移向外壁； 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。 含尘气流由进口沿切线方向进入除尘器后，沿器壁由上而下作旋转运动，这股旋转向下的气流称为外涡旋 同时具有向心的径向运动 准自由 外旋流 内旋流 上旋流 外涡旋到达锥体底部转而沿轴心向上旋转，最后经排出管排出。这股向上旋转的气流称为内涡旋，同时具有离心的径向运动，强制涡。 带着细尘粒一部分气流沿外壁面旋转向上，到达顶部后，再沿排出管旋转向下，从排出管排出。这股旋转向上的气流称为上旋流。

旋风除尘器内的速度场是一个三元流场，通常把内、外旋流的全速度分解成为三个速度分量：切向速度vθ、径向速度vr和轴向速度vz。 旋风器内的速度场和压力分布 旋风除尘器内的速度场是一个三元流场，通常把内、外旋流的全速度分解成为三个速度分量：切向速度vθ、径向速度vr和轴向速度vz。 （1）切向速度 是决定气流全速度大小的主要速度分量， 也是决定气流质点的离心力大小的主要因素。 r：气流质点的旋转半径，即距除尘器轴心的距离 n：由流型决定的常数  

（2） 径向速度 内旋流Vr：由里向外的流动，与源流（在平面流中，从中心点径向向外的流动称为源流）类似，称为类源流； 外旋流：由外向心的流动，称为类汇流。 前者对分离粉尘有利，后者对分离粉尘不利，使有些细小粉尘在类汇流的作用下，进入内旋流而被带走。

（3） 轴向速度 Vz 外旋流的轴向速度分量vz是向下的，内旋流的轴向速度vz是向上的，因而在内、外旋流之间必然存在一个轴向速度为零的交界面。在内旋流中，随着气流的逐渐上升，轴向速度不断增大，在排气管底部达到最大值。 向下的外旋流轴向分速产生下灰环，它推动已分离在筒体内壁的粉尘向下移动，最后进入灰斗，对除尘有利。

(4) 旋风器内的压力分布 旋风器内的压力分布如下图曲线所示，全压和静压沿径向变化较大，由外壁向轴心逐渐降低，内旋流区域静压为负值，并且一直延伸至灰斗。气流压力沿径向的这种变化，不是因摩擦而主要是由离心力引起的。 所以，旋风除尘器底部一定要保持严密，如果不严密就会从底部吸入大量外部空气，形成一股上升气流，将已分离出来的一部分粉尘重新带出除尘器，使除尘效率大幅度降低。

4.3.2 压力损失 压力损失的计算 ξ: 旋风器的阻力系数 可用井伊谷冈一提出的公式估计 式中 K—常数，20~40，可近似取30； 4.3.2 压力损失 压力损失的计算 ξ: 旋风器的阻力系数 可用井伊谷冈一提出的公式估计 式中 K—常数，20~40，可近似取30； b，h－分别为进口管的宽度和高度（m）； D，L—分别为筒体的直径和长度（m）； d——排气管直径（m）； H——锥体长度（m）。 i

  干气体：    

4.3.3 除尘效率 假想圆筒理论 ①在内外旋流的交界面附近，气流的切向速度最大，尘粒在此处所受离心力也最大，假设在此有一圆筒，半径为r2。 4.3.3 除尘效率 假想圆筒理论 ①在内外旋流的交界面附近，气流的切向速度最大，尘粒在此处所受离心力也最大，假设在此有一圆筒，半径为r2。 ②粒子的沉降取决于－离心力FC和气流作用于尘粒的阻力FD， 在这一界面上，若FC>FD，粒子在离心力的推动下移向外壁被捕集；若FC<FD，粒子在向心气流的带动下进入内漩涡，由排气管排出；若FC=FD，处于平衡状态，实际上由于各种随机因素的影响，处于这种平衡状态的尘粒有50％可能进入内漩涡，有50％可能移向壁面。它的除尘效率为50% 此时的粒径dc为除尘器的分割粒径dc——临界粒径dc50(对该粒径的粒子的除尘效率为50%)。

③ 式中，速度指数n可用亚历山大（Alexander.R.Mck）推荐的公式计算：  

Dc50 —— dp —— ηd —— η (3) 求出分割粒径后，如何求取总除尘效率： a. 根据dp/dc50查图4－9，得分级效率dp； b. 根据水田－和木村典夫的经验式求分级效率； 再求总除尘效率。 图4-9 分级效率与dp/dc50的关系 Dc50 —— dp —— ηd —— η

（4）影响旋风除尘器除尘效率的因素 入口风速 可见，入口风速vi增大，dc50降低，因而除尘效率提高。但风速过大时，器内气流过于强烈，会把已分离下来的部分粉尘重新带走，影响效率的提高。 实验证明，入口速度超过12m/s以后，效率变化不大，而阻力却增加很多（ΔP∝vi2）。因此，实用的入口风速一般为12～20m/s，不宜低于10m/s，以防入口管道积灰。

c. 粉尘密度和粒径 因为FC∝dp3，Fd∝dp，所以大粒子受离心力FC大，捕集效率高。 又由于dC50∝(1/ρp)1/2，所以ρp愈小， dC50增大，η下降，愈难分离。 d. 气体温度 温度会引起气体密度和粘度的变化。气体密度变化对除尘效率的影响可忽略不计，但温度增加时，气体粘度增大，而dC50∝μ1/2，故温度升高，dc50增大，除尘效率降低。

e. 灰斗的气密性 除尘器内部静压是从筒体壁向中心逐渐降低的，即使除尘器在正压下工作，锥体底部也可能处于负压状态。若除尘器下部不严，漏入空气，会把已经落入灰斗的粉尘重新带走，使效率直线下降。 实验证明，当漏气量达到除尘器处理气量的15％时，效率几乎为零。因此旋风除尘器应在不漏气的情况下进行正常排灰。

4.3.4 旋风除尘器的结构形式 1、种类和入口形式 进气方式有切向导入式和轴向导入式两大类，同时根据气流进入旋风除尘器后的流动路线（反转、直流）或二次风的形式，可分为下列几种。 蜗壳进口形式利于增大进口面积，进口处有一环状空间，使进口气流距筒体外壁更近，减小了尘粒向器壁的沉降距离，有利于粒子的分离。此外，蜗壳进口形式还减少了进气流与内旋气流的相互干扰，使进口压力降减小。 a、切流反转式旋风除尘器：常见的型式，含尘气体由筒体的侧面沿切线方向导入。根据不同的进口型式又可分为蜗壳型、直入型。

b、轴流式旋风除尘器：利用导流叶片促进气流在旋风除尘器内旋转，在相同的压力损失下，能够处理的气体流量大，且气流分布较均匀，主要用于多管旋风除尘器和处理气量大的场合。根据气体在旋风除尘器内的流动感情况，可分为轴流反转式（c）、轴流直流式（d） 轴流直流式旋风除尘器的压力损失最小，尤其适用于动力消耗不宜过大的地方，但除尘效率较低。

旋风除尘器各部分尺寸比例（见教材表4-1） 表4-1 几种除尘器和主要尺寸比例

第一位字母表示工作原理：旋风－X，电除尘－D， 过滤（袋式）－L，湿式－S 除尘器的命名 （1）除尘器型式代号编制原则 用汉语拼音字母表示工作原理和结构特点； 用阿拉伯数字表示系列规格。 第一位字母表示工作原理：旋风－X，电除尘－D， 过滤（袋式）－L，湿式－S

第二、三位字母以表示结构特点为主，也可表示工作原理。 结构特点： 如：L－立式、S－双级、P－旁路式 W－卧式、C－长锥体、T－筒体 工作原理： 如： P－平旋、G－多管、C－冲击、MC－脉冲 K－扩散、Z－直流、M－水膜

几种常见的旋风除尘器 (1) XLT/A型旋风除尘器 排气管顶端有螺旋形导向板，可以消除因气流向上流动而形成的小涡旋气流。 此类型除尘器细而长，锥角小，阻力较标准性较小，分离效率较高，得到广泛应用。

旁路式旋风除尘器主要特点是：有一个粉尘分离室，将上灰环处的粉尘引入灰斗，提高除尘效率。 (2)XLP型旋风除尘器 旁路式旋风除尘器主要特点是：有一个粉尘分离室，将上灰环处的粉尘引入灰斗，提高除尘效率。 XLP-A XLP-B XLP-G

(3)XLK型旋风除尘器 扩散式旋风除尘器主要特点是：有一个圆锥形的反射屏，可大大减少粉尘的二次飞扬。

组合成多管旋风除尘器：   处理气体量大 Q相同时，直径小，η增大

多管旋风除尘器

旋风除尘器的卸灰装置 旋风除尘器一般都装有卸灰装置，其作用是保证已分离粉尘的顺利下卸及除尘器运行中卸灰时锥底的气密性。 旋风除尘器多采用干式卸灰装置，该装置主要依靠灰柱进行密封，其灰柱高度H可按下式进行计算

目前常用的连续卸灰装置主要有四种： 1．翻板式卸灰阀 翻板式卸灰阀是利用加在平衡杆上的重锤及作用在翻板上的灰柱重量形成的力矩平衡关系来进行密封及卸灰的。当灰柱形成的力矩大于重锤及压差形成的力矩时，翻板阀打开，粉尘下卸。反之，翻板阀处于密封状态。灰柱高度可根据调节重锤力矩来实现，以适应不同压差的情况。

2. 回转式卸灰阀 回转式卸灰阀是依靠旋转的刚性分格轮来实现除尘器的卸灰和密封的。刚性分格轮由电机带动旋转，粉尘充满由刮板组成的扇形空间后连续排出，电机适宜转速由卸灰量的大小来确定。其主要缺点是刮板密封胶条易磨损，造成锥底漏风，故工作时应注意控制电机转速，保持卸灰阀上部具有一定灰封高度。

3. 螺旋卸灰机 螺旋卸灰机主要由焊有螺旋叶片的螺旋轴、卧置筒体（二者组成螺旋体）及电动驱动装置等组成，多用于排灰量较大的除尘器。工作中螺旋体内应充满一定量的粉尘，以防止漏风。卸灰量用调节电机转速来控制，可连续排灰也可间断排灰。该卸灰机密封性能较好，但螺旋体有一定磨损。

4.3.6. 旋风除尘器的选型设计 (1)收集设计资料 ①处理气体量： ②气体性质 种类、 成分、温度、湿度、密度、黏度、压力、露点、毒性、腐蚀性及燃烧爆炸性等； ③粉尘性质 种类、成分、粒径分布、浓度、密度、比电阻、含水率、润湿性、吸湿性、黏附性及燃烧爆炸性； ④净化要求 净化效率、压力损失、废气排放标准及环境质量标准等； ⑤装置的经济型 包括装置占地面积在内的设施费和运行费，以及安装费、设备使用寿命和回收综合利用情况等

(2)除尘器型式的选择 （1）计算法 根据分级效率和粒径分布算得。 （2）经验法 根据除尘效率和压力损失,确定入口风速;然后由处理风量查表得型号规格。

6. 旋风除尘器的特点及选用注意事项 耐磨衬里有刚玉砂、铸铁石、耐磨涂料等。 （1）旋风除尘器适于处理密度较大、粒度较粗的非纤维性粉末； （2）不宜用于气量波动大的场合； （3）应在易磨部位采用耐磨衬里； （4）特别注意防止底部漏风； （5）不宜串联处理。 耐磨衬里有刚玉砂、铸铁石、耐磨涂料等。

例1. 已知石灰石颗粒的密度为2.67g/cm3,试计算粒径为0.5μm和300 μm的球形颗粒在293K空气中的重力沉降速度。 例2. 欲利用重力沉降室捕集粒径为40 μm，密度为2000kg/m3的粒子。假定气流速度为0.5m/s，沉降室高度为1.5m，试求当捕集效率为90%时的沉降室长度。

例1. 已知石灰石颗粒的密度为2.67g/cm3,试计算粒径为0.5μm和300 μm的球形颗粒在293K空气中的重力沉降速度。 (2)对于dp=300μm的颗粒，为验证是否可用斯托克斯沉降速度公式，首先该按斯托克斯公式计算Vs和Rep值

显然1< Rep <500,应采用湍流过渡区公式，则： 计算实际的雷诺数？

例2. 欲利用重力沉降室捕集粒径为40 μm，密度为2000kg/m3的粒子。假定气流速度为0. 5m/s，沉降室高度为1 例2. 欲利用重力沉降室捕集粒径为40 μm，密度为2000kg/m3的粒子。假定气流速度为0.5m/s，沉降室高度为1.5m，试求当捕集效率为90%时的沉降室长度。 解：设气体是在温度为293K和压力为101325Pa的状态下。利用 斯托克斯公式计算粒子的沉降速度：   层流沉降室 湍流沉降室   层流沉降室

两种模式的计算结果较为接近。