为从气流中分离粉尘粒子的物理学机理示意;其中,部分表示粉尘分离的主要机理,而另一部分则表示次要机理。次要机理只能提高主要机理作用效果。但是,这样划分机理是有条件的,因为在某些除尘装置中,粉尘分离的次要机理可能起着主要机理的作用。
1.粉尘的重力分离机理
以粉尘从缓慢运动的气流中自然沉降为基础的,从气流中分离粒子是一种最简单,也是效果最差的机理。因为在重力除尘器中,气体介质处于湍流状态,故而粒子即使在除尘器中逗留时间很长,也不能期求有效地分离含尘气体介质中的细微粒度粉尘。
对较粗粒度粉尘的捕集效果要好得多,但这些粒子也不完全服从静止介质中粒子沉降速度为基础的简单设计计算。
粉尘的重力分离机理主要适用于直径大于100~500m的粉尘粒子。
2.粉尘离心分离机理
由于气体介质快速旋转,气体中悬浮粒子达到极大的径向迁移速度,从而使粒子有效地得到分离。离心除尘方法是在旋风除尘器内实现的,但除尘器构造必须使粒子在除尘器内的逗留时间短。相应地,这种除尘器的直径一般要小,否则很多粒子在旋风除尘器中短暂的逗留时间内不能到达器壁。在直径约1~2m的旋风除尘器内,可以十分有效地捕集10μm以上大小的粉尘粒子。但工艺气体流量很大,要求使用大尺寸的旋风除尘器,而这种旋风除尘器效率较低,只能成功地捕集粒径大于70~80m的粒子。对某些需要分离微细粒子的场合通常用更小直径的旋风除尘器。
增加气流在旋风除尘器壳体内的旋转圈数,可以达到增加粒子逗留时间之目的。但这样往往会增大被净化气体的压力损失,而在除尘器内达到极高的压力。当旋风除尘器内气体圆周速度增大到超过18~20m/s时,其效率一般不会有明显改善。其原因是,气体湍流强度增大,以及往往不予考虑的因受科里奥利力的作用而产生对粒子的阻滞作用。此外,由于压力损失增大以及可能造成旋风除尘器装置磨损加剧,无限增大气流速度是不相宜的。在气体流量足够大的情况下可能保证旋风除尘器装置实现高效率的一种途径——并联配置很多小型旋风除尘器,如多管旋风除尘器。但是,此时则难以保证按旋风除尘器均匀分配含尘气流。旋风除尘器的突出优点是,它能够处理高温气体,造价比较便宜,但在规格较大而压力损失适中的条件下,对气体高精度净化的除尘效率不高。
3.粉尘惯性分离机理
粉尘惯性分离机理在于当气流绕过某种形式的障碍物时,可以使粉尘粒子从气流中分离出来。障碍物的横断面尺寸愈大,气流绕过障碍物时流动线路严重偏离直线方向就开始得愈早,相应地悬浮在气流中的粉尘粒子开始偏离直线方向也就愈早;反之,如果障碍物尺寸小,则粒子运动方向在靠近障碍物处开始偏移(由于其承载气流的流线发生曲折而引起)在气体流速相等的条件下,就可发现第二种情况的惯性力相应地较大。所以,障碍物的横断面尺寸愈小,顺障碍物方向运动的粒子达到其表面的概率就愈大,而不与绕行气流一道绕过障碍物。由此可见,利用气流横断面方向上的小尺寸沉降体,就能有效地实现粉尘的惯性分离。将水滴(在洗涤器、文丘里管中)或纤维(在织物过滤器中)应用于粉尘的惯性分离,其原因就在于此。但是在利用此类沉降体时必须使粒子具有较大的惯性行程,这只有在气体介质被赋予较大局部速度时才可能实现。因此,利用惯性机理分离粉尘,势必给气流带来巨大的压力损失。然而,它能达到很高的捕集效率,从而使这一缺点得以补偿。借助上述机理可高效捕集几微米大小的粒子,从而接近袋式除尘器、文氏管除尘器等高效率的除尘器。利用惯性机理捕集粗粒度粉尘时,粉尘的特征是惯性行程较大,可降低对气体急拐弯构件的要求。在这种情况下可以用角钢或带钢制成百叶窗式除尘器以及各种烟道弯管作为这种构件,也可以在含尘气流运动路径中设置挡板,提高除尘效果。这种装置的效率较低,通常与重力沉降装置配合使用。
4.粉尘静电力分离机理
静电力分离粉尘的原理在于利用电场与荷电粒子之间的相互作用。虽然在一些生产中产生的粉尘带有电荷,其电量和符号可能从一个粒子变向另一个粒子,因此,这种电荷在借电场从气流中分离粒子时无法加以利用。由于这一原因,静电力分离粉尘的机理要求使粉尘
粒子荷电。还可以通过把含尘气流注入同性荷电离子流的方法达到使粒子荷电。
为了产生使荷电粒子从气流中分离的力必须有电场。顺着含尘气流运动路径设置的异性电极上有电位差则形成电场。在直接靠近集尘电极的区域,这些力的作用显示最为充分,因为在其余气流体积内存在强烈脉动湍流。荷电粒子受到的静电力相当小,所以,利用静电力机理实现粉尘分离时,只有使粒子在电场内长时间逗留才能达到高效率。这就决定了静电力净化装置一电除尘器的一个主要缺点,即由于保证含尘气流在电除尘器内长时间逗留的需要,电除尘器尺寸一般十分庞大,因而相应地提高了设备造价。
但是,与外形尺寸同样庞大的高效袋式除尘器相比,其独特优点是静电力净化装置不会造成很高的压力损失,因而能耗较低。静电力净化的另一个重要优点是,可以用来处理工作温度达400℃的气体,在某些情况下可处理温度更高的气体至于用静电力方法可捕集的粒子最小尺寸,至今还没有一个规定的粉尘细度极限。借助某些型式的电除尘器还可以有效地捕集工业气体中的微细酸雾。
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