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同学们好！这一讲我们学习另一种
常用的机械式除尘装置—旋风除尘器
旋风除尘器是使含尘气流作旋转运动
在离心力作用下使尘粒从气流中分离捕集下来的装置
旋风除尘器一般由气体入口、筒体、锥体、排出管等部分组成
它可以用来分离和去除
粒径大于5—10μm以上的的颗粒物
在工业上已经有100多年的应用历史
这张图给出了普通旋风除尘器内气流流动情况
含尘气体进入旋风除尘器后
沿着外壁自上而下做旋转运动
这股旋转向下的气流称为外涡旋
当旋转气流的大部分到达锥体底部后
转而向上沿轴心旋转，最后经排气管排出
这个涡旋称为内涡旋
使大部分外涡旋转变为内涡旋的锥体底部附近的区域
称为混流区
还有一小部分气流，在进入旋风除尘器后向上旋转
到达顶部后沿着排出管外壁向下
最后从排出管排出，这个涡旋称为上涡旋
上涡旋是不利于除尘的
在气体旋转的过程中，颗粒物受离心力的作用
会向除尘器的外壁迁移
到达外壁的颗粒物在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗
从而被去除
为了便于分析，我们通常把内外涡旋的全速度分解为
三个速度分量：切向速度、径向速度和轴向速度
切向速度是决定气流全速度大小的主要速度分量
也决定了气流质点离心力的大小
颗粒物在离心力作用下逐渐移向外壁
这张图给出了切向速度的分布
对于外涡旋，根据“涡流”定律
切向速度反比于旋转半径R的n次方
即vT乘以R的n次幂为常数。这里的n小于等于1
通常称为涡流指数
n可以用旋风除尘器的直径和气体温度来估算
对于内涡旋，n=-1，切向速度由角速度决定
正比于半径，即vT比R等于角速度ω
所以从图中可以看到，外涡旋的切向速度沿径向减小
而内涡旋的切向速度沿径向增大
所以在内外涡旋的交界面上，n=0
气流的切向速度达到最大
实验测出内外涡旋的交界面的径向位置
大约在0.6～0.7倍的旋风除尘器出口直径处
因为内、外涡旋的性质不同
所以旋转气流的径向速度方向不同
假设外涡旋气流均匀地通过内、外涡旋交界的圆柱面
进入内涡旋
可以近似认为气流通过这个圆柱面时的
平均速度就是外涡旋气流的平均径向速度
所以平均径向速度等于气体流量除以圆柱体的表面积
轴向速度与径向速度类似，视内外涡旋而定
外涡旋的轴向速度向下，而内涡旋的轴向速度向上
在内涡旋中，随着气流的逐渐上升
轴向速度不断增大，在排出管的底部达到最大值
旋风除尘器的除尘效率与其结构型式
和运行条件等多种因素有关
因此从理论上计算其除尘效率仍是困难的
只能近似估算或者实验测定
某种型式除尘器在特定条件下的除尘效率
考虑到除尘器的效率与颗粒粒径有关
一种方法是基于分割粒径确定旋风除尘器的除尘效率
分割粒径是指除尘效率为50%的粒径
我们分析旋风除尘器内外漩涡交界面上的一个颗粒
该颗粒主要受离心力和流体阻力的作用
在内外涡旋交界面上，如果离心力大于阻力
则颗粒在离心力的作用下会迁移到除尘器的外壁
从而被捕集下来
如果离心力小于阻力，那么颗粒在向心气流带动下
会进入内漩涡，从排气管排出
当离心力等于阻力时
可以认为颗粒进入内、外漩涡的可能性各为 50％
这时该粒径下颗粒的分级除尘效率为 50％
对应的粒径即为分割粒径
假设颗粒物是球形，处于斯托克斯区
令颗粒物所受的离心力等于流体阻力
则可以得到旋风除尘器的分割粒径
分割粒径的大小反映了除尘器的性能
通常分割粒径越小，则除尘器的除尘效率越高
分割粒径越大，则除尘器的除尘效率越低
通过分割粒径，我们可以求得任意粒径颗粒的分级除尘效率
一种方法是用雷思-利希特公式计算
这里的n是涡流指数
可以根据除尘器直径和温度计算得到
另一种方法是采用这里给出的经验公式进行计算
根据待求粒径和分割粒径的比值得到分级除尘效率
这张图给出了旋风除尘器的理论分级除尘效率曲线
而在实际除尘过程当中，理论上可以逸出的小粒子
会由于聚集或被较大颗粒撞向壁面而被捕集
导致小粒子的实际效率高于理论的效率
理论上可以被捕集的大粒子会由于反弹和气流吹扫的原因
没有进入灰斗，导致大颗粒的实际效率小于理论分级效率
旋风除尘器的除尘效率除受粒径影响外
还与二次效应、除尘器的设计尺寸、烟尘性质和操作条件有关
二次效应指被捕集颗粒物重新进入气流的运动
通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器的内壁上
可以有效地控制二次效应
旋风除尘器的筒体直径、高度、入口面积、排出管直径
锥体高度等尺寸也对除尘效率和压力损失产生影响
为了获得最佳的除尘效率
一般取排出管直径为筒体直径的0.4到0.5倍
试验证明，气流在旋风除尘器内下降的最低点
并不一定能够到达除尘器的底部
一般定义排出管下部到气流下降最低点之间的距离
为特征长度
特征长度可由亚历山大公式计算
在设计时，排出管以下部分的长度应和特征长度相近
锥体和筒体的总高度不应大于筒体直径D的5倍
除尘器下部的严密性也是影响除尘效率的一个重要因素
如果除尘器下部不严密，漏入外部空气
会把正在落入灰斗的颗粒物重新扬起，使除尘效率显著下降
所以对于收尘量较大且要求连续排灰的旋风除尘器
可以采用双翻版式或者回转式的锁气器
从而保证除尘器下部的严密性
烟尘的物理性质，如气体的密度、粘度，颗粒物的大小、比重
烟气的含尘浓度都会影响到旋风除尘器的效率
一般来说，气体粘度增大对除尘不利
温度升高，则粘度增大，效率会降低
颗粒的密度越大，除尘效率越高
离心力跟粒径的三次方成正比，因此粒径增大则效率增大
操作参数也会对旋风除尘器的除尘效率产生影响
提高烟气的入口流速，可以使旋风除尘器的分割直径变小
从而提高除尘器的效率
但如果气体流速过大
已经沉积的颗粒物有可能被再次吹起
卷入气流，导致除尘效率的下降
因此旋风除尘器存在最佳入口气速
通常选择入口气流在10～25 m/s范围内
在评价旋风除尘器的性能时，一个重要的指标就是
气流通过旋风除尘器时的压力损失
旋风除尘器的压力损失可以用局部阻力系数
乘以气流的动压头得到。局部阻力系数可以通过实验测定
这个表里就给出了几种典型旋风除尘器的局部阻力系数
在缺乏实验数据的情况下
也可以根据旋风除尘器的进口面积和出口直径
近似的估算局部阻力系数
旋风除尘器的压力损失主要由相对尺寸决定
在除尘器结构相同时，按照几何尺寸进行放大和缩小
压力损失基本都不会改变
一般旋风除尘器的压力损失在 250～1500 Pa之间
在操作运行中，可以接受的压力损失一般是低于2000Pa的
实际应用的旋风除尘器有许多型号
按进气方式，旋风除尘器可以分为切向进入和轴向进入式
切向进入又分为直入式和蜗壳式
蜗壳式进气减少了进气流与内涡旋气流的相互干扰
有利于除尘
轴向式是利用导叶片促进气流旋转
在相同压力损失下，处理的气量大，气流分布均匀
主要用于多管旋风除尘器和处理气量大的场合
按照除尘器组合形式
旋风除尘器可以分为串联式和并联式两种
当要求除尘效率较高时
可将两台或三台除尘器串联起来使用
称为串联式旋风除尘器组合
因为设置在后段的除尘器，气体含尘浓度低
细粉尘含量高
所以一般是将除尘效率不同的旋风子串联起来使用
此外工业上，常用许多相同直径的旋风子并联成
一个大型旋风除尘器，称为多管旋风除尘器
并联除尘器的目的是增大处理气体量
但在处理气量相同的情况下
由于并联除尘器相比于单一除尘器使用了较小的直径的旋风子
从而提高了效率
旋风除尘器的设计多采用经验法
首先，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
合理选择除尘器的类型
其次，根据允许的压力损失确定进口气速
或者直接取为12-25m/s
之后，根据气体流量和流速确定入口的截面积
一般采用矩形的入口，入口高度取宽度的2～4倍
最后确定各部分的尺寸
这个表给出了常用旋风除尘器主要尺寸的比例取值
以供大家参考
有关旋风除尘器的介绍就到这里，谢谢大家
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
-2-1 燃料的性质与分类
-第二章 燃烧与大气污染--2-1 燃料的性质与分类
-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
--氮氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
-6-2 旋风除尘器
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
-6-8 袋式除尘器的设计和应用
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
-7-1 物理吸收传质计算
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
-7-6 吸附器的设计计算
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
-7-7 催化原理
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-7-7 催化原理--作业
-7-8 气固催化反应动力学
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
-7-9 气固相催化反应器的设计
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-7-9 气固相催化反应器的设计--作业
-第七章 气态污染物控制技术基础（选修）--第七章 作业习题
-8-1 概述
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-8-1 概述--作业
-8-2 燃烧前燃料脱硫
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-第八章 硫氧化物控制技术--8-2 燃烧前燃料脱硫
-8-3 流化床燃烧脱硫
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-8-3 流化床燃烧脱硫--作业
-8-4 高浓度二氧化硫回收
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-8-4 高浓度二氧化硫回收--作业
-8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）
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-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）
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-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-8 湿式氨法烟气脱硫技术（选修）
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-8-8 湿式氨法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-9 喷雾干燥法烟气脱硫技术（选修）
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-8-9 喷雾干燥法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-10 循环流化床干法烟气脱硫
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-8-10 循环流化床干法烟气脱硫--作业
-8-11 烟气脱硫技术的综合比较
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-8-11 烟气脱硫技术的综合比较--作业
-8-12 二氧化硫控制策略（访谈）（选修）
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--参考链接
-第八章 硫氧化物控制技术--第八章 作业习题
-9-1 概述
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-9-1 概述--作业
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-2 低氮氧化物燃烧技术
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-3 选择性催化还原技术
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-第九章--9-4 选择性非催化还原技术
-9-5 SNCR-SCR联合烟气脱硝技术（选修）
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-9-5 SNCR-SCR联合烟气脱硝技术（选修）--作业
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-9-6 烟气同时脱硫脱硝技术（选修）--作业
-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价
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-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价--作业
-9-8 超低排放技术访谈
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--第九章作业习题
-10-1 概述
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-10-1 概述--作业
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-2 蒸气压及蒸发
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-3 VOCs污染预防
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-10-4 冷凝法控制VOCs污染--作业
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-第十章--10-5 燃烧法控制VOCs污染
-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）
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-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）--作业
-第十章 挥发性有机物控制技术--第十章作业习题
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-11-1 机动车污染概述--作业
-11-2 内燃机工作原理和污染物生成机制
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--11-2-2
-第十一章--11-2 内燃机工作原理和污染物生成机制
-11-3 机动车排放控制技术
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--11-3-2
-第十一章 机动车污染控制--11-3 机动车排放控制技术
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--11-4-2
-第十一章--11-4 先进车辆技术和清洁替代燃料技术
-11-5 交通规划与交通管理（选修）
--11-5
-11-5 交通规划与交通管理（选修）--作业
-第十一章 机动车污染控制--第十一章作业习题
-12-1 全球气候变化与温室效应
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-12-1 全球气候变化与温室效应--作业
-12-2 气候变化的应对措施
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-12-2 气候变化的应对措施--作业
-12-3 臭氧层破坏问题
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
--Video
-Lecture 02
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-Conversation
--Video
-附加：--Exercise
