颗粒污染物的净化技术Word下载.doc

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个数分布：

以粒子的个数所占的比例来表示；

表面积分布：

以粒子表面积表示；

质量分布：

以粒子质量表示。

3、粉尘的比表面积

指单位体积或单位质量粉尘所具有的表面积，单位是㎝2㎝3或㎝2g。

，其值越大，说明粉尘的粒径越小，物理性能越显著，化学活性越强。

4、粉尘的润湿性

尘粒能否与粉尘相互附着或者附着的难易程度称为粉尘的润湿性。

当固体粒子与液体接触时，如果接触面能相互扩大而相互附着，就是能润湿；

如果接触面趋于缩小而不能被附着，则是不能润湿。

容易被水润湿的物质称为亲水性物质，难以被水润湿的物质称为疏水性物质。

影响润湿性的参数包括粉尘的粒径、生成条件、温度、压力、含水率、表面粗糙度及荷电性，还与液体的表面张力、对尘粒的粘附力及相对于尘粒的运动速度等有关。

选用除尘设备时，对亲水性粉尘，可选用湿式除尘器；

对疏水性粉尘，不宜采用湿法除尘。

5、粉尘的粘附性

尘粒附着在固体表面上，或者彼此相互附着的现象称为粘附。

附着的强度也就是克服附着现象所需要的力称为粘附力。

在气体介质中产生粘附的力主要有范德华力，静电力和毛细力。

一般情况下，粉尘的粒径小，形状不规则，表面粗糙，含水率高，润湿性好和荷电量大时，易于产生粘附现象。

许多除尘器的捕尘机制都依赖于粉尘在表面上的粘附，但在含尘气流管道和净化设备中，又要防止在壁面上的粘附，以免堵塞。

6、安息角及滑动角

粉尘通过漏斗连续自然落在水平面上，堆积成圆锥体，圆锥体母线与水平面的夹角称为粉尘的安息角。

安息角越小，说明粉尘的流动性好，越大说明粉尘的流动性越差。

它是确定除尘器灰斗、粉尘仓锥度和含尘通风管斜度的主要依据。

粉尘的滑动角：

自然堆放在光滑平板上的粉尘随光滑平板一起做倾斜运动时平板上粉尘开始发生滑动时的平板倾斜角。

7、粉尘的荷电性与导电性

粉尘在其产生过程中，由于相互碰撞、摩擦、照射、电晕放电、接触带电体等原因而会带有一定的电荷，粉尘的这种性质称为粉尘的荷电性。

电除尘器就是利用粉尘的荷电性进行工作的。

粉尘的导电性通常用粉尘的比电阻来表示。

比电阻是指电流通过面积为1㎝2，厚度为1㎝的粉尘层时所具有的电阻值，单位为Ω·

㎝。

粉尘的导电分为表面导电和容积导电。

粉尘的比电阻对电除尘器的工作性能有很大的影响，其指÷

值过高或者过低都会使除尘效率下降，最适宜的范围是104～2×

1010Ω·

当粉尘的比电阻不利于电除尘器捕集粉尘时，需要采取措施来调节，使其处于合适的捕集范围。

8、粉尘的磨损性

是指粉尘在流动过程中，对管壁或器壁的磨损程度的性质。

9、粉尘的自燃性和爆炸性

有些粉尘（如镁粉，碳化钙粉）与水接触后会引起自燃或爆炸，这类遇水即有爆炸危险的粉尘不能采用湿法除尘。

有些粉尘（如硫磺粉、煤粉）当其在空气中达到一定浓度时，遇火源就会发生爆炸，这些粉尘也称有爆炸危险性粉尘。

有些粉尘互相接触或混和（如溴与磷、锌粉与镁粉的接触与混和）也会引起爆炸。

通常粉尘的爆炸浓度有一个范围，能够引起含尘气体爆炸的最低粉尘浓度为爆炸下限浓度。

可燃粉尘浓度低于爆炸下限浓度时，不会发生爆炸。

爆炸下限浓度值越低，说明粉尘越容易在空气中爆炸。

对于同一种可燃粉尘，其粒径越小，比表面积越大，粉尘和空气的湿度越小，则爆炸的危险性就越大。

在实际工作中要采取相应措施，防止爆炸。

10、粉尘的光学特性

包括粉尘对光的反射，吸收和透光程度等。

在通风除尘中可以利用粉尘的光学特性来测定粉尘的浓度和分散度。

10.1.2除尘器的性能指标

表示除尘器性能的指标主要有六项：

处理含尘气体的量；

除尘效率；

压力损失；

设备投资及运行管理费；

占地面积或占用空间体积；

设备可靠性及使用寿命。

其中前三项为技术指标，后三项属于经济指标。

我们只讨论技术指标。

1、含尘气体处理量

含尘气体处理量是衡量除尘器处理能力大小的指标，一般以体积流量表示。

由于装置的漏气等原因，往往进出口的气体流量不同，通常用二者的平均值作为除尘器的气体处理量，用QN表示，即：

式中：

QN—除尘器处理气体标准状态下的体积流量（Nm3/s）；

Q1N,Q2N—分别为除尘器进口、出口气体标准状态下的体积流量（Nm3/s）。

除尘器的漏风率，是表示除尘器严密程度的指标，用漏风的气体流量与进口的气体流量表示：

2、除尘效率

除尘装置的捕集效率代表装置捕集粉尘效果的重要指标。

有以下几种表示：

（1）总捕集效率ηT：

ηT指在同一时间内净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之百分比。

如下页图：

λ0气体流量Q0（m3/s）；

污染物流量G0（g/s）；

污染物浓度C0（g/m3）。

出口相应的为Qe，Ge，Ce。

净化装置捕集的污染物流量Gc（g/s）有G0=Ge+Gc

∵G=CQ

∴

∵Q0,Qe与状态有关，

∴常换算成标准状态（0℃，1.013×

105Pa）下干气体流量表示，并加脚标“N”

若装置不漏风，QON=QeN

实际上净化装置常有漏风，

k——漏风系数

串联使用净化装置：

设每一级的捕集效率为η1、η2、…ηn

总效率：

净化器的性能还可用另一指标表示：

即通过率P

（2）除尘装置的分级捕集效率

除尘装置的总除尘效率的高低，往往与粉尘粒径大小由很大关系。

为了表示除尘效率与粒径间的关系，提出分级效率的概念。

分级效率指除尘装置对某一粒径dPi或粒径间隔dPi至dPi+Δdp内粉尘的除尘效率。

定义为：

被捕集的某一粒径或某一粒径范围的粉尘质量浓度，占其进口质量浓度的百分数，用表示。

则：

3、除尘装置的压力损失

压力损失是代表除尘装置消耗能量大小的技术指标，用进出口气流的全压之差表示，单位是Pa。

通常除尘装置的压力损失的计算式为：

—除尘装置的阻力系数；

—气体的密度（㎏/m3）；

u1—装置进口气体流速（m/s）。

3、除尘器分类

（1）按除尘器分离捕集粉尘的主要机制，可将其分为四类：

①机械式除尘器，是利用质量力（重力、惯性力、离心力）的作用使粉尘与气流分离沉降的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器。

②电除尘器，是利用高压电场使粉尘荷电，在库仑力的作用下使粉尘与气流分离的装置。

③过滤式除尘器，是使含尘气体通过织物或多孔填料层进行过滤分离的装置，包括袋式过滤器，颗粒层除尘器等。

④湿式洗涤器，是利用液滴或液膜洗涤含尘气流，使粉尘与气流分离沉降的装置。

它可用于除尘，也可用于气体吸收。

（2）按照除尘效率的高低，可将除尘器分为高效除尘器（电除尘器、袋式除尘器和高能文丘里洗涤器）、中效除尘器（旋风除尘器和其他湿式除尘器）和低效除尘器（重力沉降室、惯性除尘器）三类。

（3）按除尘器是否用水而分为干式除尘器与湿式除尘器两类。

10.2初级除尘装置

包括重力沉降室和惯性除尘器，两者都属于低效除尘器。

10.2.1重力沉降室

1、重力沉降室的除尘原理

重力沉降室的定义：

是使含尘气体通过横断面比管道大得多的沉降室，在重力作用下，尘粒从气流中自然沉降分离的除尘设备。

其结构如图所示：

沉降室是所有大气污染控制装置中最简单和最粗糙的装置。

能用于分离废气中的大颗粒，它的主要用途是对更有效的控制装置作为一种初筛选装置。

在大颗粒特别多的地方，沉降室能除掉颗粒分布中的大量大颗粒，这些颗粒如不除掉，就有可能堵塞其它控制装置。

除尘原理：

利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理。

含尘气流进入沉降室后，因为流动截面积扩大，流速迅速下降，气流为层流，尘粒一边向前运动，一边在重力作用下缓慢向灰斗沉降。

当沉降时间小于气流通过沉降室的时间，粉尘便在重力作用下沉降下来落入灰斗，分离了部分尘粒的气体得到净化后由出口流出。

2、重力沉降室的结构形式与特点

重力除尘一般是让气流慢慢地通过结构简单而体积较大的除尘室，这样可为颗粒提供落入底部灰斗的机会。

颗粒需要降落的距离可通过在除尘室中放置一些水平隔板而缩短。

（1）结构：

重力沉降室可分为水平气流沉降室和垂直气流沉降室。

重力沉降室可放置导流板，以改变气流的方向，以产生惯性作用，也可利用鱼鳞板、百叶窗以产生惯性作用。

水平气流沉降室有单层沉降室和多层沉降室（平行的放置一些隔板）。

折流板式沉降室（垂直的折流板安装在沉降室的顶部，惯性作用力会增强颗粒的重力作用。

当气流被绕过折流板底部的时候，由于气流路径上这段弯曲部分的惯性作用，颗粒被分离下来。

（2）特点：

这种装置也只能作为气体的初级净化，除去最大和最重的颗粒。

沉降室的除尘效率约为40—70%，仅用于分离dp>

50μm的尘粒。

穿过沉降室的颗粒物必须用其它的装置继续捕集。

优点：

结构简单、投资少、易维护管理、压损小（50—130Pa）。

缺点：

占地面积大、除尘效率低。

3、重力沉降室的设计概要

设计在以下假定条件下进行：

通过沉降断面的水平气流速度分布均匀，且呈滞流状态；

在沉降室入口断面上粉尘分布均匀；

尘粒的水平移动速度等于气流速度。

（1）粉尘沉降速度的确定

尘粒沉降速度由斯托克斯公式算出：

—粒子密度（㎏/m3）；

d—尘粒平均直径（m）;

g—重力加速度，9.8m/s2

—气体的粘度（㎏/（cm·

s））

（2）根据粉尘特点选取气体水平流速v0,计算重力沉降室的长L，宽W,高H。

根据经验值v0一般为0.3～2m/s。

设沉降室的处理烟气量Q （m3/s）,则气流通过沉降室的时间为t

在时间t内，粒径为d的粒子的沉降距离为H

H=us·

t＝

提高沉降室除尘效率的主要途径为：

降低沉降室内气流速度，增加沉降室长度和降低沉降室高度。

10.2.2惯性除尘器

惯性除尘器概念：

是利用惯性力的作用，使粉尘从气流中分离的除尘装置。

1、惯性除尘器除尘机理

在沉降室内设置各种形式的挡板，当含尘气流通过时，气流遇到挡板突然改变方向，尘粒在惯性作用下继续前进，撞击在挡板上，进入尘斗而被捕集。

在惯性除尘器中，尘粒被分离除受惯性力的作用外，还受到离心力和重力的作用。

2、惯性除尘器的结构形式和特点

主要有碰撞式和反转式两类。

碰撞式结构是以含尘气体中的粒子冲击挡板，来收集粉尘粒子的。

碰撞式的挡板有单级和多级之分，实际应用中多采用多级碰撞型和迷宫型。

反转式结构是改变含尘气流的流动方向来收集较细尘粒的。

反转式惯性除尘器又称气流折转式惯性除尘器，常见的有弯管型、百叶窗型和多层隔板塔型。

影响惯性除尘器性能的因素：

对于冲击式除尘器，冲击挡板的气流速度越大，除尘效率越高，压力损失也越大；

对于反转式除尘器，气流转换方向的曲率半径越小，转换次数越多，对细小尘粒的分离效果就越好，阻力也越大。

特点：

适宜净化密度和粒径较大（10～20um）的金属或矿物性粉尘，对粘结性和纤维性粉尘，因为容易堵塞而不宜采用。

阻力较小，一般100～1000Pa。

除尘效率比重力沉降室稍高。

10.3旋风除尘器

旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的，用来分离粒径大于5μm的尘粒的装置。

结构简单、占地面积小，投资低，操作维修方便，压力损失中等，动力消耗不大，可用于各种材料制造，能用于高温、高压及腐蚀性气体，并可回收干颗粒物。

效率为80%左右，捕集<

5μm颗粒的效率不高，一般作预除尘用。

10.3.1旋风除尘器的除尘原理

1、旋风除尘器的工作过程

普通旋风除尘器由进气口、筒体、锥体和排出管等部分组成。

结构简图如下：

气流运动：

从宏观上看，可归结为三个运动：

外涡流、内涡流、上涡流。

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（外涡流），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（内涡流）。

外涡旋和内涡旋的旋转方向相同，含尘气流作旋转运动时，尘粒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。

气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部压力下降，一部分气流会带着细尘粒沿外壁面旋转向上，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（上涡旋）。

旋风分离器内气流运动是很复杂的，除切向和轴向运动外，还有径向运动。

在这里，上涡旋不利于除尘。

如何减少上涡旋，降低底部的二次夹带及出口室气流旋转所消耗的动力，成为当前改进旋风器的主要问题。

对同样流量的气流而言，旋风分离器比重力沉降室小得多，但动力消耗大得多。

2、旋风除尘器的压力损失

旋风除尘器的压力损失是指气流通过除尘器的总能量消耗。

根据实验，旋风器的压力降与进口速度的平方成正比。

ξ——旋风器的阻力系数

3、旋风除尘器的除尘效率

（1）分割直径

旋风除尘器的除尘效率与颗粒的直径有关，直径愈大，效率愈高。

当dp达到某一值时，其除尘效率可达100%，此时的颗粒直径为全分离直径dc100（临界直径），同样，除尘效率为50%时的颗粒直径为半分离直径dc50（分割直径）。

分离直径越小，除尘其性能越好。

（2）捕集效率

①经验式：

水田—和木村典夫经验公式

D——旋风器的直径

②由的关系图查取

③

4、影响旋风除尘器技术性能的因素

（1）工作条件

①进口速度VI,VI增大，则切向速度Vθ增大，dcp减小，效率增大。

但不能过大，过大会影响气流运动的方向（剧烈、方向混乱），破坏了正常的涡流运动，另外阻力会加大，故常选用V2=12～25m/s。

②除尘器的结构尺寸

一般而言，直径越小，Ft越大，则效率越小，过小易逃逸。

出口管直径减小，则r0减小，减少了内涡旋，则效率增大。

但dp减小阻力会增大，故不能太小。

筒体长度增大，则效率增大，但过大阻力会增大，所以，筒体长度不大于5倍筒体直径。

另外，希望锥体长度大一点，这样会使切向速度大和距器壁短。

旋风器斜放对效率影响不大。

（2）流体性质

对于气体而言，μ增大对除尘不利，dcp增大，效率减小。

温度增大，则μ增大，温度高或μ增大都会使效率减小。

粉尘粒径与密度：

离心力跟粒径的三次方成正比，向心力跟粒径的一次方成正比。

综合来说，dp增大则效率增大，又因为所以，ρp小，难分离，影响捕集效率。

（3）分离器的气密性

漏风率：

0%、5%、15%

η：

90%、50%、0

要求保证旋风器的严密性。

旋风器一般：

①用于粒子较大（>

5μm）的场合；

②除尘效率不太高；

③废气中粉尘浓度较高时作为初级处理；

④可串联使用。

10.3.2旋风除尘器的分类

（1）按气体流动状况分：

①切流返转式旋风除尘器：

常用的型式为直入式和螺壳式。

含尘气体由筒体沿侧面沿切线方向导入。

②轴流式旋转除尘器：

轴流直流式和轴流反旋式。

（2）按结构形式分：

圆筒体、长锥体、旁通式、扩散式。

10.3.3旋风除尘器的选型与设计

（1）方法：

旋风除尘器的选型和设计一般有计算法和经验法。

计算法：

①由入口浓度c0，出口浓度ce（或排放标准）计算除尘效率η；

②选结构型式；

③根据选用的除尘器的分级效率ηd（分级效率曲线）和净化粉尘的粒径频度分布f0，计算ηT,若ηT>

η,即满足要求，否则按要求重新计算。

④确定型号规格

⑤计算压力损失。

经验法：

①计算所要求的除尘效率η；

②选定除尘器的结构型式；

③根据选用的除尘器的η—Vi实验曲线，确定入口风速Vi；

④根据气量Q，入口风速Vi计算进口面积A；

⑤由旋风器的类型系数求除尘器筒体直径D，然后便从手册中查到所需的型号规格。

（2）设计步骤：

尺寸比例确定；

旋风除尘器的压力降；

效率。

①尺寸比例

a.筒体直径D：

D愈小，愈能分离细小颗粒，但过小易引起堵塞。

为此，有人用作为限制指标。

D：

150-200mm～800-1100mm

若处理气量大，可并联使用或采用多管式旋风除尘器。

b.入口尺寸（圆形和矩形）

为减小颗粒的入射角，一般采用矩形（长H、宽B、面积A）

类型系数k一般取0.07-0.3，蜗壳型入口的k较大，D较小，处理气量Q大，H/B为2-4。

c.排气管：

多为圆形，且与筒体同心，一般d=（0.4-0.6）D0。

深度h：

切线式h小，则压损小，但效率降低。

经验取h≈De或稍低于入口管底部。

d.筒体L1，锥体L2：

L1=（1.4-2.0）D

L2=（2.0-3.0）D

L1+L2≤5D≈（3-4）D

L1/L2≈1.5/2.5为宜。

e.圆锥角α：

一般取20˚-30˚

f.排尘口直径Dc：

Dc=（0.25-0.5）D0，一般Dc≥70mm，

②旋风除尘器的压力降

旋风除尘器的压力损失与其结构型时，运行条件等因素有关。

据实验，旋风器的压力降与进口速度的平方成正比。

10.4湿式除尘器

湿式除尘器的概念：

湿式除尘是利用洗涤液来捕集粉尘，利用粉尘与液滴的碰撞及其它作用来使气体净化的方法。

特点:

（1）优点：

不仅可除粉尘，还可净化气体；

效率较高，粉尘粒径较小；

体积小，占地面积小；

能处理高温、高湿的气流。

（2）缺点：

有泥渣；

防冻设备（冬天）；

易腐蚀设备；

动力消耗大。

工程上使用的湿式除尘器型式很多，大体分为低能、高能两类。

低能压力损失0.2～1.5Kpa，包括喷雾塔、旋风洗涤器等。

一般耗水量（L/G比）0.5-3.0L/m3，对10μm以上的η可达90-95%。

常用于焚烧炉、化肥制造、石灰窑的除尘，高能湿式除尘器ΔP=2.5～9.0Kpa，η可达99%以上,如文丘里洗涤器。

10.4.1湿式除尘器的除尘机理

湿式除尘机理涉及各种机理中的一种或几种。

主要是惯性碰撞、扩散效应、粘附、扩散漂移和热漂移、凝聚等作用。

1、惯性碰撞

惯性碰撞是湿式除尘的一个主要机理。

尘粒的惯性越大，气体流线曲率半径越小，尘粒脱离流线而被液滴捕集的可能性越大。

当尘粒与液滴碰撞时，尘粒若能被该液体润湿，则进入液体内部，若不能被润湿，则粘附在液滴表面。

（2）扩散效应、粘附、扩散漂移和热漂移

若气流中含有饱和蒸汽，当其与较冷液滴接触时，饱和蒸汽会在较冷的液滴表面上凝结，形成一个向液滴运动的附加气流，这就是所谓的热漂移和扩散漂移，这种气流促使较小尘粒向液滴移动，并沉积在液滴表面而被捕集。

（3）凝聚作用

排烟中常含有水蒸汽、气态有机物等。

随着温度降低，这些凝结成分就会被吸附在粉尘表面，使尘粒彼此凝聚成较大的二次粒子，易于被液滴捕集。

用液体来洗涤和捕集气体中微粒，大体要在四种气—液交界面上进行。

即气泡表面、液体喷射表面、液膜表面以及液滴表面。

①气泡表面

含尘气流通过多孔板上的液体时，气体在孔眼处形成气泡，并逐渐变大，随后上升通过液层，筛板可分为三个区域：

最下层是鼓泡区，主要为液体；

中间层是运动的气泡层，主要使气体，液体是以气泡膜的形式存在；

上层是溅沫区，液体变成了不连续的溅沫。

气流中的尘粒主要在气泡区被捕集。

②液体射流表面

由一个压力喷嘴形成的射流。

喷出的射流经一定距离后破碎为直径分布范围很广的液滴群。

气体和液体发生强烈混合，常见的除尘器是引射式文丘里洗涤器，由于尘粒和液滴相对速度较小，故此装置的捕集效率不很高，但由于液体喷射的抽吸作用，气体不需引风设备。

③液膜

液体依靠其流动性，润湿性在固体表面铺展开来，即形成液膜，如洗涤塔，内装装填料，在填料表面形成液膜。

④液滴

靠机械力、惯性力以及摩擦力等使液体分散在大量气体中，从而形成液滴。

10.4.2常见的湿式除尘器

1、重力喷淋式洗涤器

也称重力喷淋式洗涤塔。

根据器内气液流动方向的不同，可分为顺流、逆流和错流三种型式。

通常采用逆流喷淋塔。

除尘过程（见教材P180图10.9）是：

含尘气流从下部通过气流分布格栅均匀进入器内向上运动，液滴由上部分布在几层的多个喷嘴向下喷淋，含尘气流通过喷喷淋液形成的液滴空间时，因为尘粒与液滴之间的相互碰撞、截留和凝并等作用，尘粒被液滴捕集与洗涤液一起从塔底排走，清净气体通过挡水板除去雾沫后排放。

结构简单、阻力小、性能稳定、操作方便。

耗液量大、占地面积大、效率较低。

2、冲击式除尘器

没有喷嘴，也没有很窄的缝隙，不易堵塞。

在高含尘浓度时，能维持高的气流量，耗水量小。

组成：

通风机、除尘器、排泥浆装置、水位自动控制装置。

含尘气流进入后，转弯向下冲击水面，粗尘粒被水捕获；

细尘粒随气流进入两叶片间的“S”型精净化室，由于高速气流冲击水面激起的液滴碰撞和离心力的作用，使细尘粒被捕集下来。

3、文丘里洗涤器

文丘里除尘器（可除去1μm以下的尘粒）由收缩管、喉管、扩散管组成。

水从喉管周边均匀分布的若干小孔进入，在被通过这里的高速含尘气流撞击成雾状液滴，气体中的尘粒与液滴凝聚成较大颗粒随气流进入脱水器和气体分离。

在脱水器中，含尘的水滴与气流分离。

文丘里除尘器在喉部发生碰撞；

在扩大部分发生凝聚。

喉管速度（气速）要求大一些好（50-180m/s），若小于40m/s，效率会大大降低。

最佳的速度为50m/s，喉管直径长度

为什么要扩大部分的原因是：

扩大部分可以减小阻力，加强分离。

扩散管的角度一般为