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1、1 1 第五章通风排气中颗粒物的净化 2 第五章全面通风 5 1颗粒物的特性 5 2除尘器效率和除尘机理 重点 5 3重力沉降室和惯性除尘器 5 4旋风除尘器 5 5袋式除尘器 5 6湿式除尘器 5 7电除尘器 5 8除尘器的选择 3 5 1颗粒物的特性 4 1 个体粉尘粒径几何当量直径 取粉尘的某一几何量相同时的球形粒子的直径等投影面积径等体积径等表面积径 5 1颗粒物的特性 5 5 1颗粒物的特性 投影径 在显微镜下所观察到的粒径定向径 尘粒投影面上两平行切线之间的距离长径 不考虑方向的最长径短径 不考虑方向的最短径面积等分径 粉尘投影面积二等分的直线长度 6 5 1颗粒物的特性 7 5
2、1颗粒物的特性 物理当量直径 取尘粒的某一物理量相同时的球形粒子的直径 阻力径 在相同粘性 速度的含尘气体中粉尘所受到的阻力与圆球受到的阻力相同时的圆球直径 空气动力径 在静止的空气中尘粒的沉降速度与密度为1g cm3的圆球沉降速度相同时的圆球直径斯托克斯粒径 通风除尘中常用 是指在同一种流体中 与尘粒密度相同并且具有相同沉降速度的球体直径 8 5 1颗粒物的特性 9 5 1颗粒物的特性 2 粉尘平均粒径和中位径算术平均径 粉尘直径总和除以粉尘颗粒数体积 或重量 平均径 粉尘的体积 或重量 的总和除以粉尘的颗粒数平均表面积径 粉尘表面积的总和除以粉尘颗粒数几何平均径 n个粉尘粒径的连乘积的n次
3、方根计数中位径或质量中位径 个体粉尘粒径从小到大排列计数中序列为总数量或质量1 2的个体粉尘粒径 10 5 1颗粒物的特性 3 密度真密度 不包括粉尘之间的空隙假密度 也称为堆积密度 容积密度或表观密度4 比表面积指粉尘单位质量的表面积 11 5 1颗粒物的特性 5 浓度和分散度浓度 单位体积空气中所含浮尘的数量或质量 一般采用质量法 mg m3 g m3分散度 在不同粒径范围内所含粉尘的个数或质量占总粉尘的百分比 有质量分散度和数量分散度两种表示法 12 5 1颗粒物的特性 质量分散度 13 5 1颗粒物的特性 6 安置角与滑动角安置角 将粉尘自然而连续落到水平板上 堆积成圆锥体 圆锥体的母
4、线同水平面的夹角 即圆锥体的锥体角 称为安置角 也叫休止角 堆积角 安息角等 滑动角 将粉尘置于光滑平面上 使光滑平面倾斜至粉尘开始滑动时的倾斜角 安置角与滑动角是评价粉尘流动特性的一个重要指标 是设计除尘器灰斗锥度 除尘管路倾斜度等的主要依据 14 5 1颗粒物的特性 15 5 1颗粒物的特性 7 比电阻 指单位面积 单位厚度粉尘的电阻影响因素主要有粉尘的成分 温度和湿度导电性能好的粉尘 比电阻小湿度大 比电阻小在温度较低范围内 粉尘比电阻随温度升高而提高 温度达到一定值后 比电阻达到最大值 之后随温度升高而下降 16 5 1颗粒物的特性 8 凝聚与附着性凝聚 细小颗粒粉尘互相结合成新的大尘
5、粒的现象 分子引力 碰撞 静电力等附着 尘粒和其它物体结合的现象 分子引力 碰撞 静电力 布朗运动 超生波等 17 5 1颗粒物的特性 9 悬浮性 指粉尘长时间在空气中悬浮的特性 粒径越小 越不易沉降一般而言 于静止的空气中 10um的粉尘呈加速沉降 0 1 10um的粉尘呈等速沉降 0 1um的粉尘较少沉降 18 5 1颗粒物的特性 10 粒度及分散度粉尘比表面积与粒度成反比 与分散度成正比 粒度越小 分散度越高 比表面积越大 危害越大 5um的粉尘进入呼吸系统内 不易排出 19 5 1颗粒物的特性 11 湿润性 指粉尘与液体亲和的能力表面张力越小的液体 越容易湿润尘粒 如酒精 煤油 比水容
6、易湿润尘粒球形颗粒的粉尘湿润性比不规则的尘粒差粉尘越细 亲水能力越差 20 5 1颗粒物的特性 12 荷电性与导电性荷电性 指粉尘可带电荷的特性 电除尘器利用此特性 尘粒荷电后 会改变某些物理性质 如凝聚性 附着性以及在气体中的稳定性导电性 通常以比电阻表示 粉尘的导电不仅包括粉尘颗粒本体内的电子或离子发生的容积导电 也包括颗粒表面吸附的水分和化学膜发生的表面导电比电阻率高的粉尘 在较低温度下 主要是表面导电 在较高温度下 容积导电占主导地位 21 5 1颗粒物的特性 13 自燃性和爆炸性自燃性 粒径越小 比表面积越大 表面自由能随之增大 化学活性提高 提高了氧化产热能力 自燃就是由于放热反应
7、时散热速度超过系统的排热速度 氧化反应自动加速造成的 爆炸性 封闭或半封闭空间内可燃性悬浮粉尘的燃烧会导致爆炸 产生高温 高压 冲击波 同时产生大量的CO等有毒有害气体 22 5 1颗粒物的特性 14 磨损性 指粉尘在流动过程中对器壁或管壁的磨损性能表面具有尖棱形状的粉尘比表面光滑的粉尘磨损性大微细粉尘比粗粉尘的磨损性小 23 5 1颗粒物的特性 15 光学特性光线射到粒子上会散射和吸收两个过程发生粉尘光学特性包括粉尘对光的反射 吸收和透光强度等 在测尘技术中 常用到这一特性 24 5 2除尘器效率和除尘机理 除尘器效率 除尘器从气流中捕集颗粒物的能力表示方法 全效率 含尘气体通过除尘器时所捕
8、集颗粒物的量占进入除尘器的颗粒物总量的百分数分级效率 某一粒径范围内粉尘的除尘效率穿透率 穿过除尘器的粉尘量与进入除尘器的粉尘量之比 25 5 2 1除尘器效率 1 处理含尘气体量和漏风率气体处理量 风量 Q 1 2 Q1 Q2 m3 s漏风率 Q1 Q2 Q12 压力损失3 除尘效率 26 5 2 1除尘器效率 1 全效率若入口气体含尘浓度为c1 g m3 出口气体含尘浓度为c2 则G1 Q1c1 G2 Q2c2 因此有 若除尘装置不漏风 Q1 Q2 有 27 若两台除尘装置串联使用时 则除尘系统的全效率为 当几台除尘装置串联使用时 全效率为 2 穿透率 通过率 同一时间内 穿过除尘装置的粉
9、尘量与进入除尘装置的粉尘量之比 5 2 1除尘器效率 28 3 分级效率 某一粒径范围内粉尘的除尘效率 若除尘装置不漏风 Q1 Q2 简化为 分割粒径 分级效率为50 时颗粒的直径 5 2 1除尘器效率 29 5 2 1除尘器效率 在现场对某除尘器进行测定 测得数据如下 除尘器进口含尘浓度 y1 3200mg m3 除尘器出口含尘浓度 y2 480mg m3 除尘器进口和出口管道内颗粒物的粒径分布如下表所示 计算该除尘器的全效率和分级效率 30 4 由分级效率计算除尘全效率 由全效率求分级效率 5 2 1除尘器效率 31 5 2 2除尘机理 1 重力气流中的尘粒依靠重力自然沉降 从气流中分离
10、但是颗粒的沉降速度较小 所以只适用于粗大的尘粒 2 离心力含尘气流作圆周运动时 由于惯性离心力的作用 尘粒和气流会产生相对运动 使尘粒从气流中分离 是旋风除尘器的工作机理 32 5 2 2除尘机理 3 惯性碰撞含尘气流遇到阻碍物绕流 粗大的尘粒由于惯性脱离流线和物体碰撞 是过滤式除尘器 湿式除尘器和惯性除尘器的除尘机理 33 5 2 2除尘机理 4 接触阻留细小的尘粒随气流一起绕流 若流线紧靠物体表面 有些尘粒因与物体发生接触而被阻留 当尘粒尺寸大于纤维网眼而被阻留时 称为筛滤作用 34 5 2 2除尘机理 5 扩散小于1 m的微小粒子在布朗运动过程中和物体表面接触从气流中分离 对粒径小于0
11、3 m的尘粒 这是一个很重要的机理 6 静电力悬浮在气流中的尘粒 若带有一定电荷 可以通过静电力使它从气流中分离 35 5 2 2除尘机理 7 凝聚凝聚作用不是一种直接的除尘机理 它是通过加湿 凝结等作用使小粒子增大 再通过一般的除尘方法去除 36 除尘器评定指标 评定指标 评定除尘器工作性能的主要指标有 除尘效率 阻力 经济性等 除尘效率 系指除尘器捕集下来的粉尘量与进入除尘器的粉尘量之比 根据总除尘效率 除尘器可分为 低效除尘器 50 80 中效除尘器 80 95 和高效除尘器 95 以上 5 2 3除尘器分类 37 阻力 表示气流通过除尘器时的压力损失 据阻力大小除尘器可分为 低阻除尘器
12、 P 500Pa 中阻除尘器 P 500 2000Pa 和高阻除尘器 P 2000 20000Pa 经济性 是评定除尘器的重要指标之一 它包括除尘器的设备费和运行维护费两部分 在各种除尘器中 以电除尘器的设备费最高 袋式除尘器次之 文氏管除尘器 旋风除尘器最低 除尘器评定指标 5 2 3除尘器分类 38 根据除尘机理常将除尘器分为四大类 机械除尘器 过滤式除尘器 湿式除尘器和电除尘器 根据净化要求不同 分为 粗净化 多为第一级净化中净化 用于通风除尘系统 净化后浓度达标细净化 净化后浓度 1 2mg m3超净化 1微米以下 除尘器分类 5 2 3除尘器分类 39 除尘器分类 5 2 3除尘器分
13、类 40 5 3 1重力沉降室 原理 重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置 气流进入重力沉降室后 流动截面积扩大 流速降低 较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降 包括层流式和湍流式两种 41 5 3 1重力沉降室 42 假定沉降室内气流为柱塞流 颗粒均匀分布于烟气中忽略气体浮力 粒子仅受重力和阻力的作用在烟气流动方向 粒子与气流速度相同 纵剖面示意图 5 3 1重力沉降室 层流式重力沉降室 1 计算假设 43 5 3 1重力沉降室 层流式重力沉降室 沉降室的长宽高分别为L W H 处理烟气量为Q气流在沉降室内的停留时间在t时间内粒子的沉降距离该粒子的除尘效率 2 粒子沉降计算
14、 44 5 3 1重力沉降室 层流式重力沉降室 3 捕集最小粒子确定对于stokes粒子 重力沉降室能100 捕集的最小粒子的dmin 45 4 提高沉降室效率的主要途径降低沉降室内气流速度 一般为0 3 2 0m s 增加沉降室长度降低沉降室高度 5 3 1重力沉降室 层流式重力沉降室 46 多层沉降室 使沉降高度减少为原来的1 n 1 其中n为水平隔板层数考虑清灰的问题 一般隔板数在3以下 多层沉降室1 锥形阀 2 清灰孔 3 隔板 5 3 1重力沉降室 层流式重力沉降室 47 48 5 3 1重力沉降室 湍流式重力沉降室 1 湍流模式1 假定沉降室中气流处于湍流状态 垂直于气流方向的每个
15、断面上粒子完全混合 宽度为W 高度为H和长度为dx的捕集元 假定气体流过dx距离的时间内 边界层dy内粒径为dp的粒子都将沉降而除去 49 5 3 1重力沉降室 湍流式重力沉降室 粒子在微元内的停留时间被去除的分数对上式积分得边界条件 得因此 其分级除尘效率 50 5 3 1重力沉降室 湍流式重力沉降室 2 湍流模式2 完全混合模式 即沉降室内未捕集颗粒完全混合单位时间排出 为除尘器内粒子浓度 均一 单位时间捕集 总分级效率 51 5 3 1重力沉降室 湍流式重力沉降室 三种模式的分级效率均可用归一化对Stokes颗粒 分级效率与dp成正比 重力沉降室归一化的分级率曲线a层流 无混合b湍流 垂
16、直混合c湍流 完全混合 52 5 3 1重力沉降室 实际性能 沉降室的实际性能几乎从不进行实验测量或测试 在最好的情况下 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 50 m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 仅作为高效除尘器的预除尘装置 除去较大和较重的粒子 53 5 3 1重力沉降室 设计 假设 通过重力沉降室断面的水平气流的速度V分布是均匀的 呈层流状态 入口断面上粉尘分布均匀 即每个颗粒以自己的末端速度沉降 互不影响 在气流流动方向上尘粒和气流速度相等 就可得到除尘设计的简单模式 1 沉降时间和 最小粒径时的 沉降速度尘粒的沉降速度为us 沉降室的长 宽 高分别为L W H 要使沉降速度为us的尘粒在沉降室内全部去除 气流在沉降室内的停留时间 应大于或等于尘粒从顶部沉降到灰斗的时间 即 54 5 3 1重力沉降室 设计 55 将代入 可求出沉降室能100 捕集的最小粒径上式是在理想状况下得到的 实际中常出现反混现
