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1、第四章 通风排气中粉尘的净化,净化工业生产过程中排出的含尘气体称为工业除尘,净化进风空气称为空气过滤,除尘器,空气过滤器,4.1 粉尘的特性,一、粉尘的密度,根据实验方法和应用场合：真密度和容积密度,粉尘的容积密度：松散状态下单位体积粉尘的质量,真密度(或尘粒密度)：密实状态下单位体积粉尘的质量,二、粘附性,粉尘间的凝聚与粉尘在器壁上的附着都与粉尘的粘附性有关。粉尘的粘附性是粉尘与粉尘之间或粉尘与器壁之间的力的表现。这种力包括分子力、毛细粘附力及静电力等。,粘附性与粉尘的形状、大小以及吸湿等状况有关。粒径细、吸湿性大的粉尘，其粘附性也强。,研究单个尘粒在空气中的运动时应用真密度，计算灰斗体积时
2、则应用容积密度。,三、爆炸性,比表面积(m2/kg)单位质量粉尘的总表面积)与粒径成反比，粒径越小，比表面积越大。比表面积增大，强化了表面活性。某些在堆积状态下不易燃烧的可燃物如糖、面粉、煤粉等，当它以粉末状悬浮于空气中时，与空气中的氧有了充分的接触机会，在一定的温度和浓度下，可能发生爆炸。,能发生爆炸的粉尘称为可爆粉尘，如煤粉尘、亚麻粉尘、镁、铝粉尘等。,爆炸性粉尘在空气中发生爆炸必备的条件,可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度,可燃物爆炸的最低浓度叫爆炸浓度下限 可燃物爆炸的最高浓度叫爆炸浓度上限,存在能量足够的火源,四、荷电性与比电阻,悬浮于空气中的尘粒由于天然辐射、外界离子
3、或电子的附着、尘粒间的摩擦等，都能使尘粒荷电。此外，在粉尘生成过程中也可能使其荷电。,粉尘的比电阻是反映粉尘的导电性能。,采用圆板电极法测定,粉尘的比电阻，cm； V施加在粉尘层上的电压，V； I通过粉尘层的电流，A； A粉尘层的面积，cm2； d粉尘层的厚度，cm。,面积为lcm2、厚度为lcm的粉尘层所具有的电阻值称为粉尘比电阻。其单位为 cm。,粉尘比电阻对电除尘器有较大影响,衡量湿润性指标: 湿润接触角()。, 60时，表示湿润性好， 为亲水性；, 90时，表示湿润性差，属于疏水性。,各种湿式除尘装置主要依靠粉尘与水的润湿作用捕集粉尘。,有些粉尘(如水泥、石灰等)与水接触后，会发生粘结
4、和变硬，这种粉尘称为水硬性粉尘。水硬性粉尘不宜采用湿法除尘。,五、粉尘的润湿性,指粉尘被液体湿润的难易程度。当尘粒与液体接触时，接触面能扩大而相互附着，就是能润湿；反之，接触面趋于缩小而不能附着，则是不能润湿。依此粉尘可分为亲水性与疏水性两类。,湿润现象是分子力作用的一种表现，当水的表面张力小于水与粉尘间的分子引力时，粉尘容易被湿润，反之，粉尘则不易被湿润。,亲水性：石英、黄铁矿、方铅矿粉尘等 疏水性：石蜡粉、炭黑、煤粉等,六、粉尘的粒径及粒径分布,粒径即颗粒的直径，是衡量粉尘颗粒大小的尺度。对于球形尘粒来说，是指它的直径。对于实际粉尘来说，它的形状是不规则的，为了表征颗粒的大小，需要按一定方
5、法，确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸。,常用的粒径测量方法有：显微镜法、筛分法、液体沉降法。用显微镜法测定粒径时有定向粒径、长轴粒径、短轴粒径等；用筛分法测出的称为筛分直径；用液体沉降法测出的称为斯托克斯粒径。,在通风除尘技术中，常用斯托克斯粒径和空气动力学当量直径作为粉尘的粒径。,尘粒的斯托克斯粒径: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。,空气动力学当量直径：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/cm3）的球体的直径,空气动力学当量直径,已知：粉尘的vs和c,求：尘粒的斯托克斯粒径和空气动力学当量直径,斯托克斯粒径,粒径分布指各粒径粉尘占总粉尘的比例，也称为粉尘
6、的分散度。,粒径分布可分为质量分布和粒数分布,质量分布：各粒径粉尘质量占总粉尘质量的比例。,粒数分布：各粒径粉尘颗粒数占总粉尘颗粒数的比例。,以某厂生产的粉尘为例，将其粒径分布(频率分布)在表4-l列出。,频率分布：在某一粒径间隔d c内尘粒所占的质量百分数。,粒径的相对频率分布,粒径的相对频率分布曲线,在 范围内的尘粒所占的质量百分数,粒径小于和等于dc1的尘粒所占的质量百分数,整个粒径分布范围内，尘粒的累计质量百分数,=1,粉尘粒径分布函数,粉尘粒径分布函数通过采用概率论或近似函数的经验方法来寻找 f(dc)的数学表达式，常用的分布函数有正态分布函数和对数正态分布函数。,中位径（d50）：
7、累计质量百分数为50%时的粒径,(1) 正态分布函数,粉尘的粒径； 粉尘的算术平均粒径；中位径 粒径的标准偏差； 在某一粒径间隔内，尘粒所占的质量百分数； 在该粒径间隔内尘粒的平均粒径。,值的大小反映尘粒集中的程度， 值大，曲线平缓，粒径分布分散； 值小，曲线陡直，粒径分布集中。,（2）对数正态分布函数,dcj粉尘的几何平均粒径；粉尘的对数平均粒径 j粉尘的几何标准偏差。,粉尘的累计质量百分数：,对数概率纸在除尘技术上具有以下用途： 1 从该图可直接求得dcj和j； 2 如已知粉尘的dcj和j ，可利用该图了解整个粒径分布； 3 凡属机械破碎、筛分的粉尘测出的粒径分布在对数概率纸上应接近一条直
8、线。如果偏离直线分布太远，则应重新进行测定。,4.2 除尘器效率和除尘机理,一、除尘器效率,除尘器效率是评价除尘器性能的重要指标之一，它是指除尘器从气流中捕集粉尘的能力。,除尘器效率的表示方法有：全效率、分级效率和穿透率。,(一)全效率,定义：含尘气体通过除尘器时，除尘器所捕集的粉尘量占进入除尘器总粉尘量的百分数。,L一除尘器处理的空气量，m3/s,y1除尘器进口的空气含尘浓度，g/m3； y2除尘器出口的空气含尘浓度， g/m3。,G1进入除尘器的粉尘量，g/s ； G2从除尘器排出的粉尘量，g/s ； G3除尘器所捕集的粉尘量，g/s。,质量法用于实验室测定除尘器效率，浓度法用于现场测定除
9、尘器效率,两个除尘器串联时的总除尘效率是多少？,n个除尘器串联时其总效率为,全效率的测量方法：质量法和浓度法,图 两级除尘器除尘系统,(二)穿透率,除了用除尘器效率外，还用穿透率P表示除尘器除尘的性能。,穿透率 P=G2/G1=(1一)100,要正确评价除尘器的除尘效果，必须按粒径标定除尘器效率，这种效率称为分级效率。,穿透率：排出除尘器的粉尘量占进入除尘器总粉尘量的百分数,(三)除尘器的分级效率,已知：Lm3/s、y1g/m3 、f1(dc)、y2g/m3 、f2(dc)、f3(dc),求：该除尘器的分级效率。,除尘器所捕集粒径在 范围内的粉尘量为,解：除尘器进口处粒径在 范围内的粉尘量,除
10、尘器出口处粒径在 范围内的粉尘量,对于粒径在 范围内的粉尘，除尘器的分级效率为：,研究表明，大多数除尘器的分级效率可用下列经验公式表示：,我们把除尘器分级效率为50时的粒径dc50称为分割粒径(Cut diameter)或临界粒径。,a、m待定的常数,(四)分级效率和全效率的关系,d1(dc)在除尘器进口处，该粒径范围内的粉尘所占的质量百分数； d3(dc)在除尘器灰斗中，该粒径范围内的粉尘所占的质量百分数。,二、除尘器机理（动画）,1.重力作用,气流中的尘粒可以依靠重力自然沉降，从气流中进行分离。,2.离心力作用,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
11、气流中分离。,3.惯性碰撞,含尘气流在运动过程中遇到物体的阻挡时，气流要改变方向进行绕流，细小的尘粒会随气流一起流动。粗大的尘粒具有较大的惯性，它会脱离流线，保持自身的惯性运动，这样尘粒就和物体发生了碰撞。,4.接触阻留,5.扩散作用,6.静电力,7.凝聚作用,细小的尘粒随气流一起绕流时，如果流线紧靠物体(纤维或液滴)表面，有些尘粒因与物体发生接触而被阻留，这种现象称为接触阻留。筛滤作用也属于接触阻留。,小于1m的微小粒子在气体分子撞击下，像气体分子一样作布朗运动。如果尘粒在运动过程中和物体表面接触，就会从气流中分离，这个机理称为扩散。,三、除尘器分类,电除尘器静电力。,重力沉降室重力作用；,
12、惯性除尘器惯性碰撞作用；,旋风除尘器离心力作用；,袋式除尘器、颗粒层除尘器过滤作用；,湿式除尘器洗涤作用；,除尘器按除尘机理不同分为：,根据气体净化程度的不同，可分为以下几类：,粗净化：主要除掉粗大的尘粒，一般用作多级除尘的第一级。,中净化：主要用于通风除尘系统，=100200mg/m3。,细净化：用于通风空调系统的进风和再循环系统， = 12mg/m3。,超净化：主要除掉1微米以下的细小尘粒，用于清洁度要求较高的洁净房间。,4.3 重力沉降室和惯性除尘器,一、重力沉降室 （动画）,通过重力作用使尘粒从气流中分离。,1尘粒的沉降速度,定义：尘粒在静止的空气中自由下落所能达到的最大速度。,重力,
13、浮力,阻力,重力：,浮力：,阻力：,重力=浮力+阻力,CR：空气阻力系数。,CR值与尘粒和气流相对运动的雷诺数Rec有关,Rec1时 CR=24/Rec Rec=1103时 CR=13/Rec1/2 Rec1103时 CR=0.44,沉降速度是指尘粒在静止的空气中自由下落所能达到的最大速度。悬浮速度是指要使尘粒处于悬浮状态，上升气流的最小上升速度。悬浮速度用于除尘管道的设计。, c,悬浮速度=沉降速度,在通风除尘技术中，Rec1,vs,当尘粒粒径较小，尘粒与周围空气层发生滑动现象，气流对尘粒的实际阻力变小，尘粒的实际沉降速度要比计算值大。对dc5 m的尘粒计算沉降速度时要进行修正。,Kc：库宁
14、汉(Cunninghum)滑动修正系数。,2重力沉降室的计算,气流在沉降室内停留时间,s,已知：长度l，高度H，气流的水平流速v,求：重力沉降室所能捕集的最小粉尘的粒径dcmin,解：,尘粒从除尘器顶部降落到底部所需时间,s,t2 =t1,H/vs = l/v,重力沉降室能100捕集的最小粒径,dmin重力沉降室能100捕集的最小粉尘粒径，m。,(1) 计算所捕集粉尘中的最小沉降速度vs；,(2)设沉降室内的气流速度v（根据尘粒的密度和粒径确定一般取为0.32m/s)和沉降室高度(或宽度)；,(3) 求沉降室的长度和宽度(或高度)。,设 计 重 力 沉 降 室 的 步 骤,沉降室宽度,沉降室长
15、度,优点：简单、投资少、易维护 缺点：占地大，除尘效率低。主要用于捕集50m以上的大颗粒，可作为预除尘。,重力沉降室特点：,H/vs = l/v,除尘器比较表,二、惯性除尘器,工作原理：利用尘粒在运动气流中具有的惯性力，通过突然改变含尘气流的流动方向，或使其与某种障碍物碰撞，使尘粒从气体中分离。,惯性除尘器的结构：碰撞式和回转式。惯性除尘器主要用于捕集2030m以上的粗大尘粒，常用作多级除尘中的第一级除尘。,（动画）,（动画）,除尘器比较表,4 沉降速度和悬浮速度的物理意义有何不同？各有什么用处？,1 为什么两个型号相同的除尘器串联运行时，它们的除尘效率是不同的？哪一级的除尘效率高？,11 有
16、一两级除尘系统，系统风量为 2 . 22m3 / s ，工艺设备产尘量为 22 . 2g / s ，除尘器的除尘效率分别为 8 0和 95 % ，计算该系统的总效率和排空浓度。,4.4 旋风除尘器,旋风除尘器是利用气流旋转过程中作用在尘粒上的惯性离心力，使尘粒从气流中分离的。旋风除尘器结构简单、体积小、维护方便，对于 1020um的粉尘，效率为90%左右。旋风除尘器在通风工程中得到了广泛应用，它主要用于10um以上的粉尘，可用作多级除尘中的第一级除尘器。它也是我国中小型燃煤锅炉烟气净化的主要除尘设备。,一、旋风除尘器的工作原理,当含尘气流由切线进口进入除尘器后，气流在除尘器内作旋转运动，气流中的尘粒在离心力作用下向外壁移动，到达壁面，并在气流和重力作用下沿壁落入灰斗而达到分离的目的。,组成:进口管、筒体、锥体、排出管、灰斗,1旋风除尘器内气流与尘粒的运动（动画）,外涡旋沿外壁由上向下旋转运动的气流,内涡旋沿轴心向上旋转运动的气流,外涡旋和内涡旋的旋转方
