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1、第四章 颗粒污染物的去除,大气污染控制工程,第四章 颗粒污染物的去除,本章学习内容：机械式除尘器湿式除尘器电除尘器过滤式除尘器除尘器的选择,第一节 机械式除尘器,机械式除尘器是指利用质量力（重力、惯性力和离心力等）分离粉尘的除尘器，即重力沉降室、惯性除尘器、 旋风除尘器等。,重力沉降室是通过重力作用使颗粒污染物从气体中沉降分离的一种除尘装置。,重力沉降室示意图,一、重力沉降室,含尘气流由管道进入沉降室后，流速大大降低，大而重的尘粒在重力作用下沉降至底部。,1.沉降室的除尘效率沉降室的除尘效率，主要决定于气流的流动状态，一般可分为层流式重力沉降和湍流式重力沉降两类。层流式沉降包括：无混合的塞状流
2、和无混合的层流两种流动状态；湍流式沉降包括：横向混合的湍流和完全混合的湍流。,一、重力沉降室,无混合的塞状流沉降室的除尘效率 假定： （1）气流流动状态保持在层流范围内，各断面气流速度分布均匀； （2）颗粒在除尘器入口断面上分布均匀； （3）颗粒的运动轨迹是由两个分速度合成的，在水平方向，颗粒与气体具有相同的速度v0，在垂直方向，忽略气体的浮力，颗粒仅在重力和气体阻力作用下以其终末重力沉降速度vs沉降。,一、重力沉降室,设沉降室的长、宽、高分别为 ，水平气流速度为 (m/s)，处理气体流量为（m3/s），则气流在沉降室内的停留时间:,一、重力沉降室,在时间t内，粒径为dp的颗粒的重力沉降高度h
3、c为,对于粒径为dp的颗粒，只有在高度hc以下进入沉降室，才能以其沉降速度vs沉降到下部灰斗中：,，代入上式中得到：,一、重力沉降室,对于斯托克斯区域，沉降速度,1、 重力沉降室能100%去除的最小粒径为：,由于沉降室内的气流扰动和返混的影响,工程上一般用分级效率的公式的一半作为实际效率:,一、重力沉降室,2 沉降室的设计沉降室的设计包括确定几何尺寸（ ）和分级除尘效率、总除尘效率等。在确定几何尺寸时:（1）选定要全部去除的最小粒径，计算出其重力沉降速度vs*,则有 :,一、重力沉降室,（2）确定平均气流速度v0，由选定的高度H求出最小长度L，或由选定的L求出最大高度H(v0取值范围: 0.2
4、-2m/s,视要求的除尘效率和占地空间大小而定)（3）沉降室尺寸确定后，便可进行分级效率计算。然后根据和粉尘粒径分布数据计算总除尘效率。,一、重力沉降室,提高沉降室效率的主要途径 降低沉降室内气流速度 增加沉降室长度 降低沉降室高度 多层沉降室:设置几层水平隔板 折流板式沉降室:加设一些垂直的挡板，利用气流绕流的惯性作用,一、重力沉降室,重力沉降室的优点 结构简单,投资少 压力损失小（一般为50100Pa） 维修管理容易 缺点 体积大,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,一、重力沉降室,例4-1 用沉降室作为含尘气流的初级净化装置，粉尘真密度为2670kg/m3，浓度为
5、28.9g/m3，常温常压下的空气流量为1800m3/h。试确定全部捕集40m以上的颗粒时沉降室的尺寸。 解：确定沉降室尺寸 首先计算dp=40m颗粒的重力沉降速度vs*,一、重力沉降室,选取气流速度v0=0.3m/s，沉降室高H=1.2m, 则沉降室长 沉降室宽,一、重力沉降室,惯性除尘器是使含尘气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性作用使其与气流分离的装置。,1惯性除尘器除尘机理,二、惯性除尘器,2 惯性除尘器结构型式,惯性除尘器的结构形式可分为碰撞式和回转式两类。,碰撞式气流冲击挡板捕集较粗粒子回转式改变气流方向捕集较细粒子,(a)单级碰撞式;(b)多级碰撞式; (c)百叶式;(d)回
6、转式,二、惯性除尘器,3 惯性除尘器的应用,惯性除尘器宜用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘。由于其净化效率不高，只能用于多级除尘中的第一级除尘，捕集10-20m以上的粉尘，其压力损失差别很大，一般为100-1000Pa。,二、惯性除尘器,1旋风除尘器的基本原理,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，是常用的除尘器。普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成,三、旋风除尘器,普通旋风除尘器内气流形式,气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋 少量气体沿径向运动到中心区域 :上旋流 旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋 气流运动包括切向、
7、轴向和径向：切向速度、轴向速度和径向速度,旋风除尘器内气流与尘粒的运动,三、旋风除尘器,切向速度决定气流质点离心力大小，颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁 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 上涡旋气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出,三、旋风除尘器,旋风除尘器内气流切向速度和压力分布,三、旋风除尘器,切向速度 外涡旋的切向速度分布： n 称为涡流指数 内涡旋的切向速度正比于半径 内外涡旋的界面上气流切向速度最大 交界圆柱面直径 dI = ( 0.61.0 ) de , de 为排气管直径,三、
8、旋风除尘器,径向速度 假定外涡旋气流均匀地经过交界圆柱面进入内涡旋,平均径向速度轴向速度 外涡旋的轴向速度向下 内涡旋的轴向速度向上 在内涡旋，轴向速度向上逐渐增大，在排出管底部达到最大值,三、旋风除尘器,2.旋风除尘器的除尘效率及影响因素 在旋风除尘器内，粒子的沉降主要取决于离心力FC和向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD:(1)FCFD，粒子在离心力推动下移向外壁而被捕集；(2)FCFD，粒子在向心气流的带动下进入内涡旋，最后由排出管排出；(3)FC=FD，作用在尘粒上的外力之和等于零，粒子在交界面上不停地旋转。,三、旋风除尘器,除尘效率为50%的粒径即为除尘器的分割直径，用dc表示。因为F
9、C=FD，对于球形粒子，由斯托克斯定律得到： dc愈小，说明除尘效率越高，性能愈好。,三、旋风除尘器,当dc确定后，可以根据雷思-利希特模式计算其他粒子的分级效率：,三、旋风除尘器,对于给定的旋风除尘器，随气体流量增加、颗粒密度增大、气体粘度减小（或气体温度降低）、旋风除尘器尺寸D减小，分级效率升高。 旋风除尘器的除尘效率将随进口含尘浓度的增加而提高。 旋风除尘器的结构型式，对除尘器的除尘效率影响很大。例如出口管直径d变小时，除尘效率提高；锥体适当加长，有利于提高除尘效率。 如果锥底和下部灰斗不严密，外部空气漏入，会使落入灰斗的粉尘重新被带走，造成除尘效率显著下降。,三、旋风除尘器,3 旋风除
10、尘器的压力损失旋风除尘器压力损失控制范围一般为500-2000Pa。用压力损失系数表示的旋风除尘器压力损失计算式为：,三、旋风除尘器,4 旋风除尘器的结构型式 旋风除尘器的结构型式按气流进入方式不同，可分为： 切向进入式：直入式、蜗壳式 轴向进入式：逆流式、直流式,三、旋风除尘器,旋风除尘器的入口形式,三、旋风除尘器,并联式旋风除尘器: 当处理气量较大时，可将若干个小旋风除尘器并联起来使用。并联除尘器的压损约为单体的1.1倍，气体量为各单体气体量之和 .,多管除尘器:采用许多小型旋风除尘器（称为旋风子）组合在一个壳体内并联使用的整体组合方式，布置更紧凑，外形尺寸小；处理气体量更大；能较有效地捕
11、集510m的粉尘；可用耐磨铸铁铸成，因而允许处理含尘浓度较高的气体。,并联式旋风除尘器,三、旋风除尘器,5 旋风除尘器的设计,收集设计资料（1） 含尘气体特性，成分、温度、湿度、腐蚀性、流 量等；（2） 粉尘特性，浓度、成分、密度、粒径分布、粘度、含水率、纤维性和爆炸性等；（3） 防尘性能要求，除尘效率和压力损失等；（4） 粉尘回收利用的方式与价值；（5） 各种除尘器的特征，除尘效率、压力损失、价格、金属耗量、运行费用及维修管理难易程度等；（6）其他资料，如水源、电源、通风机、冷却装置、安装现场及有关设备材料的供应情况等。,三、旋风除尘器,旋风除尘器的选型设计 计算法:,（1）由入口含尘浓度和
12、出口含尘浓度（或排放标准）计算出要求达到的除尘效率；（2）结合流体性质及安装场所等选定旋风除尘器的结构型式；（3）根据所选除尘器的分级效率d和粉尘的颗粒粒径分布，计算所选除尘器能够达到的除尘效率T ，若T，说明设计满足要求，否则应选择更高性能的旋风除尘器或改变运行参数。（4）计算运行条件下的阻力损失P。,三、旋风除尘器,经验法:,（1）计算所要求的除尘效率； （2）选定除尘器的结构形式； （3）根据所选除尘器的-vi 试验曲线确定入口风速vi； （4）根据处理气量Q和入口风速vi计算出所需除尘器的进口面积A； （5）由旋风除尘器的类型系数K=A/D2求出除尘器的筒体直径D，然后便可从手册中查到
13、所需除尘器的型号规格。,三、旋风除尘器,切向入口旋风除尘器标准尺寸比例,旋风除尘器的结构设计,三、旋风除尘器,例4-2 试根据拉普尔的标准尺寸比例设计一普通旋风除尘器，已知：处理气量Q=4608m3/h；流体温度t=20； 流体含尘浓度为cj=10g/m3； 粉尘密度p=2600kg/m3；空气密度=1.29kg/m3；烟气粘度可近似按空气处理，=1.8110-5 Pas。设蜗壳偏心角=1800，偏心距e = 0.10m。流体中粉尘粒度分布见下表：,三、旋风除尘器,解：1.确定旋风除尘器的几何尺寸：设进口面积为A，取进口速度v = 16 m/s 因此，根据拉普尔标准尺寸比例, 取h = 2b
14、则 （1）入口宽度b,三、旋风除尘器,（2）入口高度h h = 2b = 0.4m （3）筒体直径D D = 4b = 0.8m （4）排气管直径d d = 0.5D = 0.4m （5）卸灰口直径dx dx = 0.25D = 0.2m （6）筒体长度l1 l1 = 2D = 1.6m （7）锥体长度l2 l2 = 2D = 1.6m （8）排气管长度l3 l3 = 0.625D = 0.5m,三、旋风除尘器,2计算除尘效率 （1）计算旋涡指数, 由式（4-7）得 取内外涡旋分界圆柱的直径d0 = 0.7d, 由式（4-6）得由式（4-9）可得,三、旋风除尘器,根据（4-11）临界分离粒径d
15、c为,分级效率由式（4-12）给出,分级除尘效率计算结果如下：,三、旋风除尘器,总除尘率：,3计算阻力损失,由（4-14）给出，,阻力损失由式（4-13）得,三、旋风除尘器,第二节 湿式除尘器,湿式除尘器是实现含尘气体与液体的密切接触，使颗粒污染物从气体中分离捕集的装置，能同时达到除尘和脱除部分气态污染物的效果，还能用于气体的降温和加湿。 湿式除尘器具有结构简单、造价低和净化效率高等优点，可以有效地除去直径为0.120m的液态或固态粒子，亦能脱除气态污染物。 适宜净化非纤维性和非水硬性的各种粉尘，尤其是净化高温、易燃和易爆气体。选用湿式除尘器时要特别注意管道和设备的腐蚀、污水和污泥的处理、烟气
16、抬升高度减小及冬季排气产生冷凝水雾等问题。,一、湿式除尘原理,1 湿式除尘机理主要取决于惯性碰撞和拦截作用,布朗扩散、热泳和静电的作用在一般情况下则是较为次要。,2 湿式除尘器的除尘效率与能耗,湿式除尘器的总能量消耗Et等于气体的能耗EG与加入液体的能耗EL之和 ：,湿式除尘器的总除尘效率是气液两相之间接触率的函数，,一、湿式除尘原理,一、湿式除尘原理,公式（4-18）中特性参数和值,一、湿式除尘原理,二、湿式除尘器分类和性能,高能和低能湿式除尘器 低能湿式除尘器的压力损失为0.251.5kPa，对10m以上粉尘的净化效率可达9095%。 高能湿式除尘器的压力损失为2.59.0kPa，净化效率可达99.5以上,根据湿式除尘器机制，可将其大致分为七类： 喷雾塔洗涤器； 旋风洗涤器； 自激喷雾洗涤器； 泡沫洗涤器； 填料塔洗涤器； 文丘里洗涤器； 机械诱导喷雾洗涤器。,
