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1、1,第五章 颗粒污染物控制,第一节 除尘技术基础,第二节 重力沉降,第三节 旋风除尘,第四节 静电除尘,2,第一节 除尘技术基础,一、 粉尘粒径 二、 粒径分布 三、 除尘装置的捕集效率,3,一、 粉尘粒径,降尘： 10m, 具有明显的沉降运动，在空气中停留时间很短的粉尘。 飘尘： 10m, 没有明显的沉降运动，在空气中停留时间很长的粉尘。 粒径是表征粉尘粒子大小的一个代表性尺寸。,4,1. 单一粒径,表征单个粒子的大小的特征量。 A、按粒子的几何性质来直接测量和定义的粒径。 B、按粒子的某种物理性质来间接测量和定义的粒径。 (1) 筛分粒径 用筛分法测定时，粒子能通过的最小方孔的宽度。,5,
2、(2) 沉降粒径ds,与被测粒子密度相同，终末沉降速度相等的球的直径。终末沉降速度Vs：粒子在重力场中沉降时，作用于粒子上的合力为零时，粒子的沉降速度。,在层流区内，Rep1，,式中：流体的粘度，Pa.s p、 l粒子、流体的密度， kg/m3,6,(3) 空气动力学直径da,与被测粒子在空气中的终末沉降速度相等的单位密度的球的直径。,7,2. 平均粒径,表征粒子群的平均大小的特征量。,A、算术平均径 ：粉尘直径的总和除以颗粒总数。,N粉尘颗粒总数。di第i种粉尘的直径。 ni第i种粉尘的个数,8,B、几何平均粒径：N个粉尘直径积的N次方。,9,1-2、 粒径分布,1. 粒径分布的定义,某一粒
3、子群中，不同粒径的粒子所占的比例。也称为粒子的分散度。,10,2. 粒径分布的表示方法,(1) 频率分布g(% ),粒径从dp到dp+dp之间的粒子质量m占粉尘试样总质量m的百分数。,(2) 频率密度分布f(%/m),当dp1m时的频率分布,11,当dp0时，其微分形式为：,(3) 累积频率分布,大于(小于)某一粒径dp的所有粒子质量占粉尘试样总质量m的百分数，称为筛上(下)累积分布R(G)。,12,3. 粒径分布函数,(1) 高斯正态分布,(2) 对数正态分布,(3) RR分布,13,三、 除尘装置的捕集效率,（一）除尘器性能的评价指标,1. 气体处理量Q。,代表除尘器处理气体能力大小的指标
4、。 单位为Nm3h, m3h,2. 除尘效率。,代表除尘器除尘效果的性能指标。,14,3. 压力损失P,代表除尘器能耗大小的技术经济指标。,P等于除尘器进、出口全压的差。,式中： 除尘器进口出口烟道的平均全压，Pa PH 由于进出口高度差引起的压差，Pa,一般忽略PH。,15,（二）除尘效率的表示方法,1. 总除尘效率,总除尘效率是指在同一时间内，除尘器除去粉尘量和进入粉尘量的百分比。,16,2. 通过率P,通过率P一般用在效率表示不明显的地方。,3. 串联运行时的总效率,对于串联运行的除尘器，前、后级除尘器的除尘效率有何要求，为什么？,17,4. 分级除尘效率d,除尘器对某一粒径粉尘的除尘效
5、率。,Sc、 Si为某一粒径带内的粉尘流量。,在什么情况下，某一粒径粉尘的出口分散度小于其进口分散度？,18,四、 除尘器分类,机械式除尘器：利用质量力进行分离; 过滤式除尘器：利用织物纤维的过滤来进行分离; 电除尘器：利用静电库仑力的作用进行分离; 洗涤式除尘器：利用液体洗涤作用进行分离。,19,第二节 重力沉降,重力沉降是利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理,将颗粒污染物与气体分离的过程。 重力沉降室可能是所有空气污染控制装置中最简单的一种装置,它的结构简单,造价低,便于维护管理,压力损失小,而且可以处理高温气体。,20,一、颗粒沉降速度,当直径为dp的球形颗粒在静止液体中自由沉
6、降时,所受作用力主要有重力F1 ,流动对颗粒的浮力F2以及流体对颗粒的阻力F3.因此,作用在颗粒上的合力为: F=F1-F2-F3 重力F1与沉降方向一致,浮力与沉降方向相反,两者的差为颗粒的沉降力.,21,二、重力沉降室的设计,图6-1是一简单的重力沉降室,含尘气体由管道进入此管道宽度大得多的沉降室时,流速突然减慢,使颗粒能在重力作用下沉于室底.,通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置。,22,(一)沉降时间与沉降速度,沉降室的设计计算以如下假定为基础，通过沉降断面的水平气流速度分布是均匀的，并呈层流状态，颗粒的水平移动速度与气流速度相同。,含尘气流通过横断面比管道大得多的沉降室时，流
7、速大大降低，使大而重的尘粒以其沉降速度us缓慢落至沉降室低部。,23,如果水平气流平均速度为V(m/s),则气流通过长度为L(m)的沉降室的时间为t1(s)为:,t1=l/V,而沉降速度为Vt的颗粒，从顶部降落到底部所需要的时间为: t2=H/ut,为使粒径为dp的颗粒在沉降室中全部沉降下来，必须保证t1 t2,即： vut,24,(二)沉降尺寸,因沉降室高度已定，由式可求出沉降室的最小长度；反之，若已定，可求出最大高度沉降室宽度取决于处理气体量（m3/s）,25,（三）沉降室捕集效率,在时间t内，粒径为dp的粒子的沉降距离为：,对于粒径为dp的粒子，只有在高度hc以下进入沉降室才能沉降到灰斗
8、。当hcH时，粒子的分级除尘效率为：,26,该沉降室所能捕集的最小粒径为 ：,v0气体的流速，m/s； 流体的粘度，pa.s,27,第三节、旋风除尘,旋风除尘是利用旋转的含尘气流所产生的离心力，将颗粒污染物从气体中分离出的过程。 旋风除尘器： 利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。,28,一、旋风除尘器的工作原理,(一)旋风除尘器内的气流运动,(二)旋风除尘器内的颗粒运动及分离过程,29,(一)旋风除尘器内的气流运动,外涡旋：旋转向下的外圈气流； 内涡旋：旋转向上的中心气流。 气流作涡旋运动时，尘粒在离心力作用下逐步移向外壁，达到外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰头。,3
9、0,对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际气流除切向和轴向运动外，还有径向运动。在外涡旋也存在离心的径向运动。 通常把内外涡旋气体的运动分解成为三个速度分量：切向速度、径向速度和轴向速度。 切向速度是决定气流速度大小的主要速度分量，也是决定气流质点离心力大小的主要因素。根据涡旋定律，外涡旋的切向速度vT反比于旋转半径R的n次方,气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力下降，一部分细小的尘粒沿筒壁旋转向上，达到顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后到达排出管下端附近被上升的内涡旋带走并从排出管排出，这股旋转气流称上涡旋。,31,(二)旋风除尘器内的颗粒运动及分离过程,轴向速度 外旋涡的轴向速度向
10、下，内旋涡的轴向速度向上。在内旋涡，随着气流逐渐上升，轴向速度不断增大，在排出管底部达到最大值。,32,二、旋风除尘器的分离性能,(一)颗粒的分离直径 (二)捕集效率 (三)影响捕集效率的因素,33,(一)颗粒的分离直径,在旋风除尘器内，粒子的沉降速度主要取决于离心力Fc和向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD在内外涡旋界面上，如果FcFD，粒子在离心力推动下移向外壁而被捕集；如果FcFD，粒子在向心气流的带动下进入内涡旋，最后由排气管排出；如果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。实际上由于各种随机因素的影响，处于这种平衡状态的尘粒有50%的可能性进入内涡旋，也有5
11、0%的可能性移向外壁，它的除尘效率为50%。此时的粒径即为除尘器的分割直径，用dc表示。因为Fc=FD，对于球形粒子，由斯托克斯定律得到：,34,dc愈小，说明除尘效率越高，性能愈好。 dc确定后，可根据雷思利希特模式计算其他粒子的分级效率：,35,36,(三)影响捕集效率的因素,入口风速(或流量) 除尘器的结构尺寸 粉尘粒径与密度 气体温度 灰斗的气密性,37,三、旋风除尘器的分类及选型,(一)旋风除尘器的分类,1.按气体流动状况分 可分为切流返转式和轴流式两种,切流返转式:分为直入式和蜗壳式，前者的进气管外壁与筒体相切，后者进气管内壁与筒体相切。,轴流式:是利用固定的导流叶片促进气流旋转，
12、在相同的压力损失下，能够处理的气体量大，且气流分布较均匀，主要用于多管旋风除尘器和处理气体量大的场合。,38,2.按结构形式分 可分为圆筒体,长锥体,旁通式和扩散式等,圆筒体:它是用得很早的一种旋风除尘器,其圆筒高度大于圆锥高度,结构简单,压力损失小,处理气量大,适用于捕集密度和粒度大的颗粒物. 长锥体:它的特点是圆筒较短,圆锥较长. 旁通式:它的特点是排气管插自主深度较浅,在圆筒体中设有灰尘隔室并与锥体连通. 扩散式:它具有倒形锥体,锥底设有反射屏.,39,(二)旋风除尘器的设计选型,根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征及除尘要求、允许的阻力和制造条件，合理选择旋风除尘器的型式,根据使用时
13、允许的压力降确定进口气速v1 若没有提供允许的压力损失数据，一般取进口气速为12-25m/s,确定旋风除尘器的进口截面A、入口宽度b和高度h,确定各部分几何尺寸，由进口截面积A和入口宽度b及高度h定出各部分的几何尺寸,40,四、旋风除尘器的设计,旋风除尘器各部分尺寸比例,筒体直径D 入口尺寸 排气管 筒体与锥体长度 圆锥角 排尘口直径c,41,第四节 静电除尘,一、静电除尘的基本原理 二、静电除尘器分类及结构 三、静电除尘器的效率 四、静电除尘器的设计,42,一、 静电除尘的基本原理,静电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置， 与其他除尘器的根本区别在于： 除尘过程的分离
14、力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，因此电除尘器具有分离粒子能耗低、气流阻力小的特点。 由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以电除尘器也能有效地捕集亚微米级粒子。电除尘器还具有处理气流量大，能连续操作，可在高温或腐蚀性条件下工作等优点。,1、 静电除尘器的特点及应用,43,一、 静电除尘的基本原理,除尘效率一般可大于99%，对微小尘粒也有足够的捕集效率。处理量大，能连续操作，可用于高温、高压，广泛应用于冶金、化工、能源、材料、纺织等工业部门。 但静电除尘器设备庞大，占地面积大，一次性投资费用高，应用范围受粉尘比电阻限制，难以适应操作条件的变化，此外对制造、安装质量要求高
15、。,1、 静电除尘器的特点及应用,44,一、静电除尘的基本原理,2、静电除尘器的工作原理,45,在两个曲率半径相差较大的金属阳极和阴极上，通以高压直流电，维持一个足以使气体电离的静电场。含尘气体在电晕极周围强电场作用下发生电离，形成气体离子和电子使粒子荷电。荷电粒子在电场力作用下向集尘极运动并在集尘极上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当集尘极上粉尘达到一定厚度时，借助振打机构使粉尘落入下部灰斗。 可见，电除尘器的工作原理包括电晕放电、气体电离、粒子荷电、荷电粒子的迁移和捕集，以及清灰等过程。,一、静电除尘的基本原理,46,3.气体电离和粒子荷电,通常气体中只含有极其微量的自由电子和气体离子
16、，可视为绝缘体。在电除尘器中，当两电极之间的电压达到一定值时，两电极间的气体将发生电离由绝缘状态转变为传导状态，即产生气体电离或电击穿。 （1）粒子荷电 粒子荷电是一种不完全的电击穿，只是在放电极周围很薄的一气层中出现电击穿，两电极间的电流很小。而火花放电则是在放电极到收尘极之间有多条火花电击穿，传导电流较大。,47,3.气体电离和粒子荷电,48,ab段:气体导电仅借助于气体中原有少量自由电子，电流随电压升高而增大，但电流的绝对值不高。 bc段：电压由b升到c，极间导电电流几乎没有变化，说明没有新电离出的电子和离子参与导电，增加的电压主要是提高了原有自由电子的动能。 cd段：当电压升高到c点时，由于气体中的电子已获得足够的动能，足以使与之碰撞的气体中性分子发生电离，产生新的电子和阳离子。失去能量的电子可与其他中性气体分子结合成为阴离子。新的电子和离子参与导电。当电子在电场中获得足够大的动能后，又与其他中性气体碰撞使其电离。新产生的电子数和离子数像“雪崩”似地按
