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第二章 大气污染控制工程 主讲：苏赛赛,大气污染的基本概念,大气的组成：氮、氧、氩、颗粒物、水蒸气 大气污染：人类活动、自然过程（火山，海啸） 主要大气污染物：颗粒污染物、气态污染物 主要大气污染源：工业、农业、生活、交通 大气污染的危害：人体、植物、器物、天气气候 大气污染物的处理方法：规划管理、工程技术,冶金烟尘的处理方法,冶炼烟气的特点：温度高、含尘量大、波动范围大、 高湿度、腐蚀气体、有毒有害气体 烟尘形成的主要原因： 机械作用、挥发作用 烟尘的概念：分散于气体介质中的微小颗粒物质 烟尘的性质：大小、形状、密度、比表面积、导电 性、润湿性、凝聚性、化学活性、水解性 烟尘净化的意义：保护环境、回收烟气中的有价元 素、促进冶金技术的发展,除尘器的性能指标,除尘器的性能指标： .除尘效率; .压力损失; .处理气体量; .负荷适应性; . 占地面积或占用空间体积。 .设备费和运行费; 以上六项指标，前四项属于技术性能指标，后两项属于经济指标。,1、除尘器的全效率： 除尘器除下的粉尘量与进入除尘器的粉尘量之 比称为除尘器的全效率，可用下式计算: 式中:除尘器全效率，%; G1进入除尘器的粉尘量，g/s。 G2除尘器除下的粉尘量，g/s,除尘器的效率,当现场无法测到除下的粉尘量时，可用下式表示：,式中: 除尘器入口风量，m3/s; 烟尘入口质量浓度，mg/ m3； 除尘器出口口风量，m3/s; 烟尘出口质量浓度，mg/ m3。,当除尘系统中有多个除尘器串联时，设每个除尘器的除尘效 率分别为 ， , ，则总除尘效率,2、压力损失,式中: 处理气体的密度，kg/m3; 除尘器进口速度，m/ s； 除尘器的局部压力损失系数；,指气体流经除尘器时，除尘器进、出口处气流的全 压差，用下式表示：,3、处理气体量：,表征除尘器处理气体能力的大小，一般用体积 流量（m3/h，m3/s）表示，也可以用质量流量 （kg/h，kg/s）,4、负荷适应性：,负荷适应性好，即使污染物浓度在较大范围内 波动，除尘器仍能保持稳定的除尘效率。 这也是保持除尘器性能可靠性的技术指标。,除尘器的分类,机械力除尘器：利用重力、惯性力、离心力等粉尘 的质 量力的作用实现粉尘与气体分离的装置。如重力沉降室、 惯性除尘器和旋风除尘器等。 过滤式除尘器：使含尘气体通过滤料或多孔的填料层进行 过滤分离的装置。如袋式除尘器、颗粒层除尘器及各种过 滤器等。 电除尘器：利用高电压电场使烟气发生电离，气体中的粉 尘荷电，在电场作用下与气流分离。 湿式除尘器：使含尘气体与液体互相密切接触，使尘粒从 气体中分离出来的装置。可分为冲击式、泡沫塔、文氏管等。,除尘器的选择,根据处理烟尘的不同性质，除尘器的选择主要考虑以下两 方面： 性能指标：如净化效率、处理能力 经济指标：如动力消耗、经济性 影响除尘器性能的因素： 1 含尘气体的种类、温度、密度、黏度、露点、毒性、腐蚀性、爆 炸性与气体量和它的波动范围 2 粉尘的种类、成分、密度、浓度、粒径分布、电阻率、腐蚀性、 润湿性、吸水性等物化性质 3 除尘器的净化效率、阻力、废弃排放标准和环境质量标准 4 除尘器的投资、运行费用、维护管理情况、安装位置及收集物的 处理与利用等,常用的除尘设备,机械除尘 湿式除尘 过滤除尘 电除尘,机械除尘器,机理： 机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有： 重力沉降室 惯性除尘器 旋风除尘器,1、重力沉降室,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,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,重力沉降室的优缺点：,惯性除尘器,机理 沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离,结构形式,冲击式气流冲击挡板捕集较粗粒子 反转式改变气流方向捕集较细粒子,冲击式惯性除尘装置 a单级型 b多级型,反转式惯性除尘装置 a 弯管型 b 百叶窗型 c 多层隔板型,旋风除尘器,机理： 利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分 离的装置 应用： 能有效的从气相中分离固体颗粒 结构简单、造价低、维护工作量少、粉尘适 应性强 是目前工业领域应用最广的一种除尘设备,旋风除尘器气流与尘粒的运动,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,普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成 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 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、轴向和径向：切向速度、轴向速度和径向速度,过滤式除尘器,机理： 使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置 分类： 袋式除尘器 颗粒层除尘器 固定床 移动床,1、袋式除尘器,采用纤维织物作滤料的袋式除尘器（主要讨论），在工业尾气的除尘方面应用较广 除尘效率一般可达99%以上 效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用,袋式除尘器的工作过程：,含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上。,含尘气体,进气,过 滤,干净气体,排气,清灰,如果除尘器滤袋两侧压力损失过大，会引起下列问题： 1）粉尘通过率上升 2）处理风量下降（系统阻力增加） 3）滤袋使用寿命下降,除尘器的主要除尘机理：截留、惯性碰撞与扩散、筛分 大颗粒-截留；小颗粒-惯性碰撞和扩散、筛分,袋式除尘器的工作原理,截留、惯性碰撞,惯性碰撞,拦截,靶,气流流线,粒子,惯性碰撞,袋式除尘器的工作原理,扩散、电沉积,扩散,电沉积,靶,粒子,气流流线,袋式除尘器的工作原理,筛分,已收集粒子,筛分,气流流线,粒子,袋式除尘器的滤料,对滤料的要求 容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低 使用寿命长，耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度 表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适用于含尘浓度低、粘性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高 表面起毛（绒）的滤料容尘量大，粉尘能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰,烟气特性、粉尘特性、清灰方式和运行方式等,滤料种类 按滤料材质分 天然纤维 棉毛织物，适于无腐蚀、350360K以下气体 无机纤维 主要指玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温；质地脆 合成纤维 性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用领域 按滤料结构分 滤布（编织物） 毛毡 工艺简单；致密，除尘效率高；容尘量小，易于清灰,袋式除尘器的清灰,清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的 常用的清灰方式有三种 机械振动式 逆气流清灰（低压气体） 脉冲喷吹清灰（高压气体）,机械振动清灰,机械振动袋式除尘器的过滤风速一般取1.02.0m/min （但是一般不超过1m/min）， 压力损失为8001200Pa,此类型袋式除尘器的优点是工作性能稳定，清灰效果较好 缺点是滤袋常受机械力作用，损坏较快，滤袋检修与更换工作量大,逆气流清灰,过滤风速一般为0.52.0m/min（但是一般不 超过1m/min），压力损失控制范围1000 1500Pa 。,这种清灰方式的除尘器结构简单，清灰效果好，滤袋磨损少，特别适用于粉尘粘性小，玻璃纤维滤袋的情况。,脉冲喷吹清灰,利用47atm的压缩空气反吹，压缩空气的脉冲产生冲击波，使滤袋振动，粉尘层脱落 必须选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续时间 （通常为0.1一0.2s） 每清灰一次，叫做一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s,2、颗粒层除尘器,过滤层：石英砂、河沙、焦炭、金属屑、陶粒、 玻璃球等颗粒状物料构成。 优缺点： 优点：耐高温、不燃不爆、耐磨损 缺点：设备庞大、占地面积大 分类： 固定床 移动床,静电除尘,静电除尘 利用高压电场产生的静电力，使粉尘从气体中分离，得到净化。 与其他除尘器的根本区别在于，分离力直接作用在粉尘粒子上，而不是作用在整个气流上。 电除尘器的主要优点： 耗能小、压力损失小，一般在200500Pa 可分离的粒径范围为0.05200m 除尘效率可达99%以上 处理烟气量大，可达105106m3/h 可在高温或强腐蚀性气体下操作,工作原理 集尘电极、放电电极（电晕电极）,应用 高效、低阻、低能耗，应用广泛 广泛应用于各工业企业的废气除尘 电除尘器仍然处在不断的研究、更新之中 国内在电除尘器方面具有较高水平,分类： 按沉降粒子的清除形式： 湿式电除尘器 利用水膜将尘粒冲走 避免尘粒二次飞扬，但有污水和腐蚀问题 干式电除尘器 通过机械力去除极板上的尘粒 可回收干粉尘 存在二次扬尘问题,湿式除尘,使含尘气体与液体 （一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置 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 高能和低能湿式除尘器 低能湿式除尘器的压力损失为0.21.5kPa，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,1、喷雾塔,气体在设备内与液体接 触，主要有普通喷雾塔以及 文丘里除尘器和冷却器使 用，但吸收效率较低。,2、喷雾塔洗涤器,喷雾塔结构简单、压力损失小，操作稳定，经常与高效洗涤器联用捕集粒径较大的粉尘 严格控制喷雾的过程，保证液滴大小均匀，对有效的操作是很有必要,3、旋风洗涤器,干式旋风分离器内部以环形方式安装一排喷嘴，就构成一种最简单的旋风洗涤器 喷雾作用发生在外涡旋区，并捕集尘粒，携带尘粒的液滴被甩向旋风洗涤器的湿壁上，然后沿壁面沉落到器底 在出口处通常需要安装除雾器,4、文丘里洗涤器,除尘器系统的构成 文丘里洗涤器 除雾器 沉淀池 加压循环水泵 除尘过程 文丘里除尘器： 收缩管， 喉管， 扩散管 就其断面形状 圆形文丘里除尘器 矩形文丘里除尘器,文丘里洗涤器,除尘过程 含尘气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，气流的压力能逐渐转变为动能 在喉管入口处，气速达到最大，一般为50180m/s 洗涤液 （一般为水）通过沿喉管周边均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和加速 充分的雾化是实现高效除尘的基本条件,烟气的处理方法,冷凝法 吸收法 吸附法 催化转化法 燃烧法,1、冷凝法,原理： 利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一物理性质，采用降低系统温度或提高系统压力的方法，使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程。,2、吸收法,定义：用液体处理气态污染物，利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度的不同来除去混合气体中的一种或多种有害气体 所用溶液叫吸收剂 被溶解的组分称为吸收质、 溶质 不能溶解的组分称为惰性气体 常用的液体吸收剂有：水、碱性溶液、酸性溶液、氧化剂溶液和有机溶剂 吸收法治理气体污染物技术上比较成热，使用性强，各种气态污染物如SO2、H2S、NOx等一般都可选择适宜的吸收剂和设备进行处理，并可回收有用产品。因此，该法在气态污染物治理方面得到广泛应用。,吸收法的分类,物理吸收 较简单，可看成是单纯的物理溶解过程。 吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度； 吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度,化学吸收 吸收过程中组分与吸收剂发生化学反应。 吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件； 吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度。,吸收设备,1表面吸收器：凡能使气液两相在接触表面（静止液面或流动的液膜表面）上进行吸收操作的设备均属表面吸收器。用于易溶气体的吸收，如HCl、HF 2.填料式吸收器：液体沿填料表面流下，形成很大的表面积，气体通过填料层在填料表面上被吸收。用于吸收SO2、NOx、Cl2、酸雾等 3鼓泡式吸收器：鼓泡式吸收器中气体以气泡形式分散于液体吸收剂中。用于吸收SO2、NOx、NH3、汞蒸气和铅烟等 4喷液吸收器：该吸收器中液体以液滴形式分散于气体中。用于同时除尘、降温、吸收的场合,3、吸附法,吸附概述 常用的吸附剂 吸附的类型 吸附等温线 影响吸附的因素,吸附法概述,吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，而从混合物中的分离的的过程。 典型的吸附过程包括四个步骤：,待分离的料液 通入吸附剂,吸附质被吸附 在吸附剂表面,料液流出,吸附质解吸 吸附剂再生,吸附过程的理论基础,固体内部分子所受分子间的作用力是对称的，而固体表面分子所受力是不对称的。向内的一面受内部分子的作用力较大，而表面向外一面所受的作用力较小， 因而当气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固体表面时就会被吸引而停留在固体表面上。,常用的吸附剂,活性炭， 活性氧化铝， 硅胶， 沸石分子筛， 吸附树脂等。,活性炭,氧化铝,硅胶,吸附的类型,（1） 物理吸附: 放热，可逆，单分子层或多分子层，选择性差 （2） 化学吸附: 放热量大，单分子，选择性强 （3） 交换吸附: 吸附剂吸附后同时放出等当量的离子到溶液中,物理吸附与化学吸附的特点,吸附等温线,如果不考虑溶剂的吸附，当固体吸附剂与溶液中的溶质达到平衡时，其吸附量m应与溶液中溶质的浓度和温度有关。 当温度一定时，吸附量只和浓度有关， m=f（c），这个函数关系称为吸附等温线。 吸附等温线表示平衡吸附量，,影响吸附因素,吸附剂性质： 吸附容量（a 比表面，b 空隙度） 吸附速度（a 粒度，b 孔径分布） 机械强度（使用寿命） 吸附物性质: 表面张力降低的物质 溶质在易溶解的溶剂中吸附量小 极性吸附剂易吸附极性物质 同系物极性越小，越易被非极性吸附剂吸附 溶液pH 的影响 （解离度） 温度的影响 （吸附热，溶解度） 其它组分的影响（促进/干扰/互不影响）,吸附装置, 固定床 移动床 流化床,4、催化转化法,定义 是指废气通过催化剂床层的催化反应，是其中的污染物转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化方法。 优点： 对不同浓度的污染物具有很高转化率； 污染物与主气流不需要分离，避免了可能产生的二次污染； 操作过程简化。 缺点：,催化剂较贵，且废气预热需耗一定能量，这样使净化处理的费用增加。