通风排气中粉尘的净化

1,第4章通风排气中粉尘的净化,2,本章内容提要,1粉尘的特性2除尘器效率和除尘机理3重力沉降室和惯性除尘器4旋风除尘器5过滤式除尘器6湿式除尘器7电除尘器8除尘器的选择,3,本章重点,粉尘的粒径分布除尘器的效率计算各种除尘器的机理除尘器的选择,4,第一节粉尘的特性,重点及难点：粉尘的粒径分布,5,一.粉尘密度粉尘的真密度（p）：每单位体积（不包括尘粒间内闭孔体积）粉尘颗粒材料所具有的质量，即密实状态下的单位体积粉尘的质量。粉尘的容积密度或称堆积密度（b）：自然状态下堆积起来的粉尘在颗粒之间及颗粒内部充满空隙，我们把松散状态下单位体积粉尘的质量称为粉尘的容积密度。二者之间满足以下关系：,6,表几种工业粉尘的密度,7,二.粉尘的粘附性尘粒附着在固体表面上，或尘粒互相附着的现象。是粉尘与粉尘之间、粉尘与器壁之间的力的表现，包括分子力、毛细力和静电力。影响因素有尘粒形状、大小、湿度、荷电性及外界的温湿度、尘粒运动分子力、电磁场等。试验表明，粉尘的粘附力与颗粒粒径成反比，当粉尘中含有60%70%小于10m的粉尘时，其粘性将会大大增加。,8,表部分粉尘的爆炸下限,三.爆炸性当某些粉尘在空气达到一定浓度时，在有火源的情况下会引起爆炸。如煤尘、麻尘。（爆炸最低浓度为爆炸下限，最高浓度为爆炸上限），许多工业粉尘的爆炸极限在20-60g/m3。,9,四.比表面积,单位质量(或体积)粉尘具有的总表面积。cm2/g比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。粉尘的比表面积对粉尘的湿润、凝聚、附着以及燃烧和爆炸等性质都有明显的影响。,10,五.荷电性与比电阻荷电性：粉尘在产生和运动的过程中，由于相互碰撞、摩擦、放射线照射及接触带电体等原因而带上一定电荷的性质。随温度升高、粉尘表面积加大及含水率减小而增大。比电阻（Rb）：表示粉尘的导电性，电流通过边长为cm的粉尘立方体时的电阻值。比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围10451010cm。,圆板电极法测定粉尘比电阻,11,六.湿润性和水硬性湿润性：尘粒与液体相互附着或附着难易程度的性质。取决于粉尘的成分、粒径、生成条件、温度、压力、表面粗糙度及荷电性等因素有关。根据被水湿润性程度分：亲水性粉尘：易被水湿润。如锅炉灰、金属矿石粉尘。疏水性粉尘：不易被水湿润。如焦油烟气粉尘、石墨。,衡量湿润性指标:湿润接触角()。,12,水硬性：粉尘与水接触后，发生粘结变硬的现象。注：小于m的尘粒很难被水湿润，因为微小尘粒和水滴在空气中均存在环绕气膜现象，必须冲破气膜才能接触凝结，通常采用大水滴捕集微小尘粒。,液滴,90,为疏水性。,13,七.含水率W,是指粉尘中所含水分的质量与粉尘总质量的比值，即,水分包括：颗粒表面的、细孔中的自由水分以及内部的结合水。,粉尘的含水率的大小，会影响到粉尘的其他物理性质，如导电性、粘附性、流动性等，在设计除尘装置时必须加以考虑。,14,八.堆积角与滑动角,（自然）堆积角：粉尘通过小孔连续落到水平面上，堆积成圆锥体的锥底角，一般3540，也叫休止角、安息角、安置角等。滑动角：将粉尘放在光滑的平板上，使该板倾斜到粉尘开始滑动时的角度，一般为4055。,表几种粉尘的安息角和滑动角,15,九.粉尘的粒径及粒径分布通风除尘中常用的斯托克斯粒径：在同一种流体中，与尘粒密度相同且具有相同沉降速度的球体直径。粒径分布或粒径频率分布：指某种颗粒物中，各种粒径的颗粒物个数（或质量或表面积）所占的比例，也称分散度。其中质量分布更能反映不同粒径粉尘对人体和除尘器性能的影响。粉尘的分散度高，表示小粒径粉尘占的比例大；其高低与尘源情况和附近气流的流动情况有关。粒径分布的表示方法：列表法、图示法和函数法。函数法：运用概率论或近似函数的方法找出f(dc)数学表达式，有正态分布函数、对数正态分布函数等。,16,粉尘粒径的相对频率分布曲线消除因粒径间隔dc的取法不同所造成的曲线形状的差异,粉尘的粒径频率分布直方图,颗粒物的分布函数：,对应区间的质量百分数：,17,粒径小于和等于dci的尘粒所占的质量百分数（即累计质量百分数）：,在整个粒径分布范围内的累计质量百分数：,18,19,上式中f(dc)就是粉尘粒径分布函数。它的分布也可用正态分布函数来表示，即：,在这种情况下，算术平均粒径即为累计质量百分数为50%时的粒径，称之为中位径，以dcp或d50表示。,20,21,实际上符合正态分布的粉尘是很少的，大多数粉尘的粒径分布是偏态的，研究表明，如果用对数粒径代替原先的粒径，粒径的相对频率分布用对数增量而不是用算术增量分组，就可把它转化成近似正态分布的对称曲线，这条曲线称为对数正态分布曲线。,22,23,24,例题某除尘器前气流中取样，测得气流中颗粒物的累计粒径分布如下：,求颗粒物的中位径dcj及几何标准偏差j。,25,第二节除尘器效率和除尘机理,重点及难点：除尘器的效率的概念全效率和分级效率的计算,26,一.除尘器的主要性能指标1、除尘效率全效率()：除尘器捕集的粉尘量占进入除尘器粉尘量的百分比。=(G3/G1)100%=(G1-G2)/G1100%由于现场无法直接测进入的粉尘量，只能测进出口气流中的含尘浓度和相应的风量，有：=(L1y1-L2y2)/L1y1100%其中：除尘器效率%；G1进入除尘器的粉尘量g/s；G2除尘器排出的粉尘量g/s；G3除尘器捕集的粉尘量g/s；L1、L2除尘器入进、出口风量m3/s；y1、y2除尘器入进、出口浓度，g/m3。,27,分级效率(dc)：除尘器对某一粒径dc或粒径范围dc内粉尘的除尘效率。,28,如果被捕集下来的粉尘的粒径分布为f3(dc)，则被捕集的粉尘量为：,29,根据测定，某除尘器进、出口含尘浓度分别为y1=10g/m3、y2=1.65g/m3。进口、出口和除下粉尘的粒径分布如下表所示。计算该除尘器的分级效率。,30,某除尘器的分级效率,可见，只给出除尘器的全效率对工程设计是没意义的，必须同时说明实验颗粒物的真密度和粒径分布或该除尘器的应用场合。,31,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为3200mg/m3，出口含尘浓度为480mg/m3。除尘器进口和出口管道内粉尘的粒径分布如下表所示，求该除尘器的全效率和分级效率。,例题,32,全效率()与分级效率(dc)之间的关系,换言之，在整个粒径分布范围内，两者关系也可以表述为：,33,教材第72页例4-1,已知某除尘器的分级效率和进口处粉尘粒径分布如下表，计算该除尘器的全效率。,34,多级除尘,为提高除尘效率，常把两个除尘器串联使用总除尘效率为：=1+2(1-1)=1-(1-1)(1-2),35,除尘系统中若有效率分别为12n的除尘器联合运行时，除尘系统总效率为：=1-(1-1)(1-2)(1-n),36,例题,有一两级除尘系统，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80%和95%，计算该系统的总效率和排空浓度。,总效率为：,除尘器的进风含尘浓度：y1=22.2/2.22=10g/m3,得出排空浓度为：y2=0.1g/m3,37,那么，两个型号相同的效率为的除尘器串联运行时，总除尘效率为多少？,由于他们处理粉尘的粒径不同，一级和二级的全效率1和2是不同的。,38,2.压力损失是指除尘器进、出口处气流的全压绝对值之差，表示流体流经除尘器所耗的机械能。一般用下式计算：,39,二.常用除尘机理重力：气流中的尘粒可以靠重力自然沉降，从气流中分离出来。由于尘粒的沉降速度较小故多用于粗大尘粒。离心力：含尘气流圆周运动时，由于惯性离心力的作用，尘粒于气流会发生相对运动，从而分离出来。用于10m以上的尘粒。,40,惯性碰撞：含尘气流在运动过程中遇到物体阻挡（挡板、纤维、水滴等）时，气流要进行绕流，细小的尘粒随之一起流动，粗大尘粒由于惯性而被捕集。是过滤式、湿式和惯性除尘器的主要除尘机理。接触阻留：细小尘粒随气流紧靠物体（纤维、水滴）表面流动时，有些尘粒因与物体发生接触而被阻留的现象。粗大尘粒被阻留为筛滤作用。,41,扩散：小于1m的微小粒子在气体分子的撞击下，象气体分子一样做布朗运动，如果与物体表面接触阻留，就会从气流中分离出来。该机理对于小于0.3m的尘粒很重要。静电力：悬浮在气流中的尘粒都带有一定的电荷，可通过静电力使之分离出来。自然状态下尘粒带电量很小，必须设置高压使之充分荷电。凝聚：通过超声波、蒸汽凝结、加湿等凝聚作用使微小尘粒增大，再使用其他方法去除。,42,除尘机理示范,43,三.除尘器分类：按气体中除去或收集固态或液态粒子分：湿式除尘装置和干式除尘装置。按分离原理分类：机械除尘器：主要依靠机械力（重力、惯性力、离心力）把粉尘从含尘气流中分离出来的。有：重力尘降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。过滤式除尘器：利用纤维或多孔填料的过滤作用除尘。有：袋式除尘器、颗粒层除尘器等。电除尘器：利用高压电场使尘粒荷电，在静电力（库仑力）作用下从气流中分离。湿式除尘器：用水滴或水膜洗涤含尘气流使之分离出来。有：低能（低阻）湿式除尘器（水浴除尘器等）和高能文氏管除尘器。,44,第三节重力沉降室和惯性除尘器,45,一、重力沉降室它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。,46,尘粒在静止空气中自由沉降时，其末端沉降速度按下式计算：,47,当尘粒粒径较小时，气流对尘粒的实际阻力变小，因此需要修正：对,kc为库宁汉滑动修正系数。当空气温度t=20，压力P=1atm时：,48,49,设计重力沉降室时先根据公式计算尘粒的沉降速度；再假设气流速度v和沉降室高度（或者宽度）然后计算沉降室的长度和宽度（或高度）,沉降室长度,沉降室宽度,50,重力沉降室的优点：结构简单投资少压力损失小（一般为50100Pa）维修管理比较容易缺点：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。（仅适用于50m以上的粉尘）,51,二、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。,52,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,53,应用：一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘；净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集1020m以上的粗颗粒；压力损失1001000Pa。,54,第四节旋风除尘器,55,利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。旋风除尘器内气流与尘粒的运动：,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。,56,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，到达外壁后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,57,旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布,0.60.65DP,58,切向速度：外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的n次方此处n1，称为涡流指数，一般n=0.50.8。内涡旋的切向速度正比于半径：内外涡旋的交界面上气流切向速度最大交界圆柱面直径d0=(0.60.65)dP,dP为排气管直径,59,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：其中：r0和H分别为交界圆柱面的半径和高度,60,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。,61,除尘器下部的严密性：在不漏风的情况下进行正常排灰,锁气器(a)双翻板式(b)回转式,62,旋风除尘器的除尘效率：计算分割粒径是确定除尘效率的基础在交界面上，离心力Fl，向心运动气流作用于尘粒上的阻力P若FlP，颗粒移向外壁；若FlP，颗粒进入内涡旋；当Fl=P时，有50%的可能进入外涡旋，既这种尘粒的除尘效率为50%。对于球形Stokes粒子：分割粒径：,63,对于高效旋风除尘器，分割粒径可采用下列公式计算：,对于切向进气：,对于涡向进气：,64,旋风除尘器的压力损失：其中：-局部阻力系数A-旋风除尘器进口面积相对尺寸对压力损失影响较大，除尘器结构型式相同时，几何相似放大或缩小，压力损失基本不变含尘浓度增高，压力降明显下降操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa,65,a.直入切向进入式b.蜗壳切向进入式c.轴向进入式,旋风除尘器的进口形式切向进入式和轴向进入式,结构简单，应用最为广泛,可避免进口气流与排出管的相互干扰，有利于提高效率，减小阻力,66,多管旋风除尘器：由多个相同构造形状和尺寸的小型旋风除尘器（又叫旋风子）组合在一个壳体内并联使用的除尘器组常见的多管除尘器有回流式和直流式两种,回流式多管旋风除尘器,67,旋风除尘器的设计,选择除尘器的型式根据含尘浓度、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等因素根据允许的压力降确定进口气速，或取为1225m/s确定入口截面A，入口宽度b和高度h确定各部分几何尺寸,68,入口高度h入口宽度b,DP,Li,筒体长度L,锥体长度H,D,69,一般旋风除尘器结构应遵循以下原则:为防止粒子短路漏到出口管，hLi，其中Li为排气管插入深度；为避免过高的压力损失，b（DDp）/2；为保持涡流的终端在锥体内部，5D（H+L）3D；为利于粉尘易于滑动，锥角20o30o为宜；为获得最大的除尘效率：Dp/D0.50.6；（H+L）/Dp810；Li/Dp1。,70,旋风除尘器尺寸,71,第五节过滤式除尘器,72,使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置。分类:,空气过滤器滤纸或玻璃纤维,颗粒层除尘器砂、砾、焦炭等颗粒物,袋式除尘器纤维织物,73,除尘机理：截留、惯性碰撞扩散、电沉积,74,筛分袋式除尘器特点：采用纤维织物作滤料的袋式除尘器，在工业尾气的除尘方面应用较广；除尘效率一般可达89%99%；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。,75,袋式除尘器的工作原理：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；沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中；粉尘因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉层初层。,机械振动袋式除尘器,76,新鲜滤料的除尘效率较低，如图粉尘初层形成后，成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率随着粉尘积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，因此除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰清灰时不应破坏粉尘初层。,77,袋式除尘器的分级效率曲线,78,袋式除尘器的滤料：1、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；,79,2、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,80,81,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，袋式除尘器按清灰方式分三种：机械振动式逆气流清灰脉冲喷吹清灰,82,机械振动清灰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,83,逆气流清灰过滤风速一般为0.52.0m/min，压力损失控制范围10001500Pa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,84,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0.10.2s）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净化效率达99；过滤负荷较高，滤袋磨损轻，运行安全可靠。,脉冲喷吹清灰袋式除尘器,85,86,87,袋式除尘器应用袋式除尘器作为一种高效除尘器，广泛用于各种工业部门的尾气除尘；比电除尘器结构简单、投资省、运行稳定，可以回收高比电阻粉尘；与文丘里洗涤器相比，动力消耗小，回收的干粉尘便于综合利用；对于微细的干燥粉尘，采用袋式除尘器捕集是适宜。,88,第六节湿式除尘器,89,使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的接触阻留、惯性碰撞、扩散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。,90,优点：在耗用相同能耗时，比干式机械除尘器高。高能耗湿式除尘器清除0.1m以下粉尘粒子，仍有很高效率；可与静电除尘器和布袋除尘器相比，而且还可适用于它们不能胜任的条件，如能够处理高温、高湿气流，高比电阻粉尘，及易燃易爆的含尘气体；在去除粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些气态污染物。既起除尘作用，又起到冷却、净化的作用。,91,缺点：排出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应重复回用；净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水具有一定程度的腐蚀性，因此要特别注意设备和管道腐蚀问题；不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体；寒冷地区使用湿式除尘器，容易结冻，应采取防冻措施。,92,除尘机理：粒径在1m以上的尘粒主要通过惯性碰撞、接触阻留，尘粒与液滴或液膜发生接触，使加湿、凝聚、增重，从而分离出来；粒径在1m以下的细小尘粒通过扩散与液滴或液膜接触而捕集；,提高相对运动速度、减小液滴直径,随液滴直径和相对运动速度的减小而加剧,93,94,95,喷雾塔洗涤器,假定：所有液滴具有相同直径液滴进入洗涤器后立刻以终末速度沉降液滴在断面上分布均匀、无聚结现象喷雾塔结构简单、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。,96,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,97,文丘里除尘器,文丘里除尘器是湿式除尘器里除尘效率最高的一种。由文氏管和离心分离器组成。结构简单，适合于处理高温或可燃性含烟气力。缺点是压力损失大。,98,文氏管,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50120m/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。,99,文丘里除尘器尺寸,100,第七节电除尘器,101,102,电除尘器的优点：压力损失小，一般为200500Pa；处理烟气量大，可达105106m3/h；能耗低，大约0.20.4kWh/1000m3；对12m的细粉尘有很高的捕集效率，可达9899以上；可在高温(500以下)、高湿、强腐蚀性气体下操作。,103,电除尘器的缺点：设备庞大，占地面积大，如图；钢材耗量大，一次投资高；结构较复杂，制造、安装的精度要求高；对粉尘的比电阻有一定要求；需要高压变电及整流控制设备。,104,电除尘器,105,电除尘器的工作原理利用高压电场，电晕极(放电极)接高压直流电源的负极，集尘极接地为正极，加快离子运动,促使空气与中性分子电离,移向极板。三个基本过程空气电离尘粒荷电尘粒的运移、积聚及清除空气电离尘粒荷电尘粒向集尘极移动并沉积在上面尘粒放出电荷,振动后落入灰斗。,106,电除尘器工作原理图,107,单区电除尘器,大于0.5m的微粒，以电场荷电为主；小于0.2m的微粒，以扩散荷电为主。,108,正、负电晕极在空气中的电晕电流一电压曲线,电晕区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离电场击穿；相应的电压击穿电压。在相同电压下，负电晕电极产生较高的电晕电流，且击穿电压也高得多。工业气体净化倾向于采用稳定性强，操作电压和电流高的负电晕极。,109,荷电粒子的运动和捕集,饱和状态下尘粒的荷电量：,尘粒受到的静电力：,尘粒受到的空气阻力：,当静电力和空气阻力相等时，则尘粒在横向做等速运动，这时尘粒的运动速度称为驱进速度。,110,捕集效率,捕集效率多依奇公式,式中：分级效率A集尘极总面积L处理风量驱进速度,111,有效驱进速度,有效驱进速度-实际中常常根