环境课件第六章 烟气除尘技术 文档资料

1、第六章,烟气除尘技术,主要内容,6.1,粉尘及其物理特性,6.2,烟尘净化,6.3,机械式除尘器,6.4,湿式除尘器,6.5,电除尘器,6.6,过滤式除尘器,6.7,除尘器应用,6.1,粉尘及其物理特性,6.1.1,粉尘的粒径和粒径分布,粒子是大小均匀的球体,则,可用其直径,作为粒,子大小的代表性尺寸，并称为粒径,实际中,按一定的方法确定一个表示粒子大小,的最佳的代表性尺寸,作为粒子的粒径,单一粒径,代表单个粒子大小的单一粒径,平均粒径,代表由各种不同大小的粒子组成的,粒子群的平均粒径,1,单一粒径,1,投影径,用显微镜法直接观测粒子,选择相对两边两根平行线间的最大距离,l,称为,长径,垂直于

2、长径方向的最大距离,b,称为,短径,垂直于投影面方向的最大距离,称为,厚度,定向粒径,d,F,菲雷特,Feret,直径，各粒子在平,面投影图上在同一方向上的最大投影距离,定向面积等分直径,d,M,马丁,Martin,直径，各,粒子在平面投影图上按同一方向将粒子投影面,积二等分的直线的长度,长径，短径，定向粒径,d,F,定向面积等分直径,d,M,等投影面积直径,d,H,2,几何当量径,取颗粒的某一几何量,面积、体,积等,相同时的球形颗粒的直径，一般有四种,表示方法,等投影面积直径,d,A,d,A,(4A,p,1/2,等体积径,d,V,6V,p,1/3,等表面积径,d,s,d,S,S,p,1/2,

3、体积表面积平均径,d,e,6V,p,S,p,3,物理当量径,取与颗粒的某一物理量相,同时的球形颗粒的直径,沉降直径,或斯托克斯直径,d,st,空气动力直径,d,a,g,d,c,s,st,18,2,平均粒径,表示颗粒群特性的粒径的平均值,1,算术平均径，单一粒径的算术平均值,2,中位径,d,50,指粒径频率分布的累计值为,50,时的,粒径，可用于表示分级除尘器的性能,3,众径,d,d,是指粒径分布中频率密度达到最大值时,的粒径,4,表面积平均径，是用颗粒群中颗粒总表面积与颗粒,数之比的平方根表示。常用于表示颗粒群在重力场或,惯性力场下的沉降速度,i,i,i,p,n,n,d,d,2,1,2,i,i

4、,i,s,n,n,d,d,把由粒径为,d,1,的,n,1,个粒子,d,2,的,n,2,个粒子,d,3,的,n,3,个粒子,组成的粒子群排成一列，其,全长为,n,1,d,1,十,n,2,d,2,十,n,3,d,3,十,该粒,子群的粒子总个数为,假设其全长等于由粒,径皆为,的球形粒子组成的假想粒子群的全长,则可用,代替上式中的,d,i,即,n,1,十,n,2,十,n,3,十,由于粒子全长相,等，所以有,则得,由于把粒子群的全长作为基准，所以也称长度,平均直径,i,i,n,d,i,n,p,d,p,d,i,p,n,d,i,p,n,d,i,i,i,p,n,n,d,d,p,d,p,d,p,d,算术平均粒径

5、,i,i,n,d,粒径分布,粒径分布也称粉尘的分散度，是指某一颗粒群中不同,粒径颗粒所占的比例,1,图表法表示粒径分布,1,相对频数分布,频率分布,粒径由,至,之间的粒子,质量占尘样总质量的百分数,2,频率密度分布,频度分布,用,f,m,1,表示，是粒,径组距为,1,m,时的频率分布,100,0,m,m,D,100,D,1,m,d,D,f,p,p,d,p,d,p,d,3,筛上累计频率分布，简称筛上累计分布,用,R,表示，是大于某一粒径,d,p,的全部粒子质量占尘样总质,量的百分数,反之，小于粒径,d,p,的全部粒子质量占尘样总质量的百,分数称为,筛下累计频率分布,用,D,表示,简称筛,下累计分

6、布,D,与,R,的关系,D=1-R,2,函数法表示粒径分布,1,正态分布,2,对数正态分布,函数表达式为,对数正态分布函数的特征数是中位径和几何标,准差,对数正态分布的特点,如果某种粒子群的颗粒,直径分布遵循对数正态分布，则无论是以质量,表示还是,以个数或表面积表示的粒径分布，也,都呈对数正态分布，且几何标准差均相等,已知某种中位径，便可按下式确定另两种表示,的中位径,分别为以质量、粒数和表面积所表示,的对数正态分布函数的中位径,ln,3,ex,p,2,50,50,g,d,d,ln,5,0,exp,2,50,50,g,d,d,50,d,50,d,50,d,3,罗辛拉姆勒分布,R,R,分布,常用

7、的,R-R,分布函数表达式为,或者,式中,n,分布指数,分布系数；并且,若将中位径,d,50,R=50,代入，可求得,所以,ex,p,100,n,p,p,d,d,R,n,p,d,p,d,R,10,100,n,n,d,d,50,50,693,0,2,ln,693,0,exp,100,50,n,p,p,d,d,d,R,302,2,10,ln,6.1.2,粉尘的物理特性,6.1.2.1,粉尘的密度,粉尘在不包括尘粒间和尘粒体内部的空隙，而是在密,实状态下的单位体积的质量，称为,粉尘的真密度,常,用,表示,粉尘在包括尘粒间和尘粒体内部的空隙，即在自然堆,积状态下的单位体积的质量称为,粉尘的堆积密度,常

8、,用,表示,真密度和堆积密度间关系,粉尘的空隙率，表示尘粒间的空隙体积与自然堆,放粉尘的总体积之比,p,b,1,p,b,6.1.2.2,粉尘的比表面积,粉尘的单位体积或单位质量所具有的总表面积,称粉尘的比表面积,对于粒径为,d,p,的球形颗粒,体积比表面积为,质量比表面积为,对于颗粒群的净体积比表面积为,颗粒群的质量比表面积为,尘粒的平均表面积,cm,2,尘粒的平均净体积,尘粒的体积表面积平均直径，尘粒群总净体积与,总表面积之比,cm,尘粒的卡门形状系数，对于球形颗粒,1,S,V,vs,d,c,6.1.2.3,粉尘的浸润性,1,粉尘的含水率,粉尘中所含水量,是指附着在尘粒表面上的和包,含在凹坑

9、处及细孔中的自由水份，以及紧密结,合在尘粒内部的结合水份,粉尘中所含水量,m,w,与粉尘总质量,干粉尘质量,m,d,和含水量,m,w,的百分比称为粉尘的含水率,100,d,w,w,m,m,m,2,粉尘的润湿性,粉尘的润湿性,粉尘颗粒能否与液体相互附着,或附着难易的性质,根据粉尘能被液体润湿的程度可将粉尘分为,易,被水润湿的亲水性粉尘,和,难于被水润湿的疏水,性粉尘,某些亲水性粉尘,如水泥、熟石灰和白云石粉,尘等吸水后形成不溶于水的硬垢，这类粉尘称,为,水硬性粉尘，不宜采用湿式除尘,6.1.2.4,粉尘的荷电性及导电性,1,粉尘的荷电性,粉尘在其产生和运动过程中，由于相,互碰撞、摩擦、放射线照射

10、、电晕放电及接触带电体,等原因，而带有一定电荷的性质称为粉尘的荷电性,2,粉尘的导电性,粉尘的比电阻是指面积为,1cm,2,厚度为,1cm,的粉尘,层的电阻值，单位为,cm,粉尘的导电性包括粉尘颗粒本体内电子或离子发生的,容积导电，和颗粒表面团吸附水份等形成的化学膜的,表面导电,对于比电阻高的粉尘，在约100以下时，主要靠表,面导电；在约200以上时，主要靠容积导电,典型的温度比电阻关系,6.1.2.5,粉尘的粘附性,尘粒附着在固体表面上、或粒子间彼此附着的,现象称为粘附，后者也称自粘,克服附着现象,所需要的垂直作用于粒子重心上的力称为,粘附,力,在气态介质中，产生粘附力的主要有范德华力,即分

11、子间引力,静电力和毛细粘附力等,影响粉尘粘附性的因素很多，一般情况下，粉,尘的粒径小、形状不规则、表面粗糙、含水率,高、润湿性好及荷电量大时易产生粘附现象,6.1.2.6,粉尘的安息角和滑动角,粉尘通过漏斗连续地下落到水平板面上时，堆积成圆,锥体,锥体母线与水平板面的夹角称为粉尘的安息角,也称静止角或堆积角等,当粉尘自然堆放在光滑平板上随平板作倾斜运动时粉,尘开始滑动的平板倾斜角称为粉尘的滑动角,6.1.2.7,粉尘的爆炸性,在封闭空间内，可燃混合物中可燃物的浓度只有在一,定的范围内才能引起爆炸，这个能够引起爆炸的浓度,叫作爆炸浓度,能够引起爆炸的最高浓度叫作爆炸上限，最低浓度叫,作爆炸下限。

12、在可燃物浓度低于爆炸下限或高于爆炸,上限时，均无爆炸危险,6.1.2.8,粉尘的磨损性,粉尘在流动过程中对器壁或管壁的磨损程度称为粉尘,的磨损性,硬度大、密度高、粒径粗、带有棱角的粉尘磨损性大,6.2,烟尘净化,6.2.1,除尘装置的性能,1,处理气体量,处理气体量是除尘装置处理气体能力大小的指,标，以体积流量表示,Nm,3,s,如果除尘器的进口气体量为,Q,i,出口气体量为,Q,o,则除尘器处理的气体量,除尘器的漏风率,2,1,o,i,Q,Q,V,100,i,o,i,Q,Q,Q,2,除尘效率,1,总捕集效率,同一时间内除尘装置除去的粉,尘量与装置进口的含尘气体中粉尘量的百分比,除尘装置总效率

13、,S,i,S,o,除尘装置进、出口粉尘流量,g/s,S,c,除尘装置捕集的粉尘量,g/s,100,1,100,i,o,i,c,T,S,S,S,S,总捕集效率,也可表示为,换算成标况下,含尘气体流量及浓度,Q,iN,Q,oN,c,iN,c,oN,总捕集效率,当净化装置,严密不漏风且含尘气体浓度不太高,时,Q,iN,Q,oN,实际上净化装置经常,漏风,若以,k,表示漏风系,数，总捕集效率,100,1,i,i,o,o,T,Q,c,Q,c,100,1,iN,iN,oN,oN,T,Q,c,Q,c,100,1,iN,oN,T,c,c,100,1,k,c,c,iN,oN,T,当两台除尘器串联使用时，除尘系统

14、总效率,T(1-2,T1,(1,T1,T2,1-(1,T1,(1,T2,当,n,台除尘器串联使用时,T(1-n,1-(1,T1,(1,T2,1,Tn,T1,T2,Tn,分别为第一、第二、第,n,级除,尘器的除尘效率,2,通过率,除尘装置出口粉尘量与进口粉尘量的百分比,T,iN,iN,oN,oN,i,o,Q,c,Q,c,S,S,P,1,100,100,3,分级除尘效率,按粉尘粒径或粒径范围来标定除尘器的效率,分级效率,表示,粒径为,范围内颗粒的,分级通过率,分级效率和总效率的关系,1,分级效率求总效率,2,由总效率求分级效率,1,2,3,100,i,c,d,S,S,d,i,o,d,S,S,P,1

15、,100,ii,n,i,di,T,D,1,p,d,ii,ci,T,ii,i,ci,c,di,D,D,D,S,D,S,100,ii,oi,ii,i,oi,oi,di,D,D,P,D,S,D,S,1,100,1,ci,oi,di,D,D,P,旋风除尘器分级效率计算实例,总除尘效率,T,90.8,粒,径,间,隔,m,粒径频率分布,分级效率,di,入口,D,ii,出口,Do,i,捕集,D,ci,按式,1,按式,2,按式,3,三式平,均,0,5,10.4,81.6,3.2,27.9,27.8,27.9,27.9,5,10,14.0,15.0,12.8,10,20,19.6,2.4,20.0,20,40,

16、22.4,1.0,23.2,94.2,99.5,99.6,97.8,40,60,14.0,0,14.8,96.0,100,100,98.7,60,19.6,0,26.0,100,100,100,100,4,除尘器的压力损失,压力损失又称压力降，阻力损失或阻力降,代表装置能耗大小的技术经济指标，指装置的进口和,出口气流全压之差,通常压力损失与装置进口气流的动压成正比,即,净化装置的压力降系数，它与除尘器的型式,尺寸和含尘气体的运动状态有关，可根据试验和经验,公式来确定,2,2,v,p,g,6.2.2,除尘装置的分类及其性能比较,按烟尘分离作用原理，可分为下列四大类,1,机械式除尘器,利用机械力,

17、重力、惯性力或离心力,净化含尘气体，包括重力沉降室、惯性除尘器、离心,力,旋风,除尘器等,2,湿式除尘器,利用含尘气流与水或某种液体表面接触,使尘粒从气流中分离出来，包括冲击式、泡沫式、文,丘里式等,3,过滤式除尘器,使含尘气体通过过滤介质将尘粒分离,出来并捕集，包括袋式过滤器、颗粒层除尘器、空气,过滤器等,4,电除尘器,利用高压电磁场产生的静电力使尘粒荷电,并从气流中分离出来，包括干式和湿式静电除尘器,6.3,机械式除尘器,6.3.1,重力沉降室,含尘烟气中的尘粒,借助本身的重力作用而沉降下来,的,一种除尘装置,优点,设备简单、投资少、维护容易、阻力损失小，可,处理高温气体,缺点,设备庞大、

18、占地面积多，除去,40,50,m,以上,的大颗粒,除尘效率低，仅为,40,60,重力沉降室可分为,水平气流沉降室和垂直气流沉降室,两种,水平气流沉降室,水平气流沉降室的设计计算,计算原理,当含尘气流在沉降室内通过时间,t,大于,尘,粒按其本身的沉降速度下降所需的时间,t,0,时，尘粒即,被分离出来,气流,在沉降室内通过时间,t(s,为,t = L/v,尘粒,从沉降室顶部落至底部所需的时间图,t,0,s,为,t,0,H/u,p,尘粒的沉降速度,u,p,可按斯托克斯公式计算,满足条件：如果,t,t,0,则,L/v,H/u,p,考虑到尘粒通过沉降室截面内的速度不均匀性,由此,可计算出沉降室各部分的尺

19、寸,沉降室高度,H,长度,L,沉降室宽度,B,取决于处理气体流量,Q,B,Q/Hv,p,u,H,v,L,33,1,6.3.2,惯性除尘器,运动气流中接近靶时粒子运动的几种可能情况,惯性除尘器的工作原理,含尘气体冲击在挡板上,利用烟气流动方向发生急剧改变时，尘粒受惯性力的,作用而从气体中分离并捕集下来的一种装置,惯性除尘装置的构造,1,冲击式,以含尘气体中的粒子冲击挡板来收集较粗的,粒子,2,反转式,通过改变含尘气体流动方向而来收集较细粒,子,冲击式惯性除尘装置,单级式,6.3.3,旋风除尘器,旋风除尘器也称为离心力除尘器，它是利用含尘气流,作旋转运动时产生的离心力，把尘粒从气体中分离出,来的装

20、置,工作原理,含尘气体自进风口切向引入，在分离器内作由上向下,再由下向上的螺旋运动，然后从中心管引出,在上,下螺旋运动过程中，尘粒与气体发生相对运动被甩向,器壁后顺壁面掉落至灰斗,这样尘粒得以与气体分离,普通旋风除尘器由筒体、锥体、排出管三部分组成,普通旋风除尘器工作原理图,结构图,旋风除尘器的结构,1,筒体和锥体,旋风除尘器的主体部分。筒体,直径越小，高度的增加，锥体的增加对尘粒的,分离和除尘效率的提高是有利的,2,含尘烟气进口,有切向和轴向进入两种,3,净化气体出口,气体出口管段要求延伸到筒,体内部,4,除尘器排灰口,对排灰口的要求是排灰要迅,速、通畅、连续、不漏气,3,旋风除尘器的分类,

21、1,按性能分,a,高效旋风除尘器,b,高流量,旋风除尘器,c,介于上述两者之间的通用旋,风除尘器,2,按进气方式分,3,按结构形式分,a,圆筒式,b,旁通式,c,扩散式,d,长锥体式,4,按组合形式分,a,串联式旋风除尘,b,并联式旋风除尘器组,旁通式旋风除尘器,扩散式旋风除尘,器,旋风除尘器的组合形式,a,串联式,b,并联式,c,立式多管并联,4,旋风除尘器的设计计算,1,旋风除尘器的压力损失，主要靠,实验确定,2,尘粒分离机理,分割粒径,d,c50,是反映旋风除尘器除尘性能的一项重要,指标，是指,除尘器分级效率为,50,的粒子直径,d,c50,按拉波尔经验式计算,根据假想圆筒理论求,d,c

22、50,6.4,湿式除尘器,湿式除尘器是,利用水滴或其他液体洗涤含尘气,体，使尘粒被粘附、凝聚进而从气流中分离,的,除尘装置,湿式除尘器,分为低能耗和高能耗,两类。低耗能,湿式除尘器的压力损失为,200,1500Pa,高,能耗湿式除尘器如文丘里除尘器压力损失范围,为,2500,9000Pa,湿式除尘器的原理,1,尘粒与液滴间的惯性碰撞,2,扩散效应,3,粘附作用,4,凝聚作用,惯性碰撞和扩散效应是湿式除尘的主要,机理,液滴的惯性捕尘,除尘机理对不同粒径尘粒的捕集作用,6.4.2,水膜除尘器,捕尘原理：利用水膜捕集尘粒,常用的水膜除尘器有,管式水膜除尘器和,旋风水膜除尘器,1,立式旋风水膜除尘器,

23、CLS,型，麻石旋风,水膜除尘器,2,卧式旋风水膜除尘器,3,管式水膜除尘器,立式旋风水膜除尘器,1,含尘气体入口,2,除尘后气体出口,3,水管,卧式旋风水膜除尘器,1,螺旋导流叶片,2,外筒,3,内筒,4,水槽,5,通道高度,6.4.3,文丘里除尘器,文丘里洗涤器,由文丘里管和脱水装置两部分组,成,文丘里管包括进气管、收缩管、喉管和渐,扩管这几部分,文丘里洗涤器的主要工作原理是惯性碰撞,6.5,电除尘器,电除尘器是,利用强电场电晕放电使气体电离,粉尘荷电，在电场力作用下使粉尘从气体中分,离出来,的装置,优点,1,除尘效率高，可达,99,以上,2,本体压力损失小，压力损失一般为,160,300

24、Pa,3,能耗低,4,处理烟气量大,5,耐高温，普通钢材可在350以下运行,电除尘器的工作原理,涉及电晕放电、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,电除尘器原理图,1,电晕极,2,集尘极,3,高压直流电源,4,离子化区域,电晕放电和气体电离,气体放电,气体在外界作用下由电绝缘状态变,为导电状态，因而有电流从气体中通过的现象,电晕放电,一般只发生在非均匀电场中具有曲率,半径较小的放电极表面附近的小区域内，即所,谓,电晕区内,当,供电压,高到一定值后，也会产生,火花放电,如果供电压再继续增高，会使两极间的整个空,间被击穿，即发生,弧光放电,粒子荷电,电场荷电和扩散荷电两种不

25、同过程,电场荷电,是离子在电场力作用下作定向运动与,粒子相碰的结果,扩散荷电,是离子作不规则热运动和粒子相碰的,结果,电除尘器中的电晕荷电，是离子在电场力作用,下扩散到粒子上从而使粒子荷电的过程,6.5.2,电除尘器的分类和结构,电除尘器主要部件,电极系统、清灰系统、烟,道气流分布系统、排尘系统、供电系统等,分类,一,按,集尘电极的形式,分为管式和板式两类,二,按,含尘气流在电除尘器中的流动方向,分为,立式和卧式两类,三,根据,放电极和集尘极在电除尘器中空间布,置,不同可分为单区,一段式,和双区,二段式,四,按,清灰方式,分类可分为干式和湿式,电除尘器的基本结构,l,电晕极,2,集尘极,3,含尘气体,4,清洁气体,5,外壳,6,灰斗,双区板式电除尘器,1,电晕极,2,集尘极,3,高压直流电源,喷水型湿式电除尘器示意图,6.6,过滤式除尘器,过滤式除尘器是使含尘气流通过多孔过滤介质,将粉尘分离捕集的装置,1,按滤料种类、结构和用途可分为,袋式除尘器,颗粒层除尘器和空气过滤器,2,根据粉尘粒子在除尘器重被捕获的位置不同,可分为,内部过滤和外部过滤两种形式,过滤式除尘器的滤尘机制,包括筛滤、惯性碰撞,拦截作用、扩散作用、静电及重力沉降作用等,布袋的除尘机理,1,布袋纤维,2,粉尘,3,惯性碰撞,4,扩散效