《环境工程基础》VIP

1、本节内容3.3颗粒物污染控制技术3.3.1 颗粒污染物性质表征3.3.2 机械除尘技术3.3.3 电除尘技术3.3.4 湿式除尘技术3.3.5过滤除尘技术3.3.6 除尘器的选择3.3.1 颗粒污染物性质表征1、颗粒粒径A、显微镜观测法粒径测量：显微镜法观测粒径直径的三种方法：a-定向直径定向直径b-定向面积等分直径定向面积等分直径c-投影面积直径投影面积直径B、筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度筛孔的大小用目表示每英寸长度上筛孔的个数C、光散射法等体积直径de：与颗粒体积相等的球体的直径D、沉降法斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径空

2、气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/cm3）的球体的直径 斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径2、粒径分布描述粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例。粒数分布:每一间隔内的颗粒个数粒数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数ni之比粒数筛下累积频率：小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比11 100%NiiiNiiinggn111iiiiiiNiiinGgn连续化描述频率分布：粒径dp到dp+dp之间的尘样质量占总尘样质量的百分数，即频率密度分布：即单位粒径间隔宽度的

3、频率分布筛下累积频率分布：小于某一粒径dp的尘样占尘样总质量的百分数0100%mfm()ppfp dd0()() ()pdpppF dp dd d粒径分布函数用一些半经验函数描述一定种类粉尘的粒径分布正态分布频率密度筛下累积频率标准差2ppp2()1()exp22ddp dp2pppp20()1()expd22dddF dd2pp1/2()1iin ddN3、平均粒径长度平均直径表面积平均直径体积平均直径体积表面积平均直径pLp iiiiinddf dn2p1/22 1/2Sp() iiiiinddf dn1/333 1/3v()ipiipiinddf dn33ppSV22ppiiiiiiii

4、ndf ddndf d4、粉尘密度单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙真密度p用堆积体积计算堆积密度 b空隙率粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比 bp(1) 5、粉尘的比表面积单位体积粉尘所具有的表面积以质量表示的比表面积以堆积体积表示的比表面积23VSV6 (cm /cm )SSVd2mppSV6 (cm /g)SSVd23bVSV(1)6(1)(1) (cm /cm )SSSVd6、粉尘的安息角与滑动角安息角：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角滑动角：自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角安

5、息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性7、粉尘的含水率粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分含水率水分质量与粉尘总质量之比含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性吸湿现象平衡含水率8、粉尘的润湿性润湿性粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降润湿性是选择湿式除尘器

6、的主要依据9、粉尘的荷电性 天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷 荷电因素电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电 天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1/10 荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学组成有关10、粉尘的导电性 比电阻：表征粉尘的导电性指标，以电阻率表示。由于其电阻率与测定时的条件有关，只是一种可以相互比较的表观电阻率，通常称为比电阻，单位m 。 导电机制： 高温（200oC以上），粉尘本体内部的电子和离子体积比电阻 低温（100oC以下），粉尘表面吸附的水分或其他化学物质表面比电阻 中间温度，同时起作

7、用 比电阻对电除尘器运行有很大影响，适宜范围1041010 m典型温度比电阻曲线11、粉尘的粘附性粘附和自粘现象:粉尘粘附在固体表面，或颗粒彼此相互附着现象粘附力克服附着现象所需要的力粘附力：分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性有利的方面：有利于粉尘颗粒的捕集不利的方面：管道或设备堵塞12、粉尘的自燃性和爆炸性粉尘的自燃性自燃自然发热的原因氧化热、分解热、聚合热、发酵热影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境存放过程中自然发热存放过程中自然发热热量积累热量积累达到燃点达到燃点燃烧燃烧13

8、.粉尘的爆炸性粉尘发生爆炸必备的条件：可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度 最低可燃物浓度爆炸浓度下限 爆炸浓度上限存在能量足够的火源3.3.2 机械除尘技术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 层流式和湍流式两种 重力沉降室原理沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q 气流在沉降室内的停留时间在t时间内粒子的沉降距离该粒子的除尘效率

9、0vsu0/LWHtL vQsscs0 u Lu LWHhutvQcssc0 ()ihu Lu LWhHHv HQc1.0 ()ihH层流式重力沉降室对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin 计算chH2pps1 8dgu2pp 1 8即dgL WHHQm i np1 8Qdg WL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沉降室内的气流速度一般为0.32.0m/s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2、惯性除尘器

10、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 惯性除尘器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1001000Pa3、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 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、普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成锥体和排气管等组成 气流沿外壁由上向下旋转运动：外气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋涡旋 少量气体沿径向运动到中心区域少量气体沿径向运动到中心区域 旋转气

11、流在锥体底部转而向上沿轴旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋心旋转：内涡旋 气流运动包括切向、轴向和径向：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切向速度、轴向速度和径向速度 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大小，颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁移向外壁到达外壁的尘粒在气流和重力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共同作用下沿壁面落入灰斗上涡旋气流从除尘器顶部向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，到细小的尘粒沿筒壁

12、旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出向下，最后从排出管排出分离机理在内、外旋涡的交界面上，作用在粒子上的离心力FCmvt2/r向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD Avr 若 FC FD ，颗粒移向外壁 若 FC FD ，颗粒进入内涡旋 当 FC = FD时，有50%的可能进入外涡旋，既除尘效率为50% 影响旋风分离器效率的因素结构尺寸：直径，錐角内外旋涡分界烟尘物性：气体粘度，颗粒密度操作条件：进风量（切向线速度）旋风分离器设计考虑关键因素分离效率气体压降3.3.3 电除尘技术旋风除尘器对于 dp 4444带挡板的沉降室带挡板的沉降室58.

13、658.67.57.52222434380809090普通旋风除尘器普通旋风除尘器65.365.312123333575782829191长锥旋风除尘器长锥旋风除尘器84.284.240407979929299.599.5100100喷淋塔喷淋塔94.594.5727296969898100100100100电除尘器电除尘器97.097.0909094.594.5979799.599.5100100文丘里除尘器文丘里除尘器99.599.5999999.599.5100100100100100100袋式除尘器袋式除尘器99.799.799.599.5100100100100100100100100除尘器的合理选择除尘器的合理选择3.气体的含尘浓度气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒4.气体温度和其它性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器烟气中同时含有SO2、NO等气态污染物，可以考虑采用湿式除尘器，但是必须注意腐蚀问题5.选择除尘器时，必须同时考虑捕集粉尘的处理问题除尘器的合理选择6其他因素 设备的位置，可利用的空间，环境条件 设备的一次投资 （设备、安装和工程等）以及操作和维修费用设备设备投资费用投资费用运行