除尘技术详解

1、第五章,除尘技术,第五章 除尘技术,通风排气中的粉尘必须经过净化处理达到排放标准才能排入大气. 此外, 有些生产过程排出的粉尘是生产原料或成品, 需回收. 除尘就是通过除尘器分离空气中的粉尘以达到净化空气或回收物料的目的. 除尘的效果取决于粉尘的性质和除尘器的性能, 因此, 本章主要介绍粉尘性质, 除尘器的工作原理, 结构, 性质及类型和特点.,第五章 除尘技术,本章主要讨论以下问题： 除尘技术: 粉尘性质 评定指标及除尘效率 除尘机理 除尘设备:重力除尘器、惯性除尘器、旋风除尘器、湿式除尘器、过滤除尘器 静电除尘器： 原理和结构-性能及计算-类型, 特点及应用,第五章 除尘技术,5 1 粉尘

2、的特性,5 2 除尘器总论,5 3 重力沉降室与惯性除尘器,5 4 旋风除尘器,5 5 湿式除尘器,5 6 过滤式除尘器,5.7 静电除尘器,5 8 除尘器的选择,粒径也称为粒度，是衡量粉尘颗粒大小的尺度。实际防尘中采用粉尘的投影定向长度表示粉尘的粒径，用d表示, 单位为微米(m)。 d5m的粉尘称为呼吸性粉尘, 可随呼吸进入并沉积在肺部,危害最大。,5 1 粉尘的特性,粉尘分散度: 各粒径粉尘所占总粉尘的百分比。又分为质量分散度和数量分散度。 质量分散度pm：是指各粒径粉尘的质量(mg)占粉尘的总质量(mg)的百分比。 数量分散度pn：是指各粒径粉尘的颗粒数占粉尘颗粒数的百分比。 m某级粒径

3、粉尘的质量，mg； n某级粒径粉尘的颗粒数，颗。,5 1 粉尘的特性,粉尘密度：单位体积粉尘的质量, 单位为kg/m3或g/cm3。据是否包含粒间空隙体积分为真密度与假密度（表观密度）。假密度与堆积状态有关。 真密度：排除粉尘间空隙以纯粉尘的体积计量的密度。 表观密度：包括粉尘间空隙体积和粉尘纯体积计量的密度。与堆积状态有关。 粉尘比重：指粉尘的质量与同体积水的质量之比，系无因次量。,5 1 粉尘的特性,粉尘湿润性：系指粉尘被水湿润的难易程度。 湿润现象：是分子力作用的一种表现，水滴内部与水滴表面间的分子引力为水的表面张力, 当水的表面张力小于水与固体间的分子引力时, 固体容易被湿润, 反之,

4、固体则不易被湿润。依此粉尘可分为亲水性与疏水性两类。,5 1 粉尘的特性,衡量湿润性指标: 湿润接触角()。 90时, 湿润性差, 属于憎水性。 粉尘的湿润性是湿式防、除尘的依据。,5 1 粉尘的特性,影响湿润性因素：粉尘成分、粒径、荷电状况及水的表面张力等因素。湿润性强的粉尘有利于湿式除尘。,粉尘荷电性：指粉尘能被荷电的难易程度。 悬浮空气中粉尘荷电原因：破碎时的摩擦、粒子间撞击或放射性照射、外界离子或电子附着等。 影响荷电量大小因素：粉尘的成分、粒径、质量、温度、湿度等有关。 衡量粉尘荷电性的指标：粉尘比电阻。,5 1 粉尘的特性,比电阻测定：采用圆板电极法测定。 粉尘的比电阻的单位为cm

5、。 粉尘比电阻对电除尘影响：是除尘的依据。比电阻在104 1011cm范围内，电除尘的效果较好。,5 1 粉尘的特性,粉尘的比电阻，cm； v施加在粉尘层上的电压，v； i通过粉尘层的电流，a； a粉尘层的面积，cm2； d粉尘层的厚度，cm。,比表面积： 单位质量粉尘的总表面积称为比表面积（m2/kg）。 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。它对粉尘的湿润、凝聚、附着以及燃烧和爆炸等性质都有明显的影响。,5 1 粉尘的特性,爆炸性 能发生爆炸的粉尘称为可爆尘。 井下具有爆炸性的粉尘主要是硫化粉尘和煤尘。 粉尘爆炸能产生高温、高压, 同时生成大量的有毒有

6、害气体, 对安全生产有极大的危害，应注意采取防爆、隔爆措施。,5 1 粉尘的特性,粉尘浓度测定:,防尘主要测定项目: 粉尘浓度,粉尘物理性质(粒径, 分散度, 电性等)以及粉尘游离二氧化硅含量。 滤膜测尘系统及浓度计算：,5 1 粉尘的特性,测定过程 准备滤膜：滤膜干燥、称量、编号。 采样：安装采样器系统、滤膜。确定采样位置，设在呼吸带，采样高度距地面1.5m左右。确定采祥时间和流量，一般不应小于10min，流量为1540lmin，并保持稳定。应使所采粉尘量不少于1mg，小号（=40mm）滤膜采样量不大于10mg。 粉尘浓度计算及统计分析：包括干燥、称量、浓度计算和统计分析,5 1 粉尘的特性

7、,除尘器评定指标:,评定指标: 评定除尘器工作性能的主要指标有: 除尘效率, 阻力, 经济性等. 除尘效率：系指除尘器捕集下来的粉尘量与进入除尘器的粉尘量之比. 根据总除尘效率, 除尘器可分为: 低效除尘器(5080%), 中效除尘器(8095%)和高效除尘器(95%以上).,5 2 除尘器总论,阻力：表示气流通过除尘器时的压力损失. 据阻力大小除尘器可分为: 低阻除尘器(p500pa), 中阻除尘器(p=5002000pa)和高阻除尘器(p=200020000pa). 经济性：是评定除尘器的重要指标之一, 它包括除尘器的设备费和运行维护费两部分. 在各种除尘器中, 以电除尘器的设备费最高,

8、袋式除尘器次之, 文氏管除尘器, 旋风除尘器最低.,除尘器评定指标:,5 2 除尘器总论,除尘机理:,所谓除尘, 就是利用一定的外力作用使粉尘从空气中分离出来, 它是一个物理过程. 使粉尘从空气中分离的作用力主要有: 机械力: 包括重力, 离心力和惯性力; 阻留作用: 包括介质的筛滤作用, 尘气绕流的接触阻留作用和扩散接触阻留作用; 凝聚作用: 通过加湿, 蒸汽凝结, 超声波等作用, 使细尘粒凝聚而从空气中分离. 静电力:利用静电力使带电尘粒从空气中分离 扩散：粒径小于0.3微米的粉尘,5 2 除尘器总论,根据除尘机理常将除尘器分为四大类: 机械除尘器, 过滤式除尘器, 湿式除尘器和电除尘器.

9、 根据净化要求不同，分为： 粗净化：多为第一级净化 中净化：用于通风除尘系统,净化后浓度 细净化：净化后浓度=12mg/m3 超净化：1微米以下,除尘器总类:,5 2 除尘器总论,除尘器总类:,5 2 除尘器总论,重力沉降室:,利用粉尘的重力作用使粉尘沉降而从空气中分离出来. 由于依靠重力分离作用, 因此必须分析确定出粉尘的沉降速度vs, 然后根据沉降速度vs确定沉降室的捕集最小粒径dmin, 沉降室的结构参数长l, 宽b, 高h,5 3 重力沉降室与惯性除尘器,重力沉降室原理:,5 3 重力沉降室与惯性除尘器,重力沉降室原理:,5 3 重力沉降室与惯性除尘器,重力沉降室特点： 除尘效率：40

10、70 优点：简单、投资少、易维护 缺点：占地大，除尘效率低 应用：初级除尘,惯性除尘器：,工作原理: 利用尘粒在运动气流中具有的惯性力, 通过突然改变含尘气流的流动方向, 或使其与某种障碍物碰撞,使尘粒的运动轨迹偏离气体流线而达到分离的目的. 这类除尘器适用于净化d20m非纤维性粉尘. 由于净化效率低, 常用作多级除尘中的初级除尘. 主要类型有: 碰撞式, 回转式和惰性式除尘器.,5 3 重力沉降室与惯性除尘器,惯性除尘器,结构与原理: 旋风除尘器的结构由进气口, 圆筒体, 圆锥体, 排气管, 排尘装置组成. 其原理为: 当含尘气流由切线进口进入除尘器后, 气流在除尘器内作旋转运动, 气流中的

11、尘粒在离心力作用下向外壁移动, 到达壁面, 并在气流和重力作用下沿壁落入灰斗而达到分离的目的.,5 4 旋风除尘器,5 4 旋风除尘器,旋风除尘器内的流场 外涡旋-沿外壁由上向下旋转运动的气流. 内涡旋-沿轴心向上旋转运动的气流. 涡流-由轴向速度与径向速度相互作用形成的涡流. 包括上涡流-在旋风除尘器顶盖, 排气管外面与筒体内壁之间形成的局部涡流, 它可降低除尘效率; 下涡流-在除尘器纵向, 外层及底部形成的局部涡流.,5 4 旋风除尘器,旋风除尘器内的速度分布压力规律为: 外涡旋区:vt1/nr=c。 r, 切向速度ut; 径向速度ur是向心的;轴向速度向下 n=0.5-0.8,一般取n=

12、0.5 内涡旋区: vt/r=c。r, 切向速度ut; 径向速度ur是向外的;轴向速度向上 压力分布: 轴向压力变化较小; 径向压力变化大, 外侧高, 中心低, 轴心处为负压.,5 4 旋风除尘器,旋风除尘器的参数计算 （1）临界粒径(分割粒径): 所谓临界直径, 是指使离心力fl与向心气流作用力p相等的尘粒直径, 从概率统计的观点看, 这种尘粒的分离效率为50% , 因此临界直径用dc50表示. 根据fl=p即可推得dc50的计算式. （2）除尘效率计算: 根据除尘器的分级效率计算式, 通过积分即可求出除尘器的总效率. （3） 阻力计算: 按局部阻力计算式计算,5 4 旋风除尘器,影响旋风除

13、尘器性能的因素 进口速度u: dc50, , p, 但u过大二次扬尘增加, 一般u=1225m/s . 筒体直径d, , 一般d0.8m; 排管dp, , 一般dp=(0.50.6)d. 筒体和锥体总高度h=5d为宜, 长锥体可提高效率. 除尘器下部的严密性, 渗入外部空气, 可使效率显著下降. 运行参数改变的影响: 处理风量, 气温(气体粘度), 粉尘密度等参数的变化,都影响除尘器的效率, 通过实验结果可确定变化关系.,5 4 旋风除尘器,旋风除尘器类型 多管式旋风除尘器: 由若干个并联的旋风子组合在一个壳体内的除尘设备.具有处理风量大, 除尘效率较高的特点. 旁路式旋风除尘器: 设有旁路分

14、离室, 利用上旋涡分离粉尘, 从而提高除尘效率. 为了使除尘器顶部空间形成明显的上旋涡, 进气口上沿离顶盖要相距一定的距离.,5 4 旋风除尘器,锥体弯曲的水平旋风除尘器: 可节省占地面积, 简化管路系统. 进口速度较大时, 除尘效率与立式的相差不大. 主要用于中小型锅炉的烟气除尘. 扩散式旋风除尘器: 它是一种具有呈倒锥体形状的锥体, 并在锥体的底部装有反射屏的旋风除尘器. 反射屏可防止上升气流卷起粉尘, 从而提高除尘效率.,5 4 旋风除尘器,进口形式：,5 4 旋风除尘器,排灰装置：,5 4 旋风除尘器,湿式除尘原理： 湿式除尘的机理可概括为两个方面: 一是尘粒与水接触时直接被水捕获;

15、二是尘粒在水的作用下凝聚性增加。这两种作用而使粉尘从空气中分离出来。 水与含尘气流的接触主要有三种形式: 水滴、水膜和气泡。 使尘粒与水接触的作用机理主要有: 惯性碰撞、截留和扩散。,5 5 湿式除尘器,（1）惯性碰撞: 含尘气流遇物体阻挡时, 粗大的尘粒保持自身惯性运动而与物体发生碰撞. 衡量惯性碰撞效应的参数是惯性碰撞数(斯托克斯数)ni: ni=(y2cc)/(18dy)。ni值越大, 碰撞效率越大, 液体捕尘效率越高.,5 5 湿式除尘器,（2）截留: 尘粒随气流绕过液滴过程中, 尘粒距液滴小于尘粒半径时, 尘粒即与水滴碰撞而被截留. 截留参数nr=dc/dy. nr值越大, 截留效率

16、越大, 液滴捕集效率越高.,5 5 湿式除尘器,（3）扩散: 微细粉尘在气体分子撞击下, 象气体分子一样作布朗运动而发生扩散, 并与水接触而从气流中分离. 扩散参数ne=uydy/d (其中d为布朗扩散系数). 扩散除尘效率随液体直径、尘粒直径、气体粘度和气液相对速度的增大而减小. 扩散除尘效率随ne的增大而降低.,5 5 湿式除尘器,5 5 湿式除尘器,5 5 湿式除尘器,5 5 湿式除尘器,5 5 湿式除尘器,文丘里式 效率：95以上 液气比： 0.261.30kg/m3,5 5 湿式除尘器,喷淋塔式 效率：99以上 液气比：0.672.68kg/m3,5 5 湿式除尘器,优点： 可同时除

17、尘和除有害气体 结构简单，造价低 能处理湿度大、温度高的气体 缺点： 能耗大，耗水量大 有废液、泥浆处理问题 在寒冷地区使用需防冻,5 6 过滤式除尘器,袋式除尘器的除尘机理： 主要依靠滤料表面形成的粉尘初层和集尘层进行过滤作用。它通过以下几种效应捕集粉尘。 1. 筛滤效应: 当粉尘的粒径比滤料空隙或滤料上的初层孔隙大时, 粉尘便被捕集下来。 2. 惯性碰撞效应: 含尘气体流过滤料时, 尘粒在惯性力作用下与滤料碰撞而被捕集。 3. 扩散效应: 徽细粉尘由于布朗运动与滤料接触而被捕集。,5 6 过滤式除尘器,5 6 过滤式除尘器,袋式除尘器的性能参数 1. 除尘效率: 袋式除尘器的除尘效率与滤料

18、表面的粉尘层有关, 滤料表面的粉尘初层比滤料起着更重要的捕集作用, 以滤料在不同运行状态下的分级除尘效率变化曲线即可看出这个结论. 由于过滤过程复杂, 难于从理论上求得袋式除尘器的除尘效率计算式。,5 6 过滤式除尘器,2. 过滤风速: 单位时间通过每平方米滤料表面积的空气体积, 即为过滤风速, 其单位为m3/m2min。 过滤风速对除尘器的性能有很大的影响. 过滤风速增大, 过滤阻力增大, 除尘效率下降, 滤袋寿命降低; 在低过滤风速的情况下, 阻力低, 效率高, 但需设备尺寸增大. 一般要求, 细粉尘的过滤风速要比粗粉尘的低, 大除尘器的过滤风速要比小除尘器的低。,5 6 过滤式除尘器,3

19、. 阻力: 袋式除尘器的阻力()一般由除尘器的结构阻力(g)、滤料阻力(o)和粉尘层阻力(c)三部分组成, 即 = g + o + c 结构阻力也称为机械阻力, 它与设备的进出口及内部通道有关. 在正常过滤速度下, 该项阻力一般为200500pa.,5 6 过滤式除尘器,滤料阻力是指过滤粉尘前清洁滤料的阻力, 它与过滤风速f(m3/m2min)、空气动力粘度(pas)成正比, 即 o = o f/60 pa 其中o为滤料的阻力系数(1/m). 粉尘层阻力pc影响的因素较多, 它与过滤风速uf, 空气动力粘度, 粉尘层厚度c, 粉尘密度c成正比. 即: pc= mccuf/60 pa 其中m为粉

20、尘层的平均比阻(m/kg), 它随粉尘粒径, 真密度及粉尘层内部空隙率的减小而增加,5 6 过滤式除尘器,袋式除尘器的基本结构 1. 清灰方式: 常用有以下几种清灰方式. （1）机械清灰: 这是一种最简单的方式, 它包括人工振打, 机械振打, 高频振荡等. 清灰时, 振打方式有水平振打, 垂直振打和快速振动. 机械清灰简单, 但振动分布不均匀, 过滤风速低, 对滤袋损害较大.,5 6 过滤式除尘器,（2）逆气流清灰: 它是采用室外或循环空气以与含尘气流相反的方向通过滤袋, 使滤袋上的尘块脱落, 掉入灰斗中. 逆气流清灰有两种工作方式: 反吹风清灰和反吸风清灰. 前者以正压将气流吹入滤袋, 后者

21、则是以负压将气流吸出滤袋. 清灰气流可以由主风机供给, 也可以单独设反吹(吸)风机. 这种清灰方式气流分布比较均匀, 但清灰强度小, 过滤风速不宜过大.,5 6 过滤式除尘器,（3）脉冲喷吹清灰: 它以压缩空气通过文氏管诱导周围的空气在极短的时间内喷入滤袋, 使滤袋产生脉冲膨胀振动, 同时在逆气流的作用下, 滤袋上的粉尘被剥落掉入灰斗. 这种方式的清灰强度大, 可以在过滤工作状态下进行清灰, 允许的过滤风速高. （4）声波清灰: 它是采用声波发生器使滤料产生附加的振动而进行清灰的.,5 6 过滤式除尘器,2. 含尘气流进入滤袋的方向: 有向外式和向内式. 前者含尘气流首先进入滤袋内部, 由内向

22、外过滤, 粉尘积于滤袋内表面. 向外式的滤袋外部为干净气体侧, 便于检查和换袋. 向内式的含尘气流由滤袋外部通过滤料进入滤袋内, 净化后的气体由袋内排出. 向内式适用于脉冲喷吹和高压气流反吹的袋式除尘器.,5 6 过滤式除尘器,3. 除尘器内的压力: 分有负压式和正压式. 前者的除尘系统中风机置于除尘器的后面, 使除尘器处于负压, 含尘气流被吸入除尘器中进行净化. 这种方式的特点是进入风机的气流是已经净化的气流可以防止风机被磨损. 正压式的除尘系统中风机置于除尘器的前面, 除尘器在正压下工作. 正压式的特点是管道布置紧凑, 对外壳结构的强度要求不高, 但风机易磨损, 不适用于浓度高, 颗粒粗,

23、 硬度大, 磨损性强的粉尘.,5 6 过滤式除尘器,4. 滤袋形状: 有圆袋和扁袋. 前者结构简单, 便于清灰. 后者占空间小, 单位体积内所布置的过滤面积大; 但结构和清灰较复杂, 换袋困难, 滤袋与骨架的磨损较大. 因此工业中大多采用圆袋.,5 6 过滤式除尘器,5. 进气口位置: 有下进风式和上进风式. 前者的含尘气流由除尘器下部、灰斗部分进入除尘器内. 该方式除尘器结构简单, 但气流方向与粉尘下落方向相反,容易使部分细粉尘返回滤袋表面上, 降低清灰效果, 设备阻力增加. 上进风式的含气流由除尘器上部进入除尘器内. 该方式的气流与粉尘下落方向一致, 下降的气流有助于清灰, 设备阻力可降低

24、1530%, 除尘效率也有所提高.,5 6 过滤式除尘器,6. 滤料: 要求滤料耐温, 耐腐, 耐磨, 有足够的机械强度, 除尘效率高, 阻力低, 使用寿命长, 成本低等.,5 6 过滤式除尘器,脉冲反冲式,常用袋式除尘器类型： 1. 简易清灰袋式除尘器: 特点是效率高, 性能稳定, 结构简单, 投资省, 对滤料要求不高, 维修量少, 滤袋寿命长, 但过滤风速低. 2. 大气反吹和振动联合清灰的袋式除尘器: 将风机反转, 在负压作用下形成反吹, 在弹簧作用下产生微振动, 使粉尘脱落. 3. 回转反吹袋式除尘器: 滤袋为扁袋形, 按圆形辐射状布置. 由反吹风机提供反吹空气, 通过旋臂进行反吹.

25、4. 脉冲喷吹袋式除尘器: 由压缩空气反吹, 含尘气流的运动方向为向内式, 粉尘阻留在袋外.,5 6 过滤式除尘器,常用袋式除尘器类型：,5 6 过滤式除尘器,本部分内容： 静电除尘器的原理 静电除尘器的结构与类型 静电除尘器的性能 静电除尘器除尘效果的影响因素,5.7 静电除尘器,静电除尘器的原理：,几个概念： 集尘极，放电极，电晕区，击穿电压,在正、负电极之间形成高压电场, 使空气电离, 当含尘气体通过电场时, 粉尘被荷电, 从而使尘粒向集尘极运动并沉积于集尘极上, 使气体得到净化。,5.7 静电除尘器,静电除尘器的结构与类型,5.7 静电除尘器,5.7 静电除尘器,静电除尘器的结构与类型

26、,静电除尘器的结构与类型,静电除尘器的结构与类型,静电除尘器的结构与类型,静电除尘器的结构与类型,静电除尘器的性能 1.驱进速度,尘气,w,v,驱进速度：尘粒在静电力的作用下向集尘板运动的速度,5.7 静电除尘器,静电除尘器性能参数计算 理论驱进速度：当粉尘所受的静电力与空气阻力相等时，粉尘的横向运动速度即为理论驱进速度。 粉尘所受的静电力为：pe=qe 其中q为粉尘所带的电荷量，e为电场强度。 粉尘在横向运动所受的空气阻力为：pr=3wdc 其中为空气动力粘度，dc为粉尘直径，w即为理论驱进速度。 根据定义，pe=pr 即得理论驱进速度的计算式为：w=qe/(3dc) 2.效率计算：对一定的电除尘器，通过试验测出其效率o，其处理量为lo，设除尘器的总集尘面积为ao，则效率公式为：=1-exp(-aw/l)。,5.7 静电除尘器,影响电除尘效果的因素 1. 粉尘的比电阻: 比电阻在1041011cm之间的粉尘, 电除尘效果好. 当粉尘比电阻小于104cm时, 由于粉尘导电性能好, 到达集尘极后, 释放负电荷的时间快,