《环境工程学》第六章颗粒污染物控制

惯性除尘器
• 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
• 应用
惯性除尘器
– 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
• 粉尘的导电性
– 比电阻
–
导电机制：d
V
j
(cm)
• 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－ 表面积比电阻
• 中间温度，同时起作用
cm
– 比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围104～
1010
粉尘的粘附性
➢ 除尘机理
利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理，将 颗粒污染物与气体进行分离。
➢ 特点
重力沉降室结构简单，造价低，便于维护管理，压力损失 小，而且可以处理高温气体。
➢ 主要缺点
沉降小颗粒的效率低，一般只能除去50微米以上的大颗粒。
➢ 适用性
主要用于高效除尘装置的前级除尘器。
颗粒沉降速度
▪ 作用在颗粒上的总力为：
F = F1- F2- F3
重力
浮力
阻力
▪ 沉降力 F1F2 π 6dp3(ρ pρ)g
▪ 阻力
F3 CD π 4dp2V22 ρ
▪ 终端沉降速度
1
Vt
4
(ρp ρ) 3CD ρ
gpd2
CD在Re<1时，有：
CD
24 24 Re utdp
带回前式
ut
(p
)gdp2 18
旋风除尘器的分离性能
▪ 颗粒的分离直径
旋风除尘器的除尘效率与颗粒的直径有关，直径越大，效率越高。
▪ 全分离直径 dc100（临界直径） ▪ 半分离直径 dc50（切割直径） 分离直径越小，表明除尘器的分离性能越好。
➢ 求半分离直径的计算式
gHB2 1/ 2
• 拉波尔经验表达式
dc50
pQ
N
漏风
ηT
(
1CC0e
N N
)1
0
0
%
ηT (1CC0eNN k)100%
除尘装置
1. 机械除尘器 2. 电除尘器 3. 湿式除尘器 4. 过滤式除尘器 5. 除尘器的选择与发展
• 掌握各类除尘器的工作原理、结构及性能 • 能够进行简单除尘器的选择和设计 • 了解目前除尘器的研究和发展情况
除尘装置
尘，捕集10～20µm以上的粗颗粒 – 压力损失100～1000Pa
第三节 旋风除尘
利用旋转的含尘气流所产生的离心力，将颗粒污染物从气 体中分离出来。
➢ 特点
旋风除尘器结构简单、占地面积小、投资低、操作维修方便， 压力损失中等、动力消耗不大，可用各种材料制造，能用于 高温、高压及有腐蚀性气体，并可直接回收干颗粒物。
• 粉尘的自燃性 – 自燃
存放过程中自然发热 热量积累 达到燃点 燃烧
– 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
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
SbS(1 V )(1)S V6(1 dS V )(cm 2/cm 3)
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
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
• 长锥体
圆筒较短，圆锥较长。除尘效率提高，但压力损失有所增加。
• 旁通式
排气管插入深度较浅，在筒体中设有灰尘隔室并与锥体相通。 总捕集效率提高，但隔离室易堵塞。要求待处理颗粒物有较 好流动性。
• 扩散式
具有倒锥体，锥底设有反射屏。除尘效率较高，结构简单， 易加工，投资低，压损中等，特别适用于捕集5-10微米以下 的颗粒。
对一定结构的沉降室，可按上式求出不同粒径颗粒的分级效率 或作出分级效率曲线。
➢ 沉降室的主要结构形式
• 空心式
• 室内装有竖向档板 • 室内装有横向隔板
为了便于清灰， 可将隔板装成可翻动式
或倾斜式。
在气速相同的情况下， 该种沉降室的净化效
果更好。
隔板间基本上保持 了相同的流动速度，颗粒
到达通道底部的沉 降距离更短。
重力沉降室的设计
▪ 假定
• 通过沉降断面的水平气流速度分布是均匀的，并呈层流状态； • 在沉降室入口断面上粉尘分布是均匀的； • 颗粒的水平移动速度与气流速度相同。
▪ 沉降时间与沉降速度
•设水平气流平均速度为V(m/s)，粒径为dp颗粒沉降速度为Vt；沉 降室长为L(m)，高为H(m)。
• 则气流通过沉降室的时间为：
• 沉降室宽度决定于气体量Q(m3/s)，因为：Q=WHV=WLVt
➢ 沉(7降-35室) 捕集效率
• 沉降室所能捕集的最小粒径
dm
18μ1V/H2 18μ1Q/ 2
in
g
ρ pL
gρ pLW
• 粒径为dp的颗粒在t 秒内的垂直降落高度为：Y=Vtt=LVt/V
• 沉降室对粒径为dp的颗粒的分级效率为： ηd Hy LHVVt LQWtV
➢ 主要缺点
对捕集小于5微米颗粒的效率不高。
➢ 适用性
一般作预除尘用。
旋风除尘器的工作原理
▪ 旋风除尘器内的气流运动
▪ 普通旋风除尘器的组成部分
进气管、筒体、锥体、排气管
▪ 气流运动
• 外旋流 • 内旋流 • 上涡流
❖ 设计旋风除尘器时应特别注意的两个问题： 上涡流和锥顶区中细颗粒的返回问题.
▪ 旋风除尘器内的颗粒运动及分离过程
t1=L/V (s)
• 颗粒从沉降室顶部落到底部所需的时间为： t2=H/Vt (s)
• 为使粒径为dp的颗粒在沉降室中全部沉降下来，必须保证 t1 > t2
即：
L/V ≥H/Vt
（7-34）
➢ 沉降室尺寸
• 若沉降室高度H已定，则可由式（7-34）求出沉降室的最小长度L； • 若沉降室长度L已定，可由式（7-34）求出最大高度H。
粉尘的物理性质
• 粉尘的密度
• 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
b (1)p
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
• 物理当量径 自由沉降径dt 斯托克斯径dst
空气动力径da 分割粒径dc50
同一颗粒按不同定义 所得粒径的大小是不同 的，应用场合也不同， 因此在给出和应用粒径 分析结果时，应该说明
所用的测定方法。
✓众径dom: 最大频度所对应的粒径.
• 筛上累计分布 R
dm a x
dm a x
R ΔRfΔdp
▪ 旋风除尘器的选型
➢ 计算法
•
由入口含尘浓度和出口浓度（或排放标准）计算出要求达到 的除尘效率η（式7-21或7-22）；
• 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
粉尘的荷电性和导电性
0.514m / s
Vt
g ρp dp2 18μ
(7 - 33)
dp
18Vt g p
18 2.8106 0.0514 9.8 (2.5103 )
1.03104 m
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
温度增高，捕集效率降低。
➢ 灰斗的气密性
气密性不好，捕集效率显著下降。
旋风除尘器的分类及选型
▪ 旋风除尘器的分类
➢ 按气体流动状态分
最常用的型式
切流返转式旋风除尘器 轴流式旋风除尘器
进入型式
直入式
蜗壳式
气流在器 内流动方式
轴流直流式
轴流反旋式
➢ 按结构形式分
• 圆筒体
圆筒高度大于圆锥高度，结构简单，压力损失小，处理 气量大，适用于捕集密度和粒度大的颗粒物。
• 粘附和自粘现象 • 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） • 断裂强度－表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所
需的力除以其断裂的接触面积 • 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
粉尘的自燃性和爆炸性
适用于切线、螺旋和蜗壳式入口旋风除尘器。
• 根据假想圆理论求dc50
9Q 1/ 2
dc50
Li
pVi 2
▪ 捕集效率
➢ 旋风除尘器分级捕集效率经验式（水田和木村典夫）
1
d 1exp0.693ddc5p0n1
➢ 求得dc50后，从图6-12中查出旋风除尘器对任意粒径为dp 的颗粒的分级效率。
➢ 若已知粒子群的粒径分布，则可由下式算出旋风除尘 器的总效率：
• 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
• 润湿速度－
v20
L20 (mm/min) 20
• 润湿性是选择湿式除尘器的主要依据
粉尘的荷电性和导电性
• 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
• 安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要 指标
粉尘的比表面积
• 单位体积粉尘所具有的表面积 • 以质SV 量VS表d6S示V (的cm2比/cm表3) 面积
S6
SmpVpdSV
(cm2/g)
• 以堆Hale Waihona Puke Baidu体积表示的比表面积
– 存在能量足够的火源
除尘装置的捕集效率
➢ 总捕集效率
总捕集效率是指在同一时间内，净化装置去除污染物的量 与进入装置的污染物之百分比。
它实际上是反映装置净化程度的平均值，亦称为平均捕集效 率，通常用nT表示，它是评定净化装置性能的重要技术指标.
➢ 分级捕集效率
分级捕集效率就是在某一粒径（或粒径范围）下的除尘效率。
dp
dp
R(pd)ddpm
da x
Rdm dp
f a x
(p)dd
(p)d
筛下累计分布 D
D d (pd)
dp dm i n
Ddp f dm i n
(p)dd
(p)d
D=1-R
✓ 中位径(d50) : 当R=D=50%时所对应的直径.
❖在除尘技术中,使用筛上分布R比使用频度分 布更方便,所以在一些国家的粉尘标准中多用 R表示粒径分布.
多层沉降室
1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板
例题
有一沉降室长7.0m，高12m，气速30cm/s，空气 温度300k，尘粒密度2.5g/cm3，空气粘度为28 × 10-6Pa·s，求该沉降室能100%捕集的最小粒径。
ηd
LVt HV
(7 - 38)
Vt
HV L
100%
12 30 102 7
环境工程学
大气污染控制工程
第六章 颗粒污染物控制
➢ 除尘技术基础 ➢ 重力沉降 ➢ 旋风除尘 ➢ 静电除尘 ➢ 袋式除尘 ➢ 湿式除尘 ➢ 除尘装置的选择
第一节 除尘技术基础
粉尘粒径
➢ 粒径的定义
▪ 单一粒径
• 投影径 面积等分径 定向径 长径 短径
• 几何当量径
等投影面积径dA 等体积径dV 等表面积径dS 颗粒的体积表面积平均径de
• 从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置 – 湿式除尘装置 – 干式除尘装置
• 按分离原理分类 ： – 重力除尘装置（机械式除尘装置） – 惯性力除尘装置（机械式除尘装置） – 离心力除尘装置（机械式除尘装置） – 洗涤式除尘装置 – 过滤式除尘装置 – 电除尘装置 – 声波除尘装置
第二节 重力沉降
T Ridi
▪ 影响捕集效率的因素
➢ 入口风速（或流量）
流量大，捕集效率高，但风速过高又会影响捕集效率的提高. 入口风速一般为12-20m/s，不宜低于10m/s，以防入口管道积灰。
➢ 除尘器的结构尺寸
筒体直径、锥体长度、排气管直径
➢ 粉尘粒径与密度
粒径大，捕集效率高；密度小，捕集效率低。
➢ 气体温度
如果将几级净化装置串联使用，则总效率为：
η T 1 ( η 1 1) η (2)1 η (3) 1
通过率P P 1ηT
捕集效率的计算
不漏风
G0 Gc Ge
ηT GG0c 100(%1GG0e)100%
G=CQ
ηT (1CC0eQQ0e )100%
标准状态下
ηT
(1CC0e
NQe NQ0
N)100%