第八章6 大气污染控制设备设计

以上参数重新设计一台电除尘器，处理气量为
9000m3/h，要求除尘效率为99.7%。问需多少通道数？
ln(1 )
ln(1 0.944)
wp
Ac / Q
0.08 (m / s)
5 6 2 /(6000/ 3600)
V
Q
A
6000/ 3600 5 0.3
1.11(m
/
s)
99.7%
▪ 旋风除尘器的设计
• (1)确定旋风除尘器的各部分尺寸 • (2)计算除尘器的压力损失 • (3)计算除尘器的效率
• 筒体直径D
(1)旋风除尘器的各部分尺寸比例
D一般不小于150-200mm，但不大于800-1100mm。
当处理的气量大时，可将几个旋风除尘器并联使用，或 采用多管式旋风除尘器。
• 放电电极 • 集尘电极
静电除尘器的基本原理
四个过程：
➢ 气体电离 ➢ 粒子荷电 ➢ 荷电粒子的
迁移与沉积
➢ 颗粒的清除
➢ 静电除尘器的分类
静电除尘器的分类及结构
按集尘器 的型式分
圆管型：电场强度变化均匀，一般采用湿式清
灰。
平板型：电场强度变化不均匀，清灰方便，制
作安装比较容易，结构布置较灵活。
• 通道数
n= Ac/2hL
✓ 其它主要尺寸和参数计算
• 通道横断面积
A= 2bhn
• 处理气量
Q=Av= 2bhnv 或 v=Q/2bhn
• 处理时间
t=L/v
例题
有一单通道板式电除尘器，通道高为5m，长6m，集
尘板间距为300mm，处理含尘气量为6000m3/h时，
测得进出口含尘浓度为9.30g/m3和0.5208g/m3.参考
➢ 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。
如果将几级净化装置串联使用，则总效率为： ηT 1 (1 η1 )(1 η2 )(1 η3 )
要求起始晕电压低，电晕电流 大，机械强度高。
• 集尘电极
要求易于尘粒的沉积，避免尘
粒二次飞扬，便于清灰，具有
℃
• 清灰装置
足够的刚度和强度。
• 气流分布装置 • 灰斗
清灰的主要方式有机械振打、电磁 振打、刮板清灰、水膜清灰等。
要求能使气流分布均匀，气压 损失小。
沿线全长放电
尖端放电
易于清灰、简单， 但尘粒二次飞扬严 重、刚度较差。
P P0 Pd [ 0 C0t R V f ] V f
➢滤布的选择
➢ 袋式除尘器的选择与设计
性 • 容尘量大，清灰后能在滤料上保留一定的永久性粉尘； 能 良 • 透气性好，过滤阻力低； 好 • 抗皱折性、耐磨、耐温及耐腐蚀性能好，使用寿命长； 的 滤 • 吸湿性好，容易清除粘附在上面的粉尘； 料
L Vt HV
L
W Q
Vt
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
• 排尘口直径Dc
Dc过小,粉尘容易堵塞;Dc过大,集尘室中的粉尘易被内旋气流卷 走。一般取： Dc=(0.25-0.5)D， 且Dc≥ 70mm为宜。
斯台尔曼(Stairmand)、斯威夫特(Swlft)和拉普尔(Lapple)等人 根据调查研究的结果，提出了一般旋风除尘器与高效旋风除 尘器各部件的尺寸比例
按清灰 方式
干式：采用机械、电磁、压缩空气等振打清灰，处
理温度高达350-450℃，有利于回收较高价值的 颗粒物。
湿式：通过喷淋或溢流水等方式清灰，无粉尘再飞扬，效 率高，同时可净化部分有害气体如SO2、HF等；其
缺点是腐蚀、结垢问题较严重，增加了含尘污水处 理工序。
➢ 静电除尘器的结构
• 电晕电极
• 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。
➢通过率P
捕集效率的计算
不漏风
G0 Gc Ge
ηT
G G
c 0
100%
( 1
Ge G0
)
100%
G=CQ
ηT
(
1
C C
e 0
Q Q
e 0
)100%
标准状态下
ηT
( 1
CeNQeN C0NQ0N
)100%
漏风
ηT
( 1
C C
eN 0N
)100%
ηT
(
1
C C
e 0
N N
k)100%
二、重力沉降室的设计
• 单个滤袋面积
• 滤袋个数
a d L
n Af /(dL)
(2)旋风除尘器的压力损失
P Vi 2
(Pa)
2
❖经验式
旋风除尘器的压损 系数或阻力系数
• Shepherd-Lapple式
k BH
De
• Louis-Theodore式
1
1
HB 7.38 kDe2
D L1
3
D L2
3
一般由实验测定
四、静电除尘器的设计
利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）。分 离的能量通过静电力直接作用在尘粒上。
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。
重力沉降室的设计参数和计算
Vf
Q 60A f
过滤速度的选择要综合粉尘的性质、滤料种类、清灰方式等
因素来确定。
滤布上的粉尘负荷
➢除尘效率
1
Pn
(0.1
Pn
ຫໍສະໝຸດ Baidu
)e am
CR C0
过滤纤维上积的粉尘层越厚，粉尘负荷越高，除尘效率就高。
➢压力损失
• 清洁滤布的阻力损失
P0 0 V f
• 滤布粘有粉尘时的总压力损失
滤布上粉尘层本身 所造成的压力损失
环境工程设计基础
第八章6 大气污染控 制工程设计
——颗粒污染物控制
颗粒污染物控制
➢ 一、除尘技术的主要设计参数 ➢ 二、重力沉降室的设计 ➢ 三、旋风除尘器的设计 ➢ 四、静电除尘器的设计 ➢ 五、袋式除尘器的设计 ➢ 六、湿式除尘器的设计 ➢ 七、除尘装置的选择
一、除尘装置的捕集效率——主要设计参数
按荷电方式和 放电空间布置
一段式：颗粒荷电和放电在同一个电场中进行。
现在工业上一般都采用这种型式。
二段式：颗粒在第一段荷电，在第二段放电沉积。
主要用于空调装置。
按气流方向
卧式：气流方向平行于地面，占地面积大，但操作
方便，目前被广泛采用。
立式：气流垂直于地面，通常由下而上，圆管型电
除尘器均采用立式，占地面积小，捕集细粒 易产生再飞扬。
• 成本低，材料可用天然滤料、合成纤维和无机纤维。
选择时应根据气体和粉尘物性、操作条件及设备 投资综合考虑。
➢过滤速度的确定 选择时应根据滤料物性及清灰方式综合考虑
➢滤袋设计
• 滤袋面积 • 直径和长度
Q
Af
Vf
直径一般取200-300mm，最大不超过600mm。 长度一般为2-6m，最长不超过12m。
➢ 应用
主要在工业尾气的除尘方面应用较广。
➢ 工作原理
➢ 除尘过程
➢ 袋式除尘器的结构形式
➢ 按滤袋形状
扁袋
圆袋
➢ 按含尘气流进入滤袋的方向
内滤式
外滤式
➢ 按进气方式的不同
上进式
下进式
➢ 按清灰方式
机械振动清灰 逆气流清灰
吹灰圈清灰
脉冲清灰
➢ 袋式除尘器的性能
重要技术经济指标
➢过滤速度
有利于尘粒沉积，二次 飞扬少且有足够的高度， 应用较多。
静电除尘器的设计
• 根据现有的运行条件和设计经验，确定有效驱进速度wp;
• 根据气体的流量Q和要求的除尘效率，计算所需的集尘板总 面积Ac ，以及其它一些主要尺寸。
Ac
Q
1 wp
ln
1
1
静电除尘器的设计程序
❖ 平板式除尘器
✓计算集尘板的总面积Ac ✓ 根据选定的集尘板的间距2b、高度h及长度L确定所需通道数n
➢ 特点
消耗的能量很低；
气压损失很小；
可捕集亚微米级粒子； 除尘效率很高；
处理气量大，能连续操作，可用于高温、高压的场合。
➢ 适用性
广泛应用于冶金、化工、能源、材料、纺织等工业部门。
➢ 主要缺点
设备庞大，占地面积大，一次性投资费用高，不易实现对 高比电阻粉尘的捕集。
静电除尘的基本原理
▪ 静电除尘器的组成
➢ 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
旋风除尘器的分类及选型
➢ 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。
• 沉降室宽度决定于气体量Q(m3/s)，因为：Q=WHV=WLVt (2)
1/2
1/2
• 沉降室所能捕集的最小粒径
d
min
18μ VH
g ρp L
18μQ
g
ρp
L
W
• 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
y H
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
（1）
➢ 沉降室尺寸
• 若沉降室高度H已定，则可由式（1）求出沉降室的最小长度L；
• 若沉降室长度L已定，可由式（1）求出最大高度H。
▪ 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：
w p 0.08m / s
Ac
Q
1 wp
ln 1
1
180m2
n Ac 180 3 2Lh 2 6 5
五、袋式除尘器的设计
利用棉、毛或人造纤维等加工的滤布捕集尘粒。
➢ 特点
除尘效率高；
适应性强；
操作弹性大；
结构简单，使用灵活，便于回收干料，不存在污泥处理。
➢ 主要缺点
其应用受滤布的耐温、耐腐等操作性能的限制。 不适于粘结性强及吸湿性强的尘粒，特别是烟气温度不能 低于露点温度。
到达通道底部的沉 降距离更短。
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
100%
Vt
HV L
100%
12 30 102 7
0.514m / s
• 入口尺寸
入口断面有圆式和矩形，为减小颗粒的入射角，一般采 用矩形。 可用类型系数k表示入口特征，k=A/D2=HB/D2。 k值一般为0.07-0.30。蜗壳型入口的k值较大，D较小，处
理气量能力大，H/B（进口高宽比）一般为2-4。
• 排气管
多为圆形，而且与筒体同心。一般取De=(0.4-0.6)D。 排气管的插入深度与除尘器类型有关。对切向入口除尘器，排 气管插入深度越短，压损越小，但效率低。 实验表明，插入深度大约为排气管直径或稍低于入口管底部为宜。
Vt
g ρp dp2 18μ
dp
18Vt g p
18 2.8106 0.0514 9.8 (2.5103 )
1.03104 m
三、旋风除尘器的设计
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。
• 筒体与锥体高度
在一定范围内增大锥体高度L2，有利于提高补集效率，但压损 有所增加。 一般取：锥体高度L2=(2-3)D，多为2D左右；
筒体高度L1=(1.4-2.0)D；L1+ L2不超过5D。
• 圆锥角α
α 过小，将使L2增加；α 过大，气流旋转半径迅速变小，切线 速度急剧增加，锥体内壁磨损加快，使沉积于锥壁上的颗粒难 以下落。 α一般取20-30 °为宜。