《大气污染控制工程》教案 第六章.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑《大气污染控制工程》教案 第六章 环境工程专业教案资料 第六章 除尘装置 从气体中去除或捕集固态或液态微粒的设备称为除尘装置或除尘器根据主要除尘机理，目前常用的除尘器可分为：(1)机械式除尘器；(2)电除尘器；(3)袋式除尘器(4)湿式除尘器等 近年来为提高对微粒的捕集效率，不断展现了综合几种除尘机制的一些新型除尘器，如通量力／冷凝(FF／C)洗涤器，高梯度磁分开器、荷电袋式过滤器、荷电液滴洗涤器等 下面分别介绍几种常用除尘装置的工作原理 第一节 机械式除尘器 机械式除尘器通常指利用质量力(重力、惯性力和离心力等)的作用使颗粒物与气流分开的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等 一、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开的除尘起置，它的布局如图6－1所示含尘气流进入重力沉降室后，由于扩大了滚动截面积而使气体流速大大降低．使较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降设计重力沉降室的模式有层流式和湍流式两种 图6－1 简朴的重力沉降室 1．层流式重力沉降室 沉降室设计的简朴模式的假定是在沉降室内气流为校塞流，滚动状态保持在层流范围内，颗粒平匀地分布在烟气中。

粒子的运动内两种速度组成在垂直方向，疏忽气 体的浮力，仅在重力和气体阻力的作用下，每个粒子以其沉降速度独立沉降，在烟气滚动方向，粒子和气流具有一致的速度图6—2是这种沉降室纵截面的示意图 环境工程专业教案资料 图6－2 层流式重力沉降室纵断面图 假定粒子沉降运动处于斯托克斯区域，那么重力沉降室能100％捕集的最小粒子直径为 2.湍流式重力沉降室 重力沉降室设计的另一种模式是假定沉降室中气流为湍流状态，在垂直于气流方向的每个横断面上粒子完全混合，即各种粒径的粒子都平匀分布于气流中图6－3为湍流式重力沉降室内粒子分开示意图 图6－3 湍流式重力沉降室粒子分开示意图 降消极降室内气体流速，降消极降室高度和增加沉降室长度，可提高粉尘的沉降效率为提高沉降室沉降效率和容积利用率，从降低高度启程，展现了设有多成水平隔板的多层沉降室；从增大长度启程，设计出带有多块垂直挡板的沉降室 沉降室适用于净化密度大，颗粒粗的颗粒，更加是磨损性很强的粉尘它能捕集50微米以上的尘粒，而不宜捕集20微米以下的尘粒，其缺点是体积大，沉降效率低。

因此只能作为高效除尘的预除尘装置，除去大于50微米的尘粒但因其布局简朴，投资少，维护管理轻易及压力损失少等优点，仍有确定应用 环境工程专业教案资料 二、惯性除尘器 1.机理 惯性除尘器是使气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性作用，使其气流发生分开的装置 2.布局形式 惯性除尘器根据其布局形式可分为碰撞式和回转式两类冲击力是靠气流中的粒子冲击挡板捕集较粗的粒子，如图6－4所示含尘气流撞击到挡板上后，粉尘失去惯性力，而靠重力作用沿挡板落下回转式（反转式）是靠变更气流滚动方向而捕集细粒子，如图6－5所示，含尘气体进入后，粗粉尘靠惯性力冲入下部灰斗中，而气体和惯性较小的细粉尘，那么发生急剧转弯穿过挡板，经出口排出 图6－4 冲击式惯性除尘装置 (a)单极型 (b)多级型 环境工程专业教案资料 图6-5 反转式惯性除尘装置 (a)弯管型 (b)百叶窗型 (c)多层隔板型 3.应用 惯性除尘器的气流速度越高，气流方向转变角度越大，转变次数越多，净化效率就越高，压力损失也越大 惯性除尘器应用于净化密度和粒径较大的金属或矿物粉尘，具备较高除尘效率。

对于粘结性和纤维性粉尘，由于堵赛而不宜采用由于其除尘效率不高，故一般只用于多级除尘中的第一级除尘，捕集10～20微米以上的粗颗粒压力损失依形式而定，一般为100～1000Pa. 三、旋风除尘器 旋风除尘器是使气流作旋转运动，颗粒受到离心力作用而与气体分开的装置由于其布局简朴、分开效率较高，在工业上获得广泛的应用 1.旋风除尘器的根本原理 旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成如图6－6所示含尘气体 环境工程专业教案资料 图6－6 普遍旋风除尘器的布局及内部气流 沿切线方向进入除尘器后，沿外壁自上而下作旋转运动，形成外涡旋流当旋转气流的大片面到达锥体底部后，转而向上沿轴心旋转形成内旋流（内漩流与外旋流的方向是一致的），结果通过出口管排出悬浮在旋流中的尘粒，在逐步巩固的离心力作用下，一面向除尘器壁靠近，然后在重力作用下落入灰斗中，一面随气流旋转向下至气体底，落入灰斗在外漩流转变为内旋流的锥体底部邻近区域称为回流区在此区将有少量细粉尘被内旋转带走，结果有片面被排出此外进口气流的少片面沿筒体内壁旋转而上，到达上顶盖后折回沿出口外壁向下旋转到达出口管下端邻近被上升的内漩流带走，这片面气流通常称为上漩流。

上漩流中的微量细小粉尘被内漩流带走解决上漩流和回流区中细粉尘的二次返混问题，是设计旋风除尘器时应留神的两个问题 2.旋风除尘器的除尘效率 （1）分割直径 在旋风除尘器内尘粒的分开沉降，主要取决于尘粒琐受的离心力和径向气流的摩擦阻力重力和尘粒间的摩擦力等影响较小，可以疏忽不计 （2）除尘效率 3.根据生产实践和理论分析，影响旋风除尘器除尘效率的因素主要有： （1）除尘器的布局形式，即相对尺寸，对除尘效率影响很大 （2）烟尘的物理性质 气体的密度和粘度，尘粒的大小和比重，烟气含尘浓度等都影响旋风除尘器的效率 气体密度和粘度增大，效率下降；粉尘的密度和粘度减小，效率明显提高进口粉尘浓度增大，效率会有所提高，化学影响不大 （3）操作变量 4.旋风除尘器的压力损失 环境工程专业教案资料 旋风除尘器的压力损失是指气流通过旋风分开器的压力降此值直接关系到送风机的动力消耗它与其布局和运行条件等有关，要从理论上计算是对比困难的，主要靠试验确定试验说明，旋风除尘的压力损失一般与气体进口流速的平方成正比 影响压力损失的主要因素有： （1）压力损失随入口气量的增加而增加； （2）压力损失随进口面积和排出管直径减小而增大，随圆通和圆锥片面增大而减小。

（3）压力损失随入口含尘浓度的增高而明显下降 （4）压力损失随气流温度与粘度的增高而减小 （5）除尘器内有叶片，突起和支持物时，使气流的旋转速度降低，离心力裁减，因而使总的压降减小 5.旋风除尘器的布局形式 （1）铵进气方式分：可分为切向进入式和轴向进入式 （2）铵气流组织分类：可分为回流式、直流式和旋流式多种 6.旋风除尘器的设计选型 一般可铵以下步骤举行： （1）根据含尘浓度，粒度分布，密度等烟气特征及除尘要求允许的阻力和制备条件等因素全面分析，合理的选择旋风除尘器的形式 （2）根据使用时允许的压力降确定进口气速 （3）确定旋风除尘器的进口截面 （4）确定各片面几何尺寸 旋风除尘器是一种中效除尘装置，布局简朴，制造、安装和维护管理轻易，投资少，占地面微小，因此广泛应用于各工业部门 其次节 电除尘器 一、电除尘器的除尘机理 电除尘器是含尘气体在通过高压电场举行电离的过程电使尘粒荷电．并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分开出来的一种除尘设备电除尘过程与其它除尘过程的根本识别在于：分开力(主要是静电力)直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，这就抉择了它具有分开粒于耗能小、气流阻力也小的特点。

由于作用在粒子上的静电力相对较大．所以即使对亚微米级的粒子也能有效地捕集 电除尘器的主要优点是： (1)压力损失小； 环境工程专业教案资料 (2)处理烟气量大； (3)能耗低； (4)对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99％； (5)可在高温或强腐蚀性气体下操作． 虽然在实践中电除尘器的种类和布局型式繁多，但都基于一致的工作原理其除尘大致可分为四个过程： i. 气体电离 ii. 粉尘荷电 iii. 粉尘沉积 iv. 清灰 为保证电除尘器在高效率下运行，务必使电晕的发生、粉尘荷电、粉尘沉积和清灰等过程有效的举行 二、电晕的发生 电晕是在高压电极邻近伴随着气体被击穿的放电现象电晕现象是放电电极邻近有各种外形的光点、光环和光带一般根据电晕极的极性将电晕定义为正电晕和负电晕光的外观随电晕极性不同而不同正电晕一般在电极外观展现连续的平匀分布的光云，而负电晕那么呈现连续分布的光点、光簇或光带 1．电晕放电机理 假使电晕电极为负极．从金属丝外观或邻近放出的电子急速向接地极或正极运动，与气体分子发生撞击并使之离子化，结果又产生宏大量电于，通常称这种过程为雪崩过程。

随着电子离开金属丝外观距离的增加，电场急速减弱由于电子运动的速度主要由电场强度抉择，致使电子运动速度急速减低到使气体分子离子化所需要的最小速度 对于电晕极为正极的处境，除电子雪崩过程产生的正离子向接地极移动之外，电晕放电机理与电晕极为负极时处境一致 2．起始电晕电压 在电除尘器内，大量因素影响电晕的发生和施加电压与电晕电流之间的关系(常称为伏一安特性) 当电压超过击穿电压时，电晕区范围逐步扩大至使极间空气全部电离．这种现象称为电场击穿电场击穿时．发生火花放电，电路短路，电除尘器中断工作 3．影响电晕特性的因素 电晕特件取决于大量因素．包括电极的外形、电极间距离，气体组成、压力、温度，气流中要捕集的粉尘的浓度、粒度、比电阻以及它们在电晕极和集尘极上的沉积等 气体组成影响电晕特性主要是由于不向气体对电子的亲合力不同氢、氮和员等气体对电子没有亲合力，不能使电子附着而形成负离子；但氧、二氧化硫等气体 环境工程专业教案资料 却易俘获电子而形成稳定的负离子；二氧化碳和水蒸气的分子与高速电子碰撞离解出氧原子，继而由氧原子俘获电子形成负离子此外．不同种类气体形成的负离子在电场中的迁移率也不向。

所以，气体组成不同导致了电晕特性的差异 气体温度和压力的不同导致气体密度变更，进而影响电子平均自由程和加速电子及能产生碰撞电离所需要的电压气体温度和压力的变化也影响离子的迁移率，因此温度和压力也影响电晕特性 三、电场强度 电场强度在电除尘过程中起着重要作用，由于它即影响所要捕集的尘粒的荷电，也影响作用在荷电粉尘上的力的大小 供电除尘器用的电场，其电场强度务必是非平匀的才行假设电场内任一点的电场强度一致，那么形成电晕后，电场内外处有电晕，即电场被击穿这种处境说明，对平匀电场而言，电压工作带宽度趋于零，要么不导电，要么击穿因此，平匀电场是不能用来除尘的 四、粒子荷电 粉尘进入电场后开头了两个根本过程：即粉尘荷电荷在电场作用下荷电粒子向集沉极移动 除尘过程的根本要求是，在相应的条件下，使粉尘荷电达成最大值粉尘荷电方式（或机理）有两种：电场荷电和分散荷电 1．电场荷电 (1)荷电量的计算。