《通风与空气调节工程》5 工业有害物.ppt

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1、单元5 工业有害物的净化,【知 识 点】 粉尘的基本性质；各类除尘器的工作原理；除尘器机理及全效率、分级效率、串联和并联总效率计算方法；各类除尘器的适用范围及选择方法；有害气体净化的基本原理、方法和设备形式。 【学习目标】 掌握粉尘的基本性质及对除尘效果的影响；了解各类除尘器的工作原理及影响效率的主要因素；掌握除尘器机理及全效率、分级效率、串联和并联总效率计算方法；掌握各类除尘器的结构、特点、适用范围及选择方法；了解有害气体净化的基本原理、方法和设备形式。,清洁的空气是人类赖以生存的最基本的环境要素，但是，在人类的许多生产过程中，都会散发大量粉尘，如果任意向大气排放，将污染大气，危害人民健康，

2、影响工农业生产。因此对粉尘的控制技术是我国大气污染治理的重点。为了保证室内外空气的清洁度，通风空调系统的进风和排风均需要净化处理，净化进风空气称为空气过滤；净化工业生产过程中排出的含尘气体称为工业除尘。这两类净化的基本原理是相同的，但采用的设备则各有不同。,目 录,粉尘的性质,除尘器分类、机理和性能指标,重力除尘器,惯性除尘器,旋风除尘器,电除尘器,袋式除尘器,湿式除尘器,除尘器的选择,有害气体的净化,5.1 粉尘的性质,5.1.1 粉尘密度,单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度，单位为kg/m3。粉尘的密度一般分为容积密度和真密度。 我们把自然堆积状态下单位体积粉尘的质量称为粉尘的容积密度。粉尘

3、在密实无孔状态下的密度称为真密度。两种密度的应用场合有所不同，研究单个尘粒在空气中的运动规律时应采用真密度，计算灰斗体积或灰场面积时则应采用容积密度。,5.1 粉尘的性质,5.1.2 粉尘粘附性,粉尘附着在固体表面上或尘粒相互附着的现象称为粘附，粉尘的凝聚和在壁面上的堆积，都与粉尘的粘附性有关。 粉尘的粘附是一种常见现象，既有有利的一面，也有有害的一面。就气体除尘而言，许多除尘装置依赖于粉尘的粘附性，尘粒间的粘附会使尘粒增大，有利于提高除尘效率。但在含尘气流管道和某些设备中，粉尘与器壁间的粘附则会使除尘器或管道发生故障和堵塞。,5.1 粉尘的性质,5.1.3 粉尘润湿性,粉尘尘粒与液体相互附着

4、的难易程度称为粉尘的润湿性。一般根据粉尘能被液体润湿的程度将粉尘大致分为两类：容易被液体润湿的亲水性粉尘和难以被液体润湿的憎水性粉尘。粉尘的润湿性是选择湿式除尘器的重要依据之一，亲水性粉尘被液体湿润后会发生凝聚，质量力增大，有利于粉尘从空气中分离，亲水性粉尘可以选用湿式除尘器，而憎水性粉尘则不宜采用湿式除尘器。但在亲水性粉尘中有的粉尘却是遇水硬结，如水泥等，这类亲水性粉尘叫水硬性粉尘，就不能采用湿式除尘器除尘。,5.1 粉尘的性质,5.1.4 粉尘爆炸性,粉尘的许多物理、化学性质实质上与其表面积有很大关系。粉尘的比表面积是指单位质量粉尘所具有的表面积。粉尘的比表面积增大，其物理和化学活性增强，

5、在爆炸的浓度范围内，并受到外界的剧烈摩擦、高温、明火等，即可能发生爆炸。 能够引起爆炸的浓度范围叫作爆炸极限，能够引起爆炸的最高浓度叫作爆炸上限，最低的浓度叫作爆炸下限。低于爆炸浓度下限或高于爆炸浓度上限均无爆炸危险。 此外，有些粉尘与水接触后会引起自燃或爆炸，如镁粉、碳化钙粉等；有些粉尘互相接触或混合后也会引起爆炸，如溴与磷、锌粉与镁粉等。由此可见，在设计除尘系统时，必须高度注意。,5.1 粉尘的性质,5.1.5 粉尘带电性,粉尘在其产生及运动过程中，由于相互碰撞、摩擦、外界离子或电子的附着、放射线照射、电晕放电及接触带电体等原因，几乎总是带存一定量的电荷。粉尘带电后，根据异性电荷相吸引的原

6、理，就可以把粉尘除下来，这就是电除尘器的工作原理。,5.1 粉尘的性质,5.1.6 粉尘安息角和滑动角,将粉尘自然地堆放在水平面上，堆积成的圆锥体母线与水平面的夹角称为安息角。将粉尘置于光滑的平板上，使该板倾斜到粉尘开始滑动时的角度称为滑动角。粉尘的安息角和滑动角都是由实验测得的，是设计除尘器灰斗或料仓锥角、除尘管道或输灰管道倾斜角以及计算灰渣场地的主要依据。许多粉尘的安息角的平均值为3540。 粉尘的安息角和滑动角是粉状物料特有的性质，是评价粉尘流动性的一个重要指标，它们与物料的种类、粉尘的粒径、含水率、尘粒形状、尘粒表面光滑程度、粉尘粘附性等因素有关。对于同一种粉尘，粒径大、接近球形、表面

7、光滑、含水率低时，安息角小。,5.1 粉尘的性质,5.1.7 粉尘粒径分布,粉尘的粒径分布是指某粉尘中，各种不同粒径的尘粒所占的比例，亦称粒子的分散度。以粒子的质量所占的比例表示时称为质量分布。除尘技术中多采用质量分布。 粉尘的分散度一般是根据测定得到的，但在测定时由于粉尘的粒径有无穷多个，无论用什么方法都无法把各种粒径粉尘的质量测出来。因此通常把粉尘的粒径分成若干组，如05m、510m、1020m、2040m等等。测出的每组质量与总质量的比值就是该组的分散度。,5.1 粉尘的性质,设某粉尘样品中某一粒径范围的粉尘质量为 克，粉尘的总质量为 克，则该粒径范围粉尘的分散度 为 = (5.1) 且

8、 (5.2) 式中 第i 种粒径粉尘的分散度，%。,5.2 除尘器分类、机理和性能指标,5.2.1 除尘器的除尘机理,工程上常用的各种除尘器往往不是简单地依靠某一种除尘机理来完成除尘过程，而是综合运用几种除尘机理来实现除尘过程的。目前常用除尘器的除尘机理主要有以下几个方面： 5.2.1.1 重力作用 气流中的尘粒可以依靠重力自然沉降，从气流中进行分离，由于尘粒的沉降速度一般较小，这个机理只适用于粗大的尘粒。 5.2.1.2 离心力作用 含尘气流作圆周运动时，由于惯性离心力的作用，尘粒和气流会产生相对运动，使尘粒从气流中分离。它是旋风除尘器工作的主要机理。,5.2 除尘器分类、机理和性能指标,5

9、.2.1.3 惯性碰撞作用 含尘气流在运动过程中遇到物体的阻挡时，气流要改变方向进行绕流，细小的尘粒会随气流一起流动，而粗大的尘粒具有较大的惯性，它会脱离流线，保持自身的惯性运动，这样尘粒就和物体发生了碰撞（如图5.1所示），这种现象称为惯性碰撞。惯性碰撞是过滤式除尘器、湿式除尘器和惯性除尘器的主要除尘机理。 5.2.1.4 接触阻留作用 细小的尘粒随气流一起绕流时，如果流线紧靠物体（纤维或液滴)表面）表面，有些尘粒因与物体发生接触而被阻留，这种现象称为接触阻留。另外当尘粒尺寸大于纤维网眼而被阻留时，这种现象称为筛滤作用。粗孔或中孔的泡沫塑料过滤器主要依靠筛滤作用进行除尘。,5.2 除尘器分类

10、、机理和性能指标,图5.1 惯性碰撞除尘机理示意图,5.2 除尘器分类、机理和性能指标,5.2.1.5 扩散作用 小于1 的微小粒子在气体分子撞击下，像气体分子一样作布朗运动。如果尘粒在运动过程中和物体表面接触，就会从气流中分离，这个机理称为扩散。对于 0.3 的尘粒，这是一个很重要的机理。从湿式除尘器和袋式除尘器的分级效率曲线可以发现，当 左右时，除尘器效率最低。这是因为在 0.3 时，扩散作用还不明显，而惯性作用是随的减小而减小；当 0.3 时，惯性已不起作用，主要依靠扩散，布朗运动是随粒径的减小而加强。,5.2 除尘器分类、机理和性能指标,5.2.1.6 静电力作用 悬浮在气流中的尘粒，

11、如果带有一定的电荷，可以通过异性电荷产生的静电力使它从气流中分离。由于自然状态下，尘粒的荷电量很小，因此要得到较好的除尘效果，必须设置专门的高压电场，使所有的尘粒都充分荷电。 5.2.1.7 凝聚作用 凝聚作用不是一种直接的除尘机理。通过超声波、蒸汽凝结、加湿等凝聚作用，可以使微小的粒子凝聚性增大，然后再用一般的除尘方法去除。,5.2 除尘器分类、机理和性能指标,5.2.2 除尘器的分类,5.2.2.1 不同机理分类 根据除尘器主要除尘机理的不同，可以分为：（1）重力除尘，如重力沉降室；（2）惯性除尘，如惯性除尘器；（3）离心力除尘，如旋风除尘器；（4）过滤除尘，如袋式除尘器、尘粒层除尘器、纤

12、维过滤器；（5）洗涤除尘，如自激式除尘器、卧式旋风水膜除尘器；（6）静电除尘，如电除尘器。,5.2 除尘器分类、机理和性能指标,5.2.2.2 不同净化程度分类 根据气体净化程度的不同，可以分为：（1）粗净化，主要用于除掉粗大的尘粒，一般用作多级除尘的第一级。（2）中净化，主要用于通风除尘系统，要求净化后的空气含尘浓度不超过100200mg/m3。（3）细净化，主要用于通风空调系统的进风系统和再循环系统，要求净化后的空气含尘浓度不超过12mg/m3。（4）超净化，主要用于除掉1 以下的细小尘粒，适用于清洁度要求较高的洁净房间，视工艺要求而定。 此外，依据除尘器是采用水或其他液体与含尘气体相互接

13、触与否，可以分为干式和湿式除尘器。,5.2 除尘器分类、机理和性能指标,5.2.3 除尘器的性能指标,除尘装置性能用技术指标和经济指标来评价。技术指标主要有处理能力、净化效率和压力损失等；经济指标主要有设备费、运行费和占地面积等。此外，还应考虑装置的安装、操作、检修的难易等因素。 5.2.3.1 除尘器的处理能力 除尘装置的处理能力是指除尘装置在单位时间内所能处理的含尘气体的流量，一般以体积流量L(m3/h或m3/s)表示。该数值由产品样本直接给出。 5.2.3.2 除尘器的除尘效率 除尘器效率是评价除尘器性能的重要指标之一，是指除尘器从气流中捕集粉尘的能力，可定义为被捕集的粉尘量与进入装置的

14、总粉尘量之比,5.2 除尘器分类、机理和性能指标,（1）全效率 含尘气体通过除尘器时所捕集的粉尘量占进入除尘器的粉尘总量的百分数称为除尘器全效率，以表示。 （5.3） 式中 为进入粉尘量，g/s； 为排出粉尘量，g/s； 为捕集粉尘量，g/s。 如果除尘器结构严密，没有漏风，上式可以改写为,(5.4),5.2 除尘器分类、机理和性能指标,式中 为处理空气量，m3/s； 为进口空气含尘浓度，g/ m3； 为出口空气含尘浓度，g/ m3。 式(5.3)要通过称重求得全效率，称为质量法。用这种方法测出的结果比较准确，主要用于实验室。在现场测定除尘器效率时，通常先同时测出除尘器前后的空气含尘浓度，再按

15、式（5.4）求得全效率，这种方法称为浓度法。 （2）穿透率 所谓穿透率是指未被捕集的粉尘量占进入除尘器的粉尘总量的百分数，通常用表示。 （5.5）,5.2 除尘器分类、机理和性能指标,除尘器全效率和穿透率都是评价除尘器除尘效率高低的指标，两者分别从正反两方面进行评价除尘器的除尘效果，但是当除尘效率很接近，采用穿透率更能具有说服力。 （3）分级效率 对同一种粉尘来说，除尘器全效率的高低，往往与处理粉尘的粒径大小有很大的关系，要正确评价除尘器的除尘效果，必须按粒径大小标定除尘器效率，这种效率称为分级效率。除尘器的分级效率是除尘器除下的某一粒径范围粉尘的质量与进入除尘器的该粒径范围粉尘总质量的比值，

16、以 表示。除尘器的分级效率是评定除尘器除尘效果高低的重要指标。对于一种粉尘，粒径越大，分级效率效率越高。,5.2 除尘器分类、机理和性能指标,(5.6),分级效率和全效率的关系 （5.7） 式中 粉尘的分散度，%。 （4）多级串联运行时的总除尘效率 在实际工程中，为了提高除尘效率，有时需要把两种或多种不同型式的除尘器串联起来使用，形成两级或多级除尘系统。两个除尘器串联时的总除尘效率为 （5.8）,5.2 除尘器分类、机理和性能指标,式中 为第一级效率； 为第二级效率。 个除尘器串联时的总除尘效率为 （5.9） 应当注意，两个型号相同的除尘器串联运行时，由于它们处理粉尘的粒径频率分布不同，相应的

17、 和 是不相同的，应按照式（5.7）计算出相应除尘器的全效率后，再计算多级除尘器的总除尘效率。此外，为了增大除尘器处理气体量，常采用并联使用，并且为了便于组合和均匀分配风量，通常采用同型号除尘器并联组合，除尘效率基本不变或略有提高。,5.2 除尘器分类、机理和性能指标,5.2.3.3 除尘器的压力损失 除尘器的压力损失是代表除尘装置能耗大小的技术经济指标，是指装置的进口和出口气流的全风压之差。除尘装置压力损失的大小，不仅取决于除尘装置的种类和结构型式，还与处理气体流量大小有关。通常压力损失与除尘装置进口气流的动压成正比，即 （5.10） 式中 为压力损失，Pa； 为压损系数，即局部阻力系数，由

18、实验测得； 为进口气流速度，m/s； 为含尘气体密度，kg/m3。,5.3 重力除尘器,5.3.1 重力除尘器的工作原理,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，它的结构如图5.2所示。含尘气流进入重力沉降室后，由于突然扩大了流动截面积，气流速度迅速下降，此时气流处于层流状态或接近层流状态下运动，使较重尘粒粉尘在重力作用下缓慢向灰斗沉降。,图5.2 重力沉降室,5.3 重力除尘器,5.3.2 重力除尘器的设计计算,重力沉降室的设计计算以如下假定为基础：通过沉降室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；在气流流动方向上，尘粒和气流具有同

19、一速度；粉尘是以沉降速度（沉降速度是指尘粒下落时所能达到的最大速度）在重力沉降室内下降。 气流在重力沉降室内的停留时间 为 s （5.11） 式中 为沉降室长度，m； 为气流运动速度，m/s。,5.3 重力除尘器,沉降速度为的尘粒从除尘器顶部降落到底部所需要的时间为 s （5.12） 式中 为沉降室高度，m。 要把沉降速度为的尘粒在重力沉降室内全部除掉，必须满足 ，即 （5.13） 重力沉降室内的气流速度要根据尘粒的密度和粒径确定，一般为0.32m/s。设计新的重力沉降室时，应先根据计算出捕集尘粒的沉降速度 （沉降速度的计算详见其他资料），假设沉降室内的气流速度和沉降高度（或宽度），然后再求得

20、沉降室的长度和宽度（或高度）。,5.3 重力除尘器,重力沉降室长度 m (5.14) 重力沉降室宽度 m (5.15) 式中 为处理空气量，m3/s。 根据上述计算可知，重力沉降室应该是一个扁长形的长方体结构，有利于除尘。,5.3 重力除尘器,在具体设计沉降室时，应注意：气流速度尽可能低，以保持接近层流状态；为保证横断面上气流分布均匀，一般将进气管设计成渐扩形，若受场地限制，可装设导流板、扩散板等；净化高温烟气时，由于热压作用，排气口以下的空间可能气流减弱，从而降低了容积利用率和除尘效率，此时，进出口位置应低些；高度H 应根据实际情况确定，但应尽量小等。 重力沉降室具有结构简单，造价低，压力损

21、失小（一般约为50150Pa），维修管理容易等优点，一般作为第一级或预处理设备。其主要缺点是体积庞大，除尘效率低（一般约为40%70%），清灰麻烦。因此主要用以净化密度大、尘粒粗的粉尘，特别是磨损性很强的粉尘，能有效捕集50 以上尘粒，但不宜捕集20 以下尘粒。,5.4 惯性除尘器,惯性除尘器是指含尘气流冲击在挡板上，使气流方向发生急剧转变，利用尘粒本身的惯性力作用使其与气流分离，并与挡板发生碰撞而被捕集的装置，是低效除尘器。,5.4.1 惯性除尘器的工作原理,如图5.3所示，是含尘气流冲击在两块挡板上时的分离机理。当气流冲击到挡板 时，惯性大的粗尘粒 （ ）首先被分离，被气流带走的尘粒（ ，

22、且 ），由于挡板使气流转向，借助离心力作用也被分离。若设该点气流的旋转半径为 ，切向速度为 ，则尘粒 所受离心力与 成正比。显然回旋气流的曲率半径愈小，愈能分离细小的粒子。这种惯性除尘器，除了借助惯性力的作用外，还利用了离心力和重力作用。,5.4 惯性除尘器,图5.3 惯性除尘器分离机理示意图,5.4 惯性除尘器,5.4.2 惯性除尘器的形式,惯性除尘器结构型式多种多样，主要分为碰撞式和反转式两类。 碰撞式惯性除尘器是以气流中粒子冲击挡板而捕集较为粗大粒径粉尘的除尘装置，也称为冲击式惯性除尘器。当含尘气流流经挡板时，尘粒借助惯性力作用撞击在挡板上，失去动能后的尘粒在重力作用下沿挡板下落，进入灰

23、斗。挡板可以是单级，也可以是多级，如图5.4所示。多级挡板交错布置，一般可设置36排。实际应用多采用多级挡板，目的是增加撞击机会，提高除尘效率。这类除尘器阻力较小，一般在100Pa以内。尽管使用多级挡板，但除尘效率也只能达到65%75%。,5.4 惯性除尘器,图5.4 碰撞式惯性除尘器 （a）单级碰撞型； （b）多级碰撞型,5.4 惯性除尘器,反转式惯性除尘器是通过改变气流流向而捕集较细粒径粉尘的除尘装置，也称为气流折转式惯性除尘器。反转式惯性除尘器分为弯管型、百叶窗型和多层隔板塔型三种，如图5.5所示。弯管型和百叶窗型与冲击式一样，都适用于安装在烟道上。多层隔板塔型主要用于分离烟雾，能捕集几

24、微米粒径的雾滴。由于反转式惯性除尘器是采用内部构件使气流急剧折转，利用气体和尘粒在折转时所受惯性力的不同，使尘粒在折转处分离。因此，气流折转角越大，折转次数越多，气流速度越高，除尘效率越高，但阻力损失也越大。,5.4 惯性除尘器,图5.5 反转式惯性除尘器 （a）弯管型；（b）百叶窗型；（c）多层隔板塔型,5.4 惯性除尘器,惯性除尘器的结构简单，阻力损失较小，常适用于一级除尘或作为高效除尘器的前级除尘，其压力损失因结构形式的不同而差异较大，主要适用于捕集粒径1020以上的金属或矿物性粉尘，对粘结性和纤维性粉尘，因容易堵塞，故不宜采用。一般惯性除尘器的气流速度愈高，气流方向转变角度愈大，转变次

25、数愈多，除尘效率愈高，同时压力损失也愈大。,5.5 旋风除尘器,旋风除尘器是利用气流旋转过程中产生的离心力作用，使尘粒从气流中分离的装置。其优点有：结构简单，造价低；无运动部件，操作维护方便；耐高温、高压，可用各种材料制造；压力损失中等，动力消耗不大，除尘效率较高等。工程应用中，一般用来捕集515 的粉尘，作为多级除尘中的第一级。,5.5 旋风除尘器,5.5.1 旋风除尘器的结构和工作原理,普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成，如图5.6所示。含尘气流由切线进口进入除尘器，沿外壁由上向下作螺旋形旋转运动，称为外涡旋；外涡旋到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上作旋转运动，称为内涡旋

26、；最后经排气管排出。外涡旋和内涡旋的旋转方向相同，轴向运动方向相反。气流作旋转运动时，受惯性离心力推动作用，尘粒向外移动，到达外壁面后在气流和重力共同作用下，落入灰斗。 气流作外涡旋运动时，顶部压力下降，部分气流带着微细尘粒沿筒体外壁旋转向上，到达顶部后，再沿排气管外壁旋转向下，最后汇入排气管排出，该旋转气流称为上涡旋，如图5.8所示。如果进口和顶盖间保持一定距离，没有进口气流干扰，上涡旋表现明显。,5.5 旋风除尘器,图5.6 风除尘器示意图,5.5 旋风除尘器,图5.8 旁路式旋风除尘器示意图,5.5 旋风除尘器,由于气体不是理想气体，且具有粘性，旋风除尘器内气流运动很复杂，除切向和轴向运

27、动外，还有径向运动。外涡旋内部及其与尘粒之间存在摩擦损失，因而外涡旋不是纯净自由涡旋，而是所谓的准自由涡旋，具有向下低速向心的径向运动；内涡旋类似刚体圆柱转动，称为强制涡旋，具有向上高速向外的径向运动；外涡旋的径向向心速度分布和内涡旋的径向向外速度分布呈对称型。,5.5 旋风除尘器,5.5.1.1 切向速度 切向速度是决定气流合速度的主要速度分量，也是决定气流中质点离心力和尘粒捕集效率的主要因素。如图5.7所示，是某一断面的速度分布和压力分布。可以看出，外涡旋切向速度 随半径 减小而增加，反比于旋转半径 的 次方，最大值位于内外涡旋交界面，该交界面的半径 （ 为排气管的直径）。内涡旋切向速度

28、随半径 的减小而减小，正比于旋转半径 ，比例常数等于气流的旋转角速度。 5.5.1.2 径向速度 外涡旋径向速度是向心的，内涡旋径向速度是向外的。气流切向分速度 和径向分速度 对尘粒的分离起着相反的影响，前者产生惯性离心力，使尘粒向外径向运动，后者造成尘粒向心径向运动。如果近似认为外涡旋气流均匀经过内、外涡旋交界面进入内涡旋，见图5.9所示。,5.5 旋风除尘器,图5.7 旋风除尘器内涡旋气流切向速度与压力分布,5.5 旋风除尘器,图5.9 交界面上气流的径向速度,5.5 旋风除尘器,5.5.1.3 轴向速度 轴向速度视内、外涡旋而定，外涡旋向下，内涡旋向上。因而在内、外涡旋之间存在一个轴向速

29、度为零的交界面。在内涡旋中，随着气流逐渐上升，轴向速度不断增大，在排气管底部达到最大值。 5.5.1.4 压力分布 从气流运动三个速度分量分析，可以看出旋风除尘器内压力分布。轴向各断面的速度分布差别较小，因此轴向压力变化也较小；切向速度在径向变化很大，因此径向全压和静压变化均很大，由外壁向轴心逐渐降低，轴心部分静压为负值。这种径向压力变化，是因为气流在除尘器内作圆周运动时，要有一个向心力和离心力相平衡所引起的。研究表明，即使在正压下运行，轴心处也是保持负压，该负压一直延伸至灰斗。因此，旋风除尘器下部如果不保持严密，会把已经分离的粉尘重新卷入到内涡旋中。,5.5 旋风除尘器,5.5.2 除尘器阻

30、力,气流通过旋风除尘器压力损失是评价旋风除尘器性能的一个主要指标。压力损失是用气体通过旋风除尘器的总能量消耗表述，亦称压力降，一般约12 。压力降由气流入口、出口和涡旋流场三部分组成，以涡旋流场能耗为主。压力降与除尘器结构型式和运行条件等因素有关，其数值难以通过理论计算精确得到。根据实验，压力降与进口气流速度的平方成正比关系，即 （5.16）,5.5 旋风除尘器,式中 为压损系数, 可参考产品样本资料或通过实测求得； 为气流的入口速度，m/s； 为为气体的密度，kg/m3。,5.5.1 旋风除尘器的结构和工作原理,5.5.3.1 进口速度 进口速度 对除尘效率和压力降具有重大影响。除尘效率和压

31、力降都随 增大而提高，但若进口速度过大，不仅使压力降急剧加大，而且还会加剧返混，导致除尘效率下降。因此，从技术、经济两个方面综合考虑，进口风速一般控制在1525m/s，但不应低于10m/s，以防进气管积尘。,5.5 旋风除尘器,5.5.3.2 结构比例尺寸 旋风除尘器各部件均有一定的尺寸比例，比例尺寸变化影响除尘效率和压力降等。在结构上，影响性能的因素有筒体直径、排气管直径、筒体和锥体高度、排尘口直径及除尘器底部的严密性等。表5.2给出了尺寸比例变化对性能的影响。 （1）筒体直径。在相同转速下，筒体直径越小，尘粒受到的离心力越大，除尘效率越高。但筒体直径越小，处理风量也越少，并且筒体直径过小还

32、会引起粉尘堵塞，因此一般0.15m，不大于1m。在需要处理大风量时，可采用同型号旋风除尘器并联组合运行，或采用多管型旋风除尘器。,5.5 旋风除尘器,（2）排气管直径。减小排气管直径可以减小内涡旋直径，有利于提高除尘效率，但减小排气管直径会加大出口阻力，一般取0.40.65倍的筒体直径。 （3）筒体和锥体高度。加长筒体长度虽然有利于沉降，但会造成返混；增加锥体长度会使阻力增加。因此高效旋风除尘器采用的锥体长度为筒体直径的2.82.85倍；筒体和锥体的总高度不超过筒体直径的5倍。 （4）排尘口直径。排尘口直径过小会影响粉尘沉降，同时易被粉尘堵塞。因此，排尘口直径一般为排气管直径0.71.0倍，但

33、不小于70mm。,5.5 旋风除尘器,5.5.3.3 除尘器底部的严密性 由于旋风式除尘器底部总是处于负压状态，如果不严密，会造成返混现象，使除尘效率显著下降。因此在不漏风的情况下，进行正常排尘是保证正常运行的重要条件。对间歇工作的除尘器，可在排尘口下设置固定灰斗，定期排放；对收尘量大且连续工作的除尘器，可设置双翻板式或回转式锁气室，如图5.10所示。,5.5 旋风除尘器,图5.10 锁气室 （a）双翻板式； （b）回转式,5.6 电除尘器,电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，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离出来的一种除尘设备。电除尘过程

34、与其他除尘过程的根本区别在于，分离力(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，这就决定了它具有分离粒子耗能小、气流阻力小的特点。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以对亚微米级粒子也能有效捕集。,5.6.1 电除尘器的工作原理,电除尘器种类和结构型式繁多，但基本工作原理相同，包括电晕放电、气体电离、悬浮粒子荷电、带电粒子在电场内向集尘极迁移并被捕集、集尘极上捕集物放出电荷并被清除等基本过程。,5.6 电除尘器,5.6.1.1 气体电离与电晕放电 电除尘过程首先需要发生大量使粒子荷电的气体离子，最有效的办法是电晕放电，并广泛应用。将充分高的直流电压施加在一对电极上，其中一极为放电

35、极，另一极为集尘极，二者形成电场，如图5.11所示，该电场可能是不均匀电场或均匀电场，但电除尘器内必须设置为非均匀电场。,5.6 电除尘器,在电场力作用下，空气中自由离子向两极移动形成极间电流，电压越高、电场强度越高，离子的运动速度越快。当电压升高到一定数值后，放电极附近的离子获得了较高的能量和速度，撞击空气中的中性原子，使其分解成正、负离子，该现象称为空气电离，该过程也称为“雪崩”过程。空气电离后，因连锁反映，极间电流（称为电晕电流）急剧增加，空气成了导体。当电晕极周围空气全部电离，其周围形成一圈淡蓝色光环，该光环称为电晕，因而放电极也称为电晕极；自由电子能引起气体分子离子化的区域，称为电晕

36、区。在电晕区内产生大量的自由电子和正离子，该过程就是所谓的电晕放电。如果进一步提高电压，空气电离范围逐渐扩大，最后极间空气全部被电离，该现象称为电场击穿。电场击穿时，发生火花放电，电路短路，电除尘器停止工作，如图5.12所示。为了保证电除尘器的正常运行，电晕范围一般局限于电晕极附近。,5.6 电除尘器,含尘气体通过电除尘器时，由于电晕区范围很小，只有少量尘粒在电晕区通过，并获得正电荷，沉积在电晕极上。大多数尘粒在电晕区外通过，通过与负离子碰撞获得负电荷，最后沉积在阳极板上，称为集尘极。直流电除尘器一般采用负电晕极，因为起晕电压低（刚开始产生电晕的电压称为起晕电压）而击穿电压高。另外，负离子运动

37、速度要比正离子大，因此采用负电晕极有利于提高除尘效率。但是，用于进气净化的电除尘器，为了避免负电晕极产生臭氧，一般采用正电晕。,5.6 电除尘器,图5.11 电除尘器的工作原理,5.6 电除尘器,图5.12 电除尘器的电晕电流变化曲线,5.6 电除尘器,5.6.1.2 悬浮粒子荷电 在电除尘器电晕电场中存在两种截然不同的粒子荷电机理。一种是离子在静电力作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电，称为电场荷电或碰撞荷电，该机理依赖于电场强度；另一种是由离子扩散而使粒子荷电，称为扩散荷电，该机理依赖于离子热能。粒子荷电过程取决于粒径，当 ，以电场荷电为主；当 ，以扩散荷电为主；介于 之间，则同时考虑

38、两种机理。,5.6 电除尘器,应当指出，因流分布不当、气流速度过高或不适当的振打等原因，容易出现异常荷电。最重要有三种情况：沉积在集尘极表面的高比电阻粒子导致在低电压下发生火花放电或在集尘极发生反电晕现象。通常当比电阻高于21010cm时，较易发生。当气流中微小粒子浓度高时，虽然荷电尘粒所形成的电晕电流不大，可是形成的空间电荷却很大，严重地抑制电晕电流产生，使尘粒不能获得足够电荷。粒径在1 左右的数量越多，这种现象越严重。当含尘量大到某一数值时，电晕现象消失，尘粒在电场中得不到电荷，电晕电流几乎为零，失去除尘作用，即电晕闭塞。,5.6 电除尘器,5.6.1.3 被捕集粉尘的清除 电晕极和集尘极

39、上都会有粉尘沉积，应及时清除。因为粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性；集尘极板上粉尘层较厚时，会导致火花放电，电压降低，电晕电流减小。集尘极清灰方法有湿式和干法两种方式。在湿式电除尘器中，集尘极板表面经常保持一层水膜，粉尘沉降在水膜上而随水膜流下，从而达到清灰目的，该方式优点是粉尘无二次尘化，同时也可净化部分有害气体，其缺点是极板腐蚀结垢和污泥处理。干法电除尘器一般通过机械撞击、电磁振打或锤式振打清除。干法振打清灰需要合适的振打强度，太小难以清除积尘，太大可能引起二次尘化，合适的振打强度和振打频率通过现场调节确定。,5.6 电除尘器,5.6.2 电除尘器的形式和构造,5.6.2.1

40、 按集尘极的型式可分为管式和板式电除尘器两类 如图5.13所示，管式电除尘器的集尘极一般为直径150300mm的圆形金属管，管长为35m，通常采用多根圆管并列的结构，放电极极线（电晕线）用重锤悬吊在集尘极圆管中心。其缺点清灰较困难，多用于净化气量较小或含雾滴的含尘气体。板式电除尘器的集尘极由多块经轧制成不同断面形状的钢板组合而成，放电极（电晕线）均布在平行集尘极间，集尘极极板间距一般为200400mm，极板高度为25m，极板总长可根据要求的除尘效率来定。其缺点电场强度变化不均匀，但清灰方便，制作安装较容易。,5.6 电除尘器,图5.13 电除尘器结构示意图 （a）管式； （b）板式 1-绝缘瓶

41、；2-集尘极表面上的粉尘；3-放电极；4-吊锤；5-捕集的粉尘； 6-高压母线；7-电晕极；8-挡板；9-集尘挡板；10-重锤；11-高压电极,5.6 电除尘器,5.6.2.2 按气流流动方向可分为立式和卧式电除尘器两类 立式电除尘器的气流通常是自下而上流动。管式电除尘器都是立式的，具有占地面积小，捕集效率高的优点。卧式电除尘器的气流是沿水平方向运动来完成净化过程的，卧式电除尘器的电场供电，容易实现对不同粒径粉尘的分离，有利于提高总除尘效率，且安装高度低，操作维修方便，在工业废气除尘中应用广泛。 5.6.2.3 按集尘极和电晕极在除尘器空间配置不同分为单区和多区电除尘器两类 单区电除尘器的集尘

42、极和电晕极装在同一区域内，粒子荷电和捕集在同一区域内完成，当今应用最为广泛。双区电除尘器中，粒子荷电和捕集不在同一区域内完成，如图5.14所示，在放电极区域里使粒子荷电，在集尘极区域里使粒子被捕集。,5.6 电除尘器,图5.14 双区电除尘器结构示意图 1-连接高压电源；2-洁净气体出口；3-不放电的高压电极；4-集尘极； 5-放电极；6-放电极线；7-连接高压电源；8-集尘极板,5.6 电除尘器,5.6.2.4 按沉积粉尘的清灰方式可分为湿式和干法电除尘器两类 湿式电除尘器是用喷水或溢流水等方式使集尘极表面形成一层水膜，将沉积的粉尘冲走，可以达到很高的除尘效率，因无振打装置，运行较稳定。但与

43、其它湿式除尘器一样，存在腐蚀、污泥和污水的处理问题，只有在气体含尘浓度较低、要求除尘效率较高时使用。干式电除尘器是最常见的一种型式，是用机械振打等方法实现极板清灰，回收的干粉尘便于处置和利用，但存在二次尘化问题，导致除尘效率降低。,5.6 电除尘器,5.6.3 影响电除尘器除尘效率的因素,影响电除尘器效率的因素很多，如气体参数（温度、粘度、流速、含尘浓度等）、粉尘特性（粉尘真密度、分散度、带电性等）、操作条件及除尘器本体结构部件等。下面介绍其中的几个主要因素。 5.6.3.1 粉尘的比电阻 某物质的比电阻是长度和横断面积各为1的电阻，也就是电阻率，它是评定粉尘导电性能的一个指标。可用下式表示：

44、 （5.17）,5.6 电除尘器,式中 粉尘的比电阻，cm； 粉尘层和极板间的电压降，V； 粉尘层厚度，cm； 通过粉尘层的电晕电流密度，A/cm2。 沉积在集尘极上的粉尘层的比电阻对电除尘器的除尘效率有显著影响。比电阻R过大（R10111012cm），或R过小（R104cm），都将导致电除尘器效率降低。粉尘比电阻为1041011cm时，除尘效率最高。 在实际工程中可以采用以下途径来降低粉尘的比电阻： （1）选择合适的操作温度；（2）增加烟气的含湿量；（3）在烟气中加入调节剂。,5.6 电除尘器,5.6.3.2 电场风速 如果电场风速增大，就会减少尘粒与气体离子相结合的机会，同时也容易使已沉积

45、的尘粒再次被带回气流中去，形成二次飞扬，除尘效率下降。风速过小，电除尘器体积大，投资增加。根据经验，通常选取风速最高不宜超过1.52.0m/s，除尘效率要求高的除尘器不宜超过1.01.5m/s。 5.6.3.3 气体的含尘浓度 当含尘浓度过高时，电除尘器的除尘效果会大大恶化。这是因为荷电的尘粒运动速度远远低于气体离子的运动速度。含尘浓度愈高，尘粒在电场中荷电愈多，这样整个电场中趋向集电极的荷电尘粒速度减慢，即单位时间内从电晕极转移到集尘极的电荷减少了。浓度愈高电晕愈小，以至减到零，电除尘器工作完全失败，这种现象称为“电晕闭塞”。,5.6 电除尘器,为了防止“电晕闭塞”，含尘浓度过高时，必须采取

46、处理措施，如提高工作电压、采用放电强烈的电晕极、增加预净化设备等等。气体的含尘浓度超过30g/m3的时候，就必须设置预净化设备。,5.6.4 电除尘器的选择计算,电除尘器型式和工艺配置，应根据处理含尘气体性质及处理要求决定，可以归纳出选择和设计电除尘器时需要提供的主要参数为：要求的除尘效率或除尘器进出口浓度；气体的流量、组成、温度、湿度和压力；粉尘的组成、粒径分布、比电阻、密度、粘性及回收价值等。,5.6 电除尘器,设计步骤为：根据现有运行和设计经验，确定或计算有效驱进速度；根据给定气体流量和要求的除尘效率，计算所需的积尘面积A；查出与集尘面积相当的电除尘器规格；验算电场风速（电除尘器内气体运

47、动速度，称为电场风速），如验算结果在所选的除尘器允许范围内，则符合要求，否则应重新选择。,5.7 袋式除尘器,袋式除尘器是一种干式高效除尘器，利用纤维织物的过滤作用进行除尘。对于1.0 的粉尘，效率高达98%99%。滤袋通常做成圆柱形（直径为125500mm），有时也做成扁长方形，滤袋长度一般为2m左右。袋式除尘器的除尘效率高，且性能稳定可靠、操作简单，因而应用广泛。,5.7.1 袋式除尘器的工作原理,常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，一般为2050 ，新用滤料的除尘效率不高，对于1 尘粒只有40%左右的除尘效率，如图5.15所示。含尘气体通过滤料时，粉尘因筛滤、截留、惯

48、性碰幢、静电、扩散和重力沉降等作用，逐渐深入滤料内部，使纤维间空间逐渐减小，最终形成附着在滤料表面的粉尘层（称为初层）。,5.7 袋式除尘器,粉尘初层形成后，成为袋式除尘器的主要过滤层，使过滤效率剧增，而滤布只是起着形成粉尘初层和支撑它的骨架作用，如图5.16所示。但随着粉尘在滤袋上积聚，滤袋两侧压力差增大，会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。另外，若除尘器阻力过高，会使除尘系统处理气体量显著下降，影响生产系统的排风效果，因此除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰。,5.7 袋式除尘器,图5.15 某袋式除尘器分级效率曲线,5.7 袋式除尘器,图5.16 滤料的过滤作用,5.

49、7 袋式除尘器,5.7.2 袋式除尘器的阻力,袋式除尘器阻力与除尘器结构、滤袋布置、粉尘层特性、清灰方法、过滤风速、粉尘浓度等因素有关。可作定性分析袋式除尘器阻力为 Pa （5.18） 式中 为结构阻力，Pa； 为滤料阻力，Pa； 为粉尘层阻力，Pa。 通常袋式除尘器阻力由产品样本给出。,5.7 袋式除尘器,5.7.3 袋式除尘器清灰方式,清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，实际上许多袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的。最早的清灰方式是振动滤料以便沉积的粉尘脱落，称为机械振动式清灰，如图5.17所示。另外两种是利用气流把沉积粉尘吹走，即用低压气流反吹或用压缩空气喷吹，分别称为逆气流清灰和脉冲

50、喷吹清灰。此外，还有一些其他清灰方式，对于难以清除的粉尘也有同时并用两种清灰方法的。,5.7 袋式除尘器,图5.17 机械振动袋式除尘器,5.7 袋式除尘器,5.7.3.1 简易清灰 简易清灰是借助滤科表面粉尘自重和风机的启动和停止，使滤袋变形，粉尘自行脱落而清灰，有时还需要辅以人工敲打和抖动滤袋的方法使清灰效果达到最佳。如图5.18所示，是两种简易清灰袋式除尘器结构示意图，该袋式除尘器不适宜净化含尘浓度过高气体。这种袋式除尘器结构简单、投资省、易上马、体积庞大、操作条件差，目前已较少使用。,5.7 袋式除尘器,5.7.3.2 机械振动清灰 机械振动清灰方式常用三种：水平振动，即滤袋沿水平方向