第6章 空气净化原理与设备

第6章空气净化原理与设备§6.1概述§6.2粉尘的净化6.1.1净化装置的性能6.1.2净化装置的分类6.1.3净化装置的选择6.2.1粉尘的特性、除尘机理6.2.2重力沉降室、惯性除尘器6.2.3旋风除尘器6.2.4湿式除尘器6.2.5过滤式除尘器6.2.6电除尘器第6章空气净化原理与设备§6.3有害气体的净化§6.4净化新方法6.3.1概述6.3.2吸收与吸附原理6.3.3吸收与吸附装置6.4.1非平衡等离子体空气净化6.4.2光催化净化方法6.4.3负离子净化方法6.4.4臭氧净化方法§6.1概述大气污染物的净化实际上是一个混合物的分离问题。1.气溶胶污染物2.气态污染物本章主要阐述空气污染物的一般净化方法和净化装置的典型结构，重点介绍粉尘的净化。分离方法：属于非均相混合物，一般都采用物理方法进行分离。分离依据：气体分子与固体、液体粒子在物理性质上的差异。1.气溶胶污染物•如较大粒子的密度比气体分子大得多，则可利用重力、惯性力、离心力（统称为质量力）进行分离，统称为机械分离方法；•又如粒子的尺寸和质量较气体分子大得多，则可采用过滤层，进行过滤的方法加以分离；•利用某些粒子易被水湿润，凝并增大而被捕集，可采用湿式洗涤进行分离；•由于某些粒子的荷电性，在高压电场内利用静电力进行分离的静电除尘。∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽a.分离方法：根据物理的、化学的及物理化学的原理予以分离。b.分离依据：不同组分所具有的不同蒸气压，不同溶解度，选择性吸收作用以及某些化学作用。目前国内外净化气态污染物的方法，主要有五种：吸收法、吸附法、燃烧法、冷凝法及催化转化法。2.气态污染物§6.1.1净化装置的性能全面地评价净化装置的性能应该包括技术指标和经济指标。技术指标:一般常以处理气体量、净化效率，压力损失及负荷适应性等特性参数来表示；经济指标:主要包括设备费、运行费和占地面积等。除上述基本性能外，还应考虑装置安装、操作、检修的难易程度等因素。点击这里表示净化装置的技术性能，主要包括以下几个方面：1）处理气体量：代表装置处理能力大小的指标，一般以体积流量表示。2）压力损失：表示装置消耗能量大小的技术经济指标，有时也称为压力降。3）负荷适应性：表示装置性能可靠性的技术指标，即指净化装置的工作稳定性和操作弹性。4）净化效率:表示装置净化效果的重要技术指标，有时也称为分离效率。对于除尘装置又称除尘效率；对于吸收装置，又称吸收效率；对于吸附装置，则称为吸附效率。点击这里在工程中，通常以净化效率为主来选择和评价装置，因此本节重点介绍净化效率的表示方法。（1）总效率（2）通过率（透过率）（3）分级除尘效率（4）板效率（5）串联运行时的总净化效率净化效率的表示方法(%)100)1(100ioicSSSS概念：指同一时间内，净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之百分比。总效率实际上是反映装置净化程度的平均值，也称为平均效率。计算方法：进入装置的污染物流量为Si(g/m3)，净化装置出口的相应量为So(g/s)。若净化装置捕集的污染物流量为Sc(m3/s)，则有Si=Sc+So故总效率η（%）可表示成:（1）总效率当净化效率达99%以上时，如表示成99.9%或99.99%，在表达装置性能的差别上不明显，所以一般采用其它方法来表示，最简单的一种方法是用通过率P（%）来表示。通过率：指从净化装置出口逸散的污染物量与入口污染物量之百分比。P值越大，说明出口逸散量越大。通过率P（%）可以下式表示100100ioSSP例如:一除尘器的η=99%时，P=1.0%；另一除尘器η=99.9%时，P=0.1%，则前一除尘器的通过率为后者的10倍。（2）通过率（透过率）%100icjSS分级除尘效率（简称分级效率）是指除尘装置对某一粒径dp或粒径范围dp+⊿dp内粉尘的除尘效率。若设与此相应的除尘器入口的粉尘流量为⊿Si（g/s）,捕集的粉尘量为△Sc（g/s），则该除尘器对粒径dp或⊿dp范围内粉尘的分级效率ηj为（3）分级除尘效率总效率和分级效率的计算方法：当除尘器入口粉尘的粒径频度分布为fi，捕集粉尘的频度分布为fc则根据频度分布的定义和分级效率的定义式可得：⊿Si=Si·fi⊿Sc=Sc·fc(%)100ffηjiciiccffSS板效率是指实际塔板能达到的分离程度与理论塔板所达到的平衡情况的比较。这是表示吸收装置（包括湿式洗涤器）性能的重要技术指标。板效率常用总板效率、单板效率及点效率表示。总板效率即平均板效率，又称为全塔效率。单板效率，又称为莫夫利（Murphree）效率，而点效率则是更具体地表示塔板上任一点的局部分离效率。（4）板效率)1)(1(1)1(ηηη21121)1()1)(1(1η21n在实际净化系统中，往往把两种或多种不同型式的净化装置串联起来使用，如当污染物浓度较高时，采用一个装置净化，排放浓度可能超过排放标准，或者虽能达到排到标准，因负荷过大容易引起装置性能不稳定等，应采用两级或多级净化装置串联使用。同理，n级净化装置串联后的总效率为（5）串联运行时的总净化效率设第一级净化装置的效率为η1，第二级为η2，则两级净化装置串联运行的总效率为§6.1.2净化装置的分类（1）除尘装置（2）吸收装置（3）吸附装置（4）催化转化装置§6.1.3净化装置的选择1）处理气体量；2）气体性质；3）粉尘性质；4）净化要求；5）装置的经济性。1.选择的依据1）工程调查认真收集有关资料，全面考虑影响装置性能的各种因素；2）计算净化效率；3）确定净化方法；4）确定净化装置的型号规格和运行参数。2.选择的一般步骤§6.2.1粉尘的特性、除尘机理（1）粉尘的密度（2）粘附性（3）爆炸性（4）荷电性与比电阻（5）粉尘的湿润性（6）粉尘的粒径及粒径分布1.粉尘的特性θ液滴θ真密度（尘粒密度）；堆积密度2除尘机理目前常用除尘器的除尘机理主要有以下几个方面：（1）重力（2）离心力（3）惯性碰撞（4）接触阻留（5）扩散（6）静电力（7）凝聚截留效应惯性效应扩散效应重力作用静电效应各种过滤机理的效率颗粒尺寸直接拦截惯性碰撞扩散拦截1几乎100%_____无1至0.5较低效率较高效率无0.5至0.3很低效率低效率0.3至0.1微不足道微不足道略有效果0.1至0.05微不足道微不足道高效率0.05微不足道几乎无效几乎无效§6.2.2重力沉降室、惯性除尘器原理：重力沉降室是一种最简单的除尘器，它是依靠重力的作用使尘粒从气流中分离出来的。沉降室是一个断面较大的空室，含尘气体由断面较小的风管进入沉降室后，气流速度大大降低，尘粒便在重力作用下缓慢向灰斗沉降。优点：结构简单、造价低、施工容易、维护管理方便、阻力小缺点：占地大，除尘效率低，40％～70％。应用：仅适用于捕集密度大，颗粒粗（粒径大于50µm）的粉尘。只作为初级除尘。1.重力沉降室多层重力沉降室单层重力沉降室2.惯性除尘器1）除尘机理: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。2）主要类型:冲击式、反转式3）应用：惯性除尘器用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘具有较高除尘效率。对粘结性和纤维性粉尘，则因易堵塞而不宜采用。由于净化效率低，常用作多级除尘中的初级除尘。碰撞式惯性除尘器反转式惯性除尘惯性力除尘器分离机理碰撞式惯性除尘器的结构型式§6.2.3旋风除尘器1.旋风除尘器内的流场4.几种常用的旋风除尘器3.影响旋风除尘器性能的因素2.筛分理论0.概述本部分内容：原理:旋风除尘器是利用气流旋转过程中作用在尘粒上的离心力，使粉尘从含尘气流中分离出来的。结构:进气口、筒体、锥体、排出管（内筒）外旋涡:含尘气体由除尘器进气口沿切线方向进入后，沿外壁由上向下作旋转运动，这股向下旋转的气流称为外旋涡。内旋涡:外旋涡到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转，最后从排出管排出。这股向上旋转的气流称为内旋涡。0.概述普通旋风除尘器XLK型旋风除尘器XLT型旋风除尘器1.旋风除尘器内的流场（1）速度分布1）切向速度3）径向速度2）轴向速度（2）压力分布2.筛分理论影响旋风除尘器性能的因素很多，使用条件和结构型式对旋风除尘器的性能都有不同程度的影响。在使用条件方面，影响旋风除尘器性能的因素有：（1）进口风速（2）含尘气体的性质（3）除尘器底部的严密性（4）结构构造3.影响旋风除尘器性能的因素（4）结构构造在结构上，影响旋风除尘器性能的因素有：1）型式2）筒体直径3）排出管直径4）筒体和锥体高度5）排尘口直径轴向进入式切向进入式（1）多管旋风除尘器4.几种常用的旋风除尘器（2）旁路旋风除尘器（3）长锥体旋风除尘器XLT-A型旋风除尘器§6.2.4湿式除尘器1）通过惯性碰撞和截留，尘粒与液滴或液膜发生接触；2）微细尘粒通过扩散与液滴接触；3）加湿的尘粒相互凝并；4）饱和状态的高温烟气在湿式除尘器内凝结时，要以尘粒为凝结核，可以促进尘粒的凝并。1.湿式除尘器的机理2.几种常用的湿式除尘器湿式除尘器的种类很多，下面介绍常用的几种。（1）水浴除尘器（2）冲激式除尘器（3）旋风水膜除尘器（4）文丘里除尘器（1）水浴除尘器湿式除尘器中结构最简单的一种，含尘气体从进口进入后，在喷头处以高速喷出，冲击水面，激起大量水花和雾滴，粗大的尘粒随气流冲入水中而被捕集，细小的尘粒随气流折转180°向上时，通过与水花和雾滴接触而被除下，净化后的气体经挡水板脱水后排出。冲击贮水式除尘器（2）冲激式除尘器含尘气体进入除尘器后转弯向下，冲击水面，粗大的尘粒被水捕集直接沉降在泥浆斗内，未被捕集的微细尘粒随着气流高速通过S形通道（由上下两叶片间形成的缝隙），激起大量水花和水雾，使粉尘与水充分接触，得到进一步净化。净化后的气体经挡水板排出。自激式除尘器泡沫式洗涤器（3）旋风水膜除尘器含尘气流沿切线方向进入除尘器，水在上部由喷嘴沿切线方向喷出，由于进口气流的旋转作用，在除尘器内表面形成一层液膜。粉尘在离心力作用下被甩到筒壁，与液膜接触而被捕集。它可以有效防止粉尘在器壁上的反弹，冲刷等引起的二次扬尘，从而提高除尘效率，这种湿式除尘器，由于加入了离心力的作用，能达到较高的除尘效率。除尘效果η通常可达90%-95%。立式旋风水膜除尘器卧式旋风水膜除尘器（4）文丘里除尘器文丘里除尘器演示一演示二演示三演示四§6.2.5过滤式除尘器过滤式除尘器是利用含尘气流通过过滤材料时，将粉尘分离捕集的装置，在通风除尘系统中应用最多的是以纤维织物为滤料的袋式除尘器。本节主要介绍袋式除尘器。本部分内容：1.袋式除尘器的工作原理2.过滤风速3.袋式除尘器的阻力4.滤料5.袋式除尘器主要结构型式及分类6.滤料的预涂层过滤技术7.袋式除尘器的应用1.袋式除尘器的工作原理过滤机理利用纤维织物的过滤作用将含尘气体中的粉尘阻留在滤袋上的，这种过滤作用通常是通过筛滤效应、惯性碰撞效应、钩住效应、扩散效应、静电效应除尘机理的综合作用而实现的。袋式除尘器增大表面积的好处－微孔堵塞的效果流量Q，面积=1流量Q，面积=210个微孔5个微孔存污能力=1压降P=115个微孔寸污能力=1压降P=1/35个微孔寸污能力=3压降=1寿命=1寿命=320个微孔2倍的面积=3倍的寿命4.滤料面积A压差Px存污能力Y面积A压差Px/4存污能力4Y面积A压差Px/16存污能力16Y滤布的编织结构存污能力与纤维直径的关系(孔径恒定)5.袋式除尘器主要结构型式及分类1）机械清灰袋式除尘器有许多结构型式，通常可以根据以下特点进行分类。（1）按清灰方式可分为1）圆袋（2）按滤袋形状可分为2）扁袋1）内滤式（3）按过滤方式可分为2）外滤式2）脉冲喷吹清灰3）逆气流清灰1）上进风（4）按进风方式可分为2）下进风1）机械清灰人工振打机械振打一般来说，机械振打的振动强度分布不均匀，要求的过滤风速低，而且对滤袋的损伤较大，近年来逐渐被其他清灰方式所代替，但是由于某些机械