通风与空气调节工程单元5 工业有害物

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，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，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35°～40°。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0~5μm、5~10μm、10~20μm、20~40μm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(5.2)式中——第i种粒径粉尘的分散度，%。dM0Mdfdf%100OdMM11idifdif5.2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5.2.1.3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、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。μmcdμm3.0cdμmcdμmcdμm5.2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，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100～200mg/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1～2mg/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触与否，可以分为干式和湿式除尘器。μm5.2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%1001%100%1001212113GGGGGGG1G2G3G%100%100121121yyyLyLyLy(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）L1y2y1%100%10013112GGGGGP5.2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，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。)(cd5.2除尘器分类、机理和性能指标%100)()(1%100)()()(%100)()()(c1c2c1c2c1c1c3cdGdGdGdGdGdGdGd(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）dccfd)(dcf)1)(1(1)1(211210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