第05章颗粒污染物控制技术基础20139

第五章颗粒污染物控制技术基础1.粉尘的粒径及粒径分布2.粉尘的物理性质3.净化装置的性能4.颗粒捕集理论基础第三节净化装置的性能评价净化装置性能的指标技术指标处理气体流量净化效率压力损失经济指标设备费运行费占地面积净化装置技术性能的表示方法处理气体流量漏风率压力损失1N3N2NN1()(m/s)2QQQ1N2N1N100(%)QQQ21(Pa)2vP总净化效率的表示方法总净化效率通过率分级除尘效率分割粒径－除尘效率为50％的粒径22N2N11N2N11SQSQ22N2N11N1N1SQPSQ32111iiiiiSSSS分级效率与总效率的关系由总效率求分级效率由分级效率求总效率333112221112311/iiiiiiiiiiiiiSggSggSggPSggPgg1111p00ddiiiiigGqd多级串联的总净化效率总分级通过率总分级效率总除尘效率12iTiiinPPPP1211(1)(1)(1)iTiTiiinP121(1)(1)(1)Tn第四节颗粒捕集的理论基础对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略流体阻力流体阻力＝形状阻力＋摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反2DDpDpp1(N)2()pFCAuduCfReRepDpDp241Stokes3π(N)ReCReFdu（层流）时得到公式：pD0.6p18.51500ReCRe湍流过渡区pD22Dp5000.440.055πReCFdu湍流区（牛顿区）流体阻力流体阻力与雷诺数的函数关系流体阻力颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动——坎宁汉修正pDp3π1.101[1.2570.400exp()]2/8(m),(m/s)π0.499其中努森数duFCCKnKndKnRTvMv阻力导致的减速运动根据牛顿第二定律若仅考虑Stokes区域积分得速度由u0减速到u所迁移的距离若引入坎宁汉修正系数C停止距离－驰豫时间或松弛时间322pppDD2Dppππd6d42d3d4即dduuFCtuuCtd2Pp2Ppd18d18其中＝duuutd/0e(m/s)tuu/00()(1e)txuuu/0(1e)tCxuCs0xuC重力沉降力平衡关系Stokes颗粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影响）湍流过渡区牛顿区Stokes直径空气动力学直径2pDGBpπ()6dFFFg2pps18dugCgC1.140.7140.714pps0.4280.2860.153()dgu1/2spp1.74[()/]udgssp18udgCsaa181000udgC离心沉降力平衡关系Stokes颗粒的末端沉降速度23tDCppπ6uFFdR22pptcc2tc18其中＝duuCaCRuaR静电沉降力平衡关系静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用表示，对于Stokes粒子：DEFFqEp3πqECd惯性沉降颗粒接近靶时的运动情况惯性碰撞惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量颗粒运动轨迹，用Stokes数描述颗粒对捕集体的附着，通常假定为100％0DcuDRe2pp0s0ccc18duCxCuCStDDD惯性碰撞惯性碰撞分级效率与的关系St拦截直接拦截发生在颗粒距捕集体dp/2的距离内拦截效率用直接拦截比R表示对于惯性大的颗粒对于惯性小的颗粒DI2DI圆柱形捕集体球形捕集体RRpcdRDDI2DI2DIDDD22DI112(R0.1)11(1)3(R0.1)11(2)[(1)ln(1)(R0.07,0.5)2.002ln2(1)2.002ln3(1)13(1)(R0.1)22(1)2RRRRRRRRRRRReReRReRRRR圆柱体势流球体势流圆柱体粘性流球体粘性流扩散（自学）作业：5-5，10第五章颗粒污染物控制技术基础1.粉尘的粒径及粒径分布2.粉尘的物理性质3.净化装置的性能4.颗粒捕集理论基础第六章除尘装置1.机械除尘器2.电除尘器3.湿式除尘器4.过滤式除尘器5.除尘器的选择与发展除尘装置从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置湿式除尘装置干式除尘装置按分离原理分类：重力除尘装置（机械式除尘装置）惯性力除尘装置（机械式除尘装置）离心力除尘装置（机械式除尘装置）洗涤式除尘装置过滤式除尘装置电除尘装置声波除尘装置第一节机械除尘器机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有：重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器重力沉降室重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降层流式和湍流式两种层流式重力沉降室假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用纵剖面示意图层流式重力沉降室沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q气流在沉降室内的停留时间在t时间内粒子的沉降距离该粒子的除尘效率0vsu0/LWHtLvQsscs0uLuLWHhutvQcssc0()ihuLuLWhHHvHQc1.0()ihH层流式重力沉降室对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?chH2pps18dgu2pp18即dgLWHHQminp18QdgWLminp36QdgWL由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分级效率公式的一半作为实际分级效率minp36QdgWL由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分级效率公式的一半作为实际分级效率层流式重力沉降室提高沉降室效率的主要途径降低沉降室内气流速度增加沉降室长度降低沉降室高度沉降室内的气流速度一般为0.3～2.0m/s不同粉尘的最高允许气流速度层流式重力沉降室多层沉降室：使沉降高度减少为原来的1/（n+1），其中n为水平隔板层数考虑清灰的问题，一般隔板数在3以下多层沉降室1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板s(1)iuLWnQ湍流式重力沉降室湍流模式1－假定沉降室中气流处于湍流状态，垂直于气流方向的每个断面上粒子完全混合宽度为W、高度为H和长度为dx的捕集元，假定气体流过dx距离的时间内，边界层dy内粒径为dp的粒子都将沉降而除去湍流式重力沉降室粒子在微元内的停留时间被去除的分数对上式积分得边界条件：得因此，其分级除尘效率0sdd/d/txvyupsp0dddNyuxNHvHsp0dlnlnuxNCvHpp0ppL0;xNNxLNNspLp00exp()uLNNvHpsp00s11exp()1exp()LiNuLNvHuLWQ湍流式重力沉降室湍流模式2－完全混合模式，即沉降室内未捕集颗粒完全混合总分级效率0ss0ss0/1/＝＋iiiinuWLuLHvnHvWnuWLuLHv湍流式重力沉降室三种模式的分级效率均可用归一化对Stokes颗粒，分级效率与dp成正比重力沉降室归一化的分级率曲线a层流－无混合b湍流－垂直混合c湍流－完全混合1/2s0()uLvH重力沉降室重力沉降室的优点结构简单投资少压力损失小（一般为50～100Pa）维修管理容易缺点体积大效率低仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子惯性除尘器机理沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离惯性除尘器结构形式冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子反转式－改变气流方向捕集较细粒子冲击式惯性除尘装置a单级型b多级型反转式惯性除尘装置a弯管型b百叶窗型c多层隔板型惯性除尘器应用一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集10～20µm以上的粗颗粒压力损失100～1000Pa