4-颗粒污染物控制技术

大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术14颗粒污染物控制技术大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术24颗粒污染物控制技术本章主要内容：•粉尘的性质和除尘器性能指标；•重力除尘器、过滤式除尘器、静电除尘器、湿式除尘器的工作原理、结构性能等基本知识；大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术34.1除尘技术基础4.1.1粉尘的性质•粉尘的粒径大小及分布对除尘机制、除尘器的设计及其运行效果都有很大影响。（1）粉尘粒径及粒径分布•颗粒是均匀球体，直径代表粒径。事实上颗粒大小不同，形状各异。•单一粒径：代表单个颗粒大小；•平均粒径：代表由不同大小的颗粒组成的粒子群的粒径。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术4粒径分布•指某一粒子群中不同粒径的粒子占的比例。•个数分布：以粒子的个数所占的比例表示；•表面积分布：以粒子表面积表示；•质量分布：以粒子质量表示。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术5（2）粉尘的密度•堆积密度：自然堆积状态下，包括粉尘、附着气体及颗粒间气体在内的密度；•真密度：排除吸附和内部空气后测得粉尘的密度。•孔隙率与堆积密度和真密度关系。•真密度研究尘粒在空气中运动情况，堆积密度计算存仓或灰斗的容积等。（3）粉尘的安息角•将粉尘通过小孔连续自然堆放在水平面上，堆积锥体的母线与水平面的夹角。•评价粉尘流动性。•多数粉尘安息角的平均值在35°～36°左右。•同一种粉尘，粒径愈小，安息角愈大；表面愈光滑和愈接近球形的粒子，安息角愈小；含水率愈大，安息角愈大。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术6（4）粉尘的比表面积•单位体积的粉尘具有的总表面积Sp，单位是cm2/cm3。•粉尘粒子愈细，比表面积愈大，物理和化学活动性显著，如氧化、溶解、蒸发、吸附、催化等因细小颗粒比表面积大而被加速，引起粉尘的爆炸危险性和毒性增加。（5）粉尘的润湿性•粉尘能否与液体相互附着或附着难易的性质。•亲水性粉尘（如锅炉飞灰、石英粉尘等）和疏水性粉尘（如石墨粉尘、炭墨等）。水泥、熟石灰等具有水硬性。（6）粉尘的黏附性•粉尘颗粒相互附着或附着于固体表面上。•影响因素：粒径小、形状不规则、表面粗糙、含水率高、润湿性好及荷电量大易产生黏附现象。•除尘系统把器壁面加工光滑，减少粉尘的黏附。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术7（7）粉尘的荷电性•粉尘因相互碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电以及接触带电体等原因而带有一定的电荷。•粉尘荷电量随温度增高、表面积增大、含水量减少增大。（8）粉尘的比电阻•表示粉尘的导电性能。比电阻是指电流通过面积为1cm2、厚度为1cm的粉尘时具有的电阻值，单位是Ω•cm。•电除尘器的比电阻最适宜的范围是104～2×1010Ω•cm。（9）粉尘的爆炸性•爆炸性粉尘：某些粉尘（如煤粉等）达到一定浓度，就会在高温、明火、电火花、摩擦、撞击等条件下引起爆炸。•粉尘的粒径越小，比表面积越大，粉尘和空气的湿度越小，爆炸的危险性就越大。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术84.1.2除尘装置的性能指标（1）含尘气体处理量•除尘器的进出口气体流量的平均值衡量除尘器处理能力。•漏风率δ为正值表示向外漏，δ为负值表示向内漏。（2）除尘效率①除尘器总效率：指在同一时间内除尘器捕集的粉尘质量占进入除尘器的粉尘质量的百分数。•反映装置净化程度的平均值，为平均除尘效率，评定净化装置性能的重要技术指标。②通过率：指在同一时间内，穿过除尘器的粒子质量与进入的粒子质量的比。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术9③串联运行时的总除尘效率•当两台除尘装置串联使用时，已知第一级和第二级除尘器的除尘效率，可以求得除尘系统的总效率。④分级效率•表示除尘装置对不同粒径粉尘或粒径范围粉尘的净化效果。（3）除尘装置的压力损失•压力损失：含尘气体经过除尘装置后会产生压力降，单位是Pa。•压力损失的大小除了与装置的结构形式有关之外，主要与流速有关。•除尘装置的压力损失越大，动力消耗也越大，设备费用和运行费用越高。不同的除尘装置压力损失有很大不同，一般在500～2000Pa，文丘里除尘器可以达到9000Pa。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术104.1.3除尘器的分类（1）机械式除尘•采用重力、离心力等机械力将气体中尘粒沉降，如重力除尘，惯性除尘、离心除尘等。•常用设备：重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器。（2）过滤除尘•使含尘气体通过具有很多毛细孔的过滤介质将污染物颗粒截留下来的除尘方法，如填充层过滤，布袋过滤等。•常用设备：颗粒层过滤器和袋式过滤器。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术11（3）静电除尘•使含尘气体通过高压电场，在电场力的作用下使其得到净化的过程。•常用设备：干式静电除尘器和湿式静电除尘器。（4）湿法除尘•用水或其他液体湿润尘粒，捕集粉尘和雾滴的除尘方法，如气体洗涤、泡沫除尘等。•常用设备：喷雾塔、填料塔、泡沫除尘器、文丘里洗涤器等。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术124.2机械式除尘器4.2.1重力沉降法•重力沉降：利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降实现分离。•借重力沉降从气流中分离出尘粒的设备称为沉降室，最常见的重力沉降室如图所示。重力沉降室示意图大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术131.沉降原理•含尘气体进入降尘室后，流道截面积扩大而速度减慢，颗粒能够在气体通过沉降室的时间内降至室底，便可从气流中分离出来。•斯拖克斯公式表示出沉降速度的大小与颗粒直径的关系。•大颗粒的沉降速度较大易分离，小颗粒的沉降速度较小难分离。•气体黏度越大，沉降速度越小。mrgr18)(2dgup-=大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术14•使dmin下降的所有参数，都会使效率提高，因此提高重力沉降室的捕集效率可以采取以下措施：•降低沉降室内气流速度u；•降低沉降室的高度H；•增大沉降室长度L；2.沉降室的特点及其他形式•优点：结构简单，造价低，便于维护管理，压力损失小，可以处理高温气体。•缺点：沉降小颗粒效率低，只能除去50μm以上的大颗粒，除尘效率40%～70%，主要用于高效除尘装置的前级除尘器。gLuHdgp)(18minrrm-=大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术153.重力沉降室设计与应用的注意事项①沉降室尺寸确定的原则。以矮、宽、长为宜；②沉降室内气流速度的控制。为防止二次扬尘，控制在0.3~3m/s；③沉降室一般只能捕集50μm以上的尘粒。为了捕集更小的尘粒，可以合理设置挡板或隔板，考虑到清灰方便，隔板间距一般最小40~100mm。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术16大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术17多层重力除尘器大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术184.2.2惯性除尘器1.惯性除尘原理•含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧改变；尘粒借助本身的惯性力作用与挡板撞击方向也发生改变，由于重力作用从气流中分离。•惯性除尘器除惯性力作用外，还有离心力和重力作用。含尘气体挡板挡板气体出口大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术192.惯性除尘器类型•碰撞式：捕集气流中较粗粒子,单级型和多级型；•回转式：通过改变气流流动方向而捕集较细粒子。弯管型、百叶箱型和多层隔板型。单级型多级型大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术20A弯管型；b百叶窗型；c多层隔板塔型大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术213.特点•气流速度愈高，气流方向转角愈大，转变次数愈多，净化效率愈高，压力损失也愈大。•净化对象：去除密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘效率较高。粘结性和纤维性粉尘，因易堵塞不宜用。•压力损失为100～1000Pa。•净化效率不高，捕集10—20μm以上的粗尘粒，一般用于多级除尘的第一级除尘。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术224.惯性除尘器设计与应用的注意事项•①气流速度对惯性除尘器性能影响较大。•折转式惯性除尘器曲率半径越小，越能分离细小尘粒。•高炉除尘，进口气速10m/s，沉降室约1m/s，粒径大于0μm的粉尘，除尘效率65%—85%以上，压力损失150—400Pa。•②惯性除尘器压力损失与其结构形式密切相关。•如弯管型惯性除尘器压力损失不大，除尘效率低，增加一块垂直挡板可提高除尘效率，但是压力损失必然增大。•③百叶窗型惯性除尘器中气流速度控制在10—15m/s。•④连续清灰，锁气装置要密封良好，防止漏风影响效率。•⑤腐蚀防护与污水处理：湿法除尘时。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术234.2.3旋风除尘•旋风除尘：使含尘气体做旋转运动，借作用于尘粒的离心力把尘粒从气体中分离出来。4.2.3.1.旋风除尘原理•组成：筒体、锥体、进气管、排气管和灰斗。•含尘气体由进口切向进入，沿筒体内壁由上向下做圆周运动。•向下旋转的气流到达锥体顶部附近时折转向上，在中心区域旋转上升，最后由排气管排出。•尘粒在内、外旋流的作用下到达外壁落到灰斗收集。旋风除尘器工作原理大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术244.2.3.2旋风除尘器的除尘效率•进入旋风除尘器形成外旋流，尘粒受离心力和向心力作用。•粒径越大，粉尘离心力越大。•临界粒径dc，粉尘粒径大于临界粒径时，粉尘受到的离心力大于向心力，尘粒被推至外壁面而被分离；相反，粉尘受到离心力小于向心力，尘粒被推人上升的内旋涡中。•分割粒径：能够被旋风除尘器除掉50％的尘粒粒径，用dc表示。•dc越小，除尘器除尘效率越高。•计算旋风除尘器的分级效率：大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术254.2.3.3影响旋风除尘器性能因素•影响因素：结构形式、粉尘性质、运行操作条件等。（1）除尘器结构①筒体直径•在相同的转速下，筒体的直径越小，尘粒受到的离心力越大，除尘效率就越高。•筒体直径过小，处理量显著降低，流体阻力增大，易造成反混，使效率下降。•筒体直径一般＞150mm。为保证除尘效率，筒体的直径≤1000mm。②筒体及锥体长度•筒体和锥体高度增加，增加气体在除尘器内的旋转圈数，有利于分离尘粒。但会增加阻力，实际上筒体和锥体总高度＜5倍筒体直径。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术26③入口形式•大致可分为轴向进入式和切向进入式。a.轴流式旋转除尘器•利用导流叶片使气流在除尘器内旋转，除尘效率比切流反转式低，但处理量大。b.切流返转式旋风除尘器•含尘气体由筒体侧面沿切线方向导入，气流在圆筒部分旋转向下，进入锥体，到达锥体顶端前返转向上，清洁气体经同一端的排气管引出。•根据其不同进入型式又可分为直入式和蜗壳式；•除尘器入口断面的宽高比越小，进口气流在径向方向越薄，越有利于粉尘在圆筒内分离和沉降，收尘效率越高。•因此，进口断面多采用矩形，宽高之比为2左右。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术27大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术28④排气口尺寸•旋风除尘器的排气管口均为直筒形。•过深，效率提高，但阻力增大；过浅，效率降低，阻力减小。因为短浅可能会造成排气管短路现象，尘粒来不及分离就从排气管排出。•减小排气管直径会加大出口阻力，一般排气管直径为筒体直径的0.4～0.65倍。（2）入口速度•提高旋风除尘器的入口风速，将使粉尘受到的离心力增大，分割粒径变小，除尘效率提高。•但入口风速过大，除尘器内气流运动过于强烈，会把有些已分离的粉尘重新带走，除尘效率反而下降，除尘器的阻力也急剧上升。•进口速度应控制在12～25m/s之间为宜。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术29（3）除尘器底部的严密性•由于气流旋转作用，底部总是处于负压状态。•除尘器底部不严密，漏风就会把灰斗里的粉尘重新卷入内旋涡并带出除尘器，使除尘效率显著下降。•收尘量不大，可在排尘口下设置固定灰斗，保证一定的灰封，定期排灰。•收尘量大，使用锁气室。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术30（4）粉尘的性质•当粉尘的密度和粒径增大时，除尘器效率明显提高。•气体温度和黏度增大时，除尘器效率下降。大气污染治理技术3颗粒污染物控制技术314.2.3.4常见旋风除尘器的结构和性能•性能指标：分离效率和压强降。•分离效率由废气中含尘量、含尘粒径分布决定，粒度越小，离心力越小，效率低。•气体通过除尘器压强降应