5颗粒污染物控制

1第五章颗粒污染物控制第一节除尘技术基础第二节重力沉降第三节旋风除尘第四节静电除尘2第一节除尘技术基础•一、粉尘粒径•二、粒径分布•三、除尘装置的捕集效率3一、粉尘粒径降尘：10μm,具有明显的沉降运动，在空气中停留时间很短的粉尘。飘尘：10μm,没有明显的沉降运动，在空气中停留时间很长的粉尘。粒径是表征粉尘粒子大小的一个代表性尺寸。41.单一粒径表征单个粒子的大小的特征量。A、按粒子的几何性质来直接测量和定义的粒径。B、按粒子的某种物理性质来间接测量和定义的粒径。(1)筛分粒径用筛分法测定时，粒子能通过的最小方孔的宽度。5(2)沉降粒径ds与被测粒子密度相同，终末沉降速度相等的球的直径。终末沉降速度Vs：粒子在重力场中沉降时，作用于粒子上的合力为零时，粒子的沉降速度。在层流区内，Rep1，gVdlpss)(18式中：μ－流体的粘度，Pa.sρp、ρl－粒子、流体的密度，kg/m36(3)空气动力学直径da与被测粒子在空气中的终末沉降速度相等的单位密度的球的直径。mAddpsa,2172.平均粒径表征粒子群的平均大小的特征量。A、算术平均径：粉尘直径的总和除以颗粒总数。iindNd110N－粉尘颗粒总数。di－第i种粉尘的直径。ni－第i种粉尘的个数10d8B、几何平均粒径：N个粉尘直径积的N次方。iigppppppppgdnNddddndNdddndddnddlg1lg)()(lg1)()()()(lglg00091-2、粒径分布1.粒径分布的定义某一粒子群中，不同粒径的粒子所占的比例。也称为粒子的分散度。102.粒径分布的表示方法(1)频率分布g(%)粒径从dp到dp+dp之间的粒子质量m占粉尘试样总质量m的百分数。%100%100gmmg(2)频率密度分布f(%/μm)当dp＝1μm时的频率分布11pdgf当dp0时，其微分形式为：pdddgf(3)累积频率分布大于(小于)某一粒径dp的所有粒子质量占粉尘试样总质量m的百分数，称为筛上(下)累积分布R(G)。123.粒径分布函数(1)高斯正态分布(2)对数正态分布(3)R－R分布nppdddR50693.0exp100)(13三、除尘装置的捕集效率（一）除尘器性能的评价指标1.气体处理量Q。代表除尘器处理气体能力大小的指标。单位为Nm3／h,m3／h2.除尘效率η。代表除尘器除尘效果的性能指标。％入口粉尘量被捕集粉尘量100143.压力损失P代表除尘器能耗大小的技术经济指标。P等于除尘器进、出口全压的差。HtotiPPPP式中：除尘器进口出口烟道的平均全压，PaPH－由于进出口高度差引起的压差，Pa一般忽略PH。15（二）除尘效率的表示方法100%SSicη1.总除尘效率总除尘效率是指在同一时间内，除尘器除去粉尘量和进入粉尘量的百分比。CoSoPoCiSiPiCs100%)SS1(ioηCQSSSSoci,100%)CC1(ioioQQη100%)C1(ioQQCoiη16)1(ηioSS)1(ηioCC2.通过率P-1100%SSioP通过率P一般用在效率表示不明显的地方。3.串联运行时的总效率)1()1)(1(1SSSSSS1SS1211)i-(nno2i2oi1oinonη对于串联运行的除尘器，前、后级除尘器的除尘效率有何要求，为什么？174.分级除尘效率ηd除尘器对某一粒径粉尘的除尘效率。100%SSicdηSc、Si为某一粒径带内的粉尘流量。ηddp在什么情况下，某一粒径粉尘的出口分散度小于其进口分散度？18四、除尘器分类机械式除尘器：利用质量力进行分离;过滤式除尘器：利用织物纤维的过滤来进行分离;电除尘器：利用静电库仑力的作用进行分离;洗涤式除尘器：利用液体洗涤作用进行分离。19第二节重力沉降重力沉降是利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理,将颗粒污染物与气体分离的过程。重力沉降室可能是所有空气污染控制装置中最简单的一种装置,它的结构简单,造价低,便于维护管理,压力损失小,而且可以处理高温气体。20一、颗粒沉降速度当直径为dp的球形颗粒在静止液体中自由沉降时,所受作用力主要有重力F1,流动对颗粒的浮力F2以及流体对颗粒的阻力F3.因此,作用在颗粒上的合力为:•F=F1-F2-F3•重力F1与沉降方向一致,浮力与沉降方向相反,两者的差为颗粒的沉降力.21二、重力沉降室的设计图6-1是一简单的重力沉降室,含尘气体由管道进入此管道宽度大得多的沉降室时,流速突然减慢,使颗粒能在重力作用下沉于室底.通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置。22(一)沉降时间与沉降速度沉降室的设计计算以如下假定为基础，通过沉降断面的水平气流速度分布是均匀的，并呈层流状态，颗粒的水平移动速度与气流速度相同。含尘气流通过横断面比管道大得多的沉降室时，流速大大降低，使大而重的尘粒以其沉降速度us缓慢落至沉降室低部。23如果水平气流平均速度为V(m/s),则气流通过长度为L(m)的沉降室的时间为t1(s)为:t1=l/V而沉降速度为Vt的颗粒，从顶部降落到底部所需要的时间为:t2=H/ut为使粒径为dp的颗粒在沉降室中全部沉降下来，必须保证t1≥t2,即：Ｌ／v≥Ｈ／ut24(二)沉降尺寸因沉降室高度Ｈ已定，由式可求出沉降室的最小长度Ｌ；反之，若Ｌ已定，可求出最大高度Ｈ．沉降室宽度Ｗ取决于处理气体量Ｑ（m3/s）25（三）沉降室捕集效率在时间t内，粒径为dp的粒子的沉降距离为：QLWHuvLutuhsssc0对于粒径为dp的粒子，只有在高度hc以下进入沉降室才能沉降到灰斗。当hc〈H时，粒子的分级除尘效率为：QLWuHvuLHhssci026该沉降室所能捕集的最小粒径为：1000100020018RRRRppsdRdHvgLdRHvLuWLgQLgHvdpp18180minv0——气体的流速，m/s；μ——流体的粘度，pa.s27第三节、旋风除尘旋风除尘是利用旋转的含尘气流所产生的离心力，将颗粒污染物从气体中分离出的过程。旋风除尘器：利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。28一、旋风除尘器的工作原理(一)旋风除尘器内的气流运动(二)旋风除尘器内的颗粒运动及分离过程29(一)旋风除尘器内的气流运动外涡旋：旋转向下的外圈气流；内涡旋：旋转向上的中心气流。气流作涡旋运动时，尘粒在离心力作用下逐步移向外壁，达到外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰头。30对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际气流除切向和轴向运动外，还有径向运动。在外涡旋也存在离心的径向运动。通常把内外涡旋气体的运动分解成为三个速度分量：切向速度、径向速度和轴向速度。切向速度是决定气流速度大小的主要速度分量，也是决定气流质点离心力大小的主要因素。根据涡旋定律，外涡旋的切向速度vT反比于旋转半径R的n次方常数nTRv气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力下降，一部分细小的尘粒沿筒壁旋转向上，达到顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后到达排出管下端附近被上升的内涡旋带走并从排出管排出，这股旋转气流称上涡旋。31(二)旋风除尘器内的颗粒运动及分离过程轴向速度外旋涡的轴向速度向下，内旋涡的轴向速度向上。在内旋涡，随着气流逐渐上升，轴向速度不断增大，在排出管底部达到最大值。32二、旋风除尘器的分离性能•(一)颗粒的分离直径•(二)捕集效率•(三)影响捕集效率的因素33(一)颗粒的分离直径在旋风除尘器内，粒子的沉降速度主要取决于离心力Fc和向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD在内外涡旋界面上，如果FcFD，粒子在离心力推动下移向外壁而被捕集；如果FcFD，粒子在向心气流的带动下进入内涡旋，最后由排气管排出；如果Fc=FD，作用在尘粒上的外力之和等于零，粒子在交界面上不停地旋转。实际上由于各种随机因素的影响，处于这种平衡状态的尘粒有50%的可能性进入内涡旋，也有50%的可能性移向外壁，它的除尘效率为50%。此时的粒径即为除尘器的分割直径，用dc表示。因为Fc=FD，对于球形粒子，由斯托克斯定律得到：34dc愈小，说明除尘效率越高，性能愈好。dc确定后，可根据雷思—利希特模式计算其他粒子的分级效率：116931.0exp1ncpidd2/120018Tprcvrvd3522)/(1)/(cpicpiidddd36(三)影响捕集效率的因素•入口风速(或流量)•除尘器的结构尺寸•粉尘粒径与密度•气体温度•灰斗的气密性37三、旋风除尘器的分类及选型(一)旋风除尘器的分类1.按气体流动状况分可分为切流返转式和轴流式两种切流返转式:分为直入式和蜗壳式，前者的进气管外壁与筒体相切，后者进气管内壁与筒体相切。轴流式:是利用固定的导流叶片促进气流旋转，在相同的压力损失下，能够处理的气体量大，且气流分布较均匀，主要用于多管旋风除尘器和处理气体量大的场合。382.按结构形式分可分为圆筒体,长锥体,旁通式和扩散式等•圆筒体:它是用得很早的一种旋风除尘器,其圆筒高度大于圆锥高度,结构简单,压力损失小,处理气量大,适用于捕集密度和粒度大的颗粒物.•长锥体:它的特点是圆筒较短,圆锥较长.•旁通式:它的特点是排气管插自主深度较浅,在圆筒体中设有灰尘隔室并与锥体连通.•扩散式:它具有倒形锥体,锥底设有反射屏.39(二)旋风除尘器的设计选型根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征及除尘要求、允许的阻力和制造条件，合理选择旋风除尘器的型式根据使用时允许的压力降确定进口气速v1若没有提供允许的压力损失数据，一般取进口气速为12-25m/s确定旋风除尘器的进口截面A、入口宽度b和高度h确定各部分几何尺寸，由进口截面积A和入口宽度b及高度h定出各部分的几何尺寸40四、旋风除尘器的设计旋风除尘器各部分尺寸比例•筒体直径D•入口尺寸•排气管•筒体与锥体长度•圆锥角α•排尘口直径Ｄc41第四节静电除尘一、静电除尘的基本原理二、静电除尘器分类及结构三、静电除尘器的效率四、静电除尘器的设计42一、静电除尘的基本原理静电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置，与其他除尘器的根本区别在于：除尘过程的分离力（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，因此电除尘器具有分离粒子能耗低、气流阻力小的特点。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以电除尘器也能有效地捕集亚微米级粒子。电除尘器还具有处理气流量大，能连续操作，可在高温或腐蚀性条件下工作等优点。1、静电除尘器的特点及应用43一、静电除尘的基本原理除尘效率一般可大于99%，对微小尘粒也有足够的捕集效率。处理量大，能连续操作，可用于高温、高压，广泛应用于冶金、化工、能源、材料、纺织等工业部门。但静电除尘器设备庞大，占地面积大，一次性投资费用高，应用范围受粉尘比电阻限制，难以适应操作条件的变化，此外对制造、安装质量要求高。1、静电除尘器的特点及应用44一、静电除尘的基本原理2、静电除尘器的工作原理45在两个曲率半径相差较大的金属阳极和阴极上，通以高压直流电，维持一个足以使气体电离的静电场。含尘气体在电晕极周围强电场作用下发生电离，形成气体离子和电子使粒子荷电。荷电粒子在电场力作用下向集尘极运动并在集尘极上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当集尘极上粉尘达到一定厚度时，借助振打机构使粉尘落入下部灰斗。可见，电除尘器的工作原理包括电晕放电、气体电离、粒子荷电、荷电粒子的迁移和捕集，以及清灰等过程。一、静电除尘的基本原理463.气体电离和粒子荷电通常气体中只含有极其微量的自由电子和气体离子，可视为绝缘体。在电除尘器中，当两电极之间的电压达到一定值时，两电极间的气体将发生电离由绝缘状态转变为传导状态，即产生气体电离或电击穿。（1）粒子荷电