工业除尘技术及其装备.ppt

第四章,工业除尘技术及其设备,第四章工业除尘技术及其设备,通风排气中的粉尘必须经过净化处理达到排放标准才能排入大气.此外,有些生产过程排出的粉尘是生产原料或成品,需回收.除尘就是通过除尘器分离空气中的粉尘以达到净化空气或回收物料的目的.除尘的效果取决于粉尘的性质和除尘器的性能,因此,本章主要介绍粉尘性质,除尘器的工作原理,结构,性质及类型和特点.,本章主要讨论以下问题粉尘特性与除尘机理机械式除尘（重力沉降、惯性除尘器和旋风除尘器）过滤式除尘器（袋式除尘器）、构造及主要性能静电除尘器的工作原理湿式除尘器的工作原理除尘器的选择,4.1粉尘特性与除尘机理,4.2机械式除尘器,4.3过滤式除尘器,4.4静电式除尘器,4.5湿式除尘器,4.6除尘器的选择,第四章工业除尘技术及其设备,粒径也称为粒度，是衡量粉尘颗粒大小的尺度。实际防尘中采用粉尘的投影定向长度表示粉尘的粒径，用d表示,单位为微米μm。d≤5μm的粉尘称为呼吸性粉尘,可随呼吸进入并沉积在肺部,危害最大。,4.1粉尘特性与除尘机理,,粉尘分散度各粒径粉尘所占总粉尘的百分比。又分为质量分散度和数量分散度。质量分散度Pm是指各粒径粉尘的质量mg占粉尘的总质量mg的百分比。数量分散度Pn是指各粒径粉尘的颗粒数占粉尘颗粒数的百分比。m某级粒径粉尘的质量，mg；n某级粒径粉尘的颗粒数，颗。,4.1粉尘特性与除尘机理,粉尘密度单位体积粉尘的质量,单位为kg/m3或g/cm3。据是否包含粒间空隙体积分为真密度与假密度（表观密度）。假密度与堆积状态有关。真密度排除粉尘间空隙以纯粉尘的体积计量的密度。表观密度包括粉尘间空隙体积和粉尘纯体积计量的密度。与堆积状态有关。粉尘比重指粉尘的质量与同体积水的质量之比，系无因次量。,4.1粉尘特性与除尘机理,粉尘湿润性系指粉尘被水湿润的难易程度。湿润现象是分子力作用的一种表现，水滴内部与水滴表面间的分子引力为水的表面张力,当水的表面张力小于水与固体间的分子引力时,固体容易被湿润,反之,固体则不易被湿润。依此粉尘可分为亲水性与疏水性两类。,4.1粉尘特性与除尘机理,,衡量湿润性指标湿润接触角θ。θ90时,湿润性差,属于憎水性。粉尘的湿润性是湿式防、除尘的依据。,影响湿润性因素粉尘成分、粒径、荷电状况及水的表面张力等因素。湿润性强的粉尘有利于湿式除尘。,4.1粉尘特性与除尘机理,粉尘荷电性指粉尘能被荷电的难易程度。悬浮空气中粉尘荷电原因破碎时的摩擦、粒子间撞击或放射性照射、外界离子或电子附着等。影响荷电量大小因素粉尘的成分、粒径、质量、温度、湿度等有关。衡量粉尘荷电性的指标粉尘比电阻。,4.1粉尘特性与除尘机理,,,比电阻测定采用圆板电极法测定。粉尘的比电阻的单位为Ωcm。粉尘比电阻对电除尘影响是除尘的依据。比电阻在104～1011Ωcm范围内，电除尘的效果较好。,ρ粉尘的比电阻，Ωcm；V施加在粉尘层上的电压，V；I通过粉尘层的电流，A；A粉尘层的面积，cm2；d粉尘层的厚度，cm。,4.1粉尘特性与除尘机理,比表面积单位质量粉尘的总表面积称为比表面积（m2/kg）。比表面积与粒径成反比，粒径越小，比表面积越大。比表面积增大，强化了表面活性。它对粉尘的湿润、凝聚、附着以及燃烧和爆炸等性质都有明显的影响。,4.1粉尘特性与除尘机理,爆炸性能发生爆炸的粉尘称为可爆尘。井下具有爆炸性的粉尘主要是硫化粉尘和煤尘。粉尘爆炸能产生高温、高压,同时生成大量的有毒有害气体,对安全生产有极大的危害，应注意采取防爆、隔爆措施。,4.1粉尘特性与除尘机理,粉尘浓度测定,防尘主要测定项目粉尘浓度,粉尘物理性质粒径,分散度,电性等以及粉尘游离二氧化硅含量。滤膜测尘系统及浓度计算,4.1粉尘特性与除尘机理,测定过程准备滤膜滤膜干燥、称量、编号。采样安装采样器系统、滤膜。确定采样位置，设在呼吸带，采样高度距地面1.5m左右。确定采祥时间和流量，一般不应小于10min，流量为15～40L／min，并保持稳定。应使所采粉尘量不少于1mg，小号（φ40mm）滤膜采样量不大于10mg。粉尘浓度计算及统计分析包括干燥、称量、浓度计算和统计分析,4.1粉尘特性与除尘机理,除尘机理,所谓除尘,就是利用一定的外力作用使粉尘从空气中分离出来,它是一个物理过程.使粉尘从空气中分离的作用力主要有机械力包括重力,离心力和惯性力;阻留作用包括介质的筛滤作用,尘气绕流的接触阻留作用和扩散接触阻留作用;凝聚作用通过加湿,蒸汽凝结,超声波等作用,使细尘粒凝聚而从空气中分离.静电力利用静电力使带电尘粒从空气中分离扩散粒径小于0.3微米的粉尘,4.1粉尘特性与除尘机理,根据除尘机理常将除尘器分为四大类机械除尘器,过滤式除尘器,湿式除尘器和电除尘器.根据净化要求不同，分为粗净化多为第一级净化中净化用于通风除尘系统,净化后浓度细净化净化后浓度1～2mg/m3超净化1微米以下,除尘器总类,4.1粉尘特性与除尘机理,,除尘器总类,4.1粉尘特性与除尘机理,重力沉降室原理,沉降室的结构参数长L,宽W,高H,4.2机械式除尘器,重力沉降室,利用粉尘的重力作用使粉尘沉降而从空气中分离出来.由于依靠重力分离作用,因此必须分析确定出粉尘的沉降速度Vs。然后根据沉降速度Vs确定沉降室的捕集最小粒径dmin。m/sm,4.2机械式除尘器,,,重力沉降室特点除尘效率40％～70％优点简单、投资少、易维护缺点占地大，除尘效率低应用初级除尘,惯性除尘器,工作原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.这类除尘器适用于净化d≥20μm非纤维性粉尘.由于净化效率低,常用作多级除尘中的初级除尘.主要类型有碰撞式,回转式和惰性式除尘器.,,,,惯性除尘器,结构与原理旋风除尘器的结构由进气口,圆筒体,圆锥体,排气管,排尘装置组成.其原理为当含尘气流由切线进口进入除尘器后,气流在除尘器内作旋转运动,气流中的尘粒在离心力作用下向外壁移动,到达壁面,并在气流和重力作用下沿壁落入灰斗而达到分离的目的.,旋风除尘器,,,旋风除尘器内的流场外涡旋----沿外壁由上向下旋转运动的气流.内涡旋----沿轴心向上旋转运动的气流.涡流----由轴向速度与径向速度相互作用形成的涡流.包括上涡流----在旋风除尘器顶盖,排气管外面与筒体内壁之间形成的局部涡流,它可降低除尘效率;下涡流----在除尘器纵向,外层及底部形成的局部涡流.,旋风除尘器内的速度分布压力规律为外涡旋区vt1/nrc。r↑,切向速度ut↓;径向速度ur是向心的;轴向速度向下n0.5-0.8,一般取n0.5内涡旋区vt/rc’。r↑,切向速度ut↑;径向速度ur是向外的;轴向速度向上压力分布轴向压力变化较小;径向压力变化大,外侧高,中心低,轴心处为负压.,旋风除尘器的参数计算（1）临界粒径分割粒径所谓临界直径,是指使离心力Fl与向心气流作用力P相等的尘粒直径,从概率统计的观点看,这种尘粒的分离效率为50,因此临界直径用dc50表示.根据FlP即可推得dc50的计算式.（2）除尘效率计算根据除尘器的分级效率计算式,通过积分即可求出除尘器的总效率.（3）阻力计算按局部阻力计算式计算,影响旋风除尘器性能的因素进口速度u↑dc50↓,η↑,ΔP↑,但u过大二次扬尘增加,一般u12～25m/s.筒体直径D↓,η↑,一般D≤0.8m;排管Dp↓,η↑,一般Dp0.5～0.6D.筒体和锥体总高度H5D为宜,长锥体可提高效率.除尘器下部的严密性,渗入外部空气,可使效率显著下降.运行参数改变的影响处理风量,气温气体粘度,粉尘密度等参数的变化,都影响除尘器的效率,通过实验结果可确定变化关系.,旋风除尘器类型多管式旋风除尘器由若干个并联的旋风子组合在一个壳体内的除尘设备.具有处理风量大,除尘效率较高的特点.旁路式旋风除尘器设有旁路分离室,利用上旋涡分离粉尘,从而提高除尘效率.为了使除尘器顶部空间形成明显的上旋涡,进气口上沿离顶盖要相距一定的距离.,锥体弯曲的水平旋风除尘器可节省占地面积,简化管路系统.进口速度较大时,除尘效率与立式的相差不大.主要用于中小型锅炉的烟气除尘.扩散式旋风除尘器它是一种具有呈倒锥体形状的锥体,并在锥体的底部装有反射屏的旋风除尘器.反射屏可防止上升气流卷起粉尘,从而提高除尘效率.,进口形式,,,排灰装置,,,56过滤式除尘器,袋式除尘器的除尘机理主要依靠滤料表面形成的粉尘初层和集尘层进行过滤作用。它通过以下几种效应捕集粉尘。1.筛滤效应当粉尘的粒径比滤料空隙或滤料上的初层孔隙大时,粉尘便被捕集下来。2.惯性碰撞效应含尘气体流过滤料时,尘粒在惯性力作用下与滤料碰撞而被捕集。3.扩散效应徽细粉尘由于布朗运动与滤料接触而被捕集。,4.3过滤式除尘器,,4.3过滤式除尘器,袋式除尘器的性能参数1.除尘效率袋式除尘器的除尘效率与滤料表面的粉尘层有关,滤料表面的粉尘初层比滤料起着更重要的捕集作用,以滤料在不同运行状态下的分级除尘效率变化曲线即可看出这个结论.由于过滤过程复杂,难于从理论上求得袋式除尘器的除尘效率计算式。,4.3过滤式除尘器,2.过滤风速单位时间通过每平方米滤料表面积的空气体积,即为过滤风速,其单位为m3/m2min。过滤风速对除尘器的性能有很大的影响.过滤风速增大,过滤阻力增大,除尘效率下降,滤袋寿命降低;在低过滤风速的情况下,阻力低,效率高,但需设备尺寸增大.一般要求,细粉尘的过滤风速要比粗粉尘的低,大除尘器的过滤风速要比小除尘器的低。,3.阻力袋式除尘器的阻力ΔＰ一般由除尘器的结构阻力ΔＰg、滤料阻力ΔＰo和粉尘层阻力ΔＰC三部分组成,即ΔＰΔＰgΔＰoΔＰC结构阻力也称为机械阻力,它与设备的进出口及内部通道有关.在正常过滤速度下,该项阻力一般为200～500Pa.,滤料阻力是指过滤粉尘前清洁滤料的阻力,它与过滤风速υFm3/m2min、空气动力粘度μPas成正比,即ΔＰoξoμυF/60Pa其中ξo为滤料的阻力系数1/m.粉尘层阻力ΔPc影响的因素较多,它与过滤风速UF,空气动力粘度μ,粉尘层厚度δc,粉尘密度ρc成正比.即ΔPcαmδcρcμUF/60Pa其中αm为粉尘层的平均比阻m/Kg,它随粉尘粒径,真密度及粉尘层内部空隙率的减小而增加,袋式除尘器的基本结构1.清灰方式常用有以下几种清灰方式.（1）机械清灰这是一种最简单的方式,它包括人工振打,机械振打,高频振荡等.清灰时,振打方式有水平振打,垂直振打和快速振动.机械清灰简单,但振动分布不均匀,过滤风速低,对滤袋损害较大.,（2）逆气流清灰它是采用室外或循环空气以与含尘气流相反的方向通过滤袋,使滤袋上的尘块脱落,掉入灰斗中.逆气流清灰有两种工作方式反吹风清灰和反吸风清灰.前者以正压将气流吹入滤袋,后者则是以负压将气流吸出滤袋.清灰气流可以由主风机供给,也可以单独设反吹吸风机.这种清灰方式气流分布比较均匀,但清灰强度小,过滤风速不宜过大.,（3）脉冲喷吹清灰它以压缩空气通过文氏管诱导周围的空气在极短的时间内喷入滤袋,使滤袋产生脉冲膨胀振动,同时在逆气流的作用下,滤袋上的粉尘被剥落掉入灰斗.这种方式的清灰强度大,可以在过滤工作状态下进行清灰,允许的过滤风速高.（4）声波清灰它是采用声波发生器使滤料产生附加的振动而进行清灰的.,2.含尘气流进入滤袋的方向有向外式和向内式.前者含尘气流首先进入滤袋内部,由内向外过滤,粉尘积于滤袋内表面.向外式的滤袋外部为干净气体侧,便于检查和换袋.向内式的含尘气流由滤袋外部通过滤料进入滤袋内,净化后的气体由袋内排出.向内式适用于脉冲喷吹和高压气流反吹的袋式除尘器.,3.除尘器内的压力分有负压式和正压式.前者的除尘系统中风机置于除尘器的后面,使除尘器处于负压,含尘气流被吸入除尘器中进行净化.这种方式的特点是进入风机的气流是已经净化的气流可以防止风机被磨损.正压式的除尘系统中风机置于除尘器的前面,除尘器在正压下工作.正压式的特点是管道布置紧凑,对外壳结构的强度要求不高,但风机易磨损,不适用于浓度高,颗粒粗,硬度大,磨损性强的粉尘.,4.滤袋形状有圆袋和扁袋.前者结构简单,便于清灰.后者占空间小,单位体积内所布置的过滤面积大;但结构和清灰较复杂,换袋困难,滤袋与骨架的磨损较大.因此工业中大多采用圆袋.,5.进气口位置有下进风式和上进风式.前者的含尘气流由除尘器下部、灰斗部分进入除尘器内.该方式除尘器结构简单,但气流方向与粉尘下落方向相反,容易使部分细粉尘返回滤袋表面上,降低清灰效果,设备阻力增加.上进风式的含气流由除尘器上部进入除尘器内.该方式的气流与粉尘下落方向一致,下降的气流有助于清灰,设备阻力可降低15～30,除尘效率也有所提高.,6.滤料要求滤料耐温,耐腐,耐磨,有足够的机械强度,除尘效率高,阻力低,使用寿命长,成本低等.,脉冲反冲式,常用袋式除尘器类型1.简易清灰袋式除尘器特点是效率高,性能稳定,结构简单,投资省,对滤料要求不高,维修量少,滤袋寿命长,但过滤风速低.2.大气反吹和振动联合清灰的袋式除尘器将风机反转,在负压作用下形成反吹,在弹簧作用下产生微振动,使粉尘脱落.3.回转反吹袋式除尘器滤袋为扁袋形,按圆形辐射状布置.由反吹风机提供反吹空气,通过旋臂进行反吹.4.脉冲喷吹袋式除尘器由压缩空气反吹,含尘气流的运动方向为向内式,粉尘阻留在袋外.,常用袋式除尘器类型,颗粒流除尘器,颗粒流技术的优缺点优点除尘效率很高，一般达到9899.9，只要设计和操作正常，一般不难达到99。适应性广，可以捕集大部分物性粉尘，比电阻对其除尘效率影响很小。处理粉尘气量、气体温度和入口浓度等参数的波动对效率的影响，不像其他除尘设备那么敏感。颗粒流除尘器采用的滤料可耐高温，例如常用的石英砂滤料。颗粒流除尘属于干式作业，不需用水，不存在二次污染。,缺点石英砂供应量在全国分布不均加工石英砂滤料难度及损耗大滤料密度较大，质量较重一些地区需要长途运输，使购置成本上升滤料循环使用的耗能大，增加运行成本,本部分内容静电除尘器的原理静电除尘器的结构与类型静电除尘器的性能静电除尘器除尘效果的影响因素,4.4静电式除尘器,静电除尘器的原理,几个概念集尘极，放电极，电晕区，击穿电压,在正、负电极之间形成高压电场,使空气电离,当含尘气体通过电场时,粉尘被荷电,从而使尘粒向集尘极运动并沉积于集尘极上,使气体得到净化。,静电除尘器的结构与类型,静电除尘器的结构与类型,静电除尘器的结构与类型,静电除尘器的结构与类型,静电除尘器的结构与类型,静电除尘器的结构与类型,,,静电除尘器的性能1.驱进速度,,,,,,尘气,W,V,,驱进速度尘粒在静电力的作用下向集尘板运动的速度,静电除尘器性能参数计算理论驱进速度当粉尘所受的静电力与空气阻力相等时，粉尘的横向运动速度即为理论驱进速度。粉尘所受的静电力为PeqE其中q为粉尘所带的电荷量，E为电场强度。粉尘在横向运动所受的空气阻力为Pr3πμWdc其中μ为空气动力粘度，dc为粉尘直径，W即为理论驱进速度。根据定义，PePr即得理论驱进速度的计算式为WqE/3πμdc2.效率计算对一定的电除尘器，通过试验测出其效率ηo，其处理量为Lo，设除尘器的总集尘面积为Ao，则效率公式为η1-exp-AW/L。,影响电除尘效果的因素1.粉尘的比电阻比电阻在104～1011Ωcm之间的粉尘,电除尘效果好.当粉尘比电阻小于104Ωcm时,由于粉尘导电性能好,到达集尘极后,释放负电荷的时间快,容易感应出与集尘极同性的正电荷,由于同性相斥而使“粉尘形成沿极板表面跳动前进“,降低除尘效率.当粉尘比电阻大于1011Ωcm时,粉尘释放负电荷慢,粉尘层内形成较强的电场强度而使粉尘空隙中的空气电离,出现反电晕现象.正离子向负极运动过程中与负离子中和,而使除尘效率下降.影响比电阻的因素有烟气的温度和湿度.2.气体含尘浓度粉尘浓度过高,粉尘阻挡离子运动,电晕电流降低,严重时为零,出现电晕闭塞,除尘效果急剧恶化.3.气流速度随气流速度的增大,除尘效率降低,其原因是,风速增大,粉尘在除尘器内停留的时间缩短,荷电的机会降低.同时,风速增大二次扬尘量也增大.,静电除尘器除尘效果的影响因素,静电除尘器除尘效果的影响因素,4.4静电除尘器,湿式除尘原理湿式除尘的机理可概括为两个方面一是尘粒与水接触时直接被水捕获;二是尘粒在水的作用下凝聚性增加。这两种作用而使粉尘从空气中分离出来。水与含尘气流的接触主要有三种形式水滴、水膜和气泡。使尘粒与水接触的作用机理主要有惯性碰撞、截留和扩散。,4.5湿式除尘器,（1）惯性碰撞含尘气流遇物体阻挡时,粗大的尘粒保持自身惯性运动而与物体发生碰撞.衡量惯性碰撞效应的参数是惯性碰撞数斯托克斯数NiNiｕyｄ2cρc/18μdy。Ni值越大,碰撞效率越大,液体捕尘效率越高.除尘效率,,,（2）截留尘粒随气流绕过液滴过程中,尘粒距液滴小于尘粒半径时,尘粒即与水滴碰撞而被截留.截留参数NRdc/dy.NR值越大,截留效率越大,液滴捕集效率越高.,（3）扩散微细粉尘在气体分子撞击下,象气体分子一样作布朗运动而发生扩散,并与水接触而从气流中分离.扩散参数NeUydy/D其中D为布朗扩散系数.扩散除尘效率随液体直径、尘粒直径、气体粘度和气液相对速度的增大而减小.扩散除尘效率随Ne的增大而降低.,文丘里式效率95％以上液气比0.261.30kg/m3,喷淋塔式效率99％以上液气比0.672.68kg/m3,优点可同时除尘和除有害气体结构简单，造价低能处理湿度大、温度高的气体缺点能耗大，耗水量大有废液、泥浆处理问题在寒冷地区使用需防冻,在设计中选择除尘器时应考虑以下匹配问题1.除尘器出口净化后气体的粉尘浓度要与环保规定的排放浓度要求相匹配.设计时应根据处理气体的粉尘浓度,处理量和环保规定的排放要求确定所要求除尘器的除尘效率,然后选择合适的除尘器类型.在运行中,还应注意由于运动工况不稳定对除尘效率的影响.2.除尘器的收尘方法要与除下粉尘的处理方法相匹配.例如直接丢弃,应考虑对环境的二次污染问题.,4.6除尘器的选择,3.除尘器的性能要与处理的气体特性和粉尘性质相匹配.气体的温度,湿度,腐蚀性,可燃与爆炸性等都直接制约除尘器的使用.如袋式除尘器不能用于处理高温,高湿的气体.粉尘的粒径及其分布,粘结性,湿润性,比电阻,可燃性和浓度等性质直接决定了除尘器的除尘效果和应用.不同的除尘器所能去除的粉尘粒径范围也不同;对于粘结性粉尘不宜采用袋式除尘器;比电阻大的粉尘电除尘效果差;疏水性粉尘不宜采用湿式除尘器;粉尘浓度高时应考虑采用双级除尘.4.除尘器的费用要与企业的经济实力相匹配.对于小型生产厂应选用结构简单的,设备费和运动费少的除尘设备.,除尘器评定指标,评定指标评定除尘器工作性能的主要指标有除尘效率,阻力,经济性等.除尘效率系指除尘器捕集下来的粉尘量与进入除尘器的粉尘量之比.根据总除尘效率,除尘器可分为低效除尘器50～80,中效除尘器80～95和高效除尘器95以上.,除尘效率,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比分级效率按粒径标定除尘器效率排放到穿透率从除尘器排出粉尘量占进入除尘器的粉尘总量的百分比,阻力表示气流通过除尘器时的压力损失.据阻力大小除尘器可分为低阻除尘器ΔP500Pa,中阻除尘器ΔP500～2000Pa和高阻除尘器ΔP2000～20000Pa.经济性是评定除尘器的重要指标之一,它包括除尘器的设备费和运行维护费两部分.在各种除尘器中,以电除尘器的设备费最高,袋式除尘器次之,文氏管除尘器,旋风除尘器最低.,除尘器评定指标,本章习题,P1106,12,16,17,22,