实际应用:
由于惯性除尘器的净化效率不高,故一般只用于多级除尘中的第一级除尘。
3,旋风除尘器
定义:
利用旋风气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。
工作机理:
含尘气流进入除尘器后,沿外壁由上向下作旋转运动,同时有少量气体沿径向运动到中心区域,当旋风气流的大部分到达椎体底部后,转而向上沿轴心旋转,最后经排出管排出。
通常将旋转向下的外圈气流称为外涡旋,旋转向上的中心气流成为内涡旋,两者的旋转方向是相同的。
气流做旋转运动时,尘粒在离心力作用下逐步移向外壁,到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗。
影响旋风除尘器效率的因素有:
二次效应,比例尺寸,烟尘的物理性质和操作变量。
第二节电除尘器
定义:
含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中,使尘粒荷电,并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上,将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。
电除尘过程与其他除尘过程的根本区别在于,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。
工作原理:
涉及悬浮粒子荷电,带电粒子在电场内迁移和捕集,以及将捕集物从集尘表面上清除三个基本过程。
(空气电离,带电粒子在电场内迁移和捕集,清灰)。
两种粒子荷电机理:
一种是离子在静电力作用下作定向运动,与粒子碰撞而使粒子荷电,称为电场荷电或碰撞荷电;另一种是由离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程,称之为扩散荷电,这种过程依赖于离子的热能,不依赖于电场。
驱进速度:
荷电粒子在电场力作用下,向集尘极运动时,电场力与空气阻力很快达到平衡,粒子作等速运动
(式中q为荷电量,Ep为集尘区电场强度,μ为黏度,dp为颗粒粒径)
第三节袋式除尘器
定义:
空气过滤器是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置,采用纤维织物作滤料的空气过滤器称为袋式除尘器。
工作原理:
含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋在通过滤料的孔隙时,粉尘被捕集于滤料上,透过滤料的清洁气体由排出口排出。
沉积在滤料上的粉尘,可以在机械振动的作用下从滤料表面脱落,落入灰斗中。
颗粒因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用,逐渐在滤袋表面形成粉尘层,常称为粉尘初层,初层形成后,它成为袋式除尘器的主要过滤层,提高了除尘效率。
影响袋式除尘器过滤效率的因素之一是过滤速度,它定义为烟气实际体积流量与滤布面积之比,也称气布比。
对滤料的要求:
性能良好的滤料应容尘量大,吸湿性小,效率高,阻力低,使用寿命长,同时具备耐温,耐磨,耐腐蚀,机械强度高等有点。
表面光滑的滤料容尘量小,清灰方便,适用于含尘浓度低,黏性大的粉尘,采用的过滤速度不宜过高;表面起毛(绒)的滤料(如羊毛毡)容尘量大,颗粒能深入滤料内部,可以采用较高的过滤速度,但必须及时清灰。
常用的清灰方式有三种:
机械振动清灰,逆气流清灰,脉冲喷吹清灰。
优点:
比电除尘器结构简单,投资省,运行稳定,可以回收高电阻率粉尘;与文丘里洗涤器相比,动力消耗小,回收的干颗粒物便于综合利用。
因此对于微细的干燥颗粒物,采用袋式除尘器捕集是适宜的。
缺点:
过滤速度低,一般体积庞大,耗钢量大,滤袋材质差,寿命短,压力损失大,运行费用高等。
第四节湿式除尘器
工作原理:
湿式除尘器是使含尘气体与液体(一般为水)密切接触,利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒,或使粒径增大的装置。
湿式除尘器可以有效地将直径为0.1~20μm的液态粒子或固态粒子从气流中除去,同时,也能脱除气态污染物。
优点:
它具有结构简单、造价低、占地面积小、操作和维修方便,以及净化效率高等优点,能够处理高温、高湿气流,将着火、爆炸的可能性减至最低。
缺点:
但采用湿式除尘器时要特别注意设备和管道腐蚀,以及污水和污泥等处理问题。
湿式除尘器也不利于副产品的回收。
文丘里洗涤器:
文丘里洗涤器由收缩管、喉管和扩散管等组成。
含尘气体由进气管进入收缩管后,流速逐渐增大,气流的压力能逐渐变化为动能,在喉管入口处,气速达到最大,一般为50~180m/s,洗涤液(一般为水)通过沿喉管周边均匀分布的喷嘴进入,液滴被高速气流雾化和加速,在液滴加速过程中,由于液滴与颗粒之间惯性碰撞,实现微细颗粒的捕集。
第七章气态污染物控制技术基础
第一节吸收法净化气态污染物
定义:
气体吸收是用液体洗涤含污染物的气体,而从废气中把一种或者多种污染物除去,是气态污染物控制中一种重要的单元操作。
双模理论模型的基本要点(大概理解):
(1)当气液两相接触时,两相之间有一个相界面,在相界面两侧分别存在着呈层流流动的气膜和液膜。
溶质必须以分子扩散方式从气流主体连续通过这两个膜层而进入液相主体;
(2)在相界面上,气液两相的浓度总是相互平衡,即界面上不存在吸收阻力;
(3)在膜层以外的气相和液相主体内,由于流体的充分湍动,溶质的浓度基本上是均匀的,即认为主体内没有浓度梯度存在,也就是说,浓度梯度全部集中在两层膜内。
相平衡:
在一定的温度和压力下,吸收过程的传质速率等于解吸过程的传质速率时,气液两相就达到了动态平衡。
溶解度:
气体的溶解度是每100kg水中溶解气体质量(kg)。
采用溶解力强、选择性好的溶剂,提高总压和降低温度,都有利于增大被溶解气体组分的溶解度。
亨利定律:
在一定温度下,稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比。
液气比:
吸收操作曲线斜率LS/GB为溶剂和惰性气体流量之比,通常称为液气比。
最小液气比:
当减少吸收剂流量LS时,LS/GB减少,即操作线斜率变小,出塔吸收液浓度和进塔浓度达平衡,这是理论上吸收液所能达到的最高浓度,此时操作线对应的液气比称为最小液气比,以(LS/GB)min表示。
第二节吸附法净化气态污染物
定义:
气体吸附是用多孔固体吸附剂将气体(或液体)混合物中一种或数种组分浓集于固体表面,而与其他组分分离的过程。
被吸附到固体表面的物质称为吸附质,能够附着吸附质的物质称为吸附剂。
优点:
吸附过程能够有效脱除一般方法难以分离的低浓度有害物质,具有净化效率高、可回收有用组分、设备简单、易实现自动化控制等优点。
缺点:
吸附容量小、设备体积大。
吸附类型:
物理吸附、化学吸附
吸附平衡:
?
对吸附剂的要求(6个):
具有巨大的内表面积;对不同气体具有选择性的吸附作用;较高的机械强度、化学与热稳定性;吸附容量大;来源广泛,造价低廉;良好的再生性能。
工业上广泛应用的吸附剂主要有五种:
活性炭;活性氧化铝;硅胶;白土;沸石分子筛。
吸附剂的再生
定义:
在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下,用各种方法将被吸附的物质从吸附剂细孔中除去,使吸附剂的吸附能力得以恢复。
再生方法:
加热解吸再生;降压或真空解吸再生;置换再生;溶剂萃取
(1)加热解吸再生:
通过升高吸附剂温度,使吸附物脱附,吸附剂得到再生。
几乎各种吸附剂都可以用加热解吸再生方法恢复吸附能力。
不同的吸附过程需要不同的温度。
吸附作用越强,脱附时需加热的温度越高;
(2)降压或真空解吸再生:
吸附过程与气相的压力有关,压力高时,吸附进行得快;当压力降低时,脱附占优势。
因此,通过降低操作压力可使吸附剂得到再生;
(3)置换再生:
选择合适的气体(脱附剂),将吸附质置换与吹脱出来。
这种再生方法需加一道工序,即脱附剂的在脱附,以使吸附剂恢复吸附能力。
脱附剂与吸附质的被吸附性能越接近,则脱附剂用量越省。
若脱附剂被吸附程度比吸附质强时,属置换再生,否则,吹脱与置换作用兼有。
该方法较适用于对温度敏感的物质。
(4)溶剂萃取:
选择合适的溶剂,使吸附质在该溶剂中的溶解性能远大于吸附剂对吸附质的吸附作用,将该吸附质溶解下来。
吸附过程
(1)外扩散:
吸附质分子从气流主体穿过气模扩散至吸附剂外表面;
(2)内扩散:
吸附质由外表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面;
(3)吸附:
到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸附。
第三节催化法净化气态污染物
催化作用是指催化剂在化学反应过程中所起的加快化学反应速率的作用。
在催化法中加入的催化剂可加快化学反应速率,而本身的化学组分在反应前后保持不变。
催化剂通常由主活性组分、助催化剂和载体组成
(1)活性组分:
是催化剂中能加快化学反应速率的主要成分,是催化剂的核心,能单独对化学反应起催化作用,因此可作为催化剂单独使用;
(2)助催化剂:
这类物质本身对化学反应无催化性能,但它与活性物质共同存在时,能显著提高活性组分的催化性能;
(3)载体,起承载活性组分的作用,使催化剂具有合适的形状和粒度,从而有大的比表面积,增大催化活性、节约活性组分用量,并有传热、稀释和增强机械强度的作用,以延长催化剂使用寿命。
催化剂的性能:
活性、选择性、稳定性
(1)活性:
衡量催化剂效能大小的标准;
(2)选择性:
当化学反应在热力学上有几个反应方向时,一种催化剂在一定条件下只对其中一种反应起加速作用;
(3)稳定性:
在化学反应过程中保持活性的能力。
催化剂的寿命:
指催化剂从投入到更换的时间。
催化剂老化:
指催化剂在正常工作条件下逐渐失去活性的过程。
催化剂中毒:
指反应物中少量的杂质使催化剂活性迅速下降的现象。
第八章硫氧化物的污染控制
第二节燃烧前燃料脱硫
一、煤炭的固态加工
(1)煤炭洗选:
物理选煤、物理化学选煤、化学选煤、微生物选煤
物理选煤是根据煤炭和杂质物理性质(如粒度、密度、硬度、磁性及电性等)上的差异进行分选;
物理化学选煤---浮游选煤(简称浮游),是依据矿物质表面物理化学性质的差别进行分选;
化学选煤是借助化学反应使煤中有用成分富集,除去杂质和有害成分的工艺过程;
微生物选煤是用某些自养性和异养性微生物,直接或间接地利用其代谢产物从煤中溶浸硫,达到脱硫的目的。
(2)型煤固硫:
将不同的原料煤经筛选后按制定的比例配煤,粉碎后同经过预处理的黏结剂和固硫剂混合,经干馏成型或直接压制成型及干燥,即可得到具有一定强度和形状的成品工业固硫型煤。
二、煤炭的转化
主要包括煤炭气化和煤炭液化
第五节低浓度二氧化硫烟气脱硫
三、石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术(重点)
工艺流程及设备:
锅炉烟气经除尘、冷却后送入吸收塔,吸收塔内用配制好的石灰石或石灰浆液洗涤含SO2的烟气,洗涤净化后的烟气经除雾和再热后排放。
吸收塔内排出的吸收液流入循环槽,加入新鲜的石灰石或者石灰浆进行再生。
双碱法烟气脱硫:
双碱法是为了克服石灰/石灰石法容易结垢的弱点和提高SO2的去除率而发展起来的。
即采用碱金属盐类(Na+、K+等)或碱类的水溶液吸收SO2,然后用石灰或石灰石再生吸收SO2后的吸收液,将SO2以亚硫酸钙或硫酸钙形式沉淀析出,得到较高纯度的石膏,再生后溶液返回吸收系统循环使用。
第九章固定源氮氧化物污染控制
第二节燃烧过程中氮氧化物的形成机理
燃烧过程中形成的NOx分为三类:
燃料型NOx、热力型NOx、瞬时型NOx。
(1)燃料型NOx:
由燃料中固定氮生成的NOx、称为燃料型NOx(天然气中基本不含氮的化合物,石油和煤中的氮原子通常与碳或氢原子化合,大多为氨、氮苯以及其他胺类,这些氮化物的结构可表示为R—NH2,其中R为有机基或氢原子);
(2)热力型NOx:
由大气中的氮生成,主要产生于原子氧和氮之间的化学反应,这种NOx只在高温下形成;
(3)瞬时型NOx:
在低温火焰中由于含碳自由基的存在会生成瞬时型NOx。
烟气冷却对NO和NOx平衡的影响:
理论上讲,温度降低将改变NO和NOx的平衡组成。
烟气冷却过程中若有过剩氧存在,NO向NO2的转化是有可能的。
根据热力学计算,冷却后的燃烧烟气中NOx将主要以NO2的形式,实际上并非如此。
大部分燃烧过程排出的尾气中约90%~95%的NOx仍然是以NO的形式存在。
第三节低氮氧化物燃烧技术
控制NOx排放的技术措施可以分为两大类:
源头控制、尾部控制
第四节烟气脱硝技术
烟气脱硝是一个棘手的难题,原因之一是由于要处理的烟气体积太大、其浓度又相对较低;原因之二在于NOx的总量相对较大。
一、选择性催化还原法(SCR)脱硝
原理:
利用NH3作还原剂,在290-400℃温度范围内和一定催化剂作用下,使烟气中的NOX还原为无害的N2和H20。
二、选择性非催化还原法(SNCR)脱硝
原理:
在选择性非催化还原法脱硝工艺中,尿素或氨基化合物注入烟气作为还原剂将NOx还原为N2。
第五节烟气同时脱硫脱硝
电子束法烟气脱硫的工艺流程:
锅炉烟气经除尘后,进入冷却塔,在塔中由喷雾水冷却到65~70°C。
在烟气进入反应器之前,按化学计量数注入相应的氨气。
在反应器内,烟气经受高能电子束照射,烟气中的N2、O2和水蒸汽等发生辐射反应,产生大量的离子、自由基、原子、电子和各种激发态的原子、分子等活性物质,它们将烟气中的SO2和NOx氧化为SO3和NO2。
这些高价的硫氧化物和氮氧化物与水蒸气反应生成雾状的硫酸和硝酸,这些酸再与事先注入反应器的氨反应,生成硫