第九章 悬浮颗粒与有害气体净化Word文件下载.docx

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但为防止管道堵塞，管道直径不宜小于下列数值：

排送细小粉尘（矿物粉尘）80mm；

排送较粗粉尘（如木屑）100mm；

排送粗粉尘（如刨花）130mm；

排送木片150mm。

2、如果吸尘点较多，常用大断面的集合管连接各支管，集合管内风速不宜超过3m/s。

集合管下部设泄灰装置；

3、为防止粉尘沉积，风管尽可能垂直或倾斜敷设。

倾斜敷设时，与水平面夹角最好大于45°

，如必须水平敷设，需设置清扫口；

4、并联管道的不平衡率（压力损失差）不超过10％，高于一般系统的15％；

四、除尘风道中的风速

经济性、风道的磨损、风道的堵塞（P235表9-2所示）。

为防止粉尘沉积在管道内堵塞管道，管内风速不能低于下表数据：

五、除尘系统的防爆

1、化学性爆炸发生的条件

达到爆炸浓度极限

温度高于着火点。

2、设计注意的问题

校核可燃物浓度

防止局部积累

防止电火花和其它火源

设置防爆门，压力升高时自动开启排压。

六、风机的选择

1、根据实际情况选择

普通风机：

高压风机：

全压大于4940pa。

排尘风机：

150mg/m3

防爆风机：

橡胶或软金属

2、考虑漏风问题：

一般10％

3、风机样本的参数和曲线，选择型号、转速、功率、旋转方向、传动方式。

七、除尘系统粉尘的收集与处理

正常运行和防止再次污染环境。

1、处理原则

减少二次扬尘，保护环境和回收利用，化害为利，变废为宝，提高经济效益。

2、处理方式

（1）干式除尘器排出粉尘的处理方式

就地处理：

排尘管直接将粉尘卸至生产设备。

特点为，不需设粉尘处理装置，维修管理简单，但易产生二次扬尘。

适于粉尘有回收价值，并靠重力作用能自由回到生产设备内的场合。

集中处理：

机械或气力输送设备将各除尘器卸下的粉尘集中到预定地点。

特点是，需设运输设备，有时还设加湿设备；

维修管理工作量大；

集中后有利于粉尘的回收利用；

易于控制二次扬尘。

适于除尘设备卸灰点多，卸尘量大，且不能就地纳入工艺流程的场合。

人工清灰

适于卸灰量较小，并不直接回收利用或无回收价值的场合。

（2）湿式除尘器的含尘污水处理方式

分散机械处理

除尘器本体或下部积水坑设刮泥机等，将扒出的尘泥就地纳入工艺流程或运往它处。

这种方式的刮泥机需经常管理和维修。

适于除尘器数量少，但每台除尘设备排尘量大的场合。

集中机械处理

将全厂含尘污水纳入集中处理系统，使粉尘沉淀、浓缩，然后将尘泥清出，纳入工艺流程或运往他地。

其特点是，污水处理设备较复杂，可集中管理维修，但工作量较大。

适于大、中型厂矿除尘器数量较多，含尘污水量较大的场合。

第三节悬浮颗粒分离机理和设备分类

一、粉尘的特性

物料破碎成粉状微粒后，除保持原有物化性质处，还出现许多新特性：

1、粉尘真密度

容积密度：

松散状态下单位体积粉尘的质量。

计算灰斗体积。

真密度：

密实状态下单位体积粉尘的质量。

研究单个粒子在空气中的运动。

2、粘附性

粉尘间或粉尘与器壁间力的表现，包括分子力、毛细粘附力及静电力，与形状、大小、吸湿有关。

3、爆炸性

条件：

①一定浓度（下限以上）。

②有足够能量的火源。

原因：

固体物料破碎－表面积大大增加（6cm3的立方体，破碎为1μm的微粒后，表面积由6cm2→6m2）－粉尘的化学活性大为加强，如糖、面粉、煤粉等一些在堆积状态下不易燃烧之可燃物的粉尘悬浮于空气时，由于与氧有了充分接触的机会，在一定温度下，达到一定浓度，就可能发生爆炸。

4、带电性和比电阻

摩擦、碰撞、吸附→粉尘带电。

一定条件下，表面积大，含湿量小→带电量大，反之则相反，以比电阻为衡量指标，为粉尘的重要特性之一，对电除器的有效运行有重大影响。

5、可湿性

概念：

是否易于被水润湿的性质。

分类：

亲水性粉尘被水湿润后，发生凝聚，增重，利于尘气分离。

疏水性粉尘不宜用湿法除尘。

水硬性粉尘不宜用湿法除尘（石灰、水泥）。

6、粉尘的粒径分布（分散度）

粒径的概念：

球形粒子的粒径指其直径，不规则粒子则取一代表性值。

粉尘分散度不同，它们对人体的危害及除尘机理也不同，掌握粒径分布是进行除尘器设计和研究的条件。

二、除尘机理（P237图9－3）

1、重力：

依靠重力自然沉降，由于沉降速度较小,适合dc≥50μm粗大尘粒。

2、离心力：

气流作圆周运动时，离心力使尘粒与气流产生相对运动。

尘、气分离，适用于dc≥10μm之尘粒。

3、惯性碰撞：

气流遇物体阻挡（档板、纤维、水滴等）要改变方向，发生绕流，其中细尘随气流绕流，粗大尘粒则保持惯性运动脱离流代与物体碰撞。

dc≥20-30。

此机理为过滤式湿式及惯性除尘器的主要降尘机理。

4、接触阻留

细小尘粒随气流绕流时，若流代紧靠物体表面，尘粒由于与物体发生接触而被阻留。

尘粒尺寸大于纤维网眼而被阻留称为筛滤作用，粗、中孔泡沫塑料过滤器主要依靠筛滤作用除尘。

5、扩散

dc<

1μm粒子受气体分子撞击，作布朗运动，若运动过程中与物体面接触，就会从气流中分离，这种机理称为扩散对dc≤0.3μm尘粒，此为一重要机理。

问题：

湿式及布袋式除尘器分级效率？

中dc=0.3μm左右，其效率最低，

为什么？

答：

dc>

0.3μm扩散不显著，而惯性作用则随dc↓而减小。

dc≤0.3μm时惯性不起作用，主要依赖扩散。

但不朗运动随dc↓而加强，故在dc=0.7μm附近。

两种作用均不显著，从而效率最低。

6、静电力

自然状态下，粒尘带电量小，较好的除尘效果，应设置专门高压电场，使之充分荷电。

7、凝聚

并非一种直接机理，通过超声波，蒸汽凝结加湿等凝聚作用，使粒子由小→大，再用一般方法除去。

8、筛滤作用：

当尘粒的尺寸大于纤维网孔尺寸时而被服留下来的现象。

三、除尘器分类

悬浮微粒捕集设备通常有工业除尘器和空气过滤器两种。

1、按主要除尘机理

重力沉降室。

惯性除尘器。

旋风除尘器。

过滤式除尘器（袋式、颗粒层、纤维、纸过滤口）。

自激式、卧式旋风水膜除尘器等湿式除尘器。

静电除尘器。

2、按气体净化程度

粗净化：

除粗大，用作第一级。

中净化：

用于通风除尘系统，净化后Y<

100-200mg/m3.

细净化：

Y<

1-2mg/m3用于通风空调进风及再循环.

超净化：

除掉dc<

1μm之粒子，洁净度要求高之房间，浓度视工艺要求而定。

3、根据过滤效率

粗效过滤器：

除掉5μm以上的沉降性尘粒和各种异物，在净化空调系统中作为预过滤器，以保护中效、高效过滤器。

在空调系统中作进风过滤器用。

中效过滤器：

除掉1—10μm的悬浮性尘粒。

在净化空调系统和局部净化设备中作为中间过滤器，以减少高效过滤器的负担．延长高效过滤器的寿命。

高中效过滤器：

能较好地去除1μm以上的粉尘粒子，空调系统的中间过滤器和一般过滤送风系统的末端过滤器。

亚高效过滤器：

能较好地去掉0．5μm以上粉尘粒子。

可作净化空调系统的中间过滤器和低级别净化空调系统（＞10000级，M6．5级）的末端过滤器。

高效过滤器：

用于过滤掉0.5μm以下的亚微米级尘粒．用祖效过滤器和中效过滤器是不能过滤掉的或很难过滤掉的。

高效过滤器是净化空调系统的终端过滤设备和净化设备的核心。

第四节、除尘器效率和除尘机理

除尘器的技术性能指标主要有除尘效率、压力降和处理气体量。

空气过滤器性能的主要指标为过滤效率、压力降和容尘量。

一、除尘效率

1、全效率

（1）概念：

一定运行工况下除尘器除下的粉尘量与进入除尘器粉量之比，称为除尘器全效率。

（2）计算：

质量法：

Mi-进入除尘器的粉尘量g/s.Mc-除尘器除下的粉尘量g/s.

特点：

通过称重求得，但现场不容易测出粉尘量。

结果准确，主要用于实验室。

浓度法：

Vi－除尘器入口风量，M3/s。

V0-除尘器出口风量，M3/s。

Ci－入口含尘浓度，g/m3，C0－出口含尘浓度，g/m3

没有漏风，则Vi＝V0。

测出除尘器前后的含尘浓度再利用后式求得全效率，由于管道内浓度分布不均匀，又不稳，难以测得准确结果。

除尘器串联使用时的全效率：

两台串联：

η=η1+η2（1-η1）=1-（1-η1）（1-η2）

n台串联时：

η=1-（1-η1）（1-η2）……（1-ηn）

讨论：

⏹即使串联使用的除尘器型号相同，但由于运行工况（粒径分布）不同，其全效率已大大不同。

⏹例如某除尘器处理40μm以上粉尘时，全效率η≈100%，而处理5μm以下粉尘时，全效率下降至40%。

由以上数据也可以看出，只给出全效率对工程设计无大意义，也无法正确评价其除尘效果，应按粒径标定除尘器效率（分级效率）

2、穿透率

若从大气污染角度分析，即采用P=（1-η）×

100%分析对大气的影响，可以看出η=99%和η=99.5%的两台除尘器虽效率相差无几，但P值却相差一倍，即前者排入大气的粉尘量为后者一倍，因此有些资料中也采用p值来表征除尘器性能，称P为穿透率。

3、除尘器分级效率

定义：

尘粒大小的影响。

对某—粒径dc或某粒径内范围Δdc内粉半的除尘效率

式中ΔMC-在Δt的粒径范围内，除尘器捕集的粉尘量，g／s；

ΔMi-在Δt的粒径范围内，进入除尘器的粉尘量，g／s；

4、全效率与分级效率的关系：

式中，µ

——全效率效率．以小数表示；

µ

l、µ

2、µ

n：

——分级效率，以小数炭示；

n1、n2…．Nn”——各粒径组进入除尘器的总粉尘量比例，以小数表示。

二、除尘器的阻力

进出口的全压之差

管径相同为进出口的静压之差

与速度的平方成正比

三、除尘器的除尘量

一般体积流量（m3／s），有用质量流量（kg／s或kg/h）表示。

面风速：

迎风断面上气流的速度。

滤速：

滤料净面积上气流的速度。

四、空气过滤器的过滤效率

1、单极空气过滤器的效率：

Ci——穿过空气过滤器之前含尘气体的原始含尘浓度

C0——穿过空气过滤器被捕集后的气体含尘浓度；

p——穿透率。

2、效率的形式：

计重效率：

g/m3。

适用于初效、中效、亚高效，不适用于高效。

记数效率：

粒/l。

大气尘粒子计数测量粒子浓度时称为大气尘汁数效率，采用DOP粒子计数测量粒子浓度时称为DOP计数效率。

钠焰效率:

以氯化钠固体粒子作尘源。

中高效过滤器

五、空气过滤器的阻力

式中，Δp——过滤器阻力，mmH20；

u——空气通过滤料的速度（滤速），cm/s；

a——经验系数，对于国产高效过滤器。

为3-10；

n——指数，对于国产：

高效过滤器为l-2.

初阻力：

新过滤器阻力。

终阻力：

初阻力的二倍。

系统设计时按照终阻力选取风机。

六、空气过滤器的容尘量

在额定风量下，过滤器的阻力达到终阻力时，其所容纳的尘粒总质量称为该过滤器的容尘量。

过滤器的容半量的大小主要取决于滤料的性质和粒子的特性（粒子的组成、形状、粒径、密度、粘滞性及浓度等）。

因此，过滤器的容尘量变化范围很大。

第五节空气过滤器

一、概念及特点

1、概念：

过滤式除尘是通过滤料（纤维、织物、滤纸、碎石）使尘气分离。

2、特点

过滤方式

表面过滤：

利用滤料表面所形成的粉尘层作为过滤层捕集粉尘，如袋式除尘器；

内部过滤：

以纤维、碎石等为过滤材料，尘粒在滤料内部捕集。

粉尘附在滤料内部后难以清除，因此捕集一定量粉尘后，要更新滤料。

颗粒层除尘器则可以通过反吹清洗而更新。

除尘效率高，结构简单，处理风量范围广。

3、机理及特点

除尘机理：

筛滤、惯性碰撞、接触阻留、扩散、静电诸因素之综合作用。

但流通断面变化及二次飞扬使难以理论计算，只可定性分析。

二、分类

1、初效过滤器。

（P242图9-4－9-7）

材料：

主要无纺布、金属丝网、铁屑、瓷环、玻璃丝（d≈20mm），粗孔聚氨脂泡沫塑料及各种人造纤维，还可寖油使用。

主要机理：

惯性碰撞。

（故风速可稍大，约1～2m/s）

结构型式、尺寸及性能：

一般为500×

500×

50块状，额定风量1000~2700m3/h，初阻力为30～60Pa；

实际使用中，为延长更新周期，常常按人字形或倾斜形式安装，或制成抽屉型、袋式。

2、中效过滤器（P245图9-9－9-11）

玻璃纤维（d=10μm），中、细孔聚乙烯泡沫塑料及由涤纶、丙纶、晴纶原料制成的合成纤维（无纺布）。

特点：

由于滤料厚度和滤速不同，其效率范围很大。

其结构形式常常为平板式或V型单元式，以提高效率和处理风量。

3、高效过滤器（P245图9-12）

超细玻璃纤维，超细石棉纤维（d<

1um）。

滤速很低，效率很高，阻力较低。

筛滤和扩散。

结构

滤料为纸状，经多次折叠，中间用隔板隔开，其过滤面积为迎风面积之50~60倍，此为有隔板型。

另外还有无隔板型高效过滤器。

常见尺寸为480X480X220mm，

性能（P245表9-3）

为减少阻力并加强扩散效应，采用低滤速（几个cm/s）。

L=1000m3/h，P初=200~250Pa，η0..3μm≥99.91%

前面应有粗，中效之保护，则其使用寿命一般为2年左右，由于细菌平均尺寸都≥0.3um。

且附于尘埃之上，固此可为高效——捕集。

可用于生物净化。

第六节袋式除尘器

一种干式的高效除尘器．它利用多孔的袋状过滤元件的过滤作用。

由于它具有除尘效率高（对于1．µ

m的粉尘，效率高达98％一99％）、适应性强、使用灵活、结构简单、工作稳定、便于回收粉尘、维护简单等优点。

在各种高效除尘器中，是最有竞争力的一种除尘设备。

一、原理

1、材料：

表面起绒或不起绒之棉毛、人造纤维等。

2、型式：

圆柱形（D=125~500mm）、扁长方形，长度为2m。

3、性能：

η1μm=98~99%。

4、机理

不起绒滤料网孔较大，一般为20~50um；

表面起绒后，网孔为5~10um，因此，新袋效率不高，η1μm=40%。

随着含尘气流的通过，粉生逐步深入滤料内部，最后形成附着于滤料表面的粉尘层（初层）。

袋式除尘器过滤作用主要依靠这个初层及以后逐渐堆积起来的粉尘层进行，滤料只是起着形式“初层”及支撑它的骨架作用。

设计合理条件下，既使网孔较大，对1um左右粉尘亦有较高效率。

粉尘积聚→内部间隙小→压降增加→V上升→效率下降→清灰→破坏滤袋，风量下降→清灰.注意：

清灰不可破坏“初层”，以免η↓。

（见P246图9-13、9－14）

二、袋式除尘器的类别

1、按照清灰方式分（3类）：

简易清灰：

风机关闭→袋变形及粉尘自重（必要时辅以人工轻度拍打）→清灰；

V小清灰间隔大、效率高。

机械振动类：

手动、电动、气动振打机构使袋是下或左右运动，易使袋损坏。

振动使其微振→粉尘拖落。

只允许较低的过滤风速。

气流反吹法（见P247图9-15）：

反向气流使粉尘拖落，袋必须有支撑机制。

采用分室的工作制度，专门的反吹风机。

清灰能力最弱。

脉冲喷吹类（见P248图9—16）

压缩空气短暂时间（不超过0.2s）内高速吹人滤袋－文氏管诱导数倍喷射气流的空气－滤袋内产生脉冲膨胀振动－逆气流作用下－袋壁获得很高的向外加速度，－清落粉尘（见P248图9—16）。

清灰能力最强，效果最好，可容许高的过滤风速，并保持低的压力损失，近年来发展迅速。

2．按过滤方向（2类）

外滤式袋外侧穿过滤料流向滤袋内部，尘粒附着在滤袋的外表面上（见P248图9—16）。

内滤式内侧穿过滤料流向滤袋的外侧，粉尘附着在滤袋的内表面上（见P248图9—15c）

3．按滤袋形式（2类）

圆袋结构简单、便于清灰、滤袋之间不易被粉尘堵塞等优点。

通常圆袋直径为120mm一300mm，最大不超过600mm，袋长为2—12m

扁袋较少，结构和清灰复杂，换袋困难．滤袋与骨架的磨损较大等原因：

但是，最大的优点是扁袋布置紧凑，面积增大20％－40％。

扁袋长边一般为600－1200mm，短边为300－500mm。

扁袋可做成平板形、菱形、楔形、人字形等多种。

扁袋除尘器是外滤形除尘器，裳内都有一定形状的支架支撑。

4、压力：

吸入式（负压）和压人式（正压）。

三、袋式除尘器的阻力。

1、影响因素：

结构；

袋布置；

粉尘层特性；

清灰方式；

过滤风速；

粉尘浓度。

四、滤料

1、滤料要求：

1耐温②耐磨③耐酸④耐腐⑤效率高⑥阻力小⑦使用寿命长⑧成本低

2、选择滤料应考虑之因素：

①尘及气体性质②温度③湿度④粒径

3、影响滤料特性之因素：

纤维本身性质：

耐磨、耐腐、机械强度。

滤料表面结构：

平纹：

缎纹：

斜纹：

五、袋式除尘器应用

一种除尘效率高的干式除尘器

1、滤料的耐温耐腐蚀性等性能的限制。

常用滤料适用于80—140℃；

棉毛织物使用温度80—90℃；

尼龙织物最高温度为80℃，奥纶的最高使用温度130℃左右．

涤纶的长期使用温度为140℃，玻璃纤维等滤料可耐250℃左右。

处理更高温度的烟气，必须预先冷却。

2、不适宜于粘性强的及吸湿性强的粉尘，特别是烟气温度不能低于露点温度，否则会产生结露，导致滤袋堵塞。

3、处理高温、高湿气体（如球磨机排气）时空气进行加热（用电或蒸汽），并对除尘器保温。

4、不能用于有爆炸危险和带行火花的烟气。

5、处理含尘浓度高的气体时，为减轻袋式除尘器的负担低阻力除尘器进行预处理，袋式除尘器作为二级处理设备。

第七节重力沉降室和惯性除尘器

一、尘粒的动力特性分析

1、尘降速度

含尘气流进入重力沉降室后，速度迅速下降，流态接近层流。

尘粒依靠重力缓慢沉降于灰斗中。

此时速度称之为沉降速度。

2、悬浮速度

若尘粒处于流速为Vs的气流中，尘粒将处于悬浮状态。

3、悬浮与沉降速度之关系

意义不同：

沉降速度为尘粒下落时所能达到的最大速度，而后者则为使尘粒处于悬浮状态的气流的最小上升速度。

目的不同：

前者用于沉降室设计，后者用于除尘管边设计。

二、重力除尘器（见P249图9—17）

原理：

含尘气流进入电力除尘器－断面积突然扩大－流速下降－在层流或接近层流的状态下――尘粒在重力的作用下缓侵的向灰斗沉降。

重力沉降室仅适用于dC≥50μm的粒子，结构简单，投资省，耗钢少，阻力小（一般为100—150Pa），由于效率低，占地大，故较少使用。

三、惯性除尘器

1、除尘原理：

使含尘气流方向急剧变化或与挡板、百叶等障碍物碰撞时，利用尘粒白身惯性力从含尘气流中分离的装置。

惯性除尘器是其性能主要取决于特征速度、折转半径与折转角度。

除尘效率低于沉降室。

2、分类：

碰撞式或回转式V↑或R回转↓→η↑

3、性能参数：

适用于20-30μmμm粒子，粒径的尘粒。

压力损失则因结构形式不同差异很大．一般为100－400Pa。

进气管内气流速度取10m／s为宜。

主要形式为气流折转式、重力折转式、百叶板式与组合式几种。

（见P249图9—17）

4、典型形式：

带百叶的惯性除尘器（见P250图9—19）：

按百叶的方向折转。

提高冲向百叶板的气流速度，可以提高除尘效率。

通常取10—15m/s。

双级螺旋除尘器（见P250图9—20）：

切线方向以高速（18—25m/s）进入蜗壳型浓缩分离器－强烈的旋转运动－离心力的作用向壳体外缘分离出来。

第八节旋风除尘器

一、除尘机理、特点及适用范围：

1、除尘机理：

利用气流旋转过程中作用于尘粒上惯性离心力进行分离。

2、特点：

结构简单、体积小、造价低、维修方便、耐高温400℃。

3、适用粒径范围：

10-20μm，η=90%左右。

二、

工作原理分析

1、主要结构：

（见P251图9—21）

2、气流运动

气流（15-20m/s）沿切向进入除尘器--沿外壁做螺旋运动--气流受到随后进入的气流的挤压--继续向下旋转，-一直延伸到锥体底部,--称为外涡旋。

外涡旋到达锥体底部--转而向上，沿轴心向上旋转--最后由排除管排除，--称为内涡旋。

3、尘粒运动

内、外涡旋转方向相同，旋转过程中，尘粒在离心力作用下，移向外壁，在重力及气流共同作用下，沿壁面落入灰斗。

4、其他

由顶部向下高速运动时，顶部层压力下降，会有一部分气流沿外壁向上旋转，到达顶部后，再沿排出管外壁向下旋转，从排出管排出（上涡旋），若顶盖与进口之间保持一定距离，无进气气流干扰，上涡表现尤为突出。

除主旋转气流外，径向气流和轴向气流都会组成涡旋

运动，产生径向涡流和轴向涡流（见P251图9—23），有单一漩涡和双重漩涡。

5、实测

测定流场后发现，除尘器内气流既有切向速度，又具径向速度和轴向速度，外涡径速向内，内涡径速向外，今后应进一步研究。

切向速度（见P251图9—22a）：

随气流往下，在近壁处速度不断增大。

同一断面上，外涡旋中，切向速度Vt随半径r增大而减小，内涡旋中Vt随r增大而增大，在1/2或1/3处达到最大值。

是控制气流稳定的主要因素，它决定了气流圆周运动的大小、效率和阻力。

径向速度（见P251图9—22a）：

比切线速度低很多，外涡径速向内，内涡向外。

中心轴附近为零。

轴向速度（见P251图9—22b）：

在外部区域，速度为负，即表示气流向下，而在轴心部分，速度为正，气流向上c

压力分布（见P251图9—22c）：

切向速度在径向变化较大，从而导致径向压力变化很大，故外侧压力高于内侧，外壁处