第6章 颗粒污染物控制技术及作业答案1

1、2014 - 2015 学年第学年第 1 学期学期 环境工程学环境工程学大气篇大气篇 1 第六章第六章 颗粒污染物控制技术颗粒污染物控制技术 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇2 主要内容主要内容 v颗粒污染物控制原理颗粒污染物控制原理 重力沉降室重力沉降室 v机械除尘器机械除尘器 惯性除尘器惯性除尘器 旋风除尘器旋风除尘器 v电除尘器电除尘器 v袋式除尘器袋式除尘器 v湿式除尘器湿式除尘器 v除尘设备的比较和选择除尘设备的比较和选择 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇3 学习目的学习目的 学习对象学习对象: v 除尘技术的基本理论及各种形式的除尘器除尘技术的基本理

2、论及各种形式的除尘器 学习要求学习要求: v (1) 掌握粉尘粒径的定义方法、粒径分布的表示方法；掌握粉尘粒径的定义方法、粒径分布的表示方法； v (2) 掌握除尘装置捕集效率的计算方法；掌握除尘装置捕集效率的计算方法； v (3) 理解各种形式除尘器的工作原理，掌握其选型与设计理解各种形式除尘器的工作原理，掌握其选型与设计 计算方法。计算方法。 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇4 6.1.1 粉尘粒径及粒径分布粉尘粒径及粒径分布 1. 粒径的概念粒径的概念 6.1 颗粒污染物控制原理颗粒污染物控制原理 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇5 2. 单一粒径定义方法

3、单一粒径定义方法 投影径投影径 几何当量径几何当量径 物理当量径物理当量径 （1）面积等分径）面积等分径 （2）定向径）定向径 （3）长径）长径 （4）短径）短径 （1）等投影面积径）等投影面积径dA （2）等体积直径）等体积直径dV （3）等表面积径）等表面积径ds （4）颗粒的体积表面积）颗粒的体积表面积 平均径平均径de （1）自由沉降径）自由沉降径dl （2）空气动力径）空气动力径da （3）斯托克斯直径）斯托克斯直径dS （4）分割粒径）分割粒径dc50 2/1 4 p A A d p p e S V d 6 3 1 6 p V v d 2 1 )( 18 g u d p t St

4、2 1 p S s d 1 2 3 4 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇6 3. 平均粒径平均粒径 长度平均径：长度平均径： 面积长度平均径：面积长度平均径： 体面积平均径：体面积平均径： 质量平均径：质量平均径： iii ndnd/ )( 1 )(/ )( 2 2iiii dndnd )(/ )( 23 3iiii dndnd )(/ )( 34 4iiii dndnd 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇7 3. 平均粒径平均粒径 表面积平均径：表面积平均径： 体积平均径：体积平均径： 中位径中位径d50：粒径分布累计值为粒径分布累计值为50%的粒径。的粒径。

5、众径众径dom：粒径分布中频率密度值最大的粒径。粒径分布中频率密度值最大的粒径。 2/1 2 / )( iiis ndnd 3/1 3 / )( iiiv ndnd 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇8 4. 粒径分布粒径分布 （1）定义）定义 （2）粒径分布的分类）粒径分布的分类 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇9 （3）粒径分布的表示方法）粒径分布的表示方法 1）频数分布）频数分布R 粒径粒径dp至（至（dp + dp）之间的粒子质量占粒子群总质量）之间的粒子质量占粒子群总质量 的百分数。的百分数。 2）频度分布）频度分布f dp =1m时粒子质量占粒子群总质

6、量的比例。时粒子质量占粒子群总质量的比例。 3）筛上累积分布）筛上累积分布R 大于某一粒径大于某一粒径dp的所有粒子质量占粒子群总质量的比例。的所有粒子质量占粒子群总质量的比例。 p dd dR f p d d pp dddfdR p )()( max 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇10 （4）粒径分布函数）粒径分布函数 v 罗辛罗辛拉姆勒分布（拉姆勒分布（R-R分布）分布） )exp()( n pp ddR n p p d d dR 50 693. 0exp)( 2021-7-611 例例1 已知平炉炼钢产生的烟尘的粒径分布符合已知平炉炼钢产生的烟尘的粒径分布符合R-R分分

7、 布，中位径为布，中位径为0.24m，粒径分布指数，粒径分布指数n=1.7，试分，试分 别确定粒径小于别确定粒径小于0.5m和和0.1m的烟尘量占总烟尘的烟尘量占总烟尘 量的百分数。量的百分数。 解：解： %48.14 24. 0 1 . 0 0.693-exp1 d d 0.693-exp1G %05.94 24. 0 5 . 0 693. 0-exp1 d d 693. 0-exp1G 7 . 1 n 50 p m1 . 0d 7 . 1 n 50 p m0.5d 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇12 6.1.2 颗粒的物理性质颗粒的物理性质 （1） 粉尘的密度粉尘的密度

8、v 单位体积粉尘的质量，单位体积粉尘的质量，kg/m3或或g/cm3 v 真密度真密度 粉尘体积不包括颗粒内部和之间的空隙粉尘体积不包括颗粒内部和之间的空隙 v 堆积密度堆积密度 用堆积体积计算用堆积体积计算 v 空隙率空隙率 粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总 体积之比体积之比 p b bp (1) 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇13 6.1.2 颗粒的物理性质颗粒的物理性质 （2） 粉尘的含水率和吸湿性粉尘的含水率和吸湿性 v 粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的 自由水分自

9、由水分以及颗粒内部的以及颗粒内部的结合水分结合水分 v 含水率含水率 水分质量与粉尘总质量之比水分质量与粉尘总质量之比 v 吸湿现象吸湿现象：从潮湿气体中吸收水分的现象。：从潮湿气体中吸收水分的现象。 润湿性粉尘：接触面扩大而相互附着润湿性粉尘：接触面扩大而相互附着 非润湿性粉尘：接触面趋于缩小而不能附着非润湿性粉尘：接触面趋于缩小而不能附着 粉尘的润湿性粉尘的润湿性 选择选择湿式除尘器湿式除尘器的主要依据的主要依据 v润湿性润湿性 粉尘颗粒与液体接触后能够互相附粉尘颗粒与液体接触后能够互相附 着或附着的难易程度的性质着或附着的难易程度的性质 v润湿速度润湿速度 20 20 (mm/min)

10、20 L v 影响润湿性的因素影响润湿性的因素 v粉尘：粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组粉尘：粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组 分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性等分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性等 v液体：表面张力液体：表面张力 v尘粒与液体之间的粘附力和接触方式尘粒与液体之间的粘附力和接触方式 v粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而 下降下降 思考题：思考题：比较下列物质的润湿性比较下列物质的润湿性 下列哪些粉尘最适合用湿法除尘？下列哪些粉尘最适合用湿法除尘？ v 沥青灰沥青灰 v 煤粉煤粉 v 石英粉石英粉 v 锅炉飞灰锅炉飞

11、灰 n答案：答案：D （3）粉尘的附着特性）粉尘的附着特性 v 粘附和自粘现象粘附和自粘现象 v 粘附力粘附力克服附着现象所需要的力克服附着现象所需要的力 v 粘附力：分子力（范德华力）、毛粘附力：分子力（范德华力）、毛 细力、静电力（库仑力）细力、静电力（库仑力） v 断裂强度断裂强度 表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需 的力除以其断裂的接触面积的力除以其断裂的接触面积 v 分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性 v 粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘

12、附性 （4） 粉尘的流动特性粉尘的流动特性 v 安息角：安息角：粉尘从漏斗连续落下粉尘从漏斗连续落下 自然堆积形成的圆锥体母线与自然堆积形成的圆锥体母线与 地面的夹角。地面的夹角。 v 滑动角：滑动角：自然堆积在光滑平板自然堆积在光滑平板 上的粉尘随平板做倾斜运动时上的粉尘随平板做倾斜运动时 粉尘开始发生滑动的平板倾角。粉尘开始发生滑动的平板倾角。 安息角和滑动角的影响因素：安息角和滑动角的影响因素： v粉尘粒径粉尘粒径 v含水率含水率 v颗粒形状颗粒形状 v颗粒表面光滑程度颗粒表面光滑程度 v粉尘粘性粉尘粘性 n判断题：判断题：球度大的粉尘所需要的输灰管路的倾球度大的粉尘所需要的输灰管路的倾

13、 角也要大。角也要大。 n （5）粉尘的荷电和导电特性）粉尘的荷电和导电特性 【荷电性荷电性】 使粉尘带电的过程叫做荷电过程，包括使粉尘带电的过程叫做荷电过程，包括自然荷电自然荷电和和人人 工荷电工荷电过程。过程。 荷电因素荷电因素电离辐射、高压放电、高温产生的离子电离辐射、高压放电、高温产生的离子 或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过 程中荷电程中荷电 荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加， 且与化学组成有关且与化学组成有关 【导电性导电性】 v比电阻比电阻 v导电机制导电机制

14、v比电阻对电除尘器运行比电阻对电除尘器运行 有很大影响，最适宜范有很大影响，最适宜范 围围1041010cm d ( cm) V j n典型温度典型温度-比电阻曲线比电阻曲线 （5）粉尘的荷电和导电特性）粉尘的荷电和导电特性 （6） 粉尘的自燃性和爆炸性粉尘的自燃性和爆炸性 【自燃性自燃性】 自燃自燃 自然发热的原因自然发热的原因 氧化热、分解热、聚合热、发氧化热、分解热、聚合热、发 酵热酵热 影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态 和环境和环境 存放过程中自然发热存放过程中自然发热热量积累热量积累达到燃点达到燃点 燃烧燃烧 【爆炸性爆炸性

15、】 v粉尘发生爆炸必备的条件：粉尘发生爆炸必备的条件： 可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度 最低可燃物浓度最低可燃物浓度 爆炸浓度下限爆炸浓度下限 爆炸浓度上限爆炸浓度上限 存在能量足够的火源存在能量足够的火源 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇27 6.1.3 颗粒捕集的理论基础颗粒捕集的理论基础 v除尘机理：除尘机理：将含尘气体引入除尘器，对颗粒施加将含尘气体引入除尘器，对颗粒施加 外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分 离出来，最后沉降到捕集表面上。离出来，最后沉降到

16、捕集表面上。 v颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体外力、流体 阻力、颗粒间相互作用力。阻力、颗粒间相互作用力。 外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、 泳力等。泳力等。 颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略。颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略。 流体阻力流体阻力 形状阻力：形状阻力： 摩擦阻力：摩擦阻力： 颗粒做相对运动时排开周围颗粒做相对运动时排开周围 流体而受到的形状阻力流体而受到的形状阻力 颗粒与周围流体产生摩擦而受颗粒与周围流体产生摩擦而受 到的摩擦阻力到的摩擦阻力 （1）流体阻

17、力）流体阻力 v流体阻力总是与运动向量方向相反，阻力的大小流体阻力总是与运动向量方向相反，阻力的大小 与颗粒粒径、形状、运动速度、流体特性有关，与颗粒粒径、形状、运动速度、流体特性有关， 流体阻力的基本方程为：流体阻力的基本方程为： 2 DD p Dpp 1 (N) 2 () p FC Au du Cf ReRe v颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑滑 动动 坎宁汉修正坎宁汉修正 p D p 3 1.10 11.2570.400exp() 2 / 8 (m) , (m/s) 0.499 其中努森数 d u F C CKnKnd Kn RT v M

18、v （2）重力沉降）重力沉降 v 力平衡关系力平衡关系 v Stokes颗粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影响）颗粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影响） v 湍流过渡区湍流过渡区 v 牛顿区牛顿区 2 p DGBp () 6 d FFFg 2 pp s 18 d ugCgC 1.140.7140.714 pp s 0.4280.286 0.153() dg u 1/2 spp 1.74() /udg （3）离心沉降）离心沉降 v力平衡关系力平衡关系 vStokes颗粒的末端沉降速度颗粒的末端沉降速度 2 3 t DCpp 6 u FFd R 2 2 pp t cc 2 t c 18 其中 d u

19、uCa C R u a R （4）静电沉降）静电沉降 v力平衡关系力平衡关系 v静电沉降的末端速度习惯上称为驱静电沉降的末端速度习惯上称为驱 进速度，用进速度，用 表示，对于表示，对于Stokes粒子：粒子： DE FFqE p 3 qE C d （5）惯性沉降）惯性沉降 v颗粒接近靶时的运动情况颗粒接近靶时的运动情况 惯性碰撞惯性碰撞 拦截拦截 净化装置的性能净化装置的性能 v评价净化装置性能的指标评价净化装置性能的指标 技术指标技术指标 处理气体流量处理气体流量 净化效率净化效率 压力损失压力损失 经济指标经济指标 设备费设备费 运行费运行费 占地面积占地面积 处理气体流量处理气体流量 v

20、处理气体流量处理气体流量 v漏风率漏风率 1N 3 N2NN 1 () (m/s) 2 QQQ 1N2N 1N 100 (%) QQ Q 压力损失压力损失 v净化装置的压力损失是进口和出口气流全压之差，净化装置的压力损失是进口和出口气流全压之差， 代表净化装置能耗大小。代表净化装置能耗大小。 v压力损失与净化装置进口气流的动压成正比，有：压力损失与净化装置进口气流的动压成正比，有： 2 1 (Pa) 2 v P 净化效率净化效率 v 总净化效率总净化效率 v 通过率通过率 v 分级除尘效率分级除尘效率 v 分割粒径分割粒径 除尘效率为除尘效率为50的粒径的粒径 22N2N 11N2N 11 S

21、Q SQ 22N2N 11N1N 1 SQ P SQ 32 11 1 ii i ii SS SS 分级效率与总效率的关系分级效率与总效率的关系 v 由总效率求分级效率由总效率求分级效率 v 由分级效率求总效率由分级效率求总效率 333 11 222 111 23 11 / ii i ii ii i ii i ii S gg S gg S gg P S gg Pgg 1 1 11p 00 dd ii i ii g Gq d 多级串联的总净化效率多级串联的总净化效率 v总分级通过率总分级通过率 v总分级效率总分级效率 v总除尘效率总除尘效率 12iTiiin PP PP 12 11 (1)(1)(

22、1) iTiTiiin P 12 1 (1)(1)(1) Tn 6.2 6.2 机械除尘器机械除尘器 v机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和 离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常 用的有：用的有： 重力沉降室重力沉降室 惯性除尘器惯性除尘器 旋风除尘器旋风除尘器 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇49 6.2.1 重力沉降室重力沉降室 重力沉降：重力沉降：利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降 的原理，将颗粒污染物和气体分离的过程。的原理，将颗

23、粒污染物和气体分离的过程。 重力沉降室的优缺点：重力沉降室的优缺点：结构简单，造价低，便于维护结构简单，造价低，便于维护 管理，压力损失小，可以处理高温气体；但一般只能去除管理，压力损失小，可以处理高温气体；但一般只能去除 50m以上的大颗粒，沉降小颗粒的效率低，可作为高效除以上的大颗粒，沉降小颗粒的效率低，可作为高效除 尘装置的前除尘器。尘装置的前除尘器。 重力沉降室重力沉降室 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇50 层流式重力沉降室层流式重力沉降室 v 通过沉降断面的水平气流速度分布均匀，并呈层流状态通过沉降断面的水平气流速度分布均匀，并呈层流状态 v 忽略气体浮力，粒子仅受

24、重力和阻力的作用忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用 纵剖面示意图纵剖面示意图 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇51 层流式重力沉降室层流式重力沉降室 v 沉降室的长宽高分别为沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为，处理烟气量为Q v 气流在沉降室内的停留时间气流在沉降室内的停留时间 v 在在 t 时间内粒子的沉降距离时间内粒子的沉降距离 v 该粒子的除尘效率该粒子的除尘效率 0 v s u 0 / LWH tL v Q ss cs 0 u Lu LWH hut vQ css c 0 () i hu Lu LW hH Hv HQ c 1.0 () i hH 2021-7

25、-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇52 层流式重力沉降室层流式重力沉降室 对于对于stokes粒子，重力沉降室能粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的捕集的最小粒子的dmin = ? c hH 2 pp s 18 dg u 2 pp 18 即 dg LWH H Q min p 18 Q d gWL min p 36 Q d gWL n由由于于沉沉降降室室内内的的气气流流扰扰动动和和返返混混的的影影响响，工工程程上上一一般般用用分分 级级效效率率公公式式的的一一半半作作为为实实际际分分级级效效率率 min p 36 Q d gWL n由由于于沉沉降降室室内内的的气气流流扰扰动动和和返返混混

26、的的影影响响，工工程程上上一一般般用用分分 级级效效率率公公式式的的一一半半作作为为实实际际分分级级效效率率 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇53 层流式重力沉降室层流式重力沉降室 v 提高沉降室效率的主要途径：提高沉降室效率的主要途径： 降低沉降室内气流速度降低沉降室内气流速度 增加沉降室长度增加沉降室长度 降低沉降室高度降低沉降室高度 v 沉降室内的气流速度一般为沉降室内的气流速度一般为0.32.0m/s。 不同粉尘的最高允许气流速度不同粉尘的最高允许气流速度 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇54 层流式重力沉降室层流式重力沉降室 v 多层沉降室：使沉降多层

27、沉降室：使沉降 高度减少为原来的高度减少为原来的 1/(n+1) ，其中，其中n为水为水 平隔板层数平隔板层数 v 考虑清灰的问题，一考虑清灰的问题，一 般隔板数在般隔板数在3以下。以下。 s (1) i u LW n Q 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇55 思考题思考题 v 某工厂用重力沉降室来净化含尘气流，若粉尘密度某工厂用重力沉降室来净化含尘气流，若粉尘密度p 1000 kg/m3，气体密度，气体密度g1.2kg/m3，气体粘度，气体粘度 1.8410-5Pas，重力沉降室长度，重力沉降室长度L2.4m，高度，高度H0.4m， 室内气流速度室内气流速度v0.2m/s，求

28、能被该沉降室全部捕集的最，求能被该沉降室全部捕集的最 小尘粒粒径。小尘粒粒径。 m Lg vH d p 5 5 min 1036. 3 4 . 210008 . 9 4 . 02 . 01084. 11818 6.2.2 惯性除尘器惯性除尘器 v机理机理 沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板 上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力 作用，使其与气流分离。作用，使其与气流分离。 6.2.2 惯性除尘器惯性除尘器 v 结构形式结构形式 冲击式冲击式气流冲击挡板捕集较粗粒子气流冲击挡板捕集较

29、粗粒子 反转式反转式改变气流方向捕集较细粒子改变气流方向捕集较细粒子 n冲击式惯性除尘装置冲击式惯性除尘装置 na单级型单级型 b多级型多级型 反转式惯性除尘装置反转式惯性除尘装置 a 弯管型弯管型 b 百叶窗型百叶窗型 c 多层隔板型多层隔板型 6.2.2 惯性除尘器惯性除尘器 v应用应用 一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘 净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘， 捕集捕集1020m以上的粗颗粒以上的粗颗粒 压力损失压力损失1001000Pa 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇5

30、9 6.2.3 旋风除尘器旋风除尘器 旋风除尘：旋风除尘：利用旋转的含尘气流产生的离心力，将颗粒污利用旋转的含尘气流产生的离心力，将颗粒污 染物从气体中分离出来的过程。染物从气体中分离出来的过程。 旋风除尘器的优缺点：旋风除尘器的优缺点：结构简单，占地面积小，投资结构简单，占地面积小，投资 少，操作维修方便，压力损失中等，动力消耗不大，可用少，操作维修方便，压力损失中等，动力消耗不大，可用 各种材料制造，适用于高温、高压及有腐蚀性气体，并可各种材料制造，适用于高温、高压及有腐蚀性气体，并可 直接回收干颗粒物；但一般用于去除直接回收干颗粒物；但一般用于去除515m以上的颗粒，以上的颗粒， 对粒径

31、小于对粒径小于5 m的颗粒捕集效率不高，一般作预除尘用。的颗粒捕集效率不高，一般作预除尘用。 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇60 （1） 旋风除尘器的工作原理旋风除尘器的工作原理 v 旋风除尘器内气流运动旋风除尘器内气流运动 普通旋风除尘器是由进气管、普通旋风除尘器是由进气管、 筒体、锥体和排气管等组成筒体、锥体和排气管等组成 气流沿外壁由上向下旋转运动：气流沿外壁由上向下旋转运动： 外旋流外旋流 少量气体沿径向运动到中心区少量气体沿径向运动到中心区 域域 旋转气流在锥体底部转而向上旋转气流在锥体底部转而向上 沿轴心旋转：内旋流沿轴心旋转：内旋流 2021-7-6环境工程学环

32、境工程学大气篇大气篇61 （1）旋风除尘器的工作原理）旋风除尘器的工作原理 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇62 （1） 旋风除尘器的工作原理旋风除尘器的工作原理 旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇63 （1） 旋风除尘器的工作原理旋风除尘器的工作原理 v 切向速度切向速度 外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的n次方次方 此处此处n 1，称为涡流指数，称为涡流指数 内涡旋的切向速度正比于半径内涡旋的切向速度正比于半径 内外涡旋的界面上气流切向速度最大内

33、外涡旋的界面上气流切向速度最大 交界圆柱面直径交界圆柱面直径 dI = ( 0.61.0 ) de , de 为排气管直径为排气管直径 T . n V Rconst 0.3 0.14 110.67 283 T nD T / 角速度VRw 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇64 （1） 旋风除尘器的工作原理旋风除尘器的工作原理 v 径向速度径向速度 假定外涡旋气流均匀地经过交界圆柱面进入内涡假定外涡旋气流均匀地经过交界圆柱面进入内涡 旋旋 平均径向速度平均径向速度 r0和和h0分别为交界圆柱面的半径和高度，分别为交界圆柱面的半径和高度，m v 轴向速度轴向速度 外涡旋的轴向速度向下

34、外涡旋的轴向速度向下 内涡旋的轴向速度向上内涡旋的轴向速度向上 在内涡旋，轴向速度向上逐渐增大，在排出管底在内涡旋，轴向速度向上逐渐增大，在排出管底 部达到最大值部达到最大值 r 00 2 Q V r h 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇65 （1） 旋风除尘器的工作原理旋风除尘器的工作原理 v 旋风除尘器内颗粒的运动及分离过程旋风除尘器内颗粒的运动及分离过程 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇66 （2） 旋风除尘器的分离性能旋风除尘器的分离性能 v颗粒的分割直径颗粒的分割直径 根据假想圆筒理论求根据假想圆筒理论求dc50 在交界面上，离心力在交界面上，离心力F

35、C，向心运动气流作用于尘粒上的阻力，向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD 若若 FC FD ，颗粒移向外壁，颗粒移向外壁 若若 FC FD ，颗粒进入内涡旋，颗粒进入内涡旋 当当 FC = FD时，有时，有50%的可能进的可能进 入外涡旋，既除尘效率为入外涡旋，既除尘效率为50% 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇67 （2） 旋风除尘器的分离性能旋风除尘器的分离性能 v捕集效率捕集效率 雷思雷思-利希特模式利希特模式 1 1 50 693. 0exp1 n c p d d d 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇68 （2） 旋风除尘器的分离性能旋风除尘器的分离性能

36、v影响捕集效率的因素影响捕集效率的因素 二次效应二次效应被捕集粒子的重新进入气流被捕集粒子的重新进入气流 在较小粒径区间内，理应逸出的粒子由于聚集或被在较小粒径区间内，理应逸出的粒子由于聚集或被 较大尘粒撞向壁面而脱离气流获得捕集，实际效率较大尘粒撞向壁面而脱离气流获得捕集，实际效率 高于理论效率；高于理论效率； 在较大粒径区间，粒子被反弹回气流或沉积的尘粒在较大粒径区间，粒子被反弹回气流或沉积的尘粒 被重新吹起，实际效率低于理论效率；被重新吹起，实际效率低于理论效率； 通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器内壁上，能通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器内壁上，能 有效地控制二次效应有效地控制二次效

37、应 。 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇69 （2） 旋风除尘器的分离性能旋风除尘器的分离性能 v影响捕集效率的因素影响捕集效率的因素 比例尺寸比例尺寸 在相同的切向速度下，筒体直径愈在相同的切向速度下，筒体直径愈小小，离心力愈，离心力愈大大， 除尘效率除尘效率愈高愈高；筒体直径过小，粒子容易逃逸，效率；筒体直径过小，粒子容易逃逸，效率 下降。下降。 锥体适当锥体适当加长加长，对提高除尘效率有利。，对提高除尘效率有利。 排出管直径排出管直径愈小，愈小，分割直径愈分割直径愈小小，即除尘效率愈高；，即除尘效率愈高； 直径太小，压力降增加，一般取排出管直径直径太小，压力降增加，一般取

38、排出管直径de=（0.4 0.65）D。 筒体和锥体的总高度以不大于筒体和锥体的总高度以不大于五倍五倍的筒体直径为宜。的筒体直径为宜。 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇70 （2） 旋风除尘器的分离性能旋风除尘器的分离性能 v影响捕集效率的因素影响捕集效率的因素 比例尺寸对性能的影响比例尺寸对性能的影响 比例变化比例变化 性能趋向性能趋向 投资趋向投资趋向压力损失压力损失效率效率 增大旋风除尘器直径增大旋风除尘器直径降低降低降低降低提高提高 加长筒体加长筒体稍有降低稍有降低提高提高提高提高 增大入口面积（流量不变）增大入口面积（流量不变）降低降低降低降低 增大入口面积（速度不变

39、）增大入口面积（速度不变）提高提高降低降低降低降低 加长锥体加长锥体稍有降低稍有降低提高提高提高提高 增大锥体的排出孔增大锥体的排出孔稍有降低稍有降低提高或降低提高或降低 减小锥体的排出孔减小锥体的排出孔稍有提高稍有提高提高或降低提高或降低 加长排出管伸入器内的长度加长排出管伸入器内的长度提高提高提高或降低提高或降低提高提高 增大排气管管径增大排气管管径降低降低降低降低提高提高 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇71 （2） 旋风除尘器的分离性能旋风除尘器的分离性能 v影响捕集效率的因素影响捕集效率的因素 除尘器下部的严密性除尘器下部的严密性 在不漏风的情况下进行正常排灰在不漏风

40、的情况下进行正常排灰 烟尘的物理性质烟尘的物理性质 气体的密度和粘度、尘粒的大小和比重、烟气含尘浓度气体的密度和粘度、尘粒的大小和比重、烟气含尘浓度 操作变量操作变量 提高烟气入口流速，旋风除尘器分割直径变小，除尘器提高烟气入口流速，旋风除尘器分割直径变小，除尘器 性能改善性能改善 入口流速过大，已沉积的粒子有可能再次被吹起，重新入口流速过大，已沉积的粒子有可能再次被吹起，重新 卷入气流中，除尘效率下降卷入气流中，除尘效率下降 效率最高时的入口速度效率最高时的入口速度 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇72 （3） 旋风除尘器的压力损失旋风除尘器的压力损失 v旋风除尘器的压力降（

41、一般低于旋风除尘器的压力降（一般低于2kPa） 压损系数一般根据实验确定，在缺少数据的情况下压损系数一般根据实验确定，在缺少数据的情况下 可用下式估算可用下式估算 2 2 1 v p 2 16 e d A 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇73 （3） 旋风除尘器的压力损失旋风除尘器的压力损失 v旋风除尘器的压力降旋风除尘器的压力降 应当指出：旋风除尘器的其他操作因素对压力损失也有影响。应当指出：旋风除尘器的其他操作因素对压力损失也有影响。 相对尺寸对压力损失影响较大，除尘器结构型式相同相对尺寸对压力损失影响较大，除尘器结构型式相同 时，几何相似放大或缩小，压力损失基本不变；时，

42、几何相似放大或缩小，压力损失基本不变； 含尘浓度增高，压力降明显下降；含尘浓度增高，压力降明显下降； 操作运行中可以接受的压力损失一般低于操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa。 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇74 （4） 旋风除尘器的结构类型旋风除尘器的结构类型 按进气方式分为按进气方式分为 切向进入式切向进入式：含尘气体由筒体侧面沿切线方向：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，导入，气流在圆筒部分旋转向下，进入锥体， 到达锥体底部遂返转向上，清洁气体经同一端到达锥体底部遂返转向上，清洁气体经同一端 的排气管引出。的排气管引出。 轴向

43、进入式轴向进入式 ：利用导流叶片使气流在除尘器内：利用导流叶片使气流在除尘器内 旋转，除尘效率比切向进入式低，但处理量大。旋转，除尘效率比切向进入式低，但处理量大。 a. 直入切向进入式直入切向进入式 b. 蜗壳切向进入式蜗壳切向进入式 c. 轴向进入式轴向进入式 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇75 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇76 （5） 旋风除尘器的设计旋风除尘器的设计 v收集设计资料收集设计资料 （1）含尘气体特性：）含尘气体特性：成分、温度、湿度、腐蚀性和流成分、温度、湿度、腐蚀性和流 量等；量等； （2）粉尘特性：）粉尘特性：浓度、成分、密度、粒

44、径分布、黏度、浓度、成分、密度、粒径分布、黏度、 含水率和爆炸性等；含水率和爆炸性等； （3）除尘要求：）除尘要求：除尘效率和压力损失等；除尘效率和压力损失等； （4）成本要求及其他资料：）成本要求及其他资料：粉尘回收利用要求、设备粉尘回收利用要求、设备 价格、运行费用、电源、安装现场及有关资料。价格、运行费用、电源、安装现场及有关资料。 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇77 （5） 旋风除尘器的设计旋风除尘器的设计 v旋风除尘器的选型设计旋风除尘器的选型设计 经验法经验法 计算要求达到的除尘效率；计算要求达到的除尘效率； 选定旋风除尘器的结构形式；选定旋风除尘器的结构形式；

45、根据效率根据效率-速度实验曲线或压力损失要求确定入口风速度实验曲线或压力损失要求确定入口风 速速v1； 根据气量根据气量Q和入口风速和入口风速v1计算除尘器的进口面积计算除尘器的进口面积A； 确定各部分几何尺寸；确定各部分几何尺寸； 计算运行条件下的压力损失。计算运行条件下的压力损失。 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇78 （5） 旋风除尘器的设计旋风除尘器的设计 v旋风除尘器各部分尺寸比例旋风除尘器各部分尺寸比例 筒体直径筒体直径D 入口尺寸入口尺寸 排气管排气管 筒体与锥体长度筒体与锥体长度 圆锥角圆锥角 排尘口直径排尘口直径 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气

46、篇79 6.3 电除尘器电除尘器 静电除尘：静电除尘：利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液 滴）的过程。滴）的过程。 静电除尘器的优缺点：静电除尘器的优缺点：耗能低，即使对极微小的粒子耗能低，即使对极微小的粒子 也能有效地捕集，除尘效率高，处理气量大，能连续操作，也能有效地捕集，除尘效率高，处理气量大，能连续操作， 可用于高温、高压的场合；但设备庞大，占地面积大，一可用于高温、高压的场合；但设备庞大，占地面积大，一 次性投资费用高，不易实现对高比电阻粉尘的捕集次性投资费用高，不易实现对高比电阻粉尘的捕集。 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大

47、气篇80 6.3.1 电除尘器的工作原理电除尘器的工作原理 v 三个基本过程三个基本过程 粉尘荷电；荷电粒子的迁移和沉积；集尘极表面清灰。粉尘荷电；荷电粒子的迁移和沉积；集尘极表面清灰。 气体电离气体电离 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇81 （1）粉尘荷电）粉尘荷电 v 放电极附近发生电晕放电，气放电极附近发生电晕放电，气 体分子与自由电子碰撞发生电体分子与自由电子碰撞发生电 离，产生正离子和负离子；离，产生正离子和负离子； v 气体离子化区域气体离子化区域电晕区；电晕区； v 电晕区内，正离子被电晕极吸电晕区内，正离子被电晕极吸 引而失去电荷；引而失去电荷； v 自由电子和

48、负离子在电场力的自由电子和负离子在电场力的 作用下向集尘极移动，并与粉作用下向集尘极移动，并与粉 尘碰撞进行荷电；尘碰撞进行荷电； v 自由电子和气体负离子是粒子自由电子和气体负离子是粒子 荷电的电荷来源。荷电的电荷来源。 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇82 （1）粉尘荷电）粉尘荷电 v 两种机理两种机理 电场荷电或碰撞荷电电场荷电或碰撞荷电离子在静电力作用下做定向运离子在静电力作用下做定向运 动，与粒子碰撞而使粒子荷电；动，与粒子碰撞而使粒子荷电； 扩散荷电扩散荷电离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程；离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程； 依赖于离子的热能，而不是依赖于电场；

49、依赖于离子的热能，而不是依赖于电场； v 粒子的主要荷电过程取决于粒径粒子的主要荷电过程取决于粒径 大于大于0.5 m的微粒，以电场荷电为主；的微粒，以电场荷电为主； 小于小于0.15 m的微粒，以扩散荷电为主；的微粒，以扩散荷电为主； 介于之间的粒子，需要同时考虑这两种过程。介于之间的粒子，需要同时考虑这两种过程。 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇83 （2）荷电粒子的荷电粒子的迁移和沉积迁移和沉积 v 荷电粒子在电场力的作用下，朝着与其电性相反的集尘极荷电粒子在电场力的作用下，朝着与其电性相反的集尘极 移动，当到达集尘极时，颗粒所带电荷与集尘极上的电荷移动，当到达集尘极时，

50、颗粒所带电荷与集尘极上的电荷 中和，颗粒恢复电中性中和，颗粒恢复电中性 颗粒放电颗粒放电； v 静电除尘粒子适宜的比电阻范围为静电除尘粒子适宜的比电阻范围为10421010cm，比电，比电 阻小的颗粒容易发生二次飞扬，比电阻大的颗粒很难迁移阻小的颗粒容易发生二次飞扬，比电阻大的颗粒很难迁移 到集尘极上进行放电；到集尘极上进行放电； v 若集尘极上的荷电颗粒层过厚，形成的电压梯度过大，会若集尘极上的荷电颗粒层过厚，形成的电压梯度过大，会 引起颗粒层空隙中的气体电离引起颗粒层空隙中的气体电离 反电晕反电晕； v 当含尘量大到某一数值时，电晕现象消失，尘粒在电场中当含尘量大到某一数值时，电晕现象消失

51、，尘粒在电场中 根本得不到电荷，电晕电流几乎减小到零，失去除尘作根本得不到电荷，电晕电流几乎减小到零，失去除尘作 用用 电晕闭塞。电晕闭塞。 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇84 （3）被捕集粉尘的清除）被捕集粉尘的清除 v 电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积；电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积； v 粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性，一粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性，一 般采取振打清灰方式清除；般采取振打清灰方式清除； v 从集尘极清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉尘重新进从集尘极清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉尘重新进 入气流；入气流； 在湿式电除尘

52、器中，用水冲洗集尘极板在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板 在干式电除尘器中，一般用机械撞击或电极振动产生的振动力清灰在干式电除尘器中，一般用机械撞击或电极振动产生的振动力清灰 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇85 6.3.2 电除尘器的性能及其影响因素电除尘器的性能及其影响因素 v （1）电除尘器的捕集效率）电除尘器的捕集效率 驱进速度驱进速度 电场力与空气阻力平衡时，荷电粒子向集尘电场力与空气阻力平衡时，荷电粒子向集尘 极移动的速度。极移动的速度。 当粒径较小时，需要进行坎宁汉修正。当粒径较小时，需要进行坎宁汉修正。 p p d Eq 3 p p d ECq 3 6 10 1

53、7. 0 1 p d C )0 . 1(Re p 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇86 6.3.2 电除尘器的性能及其影响因素电除尘器的性能及其影响因素 v 除尘效率方程除尘效率方程 德意希公式的假定德意希公式的假定: 除尘器中气流为紊流状态除尘器中气流为紊流状态 在垂直于集尘表面的任一横断面上粒子浓度和气流分布是均匀的在垂直于集尘表面的任一横断面上粒子浓度和气流分布是均匀的 粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程 忽略电风、气流分布不均匀、被捕集粒子重新进入气流等影响忽略电风、气流分布不均匀、被捕集粒子重新进入气流等影响 有效驱进速度有效驱进速度

54、 实际中常常根据在一定的除尘器结构型式和实际中常常根据在一定的除尘器结构型式和 运行条件下测得的总捕集效率值，代入德意希方程式中反算出的运行条件下测得的总捕集效率值，代入德意希方程式中反算出的 相应驱进速度值，以相应驱进速度值，以e表示。表示。 i v i q A exp1 各种工业粉尘的有效驱进速度各种工业粉尘的有效驱进速度 粉尘种类粉尘种类驱进速度驱进速度/ms-1粉尘种类粉尘种类 驱进速度驱进速度 /ms-1 煤粉（飞灰）煤粉（飞灰）0.100.14冲天炉（铁冲天炉（铁-焦比焦比=10）0.030.04 纸浆及造纸纸浆及造纸0.08水泥生产（干法）水泥生产（干法）0.060.07 平炉平

55、炉0.06水泥生产（湿法）水泥生产（湿法）0.100.11 酸雾（酸雾（H2SO4） 0.060.08多层床式焙烧炉多层床式焙烧炉0.08 酸雾（酸雾（TiO2） 0.060.08红磷红磷0.03 飘旋焙烧炉飘旋焙烧炉0.08石膏石膏0.160.20 催化剂粉尘催化剂粉尘0.08二级高炉（二级高炉（80生铁）生铁）0.125 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇88 例题：例题：某电除尘器实测除尘效率为某电除尘器实测除尘效率为90%，现欲使其除尘效率，现欲使其除尘效率 提高至提高至99%，则集尘板面积应增加多少？，则集尘板面积应增加多少？ 6.3.2 电除尘器的性能及其影响因素电除

56、尘器的性能及其影响因素 解：根据德意希方程，有：解：根据德意希方程，有： ） 目前目前 目前 目前 1ln(-exp1 v v q A q A ） 新新 新 新 1ln(-exp1 v v q A q A 故：故：2 )9 . 01ln( )99. 01ln( )1ln( )1ln( 目前 新 目前 新 A A 集尘板面积增加集尘板面积增加1倍。倍。 粉尘的导电性粉尘的导电性 v 电除尘器运行的适宜粉尘比电阻范围为电除尘器运行的适宜粉尘比电阻范围为104 21010 cm； v 高比电阻粉尘高比电阻粉尘 导导电率低于大约电率低于大约10-10 ( cm )-1，即电阻率大于，即电阻率大于101

57、0 cm的粉尘；的粉尘； v 影响粉尘层比电阻除粒子温度和组成之外，还包括粒子大小和形状，影响粉尘层比电阻除粒子温度和组成之外，还包括粒子大小和形状， 粉尘层厚度和压缩程度，施加于粉尘层的电场强度等；粉尘层厚度和压缩程度，施加于粉尘层的电场强度等； v 在评价电除尘器的操作性能时应根据现场测得的粉尘比电阻数据在评价电除尘器的操作性能时应根据现场测得的粉尘比电阻数据 。 （2）影响电除尘效率的因素）影响电除尘效率的因素 烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响 a.飞灰飞灰 b.水泥窑粉尘水泥窑粉尘 高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响 高比电

58、阻粉尘会干扰电场条件，导致除尘效率下降；高比电阻粉尘会干扰电场条件，导致除尘效率下降； 比电阻低于比电阻低于1010 cm时，比电阻几乎对除尘器操作时，比电阻几乎对除尘器操作 和性能没有影响；和性能没有影响； 比电阻介于比电阻介于10101011 cm之间时，火花率增加，操之间时，火花率增加，操 作电压降低；作电压降低； 比电阻高于比电阻高于1011 cm时，集尘板粉尘层内出现电火时，集尘板粉尘层内出现电火 花，产生明显反电晕。花，产生明显反电晕。 粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响 粉尘比电阻对有效驱进速度的影响粉尘比电阻对有效驱进速度的影响 粉尘比电阻对场强分

59、布的影响粉尘比电阻对场强分布的影响 克服高比电阻影响的方法克服高比电阻影响的方法 保持电极表面尽可能清洁保持电极表面尽可能清洁 采用较好的供电系统采用较好的供电系统 烟气调质烟气调质 增加烟气湿度，或向烟气中加入增加烟气湿度，或向烟气中加入SO3、NH3，及，及 Na2CO3等化合物，使粒子导电性增加。最常用的等化合物，使粒子导电性增加。最常用的 化学调质剂是化学调质剂是SO3 改变烟气温度改变烟气温度 向烟气中喷水，同时增加烟气湿度和降低温度向烟气中喷水，同时增加烟气湿度和降低温度 发展新型电除尘器发展新型电除尘器 烟气调质烟气调质 v S含量对粉尘比电阻的影响含量对粉尘比电阻的影响 nLo

60、g10resistivity, cm 2021-7-6环境工程学环境工程学大气篇大气篇97 6.3.3 电除尘器的类型和结构电除尘器的类型和结构 v （1）静电除尘器的分类静电除尘器的分类 双区电除尘器双区电除尘器 通风空气的净化和某些轻工业部门通风空气的净化和某些轻工业部门 单区电除尘器单区电除尘器 控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染 管式电除尘器用于气体流量小，含雾滴气体，或需管式电除尘器用于气体流量小，含雾滴气体，或需 要用水洗刷电极的场合要用水洗刷电极的场合 板式电除尘器为工业上应用的主要型式，气体处理板式电除尘器为工业上应用的主要型式，气体处理 量一般为量一