第三节 颗粒物污染控制技术

除尘装置

Adustcollectorisasystemusedtoenhancethequalityofairreleasedfromindustrialprocessesbycollectingdustandotherimpuritiesfromairorgas.Designedtohandlehigh-volumedustloads,adustcollectorsystemconsistsofablower,dustfilter,afilter-cleaningsystem,anddustremovalsystem.机械除尘器Inertialseparators电除尘器Electrostaticprecipitators湿式除尘器Wetscrubbers袋式除尘器Fabricfilters一.机械除尘器机械除尘器Inertialseparatorsseparatedustfromgasstreamsusingacombinationofforces,suchascentrifugal离心力,gravitational重力,andinertial惯性力.Theseforcesmovethedusttoanareawheretheforcesexertedbythegasstreamareminimal.Theseparateddustismovedbygravityintoahopper,whereitistemporarilystored.重力沉降室Settlingchambers惯性除尘器Inertialseparators旋风除尘器Cyclonicseparation1.重力沉降室Settlingchambers重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置Asettlingchamberconsistsofalargeboxinstalledintheductwork.Theincreaseofcrosssectionareaatthechamberreducesthespeedofthedust-filledairstreamandheavierparticlessettleout.气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降层流式和湍流式两种层流式重力沉降室沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q

尘粒从沉降室顶部到底部所需时间沉降室内的停留时间层流式重力沉降室对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?层流式重力沉降室提高沉降室效率的主要途径降低沉降室内气流速度增加沉降室长度降低沉降室高度沉降室内的气流速度一般为0.3～2.0m/s不同粉尘的最高允许气流速度层流式重力沉降室多层沉降室：使沉降高度减少为原来的1/（n+1），其中n为水平隔板层数

考虑清灰的问题，一般隔板数在3以下多层沉降室1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板1.重力沉降室重力沉降室的优点结构简单投资少压力损失小（一般为50～100Pa）维修管理容易缺点体积大效率低，50μm以上的大颗粒仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子2.惯性除尘器BafflechamberBafflechambersuseafixedbaffleplatethatcausestheconveyinggasstreamtomakeasuddenchangeofdirection.Large-diameterparticlesdonotfollowthegasstreambutcontinueintoadeadairspaceandsettle.Bafflechambersareusedasprecleaners机理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作用，使其与气流分离

惯性除尘器结构形式冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子回转式－改变气流方向捕集较细粒子冲击式惯性除尘装置a单级型b多级型回转式惯性除尘装置a弯管型b百叶窗型c多层隔板型惯性除尘器应用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，捕集10～20µm以上的粗颗粒压力损失100～1000Pa3.旋风除尘器

CentrifugalcollectorsCentrifugalcollectorsusecyclonicactiontoseparatedustparticlesfromthegasstream.Inatypicalcyclone,thedustgasstreamentersatanangleandisspunrapidly.Thecentrifugalforcecreatedbythecircularflowthrowsthedustparticlestowardthewallofthecyclone.Afterstrikingthewall,theseparticlesfallintoahopperlocatedunderneathAhighspeedrotating(air)flowisestablishedwithinacylindrical圆柱形orconical圆锥形containercalledacyclone.Airflowsinahelical螺旋形pattern,beginningatthetop(wideend)ofthecycloneandendingatthebottom(narrow)endbeforeexitingthecycloneinastraightstreamthroughthecenterofthecycloneandoutthetop.Larger(denser)particlesintherotatingstreamhavetoomuchinertiatofollowthetightcurveofthestream,andstriketheoutsidewall,thenfalltothebottomofthecyclonewheretheycanberemoved.Inaconicalsystem,astherotatingflowmovestowardsthenarrowendofthecyclone,therotationalradius旋转半径ofthestreamisreduced,thusseparatingsmallerandsmallerparticles.利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置

旋风除尘器内气流与尘粒的运动普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成

气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋

少量气体沿径向运动到中心区域

旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋

气流运动包括切向、轴向和径向：切向速度、轴向速度和径向速度

旋风除尘器气流与尘粒的运动旋风除尘器内气流与尘粒的运动切向速度决定气流质点离心力大小，颗粒在离心力作用下逐渐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上涡旋－气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素

二次效应－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临界入口速度旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素（续）比例尺寸在相同的切向速度下，筒体直径愈小，离心力愈大，除尘效率愈高；筒体直径过小，粒子容易逃逸，效率下降。锥体适当加长，对提高除尘效率有利排出管直径愈少分割直径愈小，即除尘效率愈高；直径太小，压力降增加，一般取排出管直径de=（0.4～0.65）D。旋风除尘器排出管以下部分的长度应当接近或等于l，筒体和锥体的总高度以不大于五倍的筒体直径为宜。

旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素（续）除尘器下部的严密性在不漏风的情况下进行正常排灰

锁气器(a)双翻板式(b)回转式

旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素（续）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

旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素（续）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，重新卷入气流中，除尘效率下降

a.直入切向进入式b.蜗壳切向进入式c.轴向进入式旋风除尘器影响旋风除尘器效率的因素（续）进口和出口形式切入式蜗壳式轴向式

3.旋风除尘器优点结构简单占地面积小、投资少、操作维修方便压力损失中等、动力损失不大适用于高温、高压及有腐蚀性的气体，并可直接回收干物质一般用于捕集5~15μm以上的颗粒物，除尘效率可大80%。缺点：对粒径小于5μm的颗粒物捕集效率不高。二.静电除尘器ElectrostaticPrecipitator旋风除尘器对于

dp<5μm的粒子效率低，必须借助外力（电场力等）捕集更小的粒子使尘粒荷电并在电场力的作用下沉积在集尘极上与其他除尘器的根本区别在于，分离力直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上具有耗能小、气流阻力小的特点Anelectrostaticprecipitator(ESP)isafiltrationdevicethatremovesfineparticles,likedustandsmoke,fromaflowinggasusingtheforceofaninducedelectrostaticchargeminimallyimpedingtheflowofgasesthroughtheunit.Electrostaticprecipitatorsuseelectrostaticforces静电力toseparatedustparticlesfromexhaustgases.Anumberofhigh-voltage高电压,direct-current直流电dischargeelectrodes电极areplacedbetweengroundedcollectingelectrodes.Thecontaminatedgasesflowthroughthepassageformedbythedischargeandcollectingelectrodes.Theairborneparticlesreceiveanegativecharge负电荷astheypassthroughtheionizedfieldbetweentheelectrodes.Thesechargedparticles带电颗粒arethenattractedtoagroundedorpositivelychargedelectrodeandadheretoit.电除尘器电除尘器的主要优点压力损失小，一般为200～500Pa处理烟气量大，可达105～106m3/h能耗低，大约0.2～0.4kWh/1000m3对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99％可在高温或强腐蚀性气体下操作1.电除尘器的工作原理四个基本过程电晕放电悬浮粒子荷电－高压直流电晕带电粒子在电场内迁移和捕集－延续的电晕电场（单区电除尘器）或光滑的不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘器）捕集物从集尘表面上清除－振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗电晕放电金属丝放出的电子迅速向正极移动，与气体分子撞击使之离子化气体分子离子化的过程又产生大量电子－雪崩过程远离金属丝，电场强度降低，气体离子化过程结束，电子被气体分子捕获气体离子化区域－电晕区自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源粒子荷电两种机理电场荷电或碰撞荷电－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扩散荷电－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

粒子的主要荷电过程取决于粒径大于0.5m的微粒，以电场荷电为主小于0.15m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。荷电粒子的迁移与沉积荷电粒子在电场力作用下，将朝着与其电性相反的集尘极移动。颗粒荷电越多，所处位置的电场强度越大，则迁移速度越大。比电阻小，造成二次飞扬比电阻大，形成与集尘极电性相反的带电积尘层被捕集粉尘的清除电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积

粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性，一般方法采取振打清灰方式清除

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3.电除尘器结构电晕电极集尘极清灰装置气流分布装置电除尘器结构－电晕电极电晕电极

常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等

电晕线的一般要求：起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极距、易清灰等

a.圆形线

b.星形线

c.锯齿线

d.芒刺线电除尘器结构－集尘极集尘极集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量

（约占总耗量的40％～50%）有很大影响性能良好的集尘极应满足下述基本要求振打时粉尘的二次扬起少单位集尘面积消耗金属量低极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形振打时易于清灰，造价低电除尘器结构－清灰装置机械振打、电磁振打、刮板清灰、水膜清灰等电除尘器结构－气流分布板电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响为保证气流分布均匀，在进出口处应设变径管道，进口变径管内应设气流分布板最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽形钢式和栏杆型分布板三.袋式除尘器fabriccollectorsCommonlyknownasbaghouses,fabriccollectorsusefiltrationtoseparatedustparticulatesfromdustygases.Theyareoneofthemostefficientandcosteffectivetypesofdustcollectorsavailableandcanachieveacollectionefficiencyofmorethan99%forveryfineparticulates.Dust-ladengasesenterthebaghouseandpassthroughfabricbagsthatactasfilters.Thebagscanbeofwoven织物orfeltedcotton绒棉,synthetic合成的,orglass-fiber玻璃纤维materialineitheratubeorenvelopeshape.工作原理截留、惯性碰撞除尘器工作原理工作原理扩散、电沉积除尘器工作原理工作原理筛分袋式除尘器采用纤维织物作滤料的袋式除尘器，在工业尾气的除尘方面应用较广

对细粉的捕集效率高，一般可达99%以上性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用袋式除尘器的工作原理含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中粉尘因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作

用，在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉层初层2.袋式除尘器的滤料对滤料的要求容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低使用寿命长，耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适用于含尘浓度低、粘性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高表面起毛（绒）的滤料容尘量大，粉尘能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰

袋式除尘器的滤料滤料种类

按滤料材质分天然纤维棉毛织物，适于无腐蚀、350～360K以下气体无机纤维主要指玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温；质地脆合成纤维性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用领域3.袋式除尘器的清灰

清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的常用的清灰方式有三种机械振动式

Shaking逆气流清灰Reverseair脉冲喷吹清灰Pulsejet袋式除尘器的清灰机械振动清灰

机械振动袋式除尘器的过滤风速一般取1.0～2.0m/min，压力损失为800－1200Pa袋式除尘器的清灰机械振动清灰此类型袋式除尘器的优点是工作性能稳定，清灰效果较好缺点是滤袋常受机械力作用，损坏较快，滤袋检修与更换工作量大清洁气体出口灰斗滤袋清洁气体一侧含尘气体入口固定孔板典型机械振动式布袋除尘器袋式除尘器的清灰逆气流清灰

过滤风速一般为0.5～2.0m/min，压力损失控制范围1000～1500Pa

这种清灰方式的除尘器结构简单，清灰效果好，滤袋磨损少，特别适用于粉尘粘性小，玻璃纤维滤袋的情况袋式除尘器的清灰脉冲喷吹清灰

利用4～7atm的压缩空气反吹，压缩空气的脉冲产生冲击波，使滤袋振动，粉尘层脱落必须选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续时间

（通常为0.1一0.2s）每清灰一次，叫做一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s袋式除尘器的清灰脉冲喷吹清灰清洁气体脉冲气体集流箱脉冲管滤袋含尘气体入口隔膜阀管板进气栅板支撑框典型脉冲喷灰式布袋除尘器四.湿式除尘器

WetScrubbers使含尘气体与液体

（一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置

Dustcollectorsthatuseliquidareknownaswetscrubbers.Inthesesystems,thescrubbingliquid(usuallywater)comesintocontactwithagasstreamcontainingdustparticles.Greatercontactofthegasandliquidstreamsyieldshigherdustremovalefficiency可以有效地除去直径为0.1～20μm的液态或固态粒子，亦能脱除气态污染物高能和低能湿式除尘器低能湿式除尘器Low-energyscrubbers的压力损失为0.2～1.5kPa，对10μm以上粉尘的净化效率可达90％～95%高能湿式除尘器High-energyscrubbers的压力损失为2.5～9.0kPa，净化效率可达99.5％以上湿式除尘器的优点

在耗用相同能耗时，比干式机械除尘器高。高能耗湿式除尘器清除0.1m以下粉尘粒子，仍有很高效率可与静电除尘器和布袋除尘器相比，而且还可适用于它们不能胜任的条件，如能够处理高温，高湿气流，高比电阻粉尘，及易燃易爆的含尘气体在去除粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些气态污染物。既起除尘作用，又起到冷却、净化的作用湿式除尘器的缺点

排出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应重复回用

净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水具有一定程度的腐蚀性，因此要特别注意设备和管道腐蚀问题不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体寒冷地区使用湿式除尘器，容易结冻，应采取防冻措施

Thereisalargevarietyofwetscrubbers;however,allhaveoneofthreebasicconfigurations:1.Gas-humidificationThegas-humidificationprocessagglomeratesfineparticles,increasingthebulk,makingcollectioneasier2.Gas-liquidcontact气液接触Thisisoneofthemostimportantfactorsaffectingcollectionefficiency.Theparticleanddropletcomeintocontactbyfourprimarymechanisms:a)Inertialimpaction惯性碰撞b)Interception拦截c)Diffusion扩散d)Condensationnucleation凝结成核a)Inertialimpaction-Whenwaterdropletsplacedinthepathofadust-ladengasstream,thestreamseparatesandflowsaroundthem.Duetoinertia,thelargerdustparticleswillcontinueoninastraightpath,hitthedroplets,andbecomeencapsulated.b)Interception-Finerparticlesmovingwithinagasstreamdonothitdropletsdirectlybutbrushagainstandadheretothem.c)Diffusion-Whenliquiddropletsarescatteredamongdustparticles,theparticlesaredeposited沉积onthedropletsurfacesbyBrownianmovement,ordiffusion.Thisistheprincipalmechanisminthecollectionofsubmicrometre亚微米dustparticles.d)Condensationnucleation-Ifagaspassingthroughascrubberiscooledbelowthedewpoint露点,condensationofmoistureoccursonthedustparticles.Thisincreaseinparticlesizemakescollectioneasier.3.Gas-liquidseparation气液分离Regardlessofthecontactmechanismused,asmuchliquidanddustaspossiblemustberemoved.Oncecontactismade,dustparticulatesandwaterdropletscombinetoformagglomerates.Astheagglomeratesgrowlarger,theysettleintoacollector.The“cleaned”gasesarenormallypassedthroughamisteliminator除雾器(demisterpads)toremovewaterdropletsfromthegasstream.Thedirtywaterfromthescrubbersystemiseithercleanedanddischargedorrecycledtothescrubber.Dustisrem