沈阳农业大学土地与环境学院环境工程概论课件-第三章

除尘装置从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置

湿式除尘装置

干式除尘装置

按分离原理分类：重力除尘装置（机械式除尘装置）

惯性力除尘装置（机械式除尘装置）离心力除尘装置（机械式除尘装置）洗涤式除尘装置过滤式除尘装置电除尘装置声波除尘装置

第一节机械除尘器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，常用的有：重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器

一、流体阻力

由于颗粒具有一定的形状，运动时必须排开其周围的流体，导致其前面的压力较后面大，产生了所谓形状阻力。

此外，颗粒与其周围流体之间存在摩擦，导致了所谓的摩擦阻力。

通常把形状阻力和摩擦阻力同时考虑在一起，成为流体阻力。流体阻力的大小决定于颗粒的形状、粒径、表面特性、运动速度及流体的种类和性质。阻力的方向总是和速度向量方向相反，其大小为：式中：CD——由实验确定的阻力系数（无因次）；Ap——颗粒在其运动方向上的投影面积，m2。对球型颗粒Ap=πdp2/4；ρ——流体的密度，kg/m3；

u——颗粒与流体之间的相对运动速度，m/s当Rep≤1时，颗粒运动处于层流状态，CD与Rep近似呈直线关系

这就是著名的斯托克斯（Stokes）阻力定律。通常把Rep≤1的区域称为斯托克斯区域。二、重力沉降室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

由于加速运动阶段非常短，往往可以忽略，认为整个沉降过程可看作在恒定的速度下进行。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。

（一）层流式重力沉降室3点假设水平气流速度是均匀的，并呈层流状态在沉降室入口断面上的粉尘分布是均匀的在气流流动方向上尘粒与气流具有同一速度纵剖面示意图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

气流在沉降室内的停留时间在t时间内粒子的沉降距离该粒子的除尘效率

静止流体中的单个球形颗粒，在重力作用下沉降时，所受作用力有重力FG、流体浮力FB和流体阻力FD，三力平衡关系式为：

讨论：对于斯托斯区域的颗粒，Stokes颗粒的重力沉降末端速度：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=?

由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分级效率公式的一半作为实际分级效率

（二）层流式重力沉降室的设计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不同粉尘的最高允许气流速度0.3～2.0m/s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（三）重力沉降室的优缺点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（40~70%）仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子沉降室适宜净化密度大、颗粒粗的粉尘，特别是磨损性很强的粉尘。经过精心设计，能有效的50μm以上的尘粒，不宜捕集小于20μm的粉尘。例题1：设计一锅炉烟气除尘用的沉降室。已知：烟气量Q=2800m3/h，烟气温度t=150℃，烟尘真密度ρp=2100kg/m3，要求能去除掉粒径为50μm以上的烟尘。（150℃时，烟气粘度近似取空气粘度值μ=2.4×10-5Pa.s）1、根据ρp、dp、求us；2、假设沉降室内的气流水平速度v0（0.2~2m/s）；（0.5m/s）3、假定沉降室的高度H（或宽度W），尺寸过大则分层；（1.5m）4、计算确定长度L和宽度W（或高H），获得沉降室尺寸：L·W·H=5、验算粒径dmin。

H/us=L/v0

三、惯性除尘器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碰撞式－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碰撞式惯性除尘装置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100～1000Pa四、旋风除尘器

利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置，一般用来捕集5～15μm以上的尘粒，除尘效率可达80％

旋风除尘器的工作原理

含尘气体由进口切向进入后，沿筒体内壁由上向下作圆周运动，并有少量气体沿径向运动到中心区内。这股向下的气流大部分到达锥体顶部附近时折转向上，在中心区域旋转上升，最后由排气管排出。这股气流作向上旋转运动时，也同时进行着径向的离心运动。旋风除尘器内气流与尘粒的运动＊气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋＊旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋＊内、外涡流旋转方向相同＊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，最后从排出管排出优点：结构简单、占地面积小，投资低，操作维修方便，压力损失中等，动力消耗不大，可用于各种材料制造，能用于高温、高压及腐蚀性气体，并可回收干颗粒物。缺点：除尘效率在80%左右，捕集<5μm颗粒的效率不高，粉尘浓度较高时一般作多级除尘预除尘用。旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布

切向速度是决定气流和速度大小的主要速度分量，也是决定气流质点离心力和尘粒捕集效率的主要因素

外旋流切向速度uθ随半径减小而增加，最大值位于内、外旋流的交界面上，该交界面圆柱面的直径

d0＝(0.6~1.0)dede——出口直径

旋风除尘器为研究方便，通常把内外旋流气体的运动分解成三个速度分量：切向速度（uθ），径向速度（ur），轴向速度切向速度：是决定气流速度大小的主要速度分量，也决定质点离心力大小，通常：

uθrn＝常数（n≦1）

r－气流质点的旋转半径即距离除尘器轴心的距离，m

n＝1－[1－0.67(D)0.14]·(T/283)0.3

D－旋风除尘器圆筒直径，mT－气体的温度，K

径向速度：因内外流性质不同，所以矢量方向不同，但可以近似认为气流的平均径向速度

ur＝Q/2πr0h0

Q－除尘器处理气量。m3/s

r0、h0－分别为交界圆柱面的半径和高度，m轴向速度：与径向速度类似，视内外旋流而定，外旋流轴向向下，内旋流向上旋风除尘器旋风除尘器的压力损失△P＝

ρu2/2ρ—进口气体密度，kg/m3

u—进口气体速度，m/s

—旋风除尘器阻力系数

=16A/de2A—进口面积；de—排气筒直径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2kPa旋风除尘器型式XLTXLT⁄AXLP⁄AXLP⁄Bξ5.36.58.05.8旋风除尘器旋风除尘器的除尘效率计算分割直径是确定除尘效率的基础在交界面上，离心力FCut0－交界面处气流的切向速度设气体处于层流状态，则径向向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD

ur－交界面上的径向速度可由：ur＝Q/2πr0h0估算若

FC>FD

，颗粒移向外壁若

FC<FD，颗粒进入内涡旋当

FC=FD时，颗粒处于平衡，即有50%的可能进入外涡旋，既除尘效率为50%

。普通旋风除尘器是由以下等部分组成

排气管进气管筒体锥体

影响效率的因素（三）分离器的气密性除尘器下部（排灰口）的严密性,渗入外部空气,可使效率显著下降。（一）工作条件入口速度12~25m/s气体物理性质：气体温度或粘度η粉尘粒径η

（二）结构尺寸筒体直径

η适当增加椎体高度Hη3、筒体和锥体总高度H=5D为宜,长锥体可提高效率.1、进口速度u↑:dc50↓,η↑,ΔP↑,但u过大二次扬尘增加,一般u=12～25m/s.2、筒体直径D↓,η↑,一般D≤0.8m;排管Dp↓,η↑,一般Dp=(0.5～0.6)D.4、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.5．分离器的气密性漏风率：0%、5%、15%η：90%、50%、0要求保证旋风器的严密性。旋风器一般：①用于粒子较大（>10μm）的场合；②除尘效率不太高；

③浓度较高时作为初级处理；④可串联使用。

旋风除尘器的分类及选型（一）旋风除尘器的分类1．按气体流动状况分：切流返转式旋风除尘器：常用的型式为直入式和螺壳式。含尘气体由筒体沿侧面沿切线方向导入。轴向式旋转除尘器：轴向直流式和轴向反旋式。2．按结构形式分：圆筒体、长锥体、旁通式、扩散式。a.直入切向进入式b.蜗壳切向进入式c.轴向进入式3、按除尘效率和处理风量分：

高效旋风除尘器高流量旋风除尘器通用旋风除尘器筒体直径较小（<900mm），效率高：>95%。K=6~13.5直径较大（1.2~3.6m），处理流量大。除尘效率：50~80%。K<3K=4~6，除尘效率：80~90%相对截面比（K）：筒体截面面积和进气口截面面积之比。4、按结构形式分：

由多个相同构造形状和尺寸的小型旋风除尘器（又叫旋风子）组合在一个壳体内并联使用。具有处理风量大,除尘效率较高的特点。（1）多管旋风除尘器

多管旋风除尘器

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。（2）旁路式旋风除尘器

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。（3）扩散式旋风除尘器5、按旋风除尘器排灰装置：

(a)双翻板式(b)回转式第二节湿式除尘器使含尘气体与液体

（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

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的压力损失为0.25~1.5kPa，对10μm以止粉尘的净化效率可达90~95%高能湿式除尘器的压力损失为2.5~9.0kPa，净化效率可达99.5％以上湿式除尘器旋风洗涤器重力喷雾洗涤器湿式除尘器泡沫（板式）洗涤器文丘里洗涤器根据湿式除尘器的净化机理，大致分为a重力喷雾洗涤器b旋风洗涤器c自激喷雾洗涤器d泡沫（板式）洗涤器e填料洗涤器f文丘里洗涤器g机械诱导喷雾洗涤器湿式除尘器主要湿式除尘装置的性能和操作范围装置名称气体流速（m/s）液气比（l/m3）压力损失（Pa）分割直径（μm）喷淋塔0.1－22－3100－5003.0填料塔0.5－12－31000－25001.0旋风洗涤器15－450.5－1.51200－15001.0转筒洗涤器（300－750r/min）0.7－2500－15000.2冲击式洗涤器10－2010－500－1500.2文丘里洗涤器60－900.3－1.53000－80000.1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0.1

m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

湿式除尘器的除尘方式主要有四种：①液体介质与尘粒之间的惯性碰撞和拦截；②微细尘粒与液滴之间的扩散接触；③加湿的尘粒相互凝并；④饱和态高温烟气降温时，以尘粒为凝结核凝结。

湿式除尘器的除尘机理

湿式除尘机理涉及各种机理中的一种或几种。主要是惯性碰撞、扩散效应、粘附、扩散漂移和热漂移、凝聚等作用。

1.惯性碰撞参数与除尘效率惯性碰撞是湿式除尘的一个主要机理。现讨论尘粒、液滴和气流性质对碰撞的影响问题，为简化起见，现考虑下述模型：

简化模型含尘气体与液滴相遇，在液滴前xd处开始绕过液滴流动，惯性较大的尘粒继续保持原来的直线运动。尘粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离为粒子的停止距离xs，若xs大于xd；尘粒和液滴就会发生碰撞惯性碰撞参数与除尘效率定义惯性碰撞参数NI：停止距离xs与液滴直径Dc的比值对球形斯托克斯粒子，惯性碰撞参数又叫做斯托克斯准数τ：驰豫时间，τ＝dp2ρp/18μu0：未被扰动的上游气流相对捕集体的流速，m/sup：在流动方向上粒子的运动速度，m/suD：液滴运动速度，m/sDc：液滴直径

对于粒径小于5μm的粒子，必须考虑坎宁汉修正系数C惯性碰撞参数与除尘效率除尘效率：NI值越大，粒子惯性越大，则ηII越高

拦截作用拦截是指尘粒在水滴上直接被阻截，尘粒被水润湿进入水滴内部，或粘附在水滴表面，使尘粒与含尘气流分离。被拦截的尘粒必须质量很小，且具有一定尺寸，当流线绕过水滴拐弯时，它不会离开流线。这时只要尘粒中处在围绕捕集物（水滴）流过而相距捕集物不超过dp/2的流线上，尘粒就与捕集物（水滴）接触而被拦截。尘粒在水滴上的拦截作用可用直接拦截比描述，该比值称为拦截参数Kp，可表示为

拦截作用主要取决于尘粒的粒径与水滴DL大小，dp越大，DL越小，拦截参数Kp越大，拦截效率越高。

假定所有液滴具有相同直径液滴进入洗涤器后立刻以终末速度沉降液滴在断面上分布均匀、无聚结现象喷雾塔洗涤器

圆柱形的喷雾塔是一种最简单的湿式除尘装置。在逆流式喷雾塔中，含尘气体向上运动，液滴由喷嘴喷出向下。因颗粒和液滴之间的惯性碰撞、拦截和凝聚等作用，使较大的粒子被液滴捕集。假如气体流速较小，夹带了颗粒的液滴将因重力作用而沉于塔底。为保证塔内气流分布均匀，常采用孔板型气流分布板。通常在塔的顶部安装除雾器，以除去那些十分小的液滴。喷雾塔结构简单、压力损失小，操作稳定，经常与高效洗涤器联用捕集粒径较大的粉尘严格控制喷雾的组成，保证液滴大小均匀，对有效的操作是很有必要喷雾塔洗涤器

立式逆流喷雾塔靠惯性碰撞捕集粉尘的效率可以用下式预估ut

一液滴的终末沉降速度，m/sVG－空塔断面气速，m/sz－气液接触的总塔高度，m

d－单个液滴的碰撞效率优点喷雾塔结构简单压力损失小（500Pa）操作稳定工程中一般主要用于废气的预处理。严格控制喷雾的过程，保证液滴大小均匀，对有效的操作很有必要。缺点除尘效率低，对10μm粉尘的除尘效率仅70%左右。旋风洗涤器

干式旋风分离器内部以环形方式安装一排喷嘴，就构成一种最简单的旋风洗涤器

含尘气体由筒体的下部切向引入，水通过轴上安装的多头喷嘴喷出，径向喷出的水雾与螺旋形旋转气流相碰，使颗粒被捕集下来。如果在喷雾段上面有足够的高度，也能起一定的除雾作用。喷雾作用发生在外涡旋区，并捕集尘粒，携带尘粒的液滴被甩向旋风洗涤器的湿壁上，然后沿壁面沉落到器底。在出口处通常需要安装除雾器。旋风水膜除尘器

喷雾沿切向喷向筒壁，使壁面形成一层很薄的不断下流的水膜含尘气流由筒体下部导入，旋转上升，靠离心力甩向壁面的粉尘为水膜所粘附，沿壁面流下排走

文丘里洗涤器

文丘里除尘器是一种高效湿式除尘洗涤器，常用在高温烟气降温和除尘上，其结构见下图，由收缩管、喉管和扩散组成。含尘气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，气流的压力能逐渐转变为动能，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。充分雾化是实现高效除尘的基本条件。进气管通常假定微细尘粒以气流相同的速度进入喉管洗涤液滴的轴向初速度为零，由于气流曳力在喉管部分被逐渐加速。在液滴加速过程中，由于液滴与粒子之间惯性碰撞，实现微细尘粒的捕集碰撞捕集效率随相对速度增加而增加，因此气流入口速度必须较高

压力损失

文丘里除尘器内高速气流的动能要用于雾化和加速液滴，因而气流的压力损失自然大于其他湿式和干式除尘器。（1）卡尔弗特Δp的单位为cmH2O，vT喉管气流速度，cm/s，QL液体的流量；Qg气体的流量；二者单位相同。（2）海斯凯茨Δp的单位为Pa；A为喉管的横断面积，m2；vT喉管气流速度，m/s除尘效率卡尔弗特等人提出计算通过率的经验公式为和－分别为洗涤液和粉尘的密度，g/cm3；－气体粘度，10－1Pa.s；－文丘里洗涤器压力损失，cmH2O。－粉尘粒径，μm；一经验常数，在该表达式中为0.1～0.4。LrPrgmPDpdf和－分别为洗涤液和粉尘的密度，g/cm3－气体粘度，10－1Pa.s；－文丘里洗涤器压力损失，cmH

。－粉尘粒径，μm；一经验常数，在该表达式中为0.1～0.4。LrPrgmPDpdfO2c—肯宁汉修正系数，c=1+0.65/dp例题：以液气比为1.0L/m3的速率将水喷入文丘里洗涤器的喉部，气体流速为122m/s，密度和粘度分别为1.15kg/m3和

2.08×10－5Pa∙s，喉管横断面积为0.08m2，参数f取为0.25，对于粒径为1.0μm、密度为1.5g/m3的粒子，试确定气流通过该洗涤器的压力损失和粒子的通过率。解:由式现在运用海斯凯茨提出的公式得估算粒子的通过率：

自激喷雾洗涤器

由具有一定动能的气流直接冲击到液体表面上以形成雾滴的洗涤器称为“自激喷雾式”洗涤器。优点：高含尘浓度时能维持高的气流量，耗水量小。第三节过滤式除尘器使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置分类空气过滤器滤纸或玻璃纤维颗粒层除尘器砂、砾、焦炭等颗粒物袋式除尘器纤维织物除尘器工作原理工作原理截留、惯性碰撞工作原理扩散、电沉积工作原理筛分袋式除尘器采用纤维织物作滤科的袋式除尘器（主要讨论），在工业尾气的除尘方面应用较广

除尘效率一般可达99%以上效率高，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，落人灰斗中粉尘因截留、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

常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，一般为20-50

m，表面起绒的滤料为5-10

m，因而新鲜滤料的除尘效率较低，在使用一段时间后，尘粒在滤布上由于筛虑、碰撞、拦截、静电和扩散及重力沉降等作用，粗尘粒首先被阻留，并在网孔之间集结形成孔径小的通气孔，逐渐在滤布表面形成一层粉尘初层。粉尘初层的形成，使滤布成为对粗、细尘粒皆可有效捕集的滤料，这是滤尘效率剧增，阻力也增大。滤布只不过起着形成颗粒初层和支撑它的骨架作用。随着颗粒在滤袋上积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。另外，若除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，影响生产系统的排风效果。因此，除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰。袋式除尘器的工作原理新鲜滤料的除尘效率较低粉尘初层形成后，成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率随着粉尘在滤袋上积聚，滤袈两侧的压力差增大，会把己附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降

除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，因此除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰清灰不应破坏粉尘初层袋式除尘器的工作原理袋式除尘器的分级效率曲线

袋式除尘器除尘效率的影响因素粉尘负荷过滤速度烟气实际体积流量与滤布面积之比，也称气布比过滤速度是一个重要的技术经济指标。选用高的过滤速度，所需要的滤布面积小，除尘器体积、占地面积和一次投资等都会减小，但除尘器的压力损失却会加大。一般来讲，除尘效率随过滤速度增加而下降过滤速度的选取还与滤料种类和清灰方式有关袋式除尘器的除尘效率丹尼斯

（Dennis）和克莱姆（Klemm）提出了一系列方程，以预测袋式除尘器的粉尘出口浓度和穿透率

－粉尘出口浓度，g/m3－无量纲常数－表面过滤速度，m/s－粉尘入口浓度，g/m3－脱落浓度（常数），g/m3－粉尘负荷，g/m2

DennisandKlemm取=0.5袋式除尘器的压力损失

压力损失：重要的技术经济指标，不仅决定着能量消耗，而且决定着除尘效率和清灰间隔时间等。

袋式除尘器的压力损失△p由通过清洁滤料的压力损失△pf

和通过颗粒层的压力损失△pp组成。对于相对清洁的滤袋△pf大约为100~130Pa。当颗粒层形成后，压力损失为500~570Pa时，除尘效率达99%;当压力损失接近1000Pa，一般需要对滤袋清灰。K—颗粒层或滤料的渗透率；量纲是长度的平方，m2；

x—颗粒层或滤料厚度，m；

v—过滤气速，m/s。

渗透率K

是沉积粉尘层性质，如孔隙率、比表面积、孔隙大小分布和粉尘粒径分布等的函数。达西方程的一般形式：

根据达西方程，则总压力损失为：对于给定的滤料和操作条件，滤料的压力损失

基本上是一个常数通过袋式除尘器的压力损失主要由

决定由于袋式除尘器一般过滤速度很小，滤布上的网孔也小，气体流动处在层流状态，因而根据达西定理其阻力可以表示为：

ΔPf=ξ0μgvf

ξ0——清洁滤布的阻力系数，m-1，各种滤料的值可由实验求得；

μg——气体粘度，Pa·s；

v——过滤气速，m/s。粉尘层的阻力ΔPp，可用类似的公式表示

ΔPp=αmμgvf

所以压力损失可表示为：

ΔP=ΔP0+ΔPp=ξ0μgvf+αmμgvf

=(ξ0

+αm)μgvf=ξμgvf

ξ—总阻力系数，m-1

m—滤料上的粉尘负荷，kg/m2，m=Ga/A

α—粉尘层的平均比阻力，m/kg，1010~1011

Ga—滤料上粘附的粉尘量，kg

A—滤料的有效过滤面积，m2

假设进气口的含尘浓度为Ci（kg/m3），出口处粉尘浓度忽略不计，过滤时间为t，滤布上粘附的粉尘量Ga和粉尘负荷m分别为：

Ga=CiAvftm=Ci

vft

所以t秒后粉尘层的压力损失为：

ΔPp=αmμgvf=αμgCivf

2t

例题：以袋式除尘器处理常温常压的含尘气体，过滤速度uf=1m/min，滤布阻力系数ξ0=2×107m-1，粉尘层平均比阻力α=5×1010m/kg，堆积粉尘负荷m=0.1kg/m2，试求压力损失。μ=1.8×10-5Pa·sΔP=ΔP0+ΔPp=(ξ0

+αm)μgvf

=(2×107+5×1010×0.1)×

1.8×10-5×

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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滤料种类

按滤料结构分滤布（编织物）毛毡－工艺简单；致密，除尘效率高；容尘量小，易于清灰滤料名称直径/

m

耐温/K吸水性/%耐酸性耐碱性强度长期最高棉织物（植物短纤维）10-20348-3583688很差稍好1蚕丝（动物长纤维）18353-36337316-22------羊毛（动物短纤维）5-15353-36337310-15稍好很差0.4尼龙348-3583684.0-4.5稍好好2.5奥纶398-4084236好差1.6涤纶（聚腊）4134336.5好差1.6玻璃纤维(用硅酮树脂处理)5-8523--4.0好差1芳香族聚酰胺(诺梅克斯)4935334.5-5.0差好2.5聚四氟乙烯493-523--0很好很好2.5

几种常用滤料的性能

结构型式袋式除尘器的清灰

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

逆气流清灰脉冲喷吹清灰机械振动清灰

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三种方式：水平振动、垂直振动和扭曲振动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固定孔板典型机械振动式布袋除尘器含尘气体入口逆气流清灰

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脉冲喷吹清灰

虑速一般为2~4m/min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0.1~0.2s）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

如图所示，脉冲喷吹清灰经常采用上部开口、下部封闭的滤袋。含尘气体通过滤袋时粉尘被阻留于滤袋外表面上，净化后的气体由袋内经文丘里管进入上部净化箱，然后由出气口排走。为防止滤袋被压瘪，布袋内安置笼形支撑结构，毡制的滤袋常采用脉冲喷吹清灰，过滤速度由气体含尘浓度决定，一般为2-4m/min。

例题：用脉冲喷吹袋式除尘器净化常温气体，采用ξ0=4.8×107m-1的涤纶绒布，过滤风速uf=3.0m/min，粉尘层比阻力α=1.5×1010m/kg，堆积粉尘负荷m=0.1kg/m2，①试求压力损失；②若Ci=7.5g/m3，且△Pd≦1200Pa，则所需清灰的最大周期Tmax。第四节电除尘器电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置

主要作用过程：使尘粒荷电并在电场力的作用下移动沉积在集尘极上与其他除尘器的根本区别在于，除尘过程的分离力（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，因此具有耗能低、气流阻力小的特点直接作用的结果使得电除尘器比其它除尘器所需功率最少，气流阻力最小。它既不象重力沉降法或惯性法那样只限于回收粗粒子，也不象介质过滤法或洗涤法那样受到气体运动阻力的限制，由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以电除尘器也能有效地捕集亚微米级粒子。（1μm左右的）除尘效率一般可大于99%，对微小尘粒也有足够的捕集效率主要缺点是设备庞大，消耗钢材多，初投资大，要求安装和运行管理技术较高。电除尘是何种装置呢？概括而言，电除尘是利用强电场使气体发生电离，气体中的粉尘荷电在电场力的作用下，使气体中的悬浮粒子分离出来的装置。

一、静电除尘器分类和特点

静电除尘器主要由放电电极和集尘电极组成。

※放电电极（电晕极）是一根曲率半径很小的纤细裸露电线，上端与直流电源的一极相连，下端由吊锤固定位置

※

集尘电极是具有一定面积的管和板，它与电源的另一极相连。若在两极施加高压，则在放电电极附近的电场强度很大，而在集尘电极附近的电场强度相对很小，因此两极之间的电场是不均匀强电场。1.

按集尘电极的结构形式分类

（1）管式电除尘器

单管电除尘器结构如图所示。集尘极为

150-300mm的圆形金属管，管长为3-5m。放电极线（电晕线）用重锤悬吊在集尘极圆管的中心。管式电除尘器电场强度高且变化均匀，但清灰比较困难。常用于处理含尘气体量小或含雾滴的气体。（2）板式电除尘器

集尘极由多块一定形状的钢板组合而成。放电极（电晕极）均布在两平行集尘极间。两平行集尘极的距离一般为200-400mm，极板高度2-5m。板式电除尘器电场强度变化不均匀，清灰方便，制作安装容易2.

按气流流动方式分类

（1）立式电除尘器

一般管式电除尘器为立式电除尘器，含尘气流自下而上流过。立式电除尘器占地面积小，捕集效率高。

（2）卧式电除尘器

含尘气流沿水平方向流过完成除尘过程的电除尘器称为卧式电除尘器，容易实现对不同粒径粉尘的分离，有利于提高总除尘效率。安装高度比立式低，操作和维修方便。

在工业废气除尘中，卧式板式电除尘器是应用最广泛的一种，我国1972年提出的系列化设计SHWB型就属此类。卧式立式

电除尘器外观图3.

按电极在除尘器内的布置分类(1)单区电除尘器

集尘级和电晕极装在同一区域内，颗粒荷电和捕集在同一区域内完成。(2)双区电除尘器

集尘极系统和电晕极系统分别装在两个不同区域内，前区安装电晕极称电晕区，粉尘粒子在前区荷电；后区安装集尘极称为收尘区，荷电粉尘粒子在收尘区被捕集。双区电除尘器主要用于空调的空气净化方面。

4.

按清灰方式分类(1)干式电除尘器

干燥状态下采用机械振打、电磁振打和压缩空气等方法清除集尘极上粉尘的电除尘器称为干式电除尘器。有利于回收经济价值的粉尘，但容易产生二次扬尘。(2)湿式电除尘器

用水喷淋或用溢流水在集尘极表面形成一层水膜，使沉积在集尘极上的粉尘和水一起流到除尘器下部排出。湿式除尘器无二次扬尘，效率高，但清灰水需要处理，对设备有腐蚀。

二、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三、电除尘器的工作原理四个基本过程气体电离和电晕放电粉尘粒子荷电荷电粒子的迁移和捕集被捕集粉尘的清除1.气体电离和电晕放电

通常气体中只含有极其微量的自由电子和气体离子，可视为绝缘体。在电除尘器中，当两电极之间的电压达到一定值时，两电极间的气体将发生电离由绝缘状态转变为传导状态，即产生气体电离或电击穿，如电晕放电、辉光放电、火花放电及电弧放电。（1）电晕放电

电晕放电是一种不完全的电击穿，只是在放电极周围很薄的一气层中出现电击穿，两电极间的电流很小，在放电极周围的电离区内可以看见淡蓝色的光电或光环。而火花放电则是在放电极到集尘极之间有多条火花电击穿，传导电流较大。电除尘器中的气体电离和导电过程a-b：气体导电仅借助于气体中原有少量自由电子，电流随电压的升高而增大，电流的绝对值不高。b-c：极间导电电流几乎不变（没有新电离处的电子和离子参与导电），增加的电压主要是提高了原有自由电子的动能。1cm3一亿个以上起始电晕电压火花放电电压c-d：电压升高到c‘时由于气体中的电子已获得足够的动能，足以使与之碰撞的气体中性分子发生电离，产生新的电子和阳离子。失去能量的电子可与其他中性气体分子结合成为阴离子。新的电子和离子参与导电。当电子在电场中获得足够大的动能后，又与其他中性气体分子碰撞使其电离。新产生的电子数和离子数像“雪崩”似的按等比级数增加。在这一段产生的粒子数可达1亿/cm3以上。

注：起始电压越底，更易于放电。所以可通过延长cd段的时间，提高除尘效果。

电除尘器运行时应经常保持在两极间的气体处于不完全被击穿的电晕状态，应尽量避免产生短路现象。d-e：如果两极间的电压升到e’点，由于电晕区扩大，致使电极间产生火花或电弧。电极间出现火花或电弧说明极间气体全部击穿。火花放电时，极间电压急剧下降，同时在极短的时间内通过大量电流。离开放电电极一定距离，经多次碰撞已经失去能量，由于电场强度下降不足以使电子获得足够的能量再电离中性气体分子，电晕现象随之消失。

在两个曲率半径相差较大的金属阳极和阴极上，通以高压直流电，维持一个足以使气体电离的静电场。含尘气体在电晕极周围强电场作用下发生电离，形成气体离子和电子使粒子荷电。荷电粒子在电场力作用下向集尘极运动并在集尘极上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当集尘极上粉尘达到一定厚度时，借助振打机构使粉尘落入下部灰斗。可见，电除尘器的工作原理包括电晕放电、气体电离、粒子荷电、荷电粒子的迁移和捕集，以及清灰等过程。

起始电晕电压与烟气性质和电极形状、几何尺寸等因素有关，起始电晕所需要电场强度（皮克经验公式）

P—气体的压力，Pa；

P0—标准大气压，P=1.013×105Pa；

T—气体温度，K；

T0—标准状况下的气体温度，298K；

a—电晕极半径，m;

f—电晕极表面的粗糙度系数，清洁光滑的圆极线

f=1,实际可取0.6~0.7。

起始电晕电压－开始产生电晕电流所施加的电压

管式电除尘器内任一点的电场强度r—除尘器内任意一点距电晕线中心的距离，mE(r)—距电线中心距离r处的电场强度，V/ma—电晕极半径，mb—集尘极半径，mV—电晕极和集尘极之间的电压，V

在r=a时（电晕电极表面上），Ea=Ec，则管式电除尘器的起始电晕电压：例题：管式电除尘器P=0.1MPa，T=300，电晕线半径a=2mm，圆筒集尘极半径b=200mm，f取0.7，试求起始电晕电场强度和起始电晕电压。2.粉尘粒子荷电两种荷电机制：

◎电场荷电或碰撞荷电－

离子在电场力的作用下做定向运动与粉尘粒子碰撞，使其荷电，这种荷电称为电场荷电。

◎扩散荷电－

气体离子作不规则热运动时与粉尘粒子碰撞，使其荷电，这种荷电称为扩散荷电，dp<0.2

m。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。

（1）电场荷电

在电场中气体离子沿电力线运动时与粉尘粒子碰撞使其荷电。随着粉尘粒子荷电量的增加，粉尘粒子自身将产生局部电场，结果使附近的电力线向外偏转，于是减少了离子向粉尘粒子运动的机会，直至最后完全偏离粉尘粒子，这时粉尘粒子的电荷不再增加，达到饱和。

单个球形颗粒的饱和荷电量：qs—粉尘粒子饱和荷电量，C;

—粉尘粒子的相对介电常数，无量纲；

0—真空介电常数，8.85

10-12，C2V-1m-2或F/m;E—电场强度，V/m；dp—颗粒粒径，m。

可见，电场强度越高，颗粒越大，饱和荷电量越大。影响电场荷电的因素粒径dp和介电常数ε电场强度E0和离子密度N0

一般粒子的荷电时间仅为0.1s，相当于气流在除尘器内流动10~20cm所需要的时间，一般可以认为粒子进入除尘器后立刻达到了饱和电荷粒子荷电电荷累积粒子场强增加没有气体分子能够到达粒子表面，电荷饱和

（2）扩散荷电

由离子的热运动引起，不存在饱和荷电量。与离子热运动强度、碰撞几率、运动速度、粉尘粒子的大小和在电场里的停留时间等有关。

k—波尔兹曼常数，1.38

10-23J/K；T—气体温度，K;

u—气体离子的平均热运动速度，m/s；e—电子电量，1.6

10-19C；

0—真空介电常数，8.85

10-12，C2V-1m-2或F/m;

E—电场强度，V/m；dp—颗粒粒径，m；

N—电场中离子浓度，个/m3；t—粒子在电场中停留时间，s;

m—离子质量，kg。

（3）电场荷电和扩散荷电联合作用

粒径在0.15-0.5

m间的粉尘粒子，两种荷电机理获得的电荷数量级大致相同，荷电量可近似按两种机制荷电量叠加计算为：3.荷电粒子的迁移和捕集进入电场后的加速过程时间很短，可以忽略不计驱进速度——电场静电力与气体阻力相等时达到终末沉降速度：驱进速度与粒径和场强的关系当颗粒直径为2～50m时，与粒径成正比捕集效率一德意希分级效率方程：A——总集尘板面积，m2；Q——气体流量，m3/s