第二章烟尘的形成与控制课件.ppt

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1、第二章 烟尘的形成与控制,本章主要讨论以下问题： 尘的分类及 危害 尘的生成 影响烟尘生成的因素 烟尘的控制 CO的生成 除尘设备,2.1尘的危害及分类,一 尘的分类,2.1 尘的危害及分类,1 烟尘和粉尘 烟是燃烧、氧化、升华、蒸发和冷凝等热过程所形成的细粒子，粒径在1 m以下。 粉尘是指一些工业生产过程中的干燥、锻烧、筛分、破碎、研磨、输送等工序所形成的粒子，粒径一般为1200m。 烟尘系指工业生产过程中与废气同时排出的烟和粉尘的总称。 烟尘是在热过程中，在排尘过程中往往与有害气体一起排出；而粉尘是指筛分等过程产生的粒子，不与有害气体同时排出。,2.1 尘的危害及分类,2 降尘与飘尘 烟尘

2、按粒径大小分为降尘和飘尘。直径在10 m以上，由于其粒径大，在飘浮过程中能依靠其自身重量以较快的速度降落在地面上，这种烟尘称为降尘。 直径小于10 m的微粒，在空气中可长时间飘浮，称为飘尘或浮游粒子。飘尘因其颗粒小，可以长期在空中飘浮而不易沉降，小于0.1 m 的超细粒子甚至需要数年，可绕地球转而长年不落地面。飘尘对人体的影响较大。,2.1 尘的危害及分类,降尘对人体的影响不大，落在附近地面，则可造成土质污染。 飘尘对人体的危害较大。主要是通过呼吸道，危害程度取决于粒径的大小及其化学成分。粒径越小，危害越大。燃烧过程中产生的烟尘包括碳黑、灰份及挥发份。从成分上看都含有碳黑、多环劳烃、苯芬蓖等致

3、癌物质，此外还含有汞、铝、锅、铰、钒、铬、砷、镍等痕量物质，后三种也有致癌性。,二 烟尘的危害,2.2 烟尘的生成,固体、液体和气体燃料在燃烧过程所产生的烟尘，按其生成机理，主要有气相析出型烟尘、剩余型烟尘、雪片、积炭、粉尘。 1气相析出型烟尘 气相析出型烟尘是气体燃料、液体燃料和固体燃料在燃烧过程小放出的气体可燃物，当空气不足时热分解而生成的固体烟尘。这种烟尘很细，用电子显微镜才能测定。这些粒子的直径在100200A。,一 燃烧过程中碳黑形成的类型和性质,2.2烟尘的生成,2.2 烟尘的生成,2. 剩余型烟尘 剩余型是液体燃料燃烧时剩余下来的烟尘（也称油灰）。颗粒尺寸较大，为10300 m

4、。其中，大颗粒较少，大多数是外形接近球形的微小空心粒子。部分粒子表面上残留有气体喷出的痕迹，部分粒子表面光滑，而且致密，因而，又称空心微珠。3雪片 上述两种烟尘在烟气温度接近露点温度时，吸收烟气中的H2SO4，长大成为象雪片状的烟尘，由于含H2SO4 ，又称为酸性烟尘，由于颗粒较大而沉落在烟囱附近。,2.2 烟尘的生成,4积炭 积炭也是剩余型烟尘的一种。是油滴附着在燃烧器、燃烧室炉墙上，经炉内高温气化后的剩余物c由于油滴附着处的形状不同，附近烟气流动情况不同。积炭的形状不定，但颗粒较大。 5粉尘 固体燃料燃烧过程中产生的粉尘，其颗粒大小随燃烧装置不同以及煤种不同而变化。,2.2 烟尘的生成,1

5、结构 碳黑通常黑色，主要为碳元素，表面通常有凝结或吸附未燃烃。电镜下，大致相同的炭黑粒子构成。直径2040nm的基本碳黑粒子构成（105106个碳原子及数量约为碳原子1/10的氢原子构成）。基本炭黑粒子由103104个晶粒构成，晶粒在中心排列不规则，但在中心区周围，成大致规则的涡旋状排列。2 碳黑的直径 变化较大，气相析出型相对较小。,二 碳黑的特性,2.2 烟尘的生成,1气体燃料燃烧的烟尘 从气态烃到有100A0以上的碳微粒出现的过程，一般认为经历两个阶段。 第一阶段: 从低分子量不饱和烃中产生碳烟核，通过化学反应实现高分子化和高次构造化，这一过程称为。 第一种多环芳香烃(PCAH)中间体说

6、；第二种为乙炔中间体说；第三种烃离子中间体说。第二阶段: 所生成的碳烟核，主要经过液化和凝聚这样的物理过程，长成碳烟微粒。,二 烟尘的生成机理,2.2 烟尘的生成,多环芳香烃中间体说 1941年鲁梅提出：芳香烃系的燃料易生成碳烟，而稀烃类在热分解时生成苯，这证实了多环芳香烃中间体说。 反: (1) 通过对苯火焰的化学成分情况的详细研究，发现在火焰面上，从苯消失到出现碳烟，其间存在着很长的时间间隔。（2）达莱塞进行了低压CH4O2预混合火焰的实验，研究PCAH、碳烟等在火焰中心轴上的分布情况。 普拉多对紊流扩散火焰的碳烟与PCAH的浓度分布测定结果，发现PCAH 比碳烟先行产生。,2.2 烟尘的

7、生成,2液体燃料燃烧的烟尘 多数情况，液体燃料燃烧系统排放物不仅仅含有气相过程生成的积炭，而且也含有由液态烃燃料本身生成的碳粒，这是液滴不完全燃烧产生的。 （1）液态燃料雾化不好，油滴大。挥发份大都已蒸发、气化，不完全燃烧的残存油滴中含炭的比例大，生成烟尘是残炭型烟尘。 （2）未燃油滴若附于温度较低的炉壁或管道上，温度升高就会继续燃烧，温度低，则会结焦粘着，到一定大小会剥离，从而在排烟中以烟尘形式排出。 （3）末燃油若剧烈受热而达到较高温度，往往使这些油滴来不及蒸发就产生裂化。轻的分子由油滴个分离出来，以气态参加燃烧，余下的较重的分子可能呈固态的焦炭或沥青。,2.2 烟尘的生成,3固体燃料燃烧

8、的烟尘 燃烧条件差，煤在高温下发生热解作用。煤热解极易形成多环化合物，即形成黑烟。其黑烟中主要含有苯、芘、蒽、苯并蒽等。燃烧装置不同，燃烧条件不同。产生这些多环芳烃的数量有很大差异，以手烧炉最差，以链条炉加抛煤机燃烧效果为最佳。 易于燃烧又不易出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤、焦炭、褐煤、低挥发分烟煤、高挥发分烟煤。即烟煤最易形成黑烟。,2.3 影响烟尘生成的因素,燃料种类对烟尘产生的影响一般有如下规律：1 链状碳氢化合物CnH2n比CnH2n+2易产生烟尘；2 芳香族碳氢化合物比链状碳氢化合物易产生烟尘；3 CH比越大，越易产生烟尘；4 燃料的灰分越多，烟尘的产生量也越大。,一、燃料种类的影晌,

9、2.3 影响烟尘生成的因素,灰分的影响单从“裹”的作用并不大，因灰熔点低，可能未成灰壳就滴落下，相互碰撞又可能使灰层落掉，因此， “裹”并不算严重影响。严重的是我国煤中灰分高，灰分吸收热量，使燃烧温度降低、从而造成燃烧不完全，而增加残炭型的烟尘，灰本身也是尘，因此煤的灰分高，煤粒大，则烟尘的发生量也大。,2.3 影响烟尘生成的因素,2.3 影响烟尘生成的因素,二、氧气浓度和空气过剩系数的影响,预混燃烧几乎不产生烟尘。但实际上，工业燃烧设备一般都是扩散燃烧，即混合过程与燃烧过程同时进行，混合过程对燃烧过程的影响比较大，如混合不好，尤其是当过剩空气少时，将产生大量烟尘。,2.3 影响烟尘生成的因素

10、,碳黑生成的基本条件是高温、高压、缺氧。 烃类缺氧只能不完全燃烧，烃中的氢很活泼，容易先烧掉。 煤油和重油的实验结果证明，过量空气系数1的富燃料区，碳黑生成量急剧增加。 煤燃烧过程中在挥发分析出阶段提供75%的氧量即可抑制碳黑的生成。,2.3 影响烟尘生成的因素,三、燃料粒径的影响,煤燃烧时与燃油一样，煤粒的燃尽时间与其粒度直径平方成正比。粒径越大，残炭出量也越大。,四、惰性气体的影晌,体积大流动速度大被证实。,2.3 影响烟尘生成的因素,五、压力的影晌,燃烧室压力高，将促使碳氢化合物缩合、重合。在压力升高到大约1MPa之前，碳烟的生成量直线增加，当压力超过1MPa后，碳烟的生成量就不再增加，

11、而基本上保持不变。另外、周围压力对所生成的碳烟粒径的影响，在压升高到大约1MPa之前，碳烟的粒径随压力升高而直径直线增大，当压力超过1MPa后，碳烟的粒径增大倾向减缓。,2.3 影响烟尘生成的因素,六、温度的影晌,火焰温度对碳黑的生成率和氧化率都有明显影响。燃烧温度对碳黑生成的影响是分区段的。温度较低生成量少，氧化掉的也少，碳黑随温度的升高而增加，碳黑生成量氧化量，超过一定温度后结果相反。,2.3 影响烟尘生成的因素,七、燃烧室内气体运动结构的影晌,湍流强度的增加会降低碳黑的生成量，液体燃料，燃烧室的湍流和涡流运动能减少碳黑的生成，加速已有碳黑的氧化。 一般原则：有利于燃料与氧的混合，减轻火焰

12、局部温度过高均会使碳黑生成量下降。,2.4 烟尘的控制,2.4 烟尘的控制,在燃烧设备中，防止烟尘产生的最重要措施是改善燃料和空气的混合；其次是保证足够高的温度水平和足够的燃烧时间；另外还可渗入活性添加剂来抑制积炭的生成。一 燃烧条件的控制 要使烟尘在离开燃烧设备前燃尽，以控制烟尘排放浓度、就必须保证温度和时间。 温度： 即在足够高的温度条件下，停留足够长的时间。还需指出，烟气中氧气浓度对燃尽所需要的停留时间影响也很大，但是温度的影响还要大，如烟气温度从1000提高到1300时，燃尽所需要的时间将降低90%。,2.4 烟尘的控制,过量空气系数：提高过量空气系数有助于减少碳黑生成量，有利于降低温

13、度，达到一定值后，碳黑生成量基本不变。合理组织燃烧。,2.4 烟尘的控制,二烟尘再燃烧法 烟气在高温状态下与空气适当地接触再燃烧的方法称烟尘再燃烧法。,采用改善燃烧，控制烟尘的生成，还可采用特殊燃烧方法来降低烟尘的产生，具体方法有：,2.4 烟尘的控制,三部分烟气混合燃烧 在燃烧用的氧化剂(空气)中混入部分燃烧后的烟气可降低烟尘的生成量。燃烧室出口吸一部分烟气和燃烧用的空气进行混合，然后供燃烧室。,2.4 烟尘的控制,四加添加剂 控制烟尘的添加剂有金属的、液态化合物等。金属添加剂有Ba，Mn，Ni，Ca，Mg等。首推碱土金属。 金属加入的作用是控制脱氢和起催化作用，并可促使小碳微粒带正电，相互

14、排斥，不致于凝集成大颗粒，促进氧化，起到控制烟尘产生的作用。 液态化合物添加剂有水、乙醇、硫氢化合物等。其化学作用是增加了HO，HO2等活化中心，可以改善反应性能，增大燃烧速度：其物理作用是由于液态添加剂造成小爆炸，使雾化直径变小，改善了传热和传质效果，增大了燃烧速度，烟尘的发生得到控制。,德林卡和哈奇粒状污染物分类,2.5 除尘技术基础,2.5 除尘技术基础,一、粉尘的分类,2.5 除尘技术基础,按粉尘的颗粒大小可分为： 1可见粉尘：粒径大于10m，用眼睛可以分辨，对人体和环境有害； 2显微粉尘：粒径为0.2510 m ，在普通显微镜下可以分辨，对人体和环境危害大； 3超显微粉尘；粒径小于0

15、.25 m ，在超倍显微镜或电子显微镜下可以分辨，对人体和环境危害更大，其中小于0.1 m的危害不大大。 有时将粒径小于1 m的粉尘称超微米粉尘或亚微米粉尘。 粒径大于100 m的粉尘易沉降，粒径在0.3100 m则的粉尘是除尘的主要对象。10 m以下的粉尘对人体和环境危害最大，是除尘设备中必须要解决的。,（一）几何特性1 投影粒径 用光学显微镜或电子显微镜测得的粒径。,二、粉尘的几何特性与粒径分布,粒径也称为粒度，是衡量粉尘颗粒大小的尺度。实际防尘中采用粉尘的投影定向长度表示粉尘的粒径, 单位为微米(m)。,2.5 除尘技术基础,定向粒径dF；粉尘在某一确定方向上的最大投影距离。 定向面积等

16、分粒径dM ：粉尘在某一确定方向上将粉尘投影面积二等分的线段长度。 投影圆等值粒径dH ：与粉尘投影面积相等的圆的直径。,因定向粒径测定方法较简便，故较为常用。,2.5 除尘技术基础,2 物理当量径 物理当量径是指与被测粉尘的某一物理量相同的球形粉尘的直径。,斯托克斯(stokes)粒径dS ：指与被测尘粒密度相同、沉降速度相同的球形粒子直径。Re1,2.5 除尘技术基础,空气动力径 d H：指与被测尘粒在空气中的沉降速度相同、密度为1000kgm3的球形粒子的直径。 斯托克斯粒径和空气动力径是除尘技术中应用最多的两种粒径，原因在于它们皆与尘粒在流体中运动的动力特性有关。,2.5 除尘技术基础

17、,3、分割粒径,指某除尘器的除尘效率为50的尘粒粒径的粒径，它是一种表示除尘器性能的很有代表性的粒径。4、筛分粒径 即尘粒能够通过的最小筛孔的宽度。,2.5 除尘技术基础,1 粉尘分散度: 各粒径粉尘所占总粉尘的百分比。又分为质量分散度和数量分散度。 质量分散度P m：是指各粒径粉尘的质量(mg)占粉尘的总质量(mg)的百分比。 数量分散度P n：是指各粒径粉尘的颗粒数占粉尘颗粒数的百分比。m某级粒径粉尘的质量，mg；n某级粒径粉尘的颗粒数，颗。,（二）粒径分布,2.5 除尘技术基础,频率密度分布简称频度分布，系指单位粒径间隔宽度时的频率分布。即粒径间隔宽度,时尘样质量占尘样总质量的百分数。,

18、2.5 除尘技术基础,2.5 除尘技术基础,2.5 除尘技术基础,尽管粉尘的粒径分布可以用表格或图形表示，然而在某些场合下用函数形式表示则有利于进行数学分析。一般而言，粒径的分布是随机的，研究结果表明它还是近似的有某种规律，因而可以用一些分布函数表不。常用的有正态分布函数、对数正态分布函数、罗辛拉姆勒分布函数等。,2.5 除尘技术基础,三、粉尘的物理性质1、密度 粉尘密度：单位体积粉尘的质量, 单位为kg/m3或g/cm3。根据是否包含粒间空隙体积分为真密度与假密度（表观密度）。假密度与堆积状态有关。真密度(p)：排除粉尘间空隙以纯粉尘的体积计量的密度。表观密度(b) ：包括粉尘间空隙体积和粉

19、尘纯体积计量的密度。与堆积状态有关。粉尘比重：指粉尘的质量与同体积水的质量之比，系无因次量。,2.5 除尘技术基础,b=(1-) p -空隙率，即粒子间空隙体积与粒子堆积体积的比值。 许多除尘设备的选择不仅要考虑粉尘粒径的大小，而且要考虑粉尘的真密度，在介质中的运动与其真密度有关。堆积密度随而变化，粉尘的空隙率与粉尘的粒径、形状、堆积方式等因素有关。 真密度一般用于粉尘的沉降计算，而堆积密度用于仓储设备、除尘灰斗的设计计算。,2.5 除尘技术基础,2.5 除尘技术基础,2、粉尘湿润性 指粉尘被水湿润的难易程度。湿润现象：水滴内部与水滴表面间的分子引力为水的表面张力, 当水的表面张力小于水与固体

20、间的分子引力时，固体容易被湿润， 反之，固体则不易被湿润。 依此粉尘可分为亲水性与疏水性两类。,2.5 除尘技术基础,衡量湿润性指标: 湿润接触角()。90时, 湿润性差, 属于憎水性。粉尘的湿润性是湿式防、除尘的依据。,2.5 除尘技术基础,小于1微米的粉尘一般就很难被水润湿，这是因为微粒表面皆存在一层气膜，只有当液体以相对较高的速度冲击粉尘时，才能冲破气膜，将粉尘润湿。 粉尘的润湿性还随温度的升高而减小，随压力升高而增大，随液体表面张力的减小而增强。 在湿法除尘中，如果在水中加入某些湿润剂(如皂角素、平平加等)，可降低水的表面张力，提高粉尘的润湿性。,影响湿润性因素：粉尘成分、粒径、荷电状

21、况及水的表面张力等因素。湿润性强的粉尘有利于湿式除尘。,2.5 除尘技术基础,3、粉尘的安息角和滑动角安息角：指粉尘自漏斗连续落到水平板上，堆积成圆锥体，圆锥体的母线与平面的夹角为安息角。,2.5 除尘技术基础,滑动角：自然堆放在光滑平板上的粉尘，随光滑平板以其一端为轴转动。平板上粉尘开始发生滑动时平板相对于水平面的倾斜角称为粉尘的滑动角，也有文献称之为动安置角。,2.5 除尘技术基础,安息角及滑动角是粉状物料物特有的性质，与物料的种类、粒径、形状、含水率、粘附性等因素有关。对同一种粉尘：粒径越大、形状越接近于球体、含水率越低，表面越光滑，则安息角越小。 粉尘的安息角和滑动角是设计除尘装置灰斗

22、、料仓的锥角和除尘系统管路、输送管路的倾角的重要依据。,2.5 除尘技术基础,4、比表面积 粉尘的比表面积定义为单位体积(或质量)粉尘所具有的表面积以粉尘的自身体积表示的比表面积a可表示为：,2.5 除尘技术基础,比表面积与粒径成反比，粒径越小，比表面积越大。比表面积增大，强化了表面活性。它对粉尘的湿润、凝聚、附着以及燃烧和爆炸等性质都有明显的影响。,粉尘的比表面积值的变化范围很大，如大部分烟尘的质量比表面积在100010000cm2g的范围内变化。,2.5 除尘技术基础,5、粉尘荷电性指粉尘能被荷电的难易程度。悬浮空气中粉尘荷电原因：破碎时的摩擦、粒子间撞击或放射性照射、外界离子或电子附着等

23、。粉尘荷电后会改变其某些物理性质，如凝并性、粘附性等。此外，粉尘的荷电量随温度升高、比表面积增大及含水率减小而增大。衡量粉尘荷电性的指标：粉尘比电阻。,2.5 除尘技术基础, 粉尘的比电阻，cm； V 施加在粉尘层上的电压，V； I 通过粉尘层的电流，A； A 粉尘层的面积，cm2； d 粉尘层的厚度，cm。,比电阻测定：采用圆板电极法测定。 粉尘的比电阻的单位为cm。 粉尘比电阻对电除尘影响：是除尘的依据。比电阻在104 1011cm范围内，电除尘的效果较好。,2.5 除尘技术基础,粉尘的导电性主要取决于粉尘、气体的温度和组成成分。在温度较高时(约高于200度)，粉尘的导电主要靠粉尘内部的电

24、子或离子进行(即容积导电)；而在较低温度时(约低于100度)，则主要靠粉尘表面吸附的水分和化学膜进行(即表面导电)。,2.5 除尘技术基础,6、爆炸性能发生爆炸的粉尘称为可爆尘。井下具有爆炸性的粉尘主要是流化粉尘和煤尘。粉尘爆炸能产生高温、高压, 同时生成大量的有毒有害气体, 对安全生产有极大的危害，应注意采取防爆、隔爆措施。,2.5 除尘技术基础,不同种类及存在状态的粉尘爆炸条件不同、悬浮在空气中的可燃粉尘发生爆炸的条件是：由可燃粉尘与空气构成的可燃混合物其粉尘浓度达到爆炸浓度；存在能量足够的火源。,2.5 除尘技术基础,7、粘附性 粉尘附着在固体表面上或粉尘彼此相互附着的难易程度的性质称为

25、粉尘的粘附性。 产生粘附的原因是由于粘附力的存在:范德华力(即分子间作用力)、静电引力和毛细管作用力等。 影响粉尘粘附性的围素：一般情况下，粉尘的粒径小、形状不规则、表面粗糙、含水率高、带电量大时，易于产生粘附现象。粘附现象还与周围介质的性质有关，如在液体介质粉尘的粘附性比在气体中弱得多。,2.5 除尘技术基础,8、磨损性 粉尘的磨损性是指粉尘在流动过程中对器壁和管壁的磨损程度的性质。影响磨损的因素： 硬度大、密度高、粒径大、带有棱角的粉尘磨损性大。 粉尘的磨损性还与含尘气流的流动速度有关，研究表明，磨损量与含尘气流速度的23次方成正比。,2.5 除尘技术基础,第2.6节 除尘装置的性能指标

26、除尘装置的性能指标包括技术指标和经济指标两大类。 技术指标主要包括处理气体流量、除尘效率、压力损失(或称阻力)、漏风率等； 经济指标包括设备费、运行费、维修费、占地面积、占用空间体积、使用寿命等。 还考虑除尘装置的安装、操作、检修的难易等因素。但是，低阻（阻力低）、高效（除尘效率高）仍是目前评价除尘装置的主要指标。,2.6 除尘装置的性能指标,一、处理气体的流量 处理气体流量：表示除尘装置在单位时间内所能处理的含尘气体的流量、一般用体积流量Q(单位：m3s)表示。 实际运行的防尘装置由于不严密而漏风，使得进出口的气体流量往往并不一致。通常用两者的平均值作为该除尘装置的处理气体流量。即,2.6

27、除尘装置的性能指标,二、 压力损失(或称阻力） 净化装置的压力损失是表示能耗大小的技术指标，可通过测定净化装置进口与出口气流的全压差而得到。其与下列因素有关： 净化装置的种类和结构型式； 处理气体通过时的流速。即,2.6 除尘装置的性能指标,净化装置的压力损失，实质上是气流通过装置时所消耗的机械能，它与通风机所耗功率成正比，所以净化装置的压力损失越小越好。多数除尘装置的压力损失在2000Pa以下 根据除尘装置的压力损失，防尘装置可分为：,低阻除尘器P500Pa; 中阻除尘器P =5002000Pa; 高阻除尘器P =200020000Pa;,2.6 除尘装置的性能指标,三、 除尘效率 除尘效率

28、是表示除尘装置净化含尘气体效果的重要技术指标1、 总除尘效率 总除尘效率系指在同一时间内防尘装置捕集的粉尘质量占进入除尘装置的粉尘质量的百分数。通常以“ ”表示。,除尘器进口：气体流量为Q1，粉尘的质量流量为S1，粉尘的浓度为C1； 装置出口的相应量为：Q2、S2、C2 装置捕集的粉尘的质量为S3S1= S2+S3 S1= Q1* C1、S2= Q2* C2除尘器的总效率为 （1）,2.6 除尘装置的性能指标,或：,若除尘器不漏风,利用上式（1）通过称重可求得总除生效率。这种方法称为质量法，用这种方法测出的结果比较准确，主要用于实验室。 在现场测定除尘器的总除尘效率时，通常先同时测出除尘器前后

29、的空气含尘浓度、再利用式（2）求得总除尘效率，这种方法称为浓度法。,（2）,2.6 除尘装置的性能指标,有时由于除个器进口含尘浓度很高，或者使用单位对除尘系统的除尘效率要求很高，一般会使用两级或多级除尘器,n台除尘器串联时其总效率为： 在实际应用中，多级除尘系统通常最多三级。,2.6 除尘装置的性能指标,2、除尘器的分级效率,除尘装置的除尘效率因处理粉尘的粒径不同而有很大的差别，表列出了各种除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率。,2.6 除尘装置的性能指标,分级除尘效率简称分级效率，就是除尘装置对某一粒径或某一粒径范围的粉尘的除尘效率。,-分别为除尘器进口和除尘器灰斗中某一粒径或粒径范围的粉尘质量流

30、量；S1、 S3 -分别为除尘器进口和防尘器灰斗中的粉尘质量流量；,-分别为除尘器进口和除尘器灰斗中同一粒径或粒径范围的粉尘的质量分数。,2.6 除尘装置的性能指标,除尘器机理,粉尘从空气中分离的作用力主要有:机械力: 包括重力, 离心力和惯性力;阻留作用: 包括介质的筛滤作用, 尘气绕流的接触阻留作用;凝聚作用: 通过加湿, 蒸汽凝结, 超声波等作用, 使细尘粒凝聚而从空气中分离;静电力:利用静电力使带电尘粒从空气中分离。,2.6 除尘装置的性能指标,除尘器分类,根据除尘机理常将除尘器分为四大类: 机械除尘器, 过滤式除尘器, 湿式除尘器和电除尘器。 根据净化要求不同，分为：粗净化：多为第一

31、级净化中净化：用于通风除尘系统细净化：净化后浓度=12mg/m3超净化：1微米以下,2.6 除尘装置的性能指标,第 2.7 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,2.7机械除尘器,一 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 ；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 。,2.7机械除尘器,层流式模式,假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用在烟气流动方向，粒子与气流速度相同

32、,纵剖面示意图,1、除尘机理,2.7机械除尘器,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 对于Stokes粒子( ) 代入,2.7机械除尘器,对于Stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin = ?,2.7机械除尘器,提高沉降室效率的主要途径降低沉降室内气流速度（一般为0.32.0m/s）增加沉降室长度降低沉降室高度,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,2.7机械除尘器,重力沉降室的实际性能,沉降室的实际性能几乎从不进行实验测量或测

33、试，在最好的情况下，这种装置也只能作为气体的初级净化，除去最大和最重的颗粒。沉降室的除尘效率约为4070%，仅用于分离dp50m的尘粒。穿过沉降室的颗粒物必须用其它的装置继续捕集。优点：结构简单、投资少、易维护管理、压损小（50130Pa）。缺点：占地面积大、除尘效率低（仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子） 。,2.7机械除尘器,二 惯性除尘器,1、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（还利用了离心力和重力的作用），使其与气流分离。,2.7机械除尘器,2、结构形式冲击式气流冲击挡板捕集较粗粒子反转式改变气流方向捕集

34、较细粒子,2.7机械除尘器,a 弯管型 b 百叶窗型 c 多层隔板型,2.7机械除尘器,3、应用一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘（粘结性和纤维性粉尘不宜）净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集1020m以上的粗颗粒压力损失1001000Pa,2.7机械除尘器,三 旋风除尘器,进气管、筒体、锥体、排气管,利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离,2.7机械除尘器,1、机理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；少量气体沿径向运动到中心区域 ；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 。,2.7机械除尘器,切向速度

35、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；,2.7机械除尘器,下涡流：外涡旋在运动到锥体下部向上折转时产生的局部涡流，下涡流一直延伸至灰斗，会把灰斗中的粉尘，特别是细粉尘搅起，被上升气流带走。 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，最后从排气管排出。,2.7机械除尘器,切向速度外涡旋的切向速度分布：反比于旋转半径的n次方 此处n 1，称为涡流指数,2.7机械除尘器,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 交界圆柱面直径 d0 =

36、( 0.61.0 ) de , de 为排气管直径,2.7机械除尘器,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旋平均径向速度r0和h0分别为交界圆柱面的半径和高度，m,2.7机械除尘器,轴向速度外涡旋的轴向速度向下内涡旋的轴向速度向上在内涡旋，轴向速度向上逐渐增大，在排出管底部达到最大值 。,2.7机械除尘器,2、旋风除尘器的除尘效率（很多种理论）计算分割直径是确定除尘效率的基础 在交界面上粉尘的所受的作用力包括：离心力FC，向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD 若 FC FD ，颗粒移向外壁若 FC FD ，颗粒进入内涡旋当 FC = FD时，有50%的可能进入外涡旋，即除尘效率为

37、50%,2.7机械除尘器,为什么忽略了粉尘的质量呢？因为重力等于mg，离心力设Vt=30m/s，r=0.1m， 离心力远远大于重力，故重力可忽略。,2.7机械除尘器,对于球形Stokes粒子分割粒径dc确定后，雷思一利希特模式计算其它粒子的分级效率 另一种经验公式,2.7机械除尘器,流体阻力：1、形状阻力：向前运动，前面受力比后面大2、摩擦阻力：颗粒与流体之间,2.7机械除尘器,对于球形Stokes粒子,2.7机械除尘器,3、旋风除尘器的压力损失 ：局部阻力系数 A：旋风除尘器进口面积 局部阻力系数试验数据,2.7机械除尘器,旋风除尘器的压力损失相对尺寸的不同对压力损失影响较大，除尘器结构型式

38、相同时，几何相似放大或缩小，压力损失基本不变 操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa 思考题： 一个进口面积为0.36m2，排气管直径0.6m的旋风除尘器，和另一个进口面积为4m2 ，排气管直径2m的旋风除尘器，在气体入口速度相同时，压力损失哪个大？为什么？,2.7机械除尘器,例题：已知旋风除尘器在选取入口速度V1=13m/s时，处理气体量Q=1.37m3/s。试确定净化工业锅炉烟气（温度为423K，烟尘真密度为2.1g/cm3）时的分割直径和压力损失。已知该除尘器筒体直径0.9m，排气管直径为0.45m，排气管下缘至锥顶的高度为2.58m，423K时烟气的粘度 （近似取空气的值）=2.

39、4105pas。,2.7机械除尘器,分割粒径,压力损失,2.7机械除尘器,解:假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度，即Vt=13m/s， 取内、外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7 de，根据式 气流在交界面上的切向速度,2.7机械除尘器,径向速度计算,此时旋风除尘器的分割直径为5.31m。,2.7机械除尘器,例题（续） 计算旋风除尘器操作条件下的压力损失：423K时烟气密度可近似取为,2.7机械除尘器,4、影响旋风除尘器效率的因素 (1)二次效应所谓二次效应是指被捕集的粒子重新进入气流的运动。 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

40、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,2.7机械除尘器,（2）比例尺寸A、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。B、锥体长度适当加长，对提高除尘效率有利H=（13）DC、排出管直径愈小，分割直径愈小，即除尘效率愈高；直径太小，压力损失增加，一般取排出管直径de=（0.40.65）D。,2.7机械除尘器,特征长度（natural length）-亚历山大公式,D、旋风除尘器排出管以下部分的长度应当接近或等于 ，筒体和锥体的

41、总高度以不大于筒体直径的五倍为宜。,2.7机械除尘器,(3)除尘器下部的严密性应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,漏风率： 0% 、 5% 、 15% ： 90%、 50%、 0,2.7机械除尘器,(4)烟尘的物理性质气体粘度：对于气体而言，增大对除尘不利，dc增大，效率减小。温度增大，则增大，效率减小。粉尘粒径与密度：离心力跟粒径的三次方成正比，流体阻力跟粒径的一次方成正比。综合来说，dp增大则效率增大，又因为所以，p小，难分离 ，影响捕集效率。,2.7机械除尘器,(5)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

42、粒子有可能再次被吹起，重新卷入气流中，除尘效率下降,2.7机械除尘器,a. 直入切向进入式 b. 蜗壳切向进入式 c. 轴向进入式,5、旋风除尘器结构形式（1）、按进气方式分 切向进入式轴向进入式,2.7机械除尘器,（2）、按气流组织分类 回流式、直流式、平旋式,2.7机械除尘器,（3） 多管旋风除尘器 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的除尘器组。,2.7机械除尘器,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，动力消耗不大。 缺点：除尘效率平均80%左右，捕集5m颗粒的效率不高，一般用作多级除尘的预除尘。磨损严重，旋风子易堵。,

43、6、旋风除尘器的特点,2.7机械除尘器,2.8 电除尘器,一 特点1分离的作用力直接施之于粒子本身，而机械方法大多把作用力作用在整个气体。2气流阻力小。耗电少：0.20.4度/1000m3，压损小：一般为200500Pa。3 捕集细小颗粒（1m左右）的效率高。,2.8 电除尘器,特点：4 除尘效率高，一般在95-99%(最高可达99.9%)。处理气量大。可在高温或强腐蚀性气体下操作。7. 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。,2.8 电除尘器,2.8 电除尘器,二 主要构件 电晕极 集尘极 清灰装置,2.8 电除尘器,2.8 电除尘器,三 电除尘器的工作原理,

44、2.8 电除尘器,1、电晕放电,1）电除尘器中两电极的电位差达到一定值时，在电晕极附近的强电场空间内，气体中的微量自由电子加速到极高速度。足于使与之碰撞的气体分子发生电离产生新的自由电子和正离子 。2）新的自由电子接着又获得足够动能，进一步引起气体分子的碰 撞电离。3）这种过程在瞬间重复无数次，在放电极表面附近产生大量的自由电子和正离子 “电子雪崩”。,2.8 电除尘器,起始电晕电压可以通过调整电极的几何尺寸来实现。电晕线越细，起始电晕电压越小。,电晕区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离电场击穿，相应的电压击穿电压。此时发生火花放电，电路短路，电除尘器停止工作。在相同电压下通常负电晕电极产生较高

45、的电晕电流，且击穿电压也高得多 工业气体净化倾向于采用稳定性强，操作电压和电流高的负电晕极；空气调节系统采用正电晕极，其产生臭氧和氮氧化物的量低（约为负电晕的1/10）,起晕电压 开始产生电晕电流时的电压,2.8 电除尘器,2、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；扩散荷电离子由于热运动产生扩散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。,电除尘过程对粒子荷电的基本要求是：相同条件下荷电速度快，荷电量大。,2.8 电除尘器,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

46、的粒子，需要同时考虑这两种过程。,2.8 电除尘器,（1）电场荷电,粒子获得的饱和电荷,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1020cm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。,2.8 电除尘器,（2）扩散荷电,荷电量取决于离子热运动的动能、粒子大小和荷电时间 扩散荷电理论方程,2.8 电除尘器,（3）电场荷电和扩散荷电的综合作用,处于中间范围 （0.150.5m）的粒子，需同时考虑电场荷电和扩散荷电,根据Robinson的研究，简单地将电场荷电和扩散荷电的电荷相加，可近似地表示两种过程综合作用时的荷电量，与实验值基本一致,2.8 电除尘器,在电晕区内

47、，气体正离子向电晕运动的路程极短，只能与极少数的粉尘相遇并使之荷正电，而沉积在电晕极上。在负离子区，大量荷负电的粉尘颗粒在电场力的驱动下向集尘极运动，到达极板失去电荷后便沉降在集尘板上。 当尘粒所受的静电力与尘粒的运动阻力达到平衡时时，尘粒便达到一个静电沉降的末端速度驱进速度。,3、荷电粒子的运动和捕集,2.8 电除尘器,驱进速度 力平衡关系,2.8 电除尘器,t0时，0，则最终得,2.8 电除尘器,驱进速度 e的指数项是一个很大的数值。例如，密度为1g/cm3、直径为10m的球状粉尘粒子，在空气中有若t102s， 完全可以忽略不计所以，驱进速度,2.8 电除尘器,驱进速度与粒径和场强的关系,

48、2.8 电除尘器,捕集效率一德意希公式 指明了提高电除尘器效率的途径，在除尘器性能分析和设计中被广泛采用。,2.8 电除尘器,有效驱进速度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相应驱进速度值，以e表示(大致0.020.2m/s) 实际测量表明：对于粒径在亚微米区的粒子（100nm1.0m ），除尘效率有增大的趋势。最低捕集效率区在0.10.5微米。,2.8 电除尘器,2.8 电除尘器,4、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

49、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。无二次扬尘，效率高。主要问题是清灰水的处理及设备腐蚀。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。有利于回收有经济价值的粉尘，但易产生二次扬尘。,2.8 电除尘器,现代的电除尘器大都采用电磁振打或锤式振打清灰。振打系统要求既能产生高强度的振打力，又能调节振打强度和频率，常用的振打器有电磁型和挠臂锤型。,2.8 电除尘器,5、电除尘器结构,除尘器类型双区电除尘器通风空气的净化和某些轻工业部门单区电除尘器控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染,单区电除尘器,2.8 电除尘器,电晕电极 电晕线的一般要求：起晕电压低、电晕

50、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,2.8 电除尘器,电晕线固定方式重锤悬吊式管框绷线式,2.8 电除尘器,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4050%）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。,2.8 电除尘器,常用板式电除尘器集尘极,2.8 电除尘器,气流分布板,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