颗粒污染物控制技术及作业答案.ppt

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1、2014-2015 学年第 1 学期,环境工程学大气篇,1,第六章 颗粒污染物控制技术,2023/2/24,环境工程学大气篇,2,主要内容,颗粒污染物控制原理 重力沉降室机械除尘器 惯性除尘器 旋风除尘器电除尘器袋式除尘器湿式除尘器除尘设备的比较和选择,2023/2/24,环境工程学大气篇,3,学习目的,学习对象:除尘技术的基本理论及各种形式的除尘器 学习要求:(1)掌握粉尘粒径的定义方法、粒径分布的表示方法；(2)掌握除尘装置捕集效率的计算方法；(3)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。,2023/2/24,环境工程学大气篇,4,6.1.1 粉尘粒径及粒径分布1.粒径的概

2、念 形状不规则的颗粒按一定的方法确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为粒径。单一粒径 平均粒径,6.1 颗粒污染物控制原理,2023/2/24,环境工程学大气篇,5,2.单一粒径定义方法,1,2,3,4,2023/2/24,环境工程学大气篇,6,3.平均粒径,长度平均径：面积长度平均径：体面积平均径：质量平均径：,2023/2/24,环境工程学大气篇,7,3.平均粒径,表面积平均径：体积平均径：中位径d50：粒径分布累计值为50%的粒径。众径dom：粒径分布中频率密度值最大的粒径。,2023/2/24,环境工程学大气篇,8,4.粒径分布,（1）定义 不同粒径范围内的颗粒个数（

3、或质量或表面积）所占的比例。（2）粒径分布的分类 1）个数分布 以颗粒的个数表示所占的比例。2）质量分布 以颗粒的质量表示所占的比例。3）表面积分布 以颗粒的表面积表示所占的比例。,2023/2/24,环境工程学大气篇,9,（3）粒径分布的表示方法,1）频数分布R 粒径dp至（dp+dp）之间的粒子质量占粒子群总质量的百分数。2）频度分布f dp=1m时粒子质量占粒子群总质量的比例。3）筛上累积分布R 大于某一粒径dp的所有粒子质量占粒子群总质量的比例。,2023/2/24,环境工程学大气篇,10,（4）粒径分布函数,罗辛拉姆勒分布（R-R分布）,2023/2/24,11,例1 已知平炉炼钢产

4、生的烟尘的粒径分布符合R-R分布，中位径为0.24m，粒径分布指数n=1.7，试分别确定粒径小于0.5m和0.1m的烟尘量占总烟尘量的百分数。解：,2023/2/24,环境工程学大气篇,12,6.1.2 颗粒的物理性质,（1）粉尘的密度单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3真密度 粉尘体积不包括颗粒内部和之间的空隙堆积密度 用堆积体积计算空隙率 粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比,2023/2/24,环境工程学大气篇,13,6.1.2 颗粒的物理性质,（2）粉尘的含水率和吸湿性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以及颗粒内部的结合水分含水率 水分质量与粉尘总质

5、量之比吸湿现象：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 非润湿性粉尘：接触面趋于缩小而不能附着,粉尘的润湿性 选择湿式除尘器的主要依据,润湿性 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润湿速度,影响润湿性的因素,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液体：表面张力尘粒与液体之间的粘附力和接触方式粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降,思考题：比较下列物质的润湿性,下列哪些粉尘最适合用湿法除尘？,沥青灰 煤粉 石英粉 锅炉飞灰,答案：D,（3）粉尘的附着特性,粘附和自粘现象粘附力克服附着现象所需要的力粘附力：分

6、子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）断裂强度 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分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性,（4）粉尘的流动特性,安息角：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角。滑动角：自然堆积在光滑平板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。,安息角和滑动角的影响因素：,粉尘粒径含水率颗粒形状颗粒表面光滑程度粉尘粘性,判断题：球度大的粉尘所需要的输灰管路的倾 角也要大。,（5）粉尘的荷电和导电特性,【荷电性】使粉尘带电的过程叫做荷电过程，包括自然荷电和人工荷电过程。荷

7、电因素电离辐射、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，且与化学组成有关,【导电性】比电阻导电机制比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围1041010cm,典型温度-比电阻曲线,（5）粉尘的荷电和导电特性,（6）粉尘的自燃性和爆炸性,【自燃性】自燃自然发热的原因 氧化热、分解热、聚合热、发酵热影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境,【爆炸性】,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最低可燃物浓度 爆炸浓度下限爆炸浓度上限存在能量足够的火源,2023/2/24

8、,环境工程学大气篇,27,6.1.3 颗粒捕集的理论基础,除尘机理：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离出来，最后沉降到捕集表面上。颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、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、泳力等。颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略。,流体阻力,形状阻力：,摩擦阻力：,颗粒做相对运动时排开周围流体而受到的形状阻力,颗粒与周围流体产生摩擦而受到的摩擦阻力,（1）流体阻力,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，流体阻力的基本方程为：,颗粒尺寸与气体平均

9、自由程接近时，颗粒发生滑动 坎宁汉修正,（2）重力沉降,力平衡关系Stokes颗粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影响）湍流过渡区牛顿区,（3）离心沉降,力平衡关系Stokes颗粒的末端沉降速度,（4）静电沉降,力平衡关系静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用 表示，对于Stokes粒子：,（5）惯性沉降,颗粒接近靶时的运动情况 惯性碰撞 拦截,净化装置的性能,评价净化装置性能的指标技术指标处理气体流量净化效率压力损失,经济指标设备费运行费占地面积,处理气体流量,处理气体流量漏风率,压力损失,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。压力损失与净化装置进口气流的动压成正比

10、，有：,净化效率,总净化效率通过率分级除尘效率分割粒径 除尘效率为50的粒径,分级效率与总效率的关系,由总效率求分级效率由分级效率求总效率,多级串联的总净化效率,总分级通过率总分级效率总除尘效率,6.2 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,2023/2/24,环境工程学大气篇,49,6.2.1 重力沉降室,重力沉降：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。,重力沉降室的优缺点：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50m

11、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。,重力沉降室,2023/2/24,环境工程学大气篇,50,层流式重力沉降室,通过沉降断面的水平气流速度分布均匀，并呈层流状态忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用,纵剖面示意图,2023/2/24,环境工程学大气篇,51,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,2023/2/24,环境工程学大气篇,52,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=?,2023/2/24,环境工程学大气篇,53,

12、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0.32.0m/s。,不同粉尘的最高允许气流速度,2023/2/24,环境工程学大气篇,54,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。,2023/2/24,环境工程学大气篇,55,思考题,某工厂用重力沉降室来净化含尘气流，若粉尘密度p1000 kg/m3，气体密度g1.2kg/m3，气体粘度1.8410-5Pas，重力沉降室长度L2.4m，高度H0.4m，室内气流速度v0.2m/s，求能被该沉降

13、室全部捕集的最小尘粒粒径。,6.2.2 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。,6.2.2 惯性除尘器,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较细粒子,冲击式惯性除尘装置a单级型 b多级型,反转式惯性除尘装置a 弯管型 b 百叶窗型 c 多层隔板型,6.2.2 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1020m以上的粗颗粒压力损失1001000Pa,2023/2/24,环境工程学大气篇,59,6.2.3 旋风除尘器,

14、旋风除尘：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。,旋风除尘器的优缺点：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，可用各种材料制造，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515m以上的颗粒，对粒径小于5 m的颗粒捕集效率不高，一般作预除尘用。,2023/2/24,环境工程学大气篇,60,（1）旋风除尘器的工作原理,旋风除尘器内气流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：外旋流 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：内旋流,2023/2

15、/24,环境工程学大气篇,61,（1）旋风除尘器的工作原理,2023/2/24,环境工程学大气篇,62,（1）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,2023/2/24,环境工程学大气篇,63,（1）旋风除尘器的工作原理,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 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 dI=(0.61.0)de,de 为排气管直径,2023/2/24,环境工程学大气篇,64,（1）旋风除尘器的工作原理,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

16、为交界圆柱面的半径和高度，m 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,2023/2/24,环境工程学大气篇,65,（1）旋风除尘器的工作原理,旋风除尘器内颗粒的运动及分离过程,2023/2/24,环境工程学大气篇,66,（2）旋风除尘器的分离性能,颗粒的分割直径 根据假想圆筒理论求dc50在交界面上，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，既除尘效率为50%,2023/2/24,环境工程学大气篇,67,（2）旋风除尘器的分

17、离性能,捕集效率雷思-利希特模式,2023/2/24,环境工程学大气篇,68,（2）旋风除尘器的分离性能,影响捕集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。,2023/2/24,环境工程学大气篇,69,（2）旋风除尘器的分离性能,影响捕集效率的因素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

18、体适当加长，对提高除尘效率有利。排出管直径愈小，分割直径愈小，即除尘效率愈高；直径太小，压力降增加，一般取排出管直径de=（0.40.65）D。筒体和锥体的总高度以不大于五倍的筒体直径为宜。,2023/2/24,环境工程学大气篇,70,（2）旋风除尘器的分离性能,影响捕集效率的因素比例尺寸对性能的影响,2023/2/24,环境工程学大气篇,71,（2）旋风除尘器的分离性能,影响捕集效率的因素除尘器下部的严密性在不漏风的情况下进行正常排灰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

19、再次被吹起，重新卷入气流中，除尘效率下降效率最高时的入口速度,2023/2/24,环境工程学大气篇,72,（3）旋风除尘器的压力损失,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可用下式估算,2023/2/24,环境工程学大气篇,73,（3）旋风除尘器的压力损失,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。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。,2023/2/24,环境工程学大气篇,74,（4）旋风除尘器

20、的结构类型,按进气方式分为切向进入式：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，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。轴向进入式：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。,a.直入切向进入式 b.蜗壳切向进入式 c.轴向进入式,2023/2/24,环境工程学大气篇,75,2023/2/24,环境工程学大气篇,76,（5）旋风除尘器的设计,收集设计资料（1）含尘气体特性：成分、温度、湿度、腐蚀性和流量等；（2）粉尘特性：浓度、成分、密度、粒径分布、黏度、含水率和爆炸性等；（3）除尘要求：除尘效率和压力损失等；（4）成本要求及

21、其他资料：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。,2023/2/24,环境工程学大气篇,77,（5）旋风除尘器的设计,旋风除尘器的选型设计经验法计算要求达到的除尘效率；选定旋风除尘器的结构形式；根据效率-速度实验曲线或压力损失要求确定入口风速v1；根据气量Q和入口风速v1计算除尘器的进口面积A；确定各部分几何尺寸；计算运行条件下的压力损失。,2023/2/24,环境工程学大气篇,78,（5）旋风除尘器的设计,旋风除尘器各部分尺寸比例筒体直径D入口尺寸排气管筒体与锥体长度圆锥角排尘口直径,2023/2/24,环境工程学大气篇,79,6.3 电除尘器,静电除尘：利用静电力

22、从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的过程。,静电除尘器的优缺点：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，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。,2023/2/24,环境工程学大气篇,80,6.3.1 电除尘器的工作原理,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。,气体电离,2023/2/24,环境工程学大气篇,81,（1）粉尘荷电,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离，产生正离子和负离子；气体离子化区域电晕区；电晕区内，正离子被电晕极吸引而失去电荷；自由电子和负离

23、子在电场力的作用下向集尘极移动，并与粉尘碰撞进行荷电；自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源。,2023/2/24,环境工程学大气篇,82,（1）粉尘荷电,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0.5 m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。,2023/2/24,环境工程学大气篇,83,（2）荷电粒子的迁移和沉积,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

24、尘极时，颗粒所带电荷与集尘极上的电荷中和，颗粒恢复电中性 颗粒放电；静电除尘粒子适宜的比电阻范围为10421010cm，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到集尘极上进行放电；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 反电晕；当含尘量大到某一数值时，电晕现象消失，尘粒在电场中根本得不到电荷，电晕电流几乎减小到零，失去除尘作用 电晕闭塞。,2023/2/24,环境工程学大气篇,84,（3）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

25、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,2023/2/24,环境工程学大气篇,85,6.3.2 电除尘器的性能及其影响因素,（1）电除尘器的捕集效率驱进速度 电场力与空气阻力平衡时，荷电粒子向集尘 极移动的速度。当粒径较小时，需要进行坎宁汉修正。,2023/2/24,环境工程学大气篇,86,6.3.2 电除尘器的性能及其影响因素,除尘效率方程 德意希公式的假定: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

26、气流等影响 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。,各种工业粉尘的有效驱进速度,2023/2/24,环境工程学大气篇,88,例题：某电除尘器实测除尘效率为90%，现欲使其除尘效率 提高至99%，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,解：根据德意希方程，有：,故：,集尘板面积增加1倍。,粉尘的导电性电除尘器运行的适宜粉尘比电阻范围为104 21010 cm；高比电阻粉尘 导电率低于大约10-10(cm)-1，即电阻率大于1010 cm的粉尘；影响粉尘层比电阻除粒子温度和组成

27、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；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,烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响,a.飞灰 b.水泥窑粉尘,高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响,高比电阻粉尘会干扰电场条件，导致除尘效率下降；比电阻低于1010 cm时，比电阻几乎对除尘器操作和性能没有影响；比电阻介于10101011 cm之间时，火花率增加，操作电压降低；比电阻高于1011 cm时，集尘板粉尘层内出现电火花，产生明显反电晕。,粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响,粉尘比电阻对有效驱进速度的影响,粉尘比电阻对场强分布的影响

28、,克服高比电阻影响的方法,保持电极表面尽可能清洁采用较好的供电系统烟气调质增加烟气湿度，或向烟气中加入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使粒子导电性增加。最常用的化学调质剂是SO3 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发展新型电除尘器,烟气调质,S含量对粉尘比电阻的影响,Log10resistivity,cm,2023/2/24,环境工程学大气篇,97,6.3.3 电除尘器的类型和结构,（1）静电除尘器的分类双区电除尘器 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板式电除尘器为

29、工业上应用的主要型式，气体处理量一般为25m3/s以上,2023/2/24,环境工程学大气篇,98,6.3.3 电除尘器的类型和结构,（1）静电除尘器的分类湿式电除尘器 用喷水或溢流水等方式使集尘极表面形成一层水膜，将沉积在集尘板上的粉尘冲走，可以避免二次飞扬，但存在腐蚀、污泥和污水的处理问题。干式电除尘器 用机械振打等方法实现极板和极线的清灰，回收的干粉尘便于处置和利用，但存在二次扬尘问题。,2023/2/24,环境工程学大气篇,99,6.3.3 电除尘器的类型和结构,（1）静电除尘器的分类立式电除尘器 气流自下向上流动，除尘器高度较高，通常气体在上部直接排入大气。卧式电除尘器 气体水平流过

30、电除尘器，根据结构和供电的要求，可设置多个电场，通常每隔3m左右分隔成1个电场。卧式的板式电除尘器是工业废气除尘中应用最广泛的一种。,2023/2/24,环境工程学大气篇,100,6.3.3 电除尘器的类型和结构,（2）电除尘器的结构电晕电极集尘电极清灰装置气流分布装置高压供电设备灰斗壳体,2023/2/24,环境工程学大气篇,101,6.3.3 电除尘器的类型和结构,包括两个极板，4根电晕线和一个气流通道的简化静电除尘器示意图,2023/2/24,环境工程学大气篇,102,电晕电极 使气体产生电晕放电,包括电晕线、电晕框架、电晕框悬吊架、悬吊杆和支持绝缘套管等；常用的有直径3mm左右的圆形线

31、、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,2023/2/24,环境工程学大气篇,103,电晕电极,电晕线固定方式重锤悬吊式管框绷线式,2023/2/24,环境工程学大气篇,104,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,2023/2/24,环境工程学大气篇,105,集尘极,常用板式电

32、除尘器集尘极宽间距电除尘器：极距增大使得集尘电极和电晕电极的数量减少，钢材耗量减少，电极安装、维护方便，平均场强提高，板电流密度不变，有利于捕集高比电阻粉尘。,2023/2/24,环境工程学大气篇,106,电极清灰装置,现代的电除尘器大都采用机械撞击或电极振动产生的振动力清灰。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。,2023/2/24,环境工程学大气篇,107,气流分布装置,电除尘器内气流分布的均匀性对除尘效率具有较大影响；为减少涡流，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

33、分布格子、槽形钢式和栏杆型分布板；对气流分布的具体要求是：任何一点的流速不得超过该断面平均流速的40%在任何一个测定断面上，85%以上测点的流速与平均流速不得相差25%,2023/2/24,环境工程学大气篇,108,高压供电设备,高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流；供电设备必须十分稳定，希望工作寿命在二十年之上；通常高压供电设备的输出峰值电压为70l000kV，电流为1002000mA；增加供电机组的数目，减少每个机组供电的电晕线数，能改善电除尘器性能，但投资增加。必须考虑效率和投资两方面因素。,2023/2/24,环境工程学大气篇,109,6.3.4 电除尘器的选择和设计

34、,收集有关资料（1）含尘气体特性：成分、温度、湿度、腐蚀性和流量等；（2）粉尘特性：浓度、成分、密度、粒径分布、黏度、含水率和爆炸性，比电阻等；（3）除尘要求：除尘效率和压力损失等；（4）成本要求及其他资料：粉尘回收利用要求，电除尘器壳体承受压力，电除尘器的风载、雪载和地震载荷，设备价格，运行费用，安装现场及有关资料；,2023/2/24,环境工程学大气篇,110,6.3.4 电除尘器的选择和设计,确定粉尘的有效驱进速度依靠对现有装置的分析或经验得到。确定所要求的除尘效率和集尘板面积按烟气含尘浓度和允许出口排放浓度考虑，兼顾技术、经济、环保的综合影响，确定电除尘器的除尘效率；按德意希方程求得比

35、集尘表面积A/qv：,2023/2/24,环境工程学大气篇,111,6.3.4 电除尘器的选择和设计,长高比的确定集尘板有效长度与高度之比，直接影响振打清灰时二次扬尘的多少；要求除尘效率大于99%时，除尘器的长高比至少要1.01.5。气流速度的确定通常由处理烟气量和电除尘器过气断面积，计算烟气的平均流速；平均流速高于某一临界速度时，作用在粒子上的空气动力学阻力会迅速增加，粉尘的重新进入量亦迅速增加。,2023/2/24,环境工程学大气篇,112,6.3.4 电除尘器的选择和设计,选择电除尘器的型号由集尘板面积、长高比可查阅相关资料进行电除尘器选型；验算电场风速，若在0.71.3m/s之内，选型

36、合理，否则重新计算选型。,2023/2/24,环境工程学大气篇,113,6.3.4 电除尘器的选择和设计,电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法,6.3.4 电除尘器的选择和设计,电除尘器的辅助设计因素,2023/2/24,环境工程学大气篇,115,例题：某钢厂90 m2烧结机机尾废气电除尘器的实测结果为：入口含尘浓度为26.8 g/m3，出口含尘浓度为0.133 g/m3，气体流量qv为44.4 m3/s。该电除尘器断面积F为40 m2，集尘极板总面积A为1982 m2。试参考以上数据设计另一新建130 m2烧结机机尾的电除尘器，要求除尘效率99.8%，工艺设计给出的总烟气量为70

37、.0 m3/s。,6.3.4 电除尘器的选择和设计,2023/2/24,环境工程学大气篇,116,6.3.4 电除尘器的选择和设计,解：（1）根据实测数据计算原电除尘器的除尘效率和有效驱进速度：,（2）除尘器横断面风速（电场风速）：,2023/2/24,环境工程学大气篇,117,6.3.4 电除尘器的选择和设计,（3）求新建电除尘器比集尘极板面积和总面积：,（4）选取SHWB60型（见王纯主编废气处理工程技术手册263页），则集尘极板总面积为3743 m2，有效断面积为63.3 m2，则除尘器的断面风速为：,在0.71.3m/s范围之内，选型合适。,2023/2/24,环境工程学大气篇,118

38、,6.3.5 电除尘器技术的新进展,（1）泛比电阻电除尘技术 在常规电除尘器的阴极框架上添加辅助电极，阳极采用轻型极板，板面平行于气流且在垂直于气流方向上交错布置。（2）移动电极电除尘器技术 采用可移动的集尘极板和可旋转的刷子构成移动电极电场。（3）薄膜电除尘器技术 用可导电的纤维薄膜代替金属集尘极，在其表面喷洒液体，即可利用毛细管作用将收集的粉尘冲洗干净。（4）层流电凝聚技术 采用呈层流状态的烟气流速，其除尘效率与集尘极板面积成正比。,泛比电阻电除尘技术,原式电除尘器布置形式图,改进型原式电除尘器布置形式图,移动电极电除尘器技术,移动电极电除尘器技术,移动电极电除尘器技术案例,（1）北方联合

39、电力包头第一热电厂1#炉300MW机组电除尘器改造，将原双室四电场电除尘器第四电场改造成移动电极电场，改造前比集尘面积为85.04m2(m3/s)，改造后常规电场比集尘面积为63.78m2(m3/s)，移动电极电场比集尘面积为14.2m2(m3/s)。经测试，电除尘器出口烟尘浓度由改造前大于150mg/m3降至38.0mg/m3，设计值为50mg/m3。（2）北方联合电力达拉特发电厂5#炉330MW机组电除尘器改造，原电除尘器比集尘面积偏小，仅为69.25m2(m3/s)，在原双室四电场除尘器第一电场前新增一个与原电除尘器电场长、宽、高一致的电场(称零电场)，并将原第四电场改造成移动电极电场，

40、新增电场采用高频电源，改造后常规电场比集尘面积为65.74m2(m3/s)，移动电极电场比集尘面积为11.4m2(m3/s)。经测试，出口烟尘浓度由改造前的150mg/m3降至29.2mg/m3，设计值为40mg/m3。,移动电极电除尘器技术案例,（3）河北衡丰发电厂二期300MW机组电除尘器改造，在原双室四电场除尘器基础上将电场增高，并将原第四电场改造成移动电极电场，改造前比集尘面积为62.31m2(m3/s)，改造后常规电场比集尘面积为60.21m2(m3/s)，移动电极电场比集尘面积为11.56m2(m3/s)。经测试，出口烟尘浓度由改造前的150mg/m3降至32mg/m3，设计值为4

41、0mg/m3。（4）华能北京热电3#炉200MW机组电除尘器改造，入口烟气温度从150降至95，将原双室四电场电除尘器电场有效高度由12m增加至15m，第一电场有效长度由3m改为3.5m，第二、三电场有效长度由3m改为4m，第四电场采用移动电极技术，电场有效长度为3m，4个电场均采用三相电源。改造前比集尘面积为52.19m2(m3/s)，改造后常规电场比集尘面积为67.56m2(m3/s)，移动电极电场比集尘面积为13.5m2(m3/s)。经测试，出口烟尘浓度由改造前55.5mg/m3降为12mg/m3，设计值为17mg/m3。,移动电极电除尘器技术案例,（5）靖远第二发电有限公司#6炉300

42、MW机组电除尘器提效改造。采用3个常规电场加1个末级移动电极电场结构形式。在现有电除尘器基础上，将原有三电场除尘器壳体加高，新增一个移动电极电场，将各电场高度由14m加高到16m，第四电场采用移动电极技术;高压电源全部采用高频电源。改造完成后，经测试，电除尘器出口烟尘浓度为31.2mg/m3，除尘效率为99.91%，实现了烟尘排放浓度低于50mg/m3的设计目标。（6）江阴苏龙热电有限公司1#、2#炉135MW机组电除尘器提效改造。采用4个常规电场加1个末级移动电极电场的结构形式。将原电除尘器一、二、三电场全部拆除，进行加宽、加高扩容改造，并在原电除尘器后增加一个常规第四电场和一个移动电极第五

43、电场，全部采用高频电源供电。经测试，1#、2#炉电除尘器出口烟尘浓度分别为13.4mg/m3和11mg/m3，效率达到99.935%和99.933%，实现了烟尘排放浓度小于25mg/m3的设计目标。,层流电凝聚技术案例,（1）上海吴泾热电厂9#炉300MW机组，配套除尘设备为双室四电场电除尘器，原出口浓度约50mg/m3，仅在电除尘器前置进口烟道处安装粉尘凝聚装置，于2012年4月14日投运，经南京电力设备质量性能检验中心测试，电除尘器出口PM2.5的质量浓度由15.7mg/m3下降为10.9mg/m3，下降率为30.1%，经计算，PM2.5年减排量约64吨。总烟尘质量浓度的由45.9mg/m

44、3降为36.7mg/m3，下降率为20.3%，经湿法脱硫后，烟尘排放浓度稳定在20mg/m3以下，满足重点地区特别排放限值要求。（2）江阴苏龙热电有限公司1#、2#、3#炉135MW机组电除尘器提效改造。采用4个常规电场加1个末级移动电极电场的结构形式，并在每台电除尘器前端进气烟箱内增设粉尘凝聚装置。粉尘凝聚器的使用改善了后置电除尘器的电气运行状况，提高除尘效率，同时减少PM2.5排放。在机组满负荷状态下，1#、2#炉电除尘器出口烟尘排放浓度分别为13.4mg/m3和11mg/m3，除尘效率分别达到99.935%和99.933%；1#炉投运凝聚器装置后，电除尘器出口总烟尘质量浓度下降率为20%

45、；3#炉投运凝聚器装置除尘器出口总烟尘质量浓度下降率为30%，PM2.5质量浓度下降37%。,2023/2/24,环境工程学大气篇,127,6.4 袋式除尘器,袋式除尘：利用棉、毛或人造纤维等加工的滤布捕集尘粒的过程。,袋式除尘器的优缺点：除尘效率高，特别是对细粉也有很高的捕集效率；适应性强，能处理不同类型的颗粒污染物；操作弹性大，除尘效率对气流速度的变化具有一定的稳定性；结构简单，使用灵活，便于回收干料，不存在污泥处理。受滤布的耐温、耐腐蚀等操作性能限制，不适于去除黏结性强和吸湿性强的尘粒，特别是烟气温度不能低于露点。,2023/2/24,环境工程学大气篇,128,2023/2/24,环境工

46、程学大气篇,129,2023/2/24,环境工程学大气篇,130,6.4.1 袋式除尘器的工作原理,含尘气流从下部孔板进入滤袋内，在通过滤布的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上；沉积在滤布上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤布表面脱落，落入灰斗中；滤尘机制包括筛分、惯性碰撞、拦截和扩散等作 用。,机械振动袋式除尘器,2023/2/24,环境工程学大气篇,131,6.4.1 袋式除尘器的工作原理,筛分,2023/2/24,环境工程学大气篇,132,6.4.1 袋式除尘器的工作原理,截留、惯性碰撞,2023/2/24,环境工程学大气篇,133,6.4.1 袋式除尘器的工作原理,扩散、电沉积,2023/2/2

47、4,环境工程学大气篇,134,6.4.1 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，滤袋两侧的压力差增大，会把已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。,滤布的滤尘过程,2023/2/24,环境工程学大气篇,135,6.4.2 袋式除尘器的性能及其影响因素,（1）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。,2023/2/2

48、4,环境工程学大气篇,136,6.4.2 袋式除尘器的性能及其影响因素,（2）影响除尘效率的因素a.滤料的结构,织物滤料,针刺毡滤料：阻力较大，容尘量小，易于清灰。,平纹：净化效率高，但透气性差，阻力大，清灰难，易堵塞。,斜纹：净化效率高，清灰效果好，耐磨性好，不易堵塞。,缎纹：净化效率较前两种低，易清灰，透气性好，强度低。,2023/2/24,环境工程学大气篇,137,6.4.2 袋式除尘器的性能及其影响因素,袋式除尘器的分级效率曲线,b.粉尘粒径,2023/2/24,环境工程学大气篇,138,6.4.2 袋式除尘器的性能及其影响因素,c.粉尘层厚度粉尘负荷m：每平方米滤布上沉积的粉尘质量（

49、kg/m2）。不同结构的滤料粉尘层厚度对除尘效率影响不同，机织布滤料影响较显著。d.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。e.清灰方式的影响,2023/2/24,环境工程学大气篇,139,6.4.2 袋式除尘器的性能及其影响因素,（3）压力损失（15002000Pa）：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。清洁滤布的阻力损

50、失滤布黏有粉尘时的总压力损失,2023/2/24,环境工程学大气篇,140,6.4.3 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、机械强度高；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。,2023/2/24,环境工程学大气篇,141,6.4.3 袋式除尘器的滤料,滤料种类 按滤料材质分天然纤维包括棉织、毛织及棉毛混织品，透气性好，阻力小，容量大，过滤效率高，易清灰，耐酸、耐腐蚀性能好，但长期工作温度不能