1、第六章 烟气除尘技术 主要内容主要内容?6.1粉尘及其物理特性?6.2烟尘净化?6.3机械式除尘器?6.4湿式除尘器?6.5电除尘器?6.6过滤式除尘器?6.7除尘器应用 6.1粉尘及其物理特性粉尘及其物理特性 6.1.1 粉尘的粒径和粒径分布?粒子是大小均匀的球体，则可用其直径作为粒子大小的代表性尺寸，并称为粒径。?实际中，按一定的方法确定一个表示粒子大小的最佳的代表性尺寸，作为粒子的粒径。?单一粒径：代表单个粒子大小的单一粒径。?平均粒径：代表由各种不同大小的粒子组成的粒子群的平均粒径。1单一粒径单一粒径 1)投影径:用显微镜法直接观测粒子?选择相对两边两根平行线间的最大距离 l称为长径，
2、垂直于长径方向的最大距离 b称为短径，垂直于投影面方向的最大距离 称为厚度。?定向粒径dF:菲雷特(Feret)直径，各粒子在平面投影图上在同一方向上的最大投影距离。?定向面积等分直径dM:马丁(Martin)直径，各粒子在平面投影图上按同一方向将粒子投影面积二等分的直线的长度。长径，短径，定向粒径 dF，定向面积等分直径dM，等投影面积直径dH 2)几何当量径:取颗粒的某一几何量(面积、体积等)相同时的球形颗粒的直径，一般有四种表示方法。等投影面积直径dA：dA=(4Ap/)1/2 等体积径：dV(6Vp/)1/3 等表面积径ds：dS(Sp/)1/2 体积表面积平均径：de6Vp/Sp 3
3、)物理当量径：取与颗粒的某一物理量相同时的球形颗粒的直径.沉降直径(或斯托克斯直径)dst，空气动力直径da gdcsst)(18?2.平均粒径平均粒径?表示颗粒群特性的粒径的平均值。?(1)算术平均径，单一粒径的算术平均值，?(2)中位径d50，指粒径频率分布的累计值为50时的粒径，可用于表示分级除尘器的性能。?(3)众径dd，是指粒径分布中频率密度达到最大值时的粒径?(4)表面积平均径，是用颗粒群中颗粒总表面积与颗粒数之比的平方根表示。常用于表示颗粒群在重力场或惯性力场下的沉降速度。iiipnndd?2/12)(iiisnndd?把由粒径为 d1的n1个粒子、d2的n2个粒子、d3的n3个
4、粒子组成的粒子群排成一列，其全长为：n1d1十n2d2十n3d3十 ；该粒子群的粒子总个数为 ，假设其全长等于由粒径皆为 的球形粒子组成的假想粒子群的全长，则可用 代替上式中的di，即?n1十 n2十 n3十 ；由于粒子全长相等，所以有 ，则得?由于把粒子群的全长作为基准，所以也称长度平均直径。iind?in?pdpdipnd?ipnd?iiipnndd?pdpdpd算术平均粒径 iind?粒径分布 粒径分布也称粉尘的分散度，是指某一颗粒群中不同粒径颗粒所占的比例。1图表法表示粒径分布 (1)相对频数分布(频率分布):粒径由 至 +之间的粒子质量占尘样总质量的百分数。(2)频率密度分布(频度分
5、布)，用f(m)-1表示，是粒径组距为1m时的频率分布 (%)1000?mmD%100?D)(%1?mdDfp?pdpd?pd(3)筛上累计频率分布，简称筛上累计分布，用R()表示，是大于某一粒径dp的全部粒子质量占尘样总质量的百分数。反之，小于粒径dp的全部粒子质量占尘样总质量的百分数称为筛下累计频率分布，用D()表示，简称筛下累计分布。D与R的关系：D=1-R 2函数法表示粒径分布函数法表示粒径分布?(1)正态分布?(2)对数正态分布,函数表达式为?对数正态分布函数的特征数是中位径和几何标准差。?对数正态分布的特点：如果某种粒子群的颗粒直径分布遵循对数正态分布，则无论是以质量表示还是以个数
6、或表面积表示的粒径分布，也都呈对数正态分布，且几何标准差均相等。?已知某种中位径，便可按下式确定另两种表示的中位径：、分别为以质量、粒数和表面积所表示的对数正态分布函数的中位径。)ln3exp(25050gdd?)ln5.0exp(25050gdd?50d50d50d(3)罗辛拉姆勒分布(RR分布)?常用的R-R分布函数表达式为，或者，式中，n-分布指数；,-分布系数；并且?若将中位径d50(R=50%)代入，可求得，所以，)exp(100)(nppddR?npdpdR10100)(?nndd5050693.02ln?)(693.0exp100)(50nppdddR?302.2)10(ln?6
7、.1.2粉尘的物理特性 6.1.2.1粉尘的密度?粉尘在不包括尘粒间和尘粒体内部的空隙，而是在密实状态下的单位体积的质量，称为粉尘的真密度，常用 表示。?粉尘在包括尘粒间和尘粒体内部的空隙，即在自然堆积状态下的单位体积的质量称为粉尘的堆积密度，常用 表示，?真密度和堆积密度间关系，：粉尘的空隙率，表示尘粒间的空隙体积与自然堆放粉尘的总体积之比。pb?)1(?p?b?6.1.2.2 粉尘的比表面积?粉尘的单位体积或单位质量所具有的总表面积称粉尘的比表面积。?对于粒径为dp的球形颗粒，体积比表面积为，?质量比表面积为，?对于颗粒群的净体积比表面积为，?颗粒群的质量比表面积为，:尘粒的平均表面积(c
8、m2)；:尘粒的平均净体积；:尘粒的体积表面积平均直径，尘粒群总净体积与总表面积之比(cm)；:尘粒的卡门形状系数，对于球形颗粒1。SVvsdc?6.1.2.3粉尘的浸润性 (1)粉尘的含水率?粉尘中所含水量是指附着在尘粒表面上的和包含在凹坑处及细孔中的自由水份，以及紧密结合在尘粒内部的结合水份。?粉尘中所含水量mw与粉尘总质量(干粉尘质量md和含水量mw)的百分比称为粉尘的含水率。%100?dwwmmm?(2)粉尘的润湿性?粉尘的润湿性:粉尘颗粒能否与液体相互附着或附着难易的性质。?根据粉尘能被液体润湿的程度可将粉尘分为 易被水润湿的亲水性粉尘 和难于被水润湿的疏水性粉尘。?某些亲水性粉尘，
9、如水泥、熟石灰和白云石粉尘等吸水后形成不溶于水的硬垢，这类粉尘称为水硬性粉尘，不宜采用湿式除尘。6.1.2.4粉尘的荷电性及导电性 1粉尘的荷电性：粉尘在其产生和运动过程中，由于相互碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电及接触带电体等原因，而带有一定电荷的性质称为粉尘的荷电性。2粉尘的导电性?粉尘的比电阻是指面积为1cm2、厚度为1cm的粉尘层的电阻值，单位为cm。?粉尘的导电性包括粉尘颗粒本体内电子或离子发生的容积导电，和颗粒表面团吸附水份等形成的化学膜的表面导电。?对于比电阻高的粉尘，在约100以下时，主要靠表面导电；在约200以上时，主要靠容积导电。典型的温度比电阻关系 6.1.2.5粉尘的粘
10、附性?尘粒附着在固体表面上、或粒子间彼此附着的现象称为粘附，后者也称自粘。克服附着现象所需要的垂直作用于粒子重心上的力称为 粘附力。?在气态介质中，产生粘附力的主要有范德华力(即分子间引力)、静电力和毛细粘附力等。?影响粉尘粘附性的因素很多，一般情况下，粉尘的粒径小、形状不规则、表面粗糙、含水率高、润湿性好及荷电量大时易产生粘附现象。6.1.2.6粉尘的安息角和滑动角?粉尘通过漏斗连续地下落到水平板面上时，堆积成圆锥体。锥体母线与水平板面的夹角称为粉尘的安息角，也称静止角或堆积角等。?当粉尘自然堆放在光滑平板上随平板作倾斜运动时粉尘开始滑动的平板倾斜角称为粉尘的滑动角。6.1.2.7 粉尘的爆
11、炸性?在封闭空间内，可燃混合物中可燃物的浓度只有在一定的范围内才能引起爆炸，这个能够引起爆炸的浓度叫作爆炸浓度。?能够引起爆炸的最高浓度叫作爆炸上限，最低浓度叫作爆炸下限。在可燃物浓度低于爆炸下限或高于爆炸上限时，均无爆炸危险。6.1.2.8 粉尘的磨损性?粉尘在流动过程中对器壁或管壁的磨损程度称为粉尘的磨损性。?硬度大、密度高、粒径粗、带有棱角的粉尘磨损性大。6.2烟尘净化烟尘净化 6.2.1除尘装置的性能 1.处理气体量?处理气体量是除尘装置处理气体能力大小的指标，以体积流量表示(Nm3/s)。?如果除尘器的进口气体量为 Qi，出口气体量为Qo，则除尘器处理的气体量，?除尘器的漏风率，)(
12、21oiQQV?%100?ioiQQQ?2.除尘效率除尘效率?1)总捕集效率:同一时间内除尘装置除去的粉尘量与装置进口的含尘气体中粉尘量的百分比.?除尘装置总效率?Si，So除尘装置进、出口粉尘流量，(g/s)；Sc除尘装置捕集的粉尘量，(g/s)；%100)1(%100?ioicTSSSS?总捕集效率也可表示为?换算成标况下含尘气体流量及浓度 QiN，QoN，ciN，coN，总捕集效率，?当净化装置严密不漏风且含尘气体浓度不太高时，QiNQoN，?实际上净化装置经常 漏风，若以k表示漏风系数，总捕集效率%100)1(?iiooTQcQc?%100)1(?iNiNoNoNTQcQc?%100)
13、1(?iNoNTcc?%100)1(?kcciNoNT?当两台除尘器串联使用时，除尘系统总效率，T(1-2)=T1+(1-T1)T2=1-(1-T1)(1-T2)?当n台除尘器串联使用时，T(1-n)=1-(1-T1)(1-T2)(1-Tn)T1，T2，Tn分别为第一、第二、第 n级除尘器的除尘效率。?2）通过率 除尘装置出口粉尘量与进口粉尘量的百分比，TiNiNoNoNioQcQcSSP?1%100%1003分级除尘效率?按粉尘粒径或粒径范围来标定除尘器的效率。?分级效率表示，?粒径为 范围内颗粒的分级通过率?分级效率和总效率的关系 1.分级效率求总效率：2.由总效率求分级效率(1)(2)(
14、3)%100?icdSS?diodSSP?1%100iinidiTD?1?pd?iiciTiiicicdiDDDSDS?%100iioiiiioioidiDDPDSDS?1%100)1(?cioidiDDP?旋风除尘器分级效率计算实例(总除尘效率T90.8)粒 径 间隔(m)粒径频率分布(%)分级效率di(%)入口Dii 出口Doi 捕集Dci 按式1 按式2 按式3 三式平均 05 10.4 81.6 3.2 27.9 27.8 27.9 27.9 510 14.0 15.0 12.8 1020 19.6 2.4 20.0 2040 22.4 1.0 23.2 94.2 99.5 99.6
15、97.8 4060 14.0 0 14.8 96.0 100 100 98.7 60 19.6 0 26.0 100 100 100 100 4.4.除尘器的压力损失除尘器的压力损失?压力损失又称压力降，阻力损失或阻力降.?代表装置能耗大小的技术经济指标，指装置的进口和出口气流全压之差。?通常压力损失与装置进口气流的动压成正比，即 净化装置的压力降系数，它与除尘器的型式、尺寸和含尘气体的运动状态有关，可根据试验和经验公式来确定.22vpg?6.2.2除尘装置的分类及其性能比较除尘装置的分类及其性能比较 按烟尘分离作用原理，可分为下列四大类：1）机械式除尘器：利用机械力(重力、惯性力或离心力)净
16、化含尘气体，包括重力沉降室、惯性除尘器、离心力(旋风)除尘器等 2）湿式除尘器：利用含尘气流与水或某种液体表面接触，使尘粒从气流中分离出来，包括冲击式、泡沫式、文丘里式等。3）过滤式除尘器：使含尘气体通过过滤介质将尘粒分离出来并捕集，包括袋式过滤器、颗粒层除尘器、空气过滤器等。4）电除尘器：利用高压电磁场产生的静电力使尘粒荷电并从气流中分离出来，包括干式和湿式静电除尘器。6.3机械式除尘器 6.3.1重力沉降室?含尘烟气中的尘粒借助本身的重力作用而沉降下来的一种除尘装置?优点:设备简单、投资少、维护容易、阻力损失小，可处理高温气体；?缺点:设备庞大、占地面积多，除去4050m以上的大颗粒,除尘
17、效率低，仅为4060。?重力沉降室可分为水平气流沉降室和垂直气流沉降室两种。水平气流沉降室水平气流沉降室 水平气流沉降室的设计计算?计算原理：当含尘气流在沉降室内通过时间t大于尘粒按其本身的沉降速度下降所需的时间t0时，尘粒即被分离出来。?气流在沉降室内通过时间t(s)为，t=L/v，?尘粒从沉降室顶部落至底部所需的时间图t0(s)为，t0H/up，尘粒的沉降速度up可按斯托克斯公式计算?满足条件：如果tt0，则L/vH/up?考虑到尘粒通过沉降室截面内的速度不均匀性，?由此可计算出沉降室各部分的尺寸：沉降室高度H，长度L，沉降室宽度B取决于处理气体流量Q，BQ/Hv puHvL?33.16.
18、3.2惯性除尘器惯性除尘器 运动气流中接近靶时粒子运动的几种可能情况 惯性除尘器的工作原理：含尘气体冲击在挡板上，利用烟气流动方向发生急剧改变时，尘粒受惯性力的作用而从气体中分离并捕集下来的一种装置。?惯性除尘装置的构造 1)冲击式:以含尘气体中的粒子冲击挡板来收集较粗的粒子.2)反转式:通过改变含尘气体流动方向而来收集较细粒子.冲击式惯性除尘装置(单级式)6.3.3旋风除尘器旋风除尘器?旋风除尘器也称为离心力除尘器，它是利用含尘气流作旋转运动时产生的离心力，把尘粒从气体中分离出来的装置。?工作原理：含尘气体自进风口切向引入，在分离器内作由上向下，再由下向上的螺旋运动，然后从中心管引出。在上、
19、下螺旋运动过程中，尘粒与气体发生相对运动被甩向器壁后顺壁面掉落至灰斗，这样尘粒得以与气体分离。?普通旋风除尘器由筒体、锥体、排出管三部分组成。普通旋风除尘器工作原理图，结构图 旋风除尘器的结构?1)筒体和锥体，旋风除尘器的主体部分。筒体直径越小，高度的增加，锥体的增加对尘粒的分离和除尘效率的提高是有利的。?2)含尘烟气进口，有切向和轴向进入两种?3)净化气体出口，气体出口管段要求延伸到筒体内部?4)除尘器排灰口，对排灰口的要求是排灰要迅速、通畅、连续、不漏气。3.旋风除尘器的分类旋风除尘器的分类?(1)按性能分 a高效旋风除尘器，b高流量旋风除尘器，c介于上述两者之间的通用旋风除尘器?(2)按
20、进气方式分?(3)按结构形式分 a圆筒式，b旁通式 c扩散式 d长锥体式?(4)按组合形式分 a串联式旋风除尘 b并联式旋风除尘器组 旁通式旋风除尘器 扩散式旋风除尘器 旋风除尘器的组合形式 a.串联式 b并联式 c.立式多管并联 4.旋风除尘器的设计计算旋风除尘器的设计计算?1）旋风除尘器的压力损失，主要靠实验确定。?2）尘粒分离机理 分割粒径dc50是反映旋风除尘器除尘性能的一项重要指标，是指除尘器分级效率为50的粒子直径。dc50按拉波尔经验式计算 根据假想圆筒理论求dc50 6.4湿式除尘器湿式除尘器?湿式除尘器是利用水滴或其他液体洗涤含尘气体，使尘粒被粘附、凝聚进而从气流中分离 的除
21、尘装置。?湿式除尘器分为低能耗和高能耗 两类。低耗能湿式除尘器的压力损失为 2001500Pa，高能耗湿式除尘器如文丘里除尘器压力损失范围为25009000Pa。湿式除尘器的原理?1.尘粒与液滴间的惯性碰撞?2.扩散效应?3.粘附作用?4.凝聚作用?惯性碰撞和扩散效应是湿式除尘的主要机理。液滴的惯性捕尘液滴的惯性捕尘 除尘机理对不同粒径尘粒的捕集作用 6.4.2水膜除尘器水膜除尘器?捕尘原理：利用水膜捕集尘粒?常用的水膜除尘器有管式水膜除尘器和旋风水膜除尘器。1.立式旋风水膜除尘器(CLS型，麻石旋风水膜除尘器)2.卧式旋风水膜除尘器 3.管式水膜除尘器 立式旋风水膜除尘器立式旋风水膜除尘器
22、1-含尘气体入口，2-除尘后气体出口，3-水管 卧式旋风水膜除尘器 1-螺旋导流叶片，2-外筒，3-内筒，4-水槽，5-通道高度 6.4.3文丘里除尘器 文丘里洗涤器由文丘里管和脱水装置两部分组成。文丘里管包括进气管、收缩管、喉管和渐扩管这几部分。?文丘里洗涤器的主要工作原理是惯性碰撞。6.5电除尘器电除尘器?电除尘器是利用强电场电晕放电使气体电离、粉尘荷电，在电场力作用下使粉尘从气体中分离出来的装置。?优点：(1)除尘效率高，可达99以上；(2)本体压力损失小，压力损失一般为 160300Pa；(3)能耗低；(4)处理烟气量大；(5)耐高温，普通钢材可在350以下运行。?电除尘器的工作原理：
23、涉及电晕放电、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。电除尘器原理图 1-电晕极，2-集尘极，3-高压直流电源，4-离子化区域 电晕放电和气体电离?气体放电：气体在外界作用下由电绝缘状态变为导电状态，因而有电流从气体中通过的现象。?电晕放电一般只发生在非均匀电场中具有曲率半径较小的放电极表面附近的小区域内，即所谓电晕区内。?当供电压高到一定值后，也会产生 火花放电；如果供电压再继续增高，会使两极间的整个空间被击穿，即发生弧光放电。粒子荷电?电场荷电和扩散荷电两种不同过程。?电场荷电是离子在电场力作用下作定向运动与粒子相碰的结果。?扩散荷电是离子作不规则热运动和粒子相碰的结果。
24、?电除尘器中的电晕荷电，是离子在电场力作用下扩散到粒子上从而使粒子荷电的过程。6.5.2电除尘器的分类和结构?电除尘器主要部件：电极系统、清灰系统、烟道气流分布系统、排尘系统、供电系统等。?分类 (一)按集尘电极的形式分为管式和板式两类 (二)按含尘气流在电除尘器中的流动方向 分为立式和卧式两类。(三)根据放电极和集尘极在电除尘器中空间布置不同可分为单区(一段式)和双区(二段式)。(四)按清灰方式分类可分为干式和湿式。电除尘器的基本结构 l-电晕极，2-集尘极，3-含尘气体，4-清洁气体，5-外壳，6-灰斗 双区板式电除尘器 1-电晕极，2-集尘极，3-高压直流电源 喷水型湿式电除尘器示意图
25、6.6过滤式除尘器过滤式除尘器?过滤式除尘器是使含尘气流通过多孔过滤介质将粉尘分离捕集的装置。?1)按滤料种类、结构和用途可分为 袋式除尘器、颗粒层除尘器和空气过滤器。?2)根据粉尘粒子在除尘器重被捕获的位置不同可分为内部过滤和外部过滤两种形式。?过滤式除尘器的滤尘机制 包括筛滤、惯性碰撞、拦截作用、扩散作用、静电及重力沉降作用等。布袋的除尘机理 1-布袋纤维,2-粉尘,3-惯性碰撞,4-扩散效应,5-截留效应,6-重力沉降,7-流线 过滤式除尘器的性能?1）过滤速度，是影响除尘器性能的主要因素之一。过滤速度指气体通过滤料的平均速度（也称比负荷）.?气体过滤速度v=Q/A，Q表示通过滤除尘器的
26、处理气量，(m3/s)；A表示滤料的过滤面积，m2。?气体通过过滤层的真实速度vp=v/p。p为粉尘层的平均空隙率，一般为0.80.95。?2）除尘效率 6.6.2袋式除尘器?含尘气体通过滤袋(也称布袋)滤去其中尘粒的除尘装置。?优点：(1)除尘效率高。(2)处理气体量范围大。(3)适应性强。(4)结构简单，使用灵活。(5)运行稳定可靠，操作维护简单。?袋式除尘器的应用主要受滤布的耐高温、耐腐蚀的影响。?目前一般滤布的使用温度小于300。不适于净化粘结和吸湿性强的含尘气体。袋式除尘器的滤布?滤布的性能，主要指过滤效率、透气性和强度等，这些都与滤布材质和结构有关。?对滤布的要求：容尘量大；透气性
27、好，压力损失小；抗皱折、耐磨、耐温和耐腐蚀性好，机械强度高；吸湿性小，易清灰；使用寿命长，成本低。?按滤布的材质分，有天然纤维、无机纤维和合成纤维等。?按滤布的结构分，分织物滤布和毛毡两类。?按滤布的织法分，有平纹布、斜纹布和缎纹布三种。袋式除尘器的结构型式?按滤袋截面形状分，有圆筒形和扁平形。?按含尘气流通过滤袋的方向分，有内滤式和外滤式?除尘器的进气口布置 有上进气和下进气两种方式?常用的清灰方式 振动滤料以使沉积的粉尘脱落，称为 机械振动式。利用气流反吹沉积粉尘，称为 逆气流清灰或气环反吹风清灰;用压缩空气喷吹称为脉冲喷吹清灰。圆筒形袋式除尘器 扁平形袋式除尘器 多袋式除尘器多袋式除尘器 a.机械振动式，b.逆气流清灰式，c.气环反吹风式，d.脉冲喷吹式 机械振动袋式除尘器 逆气流反吹袋式除尘器 6.7除尘器应用 选择除尘器时必须全面考虑有关因素：1.粒径分布，2.含尘浓度 3.尘粒密度，4.尘粒的粘附性 5.尘粒的凝聚性，6.尘粒的电阻 7.气体流量，8.气体温度 9.气体湿度，10.气体成分
