1、第6章 空气净化原理与设备6.1.1 净化装置的性能 6.1.2 净化装置的分类 6.1.3 净化装置的选择 6.2.1 粉尘的特性、除尘机理 6.2.2 重力沉降室、惯性除尘器 6.2.3 旋风除尘器6.2.4 湿式除尘器6.2.5 过滤式除尘器6.2.6 电除尘器 6.3.1 概述 6.3.2 吸收与吸附原理 6.3.3 吸收与吸附装置 6.4.1 非平衡等离子体空气净化 6.4.2 光催化净化方法 6.4.3 负离子净化方法6.4.4 臭氧净化方法6.1.1 6.1.1 净化装置的性能净化装置的性能6.1.2 6.1.2 净化装置的分类净化装置的分类6.1.3 6.1.3 净化装置的选择
2、净化装置的选择6.1 概述概述 空气污染物的净化可分为通风进气及排气中粉尘的净化、有害气体的净化、室内污染物的净化。通风排气中粉尘的净化也称为工业除尘；通风排气中有害气体的净化是对生产过程散发的废气进行净化处理即有害气体的净化，以达到排放标准的要求；通风进气中粉尘的净化称为空气过滤，以保证室内空气的清洁度为目的。本章主要阐述空气污染物的一般净化方法和净化装置的典型结构，重点介绍粉尘的净化。大气污染物的净化实际上是一个混合物的分离问题。大气污染物的净化实际上是一个混合物的分离问题。1.气溶胶污染物2.气态污染物分离方法：属于非均相混合物，一般都采用物理方法进行分离。分离依据：气体分子与固体、液体
3、粒子在物理性质上的差异。1.1.气溶胶污染物气溶胶污染物n 较大粒子的密度比气体分子大得多，可利用重力、惯性力、离心力（统称为质量力）进行分离，统称为机械分离方法；n 粒子的尺寸和质量比气体分子大得多，可采用过滤层过滤的方法加以分离；n 利用某些粒子易被水湿润，凝并增大而被捕集，可采用湿式洗涤进行分离；n 由于某些粒子的荷电性，在高压电场内利用静电力（库仑力）进行分离的静电除尘。a.分离方法：气态污染物在气体中以分子或蒸气状态存在，属于均相混合物;大多根据物理的、化学的及物理化学的原理予以分离。b.分离依据：不同组分所具有的不同蒸气压，不同溶解度，选择性吸收作用以及某些化学作用。目前国内外净化
4、气态污染物的方法，主要有五种：吸收法、吸附法、燃烧法、冷凝法及催化转化法。2.2.气态污染物气态污染物 全面地评价净化装置的性能应该包括技术指标和经济指标。技术指标:一般常以处理气体量、净化效率，压力损失及负荷适应性等特性参数来表示；经济指标:主要包括设备费、运行费和占地面积等。除上述基本性能外，还应考虑装置安装、操作、检修的难易程度等因素。6.1.1 6.1.1 净化装置的性能净化装置的性能表示净化装置的技术性能，主要包括以下四个方面：1）处理气体量：代表装置处理能力大小的指标，一般以体积流量表示。2）压力损失：表示装置消耗能量大小的技术经济指标，有时也称为压力降。3）负荷适应性：表示装置性
5、能可靠性的技术指标，即指净化装置的工作稳定性和操作弹性。4）净化效率:表示装置净化效果的重要技术指标，有时也称为分离效率。对于除尘装置又称除尘效率；对于吸收装置，又称吸收效率；对于吸附装置，则称为吸附效率。净化装置的技术性能净化装置的技术性能 在工程中，通常以净化效率为主来选择和评价装置，净化效率主要的表示方法：（1）总效率（2）通过率（透过率）（3）分级除尘效率（4）板效率 （5）串联运行时的总净化效率 净化效率的表示方法净化效率的表示方法(%)100)1(100ioicSSSS 总效率是指同一时间内，净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之百分比。总效率实际上是反映装置净化程度的平均值
6、，也称为平均效率。进入装置的污染物流量为Si(g/m3)，净化装置出口的相应量为S0(g/s)。若净化装置捕集的污染物流量为Sc(m3/s)，则有 Si=Sc+So故总效率（%）可表示成:（1 1）总效率）总效率 当净化效率达99%以上时，如表示成99.9%或99.99%，在表达装置性能的差别上不明显，所以一般采用其它方法来表示，最简单的一种方法是用通过率P（%）来表示。通过率是指从净化装置出口逸散的污染物量与入口污染物量之百分比。P值越大，说明出口逸散量越大。通过率P（%）可以下式表示100100ioSSP例如:一除尘器的=99%时，P=1.0%；另一台除尘器的=99.9%时，P=0.1%，
7、则前一台除尘器的通过率为后者的10倍。（2 2）通过率（透过率）通过率（透过率）%100icjSS 分级除尘效率与除尘装置的除尘效率与粉尘粒径有关，为确切地表示除尘效率与粒径分布的关系而提出的。分级除尘效率（简称分级效率）是指除尘装置对某一粒径dp或粒径范围dp+dp内粉尘的除尘效率。若设与此相应的除尘器入口的粉尘流量为Si（g/s）,捕集的粉尘量为Sc（g/s），则该除尘器对粒径dp或dp范围内粉尘的分级效率j为（3 3）分级除尘效率）分级除尘效率 当除尘器入口粉尘的粒径频度分布为fi，捕集粉尘的频度分布为fc则根据频度分布的定义和分级效率的定义式可得：总效率和分级效率的计算方法总效率和分级
8、效率的计算方法SSi i=S=Si if fi i S Sc c=S=Sc cf fc c (%)100ffjiciiccffSS 板效率是指实际塔板能达到的分离程度与理论塔板所达到的平衡情况的比较,它的数值总是小于1。这是表示吸收装置（包括湿式洗涤器）性能的重要技术指标。板效率常用总板效率、单板效率及点效率表示。总板效率即平均板效率，又称为全塔效率。单板效率，又称为莫夫利（Murphree）效率，而点效率则是更具体地表示塔板上任一点的局部分离效率。（4 4）板效率）板效率)1)(1(1)1(21121)1()1)(1(121n 在实际净化系统中，往往把两种或多种不同型式的净化装置串联起来使用
9、，如当污染物浓度较高时，排放浓度可能超过排放标准，或者虽能达到排到标准，因负荷过大容易引起装置性能不稳定等，应采用两级或多级净化装置串联使用。同理，n级净化装置串联后的总效率为（5 5）串联运行时的总净化效率）串联运行时的总净化效率 设第一级净化装置的效率为1，第二级为2，则两级净化装置串联运行的总效率为 （1 1）除尘装置）除尘装置（2 2）吸收装置）吸收装置（3 3）吸附装置）吸附装置（4 4）催化转化装置）催化转化装置6.1.2 6.1.2 净化装置的分类净化装置的分类 从气体介质中将固体粒子分离捕集的设备称为除尘装置或除尘器。按照除尘器利用的除尘机制，可将其分成如下四类：干式电除尘器、
10、湿式电除尘器静电力电除尘器袋式除尘器、颗粒层除尘器过滤介质捕集过滤式除尘器旋风水膜除尘器、冲激式除尘器、文丘里除尘器水流冲洗湿式除尘器重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器惯性力机械式除尘器设备作用原理类别（1 1）除尘装置）除尘装置概念：为分离废气中的分子状态污染物，完成吸收操作所采用的气液相间传质的设备称为吸收装置。作用：使气液两相充分接触，以利于吸收过程的进行。（2 2）吸收装置）吸收装置 对于吸收装置，可根据气液两相传质过程的特点，将其分为液体分散型和气体分散型两大类。液体分散型即在设备内气体呈连续相，吸收剂为分散相的吸收装置，如填料塔、多管降膜式吸收装置及各种喷洒装置等；气体分散型即在设
11、备内气体呈分散相，吸收剂成连续相的吸收装置，如板式塔及气泡搅拌装置等。吸附是利用固体吸附剂表面对气体中各组分的吸附能力不同而进行分离的技术，用以完成吸附操作的分离设备称为吸附装置或吸附器。根据吸附床层的特点，可将吸附装置分为固定床吸附器，回转式吸附器、流动床吸附器和沸腾床吸附器等。（3 3）吸附装置）吸附装置 催化转化法是利用催化剂的催化作用，使废气中的污染物转化成无害物，甚至是有用的副产品，或者转化成更容易从气流中被去除的物质。前一种催化转化操作直接完成了对污染物的净化过程，而后者则还需要附加吸收或吸附等其他操作工艺才能实现全部的净化过程。气态污染物净化过程用的催化反应器一般是气-固相催化反
12、应器。有固定床和流化床两种类型。汽车废气中的一氧化碳和碳氢化合物在催化剂的作用下被氧化成为二氧化碳和水 氨将氮氧化物催化还原成为氮气和水（4 4）催化转化装置）催化转化装置1）处理气体量2）气体性质：种类、成分、温度、湿度、密度、粘度、压力、露点、毒性、腐蚀性及燃烧爆炸性等。3）粉尘性质：种类、成分、粒径分布、浓度、密度、比电阻、含水率、润湿性、吸湿性、粘附性及燃烧爆炸性等。4）净化要求：净化效率、压力损失、废气排放标准及环境质量标准等。5）装置的经济性：包括装置占地面积在内的设备费和运行费，以及安装费、设备使用寿命和回收综合利用情况等。1.1.选择的依据选择的依据6.1.3 6.1.3 净化
13、装置的选择净化装置的选择1）工程调查认真收集有关资料，全面考虑影响装置性能的各种因素。2）计算净化效率 根据排放标准和生产要求，由初始入口浓度、出口排入浓度及气体流量按式（6-3）或（6-4）计算需要达到的净化效率。3）确定净化方法 根据污染物性质和操作条件确定净化方法（吸收、吸附或除尘等）及净化流程（几级处理，是否预冷、调湿以及吸收剂和吸附剂选定等）。在此基础上，对装置的技术指标和经济指示进行全面比较，选定最适宜的净化装置。4）确定净化装置的型号规格和运行参数。2.2.选择的一般步骤选择的一般步骤粉尘的特性、除尘机理重力沉降室、惯性除尘器旋风除尘器湿式除尘器过滤式除尘器电除尘器6.2 6.2
14、 粉尘的净化粉尘的净化6.2.1 6.2.1 粉尘的特性、除尘机理粉尘的特性、除尘机理（1）粉尘的密度（2）粘附性（3）爆炸性 （4）荷电性与比电阻（5）粉尘的湿润性 （6）粉尘的粒径分布1.1.粉尘的特性粉尘的特性（1 1）粉尘的密度）粉尘的密度 粉尘的两种密度：真密度、堆积密度 自然状态下堆积起来的粉尘在颗粒之间及颗粒内部充满空隙，我们把松散状态下单位体积粉尘的质量称为粉尘的堆积密度。如果设法排除颗粒之间及颗粒内部的空气，所测出的在密实状态下单位体积粉尘的质量，称为真密度（或尘粒密度）。两种密度的应用场合不同，例如研究单个尘粉在空气中的运动时应用真密度，计算灰斗体积时则应用堆积密度。（2
15、2）粘附性）粘附性 粉尘的粘附性是粉尘与粉尘之间或粉尘与器壁之间的力的表现。这种力包括分子力、毛细粘附力及静电力等。粘附性与粉尘的形状、大小以及吸湿等状况有关。粒径细、吸湿性大的粉尘，其粘附性也强。尘粒间的粘附使尘粒增大，有利于提出高除尘效率，而粉尘与器壁间的粘附则会使除尘器和管道堵塞和系统性能恶化。（3 3）爆炸性）爆炸性 固体物料破碎后，总表面积大大增加。例如每边长1cm的立方体粉碎成每边长1um的小粒子后，总表面积由6cm2增加到6m2。由于表面积增加，粉尘的化学活泼性大为加强。一些在堆积状态下不易燃烧的可燃物如糖、面粉、煤粉等，以粉末状悬浮于空气中时，与空气中的氧有了充分的接触机会，在
16、一定的温度和浓度下，可能发生爆炸性。设计此类除尘系统时，必需考虑设置防爆装置。（4 4）荷电性与比电阻）荷电性与比电阻粉尘荷电性：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。影响荷电量大小因素：粉尘的成分、粒径、质量、温度、湿度等有关。衡量粉尘荷电性的指标：粉尘比电阻,它反映粉尘的导电性能，是粉尘的重要特性之一。（5 5）粉尘的湿润性）粉尘的湿润性有些粉尘（如水泥、石灰等）与水接触后，会发生粘结和变硬，这种粉尘称为水硬性粉尘。水硬性粉尘不宜采用湿法除尘。粉尘颗粒能否与液体相互附着或附着难易的性质。湿润现象：是分子力作用的一种表现
17、，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。衡量湿润性指标衡量湿润性指标:湿润接触角湿润接触角()()。609090时时,湿润性差湿润性差,属于憎水性。属于憎水性。粉尘的湿润性是湿式除尘的依据。粉尘的湿润性是湿式除尘的依据。液滴液滴 影响湿润性因素：粉尘成分、粒径、荷电状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。（6 6）粉尘的安息角和滑动角）粉尘的安息角和滑动角 将粉尘自然地堆积在水平面上形成圆锥体，其锥底角即为粉尘的安息角，一般为 3555。将粉尘放置在光滑平
18、板上，使该平板倾斜到粉尘开始滑动时的角度称为粉尘的滑动角，或称动安息角，一般为 3040。粉尘的安息角和滑动角是评价粉尘流动性的一项重要指标，它们与粉尘的粒径和形状尘粒的表面粗糙度粉尘的含水率以及粉尘的粘附性等多种因素有关。物料的流动性物料的流动性 安息角（安息角（）流动性非常好 25-30流动性好 30-38流动性较好 38-45有粘性 45-55粘性很大 55 安息角越小，说明粉尘的流动性就越好。粉尘的安息角和滑动角是设计料仓或除尘器灰斗的锥度以及确定输灰管道或除尘管道的倾斜度的主要依据。粉尘粒径越小,其接触表面增大,相互吸附力强,安息角就越大，粉尘含水率增加,安息角增大，表面光滑的颗粒比
19、表面粗糙的颗粒安息角小;粘性大的粉尘安息角大。物料流动性与安息角关系表:实际防尘中采用粉尘的投影定向长度表示粉尘的粒径，用d表示,单位为微米(m)。d5m的粉尘称为呼吸性粉尘,可随呼吸进入并沉积在肺部,危害最大。粒径也称为粒度，是衡量粉尘颗粒大小的尺度。粉尘的粒径对球形粒子来说，是指它的直径，实际的尘粒形状大多是不规则的，只能用某一个有代表性的数值作为粉尘的粒径。例如用显微镜法测定粒径时有定向粒径、长轴粒径、短轴粒径等；用移液管法测出的粒径称为斯托克斯粒径。（7 7）粉尘的粒径及粒径分布）粉尘的粒径及粒径分布 粉尘分散度粉尘分散度:各粒径粉尘所占总粉尘的百分比各粒径粉尘所占总粉尘的百分比。又分
20、为。又分为质量质量分散度和数量分散度分散度和数量分散度。质量分散度质量分散度PmPm：是指各粒径粉尘的质量：是指各粒径粉尘的质量(mg)(mg)占粉尘的总质量占粉尘的总质量(mg)(mg)的百分比。的百分比。数量分散度数量分散度PnPn：是指各粒径粉尘的颗粒数占粉尘颗粒数的百：是指各粒径粉尘的颗粒数占粉尘颗粒数的百分比。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。%100mmPm%100nnPn通风除尘系统处理的粉尘都是由粒径不同的粒子组成的。通风除尘系统处理的粉尘都是由粒径不同的粒子组成的。2 2 除尘机理除尘机理目前常用除尘器的除尘机理主要有以下几个方面：（1）重力（2）
21、离心力（3）惯性碰撞（4）接触阻留（5）扩散（6）静电力（7）凝聚 尘粒在重力作用下，产生脱离流线的位移而沉降到纤维表面上 气流中的尘粒可以依靠重力自然沉降，从气流中进行分离。由于尘粒的沉降速度一般较小，这个机理只适用于粗大的尘粒。（1 1）重力）重力（2 2）离心力）离心力 含尘气流作圆周运动时，由于惯性离心力的作用，尘粒和气流会产生相对运动，使尘粒从气流中分离。它是旋风除尘器工作的主要机理。含尘气流含尘气流滤芯纤维滤芯纤维滤芯纤维滤芯纤维（3 3）惯性碰撞）惯性碰撞 含尘气流在运动过程中遇到物体的阻挡（如挡板、纤维、水滴等）时，气流要改变方向进行绕流，细小的尘粒会随气流一起流动。粗大的尘粒
22、具有较大的惯性，它会脱离流线，保持自身的惯性运动，这样尘粒就和物体发生了碰撞。这种现象称为惯性碰撞，惯性碰撞是过滤式除尘器、湿式除尘器和惯性除尘器的主要除尘机理。污染物污染物介质纤维介质纤维介质纤维介质纤维（4 4）接触阻留）接触阻留 细小的尘粒随气流一起绕流时，如果流线紧靠物体（纤维或液滴）表面，有些尘粒与物体发生接触而被阻留，这种现象称为接触阻留。另外当尘粒尺寸大于纤维网眼而被阻留时，这种现象称为筛滤作用。粗孔或中孔的泡沫塑料过滤器主要依靠筛滤作用进行除尘。污染物污染物 0.3 m 1 1 几乎几乎100%100%_ _ 无无 1 1至至 0.5 0.5 较低效率较低效率 较高效率较高效率
23、 无无0.5 0.5 至至 0.30.3很低效率很低效率低效率低效率微不足道微不足道0.3 0.3 至至 0.10.1微不足道微不足道 微不足道微不足道略有效果略有效果0.1 0.1 至至0.05 0.05 微不足道微不足道 微不足道微不足道 高效率高效率 0.05 0.05几乎无效几乎无效几乎无效几乎无效几乎几乎100%100%6.2.2 6.2.2 重力沉降室、惯性除尘器重力沉降室、惯性除尘器原理：原理：重力沉降室是一种重力沉降室是一种最简最简单单的除尘器，它是依靠的除尘器，它是依靠重力的重力的作用作用使尘粒从气流中分离出来使尘粒从气流中分离出来的。沉降室是一个断面较大的的。沉降室是一个断
24、面较大的空室，含尘气体由断面较小的空室，含尘气体由断面较小的风管进入沉降室后，风管进入沉降室后，气流速度气流速度大大降低大大降低，尘粒便在重力作用，尘粒便在重力作用下缓慢向灰斗沉降。下缓慢向灰斗沉降。1.1.重力沉降室重力沉降室应用：仅适用于捕集密度大，颗粒粗（应用：仅适用于捕集密度大，颗粒粗（粒径大于粒径大于5050 m m）的粉）的粉尘。只作为尘。只作为初级除尘初级除尘。优点：结构简单、造价低、施工容易、维护管理方便、阻力小优点：结构简单、造价低、施工容易、维护管理方便、阻力小缺点：占地大，除尘效率低，缺点：占地大，除尘效率低，40407070 尘粒在静止流体中自由沉降时，除了受尘粒在静止
25、流体中自由沉降时，除了受重力作用重力作用外，还要受外，还要受到流体对尘粒的到流体对尘粒的阻力和浮力阻力和浮力。作用在尘粒上的总作用力为：。作用在尘粒上的总作用力为：F=GF=GF Ff fP P gdFGccf)(632 423cRdCP 2 4)(6233cRccdCgdF（1 1）尘粒的沉降速度）尘粒的沉降速度对于球形尘粒对于球形尘粒 尘粒在上述合力作用下从静止开始作加速下降运动，随着尘粒运动速度的增加，流体阻力也随之增加，当式（6-14）右边两项在数值上相等时，作用在尘粒上的外力之和F=0，尘粒开始在流体中作等速沉降。这时的降落速度称为尘粒的沉降速度，以s表示。（等速沉降与悬浮速度数值相
26、等，意义不同）悬浮速度:上升气流使尘粒处于悬浮状态所必需的最小速度。根据沉降速度的定义可得：RcCgd-3)(4cs=dcRCeR2424=cd3P18d)(g2ccs斯托克斯公式 流体阻力系数（2 2）沉降室的计算）沉降室的计算 sHAAgHdc18min 在沉降室内，尘粒一方面以沉降速度s下降，另一方面随着气流以气流在沉降室内的流速继续向前运动。要使沉降速度为s的尘粒在重力沉降室内全部沉降下来，必须使气流通过沉降室的时间大于或等于尘粒从顶部沉降到底部灰斗所需的时间，即式中 为沉降室长度（m）；为沉降室内气流运动速度（m/s）；为沉降室高度（m）；s为尘粒的沉降速度（m/s）。重力沉降室能1
27、00%捕集的最小捕集粒径2.2.惯性除尘器惯性除尘器1）除尘机理:利用尘粒在运动气流中具有的惯性力，通过突然改变含尘气流的流动方向，或使其与某种障碍物碰撞，使尘粒的运动轨迹偏离气体流线而达到分离的目的。2）主要类型:冲击式、反转式3）应用：惯性除尘器用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘具有较高除尘效率。对粘结性和纤维性粉尘，则因易堵塞而不宜采用。常用作多级除尘中的初级除尘。普通旋风除尘器的结构:进气口、筒体、锥体、排出管（内筒）。含尘气体由除尘器进气口沿切线方向进入后，沿外壁由上向下作旋转运动，这股向下旋转的气流称为外旋涡。外旋涡到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转，最后从排出管排出。
28、这股向上旋转的气流称为内旋涡。向下的外旋涡和向上的内旋涡旋转方向是相同的。气流作旋转运动时，尘粒在离心力的作用下向外壁移动，到达外壁的粉尘在下旋气流和重力的共同作用下沿壁面落入灰斗。6 6.2.2.3 3 旋风除尘器旋风除尘器原理:旋风除尘器是利用气流旋转过程中作用在尘粒上的离心力，使粉尘从含尘气流中分离出来的。1.1.旋风除尘器内的流场旋风除尘器内的流场 从该图可以看出，从该图可以看出，外旋涡的切向外旋涡的切向速度速度t t是随半径是随半径r r的减小而增加的的减小而增加的，在内、外旋涡的交界面上，在内、外旋涡的交界面上，t t达到达到最大。可以近似认为，内、外旋涡最大。可以近似认为，内、外
29、旋涡交界面的半径交界面的半径r ro o（0.60.60.650.65）r rp p，r rp p为排出管半径。为排出管半径。内旋涡的切向速度内旋涡的切向速度是随着是随着r r的减小而减小的的减小而减小的。（1 1）速度分布）速度分布1 1）切向速度）切向速度 外旋涡外侧的轴向速度外旋涡外侧的轴向速度j j是向下的，内旋涡的轴向速度则是是向下的，内旋涡的轴向速度则是向上的向上的。当气流由锥体底部上升时，可能将一部分已除下来的微当气流由锥体底部上升时，可能将一部分已除下来的微细粉尘重新扬起，并带出除尘器，这种现象称为细粉尘重新扬起，并带出除尘器，这种现象称为返混返混。外旋涡的径向速度是向内的，内
30、旋涡的径向速度外旋涡的径向速度是向内的，内旋涡的径向速度rr是向外的是向外的。外旋涡的径向速度沿除尘器高度的分布是不均匀的。外旋涡的径向速度沿除尘器高度的分布是不均匀的。3 3）径向速度）径向速度2 2）轴向速度）轴向速度FQVr/（2 2）压力分布）压力分布 旋风除尘器内的压力分布是沿外壁向中心逐渐减少，在旋风除尘器内的压力分布是沿外壁向中心逐渐减少，在轴轴心处为负压心处为负压（见图（见图6-86-8）。）。负压一直延伸到除尘器底部负压一直延伸到除尘器底部，在除，在除尘器底部，负压达到最大值（尘器底部，负压达到最大值（-300Pa-300Pa）。该图是除尘器在正压）。该图是除尘器在正压（+9
31、00Pa+900Pa）条件下工作得到的，如果除尘器在负压下工作，负）条件下工作得到的，如果除尘器在负压下工作，负压值会更大。所以，压值会更大。所以，旋风除尘器底部要保持严密旋风除尘器底部要保持严密。如不严密，。如不严密，就会有大量外部空气从底部被吸入，形成一股上升气流，把已就会有大量外部空气从底部被吸入，形成一股上升气流，把已分离下来的一部分粉尘重新带出除尘器，使除尘效率降低。分离下来的一部分粉尘重新带出除尘器，使除尘效率降低。早期的早期的“转圈理论转圈理论”（19321932年由罗辛等人提出）。年由罗辛等人提出）。转圈理论从旋风除尘器内只存在旋涡流场入手，认为转圈理论从旋风除尘器内只存在旋涡
32、流场入手，认为只要气流在筒体内转圈次数足够只要气流在筒体内转圈次数足够，粉尘就能从含尘气流中，粉尘就能从含尘气流中分离出来，根据转圈理论和得到的分割粒径仅仅与筒体高分离出来，根据转圈理论和得到的分割粒径仅仅与筒体高度有关，而与锥体高度无关，这显然与实际情况不符合。度有关，而与锥体高度无关，这显然与实际情况不符合。2.2.筛分理论筛分理论 在旋风除尘器内存在涡、汇流场，处于外旋涡内的尘粒在在旋风除尘器内存在涡、汇流场，处于外旋涡内的尘粒在径向同时径向同时受到方向相反两种力的作用受到方向相反两种力的作用。由旋涡流场产生的离心。由旋涡流场产生的离心力力FlFl使尘粒向外推移，由汇流场产生的向心力使尘
33、粒向外推移，由汇流场产生的向心力P P又使尘粒向内又使尘粒向内飘移。离心力的大小与尘粒直径的大小有关，粒径越大离心力飘移。离心力的大小与尘粒直径的大小有关，粒径越大离心力越大，越大，因而必定有一临界粒径因而必定有一临界粒径dkdk，其所受到两种力的作用正好，其所受到两种力的作用正好相等相等。凡粒径。凡粒径d ddkdk者，向外推移作用大于向内飘移作用，结者，向外推移作用大于向内飘移作用，结果被推移到除尘器外壁而被分离。相反，凡果被推移到除尘器外壁而被分离。相反，凡d ddkdk的尘粒，向的尘粒，向内飘移作用大于向外推移作用而被带到上升的内旋涡中，随着内飘移作用大于向外推移作用而被带到上升的内旋
34、涡中，随着排气排出除尘器。排气排出除尘器。筛分理论筛分理论 影响旋风除尘器性能的因素很多，影响旋风除尘器性能的因素很多，使用条件使用条件和和结构型式结构型式对旋对旋风除尘器的性能都有不同程度的影响。风除尘器的性能都有不同程度的影响。使用条件方面的影响因素有：使用条件方面的影响因素有：（1 1）进口风速进口风速（2 2）含尘气体的性质含尘气体的性质 （3 3）除尘器底部的严密性除尘器底部的严密性（4 4）结构构造结构构造影响旋风除尘器性能的因素影响旋风除尘器性能的因素 旋风除尘器内气流的旋风除尘器内气流的旋转速度是随进口风速的增加而增加的旋转速度是随进口风速的增加而增加的。增加进口风速，能提高气
35、流在除尘器内的旋转速度，使粉尘受到的增加进口风速，能提高气流在除尘器内的旋转速度，使粉尘受到的离心力增大，从而离心力增大，从而提高除尘效率提高除尘效率，同时增大了除尘器的处理风量。，同时增大了除尘器的处理风量。但进口风速不宜过大，过大会导致但进口风速不宜过大，过大会导致除尘器阻力急剧增加除尘器阻力急剧增加（除尘（除尘器阻力与进口风速的平方成正比），器阻力与进口风速的平方成正比），耗电量增大耗电量增大。而且进口风速过。而且进口风速过高，还高，还会加剧粉尘的返混会加剧粉尘的返混，导致除尘效率下降。从技术、经济两方，导致除尘效率下降。从技术、经济两方面考虑，进口风速有一合适的范围，面考虑，进口风速有
36、一合适的范围，一般为一般为151525m/s25m/s,但不应低于但不应低于10m/s,10m/s,以防进气管积尘以防进气管积尘。（1 1）进口风速进口风速 粉尘真密度和粒径增大，会使除尘效率显著提高粉尘真密度和粒径增大，会使除尘效率显著提高。气体温度。气体温度的提高和粘度的增大，皆引起除尘效率下降。的提高和粘度的增大，皆引起除尘效率下降。旋风除尘器热态效旋风除尘器热态效率比冷态效率低率比冷态效率低，进口含尘浓度增高时，除尘器的阻力会有所下，进口含尘浓度增高时，除尘器的阻力会有所下降，但对效率影响不大。降，但对效率影响不大。（2 2）含尘气体的性质）含尘气体的性质 旋风除尘器无论是在正压下还是
37、在负压下运行，旋风除尘器无论是在正压下还是在负压下运行，其底部总其底部总是处于负压状态是处于负压状态，如果除尘器底部不严密，从外部渗入的空气，如果除尘器底部不严密，从外部渗入的空气形成返混流会把正在落入灰斗的一部分粉尘带出除尘器，使除形成返混流会把正在落入灰斗的一部分粉尘带出除尘器，使除尘效率显著下降。所以，如何在尘效率显著下降。所以，如何在不漏风不漏风的情况下进行正常排尘的情况下进行正常排尘是保证旋风除尘器正常运行的一个是保证旋风除尘器正常运行的一个十分关键的问题十分关键的问题。（3 3）除尘器底部的严密性除尘器底部的严密性（4 4）结构构造结构构造结构上的影响因素有：结构上的影响因素有：1
38、 1）型式）型式2 2）筒体直径）筒体直径3 3）排出管直径）排出管直径4 4）筒体和锥体高度）筒体和锥体高度 5 5）排尘口直径）排尘口直径两类入口型式：两类入口型式：切向进入式、轴向进入式切向进入式、轴向进入式1 1）型式）型式 切向进入式切向进入式有直入式和蜗壳式。直入式入口是进气管外壁与有直入式和蜗壳式。直入式入口是进气管外壁与筒体相切，蜗壳式入口是进气管内壁与筒体相切，外壁采用渐开筒体相切，蜗壳式入口是进气管内壁与筒体相切，外壁采用渐开线形式。线形式。轴向进入式轴向进入式是靠固定的导流叶片促使气体作旋转运动。是靠固定的导流叶片促使气体作旋转运动。与切与切向进入式相比，在同一压力损失下
39、，处理的气体量可增加二倍向进入式相比，在同一压力损失下，处理的气体量可增加二倍左左右，而且气流容易分配均匀，所以主要用其组合成多管旋风除尘右，而且气流容易分配均匀，所以主要用其组合成多管旋风除尘器，器，用于处理气体量大的场合用于处理气体量大的场合。轴向进入式有逆流式和直流式。轴向进入式有逆流式和直流式。在相同的旋转速度下，筒体直径越小，尘粒受到的离心力越在相同的旋转速度下，筒体直径越小，尘粒受到的离心力越大，除尘效率越高大，除尘效率越高，但处理风量减少，而且筒径过小还会引起粉但处理风量减少，而且筒径过小还会引起粉尘堵塞，所以筒径一般尘堵塞，所以筒径一般150mm150mm。为保证除尘效率，筒径
40、一般。为保证除尘效率，筒径一般1000mm1000mm。如果处理风量大时，可采用并联组合型式或多管旋风如果处理风量大时，可采用并联组合型式或多管旋风除尘器除尘器。旋风除尘器规格的命名及各部分尺寸比例多以筒径旋风除尘器规格的命名及各部分尺寸比例多以筒径D D为准。为准。2 2）筒体直径）筒体直径 理论和实践都表明，理论和实践都表明，减少排出管直径可以减少内旋涡的范围减少排出管直径可以减少内旋涡的范围，有利于提高除尘效率，有利于提高除尘效率，但是但是不能取得过小，以免阻力增大不能取得过小，以免阻力增大，一般取，一般取d dp p=(0.4=(0.40.66)D0.66)D。3 3）排出管直径）排出
41、管直径 筒体和锥体的总高度过大并没有什么实际意义。实践经验表筒体和锥体的总高度过大并没有什么实际意义。实践经验表明，一般以不超过明，一般以不超过5D5D为宜。在锥体部分，为宜。在锥体部分，由于断面不断减小由于断面不断减小，尘，尘粒到达外壁的距离也逐渐减小，气流的旋转速度不断增加，尘粒到达外壁的距离也逐渐减小，气流的旋转速度不断增加，尘粒粒受到的离心力不断增大，这对尘粒的分离都是有利的受到的离心力不断增大，这对尘粒的分离都是有利的。现代的高现代的高效旋风除尘器大都是长锥体，就是这个原因效旋风除尘器大都是长锥体，就是这个原因。4 4）筒体和锥体高度）筒体和锥体高度 排尘口直径一般为（排尘口直径一般
42、为（0.70.71 1）d pd p左右。左右。过小会影响粉尘沉过小会影响粉尘沉降降，再次被上升气流带走，特别是粘性粉尘易被粉尘堵塞，故，再次被上升气流带走，特别是粘性粉尘易被粉尘堵塞，故排尘口直径应大于排尘口直径应大于70mm70mm。5 5）排尘口直径）排尘口直径 旋风除尘器的结构型式很多，如组合式、旁路式、扩散式、旋风除尘器的结构型式很多，如组合式、旁路式、扩散式、直流式、平旋式、旋流式等。直到目前为止，其结构型式方面的直流式、平旋式、旋流式等。直到目前为止，其结构型式方面的研究工作一直在进行，新的型式仍在不断出现。研究工作一直在进行，新的型式仍在不断出现。（1 1）多管旋风除尘器多管旋
43、风除尘器（2 2）旁路旋风除尘器旁路旋风除尘器（3 3）长锥体旋风除尘器长锥体旋风除尘器 （4 4）高效热管换热式旋风除尘器高效热管换热式旋风除尘器 如前所述，旋风除尘器的效率是随着筒体直径的减少而如前所述，旋风除尘器的效率是随着筒体直径的减少而增加，但直径减少，处理风量也减少。当增加，但直径减少，处理风量也减少。当要求处理风量大要求处理风量大时时，可将几台旋风除尘器并联起来使用，但占地面积大，管理，可将几台旋风除尘器并联起来使用，但占地面积大，管理不方便，因此就产生了多管组合的结构形式。不方便，因此就产生了多管组合的结构形式。多管旋风除尘多管旋风除尘器是把许多小直径（器是把许多小直径（100
44、100250mm250mm）的旋风子并联）的旋风子并联组合在一个箱组合在一个箱体内，合用一个进气口、排气口和灰斗，进气和排气空间用体内，合用一个进气口、排气口和灰斗，进气和排气空间用一倾斜隔板分开，使各个旋风子之间的风量分配均匀。一倾斜隔板分开，使各个旋风子之间的风量分配均匀。（1 1）多管旋风除尘器）多管旋风除尘器 对旋风除尘器的流场测定表明，在旋对旋风除尘器的流场测定表明，在旋风除尘器内，除了主旋转气流外，在除尘风除尘器内，除了主旋转气流外，在除尘器整个高度上还存在两个旋涡，一个是处器整个高度上还存在两个旋涡，一个是处于顶盖附近一直到排出管下端的于顶盖附近一直到排出管下端的上旋涡上旋涡；另
45、一个是处于锥体部分的下旋涡。上旋涡另一个是处于锥体部分的下旋涡。上旋涡使部分细粉尘聚集在顶盖附近，使部分细粉尘聚集在顶盖附近，形成上灰形成上灰环环。上灰环沿筒壁向上旋转，到达顶部后。上灰环沿筒壁向上旋转，到达顶部后，转而向下，沿着排出管外壁到达排出管，转而向下，沿着排出管外壁到达排出管下端，在从下向上的内旋气流带动下，下端，在从下向上的内旋气流带动下，将将一部分未经分离的细粉尘带出除尘器，导一部分未经分离的细粉尘带出除尘器，导致除尘效率降低致除尘效率降低。（2 2）旁路旋风除尘器）旁路旋风除尘器 为了消除上旋涡所造成的不利影响，在除尘器上专门设置一为了消除上旋涡所造成的不利影响，在除尘器上专门
46、设置一个与锥体部分相通的个与锥体部分相通的旁路分离室旁路分离室，让上旋涡携带着细粉尘从上部，让上旋涡携带着细粉尘从上部分离口进入旁路分离室，沿旁路经回风口流至除尘器下部与下旋分离口进入旁路分离室，沿旁路经回风口流至除尘器下部与下旋涡汇合，而粉尘则从气流中分离出来落入灰斗。在旁路分离室中涡汇合，而粉尘则从气流中分离出来落入灰斗。在旁路分离室中部设有分离口，使一部分下旋气流（下旋涡）带着较粗粉尘由此部设有分离口，使一部分下旋气流（下旋涡）带着较粗粉尘由此进入分离室。回到除尘器底部。进入分离室。回到除尘器底部。（3 3）长锥体旋风除尘器）长锥体旋风除尘器 增加锥体高度，由于断面不断减小增加锥体高度，
47、由于断面不断减小，尘粒到达外壁的，尘粒到达外壁的距离也逐渐减小，气流的旋转速度不断增加，尘粒受到的距离也逐渐减小，气流的旋转速度不断增加，尘粒受到的离心力不断增大离心力不断增大，可以提高分离效率，在理论和实践上得，可以提高分离效率，在理论和实践上得到验证到验证 。（4 4）高效热管换热式旋风除尘器）高效热管换热式旋风除尘器 筛分理论筛分理论 影响旋风除尘器主要因素影响旋风除尘器主要因素:1)1)进口风速进口风速2)2)含尘气体的性质含尘气体的性质3)3)除尘器底部的严密性除尘器底部的严密性4)4)结构尺寸结构尺寸:入口形式入口形式;筒体直径筒体直径;锥体和锥体和筒体高度筒体高度;排气管排气管;
48、排灰口排灰口;锥体形状锥体形状1）通过惯性碰撞和截留，尘粒与液滴或液膜发生接触；2）微细尘粒通过扩散与液滴接触；3）加湿的尘粒相互凝并；4）饱和状态的高温烟气在湿式除尘器内凝结时，要以尘粒为凝结核，可以促进尘粒的凝并。1.1.湿式除尘器的机理湿式除尘器的机理 湿式除尘器是通过含尘气体与液滴液膜的接触使尘粒从气流中分离的。机机 理理:2.2.几种常用的湿式除尘器几种常用的湿式除尘器湿式除尘器的种类很多，下面介绍常用的几种。湿式除尘器的种类很多，下面介绍常用的几种。（1）水浴除尘器 （2）冲激式除尘器 （3）旋风水膜除尘器 （4）文丘里除尘器（1 1）水浴除尘器）水浴除尘器 它是湿式除尘器中结构最
49、简单的一种，含尘气体从进口进入后，在喷头处以高速喷出，冲击水面，激起大量水花和雾滴，粗大的尘粒随气流冲入水中而被捕集，细小的尘粒随气流折转180向上时，通过与水花和雾滴接触而被除下，净化后的气体经挡水板脱水后排出。（2 2）冲激式除尘器）冲激式除尘器 含尘气体进入除尘器后转弯向下，冲击水面，粗大的尘粒被水捕集直接沉降在泥浆斗内，未被捕集的微细尘粒随着气流高速通过S形通道（由上下两叶片间形成的缝隙），激起大量水花和水雾，使粉尘与水充分接触，得到进一步净化。净化后的气体经挡水板排出。（3 3）旋风水膜除尘器）旋风水膜除尘器 含尘气流沿切线方向进入除尘器，水在上部由喷嘴沿切线方向喷出，由于进口气流的
50、旋转作用，在除尘器内表面形成一层液膜。粉尘在离心力作用下被甩到筒壁，与液膜接触而被捕集。它可以有效防止粉尘在器壁上的反弹，冲刷等引起的二次扬尘，从而提高除尘效率，这种湿式除尘器，由于加入了离心力的作用，能达到较高的除尘效率。除尘效果通常可达90%-95%。（4 4）文丘里除尘器）文丘里除尘器 文丘里除尘器或称文氏管除尘器是一种除尘效率很高的湿式除尘器。它由脱水器和文氏管两部分组成。主要部件有：进气管、喷嘴、喉管、扩散管、收缩管以及连接管等，而脱水器的上端设有排气管，用于排出经处理后的净化气体，下端设有排尘管道并与沉淀池相连接，用于排出泥浆。含尘气流由风管进入渐缩管,气流速度逐渐增加,静压降低。
