2019最新大气污染控制工程-第三章---除尘技术及装置物理

第三章除尘技术及装置本章要点掌握颗粒的粒径及粒径分布、粉尘的物理性质、净化装置的性能、颗粒捕集的理论基础。掌握机械式除尘：重力沉降室，旋风除尘器捕集原理、压力损失及除尘效率旋风除尘器的分类及典型结构，选型设计。掌握过滤式除尘：袋式除尘器的基本原理，滤料，结构型式和性能，影响除尘效率的因素，压力损失，选型设计。掌握电除尘：除尘过程及荷电机理，驱进速度与捕集效率，影响电除尘效率的因素，电除尘器基本结构型式及选用。一.除尘技术基础1.粉尘的物理性质①密度：堆积密度其中：为真密度②比表面积：m2/m3或m2/kg1bpp23pvpandSnd以质量为基准定义的比表面积为③粉尘的浸润性若粉尘的含水量为mW(g)，干粉尘质量为md(g)，则粉尘的含水率w(%)定义为：④粉尘的荷电性及导电性粉尘导电32(/)wpppaSndnd100%wwdmwmm容积导电表面导电比电阻⑤粉尘的粘附性：粉尘彼此相互附着⑥粉尘的安息角与滑动角⑦爆炸性：可燃性悬浮物在一定的浓度范围内会导致化学爆炸2.粉尘粒径及粒径分布①单一粒径Vj1/24pAAd单一粒径投影径长径短径定向粒径dF定向面积等分径dM几何当量径等投影面积径dA:等体积径dV1/36pVVd等表面积径dS1/2psSd体积表面积平均径6pepVdS物理当量径空气动力直径da斯托克斯直径/沉降直径dst筛分粒径：20µm～12mm。空气动力直径da指与被测粒子在空气中的终端沉降速度相同、密度为1(g/cm3)的球的直径，其单位用μm(g/cm3)1/2。斯托克斯直径/沉降直径dst18()pstPudg②平均粒径glsvslvsmddddddd3.粒径分布(1)粒径分布的表示方法①相对频数（或频率）分布ΔD（%）②频度分布f（%/μm）（%·μm-1）0100%mDm100%DPDfdPdDfdd③筛上累计分布R（%）筛下累计分布maxmaxPPddPddRDfdminminPPddPddDDfd1DR众径中位径（2）分布函数①正态分布(高斯分布)频率密度函数为：22100()exp22PPPddfd对数正态分布函数为：式中dg是几何平均粒径，并等于中位径d50；σg是几何标准差，有粒径分布遵从对数正态分布，则以质量、个数和表面积表示的粒径分布，皆遵从对数正态分布。在对数概率纸上代表这三种分布的直线互相平行。22lnln100lnexpln22lnPgPggddfd1/215.87%84.13%PgPdRdR25050exp(3ln)gdd、、分别是以粒子的质量、个数和表面积表示的对数正态分布的中位径。长度平均粒径表面积平均粒径体积平均粒径积平均粒径25050exp(0.5ln)gdd50d50d50d50d2150exp(0.5ln)gdd250exp(ln)sgdd250exp(1.5ln)vgdd250exp(2.5ln)vsgdd)ln5.0exp(25050gdd例3－1某粉煤燃烧产生的飞灰的粒径分布遵从对数正态分布，当以质量表示其粒径分布时，中位径为21.5μm，dp（D=15.87%）=9.8μm。试确定以及个数表示时对数正态分布函数的特征值和算术平均粒径。解：对数正态分布函数的特征数是中位径和几何标准差。由图3－5（图中横坐标是对数坐标）得，所以，19.28.95.21%87.15(）Dddpgg由于对数正态分布以个数和质量表示的几何标准差相等，故即为以个数表示的几何标准差。由式（3－28）得以个数表示的中位径μm由式（3－30）的算术平均粒径μm4.3)19.2ln3exp(5.21250d62.4)19.2ln5.0exp(40.321d③罗辛—拉姆勒分布(R-R分布)适用于破碎、研磨、筛分过程中产生的细粒子及分布很广的各种粉尘50()100exp0.693nppdRdd4.除尘装置的性质（1）总捕集效率入口气体流量为Qi（m3/s），污染物浓度为Ci(g/m3)，污染物流入量为Si（g/s）；净化装置的出口对应Qo（m3/s），So（g/s）,Co(g/m3)。若净化装置捕集的污染物的量为Sc（g/s），则有总捕集效率：100%(1)100%coTiiSSSS(1)100%ooTiiCQCQ(1)100%oNoNTiNiNCQCQ(1)100%oNTiNCkC换算成标准态漏风情况…分别为第1，2，…，n个除尘器的除尘效率。(2)分级捕集效率粉尘流量为（g/s）,则粒径为范围内的颗粒的分级效率为（％）。其数学表达式为若以（g/s）表示在范围内的出口粉尘流量，则粒径为范围内的颗粒的分级通过率为12[1(1)(1)(1)]100%Tn12iSd100%cdiSSoSpd除尘器总效率和分级效率的关系式其中，是相对频数（3）除尘装置的压力损失100%100%1oicddiiSSSPSS()1nTdidiiRiR22guP（4）除尘装置的分类及其性能比较二.机械式除尘器1.重力沉降室特性：构造简单、造价低、耗能小、便于维护管理；可以处理高温气体（烟气温度350～550℃）；阻力50～130Pa；除尘效率40～60％；去除大于40～50μm的大颗粒；作为预除尘器使用。①分类水平气流沉降室垂直气流沉降室（a）屋顶式沉降室扩大烟管式沉降室带有锥型导流器的扩大烟管式沉降室②水平气流沉降室的主要设计计算沉降室内气体流速一般为0.2～2m/s。沉降室的高度(m)应根据实际需要而定。Q、vLHvLt/puHt/00tt要使粒径为dp(m)的尘粒在沉降室中全部沉降下来，必须保证即puHvL///pLHvu不同粒径的尘粒的沉降速度可按斯托克斯公式计算218ppgpgdguHvQB/min18gpgHvdgL218ipgigdgLHvgLHvdpg18minpg因为idi这种沉降室对各种不同粒径尘粒(m)的分级除尘效率按下式求得由上式可见，要提高沉降室的捕集效率，可从三个方面入手：(1)降低室内气体流速v；(2)降低沉降室高度H；(3)增加沉降室长度L。为提高除尘效率，可降低沉降室的高度，在沉降室中装许多水平隔板，形成一层层气流通道，就是多层沉降室n块隔板将高度为的沉降室分为个n+1个通道：2118ipgigdgLnHvmin181gpgHvdgLn由上分析得知，多层沉降室的分级效率比单层沉降室的效率高（n+1）倍，而能捕集的最小粒径比单层沉降室小倍)1(1n沉降室分层越多，除尘效果就越好，但必须使各层隔板间气流分布均匀。同时，分层越多，清理集灰也越困难。例3－3在设计一个锅炉烟气重力沉降室，已知烟气量Q＝2800m3/h，烟气温度ts=150℃，烟气真密度ρp=2100Kg/m3（忽略气体密度），烟气粘度μg=2.4×10-5Pa·s。要求能去除dp≥30μm的烟尘。解：由式（3－56）得取沉降室内流速为0.25m/s，沉降室高度为1.5m，则沉降室的长度m由于沉降室的长度过长，可采用三层水平隔板，即四层沉降室，取每层高m，总高调整为1.6m，则此时所需沉降室的长度为0428.010241881.92100)1030(181852622gppggpppgdgdu8.80428.0/25.05.1/puHvL34.20428.0/25.04.0/puHvL若取沉降室长度m，则沉降室宽度为m因此，沉降室的尺寸为m，其能捕集的最小粒径为也即28.6μm,小于30μm，满足要求。由于设置了三层隔板，每层气量应为Q/4，用q表示，则（m3/h）0.225.0)13(4.036002800)1(/vnHQB55min1086.2)13(5.281.9210025.06.1105.218118ngLHvdgpg7004/28004/Qq2.惯性除尘器惯性除尘器是使含尘气体冲击在挡板上，气流急剧地改变方向，借助粉尘粒子的惯性作用使其与气流分离并被捕集的一种装置。对惯性除尘器，若气体在管道内流速为10m/s，而在其扩大部分的流速为1m/s，则对25～30μm以上的尘粒，除尘效率一般可达65～85％。总的来讲，惯性除尘器的除尘效率一般为50～70％，阻力一般为150～700Pa。由于惯性除尘器的除尘效率较低，一般只作为预除尘器用。惯性除尘器可用于处理高温含尘气体，能直接安装在风道上。含尘气体在冲击或方向转变前的速度越高，方向转变的曲率半径越小时，其除尘效率越高，但阻力也随之增大。为了提高效率，可以在挡板上淋水，形成水膜，这就是湿式惯性除尘器。惯性除尘器冲击式结构反转式结构弯管型百叶窗型多层隔板塔型分类弯管型百叶窗型多层隔板塔型3.旋风除尘器旋风除尘器是使含尘气体作旋转运动，利用离心力作用将尘粒从气流中分离并捕集下来的装置。它历史悠久、应用广泛、型式繁多、结构简单、没有运动部件、造价便宜、维护管理方便，除尘效率一般达85％左右，高效的旋风除尘器除尘效率可达90％左右。逆转型①分类结构单管多管组合式入口流向轴向入口逆转型正交型切向入口直入型蜗壳型②旋风除尘器的设计计算压力损失压力损失系数见P118表3-1122gvP分割直径旋风除尘器的分离性能是研究除尘效率的基础。旋风除尘器的效率与颗粒的直径有关，直径越大，效率越高。当直径大到某一值时，除尘效率可达100%，此时的颗粒直径称为临界直径；同样除尘效率为50％时的颗粒直径称为分割直径。分割直径越小，表明除尘器的分离性能越好。在评价旋风除尘器的分离性能时，往往多采用分割直径。拉波尔经验表达式：拉波尔（Lapple）根据转圈理论，考虑气流有效旋转圈数Ne，提出了一个分割直径的经验表达式，即此式适用于切线、螺旋和蜗壳式入口旋风除尘器。对于标准的旋风除尘器，外旋流的有效圈数Ne为5～10圈。若无足够资料时，可按下式近似计算1/25092()gcpgebdNvhHLNe2/0.525010.596(0.7)nngcngiddvhD根据假想圆筒理论3.014.0)283/)(669.01(1TDn池森龟鹤5.05003.5DdvhAdiPgc旋风除尘器的效率1223(1)1exp{2}niiGQnD3.014.0)283/)(669.01(1TDnguppi18Cd)55.0exp(40.0257.121ppuddCugg499.0MRTu8则除尘器的总效率为iim旋风除尘器的选择设计收集设计资料除尘器型式的选择计算法经验法计算法计算除尘效率确定结构型式总除尘效率定型压损确定结构型式入口速度v入口面积定型经验法例3－4某旋风除尘器进口宽度为b=0.21m，气流在旋风器内旋转4圈，入口气速为15m/s,ρρ=1700kg/m3.T=350K,载气为空气。试计算旋风器的分割粒径dc50解：忽略空气的密度，并从有关手册中查的空气在350K时的粘度Pa·s,则由式（3－65）得5100