沈陽農(nóng)業(yè)大學土地與環(huán)境學院環(huán)境工程概論課件-第三章

除塵裝置從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設(shè)備稱為除塵裝置

濕式除塵裝置

干式除塵裝置

按分離原理分類：重力除塵裝置（機械式除塵裝置）

慣性力除塵裝置（機械式除塵裝置）離心力除塵裝置（機械式除塵裝置）洗滌式除塵裝置過濾式除塵裝置電除塵裝置聲波除塵裝置

第一節(jié)機械除塵器機械除塵器通常指利用質(zhì)量力（重力、慣性力和離心力）的作用使顆粒物與氣體分離的裝置，常用的有：重力沉降室慣性除塵器旋風除塵器

一、流體阻力

由于顆粒具有一定的形狀，運動時必須排開其周圍的流體，導致其前面的壓力較后面大，產(chǎn)生了所謂形狀阻力。

此外，顆粒與其周圍流體之間存在摩擦，導致了所謂的摩擦阻力。

通常把形狀阻力和摩擦阻力同時考慮在一起，成為流體阻力。流體阻力的大小決定于顆粒的形狀、粒徑、表面特性、運動速度及流體的種類和性質(zhì)。阻力的方向總是和速度向量方向相反，其大小為：式中：CD——由實驗確定的阻力系數(shù)（無因次）；Ap——顆粒在其運動方向上的投影面積，m2。對球型顆粒Ap=πdp2/4；ρ——流體的密度，kg/m3；

u——顆粒與流體之間的相對運動速度，m/s當Rep≤1時，顆粒運動處于層流狀態(tài)，CD與Rep近似呈直線關(guān)系

這就是著名的斯托克斯（Stokes）阻力定律。通常把Rep≤1的區(qū)域稱為斯托克斯區(qū)域。二、重力沉降室重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置

由于加速運動階段非常短，往往可以忽略，認為整個沉降過程可看作在恒定的速度下進行。氣流進入重力沉降室后，流動截面積擴大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降。

（一）層流式重力沉降室3點假設(shè)水平氣流速度是均勻的，并呈層流狀態(tài)在沉降室入口斷面上的粉塵分布是均勻的在氣流流動方向上塵粒與氣流具有同一速度縱剖面示意圖層流式重力沉降室沉降室的長寬高分別為L、W、H，處理煙氣量為Q

氣流在沉降室內(nèi)的停留時間在t時間內(nèi)粒子的沉降距離該粒子的除塵效率

靜止流體中的單個球形顆粒，在重力作用下沉降時，所受作用力有重力FG、流體浮力FB和流體阻力FD，三力平衡關(guān)系式為：

討論：對于斯托斯區(qū)域的顆粒，Stokes顆粒的重力沉降末端速度：層流式重力沉降室對于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?

由于沉降室內(nèi)的氣流擾動和返混的影響，工程上一般用分級效率公式的一半作為實際分級效率

（二）層流式重力沉降室的設(shè)計提高沉降室效率的主要途徑降低沉降室內(nèi)氣流速度增加沉降室長度降低沉降室高度沉降室內(nèi)的氣流速度一般為不同粉塵的最高允許氣流速度0.3～2.0m/s多層沉降室：使沉降高度減少為原來的

1/（n+1）其中n為水平隔板層數(shù)

考慮清灰的問題，一般隔板數(shù)在3以下多層沉降室1.錐形閥；2.清灰孔；3.隔板（三）重力沉降室的優(yōu)缺點重力沉降室的優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單投資少壓力損失?。ㄒ话銥?0-100Pa）維修管理容易缺點體積大效率低（40~70%）僅作為高效除塵器的預除塵裝置，除去較大和較重的粒子沉降室適宜凈化密度大、顆粒粗的粉塵，特別是磨損性很強的粉塵。經(jīng)過精心設(shè)計，能有效的50μm以上的塵粒，不宜捕集小于20μm的粉塵。例題1：設(shè)計一鍋爐煙氣除塵用的沉降室。已知：煙氣量Q=2800m3/h，煙氣溫度t=150℃，煙塵真密度ρp=2100kg/m3，要求能去除掉粒徑為50μm以上的煙塵。（150℃時，煙氣粘度近似取空氣粘度值μ=2.4×10-5Pa.s）1、根據(jù)ρp、dp、求us；2、假設(shè)沉降室內(nèi)的氣流水平速度v0（0.2~2m/s）；（0.5m/s）3、假定沉降室的高度H（或?qū)挾萕），尺寸過大則分層；（1.5m）4、計算確定長度L和寬度W（或高H），獲得沉降室尺寸：L·W·H=5、驗算粒徑dmin。

H/us=L/v0

三、慣性除塵器機理沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離

慣性除塵器結(jié)構(gòu)形式碰撞式－氣流沖擊擋板捕集較粗粒子回轉(zhuǎn)式－改變氣流方向捕集較細粒子碰撞式慣性除塵裝置a單級型b多級型回轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置a彎管型b百葉窗型c多層隔板型慣性除塵器應(yīng)用一般凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵凈化效率不高，一般只用于多級除塵中的一級除塵，捕集10～20μm以上的粗顆粒壓力損失100～1000Pa四、旋風除塵器

利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置，一般用來捕集5～15μm以上的塵粒，除塵效率可達80％

旋風除塵器的工作原理

含塵氣體由進口切向進入后，沿筒體內(nèi)壁由上向下作圓周運動，并有少量氣體沿徑向運動到中心區(qū)內(nèi)。這股向下的氣流大部分到達錐體頂部附近時折轉(zhuǎn)向上，在中心區(qū)域旋轉(zhuǎn)上升，最后由排氣管排出。這股氣流作向上旋轉(zhuǎn)運動時，也同時進行著徑向的離心運動。旋風除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運動＊氣流沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運動：外渦旋＊旋轉(zhuǎn)氣流在錐體底部轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)：內(nèi)渦旋＊內(nèi)、外渦流旋轉(zhuǎn)方向相同＊切向速度決定氣流質(zhì)點離心力大小，顆粒在離心力作用下逐漸移向外壁＊到達外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗＊上渦旋：氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時，一部分氣流帶著細小的塵粒沿筒壁旋轉(zhuǎn)向上，到達頂部后，再沿排出管外壁旋轉(zhuǎn)向下，最后從排出管排出優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小，投資低，操作維修方便，壓力損失中等，動力消耗不大，可用于各種材料制造，能用于高溫、高壓及腐蝕性氣體，并可回收干顆粒物。缺點：除塵效率在80%左右，捕集<5μm顆粒的效率不高，粉塵濃度較高時一般作多級除塵預除塵用。旋風除塵器內(nèi)氣流的切向速度和壓力分布

切向速度是決定氣流和速度大小的主要速度分量，也是決定氣流質(zhì)點離心力和塵粒捕集效率的主要因素

外旋流切向速度uθ隨半徑減小而增加，最大值位于內(nèi)、外旋流的交界面上，該交界面圓柱面的直徑

d0＝(0.6~1.0)dede——出口直徑

旋風除塵器為研究方便，通常把內(nèi)外旋流氣體的運動分解成三個速度分量：切向速度（uθ），徑向速度（ur），軸向速度切向速度：是決定氣流速度大小的主要速度分量，也決定質(zhì)點離心力大小，通常：

uθrn＝常數(shù)（n≦1）

r－氣流質(zhì)點的旋轉(zhuǎn)半徑即距離除塵器軸心的距離，m

n＝1－[1－0.67(D)0.14]·(T/283)0.3

D－旋風除塵器圓筒直徑，mT－氣體的溫度，K

徑向速度：因內(nèi)外流性質(zhì)不同，所以矢量方向不同，但可以近似認為氣流的平均徑向速度

ur＝Q/2πr0h0

Q－除塵器處理氣量。m3/s

r0、h0－分別為交界圓柱面的半徑和高度，m軸向速度：與徑向速度類似，視內(nèi)外旋流而定，外旋流軸向向下，內(nèi)旋流向上旋風除塵器旋風除塵器的壓力損失△P＝

ρu2/2ρ—進口氣體密度，kg/m3

u—進口氣體速度，m/s

—旋風除塵器阻力系數(shù)

=16A/de2A—進口面積；de—排氣筒直徑相對尺寸對壓力損失影響較大，除塵器結(jié)構(gòu)型式相同時，幾何相似放大或縮小，壓力損失基本不變含塵濃度增高，壓力降明顯下降操作運行中可以接受的壓力損失一般低于2kPa旋風除塵器型式XLTXLT?AXLP?AXLP?Bξ5.36.58.05.8旋風除塵器旋風除塵器的除塵效率計算分割直徑是確定除塵效率的基礎(chǔ)在交界面上，離心力FCut0－交界面處氣流的切向速度設(shè)氣體處于層流狀態(tài)，則徑向向心運動氣流作用于塵粒上的阻力FD

ur－交界面上的徑向速度可由：ur＝Q/2πr0h0估算若

FC>FD

，顆粒移向外壁若

FC<FD，顆粒進入內(nèi)渦旋當

FC=FD時，顆粒處于平衡，即有50%的可能進入外渦旋，既除塵效率為50%

。普通旋風除塵器是由以下等部分組成

排氣管進氣管筒體錐體

影響效率的因素（三）分離器的氣密性除塵器下部（排灰口）的嚴密性,滲入外部空氣,可使效率顯著下降。（一）工作條件入口速度12~25m/s氣體物理性質(zhì)：氣體溫度或粘度η粉塵粒徑η

（二）結(jié)構(gòu)尺寸筒體直徑

η適當增加椎體高度Hη3、筒體和錐體總高度H=5D為宜,長錐體可提高效率.1、進口速度u↑:dc50↓,η↑,ΔP↑,但u過大二次揚塵增加,一般u=12～25m/s.2、筒體直徑D↓,η↑,一般D≤0.8m;排管Dp↓,η↑,一般Dp=(0.5～0.6)D.4、運行參數(shù)改變的影響:處理風量,氣溫(氣體粘度),粉塵密度等參數(shù)的變化,都影響除塵器的效率,通過實驗結(jié)果可確定變化關(guān)系.5．分離器的氣密性漏風率：0%、5%、15%η：90%、50%、0要求保證旋風器的嚴密性。旋風器一般：①用于粒子較大（>10μm）的場合；②除塵效率不太高；

③濃度較高時作為初級處理；④可串聯(lián)使用。

旋風除塵器的分類及選型（一）旋風除塵器的分類1．按氣體流動狀況分：切流返轉(zhuǎn)式旋風除塵器：常用的型式為直入式和螺殼式。含塵氣體由筒體沿側(cè)面沿切線方向?qū)?。軸向式旋轉(zhuǎn)除塵器：軸向直流式和軸向反旋式。2．按結(jié)構(gòu)形式分：圓筒體、長錐體、旁通式、擴散式。a.直入切向進入式b.蝸殼切向進入式c.軸向進入式3、按除塵效率和處理風量分：

高效旋風除塵器高流量旋風除塵器通用旋風除塵器筒體直徑較?。?lt;900mm），效率高：>95%。K=6~13.5直徑較大（1.2~3.6m），處理流量大。除塵效率：50~80%。K<3K=4~6，除塵效率：80~90%相對截面比（K）：筒體截面面積和進氣口截面面積之比。4、按結(jié)構(gòu)形式分：

由多個相同構(gòu)造形狀和尺寸的小型旋風除塵器（又叫旋風子）組合在一個殼體內(nèi)并聯(lián)使用。具有處理風量大,除塵效率較高的特點。（1）多管旋風除塵器

多管旋風除塵器

設(shè)有旁路分離室,利用上旋渦分離粉塵,從而提高除塵效率.為了使除塵器頂部空間形成明顯的上旋渦,進氣口上沿離頂蓋要相距一定的距離。（2）旁路式旋風除塵器

它是一種具有呈倒錐體形狀的錐體,并在錐體的底部裝有反射屏的旋風除塵器.反射屏可防止上升氣流卷起粉塵,從而提高除塵效率。（3）擴散式旋風除塵器5、按旋風除塵器排灰裝置：

(a)雙翻板式(b)回轉(zhuǎn)式第二節(jié)濕式除塵器使含塵氣體與液體

（一般為水）密切接觸，利用水滴和塵粒的慣性碰撞及其它作用捕集塵粒或使粒徑增大的裝置

可以有效地除去直徑為0.1~20μm的液態(tài)或固態(tài)粒子，亦能脫除氣態(tài)污染物

高能和低能濕式除塵器低能濕式除塵器的壓力損失為0.25~1.5kPa，對10μm以止粉塵的凈化效率可達90~95%高能濕式除塵器的壓力損失為2.5~9.0kPa，凈化效率可達99.5％以上濕式除塵器旋風洗滌器重力噴霧洗滌器濕式除塵器泡沫（板式）洗滌器文丘里洗滌器根據(jù)濕式除塵器的凈化機理，大致分為a重力噴霧洗滌器b旋風洗滌器c自激噴霧洗滌器d泡沫（板式）洗滌器e填料洗滌器f文丘里洗滌器g機械誘導噴霧洗滌器濕式除塵器主要濕式除塵裝置的性能和操作范圍裝置名稱氣體流速（m/s）液氣比（l/m3）壓力損失（Pa）分割直徑（μm）噴淋塔0.1－22－3100－5003.0填料塔0.5－12－31000－25001.0旋風洗滌器15－450.5－1.51200－15001.0轉(zhuǎn)筒洗滌器（300－750r/min）0.7－2500－15000.2沖擊式洗滌器10－2010－500－1500.2文丘里洗滌器60－900.3－1.53000－80000.1濕式除塵器的優(yōu)點

在耗用相同能耗時，

比干式機械除塵器高。高能耗濕式除塵器清除0.1

m以下粉塵粒子，仍有很高效率

可與靜電除塵器和布袋除塵器相比，而且還可適用于它們不能勝任的條件，如能夠處理高溫，高濕氣流，高比電阻粉塵，及易燃易爆的含塵氣體在去除粉塵粒子的同時，還可去除氣體中的水蒸氣及某些氣態(tài)污染物。既起除塵作用，又起到冷卻、凈化的作用濕式除塵器的缺點

排出的污水污泥需要處理，澄清的洗滌水應(yīng)重復回用

凈化含有腐蝕性的氣態(tài)污染物時，洗滌水具有一定程度的腐蝕性，因此要特別注意設(shè)備和管道腐蝕問題不適用于凈化含有憎水性和水硬性粉塵的氣體寒冷地區(qū)使用濕式除塵器，容易結(jié)凍，應(yīng)采取防凍措施

濕式除塵器的除塵方式主要有四種：①液體介質(zhì)與塵粒之間的慣性碰撞和攔截；②微細塵粒與液滴之間的擴散接觸；③加濕的塵粒相互凝并；④飽和態(tài)高溫煙氣降溫時，以塵粒為凝結(jié)核凝結(jié)。

濕式除塵器的除塵機理

濕式除塵機理涉及各種機理中的一種或幾種。主要是慣性碰撞、擴散效應(yīng)、粘附、擴散漂移和熱漂移、凝聚等作用。

1.慣性碰撞參數(shù)與除塵效率慣性碰撞是濕式除塵的一個主要機理?，F(xiàn)討論塵粒、液滴和氣流性質(zhì)對碰撞的影響問題，為簡化起見，現(xiàn)考慮下述模型：

簡化模型含塵氣體與液滴相遇，在液滴前xd處開始繞過液滴流動，慣性較大的塵粒繼續(xù)保持原來的直線運動。塵粒從脫離流線到慣性運動結(jié)束時所移動的直線距離為粒子的停止距離xs，若xs大于xd；塵粒和液滴就會發(fā)生碰撞慣性碰撞參數(shù)與除塵效率定義慣性碰撞參數(shù)NI：停止距離xs與液滴直徑Dc的比值對球形斯托克斯粒子，慣性碰撞參數(shù)又叫做斯托克斯準數(shù)τ：馳豫時間，τ＝dp2ρp/18μu0：未被擾動的上游氣流相對捕集體的流速，m/sup：在流動方向上粒子的運動速度，m/suD：液滴運動速度，m/sDc：液滴直徑

對于粒徑小于5μm的粒子，必須考慮坎寧漢修正系數(shù)C慣性碰撞參數(shù)與除塵效率除塵效率：NI值越大，粒子慣性越大，則ηII越高

攔截作用攔截是指塵粒在水滴上直接被阻截，塵粒被水潤濕進入水滴內(nèi)部，或粘附在水滴表面，使塵粒與含塵氣流分離。被攔截的塵粒必須質(zhì)量很小，且具有一定尺寸，當流線繞過水滴拐彎時，它不會離開流線。這時只要塵粒中處在圍繞捕集物（水滴）流過而相距捕集物不超過dp/2的流線上，塵粒就與捕集物（水滴）接觸而被攔截。塵粒在水滴上的攔截作用可用直接攔截比描述，該比值稱為攔截參數(shù)Kp，可表示為

攔截作用主要取決于塵粒的粒徑與水滴DL大小，dp越大，DL越小，攔截參數(shù)Kp越大，攔截效率越高。

假定所有液滴具有相同直徑液滴進入洗滌器后立刻以終末速度沉降液滴在斷面上分布均勻、無聚結(jié)現(xiàn)象噴霧塔洗滌器

圓柱形的噴霧塔是一種最簡單的濕式除塵裝置。在逆流式噴霧塔中，含塵氣體向上運動，液滴由噴嘴噴出向下。因顆粒和液滴之間的慣性碰撞、攔截和凝聚等作用，使較大的粒子被液滴捕集。假如氣體流速較小，夾帶了顆粒的液滴將因重力作用而沉于塔底。為保證塔內(nèi)氣流分布均勻，常采用孔板型氣流分布板。通常在塔的頂部安裝除霧器，以除去那些十分小的液滴。噴霧塔結(jié)構(gòu)簡單、壓力損失小，操作穩(wěn)定，經(jīng)常與高效洗滌器聯(lián)用捕集粒徑較大的粉塵嚴格控制噴霧的組成，保證液滴大小均勻，對有效的操作是很有必要噴霧塔洗滌器

立式逆流噴霧塔靠慣性碰撞捕集粉塵的效率可以用下式預估ut

一液滴的終末沉降速度，m/sVG－空塔斷面氣速，m/sz－氣液接觸的總塔高度，m

d－單個液滴的碰撞效率優(yōu)點噴霧塔結(jié)構(gòu)簡單壓力損失?。?00Pa）操作穩(wěn)定工程中一般主要用于廢氣的預處理。嚴格控制噴霧的過程，保證液滴大小均勻，對有效的操作很有必要。缺點除塵效率低，對10μm粉塵的除塵效率僅70%左右。旋風洗滌器

干式旋風分離器內(nèi)部以環(huán)形方式安裝一排噴嘴，就構(gòu)成一種最簡單的旋風洗滌器

含塵氣體由筒體的下部切向引入，水通過軸上安裝的多頭噴嘴噴出，徑向噴出的水霧與螺旋形旋轉(zhuǎn)氣流相碰，使顆粒被捕集下來。如果在噴霧段上面有足夠的高度，也能起一定的除霧作用。噴霧作用發(fā)生在外渦旋區(qū)，并捕集塵粒，攜帶塵粒的液滴被甩向旋風洗滌器的濕壁上，然后沿壁面沉落到器底。在出口處通常需要安裝除霧器。旋風水膜除塵器

噴霧沿切向噴向筒壁，使壁面形成一層很薄的不斷下流的水膜含塵氣流由筒體下部導入，旋轉(zhuǎn)上升，靠離心力甩向壁面的粉塵為水膜所粘附，沿壁面流下排走

文丘里洗滌器

文丘里除塵器是一種高效濕式除塵洗滌器，常用在高溫煙氣降溫和除塵上，其結(jié)構(gòu)見下圖，由收縮管、喉管和擴散組成。含塵氣體由進氣管進入收縮管后，流速逐漸增大，氣流的壓力能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，在喉管入口處，氣速達到最大，一般為50~180m/s。洗滌液（一般為水）通過喉管周邊均勻分布的噴嘴進入，液滴被高速氣流霧化和加速。充分霧化是實現(xiàn)高效除塵的基本條件。進氣管通常假定微細塵粒以氣流相同的速度進入喉管洗滌液滴的軸向初速度為零，由于氣流曳力在喉管部分被逐漸加速。在液滴加速過程中，由于液滴與粒子之間慣性碰撞，實現(xiàn)微細塵粒的捕集碰撞捕集效率隨相對速度增加而增加，因此氣流入口速度必須較高

壓力損失

文丘里除塵器內(nèi)高速氣流的動能要用于霧化和加速液滴，因而氣流的壓力損失自然大于其他濕式和干式除塵器。（1）卡爾弗特Δp的單位為cmH2O，vT喉管氣流速度，cm/s，QL液體的流量；Qg氣體的流量；二者單位相同。（2）海斯凱茨Δp的單位為Pa；A為喉管的橫斷面積，m2；vT喉管氣流速度，m/s除塵效率卡爾弗特等人提出計算通過率的經(jīng)驗公式為和－分別為洗滌液和粉塵的密度，g/cm3；－氣體粘度，10－1Pa.s；－文丘里洗滌器壓力損失，cmH2O。－粉塵粒徑，μm；一經(jīng)驗常數(shù)，在該表達式中為0.1～0.4。LrPrgmPDpdf和－分別為洗滌液和粉塵的密度，g/cm3－氣體粘度，10－1Pa.s；－文丘里洗滌器壓力損失，cmH

。－粉塵粒徑，μm；一經(jīng)驗常數(shù)，在該表達式中為0.1～0.4。LrPrgmPDpdfO2c—肯寧漢修正系數(shù)，c=1+0.65/dp例題：以液氣比為1.0L/m3的速率將水噴入文丘里洗滌器的喉部，氣體流速為122m/s，密度和粘度分別為1.15kg/m3和

2.08×10－5Pa?s，喉管橫斷面積為0.08m2，參數(shù)f取為0.25，對于粒徑為1.0μm、密度為1.5g/m3的粒子，試確定氣流通過該洗滌器的壓力損失和粒子的通過率。解:由式現(xiàn)在運用海斯凱茨提出的公式得估算粒子的通過率：

自激噴霧洗滌器

由具有一定動能的氣流直接沖擊到液體表面上以形成霧滴的洗滌器稱為“自激噴霧式”洗滌器。優(yōu)點：高含塵濃度時能維持高的氣流量，耗水量小。第三節(jié)過濾式除塵器使含塵氣流通過過濾材料將粉塵分離捕集的裝置分類空氣過濾器濾紙或玻璃纖維顆粒層除塵器砂、礫、焦炭等顆粒物袋式除塵器纖維織物除塵器工作原理工作原理截留、慣性碰撞工作原理擴散、電沉積工作原理篩分袋式除塵器采用纖維織物作濾科的袋式除塵器（主要討論），在工業(yè)尾氣的除塵方面應(yīng)用較廣

除塵效率一般可達99%以上效率高，性能穩(wěn)定可靠、操作簡單，因而獲得越來越廣泛的應(yīng)用袋式除塵器的工作原理含塵氣流從下部進入圓筒形濾袋，在通過濾料的孔隙時，粉塵被捕集于濾料上沉積在濾料上的粉塵，可在機械振動的作用下從濾料表面脫落，落人灰斗中粉塵因截留、慣性碰撞、靜電和擴散等作

用，在濾袋表面形成粉塵層，常稱為粉層初層

常用濾料由棉、毛、人造纖維等加工而成，濾料本身網(wǎng)孔較大，一般為20-50

m，表面起絨的濾料為5-10

m，因而新鮮濾料的除塵效率較低，在使用一段時間后，塵粒在濾布上由于篩慮、碰撞、攔截、靜電和擴散及重力沉降等作用，粗塵粒首先被阻留，并在網(wǎng)孔之間集結(jié)形成孔徑小的通氣孔，逐漸在濾布表面形成一層粉塵初層。粉塵初層的形成，使濾布成為對粗、細塵粒皆可有效捕集的濾料，這是濾塵效率劇增，阻力也增大。濾布只不過起著形成顆粒初層和支撐它的骨架作用。隨著顆粒在濾袋上積聚，濾袋兩側(cè)的壓力差增大，會把有些已附在濾料上的細小粉塵擠壓過去，使除塵效率下降。另外，若除塵器壓力過高，還會使除塵系統(tǒng)的處理氣體量顯著下降，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的排風效果。因此，除塵器阻力達到一定數(shù)值后，要及時清灰。袋式除塵器的工作原理新鮮濾料的除塵效率較低粉塵初層形成后，成為袋式除塵器的主要過濾層，提高了除塵效率隨著粉塵在濾袋上積聚，濾袈兩側(cè)的壓力差增大，會把己附在濾料上的細小粉塵擠壓過去，使除塵效率下降

除塵器壓力過高，還會使除塵系統(tǒng)的處理氣體量顯著下降，因此除塵器阻力達到一定數(shù)值后，要及時清灰清灰不應(yīng)破壞粉塵初層袋式除塵器的工作原理袋式除塵器的分級效率曲線

袋式除塵器除塵效率的影響因素粉塵負荷過濾速度煙氣實際體積流量與濾布面積之比，也稱氣布比過濾速度是一個重要的技術(shù)經(jīng)濟指標。選用高的過濾速度，所需要的濾布面積小，除塵器體積、占地面積和一次投資等都會減小，但除塵器的壓力損失卻會加大。一般來講，除塵效率隨過濾速度增加而下降過濾速度的選取還與濾料種類和清灰方式有關(guān)袋式除塵器的除塵效率丹尼斯

（Dennis）和克萊姆（Klemm）提出了一系列方程，以預測袋式除塵器的粉塵出口濃度和穿透率

－粉塵出口濃度，g/m3－無量綱常數(shù)－表面過濾速度，m/s－粉塵入口濃度，g/m3－脫落濃度（常數(shù)），g/m3－粉塵負荷，g/m2

DennisandKlemm取=0.5袋式除塵器的壓力損失

壓力損失：重要的技術(shù)經(jīng)濟指標，不僅決定著能量消耗，而且決定著除塵效率和清灰間隔時間等。

袋式除塵器的壓力損失△p由通過清潔濾料的壓力損失△pf

和通過顆粒層的壓力損失△pp組成。對于相對清潔的濾袋△pf大約為100~130Pa。當顆粒層形成后，壓力損失為500~570Pa時，除塵效率達99%;當壓力損失接近1000Pa，一般需要對濾袋清灰。K—顆粒層或濾料的滲透率；量綱是長度的平方，m2；

x—顆粒層或濾料厚度，m；

v—過濾氣速，m/s。

滲透率K

是沉積粉塵層性質(zhì)，如孔隙率、比表面積、孔隙大小分布和粉塵粒徑分布等的函數(shù)。達西方程的一般形式：

根據(jù)達西方程，則總壓力損失為：對于給定的濾料和操作條件，濾料的壓力損失

基本上是一個常數(shù)通過袋式除塵器的壓力損失主要由

決定由于袋式除塵器一般過濾速度很小，濾布上的網(wǎng)孔也小，氣體流動處在層流狀態(tài)，因而根據(jù)達西定理其阻力可以表示為：

ΔPf=ξ0μgvf

ξ0——清潔濾布的阻力系數(shù)，m-1，各種濾料的值可由實驗求得；

μg——氣體粘度，Pa·s；

v——過濾氣速，m/s。粉塵層的阻力ΔPp，可用類似的公式表示

ΔPp=αmμgvf

所以壓力損失可表示為：

ΔP=ΔP0+ΔPp=ξ0μgvf+αmμgvf

=(ξ0

+αm)μgvf=ξμgvf

ξ—總阻力系數(shù)，m-1

m—濾料上的粉塵負荷，kg/m2，m=Ga/A

α—粉塵層的平均比阻力，m/kg，1010~1011

Ga—濾料上粘附的粉塵量，kg

A—濾料的有效過濾面積，m2

假設(shè)進氣口的含塵濃度為Ci（kg/m3），出口處粉塵濃度忽略不計，過濾時間為t，濾布上粘附的粉塵量Ga和粉塵負荷m分別為：

Ga=CiAvftm=Ci

vft

所以t秒后粉塵層的壓力損失為：

ΔPp=αmμgvf=αμgCivf

2t

例題：以袋式除塵器處理常溫常壓的含塵氣體，過濾速度uf=1m/min，濾布阻力系數(shù)ξ0=2×107m-1，粉塵層平均比阻力α=5×1010m/kg，堆積粉塵負荷m=0.1kg/m2，試求壓力損失。μ=1.8×10-5Pa·sΔP=ΔP0+ΔPp=(ξ0

+αm)μgvf

=(2×107+5×1010×0.1)×

1.8×10-5×

1/60

袋式除塵器的濾料對濾料的要求容塵量大、吸濕性小、效率高、阻力低使用壽命長，耐溫、耐磨、耐腐蝕、機械強度表面光滑的濾料容塵量小，清灰方便，適用于含塵濃度低、粘性大的粉塵，采用的過濾速度不宜過高表面起毛（絨）的濾料容塵量大，粉塵能深入濾料內(nèi)部，可以采用較高的過濾速度，但必須及時清灰濾料種類

按濾料材質(zhì)分天然纖維棉毛織物，適于無腐蝕、350~360K以下氣體無機纖維主要指玻璃纖維，化學穩(wěn)定性好，耐高溫；質(zhì)地脆合成纖維性能各異，滿足不同需要，擴大除塵器的應(yīng)用領(lǐng)域濾料種類

按濾料結(jié)構(gòu)分濾布（編織物）毛氈－工藝簡單；致密，除塵效率高；容塵量小，易于清灰濾料名稱直徑/

m

耐溫/K吸水性/%耐酸性耐堿性強度長期最高棉織物（植物短纖維）10-20348-3583688很差稍好1蠶絲（動物長纖維）18353-36337316-22------羊毛（動物短纖維）5-15353-36337310-15稍好很差0.4尼龍348-3583684.0-4.5稍好好2.5奧綸398-4084236好差1.6滌綸（聚臘）4134336.5好差1.6玻璃纖維(用硅酮樹脂處理)5-8523--4.0好差1芳香族聚酰胺(諾梅克斯)4935334.5-5.0差好2.5聚四氟乙烯493-523--0很好很好2.5

幾種常用濾料的性能

結(jié)構(gòu)型式袋式除塵器的清灰

清灰是袋式除塵器運行中十分重要的一環(huán)，多數(shù)袋式除塵器是按清灰方式命名和分類的常用的清灰方式有三種機械振動式

逆氣流清灰脈沖噴吹清灰機械振動清灰

機械振動袋式除塵器的過濾風速一般取1.0~2.0m/min，壓力損失為800~1200Pa三種方式：水平振動、垂直振動和扭曲振動機械振動清灰此類型袋式除塵器的優(yōu)點是工作性能穩(wěn)定，清灰效果較好缺點是濾袋常受機械力作用損壞較快，濾袋檢修與更換工作量大清潔氣體出口灰斗濾袋清潔氣體一側(cè)固定孔板典型機械振動式布袋除塵器含塵氣體入口逆氣流清灰

過濾風速一般為0.5~2.0m/min，壓力損失控制范圍1000~1500Pa

這種清灰方式的除塵器結(jié)構(gòu)簡單，清灰效果好，濾袋磨損少，特別適用于粉塵粘性小，玻璃纖維濾袋的情況脈沖噴吹清灰

慮速一般為2~4m/min利用4~7atm的壓縮空氣反吹，壓縮空氣的脈沖產(chǎn)生沖擊波，使濾袋振動，粉塵層脫落必須選擇適當壓力的壓縮空氣和適當?shù)拿}沖持續(xù)時間

（通常為0.1~0.2s）每清灰一次，叫做一個脈沖，全部濾袋完成一個清灰循環(huán)的時間稱為脈沖周期，通常為60s

如圖所示，脈沖噴吹清灰經(jīng)常采用上部開口、下部封閉的濾袋。含塵氣體通過濾袋時粉塵被阻留于濾袋外表面上，凈化后的氣體由袋內(nèi)經(jīng)文丘里管進入上部凈化箱，然后由出氣口排走。為防止濾袋被壓癟，布袋內(nèi)安置籠形支撐結(jié)構(gòu)，氈制的濾袋常采用脈沖噴吹清灰，過濾速度由氣體含塵濃度決定，一般為2-4m/min。

例題：用脈沖噴吹袋式除塵器凈化常溫氣體，采用ξ0=4.8×107m-1的滌綸絨布，過濾風速uf=3.0m/min，粉塵層比阻力α=1.5×1010m/kg，堆積粉塵負荷m=0.1kg/m2，①試求壓力損失；②若Ci=7.5g/m3，且△Pd≦1200Pa，則所需清灰的最大周期Tmax。第四節(jié)電除塵器電除塵器是利用靜電力從氣流中分離懸浮粒子（塵?；蛞旱危┑难b置

主要作用過程：使塵粒荷電并在電場力的作用下移動沉積在集塵極上與其他除塵器的根本區(qū)別在于，除塵過程的分離力（主要是靜電力）直接作用在粒子上，而不是作用在整個氣流上，因此具有耗能低、氣流阻力小的特點直接作用的結(jié)果使得電除塵器比其它除塵器所需功率最少，氣流阻力最小。它既不象重力沉降法或慣性法那樣只限于回收粗粒子，也不象介質(zhì)過濾法或洗滌法那樣受到氣體運動阻力的限制，由于作用在粒子上的靜電力相對較大，所以電除塵器也能有效地捕集亞微米級粒子。（1μm左右的）除塵效率一般可大于99%，對微小塵粒也有足夠的捕集效率主要缺點是設(shè)備龐大，消耗鋼材多，初投資大，要求安裝和運行管理技術(shù)較高。電除塵是何種裝置呢？概括而言，電除塵是利用強電場使氣體發(fā)生電離，氣體中的粉塵荷電在電場力的作用下，使氣體中的懸浮粒子分離出來的裝置。

一、靜電除塵器分類和特點

靜電除塵器主要由放電電極和集塵電極組成。

※放電電極（電暈極）是一根曲率半徑很小的纖細裸露電線，上端與直流電源的一極相連，下端由吊錘固定位置

※

集塵電極是具有一定面積的管和板，它與電源的另一極相連。若在兩極施加高壓，則在放電電極附近的電場強度很大，而在集塵電極附近的電場強度相對很小，因此兩極之間的電場是不均勻強電場。1.

按集塵電極的結(jié)構(gòu)形式分類

（1）管式電除塵器

單管電除塵器結(jié)構(gòu)如圖所示。集塵極為

150-300mm的圓形金屬管，管長為3-5m。放電極線（電暈線）用重錘懸吊在集塵極圓管的中心。管式電除塵器電場強度高且變化均勻，但清灰比較困難。常用于處理含塵氣體量小或含霧滴的氣體。（2）板式電除塵器

集塵極由多塊一定形狀的鋼板組合而成。放電極（電暈極）均布在兩平行集塵極間。兩平行集塵極的距離一般為200-400mm，極板高度2-5m。板式電除塵器電場強度變化不均勻，清灰方便，制作安裝容易2.

按氣流流動方式分類

（1）立式電除塵器

一般管式電除塵器為立式電除塵器，含塵氣流自下而上流過。立式電除塵器占地面積小，捕集效率高。

（2）臥式電除塵器

含塵氣流沿水平方向流過完成除塵過程的電除塵器稱為臥式電除塵器，容易實現(xiàn)對不同粒徑粉塵的分離，有利于提高總除塵效率。安裝高度比立式低，操作和維修方便。

在工業(yè)廢氣除塵中，臥式板式電除塵器是應(yīng)用最廣泛的一種，我國1972年提出的系列化設(shè)計SHWB型就屬此類。臥式立式

電除塵器外觀圖3.

按電極在除塵器內(nèi)的布置分類(1)單區(qū)電除塵器

集塵級和電暈極裝在同一區(qū)域內(nèi)，顆粒荷電和捕集在同一區(qū)域內(nèi)完成。(2)雙區(qū)電除塵器

集塵極系統(tǒng)和電暈極系統(tǒng)分別裝在兩個不同區(qū)域內(nèi)，前區(qū)安裝電暈極稱電暈區(qū)，粉塵粒子在前區(qū)荷電；后區(qū)安裝集塵極稱為收塵區(qū)，荷電粉塵粒子在收塵區(qū)被捕集。雙區(qū)電除塵器主要用于空調(diào)的空氣凈化方面。

4.

按清灰方式分類(1)干式電除塵器

干燥狀態(tài)下采用機械振打、電磁振打和壓縮空氣等方法清除集塵極上粉塵的電除塵器稱為干式電除塵器。有利于回收經(jīng)濟價值的粉塵，但容易產(chǎn)生二次揚塵。(2)濕式電除塵器

用水噴淋或用溢流水在集塵極表面形成一層水膜，使沉積在集塵極上的粉塵和水一起流到除塵器下部排出。濕式除塵器無二次揚塵，效率高，但清灰水需要處理，對設(shè)備有腐蝕。

二、電除塵器的主要優(yōu)點壓力損失小，一般為200～500Pa處理煙氣量大，可達105～106m3/h能耗低，大約0.2～0.4kWh/1000m3對細粉塵有很高的捕集效率，可高于99％可在高溫或強腐蝕性氣體下操作三、電除塵器的工作原理四個基本過程氣體電離和電暈放電粉塵粒子荷電荷電粒子的遷移和捕集被捕集粉塵的清除1.氣體電離和電暈放電

通常氣體中只含有極其微量的自由電子和氣體離子，可視為絕緣體。在電除塵器中，當兩電極之間的電壓達到一定值時，兩電極間的氣體將發(fā)生電離由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲗顟B(tài)，即產(chǎn)生氣體電離或電擊穿，如電暈放電、輝光放電、火花放電及電弧放電。（1）電暈放電

電暈放電是一種不完全的電擊穿，只是在放電極周圍很薄的一氣層中出現(xiàn)電擊穿，兩電極間的電流很小，在放電極周圍的電離區(qū)內(nèi)可以看見淡藍色的光電或光環(huán)。而火花放電則是在放電極到集塵極之間有多條火花電擊穿，傳導電流較大。電除塵器中的氣體電離和導電過程a-b：氣體導電僅借助于氣體中原有少量自由電子，電流隨電壓的升高而增大，電流的絕對值不高。b-c：極間導電電流幾乎不變（沒有新電離處的電子和離子參與導電），增加的電壓主要是提高了原有自由電子的動能。1cm3一億個以上起始電暈電壓火花放電電壓c-d：電壓升高到c‘時由于氣體中的電子已獲得足夠的動能，足以使與之碰撞的氣體中性分子發(fā)生電離，產(chǎn)生新的電子和陽離子。失去能量的電子可與其他中性氣體分子結(jié)合成為陰離子。新的電子和離子參與導電。當電子在電場中獲得足夠大的動能后，又與其他中性氣體分子碰撞使其電離。新產(chǎn)生的電子數(shù)和離子數(shù)像“雪崩”似的按等比級數(shù)增加。在這一段產(chǎn)生的粒子數(shù)可達1億/cm3以上。

注：起始電壓越底，更易于放電。所以可通過延長cd段的時間，提高除塵效果。

電除塵器運行時應(yīng)經(jīng)常保持在兩極間的氣體處于不完全被擊穿的電暈狀態(tài)，應(yīng)盡量避免產(chǎn)生短路現(xiàn)象。d-e：如果兩極間的電壓升到e’點，由于電暈區(qū)擴大，致使電極間產(chǎn)生火花或電弧。電極間出現(xiàn)火花或電弧說明極間氣體全部擊穿?；鸹ǚ烹姇r，極間電壓急劇下降，同時在極短的時間內(nèi)通過大量電流。離開放電電極一定距離，經(jīng)多次碰撞已經(jīng)失去能量，由于電場強度下降不足以使電子獲得足夠的能量再電離中性氣體分子，電暈現(xiàn)象隨之消失。

在兩個曲率半徑相差較大的金屬陽極和陰極上，通以高壓直流電，維持一個足以使氣體電離的靜電場。含塵氣體在電暈極周圍強電場作用下發(fā)生電離，形成氣體離子和電子使粒子荷電。荷電粒子在電場力作用下向集塵極運動并在集塵極上沉積，從而達到粉塵和氣體分離的目的。當集塵極上粉塵達到一定厚度時，借助振打機構(gòu)使粉塵落入下部灰斗?？梢?，電除塵器的工作原理包括電暈放電、氣體電離、粒子荷電、荷電粒子的遷移和捕集，以及清灰等過程。

起始電暈電壓與煙氣性質(zhì)和電極形狀、幾何尺寸等因素有關(guān)，起始電暈所需要電場強度（皮克經(jīng)驗公式）

P—氣體的壓力，Pa；

P0—標準大氣壓，P=1.013×105Pa；

T—氣體溫度，K；

T0—標準狀況下的氣體溫度，298K；

a—電暈極半徑，m;

f—電暈極表面的粗糙度系數(shù)，清潔光滑的圓極線

f=1,實際可取0.6~0.7。

起始電暈電壓－開始產(chǎn)生電暈電流所施加的電壓

管式電除塵器內(nèi)任一點的電場強度r—除塵器內(nèi)任意一點距電暈線中心的距離，mE(r)—距電線中心距離r處的電場強度，V/ma—電暈極半徑，mb—集塵極半徑，mV—電暈極和集塵極之間的電壓，V

在r=a時（電暈電極表面上），Ea=Ec，則管式電除塵器的起始電暈電壓：例題：管式電除塵器P=0.1MPa，T=300，電暈線半徑a=2mm，圓筒集塵極半徑b=200mm，f取0.7，試求起始電暈電場強度和起始電暈電壓。2.粉塵粒子荷電兩種荷電機制：

◎電場荷電或碰撞荷電－

離子在電場力的作用下做定向運動與粉塵粒子碰撞，使其荷電，這種荷電稱為電場荷電。

◎擴散荷電－

氣體離子作不規(guī)則熱運動時與粉塵粒子碰撞，使其荷電，這種荷電稱為擴散荷電，dp<0.2

m。粒子的主要荷電過程取決于粒徑大于0.5m的微粒，以電場荷電為主小于0.15m的微粒，以擴散荷電為主介于之間的粒子，需要同時考慮這兩種過程。

（1）電場荷電

在電場中氣體離子沿電力線運動時與粉塵粒子碰撞使其荷電。隨著粉塵粒子荷電量的增加，粉塵粒子自身將產(chǎn)生局部電場，結(jié)果使附近的電力線向外偏轉(zhuǎn)，于是減少了離子向粉塵粒子運動的機會，直至最后完全偏離粉塵粒子，這時粉塵粒子的電荷不再增加，達到飽和。

單個球形顆粒的飽和荷電量：qs—粉塵粒子飽和荷電量，C;

—粉塵粒子的相對介電常數(shù)，無量綱；

0—真空介電常數(shù)，8.85

10-12，C2V-1m-2或F/m;E—電場強度，V/m；dp—顆粒粒徑，m。

可見，電場強度越高，顆粒越大，飽和荷電量越大。影響電場荷電的因素粒徑dp和介電常數(shù)ε電場強度E0和離子密度N0

一般粒子的荷電時間僅為0.1s，相當于氣流在除塵器內(nèi)流動10~20cm所需要的時間，一般可以認為粒子進入除塵器后立刻達到了飽和電荷粒子荷電電荷累積粒子場強增加沒有氣體分子能夠到達粒子表面，電荷飽和

（2）擴散荷電

由離子的熱運動引起，不存在飽和荷電量。與離子熱運動強度、碰撞幾率、運動速度、粉塵粒子的大小和在電場里的停留時間等有關(guān)。

k—波爾茲曼常數(shù)，1.38

10-23J/K；T—氣體溫度，K;

u—氣體離子的平均熱運動速度，m/s；e—電子電量，1.6

10-19C；

0—真空介電常數(shù)，8.85

10-12，C2V-1m-2或F/m;

E—電場強度，V/m；dp—顆粒粒徑，m；

N—電場中離子濃度，個/m3；t—粒子在電場中停留時間，s;

m—離子質(zhì)量，kg。

（3）電場荷電和擴散荷電聯(lián)合作用

粒徑在0.15-0.5

m間的粉塵粒子，兩種荷電機理獲得的電荷數(shù)量級大致相同，荷電量可近似按兩種機制荷電量疊加計算為：3.荷電粒子的遷移和捕集進入電場后的加速過程時間很短，可以忽略不計驅(qū)進速度——電場靜電力與氣體阻力相等時達到終末沉降速度：驅(qū)進速度與粒徑和場強的關(guān)系當顆粒直徑為2～50m時，與粒徑成正比捕集效率一德意希分級效率方程：A——總集塵板面積，m2；Q——氣體流量，m3/s