《環(huán)境工程基礎(chǔ)》

本節(jié)內(nèi)容3.3顆粒物污染控制技術(shù)3.3.1顆粒污染物性質(zhì)表征3.3.2機械除塵技術(shù)3.3.3電除塵技術(shù)3.3.4濕式除塵技術(shù)3.3.5過濾除塵技術(shù)3.3.6除塵器的選擇1整理課件3.3.1顆粒污染物性質(zhì)表征

1、顆粒粒徑A、顯微鏡觀測法粒徑測量：顯微鏡法觀測粒徑直徑的三種方法：a-定向直徑b-定向面積等分直徑c-投影面積直徑2整理課件B、篩分法篩分直徑：顆粒能夠通過的最小方篩孔的寬度篩孔的大小用目表示－每英寸長度上篩孔的個數(shù)C、光散射法等體積直徑de：與顆粒體積相等的球體的直徑D、沉降法斯托克斯〔Stokes〕直徑ds：同一流體中與顆粒密度相同、沉降速度相等的球體直徑空氣動力學當量直徑da：在空氣中與顆粒沉降速度相等的單位密度〔1g/cm3〕的球體的直徑斯托克斯直徑和空氣動力學當量直徑與顆粒的空氣動力學行為密切相關(guān)，是除塵技術(shù)中應(yīng)用最多的兩種直徑3整理課件2、粒徑分布描述粒徑分布指不同粒徑范圍內(nèi)顆粒的個數(shù)〔或質(zhì)量或外表積〕所占的比例。粒數(shù)分布:每一間隔內(nèi)的顆粒個數(shù)粒數(shù)頻率：第i個間隔中的顆粒個數(shù)ni與顆?？倲?shù)Σni之比粒數(shù)篩下累積頻率：小于第i個間隔上限粒徑的所有顆粒個數(shù)與顆粒總個數(shù)之比4整理課件連續(xù)化描述頻率分布：粒徑dp到dp+Δdp之間的塵樣質(zhì)量占總塵樣質(zhì)量的百分數(shù)，即頻率密度分布：即單位粒徑間隔寬度的頻率分布篩下累積頻率分布：小于某一粒徑dp的塵樣占塵樣總質(zhì)量的百分數(shù)5整理課件粒徑分布函數(shù)用一些半經(jīng)驗函數(shù)描述一定種類粉塵的粒徑分布正態(tài)分布頻率密度篩下累積頻率標準差6整理課件3、平均粒徑長度平均直徑外表積平均直徑體積平均直徑體積－外表積平均直徑7整理課件4、粉塵密度單位體積粉塵的質(zhì)量，kg/m3或g/cm3粉塵體積不包括顆粒內(nèi)部和之間的縫隙－真密度ρp用堆積體積計算——堆積密度ρb空隙率——粉塵顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積總體積之比

ε8整理課件5、粉塵的比外表積單位體積粉塵所具有的外表積以質(zhì)量表示的比外表積以堆積體積表示的比外表積9整理課件6、粉塵的安息角與滑動角安息角：粉塵從漏斗連續(xù)落下自然堆積形成的圓錐體母線與地面的夾角滑動角：自然堆積在光滑平板上的粉塵隨平板做傾斜運動時粉塵開始發(fā)生滑動的平板傾角安息角與滑動角是評價粉塵流動特性的重要指標安息角和滑動角的影響因素：粉塵粒徑、含水率、顆粒形狀、顆粒外表光滑程度、粉塵粘性10整理課件7、粉塵的含水率粉塵中的水分包括附在顆粒外表和包含在凹坑和細孔中的自由水分以及顆粒內(nèi)部的結(jié)合水分含水率－水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量之比含水率影響粉塵的導(dǎo)電性、粘附性、流動性等物理特性吸濕現(xiàn)象平衡含水率11整理課件8、粉塵的潤濕性潤濕性－粉塵顆粒與液體接觸后能夠互相附著或附著的難易程度的性質(zhì)潤濕性與粉塵的種類、粒徑、形狀、生成條件、組分、溫度、含水率、外表粗糙度及荷電性有關(guān)，還與液體的外表張力及塵粒與液體之間的粘附力和接觸方式有關(guān)。粉塵的潤濕性隨壓力增大而增大，隨溫度升高而下降潤濕性是選擇濕式除塵器的主要依據(jù)12整理課件9、粉塵的荷電性天然粉塵和工業(yè)粉塵幾乎都帶有一定的電荷荷電因素－電離輻射、高壓放電、高溫產(chǎn)生的離子或電子被捕獲、顆粒間或顆粒與壁面間摩擦、產(chǎn)生過程中荷電天然粉塵和人工粉塵的荷電量一般為最大荷電量的1/10荷電量隨溫度增高、外表積增大及含水率減小而增加，且與化學組成有關(guān)13整理課件10、粉塵的導(dǎo)電性比電阻：表征粉塵的導(dǎo)電性指標，以電阻率表示。由于其電阻率與測定時的條件有關(guān)，只是一種可以相互比較的表觀電阻率，通常稱為比電阻，單位Ωm。導(dǎo)電機制：高溫〔200oC以上〕，粉塵本體內(nèi)部的電子和離子—體積比電阻低溫〔100oC以下〕，粉塵外表吸附的水分或其他化學物質(zhì)－外表比電阻中間溫度，同時起作用比電阻對電除塵器運行有很大影響，適宜范圍104～1010Ωm14整理課件典型溫度－比電阻曲線15整理課件11、粉塵的粘附性粘附和自粘現(xiàn)象:粉塵粘附在固體外表，或顆粒彼此相互附著現(xiàn)象粘附力－克服附著現(xiàn)象所需要的力粘附力：分子力〔范德華力〕、毛細力、靜電力〔庫侖力〕分類：不粘性、微粘性、中等粘性、強粘性粒徑、形狀、外表粗糙度、潤濕性、荷電量均影響粘附性有利的方面：有利于粉塵顆粒的捕集不利的方面：管道或設(shè)備堵塞16整理課件12、粉塵的自燃性和爆炸性粉塵的自燃性自燃自然發(fā)熱的原因－氧化熱、分解熱、聚合熱、發(fā)酵熱影響因素：粉塵的結(jié)構(gòu)和物化特性、粉塵的存在狀態(tài)和環(huán)境存放過程中自然發(fā)熱熱量積累達到燃點燃燒17整理課件13.粉塵的爆炸性粉塵發(fā)生爆炸必備的條件：可燃物與空氣或氧氣構(gòu)成的可燃混合物到達一定的濃度最低可燃物濃度－爆炸濃度下限爆炸濃度上限存在能量足夠的火源18整理課件3.3.2機械除塵技術(shù)

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別離的裝置，常用的有：重力沉降室慣性除塵器旋風除塵器19整理課件1、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別離的除塵裝置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層流式和湍流式兩種20整理課件重力沉降室原理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21整理課件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計算22整理課件重力沉降室提高沉降室效率的主要途徑降消沉降室內(nèi)氣流速度增加沉降室長度降消沉降室高度沉降室內(nèi)的氣流速度一般為0.3～2.0m/s23整理課件重力沉降室重力沉降室的優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單投資少壓力損失小〔一般為50～100Pa〕維修管理容易缺點體積大效率低僅作為高效除塵器的預(yù)除塵裝置，除去較大和較重的粒子24整理課件2、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，使其與氣流別離25整理課件慣性除塵器應(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100～1000Pa26整理課件3、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別離的裝置旋風除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運動普通旋風除塵器是由進氣管、筒體、錐體和排氣管等組成

氣流沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運動：外渦旋

少量氣體沿徑向運動到中心區(qū)域

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

氣流運動包括切向、軸向和徑向：切向速度、軸向速度和徑向速度

27整理課件旋風除塵器氣流與塵粒的運動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，一局部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28整理課件別離機理在內(nèi)、外旋渦的交界面上，作用在粒子上的離心力FC＝mvt2/r向心運動氣流作用于塵粒上的阻力FD＝μAvr假設(shè)FC>FD，顆粒移向外壁假設(shè)FC<FD，顆粒進入內(nèi)渦旋當FC=FD時，有50%的可能進入外渦旋，既除塵效率為50%29整理課件影響旋風別離器效率的因素結(jié)構(gòu)尺寸：直徑，錐角內(nèi)外旋渦分界煙塵物性：氣體粘度，顆粒密度操作條件：進風量〔切向線速度〕旋風別離器設(shè)計考慮關(guān)鍵因素別離效率氣體壓降30整理課件3.3.3電除塵技術(shù)旋風除塵器對于dp<5μm的粒子效率低，必須借助外力〔電場力等〕捕集更小的粒子使塵粒荷電并在電場力的作用下沉積在集塵極上與其他除塵器的根本區(qū)別在于，別離力直接作用在粒子上，而不是作用在整個氣流上具有耗能小、氣流阻力小的特點31整理課件1、電除塵器的工作原理三個根本過程懸浮粒子荷電－高壓直流電暈帶電粒子在電場內(nèi)遷移和捕集－延續(xù)的電暈電場〔單區(qū)電除塵器〕或光滑的不放電的電極之間的純靜電場〔雙區(qū)電除塵器〕捕集物從集塵外表上去除－振打除去接地電極上的粉塵層并使其落入灰斗32整理課件電除塵器的工作原理荷電遷移與捕集33整理課件電暈放電金屬絲放出的電子迅速向正極移動，與氣體分子撞擊使之離子化氣體分子離子化的過程又產(chǎn)生大量電子－雪崩過程遠離金屬絲，電場強度降低，氣體離子化過程結(jié)束，電子被氣體分子捕獲氣體離子化區(qū)域－電暈區(qū)自由電子和氣體負離子是粒子荷電的電荷來源34整理課件電暈放電機理35整理課件電暈放電正、負電暈極在空氣中的電暈電流一電壓曲線

電暈區(qū)范圍逐漸擴大致使極間空氣全部電離－電場擊穿；相應(yīng)的電壓－擊穿電壓在相同電壓下通常負電暈電極產(chǎn)生較高的電暈電流，且擊穿電壓也高得多工業(yè)氣體凈化傾向于采用穩(wěn)定性強，操作電壓和電流高的負電暈極；空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用正電暈極，好處在于其產(chǎn)生臭氧和氮氧化物量低36整理課件電暈放電影響電暈特性的因素電極的形狀、電極間距離氣體組成、壓力、溫度不同氣體對電子的親合力、遷移率不同氣體溫度和壓力的不同影響電子平均自由程和加速電子及能產(chǎn)生碰撞電離所需要的電壓氣流中要捕集的粉塵的濃度、粒度、比電阻以及在電暈極和集塵極上的沉積電壓的波形37整理課件粒子荷電兩種機理電場荷電或碰撞荷電－離子在靜電力作用下做定向運動，與粒子碰撞而使粒子荷電擴散荷電－離子的擴散現(xiàn)象而導(dǎo)致的粒子荷電過程；依賴于離子的熱能，而不是依賴于電場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。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到達了飽和電荷38整理課件異常荷電現(xiàn)象沉積在集塵極外表的高比電阻粒子導(dǎo)致在低電壓下發(fā)生火花放電或在集塵極發(fā)生反電暈現(xiàn)象,破壞正常電暈過程氣流中微小粒子的濃度高時，荷電塵粒所形成的電暈電流不大，可是所形成的空間電荷卻很大，嚴重抑制著電暈電流的產(chǎn)生當含塵量大到某一數(shù)值時，電暈現(xiàn)象消失，塵粒在電場中根本得不到電荷，電暈電流幾乎減小到零，失去除塵作用，即電暈閉塞39整理課件粉塵的趨進速度力平衡關(guān)系取t=0,ω=0邊界條件，積分得到40整理課件顆粒捕集效率捕集效率一德意希公式〔ωi－粒子趨進速度〕除塵效率與顆粒趨進速度與集塵板面積正相關(guān)，與煙氣流量負相關(guān)。德意希公式的假定:除塵器中氣流為湍流狀態(tài)在垂直于集塵外表的任一橫斷面上粒子濃度和氣流分布是均勻的粒子進入除塵器后立即完成了荷電過程忽略電風、氣流分布不均勻、被捕集粒子重新進入氣流等影響41整理課件被捕集粉塵的去除電暈極和集塵極上都會有粉塵沉積粉塵沉積在電暈極上會影響電暈電流的大小和均勻性，一般方法采取振打清灰方式去除從集塵極去除已沉積的粉塵的主要目的是防止粉塵重新進入氣流在濕式電除塵器中，用水沖洗集塵極板在干式電除塵器中，一般用機械撞擊或電極振動產(chǎn)生的振動力清灰42整理課件影響電除塵因素：粉塵比電阻通常所需要的粉塵的最小導(dǎo)電率是10－10〔Ωcm〕－1高比電阻粉塵－導(dǎo)電率低于大約10－10〔Ωcm〕－1，即電阻率大于1010Ωcm的粉塵影響粉塵層比電阻除粒子溫度和組成之外，還包括粒子大小和形狀，粉塵層厚度和壓縮程度，施加于粉塵層的電場強度等在評價電除塵器的操作性能時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場測得的粉塵比電阻數(shù)據(jù)43整理課件粉塵比電阻高比電阻粉塵對電除塵器性能的影響高比電阻粉塵會干擾電場條件，導(dǎo)致除塵效率下降低于1010Ωcm時，比電阻幾乎對除塵器操作和性能沒有影響比電阻介于1010～1011Ωcm之間時，火花率增加，操作電壓降低高于1011Ωcm時，產(chǎn)生明顯反電暈44整理課件粉塵比電阻克服高比電阻影響的方法保持電極外表盡可能清潔采用較好的供電系統(tǒng)煙氣調(diào)質(zhì)增加煙氣濕度，或向煙氣中參加SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使粒子導(dǎo)電性增加。最常用的化學調(diào)質(zhì)劑是SO3改變煙氣溫度向煙氣中噴水，同時增加煙氣濕度和降低溫度開展新型電除塵器45整理課件煙氣調(diào)質(zhì)S含量對粉塵比電阻的影響Log10resistivity,Ω?cm46整理課件3.3.4濕式除塵技術(shù)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?；蚴沽皆龃蟮难b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0.2～1.5kPa，對10μm以上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47整理課件濕式除塵器48整理課件濕式除塵器49整理課件濕式除塵器根據(jù)濕式除塵器的凈化機理，大致分為重力噴霧洗滌器旋風洗滌器自激噴霧洗滌器文丘里洗滌器其他形式50整理課件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-1液氣比/l?m-3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60～900.3～1.53000～80000.151整理課件噴霧塔洗滌器噴霧塔結(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過程，保證液滴大小均勻，對有效的操作是很有必要52整理課件旋風洗滌器干式旋風別離器內(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53整理課件文丘里洗滌器除塵器系統(tǒng)的構(gòu)成文丘里洗滌器除霧器沉淀池加壓循環(huán)水泵除塵過程文丘里除塵器：收縮管，喉管，擴散管就其斷面形狀圓形文丘里除塵器矩形文丘里除塵器54整理課件文丘里洗滌器

除塵過程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)閯幽茉诤砉苋肟谔帲瑲馑俚竭_最大，一般為50～180m/s洗滌液〔一般為水〕通過沿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的霧化是實現(xiàn)高效除塵的根本條件55整理課件濕式除塵器的優(yōu)點在耗用相同能耗時，比干式機械除塵器高。高能耗濕式除塵器去除0.1m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56整理課件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(fù)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57整理課件3.3.5過濾除塵技術(shù)使含塵氣流通過過濾材料將粉塵別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58整理課件袋式除塵器采用纖維織物作濾料的袋式除塵器〔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59整理課件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外表脫落，落入灰斗中粉塵因截留、慣性碰撞、靜電和擴散等作用，在濾袋外表形成粉塵層，常稱為粉層初層60整理課件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，濾袋兩側(cè)的壓力差增大，會把已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降過高，還會使除塵系統(tǒng)的處理氣體量顯著下降，因此除塵器阻力到達一定數(shù)值后，要及時清灰清灰不應(yīng)破壞粉塵初層61整理課件袋式除塵器的的根本計算公式過濾阻力：包括濾料層與粉塵層過濾阻力公式〔達西方程〕粉塵層物料衡算粉塵層過濾阻力62整理課件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)63整理課件壓力損失：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、機械強度外表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外表起毛〔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64整理課件袋式除塵器的應(yīng)用袋式除塵器作為一種高效除塵器，廣泛用于各種工業(yè)部門的尾氣除塵比電除塵器結(jié)構(gòu)簡單、投資省、運行穩(wěn)定，可以回收高比電阻粉塵與文丘里洗滌器相此，動力消耗小，回收的干粉塵便于綜合利用對于微細的枯燥粉塵，采用袋式除塵器捕集是適宜65整理課件3.3.6除塵器的選擇

評價凈化裝置性能的指標技術(shù)指標處理氣體流量凈化效率壓力損失