第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 ★第6章颗粒污染物控制(8学时) 本章教学内容: 除尘技术基础,旋风除尘器,袋式除尘器,静电除尘器 本章教学要求 (1)掌握粉尘的几何特性和重力沉降的规律 (2)了解旋风除尘器、静电除尘器和袋式除尘器的性能,掌握这三种除尘器的工 作原理和常用装置,了解其他除尘器的原理与应用,熟悉除尘器的技术动态 本章教学重点: 粉尘的几何特性,除尘器的工作原理与常用装置 本章习题:P411,2,6,8,9 第一节除尘技术基础知识(2学时) 大气污染物主要来源于工业废气的排放,可以采用各种方法控制和治理废 气。按废气来源分类可分为工艺生产尾气治理方法、燃料燃烧废气治理方法、汽 车尾气治理方法等:按废气中污染物的物理形态可分为颗粒污染物治理(除尘)方 法和气态污染物治理方法 、颗粒污染物的物理性质 颗粒污染物的治理通常采用除尘技术。除尘技术是应用各种除尘装置捕集分 离气溶胶中的固态颗粒。为了深入理解各种除尘机理,首先应了解颗粒污染物的 各种物理性质,才能提髙除尘的效果,正确掌握除尘系统的设计、选择和运行操 作。 气溶胶中包含固体颗粒和液体颗粒。根据除尘技术的需要,这里只介绍固体 颗粒的主要性质。考虑到一般工程技术中的习惯,用“粉尘”一词泛指固体颗粒。 1.几何特性 颗粒污染物的几何特性包括粉尘的粒径、形状、比表面积等。 (1)粒径。粉尘粒子的粒径一般分为代表粒子群中各单个粒子大小的单一 粒径和代表由不同大小粒子组成的粒子群的平均粒径,单位一般以pm表示 1)单一粒径。按不同的测定方法,如投影法、筛分法、沉降法等,有不同 的定义及表示方法,除尘技术中常用的粒径有 定向粒径dr,也称菲雷特( Feret)直径,为各粒子平面投影图中同一方向上的 最大投影距离。 斯托克斯粒径ds,系与被测粒子密度相同、终末沉降速度相等的球的直径 粒子雷诺数Re<1时,按斯托克斯( Stokes)定律可得: d=√18v;/( 式中-流体的动力粘度,Pa·s Vs一粒子在重力场中的终末沉降速度,m/s; 第1页
第 1 页 ★第 6 章 颗粒污染物控制（8 学时） 本章教学内容： 除尘技术基础，旋风除尘器，袋式除尘器，静电除尘器 本章教学要求： (1) 掌握粉尘的几何特性和重力沉降的规律； (2) 了解旋风除尘器、静电除尘器和袋式除尘器的性能，掌握这三种除尘器的工 作原理和常用装置，了解其他除尘器的原理与应用，熟悉除尘器的技术动态。 本章教学重点： 粉尘的几何特性，除尘器的工作原理与常用装置 本章习题: P411 1, 2,6,8,9 第一节 除尘技术基础知识（2 学时） 大气污染物主要来源于工业废气的排放，可以采用各种方法控制和治理废 气。按废气来源分类可分为工艺生产尾气治理方法、燃料燃烧废气治理方法、汽 车尾气治理方法等；按废气中污染物的物理形态可分为颗粒污染物治理(除尘)方 法和气态污染物治理方法。 一、颗粒污染物的物理性质 颗粒污染物的治理通常采用除尘技术。除尘技术是应用各种除尘装置捕集分 离气溶胶中的固态颗粒。为了深入理解各种除尘机理，首先应了解颗粒污染物的 各种物理性质，才能提高除尘的效果，正确掌握除尘系统的设计、选择和运行操 作。 气溶胶中包含固体颗粒和液体颗粒。根据除尘技术的需要，这里只介绍固体 颗粒的主要性质。考虑到一般工程技术中的习惯，用“粉尘”一词泛指固体颗粒。 1. 几何特性 颗粒污染物的几何特性包括粉尘的粒径、形状、比表面积等。 （1）粒径。粉尘粒子的粒径一般分为代表粒子群中各单个粒子大小的单一 粒径和代表由不同大小粒子组成的粒子群的平均粒径，单位一般以 μm 表示。 1）单一粒径。按不同的测定方法，如投影法、筛分法、沉降法等，有不同 的定义及表示方法，除尘技术中常用的粒径有： 定向粒径 dF，也称菲雷特(Feret)直径，为各粒子平面投影图中同一方向上的 最大投影距离。 斯托克斯粒径 ds，系与被测粒子密度相同、终末沉降速度相等的球的直径。 粒子雷诺数 Re＜1 时，按斯托克斯(Stokes)定律可得： d g s s p = − 18 / ( ) （6－1） 式中 μ—流体的动力粘度，Pa·s； vs—粒子在重力场中的终末沉降速度，m/s；
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 卩p及卩一粒子及流体的密度,kg/m3。 空气动力学粒径da,系在空气中与被测粒子的沉降速度相等的单位密度(pp=1g /cm)的球的直径。单位为微米(空气),记为umA,计算式为 ,式中 单位为g/cm3 分割粒径dε,也称临界粒径,为某除尘器的分级效率为50%时的粒径。 2)平均粒径。如果由形状和大小各异的粒子组成的实际粒子群与由均一的 球形粒子组成的假想粒子群具有相同的某一物理性质,则称此球形粒子的直径为 实际粒子群的平均粒径。平均粒径的计算方法有多种,如长度平均粒径(算术平 均粒径)d=∑nd/∑n:;体积平均粒径dv=Σ(nd3/∑n)8:质量平均粒径dm=∑nd4 ∑nd3等,式中d为实际粒子群中不同粒子的粒径,n为相应不同粒径的粒子个 数。粒径的计算方法应根据粉尘的理化性质和装置的任务来确定 3)粒径分布。某一粒子群中不同粒径的粒子所占比例称为粒径分布,即指 粒子的分散度。粒径分布有粒数分布或质量分布,前者为粒子的个数百分数,后 者用粒子的质量分数来表示。粒径分布的表示方法有表格法、图形法和函数法, 常用的数学函数法有正态分布函数、对数分布函数、罗辛一拉姆勒 ( Rosin- Rammer)分布函数。除尘技术中多采用质量分布,通常有频率分布、 频度分布以及筛上累积频率分布三种: 频率分布(相对频数)为粒径4至+Δ之间的粒子质量△M占粉尘试 样总质量M的质量分数,定义为 O=△M/M×100 (6-2) 频度分布(频率密度)∫为单位粒径间隔宽度Δd时的频率分布,取△d μm时粒子质量占粉尘试样总质量的百分数,定义为: f=o/△d (6-3) 频率分布∫达到最大值时相对应的粒径d称为众径 筛上累积频率分布(筛上累积分布)R为大于某一粒径d的全部粒子质量 占粉尘试样总质量的质量分数,定义为: R f·△d (6-4) 反之,小于某一粒径d的全部粒子质量占粉尘试样总质量的质量分数称为 筛下累计频率分布(筛下累计分布)Rx,即: R (6-5 筛上累计分布和筛下累计分布相等(Rs=Rx50%)时的粒径d称为中位径, 也是除尘技术中常用的一种表示粉尘粒径分布特性的方法 频度分布∫可用微分式表示,累计分布R可用积分式表示。 以上三种粒径分布均可根据计算结果绘出频率(或频度)分布的直方图,并 按照各组粒径间隔的平均粒径值,可以得到一条光滑的分布曲线。 (2)形状。大多数粒子实际上是不规则形状,在测定粒径及研究粒子在流 体中的运动时,通常把粒子假定为球形,因此出现理论计算与实际现象不符。 第2页
第 2 页 ρp 及ρ—粒子及流体的密度，kg／m3。 空气动力学粒径 da，系在空气中与被测粒子的沉降速度相等的单位密度(ρp＝1g ／cm3 )的球的直径。单位为微米(空气)，记为μmA，计算式为 ，式中 ρp 单位为 g／cm3。 分割粒径 dc，也称临界粒径，为某除尘器的分级效率为 50％时的粒径。 2）平均粒径。如果由形状和大小各异的粒子组成的实际粒子群与由均一的 球形粒子组成的假想粒子群具有相同的某一物理性质，则称此球形粒子的直径为 实际粒子群的平均粒径。平均粒径的计算方法有多种，如长度平均粒径(算术平 均粒径)dl＝∑nd/∑n；体积平均粒径 dv＝∑(nd3 /∑n)1/3；质量平均粒径 dm＝∑nd4 / ∑nd3 等，式中 d 为实际粒子群中不同粒子的粒径，n 为相应不同粒径的粒子个 数。粒径的计算方法应根据粉尘的理化性质和装置的任务来确定。 3）粒径分布。某一粒子群中不同粒径的粒子所占比例称为粒径分布，即指 粒子的分散度。粒径分布有粒数分布或质量分布，前者为粒子的个数百分数，后 者用粒子的质量分数来表示。粒径分布的表示方法有表格法、图形法和函数法， 常 用 的 数 学 函 数 法 有 正 态 分 布 函 数 、 对 数 分 布 函 数 、 罗 辛 — 拉姆勒 （Rosin-Rammler）分布函数。除尘技术中多采用质量分布，通常有频率分布、 频度分布以及筛上累积频率分布三种： 频率分布（相对频数）ω 为粒径 dp 至 dp＋Δdp 之间的粒子质量 ΔM 占粉尘试 样总质量 M 的质量分数，定义为： = M M/ 100 % （6－2） 频度分布（频率密度）f 为单位粒径间隔宽度Δdp 时的频率分布，取Δdp＝1 μm 时粒子质量占粉尘试样总质量的百分数，定义为： / % / p f d m = （6－3） 频率分布 f 达到最大值时相对应的粒径 dd 称为众径。 筛上累积频率分布（筛上累积分布）Rs 为大于某一粒径 dp 的全部粒子质量 占粉尘试样总质量的质量分数，定义为： max max % p p d d s p d d R f d = = （6－4） 反之，小于某一粒径 dp 的全部粒子质量占粉尘试样总质量的质量分数称为 筛下累计频率分布（筛下累计分布）Rx，即： min min % p p d d x p d d R f d = = （6－5） 筛上累计分布和筛下累计分布相等(Rs＝Rx 50％)时的粒径 d50 称为中位径， 也是除尘技术中常用的一种表示粉尘粒径分布特性的方法。 频度分布 f 可用微分式表示，累计分布 R 可用积分式表示。 以上三种粒径分布均可根据计算结果绘出频率（或频度）分布的直方图，并 按照各组粒径间隔的平均粒径值，可以得到一条光滑的分布曲线。 （2）形状。大多数粒子实际上是不规则形状，在测定粒径及研究粒子在流 体中的运动时，通常把粒子假定为球形，因此出现理论计算与实际现象不符
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 (3)比表面积。单位体积或质量的粉尘具有的总表面积称为粉尘的比表面 积,单位为m3/m3或mkg。比表面表示粉尘粒子群总体的细度,通常影响粉尘 的润湿性和粘附性,用于研究通过粉尘层的流体阻力以及化学反应、传质、传热 等现象。粉尘粒子越细,比表面积越大,其物理和化学活性越显著,通过颗粒层 的流体阻力也随之增大。 2.密度 单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度,单位为kg/m3。粉尘在不同的产生情 况和实验条件具有不同的密度值,因此粉尘的密度分为真密度和堆积密度。粉尘 的真密度是指将吸附在粉尘粒子凹凸表面、内部空隙以及粒子之间的空气排除以 后测得颗粒自身的密度,用符号φp表示;堆积密度是指包括粉尘粒子内部空隙 和粉体粒子之间气体空间在内的粉体密度,用符号φb表示。粉尘的真密度与堆 积密度之间存在如下关系: P=(1-6) (6-6) 式中,ε为空隙率,是指粉尘之间的空隙体积与包含空隙和粉体在内的总体积之 比。可见,对同一种粉尘而言,Pb<pp。如硅酸盐水泥尘(07~91μm),其 p=312kg/cm3,pb=1.50kgcm3;煤燃烧产生的飞灰粒子(0.7~56m), 其pp=2.20 kg/cm3,pb=1.07kgm3。 寸一定种类的粉尘,p为定值,而Pb则随ε而变化。ε值与粉尘种类、粒 径、充填方式等因素有关。粉尘越细,吸附的空气就越多,则ε值愈大;在挤压 或振动过程中充填,ε值减小, 粉尘的真密度应用于研究粉尘粒在废气中的运动以及除尘方式的选择,而堆 积密度则用在灰斗容积或仓储的确定等方面。 3.粘附性 粉尘粒子附着在固体表面上或它们之间相互凝聚的可能性称为粉尘的粘附 性。从微观上看,粉尘之间产生的各种粘附力主要有分子力(范德华力)、毛细 力和静电力(库仑力)。通常,颗粒细小、表面粗糙且形状不规则、含水量高且润 湿性好、含尘浓度髙和荷电量大的粉尘,其粘附力增大。此外,粉尘粘附现象还 与容器壁面粗糙度、周围介质性质及粉尘的气流运动状况有关,如在光滑无可溶 性和粘性物质的固体表面上和低速气流中运动的粉尘粒子不易粘附,而在气体中 的尘粒粘附要比液体中强得多。 粉尘由于粘性力的的作用,在相互碰撞中会导致尘粒的凝聚变大,有助于提 高对粉尘的捕集。由于电除尘器或袋式除尘器的除尘效率在很大程度上依赖于收 尘极或滤料上捕集粉尘的能力,因此粘性力的影响尤为突出。但在除尘设备或含 尘气流管道中,粉尘粘附在器壁上会造成装置和管道的堵塞或引起故障,需要加 以防范。 4.润湿性 粉尘粒子与液体相互附着或附着难易程度称为粉尘的润湿性。粉尘的润湿性 取决于液体分子的表面张力,表面张力越小的液体对粉尘的浸润性越强。例如, 水的表面张力比酒精或煤油大,其对粉尘的浸润就较差。因此,各种粉尘对液体 具有不同的亲和程度,当尘粒与液滴接触时,如果能扩大接触面而相互附着的粉 第3页
第 3 页 （3）比表面积。单位体积或质量的粉尘具有的总表面积称为粉尘的比表面 积，单位为 m2 /m3 或 m2 /kg。比表面表示粉尘粒子群总体的细度，通常影响粉尘 的润湿性和粘附性，用于研究通过粉尘层的流体阻力以及化学反应、传质、传热 等现象。粉尘粒子越细，比表面积越大，其物理和化学活性越显著，通过颗粒层 的流体阻力也随之增大。 2. 密度 单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度，单位为 kg/m3。粉尘在不同的产生情 况和实验条件具有不同的密度值，因此粉尘的密度分为真密度和堆积密度。粉尘 的真密度是指将吸附在粉尘粒子凹凸表面、内部空隙以及粒子之间的空气排除以 后测得颗粒自身的密度，用符号ρp 表示；堆积密度是指包括粉尘粒子内部空隙 和粉体粒子之间气体空间在内的粉体密度，用符号ρb 表示。粉尘的真密度与堆 积密度之间存在如下关系： (1 ) b p = − （6－6） 式中，ε为空隙率，是指粉尘之间的空隙体积与包含空隙和粉体在内的总体积之 比。可见，对同一种粉尘而言，ρb＜ρp。如硅酸盐水泥尘（0.7～91μm），其 ρp＝3.12 kg/cm3，ρb＝1.50 kg/cm3；煤燃烧产生的飞灰粒子（0.7～5.6μm）， 其ρp＝2.20 kg/cm3，ρb＝1.07 kg/cm3。 对一定种类的粉尘，ρp 为定值，而ρb 则随ε而变化。ε值与粉尘种类、粒 径、充填方式等因素有关。粉尘越细，吸附的空气就越多，则ε值愈大；在挤压 或振动过程中充填，ε值减小。 粉尘的真密度应用于研究粉尘粒在废气中的运动以及除尘方式的选择，而堆 积密度则用在灰斗容积或仓储的确定等方面。 3. 粘附性 粉尘粒子附着在固体表面上或它们之间相互凝聚的可能性称为粉尘的粘附 性。从微观上看，粉尘之间产生的各种粘附力主要有分子力（范德华力）、毛细 力和静电力(库仑力)。通常，颗粒细小、表面粗糙且形状不规则、含水量高且润 湿性好、含尘浓度高和荷电量大的粉尘，其粘附力增大。此外，粉尘粘附现象还 与容器壁面粗糙度、周围介质性质及粉尘的气流运动状况有关，如在光滑无可溶 性和粘性物质的固体表面上和低速气流中运动的粉尘粒子不易粘附，而在气体中 的尘粒粘附要比液体中强得多。 粉尘由于粘性力的的作用，在相互碰撞中会导致尘粒的凝聚变大，有助于提 高对粉尘的捕集。由于电除尘器或袋式除尘器的除尘效率在很大程度上依赖于收 尘极或滤料上捕集粉尘的能力，因此粘性力的影响尤为突出。但在除尘设备或含 尘气流管道中，粉尘粘附在器壁上会造成装置和管道的堵塞或引起故障，需要加 以防范。 4. 润湿性 粉尘粒子与液体相互附着或附着难易程度称为粉尘的润湿性。粉尘的润湿性 取决于液体分子的表面张力，表面张力越小的液体对粉尘的浸润性越强。例如， 水的表面张力比酒精或煤油大，其对粉尘的浸润就较差。因此，各种粉尘对液体 具有不同的亲和程度，当尘粒与液滴接触时，如果能扩大接触面而相互附着的粉
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 尘称为亲水性粉尘,反之,接触面趋于缩小而不能相互附着的粉尘则称为疏水性 粉尘。 粒尘的润湿性还与粉尘的粒径大小、理化性质及所处状态等因素有关。例如, 石英的亲水性好,但粉碎成粉末后亲水能力就大为降低。一般来说,小于5μm 尤其是1μm以下的尘粒就难以被水润湿。这是由于细粉的比表面积大,对气体 有很强的吸附作用,表面存在着一层气膜,只有当在尘粒与水滴之间以较高的相 对速度运动而冲破气膜时,才会相互附着。此外,粉尘的润湿性还随液体表面张 力增大而减小,随温度降低而増大,随压力升髙而增强 各种湿式技术中,粉尘的浸润性是选择除尘设备的主要依据之一。对于疏水性粉 尘可加入某些浸润剂(如皂角素等),以减少固液之间的表面张力,增加粉尘的亲 水性。对于某些遇水易形成不溶于水的硬垢的粉尘,如水泥、石灰、白云石砂等, 会造成设备和管道结垢或堵塞,故不宜采用湿式除尘技术 5.电性 粉尘的电性主要有粉尘的荷电性及比电阻 (1)荷电性。粉尘在其产生和运动过程中,由于碰撞、摩擦、放射线照射、 电晕放电以及接触带电体等原因带有一定的电荷称为粉尘的荷电性。其中,有些 粉尘带负电荷,有些带正电荷,还有一些不带电荷。粉尘荷电后,某些物理性质 如凝聚性、附着性及在气体中的稳定性等将发生改变,并增加对人体的危害。粉 尘随着比表面积增大、含水量减少及温度升高,其荷电量增加。 (2)比电阻。粉尘的比电阻表现粉尘的导电性能,其表示方法和金属导线 相同,也用电阻率来表示,单位为Ω·cm。粉尘的比电阻除取决于它的化学成 分外,还与测定条件有关,如温度、湿度以及粉尘的粒度和松散度等,仅是一种 可以相互比较的表观电阻率。粉尘的比电阻包括容积比电阻和表面比电阻:容积 比电阻为粉尘依靠其内部的电子或离子进行的颗粒本体的容积导电;表面比电阻 为粉尘依靠其表面因吸附水分或其他化学物质而形成的化学膜进行表面导电。对 于电阻率高的粉尘,在较高温度(>200℃)时,以容积导电为主:在较低温度(< 100℃)时,表面导电占主导地位;在中间温度范围内,粉尘的比电阻是两种比电 阻的合成,其值最高。比电阻是粉尘的重要特性之一,对电除尘器性能有重要影 响 6.爆炸性 可燃物形成粉尘(如硫矿粉、煤尘等)后,由于总表面积增加,粉体的表面自 由能相应增加,从而提高了粉尘的化学活性。当粉尘达到自燃温度时,在一定的 条件下会转化为燃烧状态。如果在封闭空间内,可燃性悬浮粉尘的剧烈氧化燃烧 会在瞬间产生大量的热量和燃烧产物,当粉尘的放热反应速度超过系统的排热速 度,将在空间内造成很高的压力和温度,形成化学爆炸。可燃性粉尘的的浓度只 是在一定的范围内才会发生爆炸,这一浓度称为爆炸极限。能发生爆炸的粉尘最 低浓度称为爆炸下限,而其最髙浓度称为爆炸上限。低于爆炸下限或高于爆炸上 限时的粉尘无爆炸危险,处于两者之间的粉尘均属于爆炸危险性粉尘。除尘装置 中通常只需考虑爆炸下限,因为一般粉尘的爆炸上限值很大,多数场合下难以达 影响粉尘自燃和爆炸的因素很多。一般颗粒细小、分散度高、惰性尘粒(不 燃尘粒)少、湿度低以及含有挥发性可燃气体的粉尘,其自燃和爆炸的可能性増 第4页
第 4 页 尘称为亲水性粉尘，反之，接触面趋于缩小而不能相互附着的粉尘则称为疏水性 粉尘。 粒尘的润湿性还与粉尘的粒径大小、理化性质及所处状态等因素有关。例如， 石英的亲水性好，但粉碎成粉末后亲水能力就大为降低。一般来说，小于 5μm 尤其是 1μm 以下的尘粒就难以被水润湿。这是由于细粉的比表面积大，对气体 有很强的吸附作用，表面存在着一层气膜，只有当在尘粒与水滴之间以较高的相 对速度运动而冲破气膜时，才会相互附着。此外，粉尘的润湿性还随液体表面张 力增大而减小，随温度降低而增大，随压力升高而增强。 各种湿式技术中，粉尘的浸润性是选择除尘设备的主要依据之一。对于疏水性粉 尘可加入某些浸润剂(如皂角素等)，以减少固液之间的表面张力，增加粉尘的亲 水性。对于某些遇水易形成不溶于水的硬垢的粉尘，如水泥、石灰、白云石砂等， 会造成设备和管道结垢或堵塞，故不宜采用湿式除尘技术。 5. 电性 粉尘的电性主要有粉尘的荷电性及比电阻。 （1）荷电性。粉尘在其产生和运动过程中，由于碰撞、摩擦、放射线照射、 电晕放电以及接触带电体等原因带有一定的电荷称为粉尘的荷电性。其中，有些 粉尘带负电荷，有些带正电荷，还有一些不带电荷。粉尘荷电后，某些物理性质， 如凝聚性、附着性及在气体中的稳定性等将发生改变，并增加对人体的危害。粉 尘随着比表面积增大、含水量减少及温度升高，其荷电量增加。 （2）比电阻。粉尘的比电阻表现粉尘的导电性能，其表示方法和金属导线 相同，也用电阻率来表示，单位为Ω·cm。粉尘的比电阻除取决于它的化学成 分外，还与测定条件有关，如温度、湿度以及粉尘的粒度和松散度等，仅是一种 可以相互比较的表观电阻率。粉尘的比电阻包括容积比电阻和表面比电阻：容积 比电阻为粉尘依靠其内部的电子或离子进行的颗粒本体的容积导电；表面比电阻 为粉尘依靠其表面因吸附水分或其他化学物质而形成的化学膜进行表面导电。对 于电阻率高的粉尘，在较高温度(＞200℃)时，以容积导电为主；在较低温度(＜ 100℃)时，表面导电占主导地位；在中间温度范围内，粉尘的比电阻是两种比电 阻的合成，其值最高。比电阻是粉尘的重要特性之一，对电除尘器性能有重要影 响。 6. 爆炸性 可燃物形成粉尘(如硫矿粉、煤尘等)后，由于总表面积增加，粉体的表面自 由能相应增加，从而提高了粉尘的化学活性。当粉尘达到自燃温度时，在一定的 条件下会转化为燃烧状态。如果在封闭空间内，可燃性悬浮粉尘的剧烈氧化燃烧 会在瞬间产生大量的热量和燃烧产物，当粉尘的放热反应速度超过系统的排热速 度，将在空间内造成很高的压力和温度，形成化学爆炸。可燃性粉尘的的浓度只 是在一定的范围内才会发生爆炸，这一浓度称为爆炸极限。能发生爆炸的粉尘最 低浓度称为爆炸下限，而其最高浓度称为爆炸上限。低于爆炸下限或高于爆炸上 限时的粉尘无爆炸危险，处于两者之间的粉尘均属于爆炸危险性粉尘。除尘装置 中通常只需考虑爆炸下限，因为一般粉尘的爆炸上限值很大，多数场合下难以达 到。 影响粉尘自燃和爆炸的因素很多。一般颗粒细小、分散度高、惰性尘粒(不 燃尘粒)少、湿度低以及含有挥发性可燃气体的粉尘，其自燃和爆炸的可能性增
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 大。此外,有些粉尘(如镁粉、碳化钙粉尘)与水接触后会引起自然爆炸,对于这 种粉尘不能采用湿式除尘方法,还有一些粉尘互相接触或混合后(如溴与磷、锌 粉与镁粉)也会发生爆炸。对于有爆炸和火灾危险的粉尘,在进行除尘设计时, 必须充分考虑粉尘自燃和爆炸性能,并对爆炸危险性粉尘采取必要的防范措施。 7.安息角 粉尘通过小孔连续落到水平板上,堆积成的锥体母线与水平面小于90°的 夹角称为粉尘的安息角,也叫静止角或堆积角。安息角是粉尘的动力特性之 用于评价粉尘的流动特性。安息角愈小,粉尘的流动性愈好,多数粉尘的安息角 的平均值在35°左右。一般情况,粒径大、表面光滑、接近球形、湿度低及粘 性小的粉尘,其安息角减小。粉尘的安息角是设计除尘设备灰斗及管道倾斜度的 主要依据。 二、除尘装置捕集效率表示 除尘器的除尘效率包括总除尘效率,分级除尘效率、通过率等。 (1)总除尘效率。设除尘器进口处的气体流量为Q1(m3s),粉尘流量为 M1(g/s),气体含尘浓度为C1(g/m3),相应出口处的参数分别为Qo、M、Co, 除尘器中捕集的粉尘流量为M(g/s)。对粉尘流量有M=M。+M,M=CQ。则 同一时间内除尘器捕集的粉尘质量与进入的粉尘质量之比的质量分数即为总除 尘效率n CQ1×100 ×10=-Cg 若除尘器完全密闭,稳态等温操作,则进出除尘器的气体量不变,则上式可 变为 100 C 通常测定除尘器进、出口的参数来计算总除尘效率。当除尘器漏气量大于进 口量的20%时,应将测定的实际值换算成标准状态时的参数(0℃,1013×105Pa), 按式(4-17)计算。 (2)分级除尘效率ψ。总除尘效率是除尘器在一定运行工况下对某种特性 粉尘的总捕集效果。但是,对粒径分布不同的粉尘和同一特性粉尘中不同粒径的 粒子,除尘器的具有不同的除尘效率。为了正确评价除尘器对不同粒径粉尘的捕 集效果,采用分级除尘效率的概念 分级效率是指除尘器对某一粒径或某一粒径范围Δd的粉尘的捕集效果。 假设进入除尘器的粉尘总量M中,粒径如或某一粒径范围Δd的粉尘Ma的频 率分布为ωd=△M/M;在被捕集的粉尘总量M中,粒径或某一粒径范围 △d的粉尘△Ma的频率分布od=△MM,则除尘器对粒径或某一粒径范 围△d的粉尘的分级效率nd为 ×100=10×100=n0 根据测定的除尘器的总效率,分析出的除尘器入口和捕集的粉尘粒径频率分 第5页
第 5 页 大。此外，有些粉尘(如镁粉、碳化钙粉尘)与水接触后会引起自然爆炸，对于这 种粉尘不能采用湿式除尘方法，还有一些粉尘互相接触或混合后（如溴与磷、锌 粉与镁粉）也会发生爆炸。对于有爆炸和火灾危险的粉尘，在进行除尘设计时， 必须充分考虑粉尘自燃和爆炸性能，并对爆炸危险性粉尘采取必要的防范措施。 7. 安息角 粉尘通过小孔连续落到水平板上，堆积成的锥体母线与水平面小于 90°的 夹角称为粉尘的安息角，也叫静止角或堆积角。安息角是粉尘的动力特性之一， 用于评价粉尘的流动特性。安息角愈小，粉尘的流动性愈好，多数粉尘的安息角 的平均值在 35°左右。一般情况，粒径大、表面光滑、接近球形、湿度低及粘 性小的粉尘，其安息角减小。粉尘的安息角是设计除尘设备灰斗及管道倾斜度的 主要依据。 二、除尘装置捕集效率表示 除尘器的除尘效率包括总除尘效率，分级除尘效率、通过率等。 （1）总除尘效率 η。设除尘器进口处的气体流量为 Qi（m3 /s），粉尘流量为 Mi（g/s），气体含尘浓度为 Ci（g/m3），相应出口处的参数分别为 Qo、Mo、Co， 除尘器中捕集的粉尘流量为 Mc(g/s)。对粉尘流量有 Mi＝Mo + Mc ，M=CQ。则 同一时间内除尘器捕集的粉尘质量与进入的粉尘质量之比的质量分数即为总除 尘效率 η： c o o o 100 1 100 1 100 % i i i i M M C Q M M C Q = = − = − (6－7) 若除尘器完全密闭，稳态等温操作，则进出除尘器的气体量不变，则上式可 变为： 1 100 % o i C C = − (6－8) 通常测定除尘器进、出口的参数来计算总除尘效率。当除尘器漏气量大于进 口量的 20％时，应将测定的实际值换算成标准状态时的参数（0℃，1.013×105Pa）， 按式(4－17)计算。 （2）分级除尘效率 ηd。总除尘效率是除尘器在一定运行工况下对某种特性 粉尘的总捕集效果。但是，对粒径分布不同的粉尘和同一特性粉尘中不同粒径的 粒子，除尘器的具有不同的除尘效率。为了正确评价除尘器对不同粒径粉尘的捕 集效果，采用分级除尘效率的概念。 分级效率是指除尘器对某一粒径 dp或某一粒径范围Δdp的粉尘的捕集效果。 假设进入除尘器的粉尘总量 Mi 中，粒径 dp 或某一粒径范围Δdp 的粉尘 Mid 的频 率分布为ωid＝ΔMid/Mi；在被捕集的粉尘总量 Mc 中，粒径 dp 或某一粒径范围 Δdp 的粉尘ΔMcd 的频率分布ωcd＝ΔMcd/Mc，则除尘器对粒径 dp 或某一粒径范 围Δdp 的粉尘的分级效率ηd 为： d cd c cd cd 100 100 % id i id id M M M M = = = (6－9) 根据测定的除尘器的总效率，分析出的除尘器入口和捕集的粉尘粒径频率分
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 布ωd和ωd,即可按上式计算出分级效率。如果对式(4-19)右边分子、分母同 除以Δφ,由式(4-3)的关系,粉尘的分级效率可用除尘器入口及捕集的粉尘 的频度分布fd、fd表示,即: na n 而总除尘效率从整个粒径范围的分级效率求和得到: ∑ 分级效率nd与粒径d的关系,一般以指数函数形式表示 式中,a和m为由实验确定的系数。分级效率l随a和m值的增大而提高, α值越大,粉尘逃逸量越小;而m值愈大,表明如对nd的影响越大。m值一般 在0.33~1.20。 (3)透过率P。一些除尘器的除尘效率非常高,可达99%以上,总效率的 变化难以判断除尘效果及排放对环境效应的影响,有时用从除尘器中逃逸的粉尘 质量与进入的粉尘质量之比的质量分数,即透过率P来表示: P=x0×100=100-7 如两台除尘器的除尘效率分别为999%和990%,则前者P=0.1%,后者P =1.0%,后者的透过率为前者的10倍。 (4)除尘器串联运行的除尘总效率。设n,m2,…,n分别为第1,2,…, n级除尘器的除尘效率,则n级除尘器串联后的总除尘效率为: 7=100-(00-)(00-n2)…(100-mn) 三、重力沉降 重力沉降是利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理,将颗粒 污染物与气体分离的过程。特点是结构简单,造价低,便于维护管理,阻力小 且可以处理高温气体,但是效率低,一般只能去除50微米以上的颗粒。因此, 重力沉降室主要作为高效除尘器的预处理。 l颗粒沉降速度 在重力场的作用下,粒子在静止流体中作自由沉降运动。假设粒子为球形, 直径为dp。粒子受到重力Fw以及流体的浮升力Fb和阻力F的共同作用,其合 力为F=F Fd,其中 F-F=dp(p,-p (6-15) F,=C 第6页
第 6 页 布ωid 和ωcd，即可按上式计算出分级效率。如果对式(4－19)右边分子、分母同 除以Δdp，由式（4－3）的关系，粉尘的分级效率可用除尘器入口及捕集的粉尘 的频度分布 fid、fcd 表示，即： d cd % id f f = (6－10) 而总除尘效率从整个粒径范围的分级效率求和得到： = d id % (6－11) 分级效率ηd 与粒径 dp 的关系，一般以指数函数形式表示： m p ad d e − = 1− (6－12) 式中，α 和 m 为由实验确定的系数。分级效率 ηd 随 α 和 m 值的增大而提高， α 值越大，粉尘逃逸量越小；而 m 值愈大，表明 dp 对 ηd 的影响越大。m 值一般 在 0.33～1.20。 （3）透过率 P。一些除尘器的除尘效率非常高，可达 99％以上，总效率的 变化难以判断除尘效果及排放对环境效应的影响，有时用从除尘器中逃逸的粉尘 质量与进入的粉尘质量之比的质量分数，即透过率 P 来表示： o 100 100 % i M P M = = − (6－13) 如两台除尘器的除尘效率分别为 99.9％和 99.0％，则前者 P＝0.1％，后者 P ＝1.0％，后者的透过率为前者的 10 倍。 （4）除尘器串联运行的除尘总效率。设 η1，η2，…，ηn 分别为第 1，2，…， n 级除尘器的除尘效率，则 n 级除尘器串联后的总除尘效率为： ( )( ) ( ) 1 2 = − − − − 100 100 100 100 % n (6－14) 三、重力沉降 重力沉降是利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理，将颗粒 污染物与气体分离的过程。特点是结构简单，造价低，便于维护管理，阻力小， 且可以处理高温气体，但是效率低，一般只能去除 50 微米以上的颗粒。因此， 重力沉降室主要作为高效除尘器的预处理。 1.颗粒沉降速度 在重力场的作用下，粒子在静止流体中作自由沉降运动。假设粒子为球形， 直径为 dp。粒子受到重力 Fw 以及流体的浮升力 Fb 和阻力 Fd 的共同作用，其合 力为 F＝Fw―Fb―Fd，其中： ( ) 3 6 F F d g w b p p − = − （6－15） 2 2 d f p v F C A = (6－16)
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 式中pp及p一粒子及流体的密度,kg/m3; Cr流体的阻力系数 γ一粒子对流体的相对运动速度,m/s; Ap一粒子垂直于气流方向的投影面积,对于球形颗粒,Ap=x424, 粒子在重力作用下,克服流体的浮升力和阻力从起始位置开始作加速下降运 动,即F>0。由于流体阻力Fd随加速沉降速度ν的不断增加大而增大,当Fd 增大到使合力F=0时,加速过程结束,尘粒开始作均速下降运动。此时的尘粒 沉降速度达到了恒定的最大值ws,称为终末沉降速度,简称沉降速度。由式(4 7)和(4-8)可得 4dp(Pp-p)g (6-17 流体阻力系数Cr随流动状态而变化,即与粒子雷诺数Re=vdp/μ有关 式中μ为流体的动力粘度,Pa·s。球形粒子Cr的研究结果如下: 24/Re 层流区( Stokes区)Re≤10 185/Re6过渡区(Aln区)1.0500 对处于不同流动区域的粒子,将相应的C代入式(4-9),得到三种流动状况 下的终末沉降速度。例如,对于d=1~100μm的较小颗粒,一般处于层流区, 其终末沉降速度为: dp(pp-p)g 由式(6-19)可知,v∝d2,越细小的粉尘,其沉降速度越小,则越难以分离 含尘气流的温度增高,其密度减小而粘度增加,沉降速度减小,也不易分离。式 (6-1)的斯托克斯粒径d即由式(6-19)求解得到。 此外,颗粒形状、粒子的凝并、髙浓度时颗粒之间相互作用、容器壁面等因 素对颗粒的沉降也有影响。对实际工作中的非球形通常近似按球形粒子处理。 2重力沉降室的设计 重力沉降室是利用重力沉降作用使粉尘从气流 中分离的装置,如图6-1所示,图中L、H、B分别 为沉降室的长、高、宽。当含尘气流进入后,由于 流通面积扩大,流速下降,尘粒借本身重力作用以 沉降速度κ向底部缓慢沉降,同时以气流在沉降室 内的水平速度w继续向前运动。如果气流通过沉降 室的时间大于或等于尘粒从顶部沉降到底部所需的 时间,即L/he≥Hv,则具有沉降速度为v的尘粒能够全部沉圆61重力沉示圈 降。 当沉降室的结构尺寸、含尘气体的性质和流量Q一定时确定后,如果粒子 第7页
第 7 页 式中 ρp 及ρ—粒子及流体的密度，kg／m3； Cf—流体的阻力系数； v—粒子对流体的相对运动速度，m／s； Ap—粒子垂直于气流方向的投影面积，对于球形颗粒，Ap＝πdp 2 /4， m2。 粒子在重力作用下，克服流体的浮升力和阻力从起始位置开始作加速下降运 动，即 F＞0。由于流体阻力 Fd 随加速沉降速度 v 的不断增加大而增大，当 Fd 增大到使合力 F＝0 时，加速过程结束，尘粒开始作均速下降运动。此时的尘粒 沉降速度达到了恒定的最大值 vs，称为终末沉降速度，简称沉降速度。由式（4 －7）和(4－8)可得： 4 ( ) 3 p p s f d g v C − = (6－17) 流体阻力系数 Cf 随流动状态而变化，即与粒子雷诺数 Re＝vdpρ/μ有关， 式中μ为流体的动力粘度，Pa·s。球形粒子 Cf 的研究结果如下： 0.6 24 / Re Stokes Re 1.0 18.5/ Re 1.0 Re 500 0.44 Re 500 层流区（ 区） 过渡区（Allen区） 湍流区（Newton区） (6－18) 对处于不同流动区域的粒子，将相应的 Cf 代入式(4－9)，得到三种流动状况 下的终末沉降速度。例如，对于 dp＝1～100μm 的较小颗粒，一般处于层流区， 其终末沉降速度为： ( ) 2 18 p p s d g v − = (6－19) 由式(6－19)可知，vs∝dp 2，越细小的粉尘，其沉降速度越小，则越难以分离； 含尘气流的温度增高，其密度减小而粘度增加，沉降速度减小，也不易分离。式 (6－1)的斯托克斯粒径 ds 即由式(6－19)求解得到。 此外，颗粒形状、粒子的凝并、高浓度时颗粒之间相互作用、容器壁面等因 素对颗粒的沉降也有影响。对实际工作中的非球形通常近似按球形粒子处理。 2.重力沉降室的设计 重力沉降室是利用重力沉降作用使粉尘从气流 中分离的装置，如图 6－1 所示，图中 L、H、B 分别 为沉降室的长、高、宽。当含尘气流进入后，由于 流通面积扩大，流速下降，尘粒借本身重力作用以 沉降速度 vs 向底部缓慢沉降，同时以气流在沉降室 内的水平速度 vo 继续向前运动。如果气流通过沉降 室的时间大于或等于尘粒从顶部沉降到底部所需的 时间，即 L/vo≥H /vs，则具有沉降速度为 vs 的尘粒能够全部沉 降。 当沉降室的结构尺寸、含尘气体的性质和流量 Q 一定时确定后，如果粒子
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 沉降运动处于层流区时,则可用斯托克斯式(4-11)求得沉降室能100%捕集 的最小尘粒的粒径dmm为 d (Pp-p)gl v(Pp-p)gbL (6-20) 上式为理论计算式,但实际由于气流运动状况,粒子形状及浓度分布等影响, 沉降效率会有所降低。显然,dmim越小,除尘效率越高。由式(6-20)可知,降 低沉降室内气流速度υ,减小沉降室的髙度H和增加沉降室长度L,均能提高重 力沉降室的除尘效率。但是υ过小或L过长,都会使沉降体积庞大,一般取v= 0.2~2.0ms。图6-2为降低H的多层重力沉降室,在室内沿水平方向设置n 层隔板,其沉降高度就降为H(n+1)。 重力沉降室的设计步骤是:首先根据粉尘的真密度和该 沉降室应能捕集的最小尘粒的粒径计算出沉降速度v,再选 取室内气速v和沉降高度H(或宽度B),最后确定沉降室的 长度L和宽度B(或高度H)。 重力沉降室一般能捕集40~50μm以上而不宜捕集20um 以下的尘粒。它的除尘效率低,一般仅即2多力室示 为40%-70%,且设备庞大。但阻力损失小,△p=50~150Pa,且结构简单, 投资少,使用方便,维护管理容易,适用于颗粒粗、净化密度大、磨损强的粉尘。 般作为多级净化系统的预处理。 第三节旋风除尘(2学时) 旋风除尘器是利用旋转气流的离心力使粉尘从含尘气流中分离的装置。旋风 除尘器的结构简单,运行方便,效率适中(80%~90%),阻力约1000Pa左右, 适于净化密度较大、粒度较粗(>10μm)的非纤维性粉尘,应用最为广泛。 旋风除尘器的工作原理 旋风除尘器一般由筒体和锥体,进气管和排气管及密封 灰斗组成,结构如图6-3所示。由进气口切向进入的含尘 外旋流 气流沿筒体内壁从上向下做旋转运动,到达锥体底部的回流 内旋流 区后转而向上,在中心区旋转上升,最后经排气管向外排出。内灰环 回流区 一般将沿外圈向下旋转的气流称为外旋流,而将中心旋转向 上的气流称为内旋流,两者的旋转方向相同。由于实际气体 具有粘性,外旋流是旋转向下的准自由涡流,同时有向心的 径向运动;内旋流是旋转向上的强制涡流,同时有离心的径 向运动。旋转气流中的尘粒依靠离心力圆63除尘暑示国 向外移动,达到筒体内壁后在气流和重力的共同作用下,沿壁面落入灰斗。 离心分离是利用旋转含尘气流产生的离心力的作用使粒子与气体分离的 第8页
第 8 页 沉降运动处于层流区时，则可用斯托克斯式（4－11）求得沉降室能 100％捕集 的最小尘粒的粒径 dmin 为： min 18 18 ( ) ( ) o p p v H Q d gL gBL = = − − （6－20） 上式为理论计算式，但实际由于气流运动状况，粒子形状及浓度分布等影响， 沉降效率会有所降低。显然，dmin 越小，除尘效率越高。由式（6－20）可知,降 低沉降室内气流速度 vo，减小沉降室的高度 H 和增加沉降室长度 L，均能提高重 力沉降室的除尘效率。但是 vo 过小或 L 过长，都会使沉降体积庞大,一般取 vo＝ 0.2～2.0 m/s。图 6－2 为降低 H 的多层重力沉降室，在室内沿水平方向设置 n 层隔板，其沉降高度就降为 H/(n+1)。 重力沉降室的设计步骤是：首先根据粉尘的真密度和该 沉降室应能捕集的最小尘粒的粒径计算出沉降速度 vs，再选 取室内气速 vo 和沉降高度 H(或宽度 B)，最后确定沉降室的 长度 L 和宽度 B(或高度 H)。 重力沉降室一般能捕集 40～50μm以上而不宜捕集 20μm 以下的尘粒。它的除尘效率低，一般仅 为 40％-70％，且设备庞大。但阻力损失小，Δp＝50～150Pa，且结构简单， 投资少，使用方便，维护管理容易，适用于颗粒粗、净化密度大、磨损强的粉尘。 一般作为多级净化系统的预处理。 第三节 旋风除尘（2 学时） 旋风除尘器是利用旋转气流的离心力使粉尘从含尘气流中分离的装置。旋风 除尘器的结构简单，运行方便，效率适中(80％～90％)，阻力约 1000Pa 左右， 适于净化密度较大、粒度较粗（＞10μm）的非纤维性粉尘，应用最为广泛。 一、旋风除尘器的工作原理 旋风除尘器一般由筒体和锥体，进气管和排气管及密封 灰斗组成，结构如图 6－3 所示。由进气口切向进入的含尘 气流沿筒体内壁从上向下做旋转运动，到达锥体底部的回流 区后转而向上，在中心区旋转上升，最后经排气管向外排出。 一般将沿外圈向下旋转的气流称为外旋流，而将中心旋转向 上的气流称为内旋流，两者的旋转方向相同。由于实际气体 具有粘性，外旋流是旋转向下的准自由涡流，同时有向心的 径向运动；内旋流是旋转向上的强制涡流，同时有离心的径 向运动。旋转气流中的尘粒依靠离心力 向外移动，达到筒体内壁后在气流和重力的共同作用下，沿壁面落入灰斗。 离心分离是利用旋转含尘气流产生的离心力的作用使粒子与气体分离的一
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 种简单而重要的分离方法。它可以产生比重力大得多的分离力,因此得到广泛的 应用。此外,离心力对惯性分离和虑料拦截起着重要作用。在离心力的作用下, 粒子将产生垂直于切向的径向运动,最终到达壁面而从气流中分离出来。对处于 斯托克斯区的球形粒子所受离心力Fc为: F (6-21) 式中v一旋转半径r处气流和粒子的切向速度,m/s 一旋转气流流线的半径,m; 与重力分离相同,粒子沿径向运动时受到流体向心的径向阻力Fa作用 F=37d (6-22) 式中κ一旋转半径r处气流和粒子的向心径向速度,m/s 当F=Fa,即离心力和向心阻力平衡时,粒子的终末离心沉降速度vs为: P 184r (6-23) 式6-23)与式(6-21)具有相同的形式,仅以离心加速度ν2/代替式(6-20) 中的重力加速度g。由(6-23)可知,ws除了与粒径和含尘气流温度有关外,还受 气流的旋转速度和旋转半径的影响。气流的旋转速度越髙,旋转半径越小,其终 末离心沉降速度ws越大,愈能分离细小的尘粒。 旋风除尘器的颗粒分离机理有多种解释:①假想圆筒理论,认为内、外旋流 的分界面附近有一假想圆筒,内旋流中的粒子易被排出气流带走,外旋流中的粒 子易被捕集;②转圈理论,认为粒子在随气流旋转下降到底部前,如果能碰到筒 壁,则认为粒子能被分离;③湍流径向返混理论,认为气体的湍流混合、对粒子 的阻力、粒子反弹及二次飞扬等作用,使旋风除尘器的任一水平横截面上,未捕 集的粒子迅速处于连续均匀分布。 旋转气流中的粒子受到方向相反的两个力一离心力F和阻力Fd的共同作 用。在内外旋流的分界面上,外旋流的切向速度v最大,粒子在此处所受离 力F也最大,当F>Fs,粒子移向外旋流而被捕集;F<Fd,则粒子向内旋流移 动而被气流带走 二、旋风除尘器的分离性能 (一)颗粒的分离直径 (二)捕集效率 (三)捕集效率的影响因素 第9页
第 9 页 种简单而重要的分离方法。它可以产生比重力大得多的分离力，因此得到广泛的 应用。此外，离心力对惯性分离和虑料拦截起着重要作用。在离心力的作用下， 粒子将产生垂直于切向的径向运动，最终到达壁面而从气流中分离出来。对处于 斯托克斯区的球形粒子所受离心力 Fc 为： ( ) 3 2 6 p c p d v F r = − (6－21) 式中 vθ—旋转半径 r 处气流和粒子的切向速度，m／s ； r—旋转气流流线的半径，m； 与重力分离相同，粒子沿径向运动时受到流体向心的径向阻力 Fd作用： 3 F d v d p r = (6－22) 式中 vr—旋转半径 r 处气流和粒子的向心径向速度，m／s。 当 Fc＝Fd，即离心力和向心阻力平衡时，粒子的终末离心沉降速度 vrs为： ( ) 2 2 18 p p rs d v v r − = (6－23) 式(6－23)与式(6－21)具有相同的形式，仅以离心加速度 vθ 2 /r 代替式(6－20) 中的重力加速度 g。由(6－23)可知，vrs 除了与粒径和含尘气流温度有关外，还受 气流的旋转速度和旋转半径的影响。气流的旋转速度越高，旋转半径越小，其终 末离心沉降速度 vrs 越大，愈能分离细小的尘粒。 旋风除尘器的颗粒分离机理有多种解释：①假想圆筒理论，认为内、外旋流 的分界面附近有一假想圆筒，内旋流中的粒子易被排出气流带走，外旋流中的粒 子易被捕集；②转圈理论，认为粒子在随气流旋转下降到底部前，如果能碰到筒 壁，则认为粒子能被分离；③湍流径向返混理论，认为气体的湍流混合、对粒子 的阻力、粒子反弹及二次飞扬等作用，使旋风除尘器的任一水平横截面上，未捕 集的粒子迅速处于连续均匀分布。 旋转气流中的粒子受到方向相反的两个力－离心力 Fc 和阻力 Fd 的共同作 用。在内外旋流的分界面上，外旋流的切向速度 vθ 最大，粒子在此处所受离心 力 Fc 也最大，当 Fc＞Fd，粒子移向外旋流而被捕集；Fc＜Fd，则粒子向内旋流移 动而被气流带走。 二、旋风除尘器的分离性能 （一）颗粒的分离直径 （二）捕集效率 （三）捕集效率的影响因素
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 三、旋风除尘器的分类与选型 四、旋风除尘器的设计(了解) 第四节静电除尘(2学时) 以静电分离作为除尘的机理,利用高压电场使尘粒荷电,在电场力的作用下 使粉尘与气流分离的装置。有干法清灰和湿法清灰两种型式。其特点是除尘效率 高(特别是湿法清灰),流动阻力小,能耗低,但消耗钢材多,投资髙。 静电除尘的基本原理 电除尘器是利用静电分离原理使粉尘从气体中分离的装置。它能分离粒径为 lμm左右的细尘粒,除尘效率高(>99%),阻力小(200~500Pa),处理烟气量大 (30~300m3/s),适用于高温或腐蚀性气体,所以广泛地应用在各种工业部门。电 除尘器的除尘过程分为高压电场的电晕放电,尘粒与电子和自由碰撞后的粒子荷 电,粒子在电场力的作用下向集尘极运动的粒子沉 接电源 降,以及粒子清除4个阶段,其分离机理前面己经 讨论过。 按集尘极的形状,电除尘器可分为管式和板式 2种,如图6-4所示。管式电除尘器的集尘极一般 为多根并列的金属圆管或六角形管,适用于气体量 较小的情况。板式电除尘器采用各种断面形状的平A 行钢板作集尘极,可从几平方米到几百平方米,极 图4-13电除尘器示意图 间均布电晕线,处理气体量很大。根据粒子荷电和1-电带极,2全,线吊,4-板 集尘的空间位置,电除尘器有单区和双区两种布置方式,如图6-5所示。单区电 除尘器是荷电和集尘在同一空间区域,多用于锅炉及其他工业除尘:双区电除尘 器则是荷电和集尘先后在两个电场空间内进行,常用于空气调节等粉尘浓度很低 的空气净化,而且使用阳极电晕。 电晕放电效果与电压有关。当电压较低时,不足以使自由电子获得高速运动 的能量,因此难以撞击气体分子使之电离而实现电晕放电。当达到起晕电压Uo 后,一般为20V,产生电晕放电,电晕电流呈抛物线∴:::二电晕线( 集尘板(+) 扩大。若电压高到一定值,一般高于60kV,达到击穿电 压U后,I急剧上升,会使两极间的空气全部电离,整个 电区集尘区 高压板(+) 电场被击穿,发生弧光放电,电路短路,烧坏电极或供电 设备。电除尘器的电晕电流与电压的关系如图图66所示。电线(集生板( 实践表明,负电晕电流高于同一电压下的正电晕电流,而 图4-14 双区电除尘器示意 且负电晕击穿电压高于正电晕,因此负电晕稳定性好,对 除尘有利。影响电晕放电的因素有气体的成分、温度、压力和电极的形状、尺寸、 积灰状况,以及粉尘特性等。 第10页
第 10 页 三、旋风除尘器的分类与选型 四、旋风除尘器的设计（了解） 第四节 静电除尘（2 学时） 以静电分离作为除尘的机理，利用高压电场使尘粒荷电，在电场力的作用下 使粉尘与气流分离的装置。有干法清灰和湿法清灰两种型式。其特点是除尘效率 高(特别是湿法清灰)，流动阻力小，能耗低，但消耗钢材多，投资高。 一、静电除尘的基本原理 电除尘器是利用静电分离原理使粉尘从气体中分离的装置。它能分离粒径为 lμm 左右的细尘粒，除尘效率高(＞99％)，阻力小(200～500Pa)，处理烟气量大 (30～300m3 /s)，适用于高温或腐蚀性气体，所以广泛地应用在各种工业部门。电 除尘器的除尘过程分为高压电场的电晕放电，尘粒与电子和自由碰撞后的粒子荷 电，粒子在电场力的作用下向集尘极运动的粒子沉 降，以及粒子清除 4 个阶段，其分离机理前面已经 讨论过。 按集尘极的形状，电除尘器可分为管式和板式 2 种，如图 6-4 所示。管式电除尘器的集尘极一般 为多根并列的金属圆管或六角形管，适用于气体量 较小的情况。板式电除尘器采用各种断面形状的平 行钢板作集尘极，可从几平方米到几百平方米，极 间均布电晕线，处理气体量很大。根据粒子荷电和 集尘的空间位置，电除尘器有单区和双区两种布置方式，如图 6-5 所示。单区电 除尘器是荷电和集尘在同一空间区域，多用于锅炉及其他工业除尘；双区电除尘 器则是荷电和集尘先后在两个电场空间内进行，常用于空气调节等粉尘浓度很低 的空气净化，而且使用阳极电晕。 电晕放电效果与电压有关。当电压较低时，不足以使自由电子获得高速运动 的能量，因此难以撞击气体分子使之电离而实现电晕放电。当达到起晕电压 U0 后，一般为 20kV，产生电晕放电，电晕电流 I 呈抛物线 上升。随着电压的增大，空气电离即电晕放电的范围逐渐 扩大。若电压高到一定值，一般高于 60kV，达到击穿电 压 Us 后，I 急剧上升，会使两极间的空气全部电离，整个 电场被击穿，发生弧光放电，电路短路，烧坏电极或供电 设备。电除尘器的电晕电流与电压的关系如图图 6-6 所示。 实践表明，负电晕电流高于同一电压下的正电晕电流，而 且负电晕击穿电压高于正电晕，因此负电晕稳定性好，对 除尘有利。影响电晕放电的因素有气体的成分、温度、压力和电极的形状、尺寸、 积灰状况，以及粉尘特性等