大氣污染課件4

1、第五章 除塵裝置第一節(jié) 機械除塵 一、重力沉降（重力沉降室） 下圖是一個重力沉降室的剖面圖進風(fēng)口風(fēng)速進風(fēng)口風(fēng)速V,如果沉降室面積是進風(fēng)口如果沉降室面積是進風(fēng)口5倍倍,則風(fēng)速降低為則風(fēng)速降低為V/5V0Vs如果粉塵不能如果粉塵不能越過這一線，越過這一線，則被攔截則被攔截？影響除？影響除塵效率的塵效率的因素？因素？ 假定沉降室內(nèi)氣流為柱塞流；顆粒均勻分布于煙氣中 忽略氣體浮力，粒子僅受重力和阻力的作用縱剖面示意圖縱剖面示意圖u t1=L/uvst2=hc/vs1、工作原理重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣流中分離的。如圖所示，含塵氣流進入重力沉降室后，由于突然擴大了過流面積，流速便迅速下降，此時氣

2、流處于層流狀態(tài)，其中較大的塵粒在自身重力作用下緩慢向灰斗沉降在沉降室內(nèi)，塵粒一方面以沉降速度vs下降，另一方面隨著氣流以氣流在沉降室內(nèi)的流速繼續(xù)向前運動，如果氣流平均流速為u（m/s），則氣流通過沉降室的時間為t=L/u（s）。要使沉降速度為vs的塵粒在重力沉降室內(nèi)全部沉降下來，必須使氣流通過沉降室的時間大于或等于塵粒從頂部沉降到底部灰斗所需的時間t，即式中：L沉降室長度；u沉降室內(nèi)氣流運動速度；H沉降室高度；vs塵粒的沉降速度 uLsvHu應(yīng)盡可能的小，一般0.22.0當(dāng)H確定后，由上式可求出沉降室的最小長度L反之，若L已定，可求出最大高度H沉降室寬度W取決于處理氣體流量Q Q=WHu 沉降

3、室處理氣體量Q在理論上僅與沉降室的水平面積（W.L）及塵粒的沉降速度u有關(guān)在Q、L確定后，可由Q確定出寬度W t秒鐘內(nèi)，粒徑為dp的塵粒（沉降速度為vs）的垂直降落高度為h=vst當(dāng)h H時，粒徑為dp的塵?？扇拷德渲潦业?，否則不能全部清除粒徑不同的塵粒沉降速度vs不同，在相同時間內(nèi)降落距離h也不同因此可用h/H表示沉降室對某一粒徑粉塵的分級除塵效率，即 =hH=（vsL）（Hu）=vsLW/Q d對一定結(jié)構(gòu)的沉降室，可求出對不同粒徑粉塵的分級除塵效率或作出分級效率曲線，從而計算出總除塵效率當(dāng)沉降室的尺寸和氣體速度u（或流量Q）確定后，用斯托克斯式可求得該沉降室所能捕集的最小塵粒的粒徑：理論

4、上， 的塵粒可全部捕集下來，但實際上，由于氣流運行狀況，濃度分布等影響，沉降效率會有所降低 gLHvdp)(18minpdmind根據(jù)公式： gLHvdp)(18min提高重力沉降室的捕集效率可以采取三種措施：（1）降低室內(nèi)氣流速度u；（2）降低沉降室的高度H；（3）增大沉降室長度L Howard多層沉降室，在室內(nèi)沿水平方向設(shè)置了多層隔板，在一定程度上解決了問題沉降室的設(shè)計計算 主要步驟；根據(jù)需要確定該沉降室能100%捕集的最小塵粒的粒徑，并根據(jù)粉塵的密度計算出該塵粒的沉降速度vs；選取沉降室內(nèi)氣流速度 u，并根據(jù)現(xiàn)場情況確定沉降室高度H（或?qū)挾萕）： = W=Q/（3600Hu）其中Q：沉降

5、室處理的空氣量 LsvHu適用范圍 沉降室適用于凈化密度大、顆粒粗的粉塵，特別是磨損性很強的粉塵能有效地捕集50m 以上的塵粒，但不宜捕集20m 以下塵粒重力沉降室體積雖大，效率不高，一般僅為4070%，但結(jié)構(gòu)簡單，投資少，壓力損失小，維護管理方便，一般作為第一級或預(yù)處理設(shè)備 例題設(shè)計鍋爐煙氣重力沉降室。已知：煙氣量：2800m3/h；煙氣溫度t=150 ； 煙氣真密度p=2100kg/m3要求：能除去Dp30m的煙塵解：查表得t=150時粘性系數(shù) =2.410-4Pa.s 有：塵粒沉降速率取沉降室內(nèi)氣體流速u=0.25m/s，H=1.5m，有沉降室長度：)/(0428. 0104 . 218

6、8 . 92100)1030(184262smgdvpps)(8 . 80428. 025. 05 . 1/mvHuLs相應(yīng)的，沉降室寬度為)(07. 225. 05 . 1360028003600muHQW計算所得沉降室尺寸為：長 L=8.8m寬 W=2.07m高 H=1.5m其中高H為設(shè)定的數(shù)據(jù)，據(jù)此設(shè)計出的沉降室比較龐大，應(yīng)考慮改進：改進 可采用3層水平隔板，即有4個沉降室，每層高H=0.4m總高度調(diào)整為1.6m這時沉降室長度：)(34. 20428. 025. 04 . 0/mvHuLs取長度L=2.5m，沉降室寬度)(0 . 225. 04 . 0436002800) 1(3600m

7、uHnQW計算所得沉降室尺寸為：長 L=2.5m 寬 W=2.0m 高H=1.6m其中高H為設(shè)定的數(shù)據(jù)此沉降室能捕集的最小粒徑為：mngWLQdp6 .2845 . 20 . 28 . 92100104 . 2)3600/2800(18) 1(184min二、慣性除塵 氣流方向粉塵1粉塵3粉塵2,離心分離是使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的裝置 當(dāng)含塵氣流沖擊到擋板B1上時，慣性力大的粗粒（d1）首先被分離下來，而被氣流帶走的塵粒（如d2），且d2dl，由于擋板B2使氣流方向改變，借助離心力的作用又被分離下來。假設(shè)該點氣流的旋轉(zhuǎn)半徑為R2，切

8、線速度為U0，這時塵粒 d2的分離速度與 成正比這類除塵器不僅依靠慣性力分離粉塵，還利用了離心力和重力的作用 22032Rud（a）為單級碰撞式 （b）為多級碰撞式 （c）為回轉(zhuǎn)式 （d） 為百葉窗式 應(yīng)用 凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物粉塵具有較高的除塵效率對于粘結(jié)性和纖維性粉塵，易堵塞，不宜采用多用于多級除塵的第一級，捕集1020m以上的粗塵粒 其壓力損失一般為 1001000pa三、旋風(fēng)除塵 旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流的離心力使塵粒從氣流中分離的，它通常用于分離粒徑大于10m的塵粒普通的旋風(fēng)除塵器的除塵效率很少大于90，因此也常和其他除塵器配合使用 沿切向進入外圍強迫向下，因曲率半徑減小，

9、大粒子先分離中心強迫上升準自由渦流，徑向速度輻合強制渦流，徑向速度輻散1、工作原理（1）旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運動旋風(fēng)除塵器一般由進氣管、筒體、錐體和排出管組成含塵氣流從切線進口進人除塵器后，沿外壁由上向下作旋轉(zhuǎn)運動，這股向下旋轉(zhuǎn)的氣流稱為外旋流外旋流到達錐體底部之后，轉(zhuǎn)而向上旋轉(zhuǎn)，最后經(jīng)排出管排向體外，這股向上旋轉(zhuǎn)的氣流稱為內(nèi)旋流向下的外旋流和向上的內(nèi)旋流的旋轉(zhuǎn)方向相同氣流作旋轉(zhuǎn)運動時塵粒在離心力推動下移向外壁，達到外壁的塵粒在氣流和重力的共同作用下，沿壁面落入灰斗 實際氣體具有粘性，氣流在旋轉(zhuǎn)過程存在摩擦損失，所以外旋流不是純自由渦旋而是所謂準自由渦流；內(nèi)旋流類同于剛體的轉(zhuǎn)動，稱為強制渦

10、旋 簡單地： 外旋流是旋轉(zhuǎn)向下的準自由渦流，同時有向心的徑向運動 內(nèi)旋流是旋轉(zhuǎn)向上的強制渦流，同時有離心的徑向運動 為研究方便，常把內(nèi)、外旋流的全速度分解成為三個速度分量：切向速度、徑向速度和軸向速度 切向速度 旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流的切向速度分布如圖從圖中可以看出，外旋流的切向速度vc是隨半徑r的減小而增加，在內(nèi)外旋流的交界處vc達到最大可近似認為：內(nèi)、外旋流交界面的半徑r0=0.60.5（d/2），d為排出管直徑，內(nèi)旋流的切向速度是隨r的減小而減小 旋風(fēng)除塵器內(nèi)某一斷面上的切向速度分布規(guī)律可用下式表示：外旋流 vcrn=常數(shù)內(nèi)旋流 vc/r=式中： r距軸心距離； vc切向速度； n常數(shù)，n+l

11、-l通過實驗確定；nl時為自由渦；n0.50.9時為外旋流中的實際流動狀態(tài)；n0時，vc=常數(shù)，即處于內(nèi)外旋流交界面上，vc到達最大值；n-l時，是內(nèi)旋流的強制渦流；旋轉(zhuǎn)角速度 連續(xù)性原理動力學(xué)原理徑向速度假設(shè)內(nèi)、外旋流的交界面是一個圓柱面，外旋流氣流均勻地經(jīng)過該圓柱面進入內(nèi)旋流，那就可以近似地認為，氣流通過這個圓柱面時的平均速度就是外旋流氣流的平均徑向速度： 式中：Q旋風(fēng)除塵器的處理氣量；F交界圓柱面的表面積；r0交界圓柱面的半徑；H出口管底至錐體底部的高度，即交界圓柱面的高度 FQvr/2/0HrQ軸向速度 外旋流外側(cè)的軸向速度向下，內(nèi)旋流的軸向速度向上，因而在內(nèi)、外旋流之間必然存在一個軸

12、向速度為零的交界面。在內(nèi)旋流中，隨著氣流的逐漸上升，軸向速度不斷增大，在排出管底部達到最大值 2、壓力損失 一般認為旋風(fēng)除塵器的壓力損失與氣體進口速度的平方成正比，即式中： 壓力損失 進口氣流平均速度 旋風(fēng)除塵器阻力系數(shù)，無因次 22ivppiv缺乏實驗數(shù)據(jù)時可用下式估計 ：式中： K 常數(shù)，取2040； A 除塵器進口截面積； D 外筒體直徑； d 排出管直徑； L 外圓筒部分長度； H 錐體長度 HLdDKA2當(dāng)氣體溫度，濕度和壓力變化較大時，將引起氣體密度發(fā)生較大變化必須對旋風(fēng)除塵器的壓力損失予以修正 3、除塵效率 （1）旋風(fēng)除塵器的臨界粒徑（分割粒徑）計算旋風(fēng)除塵器效率的方法多是以分割

13、粒徑，即臨界粒徑這一概念為基礎(chǔ)的臨界粒徑是指分級效率為50時的粒徑。 cfdf在旋風(fēng)除塵器內(nèi)，塵粒在徑向上受到力p，p為塵粒慣性離心力 和向心運動的氣流對塵粒的阻力 之合力： 式中： 球形顆粒粒徑； 顆粒的密度 顆粒旋轉(zhuǎn)半徑 cdffp設(shè)塵粒為球形顆粒，其粒徑為 ，密度為 ，有pdpprdfcfpdrvdfcppc236實質(zhì)就是：質(zhì)量乘以向心加速度 粘滯阻力力: 慣性離心力的方向是向外的，氣流的徑向運動是向心的，兩者方向相反，因此rpdvdf3rpcppvdrvdp3623返回電除塵在交界面上:如果 ，塵粒在慣性離心力的推動下移向外壁；如果 ，塵粒在向心氣流的推動下進入內(nèi)旋流，最后由排出管排出

14、；如果 = ，則作用在塵粒上的外力之和等于0，根據(jù)理論分析，塵粒應(yīng)在交界面上不停地旋轉(zhuǎn) cfdfdfdfcfcfcfdfcfdf實際上由于各種隨機因素的影響，處在 = 狀態(tài)的塵粒有50可進人內(nèi)旋流，另50可能移向外壁，它的分級除塵效率為 50,此時的粒徑即為除塵器的分割粒徑，或者稱作臨界粒徑表示: 愈小，除塵器效率愈高 cpdcpdcfdfrpcppvdrvdp3623 時， 有： 式中： 交界面上氣流的切向速度由上式知： 隨 和 增加而變小 cpdcvpcvcdff （2）影響除塵效率的因素入口流速旋風(fēng)除塵器的臨界粒徑隨增加入口流速而減小。但入口流速也不能過大，否則氣流運動過強有可能將已分離

15、的塵粒重新?lián)P起帶走，降低除塵效率同時壓力損失與進口速度平方成正比，入口流速過大，旋風(fēng)除塵器的阻力會急劇上升進口氣速一般控制在1225m/s之間為宜 22ivp旋風(fēng)除塵器尺寸同樣的切線速度下，筒體直徑愈小，塵粒受到的慣性離心力大，除塵效率也就高但若筒體直徑過小，以致筒體直徑與排出管直徑相近時，塵粒容易逃逸，使效率下降內(nèi)旋流的范圍隨排出管直徑d的減小而減小，減小內(nèi)旋流有利于提高除塵效率，但d不能過小，否則阻力太大一般取簡體直徑與排出管直徑之比值為1.52.0 除塵器下部的嚴密性 入口含塵濃度增高時，多數(shù)情況下除塵效率有所提高 粉塵性質(zhì)影響也是很重要的，其密度和粒徑增大，效率明顯提高。而氣體溫度和粘

16、度增大，效率下降 除塵器的結(jié)構(gòu)、分類與選擇一級進口二級進口三級進口垂直剖面水平剖面氣流動圖胖子型圖實物圖并行圖旋風(fēng)除塵器的設(shè)計 選擇除塵器的型式 根據(jù)含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征，及除塵要求、允許的阻力和制造條件等因素 - 根據(jù)允許的壓力損失確定進口氣速，或取為12-25m/s -確定入口截面A，入口寬度b和高度h - 確定各部分幾何尺寸 12 pv1QAbhv第二節(jié)第二節(jié)濕濕 除除 塵塵 濕式除塵器是使廢氣與液體（一般為水）密切接觸，將污染物從廢氣中分離出來的裝置，又稱濕式氣體洗滌器濕式氣體洗滌器既能凈化廢氣中的固體顆粒污染物，也能脫除氣態(tài)污染物（氣體吸收），同時還能起到氣體的降溫作用

17、。濕式除塵器還具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低和凈化效率高等優(yōu)點；適用于凈化非纖維性和不與水發(fā)生化學(xué)作用的各種粉塵，尤其適宜凈化高溫、易燃和易爆氣體缺點：管道設(shè)備必須防腐、污水和污泥要進行處理、能使煙氣抬升高度減小以及冬季煙囪會產(chǎn)生冷凝水等 采用濕式除塵器可以有效地除去粒度在0.120m的液滴或固體顆粒，壓力損失在2501500Pa（低能耗）和25009000Pa（高能耗）之間根據(jù)凈化機理，可將濕式除塵器分為七類： 重力噴霧洗滌器； 旋風(fēng)式洗滌器； 自激噴霧洗滌器； 泡沫洗滌器； 填料床洗滌器； 文丘里洗滌器； 機械誘導(dǎo)噴霧洗滌器 一、除塵機理一、除塵機理 慣性碰撞攔截擴散 小顆粒，隨氣流，繞過大顆粒，距

18、離遠，繞過大顆粒，慣性大，脫離流線，正面碰撞：慣性碰撞非慣性碰撞，接觸吸附、攔截擠壓，流速加快仍然有被捕捉的可能：不一仍然有被捕捉的可能：不一定必須正面碰撞定必須正面碰撞慣性碰撞：當(dāng)氣流中某一塵粒接近小水滴時因慣性脫慣性碰撞：當(dāng)氣流中某一塵粒接近小水滴時因慣性脫離繞過水滴的氣流流線，并繼續(xù)向前運動而與水滴碰離繞過水滴的氣流流線，并繼續(xù)向前運動而與水滴碰撞，發(fā)生了慣性碰撞的捕集作用，這是捕集密度較大撞，發(fā)生了慣性碰撞的捕集作用，這是捕集密度較大的塵粒的主要機理的塵粒的主要機理攔截：塵粒隨著繞過水滴的流線作用，當(dāng)流線距液滴攔截：塵粒隨著繞過水滴的流線作用，當(dāng)流線距液滴表面的距離小于塵粒半徑時，便發(fā)

19、生攔截作用表面的距離小于塵粒半徑時，便發(fā)生攔截作用擴散：微細粉塵在氣體分子撞擊下，象氣體分子一樣擴散：微細粉塵在氣體分子撞擊下，象氣體分子一樣作布朗運動而發(fā)生擴散，并與水接觸而從氣流中分離作布朗運動而發(fā)生擴散，并與水接觸而從氣流中分離 關(guān)于碰撞關(guān)于碰撞Xs粉塵停止距離Xd氣流開始改變運動特征距離氣流開始改變運動特征距離塵粒在運動過程中如果同液滴相遇，則在液滴前XdXd處氣流開始改變運動特征時仍然保持原運動特征關(guān)于碰撞關(guān)于碰撞塵粒從脫離流線至慣性運動結(jié)束，總共移動的直線距離為通常稱為停止距離假如停止距離大于 ，則塵粒和液滴就發(fā)生碰撞停止距離 和液滴直徑 比值稱為碰撞數(shù)塵粒和液滴的碰撞效率就是塵粒

20、從氣流中被捕集的效率 和碰撞數(shù) 有關(guān)dXsXDdDsIdXN/INsXsXIN慣性碰撞數(shù)反映慣性碰撞的特征。慣性碰撞數(shù)反映慣性碰撞的特征。Ni數(shù)愈大，說明塵粒和物體（如液滴，擋板、數(shù)愈大，說明塵粒和物體（如液滴，擋板、纖維）的碰撞機會愈多，碰撞愈強烈，因而慣性碰撞所造成的除塵效率也愈高纖維）的碰撞機會愈多，碰撞愈強烈，因而慣性碰撞所造成的除塵效率也愈高 關(guān)于碰撞關(guān)于碰撞或 式中 為塵粒相對于液滴的速度 假定塵粒運動符合于斯托克斯定律，可推導(dǎo)求出 表達式根據(jù)塵粒力的平衡，有塵粒本身的慣性力 和周圍空氣對其阻力 平衡時，即 =IFDFpvsXIFDF斯托克斯公式關(guān)于碰撞關(guān)于碰撞為簡化計算，阻力項中

21、 用塵粒在整個運動中的平均速度代替，假定塵粒是密度為 正球體，氣體粘度系數(shù)為塵粒脫離氣體流線時的相對速度（假定氣速相同，即氣液相對速度）為 則在t時間段內(nèi)，塵粒移動的距離：pvpmvp0pv關(guān)于碰撞關(guān)于碰撞有：碰撞數(shù)有：碰撞數(shù) 碰撞數(shù)取決于：液滴直徑、粉塵粒徑、粉塵密度、氣流速度 對于一個已定的濕式除塵系統(tǒng)，要提高Ni值，必須提高氣液相對運動速度和減小液滴直徑關(guān)于碰撞關(guān)于碰撞塵粒的粒度和密度確定后，碰撞數(shù)與相對速度成正比，與液滴的直徑成反比也即，工藝條件確定之后，要想提高碰撞數(shù)，則必須提高氣液的相對速度，并減小液滴直徑 但并不是說液滴直徑愈小愈好直徑過小的液滴容易隨氣流一起運動，減小了氣液的相

22、對運動速度:試驗表明，液滴直徑約為捕集粒徑的150倍時，效果最好 因此對于給定塵粒的除塵效率有一個最佳液滴直徑 這時兩者質(zhì)量相差多少？關(guān)于碰撞關(guān)于碰撞粉塵粒徑粉塵粒徑關(guān)于碰撞關(guān)于碰撞截留作用截留作用 塵粒隨氣流繞過液滴過程中，塵粒距液滴小于塵粒半徑時，塵粒即與水滴碰撞而被截留 截留參數(shù)NR： NR值越大，截留效率越大，液滴捕集效率越高 關(guān)于截留關(guān)于截留DpRddNdp：塵粒直徑 dD：液滴直徑擴散作用擴散作用 由碰撞數(shù)公式，粒徑小于1m時，Ni0 但是實際的除塵效率并不一定為零，這是因為塵粒向液體表面的擴散在起作用 粒徑在0.1m左右時，擴散是塵粒運動的主要因素 擴散數(shù)Ne 擴散除塵效率隨液體

23、直徑、塵粒直徑、氣體粘度和氣液相對速度的增大而減小。擴散除塵效率隨Ne的增大而降低 關(guān)于擴散關(guān)于擴散DdvNDyeD：布朗擴散系數(shù) dD：液滴直徑D：布朗擴散系數(shù) 計算公式式中 k波爾茲曼常數(shù)，k=1.3805410-23J/Kkc庫寧漢滑動修正系數(shù)粒徑對除塵效率的影響，擴散和慣性碰撞是相反的擴散除塵效率是隨液滴直徑，氣體粘度、氣液相對運動速度的減小而增加在工業(yè)上沒有單純利用擴散機理的除塵裝置，但是某些難以捕集的細小塵粒能在濕式除塵器或過濾式除塵器中捕集是與擴散、凝聚等機理有關(guān)當(dāng)處理粉塵的粒徑比較細小，在設(shè)計和選用濕式除塵器或過濾式除塵器時，應(yīng)有意識地利用擴散機理 關(guān)于擴散關(guān)于擴散pcdkTk

24、D3除塵效率除塵效率問題 目前對濕式除塵器除塵效率的計算，仍然提不出精確的分析方法，因而在實際中主要采用某些近似的計算方法 對于慣性碰撞的除塵效率可用下列近似式 二、重力噴霧洗滌器 三、旋風(fēng)式洗滌器 切向進氣切向出氣沖激式除塵器沖激式除塵器 對5m的粉塵，效率可達93 泥泥水浴除塵器水浴除塵器 翻轉(zhuǎn)起泡、產(chǎn)生液滴翻轉(zhuǎn)起泡、產(chǎn)生液滴六、文丘里洗滌器 高效濕式洗滌器，常用在高溫?zé)煔饨禍睾统龎m上如下圖 構(gòu)造由引水裝置（噴霧器）、文氏管本體及脫水器三部分組成 文氏管本體由漸縮管、喉管和漸擴管組成 除塵過程：霧化、凝聚和分離除塵（脫水或除霧）三階段前兩個階段在文丘里管內(nèi)進行，后一階段在除霧器內(nèi)進行 水通過喉管周邊均勻分布的若干小孔進入，然后被高速的含塵氣流撞擊成霧狀液滴，氣體中塵粒與液滴凝聚成較大顆粒，并隨氣流進人旋風(fēng)分離器中與氣體分離因此文丘里洗滌器必須和旋風(fēng)分離器聯(lián)合使用 由 可以看出：要提高塵拉與水滴的碰撞效率，喉部的氣體速度必須較大工程上一般保證此處氣速 =5080ms，而水的噴射速度控制在6ms水