第06章颗粒物污染控制技术-2013-12

1、 第六章第六章 除尘装置除尘装置 n机械除尘器机械除尘器n电除尘器电除尘器n湿式除尘器湿式除尘器n过滤式除尘器过滤式除尘器n除尘器的选择与发展除尘器的选择与发展电除尘器电除尘器电除尘器的工作原理电除尘器的工作原理 n三个基本过程三个基本过程悬浮粒子荷电高压直流电晕悬浮粒子荷电高压直流电晕带电粒子在电场内迁移和捕集延续的电晕电场带电粒子在电场内迁移和捕集延续的电晕电场（单区电除尘器）或光滑的不放电的电极之间的（单区电除尘器）或光滑的不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘器）纯静电场（双区电除尘器）捕集物从集尘表面上清除振打除去接地电极上捕集物从集尘表面上清除振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰

2、斗的粉尘层并使其落入灰斗 电晕放电电晕放电n 正、负电晕极在空气中的电晕电流一电压曲线正、负电晕极在空气中的电晕电流一电压曲线 n电晕区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离电场击穿；相应的电压击穿电压n在相同电压下通常负电晕电极产生较高的电晕电流，且击穿电压也高得多 n工业气体净化倾向于采用稳定性强，操作电压和电流高的负电晕极；n空气调节系统采用正电晕极，好处在于其产生臭氧和氮氧化物的量低电场荷电和扩散荷电的综合作用电场荷电和扩散荷电的综合作用n处于中间范围处于中间范围 （0.150.5m）的粒子，需同时考虑电场荷）的粒子，需同时考虑电场荷电和扩散荷电电和扩散荷电根据Robinson的研究，简单地

3、将电场荷电和扩散荷电的电荷相加，可近似地表示两种过程综合作用时的荷电量，与实验值基本一致异常荷电现象异常荷电现象 n沉积在集尘极表面的高比电阻粒子导致在低电压下发生火花沉积在集尘极表面的高比电阻粒子导致在低电压下发生火花放电或在集尘极发生放电或在集尘极发生反电晕反电晕现象现象, ,破坏正常电晕过程破坏正常电晕过程 n气流中微小粒子的浓度高时，荷电尘粒所形成的电晕电流不气流中微小粒子的浓度高时，荷电尘粒所形成的电晕电流不大，可是所形成的空间电荷却很大，严重抑制着电晕电流的大，可是所形成的空间电荷却很大，严重抑制着电晕电流的产生产生 n当含尘量大到某一数值时，电晕现象消失，尘粒在电场中根当含尘量大

4、到某一数值时，电晕现象消失，尘粒在电场中根本得不到电荷，电晕电流几乎减小到零，失去除尘作用，即本得不到电荷，电晕电流几乎减小到零，失去除尘作用，即电晕闭塞电晕闭塞 荷电粒子的运动和捕集荷电粒子的运动和捕集 n驱进速度驱进速度 力平衡关系力平衡关系t0时，时， 0，则，则最终得最终得pppppppd3ddd3ln(3)3mqEdtmtqEdmdqEtCdp3()()pp e3则dt CmdqEp3()pe dCmqEp3()pp(1)cm/s3dtmqEed驱进速度驱进速度n驱进速度驱进速度 e的指数项是一个很大的数值。例如，密度为的指数项是一个很大的数值。例如，密度为1g/cm3、直径为、直径

5、为10m的球状粉尘粒子，在空气的球状粉尘粒子，在空气中有中有若若t t10102 2s s， 完全可以忽略不计完全可以忽略不计所以，驱进速度所以，驱进速度p3()pp(1 e)cm/s3dtmqEd43ppp242p11818 1.8 103/3/( )3240610 101（）dmdddp3()edtmpp/(3)qEd捕集效率捕集效率n捕集效率一德意希公式捕集效率一德意希公式 德意希公式的假定德意希公式的假定:除尘器中气流为湍流状态除尘器中气流为湍流状态在垂直于集尘表面的任一横断面上粒子浓度和气流分在垂直于集尘表面的任一横断面上粒子浓度和气流分布是均匀的布是均匀的粒子进入除尘器后立即完成了

6、荷电过程粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程忽略电风、气流分布不均匀、被捕集粒子重新进入气忽略电风、气流分布不均匀、被捕集粒子重新进入气流等影响流等影响 捕集效率捕集效率ndt时间内在长度为时间内在长度为dx的空间所捕集的粉尘量为的空间所捕集的粉尘量为n由由d dtd dx/ /un积分积分n最终得最终得d(d )(d )dd iiinaxtF xdd iiiaxFu2121ddln iiCiCiiiaxFuAQ2111 exp()iiiiAQ 捕集效率捕集效率n捕集效率随粒径的变化捕集效率随粒径的变化有效驱进速度有效驱进速度n当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的当粒子的粒径相同且驱进速度

7、不超过气流速度的1020时，德意希方程理论上才是成立的时，德意希方程理论上才是成立的 n作为除尘总效率的近似估算，作为除尘总效率的近似估算，应取某种形式的应取某种形式的平均驱进速度平均驱进速度n有效驱进速度有效驱进速度实际中常常根据在一定的除尘器实际中常常根据在一定的除尘器结构型式和运行条件下测得的总捕集效率值，代结构型式和运行条件下测得的总捕集效率值，代入德意希方程式中反算出的相应驱进速度值，以入德意希方程式中反算出的相应驱进速度值，以e e表示表示 有效驱进速度有效驱进速度粉尘种类驱进速度/ms-1粉尘种类驱进速度/ms-1煤粉（飞灰）0.100.14冲天炉（铁焦比10）0.030.04纸

8、浆及造纸0.08水泥生产（干法）0.060.07平炉0.06水泥生产（湿法）0.100.11酸雾（H2SO4）0.060.08多层床式焙烧炉0.08酸雾（TiO2）0.060.08红磷0.03飘旋焙烧炉0.08石膏0.160.20催化剂粉尘0.08二级高炉（80生铁）0.125被捕集粉尘的清除被捕集粉尘的清除 n电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积 n粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性，一般方法采取振打清灰方式清除匀性，一般方法采取振打清灰方式清除 n从集尘极清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉从集尘极清除已沉积的粉尘

9、的主要目的是防止粉尘重新进入气流尘重新进入气流在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板在干式电除尘器中，一般用机械撞击或电极振动在干式电除尘器中，一般用机械撞击或电极振动产生的振动力清灰产生的振动力清灰被捕集粉尘的清除被捕集粉尘的清除n现代的电除尘器大都采用电磁振打或锤式振打清灰。振打系统现代的电除尘器大都采用电磁振打或锤式振打清灰。振打系统要求既能产生高强度的振打力，又能调节振打强度和频率要求既能产生高强度的振打力，又能调节振打强度和频率n常用的振打器有电磁型和挠臂锤型常用的振打器有电磁型和挠臂锤型 电除尘器结构除尘器类型电除尘器结构除尘器类型 n除尘器类型除尘器

10、类型双区电除尘器通风空气的净化和某些轻工业部双区电除尘器通风空气的净化和某些轻工业部门门单区电除尘器控制各种工艺尾气和燃烧烟气污单区电除尘器控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染染管式电除尘器用于气体流量小，含雾滴气体，或需要用管式电除尘器用于气体流量小，含雾滴气体，或需要用水洗刷电极的场合水洗刷电极的场合板式电除尘器为工业上应用的主要型式，气体处理量一板式电除尘器为工业上应用的主要型式，气体处理量一般为般为2550m3/s以上以上电除尘器结构电晕电极电除尘器结构电晕电极n电晕电极电晕电极 常用的有直径常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等 电晕

11、线的一般要求：起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能电晕线的一般要求：起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极距、易清灰等维持准确的极距、易清灰等 a.圆形线 b.星形线 c.锯齿线 d.芒刺线电除尘器结构电晕电极电除尘器结构电晕电极n电晕电极电晕电极 电晕线固定方式电晕线固定方式重锤悬吊式重锤悬吊式管框绷线式管框绷线式 电除尘器结构集尘极电除尘器结构集尘极n集尘极集尘极集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量耗量 （约占总耗量的（约占总耗量的404050%50%）有很大影响）有很大影响性能良好的集尘极应满足下述基本要求性能良好的集尘极

12、应满足下述基本要求振打时粉尘的二次扬起少振打时粉尘的二次扬起少单位集尘面积消耗金属量低单位集尘面积消耗金属量低极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形振打时易于清灰，造价低振打时易于清灰，造价低电除尘器结构集尘极电除尘器结构集尘极n常用板式电除尘器集尘极常用板式电除尘器集尘极n进展宽间距压电除尘器：现已公认，在某些情况下板间距可进展宽间距压电除尘器：现已公认，在某些情况下板间距可比平常增加比平常增加5050100%100%，然而除尘器性能并未改变。其原理还，然而除尘器性能并未改变。其原理还没有完全解释清楚没有完全解释清楚电除尘器结构高压供电设备电除尘器结

13、构高压供电设备n高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流电晕电流n供电设备必须十分稳定，希望工作寿命在二十年之上供电设备必须十分稳定，希望工作寿命在二十年之上n通常高压供电设备的输出峰值电压为通常高压供电设备的输出峰值电压为70l000kV，电，电流为流为1002000mA n增加供电机组的数目，减少每个机组供电的电晕线数，增加供电机组的数目，减少每个机组供电的电晕线数，能改善电除尘器性能，但投资增加。必须考虑效率和能改善电除尘器性能，但投资增加。必须考虑效率和投资两方面因素投资两方面因素电除尘器结构气流分布板电除尘器结构气流分布板n

14、电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响n为保证气流分布均匀，在进出口处应设变径管道，进口变为保证气流分布均匀，在进出口处应设变径管道，进口变径管内应设气流分布板径管内应设气流分布板n最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽形最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽形钢式和栏杆型分布板钢式和栏杆型分布板n 对气流分布的具体要求是任何一点的流速不得超过该断面平均流速的 40%在任何一个测定断面上，85%以上测点的流速与平均流速不得相差 25%。粉尘比电阻粉尘比电阻n通常所需要的粉尘的最小导电率是通常所需要的粉尘的最小导电率是1010（/cm

15、）1 n高比电阻粉尘高比电阻粉尘导电率低于大约导电率低于大约1010（/cm）1，即电阻，即电阻率大于率大于1010/cm的粉尘的粉尘n影响粉尘层比电阻除粒子温度和组成之外，还包括粒子大小影响粉尘层比电阻除粒子温度和组成之外，还包括粒子大小和形状，粉尘层厚度和压缩程度，施加于粉尘层的电场强度和形状，粉尘层厚度和压缩程度，施加于粉尘层的电场强度等等 n在评价电除尘器的操作性能时应根据现场测得的粉尘比电阻在评价电除尘器的操作性能时应根据现场测得的粉尘比电阻数据数据 粉尘比电阻粉尘比电阻n烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响烟气湿度和温度对粉尘比电阻的影响a.飞灰 b.水泥窑粉尘粉尘比电阻粉尘比电阻n高

16、比电阻粉尘对电除尘器性能的影响高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响 高比电阻粉尘会干扰电场条件，导致除尘效率下高比电阻粉尘会干扰电场条件，导致除尘效率下降降低于低于10101010/cm时，比电阻几乎对除尘器操作和性时，比电阻几乎对除尘器操作和性能没有影响能没有影响比电阻介于比电阻介于10101011/cm之间时，火花率增加，之间时，火花率增加，操作电压降低操作电压降低高于高于1011/cm时，产生明显反电晕时，产生明显反电晕粉尘比电阻粉尘比电阻n粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响粉尘比电阻对除尘器伏安特性的影响 粉尘比电阻粉尘比电阻n粉尘比电阻对有效驱进速度的影响粉尘比电阻对有效驱进速度的影响 粉

17、尘比电阻粉尘比电阻n克服高比电阻影响的方法克服高比电阻影响的方法 保持电极表面尽可能清洁保持电极表面尽可能清洁采用较好的供电系统采用较好的供电系统烟气调质烟气调质增加烟气湿度，或向烟气中加入增加烟气湿度，或向烟气中加入SOSO3 3、NHNH3 3，及，及NaNa2 2COCO3 3等化等化合物，使粒子导电性增加。最常用的化学调质剂是合物，使粒子导电性增加。最常用的化学调质剂是SOSO3 3 改变烟气温度改变烟气温度向烟气中喷水，同时增加烟气湿度和降低温度向烟气中喷水，同时增加烟气湿度和降低温度发展新型电除尘器发展新型电除尘器 电除尘器的选择和设计电除尘器的选择和设计 n电除尘器的选择和设计仍

18、然主要采用经验公式类比方法电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法 参数符号取值范围板间距S2328cm驱进速度318cm/s比集尘极表面积A/Q3002400m2（1000m3/min）气流速度v12m/s长高比L/H0.51.5比电晕功率Pc/Q180018000W/(1000m3/min)电晕电流密度Ic/A0.051.0A/m2平均气流速度 烟煤锅炉v1.11.6m/s褐煤锅炉v1.82.6m/s电除尘器的选择和设计电除尘器的选择和设计n比集尘表面积的确定比集尘表面积的确定 根据运行和设计经验，确定有效驱进速度根据运行和设计经验，确定有效驱进速度e e按德按德意希方程求得比集尘

19、表面积意希方程求得比集尘表面积A/Qn长高比的确定长高比的确定集尘板有效长度与高度之比，直接影响振打清灰集尘板有效长度与高度之比，直接影响振打清灰时二次扬尘的多少时二次扬尘的多少要求除尘效率大于要求除尘效率大于99%时，除尘器的长高比至少时，除尘器的长高比至少要要1.01.5。ee11111/ln()ln()A QP电除尘器的选择和设计电除尘器的选择和设计n气流速度的确定气流速度的确定通常由处理烟气量和电除尘器过气断面积，计算通常由处理烟气量和电除尘器过气断面积，计算烟气的平均流速烟气的平均流速平均流速高于某一平均流速高于某一临界速度临界速度时，作用在粒子上的时，作用在粒子上的空气动力学阻力会

20、迅速增加，粉尘的重新进入量空气动力学阻力会迅速增加，粉尘的重新进入量亦迅速增加亦迅速增加n气体的含尘浓度气体的含尘浓度如果气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷如果气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷很高，易发生电晕闭塞很高，易发生电晕闭塞应对措施提高工作电压，采用放电强烈的芒剌应对措施提高工作电压，采用放电强烈的芒剌型电晕极，电除尘器前增设预净化设备等型电晕极，电除尘器前增设预净化设备等电除尘器的选择和设计电除尘器的选择和设计n电除尘器的辅助设计因素电除尘器的辅助设计因素 电晕电极：支撑方式和方法集尘电极：类型、尺寸、装配、机械性能和空气动力学性能整流装置：额定功率、自动控制系统、总数、仪

21、表和监测装置电晕电极和集尘电极的振打机构：类型、尺寸、频率范围和强度调整、总数和排列灰斗：几何形状、尺寸、容量、总数和位置输灰系统：类型、能力、预防空气泄漏和粉尘反吹壳体和灰斗的保温，电除尘器顶盖的防雨雪措施便于电除尘器内部检查和维修的检修门高强度框架的支撑体绝缘器：类型、数目、可靠性气体入口和出口管道的排列需要的建筑和地基获得均匀的低湍流气流分布的措施第三节第三节 湿式除尘器湿式除尘器n使含尘气体与液体使含尘气体与液体 （一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的（一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置 n可以有

22、效地除去直径为可以有效地除去直径为0.120m的液态或固态粒子，亦能脱的液态或固态粒子，亦能脱除气态污染物除气态污染物 n高能和低能湿式除尘器高能和低能湿式除尘器低能湿式除尘器的压力损失为低能湿式除尘器的压力损失为0.21.5kPa，对，对10m以上粉尘的以上粉尘的净化效率可达净化效率可达9095%高能湿式除尘器的压力损失为高能湿式除尘器的压力损失为2.59.0kPa，净化效率可达，净化效率可达99.5以上以上湿式除尘器湿式除尘器湿式除尘器湿式除尘器湿式除尘器湿式除尘器n根据湿式除尘器的净化机理，大致分为根据湿式除尘器的净化机理，大致分为重力喷雾洗涤器重力喷雾洗涤器旋风洗涤器旋风洗涤器自激喷雾

23、洗涤器自激喷雾洗涤器板式洗涤器板式洗涤器填料洗涤器填料洗涤器文丘里洗涤器文丘里洗涤器机械诱导喷雾洗涤器机械诱导喷雾洗涤器 湿式除尘器湿式除尘器n主要湿式除尘装置的性能和操作范围主要湿式除尘装置的性能和操作范围装置名称装置名称气体流速气体流速/ms-1液气比液气比 /l m-3压力损失压力损失/Pa分割直径分割直径/m喷淋塔喷淋塔0.12231005003.0填料塔填料塔0.5123100025001.0旋风洗涤器旋风洗涤器15450.51.5120015001.0转筒洗涤器转筒洗涤器（300750r/min）0.7250015000.2冲击式洗涤器冲击式洗涤器1020105001500.2文丘

24、里洗涤器文丘里洗涤器60900.31.5300080000.1湿式除尘器的优点湿式除尘器的优点 n在在耗用相同能耗时，耗用相同能耗时， 比干式机械除尘器高。高能耗湿式除尘比干式机械除尘器高。高能耗湿式除尘器清除器清除0.1 m以下粉尘粒子，仍有很高效率以下粉尘粒子，仍有很高效率n 可与静电除尘器和布袋除尘器相比，而且还可适用于它们不可与静电除尘器和布袋除尘器相比，而且还可适用于它们不能胜任的条件，如能够处理高温，高湿气流，高比电阻粉尘，能胜任的条件，如能够处理高温，高湿气流，高比电阻粉尘，及易燃易爆的含尘气体及易燃易爆的含尘气体n在去除粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些气在去除粉尘粒

25、子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些气态污染物。既起除尘作用，又起到冷却、净化的作用态污染物。既起除尘作用，又起到冷却、净化的作用湿式除尘器的缺点湿式除尘器的缺点 n排排出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应重复回用出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应重复回用n 净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水具有一定程度的净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水具有一定程度的腐蚀性，因此要特别注意设备和管道腐蚀问题腐蚀性，因此要特别注意设备和管道腐蚀问题n不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体n寒冷地区使用湿式除尘器，容易结冻，应采取防冻措施寒冷地区使用湿式除尘器，

26、容易结冻，应采取防冻措施 湿式除尘器的除尘机理湿式除尘器的除尘机理 n惯性碰撞参数与除尘效率惯性碰撞参数与除尘效率 简化模型简化模型 含尘气体与液滴相遇，在液滴前含尘气体与液滴相遇，在液滴前xd处开始绕过液滴流动，处开始绕过液滴流动，惯性较大的尘粒继续保持原来的直线运动。尘粒从脱离惯性较大的尘粒继续保持原来的直线运动。尘粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离为粒子的停止流线到惯性运动结束时所移动的直线距离为粒子的停止距离距离xs，若，若xs大于大于xd；尘粒和液滴就会发生碰撞尘粒和液滴就会发生碰撞惯性碰撞参数与除尘效率惯性碰撞参数与除尘效率定义定义惯性碰撞参数惯性碰撞参数NI：停止距离停

27、止距离xs与液滴直径与液滴直径dD的比的比值值对斯托克斯粒子对斯托克斯粒子up：粒子运动速度：粒子运动速度uD：液滴运动速度：液滴运动速度dD：液滴直径：液滴直径 2pppDstIDD()9duu CxSNdd惯性碰撞参数与除尘效率惯性碰撞参数与除尘效率除尘效率：除尘效率：NI值越大，粒子惯性越大，则值越大，粒子惯性越大，则II越高越高对于势流和粘性流，对于势流和粘性流，II = =f f( (NI)有理论解，一般情况有理论解，一般情况下，下，John Stone等人的研究结果等人的研究结果 K K关联系数，其值取决关联系数，其值取决于设备几何结构和系统于设备几何结构和系统操作条件操作条件L

28、L液气比，液气比，L/1000mL/1000m3 3 I1exp()KLN接触功率与除尘效率接触功率与除尘效率 n根据接触功率理论得到的经验公式，能够较好根据接触功率理论得到的经验公式，能够较好地关联湿式除尘器压力损失和除尘效率之间的地关联湿式除尘器压力损失和除尘效率之间的关系关系n接触功率理论接触功率理论：假定洗涤器除尘效率仅是系统：假定洗涤器除尘效率仅是系统总能耗的函数，与洗涤器除尘机理无关总能耗的函数，与洗涤器除尘机理无关接触功率与除尘效率接触功率与除尘效率 n总能耗总能耗E Et t: :气流通过洗涤器时的能量损失气流通过洗涤器时的能量损失E EG G+ +雾化喷淋液雾化喷淋液体过程中的能量消耗体过程中的能量消耗E EL L PG: 气体压力损失，气体压力损失，Pa PL: 液体入口压力，液体入口压力，PaQL,QG: 液体和气体流量，液体和气体流量，m3/s3LtGLGLG1()(kWh/1000m3600气体）QEEEPPQ接触功率与除尘效率接触功率与除尘效率n除尘效率除尘效率n其中，传质单元数其中，传质