大气污染控制学 (4).docx

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1、第六章 除尘装置从气体中去除或捕集固态或液态微粒的设备称为除尘装置，或除尘器；根据主要除尘机理，目前常用的除尘器可分为：机械除尘器、电除尘器、袋式除尘器和湿式除尘器；根据除尘效率可分为：高效（90%-99.9%）除尘器，如过滤式除尘器、电除尘器；中效（70%-90%）除尘器，如旋风除尘器、湿式除尘器；低效（40%-70%）除尘器，如重力沉降室、惯性除尘器等。6.1 机械除尘器目的要求：掌握重力、惯性和旋风除尘器的除尘机理、性能特点及设计选型；重点：重力、惯性和旋风除尘器的除尘机理；授课方式：讲授、自学机械除尘器是指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气流分离的装置，包括重力沉降室

2、、惯性除尘器和旋风除尘器。一、重力沉降室重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置。结构如图6-1所示。 图 6-1含尘气流进入重力沉降室后，由于扩大了流动截面积而使气体流速大大降低，使较重的颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。重力沉降室的设计有两种模式：层流式和湍流式；1、重力沉降室的捕集效率（1）层流式重力沉降室沉降室设计的简单模式的假定是在沉降室内气流为柱塞流，流速为v0（m/s），流动状态保持在层流范围内；颗粒均匀分布在烟气中。粒子的运动由两种速度组成。在垂直方向，忽略气体的浮力，仅在重力和气体阻力的作用下，每个粒子以其沉降速度us（m/s）独立沉降，在烟气流动方向，粒子和气

3、流具有相同的速度。设沉降室的长、宽、高分别为L、W和H，处理烟气量为Q（m3/s）,气流在沉降室内停留时间： （6-1）在时间t内，粒径为的粒子的沉降距离为： （6-2）因此，对于粒径为的粒子，只有在高度以下进入沉降室才能沉降到灰斗。当H时，粒子的分级除尘效率： （6-3）给定沉降室的结构，便可按式（6-3）求出不同粒径粒子的分级效率或作出分级效率曲线。根据沉降室入口粉尘的粒径分布，按式（5-54）或（5-55）即可计算出沉降室的总除尘效率。假定粒子沉降运动处于斯托克斯区域，则重力沉降室能100%捕集的最小粒子直径为： （6-4）工程中常采用公式（6-3）计算值的一半取为分级效率，用36代替（

4、6-4）中的18，这样理论和实践符合的更好。由上述计算公式可见，为提高沉降室捕集效率，可从以下三个方面入手：（1）降低沉降室内气流速度；（2）降低沉降室高度H；（3）增长沉降室长度L。沉降室内的气流速度根据粒子的大小和密度确定，一般为0.3 m/s -2.0 m/s。为提高沉降室捕集效率和容积利用率，从降低高度出发，在总高度不变的情况下，在沉降室内增设几块水平隔板，形成多层沉降室，此时沉降室的分级效率变为： （6-5）但这样做清理积灰较困难，还有难以使各层隔板间气流均匀分布以及处理高温气体时金属隔板容易翘曲等缺点。实际上一般限制隔板层数n在3以下。沉降室内气流速度过低或沉降室长度过大，会使沉降

5、室体积过于庞大，因而需从经济和技术上综合考虑比较。（2）湍流式重力沉降室湍流式重力沉降室假定沉降室内气流为湍流状态，在垂直于气流方向的每个横断面上粒子完全混合，即各种粒径的粒子都均匀分布于气流中。为了确定对粒径为的粒子的分级效率，需要寻求沉降室内任意位置x与留在气流中的粒径为的粒子数目之间的关系。图6-3为湍流式重力沉降室内粒子分离示意图。考虑宽度为W、高度为H和长度为dx的捕集元，假如dy代表边界层的厚度，在气流流过距离dx的时间内，边界层内粒径为的粒子完全沉降，被除去的粒子分数可以简单地表示为。在时间内，粒径为的粒子以其沉降速度沉降，在垂直方向上沉降的最大距离，因此。对于粒子完全混合系统，

6、比率是进入边界层且被从气流中除去粒子所占的分数。因此： （6-6）对（6-6）积分得： 此方程有两个边界条件，即x=0处，；在x=L处，。因此，因此，粒径为的粒子的分级除尘效率： （6-8）根据分级除尘效率可以容易求得沉降室的总除尘效率。完全混合的设计模式（自学了解）。2、重力沉降室的设计步骤根据上述有关公式和给定的粉尘粒径等物理性质，重力沉降室的设计步骤是：首先根据粉尘的真密度和粒径计算出沉降速度，在假设沉降室内的气流水平速度u和沉降室高度H（或宽度W），然后计算确定沉降室的长度L和宽度W（或高度H）。例6-1 重力沉降室的设计计算；3、重力沉降室的特点（1）适宜于净化密度大、颗粒粗的粉尘（

7、能有效地捕集50以上的尘粒）；（2）主要缺点：占地面积大、除尘效率低，因此只能作为高效除尘的预除尘装置，除去较大和较重的粒子；（3）主要优点：结构简单、投资少、维修管理容易、压力损失小（一般为50-150Pa）；二、惯性除尘器1、惯性除尘器的除尘机理为了改善沉降室的除尘效果，可在沉降室内设置各种形式的挡板，使含尘气流冲击到挡板上，气流方向发生急剧变化，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离。图6-5所示是含尘气流冲击在两块挡板上时尘粒分离的机理。当含尘气流冲击到挡板B1上时，惯性大的粗尘粒（d1）首先被分离下来。被气流带走的尘粒（d2，且d2d1），由于挡板B2使气流方向发生转变，借助离心力

8、作用也被分离下来。若设该点气流的旋转半径为R2，切向速度为ut，则尘粒d2所受离心力与d22ut2/ R2成正比。2、惯性除尘器的结构形式惯性除尘器结构形式可分为冲击式和反转式两种。冲击式以气流中粒子冲击挡板捕集较粗粒子；反转式通过改变气流流动方向而捕集较细的粒子；3、惯性除尘器的应用惯性除尘器用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘具有较高的除尘效率。对粘结性和纤维性粉尘，则因易堵塞而不易使用。由于惯性除尘器的净化效率不高，因此一般只用于多级除尘中的第一级除尘，捕集10-20以上的粗尘粒。三、旋风除尘器旋风除尘器是使含尘气体作旋转运动，借作用于尘粒上的离心力把尘粒从气体中分离出来的装置。旋风

9、除尘器的特点是：结构简单、造价便宜、体积小、操作维修方便；压力损失中等，动力消耗不大，除尘效率较高；可用各种材料制造，适用于粉尘负荷变化大的含尘气体，性能较好，能用于高温、高压及腐蚀性气体的除尘，可直接回收干粉尘；无运动部件，运行管理简便等。旋风除尘器历史较久，现在一般用来捕集515以上的尘粒，除尘效率可达80左右。对于旋风除尘器的运行机理虽然做了大量的研究工作，但由于内部流态复杂准确地测定有关参数比较困难。因而至今理论上仍不完善；捕集小于5尘粒的效率不高。下面仅对旋风除尘器的基本原理及常用结构型式和性能特点作简要介绍。1、旋风除尘器的工作原理普通旋风除尘器由简体、锥体和进气管、排气管等组成，

10、其构造如图6-8所示。工作原理：含尘气体由进口切向进入后，沿筒体内壁由上向下作圆周运动，并有少量气体沿径向运动到中心区内。这股向下旋转的气流大部分到达锥体顶部附近时折转向上。在中心区域旋转上升，最后由排气管排出。这股气流作向上旋转运动时，也同时进行着径向的离心运动。一般将旋转向下的外团气流称为外旋流，将旋转向上的内因气流称为内旋流，把外旋流变为内旋流的锥顶附近区域称为回流区。内旋流与外旋流两者旋转方向相同，在整个流场中起主导作用。气流作旋转运动时，尘粒在离心力作用下，逐渐向外壁移动。到达外壁的尘粒，在外旋流的推力和重力的共同作用下，沿器壁落至灰斗中，实现与气流的分离。 图6-8 普通旋风除尘器

11、的结构及内部气流1、筒体；2、锥体；3、排气管；4、外旋流；5、内漩流；6、上旋流；7、回流区；此外，当气流从除尘器顶向下高速旋转时，顶部压力下降，使一部分气流带着微细尘粒沿简体内壁旋转向上，到达顶盖后再沿排气管外壁旋转向下，最后汇入排气管排走。通常将这股旋转气流称为上旋流。上旋流携带细尘汇人内旋流排走。对于旋风除尘器内气流运动流场的测定发现，由于进入的气体不是理想气体，且具有粘性，所以实际气流的运动是很复杂的。外旋流内部及其与尘粒之间存在着磨擦损失，因而外旋流不是纯净的自由涡，而是所谓的准自由涡，它具有向下低速向心的径向运动。内旋流类似于刚体圆柱的转动，称为强制涡，它具有向上高速向外的径向运

12、动。为研究方便，通常把内部流场看成复杂的三元流动体系，把全速分解为三个速度分量：即切向速度、径向速度和轴向速度。（1）切向速度切向速度是决定气流合速度大小的主要速度分量，也是决定气流质点离心力和尘粒捕集效率的主要因素。实测旋风赊尘器内气流的切向速度分布如图6-9所示.。根据“涡流”定律，外涡旋的切向速度反比于旋转半径R的n次方，即 （6-9）其中：n为涡流指数。n1；内涡旋的切向速度正比于旋转半径R，比例常熟等于气流的旋转角速度，即 （6-11）n=0时，=常数，处在内外旋流的交界面上，达到最大值；（2）径向速度旋流气体的径向速度，内旋流是指向上方的高速向外的，而外旋流是指向下方的低速向心的。

13、前者对分离尘粒有利，后者对分离尘粒不利，使有些细小尘较在向心气流的带动下进入内旋流而被排出。 （6-12）（3）轴向速度外旋流区轴向速度向下，内旋流区轴向速度向上，因而在内、外旋流之间必然存在一个轴向速度为零的交界面。在内旋流中，随着气流的逐渐上升，轴向速度不断增大。在排气管底部达到最大值。2、旋风除尘器的压力损失旋风除尘器的压力损失与其结构和运行条件等有关，主要靠实验确定。实验表明，旋风除尘器的压力损失一般与气体入口流速的平方成正比，即 （6-13）局部阻力系数在缺少实验数据的时候，可用下式估算： （6-14）此式表明，除尘器的相对尺寸对压力损失影响较大，当除尘器结构型式相同时，几何放大或缩

14、小，压力损失基本不变。其他操作因素对压力损失也有影响，如入口含尘浓度、内部构件等。3、旋风除尘器的除尘性能（1）尘粒的分割粒径对旋风除尘器除尘性能的研究，过去和现在都为许多学者所关注。但由于在除尘器内气、固两相流动非常复杂，影响因素很多，通过假设提出的除尘效率计算公式，还不能进行较准确的计算。现在仍用实验确定其性能，依据某些假设条件导出近似计算公式，以说明其工作原理，估算除尘效率，分析影响效率的重要因素。这对旋风除尘器的发展及其性能的改善具有重要作用。在旋风除尘器内，粒子的沉降主要取决于离心力和向心运动气流作用于尘粒上的阻力。在内外涡旋界面上，如果，粒子在离心力的推动下移向外壁而被捕集；如果，

15、粒子在向心气流的带动下进入内涡旋，最后由排出管排出；如果=，作用在尘粒上的外力之和等于零，粒子在交界面上不停旋转；实际上，由于各种随机因素的影响，处于这种平衡状态的尘粒有50%的可能性进入内涡旋，也有50%的可能性移向外壁，它的除尘效率为50%。此时的粒径即为除尘器的分割粒径，用表示。旋风除尘器的除尘效率与尘粒的粒径有关。粒径越大，效率愈高，当粒径大到某一值时，其除尘效率可100，此时的尘粒粒径称为全分离粒径，或称为临介粒径。除尘效率为50时相应的尘粒粒径称为分割粒径。评定旋风除尘器的分离性能时，采用分割粒径比全分离粒径更方便，因而使用较多。作用于粒径为的球形尘粒上的离心力可用牛顿公式表示为：

16、向心阻力，假设气流处于层流状态，即雷诺数小于1，径向气流阻力用斯托克斯公式表示：二者相等，即： （6-15）则： （6-16）式中：交界面处气流的切向速度，根据式（6-9）计算； 涡旋气流的平均切向速度，由式（6-12）计算；分割粒径越小，表明除尘器的分离性能愈好。（2）除尘效率当分割粒径确定后，可以根据雷思-利希特模式计算其他粒子的分级效率： （6-17）其中涡流指数n可有公式（6-10）计算；另一种计算分级效率的公式是在实验数据的基础上提出的经验公式，可以满足工程设计的需要： （6-18） 例6-2 旋风除尘器分割粒径和压力损失的计算；4、影响旋风除尘器除尘效率的因素影响旋风除尘器效率的因

17、素有：二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操作变量；（1）二次效应二次效应即被捕集的粒子的重新进入气流。在较小粒径区间内，理应逸出的粒子由于聚集或被较大尘粒撞向壁面而脱离气流被捕集，实际效率高于理论效率；在较大粒径区间，由于粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起，理应沉降入灰斗的尘粒却随净化后的气流一起排走，实际效率低于理论效率。（2）比例尺寸由离心力公式可知，在相同的切向速度下，筒体直径越小，粒子所受的惯性离心力越大，除尘效率越高，但若筒体直径过小，粒子容易逃逸，使效率下降。筒体高度的变化对除尘效率影响不明显。适当加长锥体长度对提高除尘效率有利。排出管直径越小，也有利提高除尘效率，但太小会导

18、致压力降的增加，一般取排出管直径为（0.4-0.65）D。（3）烟尘的物理性质 粉尘粒径与密度 由于尘粒所受离心力与粒径的三次方成正比，而所受径向气体阻力仅与粒径的一次方成正比，因而大粒子比小粒子更易捕集。除尘效率随着尘粒真密度的增大而提高，密度小，难分离，除尘效率下降。气体温度和粘度气体粘度随温度升高而增大，而分割粒径又与粘度的平方根成正比，因而旋风除尘器的除尘效率随气体温度或粘度的增加而降低。（4）操作变量在一定范围内提高进气管流速，可以提高除尘效率。但入口流速太高，会把已分离的某些尘粒卷入内旋流重新带走，导致除尘效率下降。另外，压力损失与入口速度的平方成正比，入口流速过大，压力损失上升。

19、因而，从技术和经济综合考虑，入口流速的合适范围，一般取1220m/s，不宜低于10m/s，以防止入口管道积灰。除尘器下部的严密性也是影响除尘效率的一个重要因素。从图6-9可知，除尘器内部静压从外壁向中心逐渐降低，即使除尘在正压下运行，锥体底部也可能处于负压状态。若除尘器下部不严而漏人空气，会把已落入灰斗的粉尘重新带走，使除尘效率显著下降。实验证明，当漏气量达到除尘器处理气量的15，除尘效率几乎降为零。因此，在不漏气的情况下正常排灰是旋风除尘器运行中必须重视的问题。收尘量不大的除尘器可在下部设置固定灰斗，定期排灰。收尘量较大要求连续排灰时，可设双翻板式或回转式锁气器。5、旋风除尘器的结构型式旋风

20、除尘器的结构型式，取决于含尘气体的入口型式和除尘器内部的流动状态。（1）按进气方式分类切向进入式和轴向进入式两类；切向进入式又分为直入式和蜗壳式，前者进气管外壁与筒体相切，后者进气管内壁与筒体相切；轴向进入式是利用固定的导流叶片促进气流的旋转，处理气量较大且气流分布较均匀，主要用于多管旋风除尘器和处理气量大的场合。（2）按气流组织分类有回转式、直流式、平旋式和旋流式等多种，工业锅炉较多运用回流式和直流式两种。（3）多管旋风除尘器多管旋风除尘器是由多个甚至多达数千个相同构造形状和尺寸的小型旋风除尘器（又叫旋风子）组合在一个壳体内并联使用的除尘器组。适合用于处理烟气量较大的场合。常用的多管除尘器有

21、回流式和直流式两种。多管除尘器能够有效捕集5-10，含尘浓度很高（100g/m3）的气体，具有效率高，处理气量大，有利于布置和烟道连接方便等特点。但旋风子的制造、安装和装配的质量要求较高。6、旋风除尘器的设计选型在除尘系统中选用什么型号的旋风除尘器，使除尘效率满足要求，压力损失较小，型式的各部分尺寸合理等，是选型的基本依据。下面介绍选型资料收集，选择设计和应注意的事项。（1）资料收集主要资料包括：含尘气体特性(成分、温度、湿度、腐蚀性、流量等)；被分离的尘粒特性(浓度、成分、密度、粒径分布、粘度、含水率、纤维性和爆炸性等)；除尘要求(除尘效率和压力损失等)；尘粒回收利用的方式和经济价值；各种除

22、尘器的特征(除尘效率、压力损失、价格、金属耗量、运行费及维修管理难易程度等)；其他资料(如水源、电源、通风机、冷却装置、安装现场及有关设备材料的供应情况等)。（2）选型设计由含尘浓度、粒径分布、密度等烟气特征及除尘要求（出口浓度）计算除尘效率；选择确定旋风除尘器的结构型式；根据使用时允许的压力降确定进口气流速度；确定旋风除尘器的进口截面积A，入口宽度和高度；A=bh=Q/v1；确定各部分几何尺寸，由进口截面积A和入口宽度b及高度h定出各部分几何尺寸，然后从手册中查出所需除尘器的型号规格；（3）注意事项依据旋风除尘器的特点，选型应特别注意：适用于净化密度较大，粒度较粗的粉尘，其中高效旋风除尘器对

23、细尘也有一定的净化效率；一般用于净化非纤维性粉尘及温度在400以下的非腐蚀性气体；不宜用于气量波动大的场合，一般入口风速为1220m/s；除尘器内旋转气流速度高，应注意加耐磨衬，防止磨损；不宜净化粘结性粉尘；设计和运行应特别注意防止除尘器底部漏风，以免效率下降；一般不宜串联使用；在并联使用旋风除尘器时，要尽可能使每台除尘器的处理气量相等。6.2 电除尘器目的要求：了解电除尘器的性能特点，掌握其除尘机理及设计选型；重点：电除尘器的除尘机理；授课方式：讲授、自学电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘板上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘

24、设备；电除尘过程与其他除尘过程的根本区别在于，分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，这就决定了它具有分离粒子耗能小、气流阻力小的特点。电除尘器的优点：1、 压力损失小，一般为200-500Pa；2、 处理烟气量大，可达105-106m3/h；3、 能耗低，大约0.2-0.4kWh/1000 m3；4、 对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99%；5、 可在高温或强腐蚀性气体下操作。电除尘器的主要缺点：一次性投资费用高，占地面积大，应用范围受粉尘比电阻限制，难以适应操作条件的变化，此外对制造、安装质量要求较高。一、电除尘器的工作原理电除尘器的工作原理涉及悬浮粒子荷电，带电粒

25、子在电场中迁移与捕集，将捕集物从集尘表面上清除三个基本过程；1、气体电离和电晕放电通常气体中只含有极其微量的自由电子和气体离子，可视为绝缘体。在电除尘器中，当两电极之间的电压达到一定值时，两电极间的气体将发生电离由绝缘状态转变为传导状态，即产生气体电离或电击穿如电晕放电、辉光放电、火花放电及电弧放电等。（1）电晕放电机理电晕放电发生在细金属电晕线和集尘板之间，电晕机理可以借助于电晕放电示意图来解释。假如电晕电极为负极，从金属丝表面或附近放出的电子迅速向接地极即正极运动，与气体分子发生撞击并使之离子化，结果又产生了大量电子，通常称这种过程为雪崩过程。随着电子离开金属丝表面距离的增加，电场迅速减弱

26、。假如存在电负性气体，如氧气、水蒸汽和二氧化硫等，则电晕产生的自由电子被这些气体的分子俘获并产生负离子，它们也和电子一样向正极运动。这些负离子和自由电子就构成了使颗粒荷电的电荷来源。自由电子能引起气体分子离子化的区域，常称为电晕区。电子雪崩过程产生的正离子移向放电金属丝，与金属丝表面碰撞并产生新电子。正离子使金属丝释放新电子的“再生”作用确保了电晕过程的持续进行。（2）起始电晕电压在电除尘器内，许多因素影响电晕的发生和施加电压与电晕电流之间的关系。开始产生电晕电流时所施加的电压常称为起始电晕电压。起始电晕电压与烟气性质和电极形状、几何尺寸等因素有关。在r=a时（电晕电极表面上），起始电晕电压：

27、式中：a电晕线半径； m导线光滑修正系数； 空气的相对密度； b管式电除尘器的半径；由上式可见，起始电晕电压可以通过调整电极的几何尺寸来实现。电晕线越细，起始电晕所需要的电压越小。（3）影响电晕特性的因素电晕特性取决于许多因素，包括电极的形状，电极间距离，气体组成、压力、温度，气流中要捕集的粉尘浓度、粒度、比电阻以及他们在电晕极和集尘板上的沉积等。气体组成影响电晕特征主要是因为不同气体对电子的亲和力不同。气体温度和压力的不同导致气体密度改变，进而影响电子平均自由程和加速电子及能产生碰撞电离所需要的电压。2、粒子荷电粒子荷电是电除尘过程的第一步。两种粒子荷电机理：电场荷电或碰撞荷电：离子在静电力

28、作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电；扩散荷电：离子的扩散现象导致的粒子荷电过程。依赖于离子的热能，而不是电场。粒子的荷电过程取决于粒径，对于大于0.5微米的微粒，以电场荷电为主，小于0.15微米的微粒，则以扩散荷电为主，粒径介于二者之间的粒子，需要同时考虑这两种过程；（1）电场荷电1）荷电量的计算粒子能够获得的饱和电荷： （6-31）2）影响电场荷电的因素粒子特性：粒径和介电常数；电晕电场：电场强度和离子密度；一般电场荷电所需的时间小于0.1秒，相当于气流在除尘器内流动10-20cm所需要的时间，所以对于一般的电除尘器，可以认为粒子进入除尘器后立刻达到了饱和电荷。（2）扩散荷电离子热运动

29、引起它们通过气体扩散，并于存在于气体中的粒子碰撞，使粒子荷电。与电场荷电过程相反，不存在扩散荷电的最大极限值，因为根据分子运动理论，并不存在离子动能的上限。粒子在这些条件下的荷电量取决于离子热运动的动能、粒子大小和荷电时间。利用分子热运动理论可以导出扩散荷电的理论方程： （6-32）（3）电场荷电和扩散荷电的综合作用对于粒径处于中间范围（0.15-0.5微米）的粒子，同时考虑电场荷电和扩散荷电。描述这两种过程同时作用的微分方程不能用解析方法求解，必须借助于近似解法或数值解法。电场荷电、扩散荷电和两种过程综合作用时荷电量的理论值随粒径的变化如图6-18.例6-5 电场荷电和扩散荷电综合作用下粒子

30、荷电量随时间的变化；（4）异常荷电现象三种情况：1）尘板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板发生反电晕现象；2）微小粒子的浓度高时，虽然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，严重地抑制着电晕电流的产生，使尘粒不能获得足够的电荷；3）当含尘量大到某一数值时，电晕现象消失，颗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，即电晕闭塞。3、荷电粒子的运动和捕集（1）驱进速度电除尘器中荷电粉尘粒子的运动主要受两种力的支配，电场作用在荷电粉尘粒子上的静电力，粉尘粒子向集尘板迁移时受到的介质阻力。当二力平衡时，粒子便达到了终末沉降速度，及驱进速度。 （6

31、-33）由上式可见粒子的驱进速度与粒子的荷电量、粒径、电场强度及气体介质的粘度有关。（2）粒子的捕集效率德意希公式德意希（Deutsch）在1922年推导出除尘效率与集尘板面积、气体流量和驱进速度之间的关系。在推到该公式时做了如下假定：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布是均匀的；进入除尘器后立刻荷电；忽略电风、气流分布不均匀及被捕集粒子重新进入气流等的影响。如图6-21所示，设含尘气流流向为x轴方向，气体和粉尘在x方向的流速皆为u（m/s），气体流量为Q（m3/s）；x方向上每单位长度的集尘板面积为a（m2/m），总集尘板面积为A（m2）；电场长度为L（m

32、），气体流动截面积为F（m2）；直径为dpi的颗粒其驱进速度为（m/s），在气体中的浓度为（g/ m3）；在dt时间内于长度为dx的空间所捕集的粉尘量为：由于，带入上式得： 从除尘器入口到出口进行积分，并考虑，aL=A，得：则理论分级捕集效率 （6-34）此即德意希分级效率方程；概括了分级效率与集尘板面积、气体流量和颗粒驱进速度之间的关系，指明了提高电除尘器捕集效率的途径，因而在除尘器性能分析和设计中被广泛应用。（3）有效驱进速度实际中根据在一定的除尘器结构形式和运行条件下测得的总捕集效率值带入德意希方程反算出相应的驱进速度值，并称之为有效驱进速度，以表示。可利用有效驱进速度表示工业电除尘器的

33、性能，并作为类似除尘器设计的基础。4、被捕集粉尘的清除电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积，粉尘层厚度为几毫米，甚至几厘米。粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性。保持电晕极表面清洁的最一般方法是对电极采取振打清灰方式，使电晕极上的粉尘很快被振打干净。集尘极板上粉尘层较厚时，会导致火花电压降低，电晕电流减小。为了保持和集尘极表面清洁，应及时清除沉积的粉尘。集尘极清灰方法有湿式和干式两种不同的方法。湿式电除尘器中，集尘极板表面经常保持一层水膜，粉尘沉降在水膜上随水膜流下。湿法清灰的优点是无二次扬尘，同时可净化部分有害气体，如二氧化硫、氟化氢等；主要缺点是腐蚀结垢问题较严重，污泥需要处理。干式电

34、除尘器由机械撞击或电磁振打产生的振动力清灰。干式振打清灰需要合适的振打强度，振打强度太小难以清除积尘，太大可能引起二次扬尘。合适的振打强度和振打频率一般在运行中通过现场调试确定。二、电除尘器的结构与供电电除尘器的型式虽然多种多样，但都由电除尘器本体和高压直流供电装置两大部分组成。1、电除尘器结构电除尘器本体一般包括以下几个主要部分：放电电极、集尘电极、振打清灰装置、气流分布装置、支撑壳体和灰斗的钢梁结构以及引入高压直流电的绝缘箱等。（1）放电电极放电电极又称电晕极。电晕线是产生电晕放电的主要部件，对电晕线的一般要求是：起晕电压低，电晕电流大，机械强度高，能维持准确的极距以及易清灰等；（2）集尘

35、电极集尘电极的结构对粉尘的二次飞扬、金属消耗量和造价有很大影响。对集尘电极的一般要求是：有利于粉尘在板面上沉积，二次扬尘小；易于清灰，形状简单易于制作并有足够的刚度和强度；集尘极型式有板式、管式二大类。1） 管式集尘极小型管式除尘器的集尘极为直径约15cm，长3m左右的圆管。大型的直径可达40cm，长6m。每台除尘器的集尘极数目少则几个，多则100个以上：2）板式集尘极板式电极形式很多。极板二侧通常设有沟槽和挡板，既能加强板的刚性，又能防止气流直接冲刷极板的表面，产生二次扬尘。极板之间的间距，对电除尘器的电场性能和除尘效率影响较大。间距太小(200mm以下)电压升不高，间距太大又受供电设备允许

36、电压的限制。采用60一72kv变压器时极板间距一般取200一350mm。近午来板式电除尘器一个引人注目的变化是发展宽间距超高压电除尘器。宽间距电除尘器制作、安装、维修等较方便，而且设备小，能量消耗也小。（3）电极清灰装置及时清除集尘极和电晕极上的积灰，是保证电除尘器高效运行的重要环节之一。干式电除尘器的清灰方式有机械振打、电磁振打、刮板清灰及压缩空气振打等。挠臀锤振打电极框架的锤击机构机械清灰方式，是目前普遍采用的清灰方式。湿式电除尘器采用喷雾或溢流方式，在集尘极表面形成一层水膜，使沉积在集尘板上的粉尘和水一起流到除尘器的下部而排出。（4）气流分布装置电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响。

37、对气流分布装置的要求是分布均匀性好、阻力损失小。为了减少涡流，保证气流分布均匀，在进出口处应设渐扩管和渐缩管。进口渐扩管内应设23层气流分布板。多孔板使用最为广泛，通常采用厚度为33.5mm钢板制作，孔径3050mm，开孔率约为25一50，需要通过试验确定。（5）除尘器外壳除尘器外壳必须保证严密，尽量减小漏风。漏风量大，不但风机负荷加大，也会因电场风速提高使除尘效率降低。在处理高湿烟气时，冷空气的漏入将使局部烟气温度降至露点以下，导致除尘器构件积灰和腐蚀。除尘器外壳材料，要根据处理烟气的性质和操作温度来选择。通常使用的材料有钢板、铅板(捕集硫酸雾)、钢筋混凝土及砖等。2、电除尘器的供电高压供电

38、设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流。为满足现场需要，供电设备操作必须十分稳定，希望工作寿命在20年以上，通常高压供电设备的输出峰值电压为70-100KV，电流为100-2000mA。为使电除尘器能在较高电压下运行，避免过大的火花损失。高压电源容量不能太大，必须分组供电。增加供电机组数目，减少每台机组供电的电晕线数，能改善电除尘器的性能。但是，增加供电机组数和电场分组数，必定增加投资。因此供电机组数的确定，应同时考虑保证除尘效和减少投资两方面的因素。三、电除尘器的选择和设计1、选型电除尘器型式和工艺配置，要根据处理的含尘气体性质及处理要求决定，其中粉尘比电阻是最重要的因素。比电阻在l

39、0421010cm范围可采用普通干式电除尘器，若比电阻偏高，则要采用特殊的电除尘器(如宽极距电除尘器、高温电除尘器等)，或在烟气中加入一定量的NH3、SO2、水分等进行调质处理。对于低比电阻粉尘，一般干式除尘器难以捕集，但若荷电颗粒凝聚后变为大颗粒，在其后加一旋风除尘器或过滤式除尘器，则可获得较高的除尘效率。湿式电除尘器既能捕集高比电阻颗粒，也能捕集低比电阻颗粒，除尘效率较高。但除尘器的积垢和腐蚀问题比较严重，污泥需要处理。2、设计（1）集尘板面积的确定根据运行和设计经验，确定有效驱进速度，按德意希方程就集尘板面积A。 （6-36）式中：A集尘板面积； Q处理气体流量； 有效驱进速度； 预期达

40、到的除尘效率；（2）长高比的确定长高比为集尘板有效长度和高度之比。当要求除尘效率大于99%时，除尘器的长高比至少要1.0-1.5；确定了常高比，就确定了电除尘器本体的大小，对于板式电除尘器A=2nhl；（n为电除尘器通道数）；（3）气流速度的确定设收尘极间宽度，即通道宽度为2b，则除尘器断面风速为 6.3 湿式除尘器目的要求：了解湿式除尘器的分类及性能，掌握湿式除尘器的除尘机理、性能特点及设计选型，掌握文丘里洗涤器的除尘过程及技术尺寸；重点：湿式除尘器的除尘机理、文丘里洗涤器的除尘过程；授课方式：讲授、自学湿式除尘器是使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集

41、颗粒或使粒径增大的装置。这种装置除用于气体除尘外，还可用于气体吸收、降温和加湿等。本章主要介绍湿式除尘器的除尘机理、除尘效率和常见的几种除尘器，特别是文丘里除尘器。一、概述1、湿式除尘器的分类和性能（1）分类湿式除尘器的型式很多，根据能耗可分为低能耗和高能耗除尘器两大类。低能耗除尘器对于10微米的尘粒净化效率可达90%-95%，压力损失为0.25-1.5KPa。一般运行条件下的耗水量（水气比）为0.4-0.8L/m3，如喷雾塔和旋风洗涤塔等。常用于焚烧炉、化肥生产、石灰窖和化铁炉等烟气除尘，但一般不能满足这些烟气直接排放要求。高能耗除尘器，如文丘里除尘器，其除尘效率可达99.5以上，压力损失为

42、259kPa，耗水量为0.31.5Lm3。常用于炼铁、炼钢、造纸和化铁炉的烟气除尘，排烟中的尘粒粒径可低于0.25微米。根据湿式除尘器的除尘机理，可将其分为7类。重力喷雾洗涤塔、旋风除尘器、自激喷雾洗涤器、板式洗涤器、填料洗涤器、文丘里洗涤器和机械诱导喷雾洗涤器。结合表6-7了解各种湿式除尘器的性能。操作范围。我们主要讨论应用广泛的三类湿式除尘器，喷雾塔洗涤器、旋风洗涤器和文丘里洗涤器。（2）湿式除尘器的优缺点湿式除尘器与其他除尘器相比具有如下优点：1）在耗能相同情况下，湿式除尘器比干式机械除尘器的除尘效率高。2）湿式除尘器的除尘效率不仅能与布袋和电除尘器相比，而且适用于这些除尘器难以胜任的条

43、件。3）湿式除尘器在去除含尘气体中粉尘的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些有毒有害的气态污染物。湿式除尘器的缺点有：1）湿式除尘器排出的废水和泥浆会造成二次污染，必须进行处理，洗涤水才能重复回用。2）因为湿法净化含尘气体往往具有腐蚀性，所以湿式除尘系统的设备均应采取防腐措施。3）湿式防尘器不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体；4）在低温寒冷地区，湿式除尘器容易结冻，因此，要采用防冻措施。2、湿式除尘器的除尘机理（1）惯性碰撞参数湿式除尘器可用采用前面第五章讨论的几种或全部的除尘机理，但主要的除尘机制是液滴和颗粒之间的惯性碰撞和拦截作用。因此，讨论颗粒、液滴和气流性质对碰撞的影响成为一个重要

44、问题。含尘气流在运动过程中遇到障碍物(水滴)，气流会改变方向，绕过水滴运动，但尘粒因惯性力作用，将保持原有运动方向，脱离气流与水滴相撞。该效应称之为惯性碰撞。尘粒的惯性越大，气流曲率半径越小，尘粒脱离流线而被水滴捕集的可能性越大。惯性碰撞作用可以用斯托克斯准数(即惯性碰撞参数)描述，即 （6-37）对于粒径小于5微米的粒子，必须考虑坎宁汉修正；上式可以看出，惯性碰撞主要取决于尘粒质量及其与水滴之间的相对运动速度；也与水滴大小有重要关系，一般说水滴小时，惯性碰撞作用增强，有利于从含尘气体中分离尘粒。但水滴直径不是愈小愈好，直径太小的水滴容易随气流一起运动，降低气液相对运动速度，不利于从含尘气体中

45、把尘粒分离出来。这是因为惯性碰撞参数St与尘粒和水滴之间的相对运动速度u成正比，而与水滴直径D成反比。所以，对于给定的含尘系统。要提高St值，必须提高气液(水)之间的相对运动速度并减少水滴直径。目前除尘工程中常用的各种湿式除尘器都是围绕着这个因素研究而发展的。（2）湿式除尘器的总效率湿式除尘器的除尘效率是各种单个液(水)滴的捕集效率总和。它包括惯性碰撞、拦截作用，扩散效应和其他作用对尘粒的捕集效率。对一定特性的粉尘来说，除尘效率愈高，湿式除尘器的能耗也愈大(用于输送气体、雾化、喷淋液体所需的能耗)。除尘器的总能耗（单位：对于气体）应为含尘气体和液体(水)能耗之和，即 （6-39）式中：气体通过除尘器的压力损失，单位：Pa； 加入液体（水）压力损失，单位：Pa； L液（水）气比，单位：L/m3；除尘器的总除尘效率是气液两相能耗（压损或接触率）的函数，可以用气相总传质单元或除尘器的总能耗Ei表示，即： 式中、是特性参数，取决于要净化的粉尘和湿式除尘器的型式，其数值是经验数据。（3）湿式除尘器的除尘效率计算湿式除尘器的除尘效率计算，因除尘器型式多样，数学运算过程繁琐，一般可用分级通过率和总