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大气污染控制工程

大气污染控制工程. 修光利 2011-4. 课程内容. 颗粒物控制技术 机械除尘 重力除尘器 惯性除尘器 旋风除尘器 电除尘器（ P178-199) 过滤式除尘器 (213-228) 袋式除尘器 深度过滤器 湿式除尘器（ p199-213). 基本内容. 袋式除尘器： 袋式除尘器的原理 袋式除尘器的压力损失 袋式除尘器的滤料 袋式除尘器的清灰 袋式除尘器的选择、设计和应用 深度除尘器 高效过滤器. 过滤式除尘器. 使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置。 使用滤纸 / 玻璃纤维：通风、空调 砂、砾、焦炭等颗粒层除尘器

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大气污染控制工程

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  1. 大气污染控制工程 修光利 2011-4

  2. 课程内容 • 颗粒物控制技术 • 机械除尘 • 重力除尘器 • 惯性除尘器 • 旋风除尘器 • 电除尘器（P178-199) • 过滤式除尘器(213-228) • 袋式除尘器 • 深度过滤器 • 湿式除尘器（p199-213)

  3. 基本内容 • 袋式除尘器： • 袋式除尘器的原理 • 袋式除尘器的压力损失 • 袋式除尘器的滤料 • 袋式除尘器的清灰 • 袋式除尘器的选择、设计和应用 • 深度除尘器 • 高效过滤器

  4. 过滤式除尘器 • 使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置。 • 使用滤纸/玻璃纤维：通风、空调 • 砂、砾、焦炭等颗粒层除尘器 • 纤维织物的袋式除尘器 • 袋式除尘器： • 除尘效率：99%以上。 • 原理简单： • 重在结构改变、滤料改进 • 清灰和运行方式改进

  5. 布袋除尘器基本原理 • 常用滤料：棉、毛、人造纤维 • 网孔20-50μm

  6. 一些滤膜的构造 TYPES OF FILTERS Porous membrane filter Fiber filter Granular bed filter Capillary pore membrane filter Q: Does a filter work like a microscopic sieve?

  7. 袋式除尘器的工作原理 • 含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上 • 沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中 • 粉尘因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉层初层 Question: 哪个滤层起作用？

  8. 过滤的一些机理 • Interception（截留） • Inertial impaction（惯性） • Diffusion (扩散） • Gravitational settling（重力） • Electrostatic attraction（静电吸引）

  9. 袋式除尘器的机理 截留、惯性碰撞 惯性碰 惯性碰撞 粒子 靶 拦截 气流流线

  10. 截留的效率(Krish & Stechkina , 1978) Q: Effect of increasing velocity? Increasing R? Krish, A. A. & Stechkina, I. B., “The theory of Aerosol Filtration with Fibrous Filters”, in Fundamentals of Aerosol Science, Ed. Shaw, D. T., Wiley, 1978.

  11. 袋式除尘器的机理（续） 扩散、电沉积 扩散 粒子 靶 电沉积 气流流线

  12. Valid for 005 < a < 0.2 0.1 < U0 < 200 cm/s 0.1 < df < 50 mm Ref < 1 Q: Physical meaning? Diffusion (Lee & Liu, 1982) Q: Impact of U0? a ? Lee, K. W. and Liu, B. Y. H., Aerosol Sci. Technol., 1:47-61, 1982

  13. Q: How to have a larger Stk? • Impaction (Yeh & Liu, 1974) Yeh. H. C. and Liu, B. Y. H., J. Aerosol Sci., 5:191-217, 1974

  14. 筛分 已收集粒子 气流流线 筛分 粒子

  15. 筛分 • Enhanced collection of diffusing particles due to interception • Gravitational Settling • Total Efficiency Q: How do these efficiencies change wrt dp?

  16. 筛分 Q: Implication?

  17. 尘粒穿透过滤材料的机制 • 直通：曲折的、粉尘层/织物上的小孔； • 渗漏：已被阻留的靠近滤料的粉尘由于挤压、抽吸、振动等原因而渗漏出去；清灰、高过滤风速、高压降等会加速； • 针孔：在产生针孔的一些地点尘粒被挤压或吹出去。

  18. 除尘效率的影响因素 • （1） 粒径分布。 • 粒径大小：dp=0.2~0.4μm的粒子效率较低。因为恰是惯性与拦截捕集作用的下限，扩散的上限。 • Question进口和出口的粒径分布如何？

  19. 除尘效率的影响因素 （2）滤布及粉尘层的影响 • 积尘厚度的影响：对于效率而言：积尘后>正常工作>振打后>清洁滤料 • 清洁滤料的影响 • 一般情况下滤料上堆积粉尘复合的影响对机织布滤料影响大。 （3）滤布结构和性能的影响 • 滤料材质：聚酯纤维（涤纶）、聚丙烯腈纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚（苯）砜胺纤维、PTFE、聚苯硫醚纤维（PPS)、聚酰亚胺纤维（P84)、玻璃纤维、金属纤维、硅酸盐纤维。 • 滤布结构类型：织布、针刺毡、覆膜材料、复合纤维滤料、非织物滤料（陶瓷） • 绒布的效率大于素布的效率；长绒的大于短绒的 。 • 表面处理的状况：机织滤料效率低；针刺滤料有较高的除尘效率；覆膜过滤材料很好。

  20. 滤料的选择 • 1.对滤料的要求 • 容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低 • 使用寿命长，耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度 • 表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适用于含尘浓度低、粘性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高 • 表面起毛（绒）的滤料容尘量大，粉尘能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰. • 2.滤料种类 • 按滤料材质分 • 天然纤维 • 棉毛织物，适于无腐蚀、350～360K以下气体 • 无机纤维 • 主要指玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温；质地脆 • 合成纤维 • 性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用领域

  21. 滤料名称 直径/μm 耐温性能/K 吸水率/％ 耐酸性 耐碱性 强度 长期 最高 棉织物（植物短纤维） 10～20 348～358 368 8 很差 稍好 1 蚕丝（动物长纤维） 18 353～363 373 16～22 羊毛（动物短纤维） 5～15 353～363 373 10～15 稍好 很差 0.4 尼龙 348～358 368 4.0～4.5 稍好 好 2.5 奥纶 398～408 423 6 好 差 1.6 涤纶（聚脂） 413 433 6.5 好 差 1.6 玻璃纤维（用硅酮树脂处理） 5～8 523 4.0 好 差 1 芳香族聚酰胺（诺梅克斯） 493 533 4.5～5.0 差 好 2.5 聚四氟乙烯 493～523 0 很好 很好 2.5 袋式除尘器的滤料种类 • 按滤料结构分 • 滤布（编织物） • 毛毡 －工艺简单；致密，除尘效率高；容尘量小，易于清灰

  22. （4）过滤速度—气布比 • 袋式除尘器的过滤速度uf：指气体通过滤布的平均速度 • 过滤速度还可用比电荷q来表示，它是指每平方米的滤布每小时所过滤的气流量，这是工程设计表示法： • 过滤速度也称“气布比”，其物理意义是指单位时间过滤气体量和过滤面积之比。 • 一般来讲，除尘效率随过滤速度增加而下降 • 过滤速度的选取还与滤料种类和清灰方式有关 • 过滤速度大小，主要影响惯性碰撞和扩散作用。 粒径为1~10μm以上的较大颗粒，惯性碰撞起主导作用，增大滤尘效率η，要求增加uf； 若扩散作用起主导作用，说明粒子小于1μm，要增大滤尘效率η，要减少uf。 • 过滤速度的选择因气体性质和所要求的除尘效率不同而不同。 • 一般选用范围为0.6～1.0m/min。 • 提高过滤风速可以减少过滤面积，提高滤料的处理能力。但风速过高会把滤袋上的粉尘压实，使阻力加大,同时由于挤压作用，会使细微粉尘透过滤料，而使除尘效率下降。 • 风速低，阻力也低，除尘效率高，但处理量下降。

  23. （5）清灰方式 • 机械振动式 • 逆气流清灰 • 脉冲喷吹清灰

  24. 除尘效率的影响因素 • 粉尘负荷 • 丹尼斯（Dennis）和克莱姆（Klemm）提出了一系列方程，以预测袋式除尘器的粉尘出口浓度和穿透率。 • 穿透的原因是什么？

  25. 压力损失 • 重要的技术经济指标，不仅决定着能量消耗，而且决定着除尘效率和清灰间隔时间等 除尘器外壳结构的压力损失，一般为300-500Pa 通过清洁滤料的压力损失，100~130Pa，也有人认为数十Pa 通过粉尘层的压力损失，500~1000Pa

  26. 压力损失的达西方程 K是很难预测的参数：是沉积颗粒层的性质，如孔隙率、比表面积、孔隙大小分布和颗粒粒径分布等的函数。单位为长度的平方。

  27. 对于给定的烟气特征和粉尘层渗透率， 与粉尘浓度C和过滤时间t成线性关系，而与过滤速度的平方成正比

  28. 压力损失的达西方程 : m-1,107~108 : Pa.s : m/s : m/Kg m:0.1~0.3Kg/m2 α:1010~1011m/Kg 一般情况：滤料 负荷为0.1~0.3Kg/m2 总压降：1000~2000Pa

  29. 四、袋式除尘器的清灰 • 清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的 • 常用的清灰方式有三种 • 机械振动式 • 逆气流清灰 • 脉冲喷吹清灰

  30. 机械清灰 • 机械振动袋式除尘器的过滤风速一般取1.0～2.0m/min，压力损失为800－1200Pa • 适用于以表面过滤为主的滤袋，对深度过滤的粉尘清灰几乎没有效果。 • 优点是工作性能稳定，清灰效果较好 • 缺点是滤袋常受机械力作用 损坏较快，滤袋检修与更换 工作量大

  31. 逆气流清灰 • 过滤风速一般为0.5～2.0m/min，压力损失控制范围1000～1500Pa • 这种清灰方式的除尘器结构简单，清灰效果好，滤袋磨损少，特别适用于粉尘粘性小，玻璃纤维滤袋的情况 • 但清灰能力最弱

  32. 脉冲喷吹类清灰 • 利用4～7atm的压缩空气在短暂时间（0.2s以下）内高速吹入滤袋，压缩空气的脉冲产生冲击波，使滤袋振动，粉尘层脱落 • 必须选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续时间（通常为0.1一0.2s） • 每清灰一次，叫做一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s

  33. 清洁气体 隔膜阀 脉冲管 脉冲气体集流箱 管板 典型脉冲喷灰式布袋除尘器 支撑框 滤袋 含尘气体入口 进气栅板 脉冲喷吹清灰 • 脉冲喷吹清灰实现了全自动清灰， • 净化效率达99％； • 过滤负荷较高，滤袋磨损轻， • 运行安全可靠。 • 过滤速度 由含尘浓度决定： • 2-4m/min • 喷吹压力不小于6atm, • V0=0.002~0.0025m3/条

  34. 五、袋式除尘器的选择、设计和应用 • 设计流程 • 选择过滤介质：与温度和气体与粉尘的其他性质相适应 • 选择清灰方式：与滤布相适应 • 计算气布比 • 计算穿透率 • 计算需要的过滤面积和袋室数目 • 提出风机和管道的技术要求 • 经济核算 • 选定除尘器型式、滤料及清灰方式 • 根据对除尘效率的要求、厂房面积、投资和设备定货的情况等，选定除尘器类型 • 根据含尘气体特性，选择合适的滤料 • 根据除尘器型式、滤料种类、气体含尘浓度、允许的压力损失等便可初步确定清灰方式

  35. 滤料 应用 相对费用/US $ 气布比 主要清灰方式 温度/℉ 主要滤布种类 粉尘 粒径 密度 聚酯 6 275 谷物加工 12～14 RA F 大 低 诺梅克斯 14 400 石灰石（采石场） 6～8 PJ F 大 中 特氟隆 45 450 氧化铅 1.5～2 S W 小 高 玻璃纤维布 25 500 煤飞灰（采暖锅炉） 2～3 RA W 小 中 Hugglas 30 500 煤飞灰（工业锅炉） 4～5 PJ W/F 中 中 水泥（窑炉） 2～3 RA W 中 中 *除玻璃纤维布(G/C=2:1) 外,假定G/C=5:1 注：RA——空气反吹；PJ——脉冲喷吹；S——振打清灰；F——毡制；W——纺织 清灰方式

  36. 清灰方式 • 1.选择与设计 （1）计算过滤速度 （2）计算过滤面积 一般情况下的过滤气速归纳如下 • 简易清灰: vF=0.20～0.75m/min • 机械振动清灰: vF=1.0～2.0m/min • 逆气流反吹清灰: vF=0.5～2.0m/min • 脉冲喷吹清灰: vF=2.0～4.0m/min （3）除尘器设计 • 确定滤袋尺寸:直径d和高度l • 计算每条滤袋面积:a=πdl • 计算滤袋条数:n=A/a • 在滤袋条数多时，根据清灰方式及运行条件将滤袋分成若干组，每组内相邻两滤袋之间的净距一般取50～70mm

  37. 袋式过滤器的主要特点 • 优点： • 除尘效果好，对微细粉尘净化效率可达到99%以上； • 适应性强：含尘量低也可、不受比电阻限制； • 规格多样、应用灵活。可以从200m3/h到5000000m3/h • 便于干物料，没有污泥处理、废水污染和腐蚀问题。 • 所选滤料的耐温性不同，应用范围也广泛。常规滤料适用于180度以下，陶瓷可适用于800-1000度。 • 结构简单、操作方便，占地面积小。 • 缺点： • 受温度限制（高温下需要特殊的材料） • 不适用于含油、含水和高湿度的气体净化。 • 压降比较大。

  38. 分室结构袋式除尘命名示例 圆袋、扁袋、菱形袋 按袋形状 L FSF- 10×1000×××/I ×圆袋式除尘器 按滤尘方向 外滤式、内滤式 I型安装方式×种用途 按通风方式 吸出式、压入式 单室1000m2 10室 按进口位置 上进风、下进风 分室反吹 袋滤式 L HF – 170 ××× II × 扁袋式除尘器 II型安装方式,×种特殊用途 研制单位汉语拼音字首缩写 过滤面积100m2 回转反吹 袋滤式 类型 分室结构袋式除尘命名示例

  39. 六、袋式除尘器的测定 • 测定除尘器的性能 • 穿透性 • 压力损失：U型管压力计 • 测量位置：系统的总压降（为风机技术条件所需要） • 法兰盘连接袋滤器的压降 • 滤袋两侧的压降 • 滤袋出现孔洞时的检验 • 对滤袋或小块过滤介质进行测试 • 透气性 • 耐腐蚀性 • 抗张试验等

  40. 建设投资费用 运行费用 项目 投资比例/% 项目 所占比例/% 袋滤室 33.6 电力 15.6 管道 27.3 劳务 39.0 基建和安装 11.8 厂内杂项开支 32.5 风机和马达 10.5 滤布 13.0 处理设备 4.2 设计 4.2 试车 4.2 测试仪表 2.1 运输费 2.1 七、袋式除尘器的运行 • 最佳操作最佳费用，即长期的最低费用

  41. 七、袋式除尘器的运行 • 费用与清灰频率之间的关系

  42. 八、颗粒层除尘器 • 颗粒层除尘器是以砂粒(或其他颗粒)为过滤介质来分离烟气中粉尘的设备。 • 过滤介质的粒径为2—5mm。过滤层可以是固定的，也可以是活动的，但不管哪一种，过滤层必须厚薄均匀，否则将严重影响除尘效率 • 烟气通过过滤层的速度为0.1—2m／s。粉尘愈细，过滤速度应愈低。颗粒层除尘器的设备阻力为784—1274Pa。运行正常，除尘效率可达99％。它属于效率较高的除尘设备之一。

  43. 深度过滤器 • 高效过滤器：过滤嘴香烟、家庭锅炉用的麻布滤料、制药厂的高效过滤器 • 撞击是前提（静电引力、范德华力） 靶物质或障碍物

  44. Stokes阻力公式 靶效率是指靶物质实际接触的颗粒物数目和理想数目的比值。 捕集效率=靶效率*覆盖面积的百分比

  45. 大颗粒：阻截项重要 小颗粒：扩散项重要 0.1μm：扩散项是阻截项的34.4倍。 非惯性接触捕集项 扩散捕集项

  46. Thank you for your attention,

  47. I’ll be happy to answer any questions.

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