东北电力科学研究院王莉 2011 年 5 月 20 日

东北电力科学研究院王莉 2011年5月20日烟气除尘技术

1、颗粒污染物的来源 • 大气中的颗粒污染物主要来自两个方面： • 一是由火山爆发、土壤灰尘、森林火灾等自然污染源所产生； • 二是人为因素造成大气污染的污染源，它主要是来自矿物燃料的燃烧过程及部分工矿业生产过程中的排放。颗粒污染物是大气中普遍存在且无恒定化学成分的物质，有些本身就是有害物质，被人体吸入后危害人体健康。有些颗粒污染物本身可能无毒，但它能吸附其他气态污染物并发生一系列反应生成毒性较大的二次污染物，产生一系列负面影响。颗粒污染物很容易在大气环流的作用下在全球范围内进行扩散迁移，使受污染的范围扩大，因此颗粒污染物的危害是不容忽视的。

2 颗粒污染物的分类 颗粒污染物目前尚没有一个较为明确的分类方法，一般我们可以根据它们的特性分为粉尘、烟和雾三类。粉尘 • 粉尘是悬浮在大气中的很小的固体粒子，按照其粒径的大小又可分为降尘和飘尘两类。降尘是指粒径大于10µm的粒子，它很容易由于重力作用而沉降下来。粒径小于10µm的粒子，能长期在大气中漂浮而不会沉降下来，称之为飘尘。飘尘在整个粉尘中所占的质量百分比很小，但由于它颗粒很小，可进入人的肺部，故对人类的危害极大。

2 颗粒污染物的分类 • 烟 • 烟一般是只有各种化学或物理过程——如氧化、冷凝、燃烧等过程所形成的固体粒子的气溶胶。烟的颗粒总起来说比粉尘小得多，一般在0.001~1µm之间。它也可能长期存在大气中而不产生沉降，危害作用也很大。 • 雾 • 雾是指悬浮在气流中的微小液滴，粒径在200µm以下。它可能是由于蒸汽的凝结、液体的雾化及化学反应等过程形成的，如水雾、酸雾、碱雾等。 • 工业区和城市上空的大气中含有各种灰尘，它们的成分复杂，在一定的条件下可能发生光化学反应形成某些二次污染物，并悬浮在大气中，称之为烟雾，如硫酸雾、硫酸盐雾和光化学烟雾等。

3 除尘装置的分类及其性能比较 按烟尘分离作用原理，可分为下列四大类： 1）机械式除尘器：利用机械力(重力、惯性力或离心力)净化含尘气体，包括重力沉降室、惯性除尘器、离心力(旋风)除尘器等． 2）湿式除尘器：利用含尘气流与水或某种液体表面接触，使尘粒从气流中分离出来，包括冲击式、泡沫式、文丘里式等。 3）过滤式除尘器：使含尘气体通过过滤介质将尘粒分离出来并捕集，包括袋式过滤器、颗粒层除尘器、空气过滤器等。 4）静电除尘器：利用高压电磁场产生的静电力使尘粒荷电并从气流中分离出来，包括干式和湿式静电除尘器。

4 除尘装置的性能 （1）处理气体量 • 处理气体量是除尘装置处理气体能力大小的指标，以体积流量表示(Nm3/s)。 • 如果除尘器的进口气体量为Qi，出口气体量为Qo，则除尘器处理的气体量， • 除尘器的漏风率，

（2）除尘效率 • 1)总捕集效率:同一时间内除尘装置除去的粉尘量与装置进口的含尘气体中粉尘量的百分比. • 除尘装置总效率 • Si，So——除尘装置进、出口粉尘流量，(g/s)； • Sc——除尘装置捕集的粉尘量，(g/s)；

总捕集效率也可表示为 • 换算成标况下含尘气体流量及浓度QiN，QoN，ciN，coN，总捕集效率， • 当净化装置严密不漏风且含尘气体浓度不太高时，QiN＝QoN， • 实际上净化装置经常漏风，若以k表示漏风系数，总捕集效率

当两台除尘器串联使用时，除尘系统总效率， ηT(1-2)= ηT1+(1-ηT1)ηT2=1-[(1-ηT1)(1-ηT2)] • 当n台除尘器串联使用时， ηT(1-n)=1-[(1-ηT1)(1-ηT2)…(1-ηTn)] ηT1，ηT2，ηTn分别为第一、第二、第n级除尘器的除尘效率。 • 2）通过率除尘装置出口粉尘量与进口粉尘量的百分比

（3）除尘器的压力损失 • 压力损失又称压力降，阻力损失或阻力降。 • 代表装置能耗大小的技术经济指标，指装置的进口和出口气流全压之差。 • 通常压力损失与装置进口气流的动压成正比，即 ξ——净化装置的压力降系数，它与除尘器的型式、尺寸和含尘气体的运动状态有关，可根据试验和经验公式来确定.

5 机械式除尘器 5.1重力沉降室 • 含尘烟气中的尘粒借助本身的重力作用而沉降下来的一种除尘装置． • 优点:设备简单、投资少、维护容易、阻力损失小，可处理高温气体； • 缺点:设备庞大、占地面积多，除去40～50μm以上的大颗粒,除尘效率低，仅为40％～60％。 • 重力沉降室可分为水平气流沉降室和垂直气流沉降室两种。

水平气流沉降室

水平气流沉降室的设计计算 • 计算原理：当含尘气流在沉降室内通过时间t大于尘粒按其本身的沉降速度下降所需的时间t0时，尘粒即被分离出来。 • 气流在沉降室内通过时间t(s)为，t = L/v，v为水平流速，可取0.2-2m/s。 • 尘粒从沉降室顶部落至底部所需的时间图t0(s)为， t0＝H/up，尘粒的沉降速度up可按斯托克斯公式计算 • 满足条件：如果t＞t0，则L/v＞H/up； • 可计算出沉降室各部分的尺寸：沉降室高度H，长度L，沉降室宽度B取决于处理气体流量Q，B＝Q/Hv

5.2惯性除尘器 运动气流中接近靶时粒子运动的几种可能情况

惯性除尘器的工作原理：含尘气体冲击在挡板上，利用烟气流动方向发生急剧改变时，尘粒受惯性力的作用而从气体中分离并捕集下来的一种装置。

惯性除尘装置的构造 1)冲击式:以含尘气体中的粒子冲击挡板来收集较粗的粒子. 2)反转式:通过改变含尘气体流动方向而来收集较细粒子. 冲击式惯性除尘装置(单级式)

5.3旋风除尘器 • 旋风除尘器也称为离心力除尘器，它是利用含尘气流作旋转运动时产生的离心力，把尘粒从气体中分离出来的装置。 • 工作原理：含尘气体自进风口切向引入，在分离器内作由上向下，再由下向上的螺旋运动，然后从中心管引出。在上、下螺旋运动过程中，尘粒与气体发生相对运动被甩向器壁后顺壁面掉落至灰斗，这样尘粒得以与气体分离。 • 普通旋风除尘器由筒体、锥体、排出管三部分组成。

普通旋风除尘器工作原理与结构图

旋风除尘器的结构 • 1)筒体和锥体，旋风除尘器的主体部分。筒体直径越小，高度的增加，锥体的增加对尘粒的分离和除尘效率的提高是有利的。 • 2)含尘烟气进口，有切向和轴向进入两种 • 3)净化气体出口，气体出口管段要求延伸到筒体内部 • 4)除尘器排灰口，对排灰口的要求是排灰要迅速、通畅、连续、不漏气。

5.4 旋风除尘器的分类 • (1)按性能分a．高效旋风除尘器，b．高流量旋风除尘器，c．介于上述两者之间的通用旋风除尘器 • (2)按进气方式分 a．切流反转式旋风除尘器， b．轴流式旋风除尘器 • (3)按结构形式分a．圆筒式， b．旁通式 c．扩散式 d．长锥体式 • (4)按组合形式分 a．串联式旋风除尘 b．并联式旋风除尘器组

旁通式旋风除尘器扩散式旋风除尘器

旋风除尘器的组合形式a. 串联式 b．并联式 c.立式多管并联

5.5 旋风除尘器的设计计算 • 1）旋风除尘器的压力损失，主要靠实验确定。压力降一般为500~2000Pa。 • 2）分割粒径（cut point) d50是反映旋风除尘器除尘性能的一项重要指标，是指除尘器分级效率为50％的粒子直径，也叫分离粒度。是分级效率曲线上的重要一点，也是选择旋风分离器的关键参数。分离粒度的物理意义，直观地讲可以用来表征一个旋风分离器所能达到的分离效果。即粒径大小为d50的颗粒经旋风分离器分离后，有50％的颗粒进入气流中带出，另50％进入底流中以固体分离，而大于此粒径的颗粒多半进入底流，小于此粒径的颗粒多半进入气流。

6 湿式除尘器 • 湿式除尘器是利用水滴或其他液体洗涤含尘气体，使尘粒被粘附、凝聚进而从气流中分离的除尘装置。 • 湿式除尘器分为低能耗和高能耗两类。 • 低耗能湿式除尘器的压力损失为200～1500Pa； • 高能耗湿式除尘器如文丘里除尘器压力损失范围为2500～9000Pa。

6.1 湿式除尘器的原理 • 1.尘粒与液滴间的惯性碰撞 • 2.扩散效应 • 3.粘附作用 • 4.凝聚作用 • 惯性碰撞和扩散效应是湿式除尘的主要机理。

液滴的惯性捕尘

6.2 水膜除尘器 • 捕尘原理：利用水膜捕集尘粒 • 常用的水膜除尘器有管式水膜除尘器和旋风水膜除尘器。 1.立式旋风水膜除尘器 (CLS型，麻石旋风水膜除尘器) 2.卧式旋风水膜除尘器 3.管式水膜除尘器

立式旋风水膜除尘器1-含尘气体入口，2-除尘后气体出口，3-水管立式旋风水膜除尘器1-含尘气体入口，2-除尘后气体出口，3-水管

卧式旋风水膜除尘器1-螺旋导流叶片，2-外筒，3-内筒，4-水槽，5-通道高度卧式旋风水膜除尘器1-螺旋导流叶片，2-外筒，3-内筒，4-水槽，5-通道高度

6.3 文丘里除尘器 文丘里洗涤器由文丘里管和脱水装置两部分组成。文丘里管包括进气管、收缩管、喉管和渐扩管这几部分。

文丘里洗涤器的主要工作原理是惯性碰撞

装置名称 气体流速（m/s）液气比（l/m3）压力损失（Pa）分割直径（μm）喷淋塔 0.1－2 2－3 100－500 3.0 填料塔 0.5－1 2－3 1000－2500 1.0 旋风洗涤器 15－45 0.5－1.5 1200－1500 1.0 转筒洗涤器（300－750r/min） 0.7－2 500－1500 0.2 冲击式洗涤器 10－20 10－50 0－150 0.2 文丘里洗涤器 60－90 0.3－1.5 3000－8000 0.1 • 主要湿式除尘装置的性能和操作范围

7 过滤式除尘器 • 过滤式除尘器是使含尘气流通过多孔过滤介质将粉尘分离捕集的装置。 • 1)按滤料种类、结构和用途可分为袋式除尘器、颗粒层除尘器和空气过滤器。 • 2)根据粉尘粒子在除尘器重被捕获的位置不同可分为内部过滤和外部过滤两种形式。 • 过滤式除尘器的滤尘机制包括筛滤、惯性碰撞、拦截作用、扩散作用、静电及重力沉降作用等。

7.1 布袋的除尘机理1-布袋纤维,2-粉尘,3-惯性碰撞,4-扩散效应,5-截留效应,6-重力沉降,7-流线

过滤式除尘器的性能 • 1）过滤速度，是影响除尘器性能的主要因素之一。过滤速度指气体通过滤料的平均速度（也称比负荷）. • 气体过滤速度v=Q/A， Q表示通过滤除尘器的处理气量，(m3/s)； A表示滤料的过滤面积，m2。 • 气体通过过滤层的真实速度vp=v/εp。 εp为粉尘层的平均空隙率，一般为0.8～0.95。 • 2）除尘效率

7.2袋式除尘器 • 含尘气体通过滤袋(也称布袋)滤去其中尘粒的除尘装置。优点： • (1)除尘效率高。 • (2)处理气体量范围大。 • (3)适应性强。 • (4)结构简单，使用灵活。 • (5)运行稳定可靠，操作维护简单。袋式除尘器的应用主要受滤布的耐高温、耐腐蚀的影响。目前一般滤布的使用温度小于300℃。不适于净化粘结和吸湿性强的含尘气体。

袋式除尘器的滤布 • 滤布的性能，主要指过滤效率、透气性和强度等，这些都与滤布材质和结构有关。对滤布的要求： • ①容尘量大； • ②透气性好，压力损失小； • ③抗皱折、耐磨、耐温和耐腐蚀性好，机械强度高； • ④吸湿性小，易清灰； • ⑤使用寿命长，成本低。 • 按滤布的材质分，有天然纤维、无机纤维和合成纤维等。 • 按滤布的结构分，分织物滤布和毛毡两类。 • 按滤布的织法分，有平纹布、斜纹布和缎纹布三种。

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 袋式除尘器的滤料性能

袋式除尘器的结构型式 • 按滤袋截面形状分，有圆筒形和扁平形。 • 按含尘气流通过滤袋的方向分，有内滤式和外滤式 • 除尘器的进气口布置有上进气和下进气两种方式 • 常用的清灰方式振动滤料以使沉积的粉尘脱落，称为机械振动式；利用气流反吹沉积粉尘，称为逆气流清灰；用压缩空气喷吹称为脉冲喷吹清灰。

圆筒形袋式除尘器扁平形袋式除尘器

多袋式除尘器

a.机械振动式，b. 逆气流清灰式，c. 气环反吹风式，d. 脉冲喷吹式

机械振动袋式除尘器 逆气流反吹袋式除尘器

除尘器名称 全效率（％）不同粒径（μm）时的分级效率（％） 0－5 5－10 10－20 10－44 >44 带挡板的沉降室 58.6 7.5 22 43 80 90 普通的旋风除尘器 65.3 12 33 57 82 91 长锥体旋风除尘器 84.2 40 79 92 99.5 100 喷淋塔 94.5 72 96 98 100 100 电除尘器 97.0 90 94.5 97 99.5 100 文丘里除尘器（＝7.5kPa） 99.5 99 99.5 100 100 100 袋式除尘器 99.7 99.5 100 100 100 100 8 除尘器的合理选择 • （1）选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放浓度 • （2）粉尘的物理性质对除尘器性能具有较大的影响

（2）粒径范围

（3）气体的含尘浓度 • 气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒 • （4）气体温度和其它性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素 • 高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器 • 烟气中同时含有SO2、NO等气态污染物，可以考虑采用湿式除尘器，但是必须注意腐蚀问题 • （5）选择除尘器时，必须同时考虑捕集粉尘的处理问题

设备投资费用运行费用高效旋风除尘器 100 100 袋式除尘器 250 250 电除尘器 450 150 塔式洗涤器 270 260 文丘里洗涤器 220 500 • （6）其他因素 • 设备的位置，可利用的空间，环境条件 • 设备的一次投资（设备、安装和工程等）以及操作和维修费用

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