第三節(jié) 顆粒物污染控制技術(shù)

除塵裝置

Adustcollectorisasystemusedtoenhancethequalityofairreleasedfromindustrialprocessesbycollectingdustandotherimpuritiesfromairorgas.Designedtohandlehigh-volumedustloads,adustcollectorsystemconsistsofablower,dustfilter,afilter-cleaningsystem,anddustremovalsystem.機(jī)械除塵器Inertialseparators電除塵器Electrostaticprecipitators濕式除塵器Wetscrubbers袋式除塵器Fabricfilters一.機(jī)械除塵器機(jī)械除塵器Inertialseparatorsseparatedustfromgasstreamsusingacombinationofforces,suchascentrifugal離心力,gravitational重力,andinertial慣性力.Theseforcesmovethedusttoanareawheretheforcesexertedbythegasstreamareminimal.Theseparateddustismovedbygravityintoahopper,whereitistemporarilystored.重力沉降室Settlingchambers慣性除塵器Inertialseparators旋風(fēng)除塵器Cyclonicseparation1.重力沉降室Settlingchambers重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置Asettlingchamberconsistsofalargeboxinstalledintheductwork.Theincreaseofcrosssectionareaatthechamberreducesthespeedofthedust-filledairstreamandheavierparticlessettleout.氣流進(jìn)入重力沉降室后，流動(dòng)截面積擴(kuò)大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降層流式和湍流式兩種層流式重力沉降室沉降室的長(zhǎng)寬高分別為L(zhǎng)、W、H，處理煙氣量為Q

塵粒從沉降室頂部到底部所需時(shí)間沉降室內(nèi)的停留時(shí)間層流式重力沉降室對(duì)于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?層流式重力沉降室提高沉降室效率的主要途徑降低沉降室內(nèi)氣流速度增加沉降室長(zhǎng)度降低沉降室高度沉降室內(nèi)的氣流速度一般為0.3～2.0m/s不同粉塵的最高允許氣流速度層流式重力沉降室多層沉降室：使沉降高度減少為原來(lái)的1/（n+1），其中n為水平隔板層數(shù)

考慮清灰的問題，一般隔板數(shù)在3以下多層沉降室1.錐形閥；2.清灰孔；3.隔板1.重力沉降室重力沉降室的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單投資少壓力損失小（一般為50～100Pa）維修管理容易缺點(diǎn)體積大效率低，50μm以上的大顆粒僅作為高效除塵器的預(yù)除塵裝置，除去較大和較重的粒子2.慣性除塵器BafflechamberBafflechambersuseafixedbaffleplatethatcausestheconveyinggasstreamtomakeasuddenchangeofdirection.Large-diameterparticlesdonotfollowthegasstreambutcontinueintoadeadairspaceandsettle.Bafflechambersareusedasprecleaners機(jī)理沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，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

慣性除塵器結(jié)構(gòu)形式?jīng)_擊式－氣流沖擊擋板捕集較粗粒子回轉(zhuǎn)式－改變氣流方向捕集較細(xì)粒子沖擊式慣性除塵裝置a單級(jí)型b多級(jí)型回轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置a彎管型b百葉窗型c多層隔板型慣性除塵器應(yīng)用一般凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵凈化效率不高，一般只用于多級(jí)除塵中的一級(jí)除塵，捕集10～20μm以上的粗顆粒壓力損失100～1000Pa3.旋風(fēng)除塵器

CentrifugalcollectorsCentrifugalcollectorsusecyclonicactiontoseparatedustparticlesfromthegasstream.Inatypicalcyclone,thedustgasstreamentersatanangleandisspunrapidly.Thecentrifugalforcecreatedbythecircularflowthrowsthedustparticlestowardthewallofthecyclone.Afterstrikingthewall,theseparticlesfallintoahopperlocatedunderneathAhighspeedrotating(air)flowisestablishedwithinacylindrical圓柱形orconical圓錐形containercalledacyclone.Airflowsinahelical螺旋形pattern,beginningatthetop(wideend)ofthecycloneandendingatthebottom(narrow)endbeforeexitingthecycloneinastraightstreamthroughthecenterofthecycloneandoutthetop.Larger(denser)particlesintherotatingstreamhavetoomuchinertiatofollowthetightcurveofthestream,andstriketheoutsidewall,thenfalltothebottomofthecyclonewheretheycanberemoved.Inaconicalsystem,astherotatingflowmovestowardsthenarrowendofthecyclone,therotationalradius旋轉(zhuǎn)半徑ofthestreamisreduced,thusseparatingsmallerandsmallerparticles.利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置

旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)普通旋風(fēng)除塵器是由進(jìn)氣管、筒體、錐體和排氣管等組成

氣流沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：外渦旋

少量氣體沿徑向運(yùn)動(dòng)到中心區(qū)域

旋轉(zhuǎn)氣流在錐體底部轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)：內(nèi)渦旋

氣流運(yùn)動(dòng)包括切向、軸向和徑向：切向速度、軸向速度和徑向速度

旋風(fēng)除塵器氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)切向速度決定氣流質(zhì)點(diǎn)離心力大小，顆粒在離心力作用下逐漸移向外壁到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗上渦旋－氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，一部分氣流帶著細(xì)小的塵粒沿筒壁旋轉(zhuǎn)向上，到達(dá)頂部后，再沿排出管外壁旋轉(zhuǎn)向下，最后從排出管排出旋風(fēng)除塵器影響旋風(fēng)除塵器效率的因素

二次效應(yīng)－被捕集粒子的重新進(jìn)入氣流在較小粒徑區(qū)間內(nèi)，理應(yīng)逸出的粒子由于聚集或被較大塵粒撞向壁面而脫離氣流獲得捕集，實(shí)際效率高于理論效率在較大粒徑區(qū)間，粒子被反彈回氣流或沉積的塵粒被重新吹起，實(shí)際效率低于理論效率通過環(huán)狀霧化器將水噴淋在旋風(fēng)除塵器內(nèi)壁上，能有效地控制二次效應(yīng)臨界入口速度旋風(fēng)除塵器影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）比例尺寸在相同的切向速度下，筒體直徑愈小，離心力愈大，除塵效率愈高；筒體直徑過小，粒子容易逃逸，效率下降。錐體適當(dāng)加長(zhǎng)，對(duì)提高除塵效率有利排出管直徑愈少分割直徑愈小，即除塵效率愈高；直徑太小，壓力降增加，一般取排出管直徑de=（0.4～0.65）D。旋風(fēng)除塵器排出管以下部分的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)接近或等于l，筒體和錐體的總高度以不大于五倍的筒體直徑為宜。

旋風(fēng)除塵器影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）除塵器下部的嚴(yán)密性在不漏風(fēng)的情況下進(jìn)行正常排灰

鎖氣器(a)雙翻板式(b)回轉(zhuǎn)式

旋風(fēng)除塵器影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）煙塵的物理性質(zhì)氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣含塵濃度

旋風(fēng)除塵器影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）操作變量提高煙氣入口流速，旋風(fēng)除塵器分割直徑變小，除塵器性能改善入口流速過大，已沉積的粒子有可能再次被吹起，重新卷入氣流中，除塵效率下降

a.直入切向進(jìn)入式b.蝸殼切向進(jìn)入式c.軸向進(jìn)入式旋風(fēng)除塵器影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）進(jìn)口和出口形式切入式蝸殼式軸向式

3.旋風(fēng)除塵器優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單占地面積小、投資少、操作維修方便壓力損失中等、動(dòng)力損失不大適用于高溫、高壓及有腐蝕性的氣體，并可直接回收干物質(zhì)一般用于捕集5~15μm以上的顆粒物，除塵效率可大80%。缺點(diǎn)：對(duì)粒徑小于5μm的顆粒物捕集效率不高。二.靜電除塵器ElectrostaticPrecipitator旋風(fēng)除塵器對(duì)于

dp<5μm的粒子效率低，必須借助外力（電場(chǎng)力等）捕集更小的粒子使塵粒荷電并在電場(chǎng)力的作用下沉積在集塵極上與其他除塵器的根本區(qū)別在于，分離力直接作用在粒子上，而不是作用在整個(gè)氣流上具有耗能小、氣流阻力小的特點(diǎn)Anelectrostaticprecipitator(ESP)isafiltrationdevicethatremovesfineparticles,likedustandsmoke,fromaflowinggasusingtheforceofaninducedelectrostaticchargeminimallyimpedingtheflowofgasesthroughtheunit.Electrostaticprecipitatorsuseelectrostaticforces靜電力toseparatedustparticlesfromexhaustgases.Anumberofhigh-voltage高電壓,direct-current直流電dischargeelectrodes電極areplacedbetweengroundedcollectingelectrodes.Thecontaminatedgasesflowthroughthepassageformedbythedischargeandcollectingelectrodes.Theairborneparticlesreceiveanegativecharge負(fù)電荷astheypassthroughtheionizedfieldbetweentheelectrodes.Thesechargedparticles帶電顆粒arethenattractedtoagroundedorpositivelychargedelectrodeandadheretoit.電除塵器電除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)壓力損失小，一般為200～500Pa處理煙氣量大，可達(dá)105～106m3/h能耗低，大約0.2～0.4kWh/1000m3對(duì)細(xì)粉塵有很高的捕集效率，可高于99％可在高溫或強(qiáng)腐蝕性氣體下操作1.電除塵器的工作原理四個(gè)基本過程電暈放電懸浮粒子荷電－高壓直流電暈帶電粒子在電場(chǎng)內(nèi)遷移和捕集－延續(xù)的電暈電場(chǎng)（單區(qū)電除塵器）或光滑的不放電的電極之間的純靜電場(chǎng)（雙區(qū)電除塵器）捕集物從集塵表面上清除－振打除去接地電極上的粉塵層并使其落入灰斗電暈放電金屬絲放出的電子迅速向正極移動(dòng)，與氣體分子撞擊使之離子化氣體分子離子化的過程又產(chǎn)生大量電子－雪崩過程遠(yuǎn)離金屬絲，電場(chǎng)強(qiáng)度降低，氣體離子化過程結(jié)束，電子被氣體分子捕獲氣體離子化區(qū)域－電暈區(qū)自由電子和氣體負(fù)離子是粒子荷電的電荷來(lái)源粒子荷電兩種機(jī)理電場(chǎng)荷電或碰撞荷電－離子在靜電力作用下做定向運(yùn)動(dòng)，與粒子碰撞而使粒子荷電擴(kuò)散荷電－離子的擴(kuò)散現(xiàn)象而導(dǎo)致的粒子荷電過程；依賴于離子的熱能，而不是依賴于電場(chǎng)

粒子的主要荷電過程取決于粒徑大于0.5m的微粒，以電場(chǎng)荷電為主小于0.15m的微粒，以擴(kuò)散荷電為主介于之間的粒子，需要同時(shí)考慮這兩種過程。荷電粒子的遷移與沉積荷電粒子在電場(chǎng)力作用下，將朝著與其電性相反的集塵極移動(dòng)。顆粒荷電越多，所處位置的電場(chǎng)強(qiáng)度越大，則遷移速度越大。比電阻小，造成二次飛揚(yáng)比電阻大，形成與集塵極電性相反的帶電積塵層被捕集粉塵的清除電暈極和集塵極上都會(huì)有粉塵沉積

粉塵沉積在電暈極上會(huì)影響電暈電流的大小和均勻性，一般方法采取振打清灰方式清除

從集塵極清除已沉積的粉塵的主要目的是防止粉塵重新進(jìn)入氣流在濕式電除塵器中，用水沖洗集塵極板在干式電除塵器中，一般用機(jī)械撞擊或電極振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)力清灰3.電除塵器結(jié)構(gòu)電暈電極集塵極清灰裝置氣流分布裝置電除塵器結(jié)構(gòu)－電暈電極電暈電極

常用的有直徑3mm左右的圓形線、星形線及鋸齒線、芒刺線等

電暈線的一般要求：起暈電壓低、電暈電流大、機(jī)械強(qiáng)度高、能維持準(zhǔn)確的極距、易清灰等

a.圓形線

b.星形線

c.鋸齒線

d.芒刺線電除塵器結(jié)構(gòu)－集塵極集塵極集塵極結(jié)構(gòu)對(duì)粉塵的二次揚(yáng)起，及除塵器金屬消耗量

（約占總耗量的40％～50%）有很大影響性能良好的集塵極應(yīng)滿足下述基本要求振打時(shí)粉塵的二次揚(yáng)起少單位集塵面積消耗金屬量低極板高度較大時(shí)，應(yīng)有一定的剛性，不易變形振打時(shí)易于清灰，造價(jià)低電除塵器結(jié)構(gòu)－清灰裝置機(jī)械振打、電磁振打、刮板清灰、水膜清灰等電除塵器結(jié)構(gòu)－氣流分布板電除塵器內(nèi)氣流分布對(duì)除塵效率具有較大影響為保證氣流分布均勻，在進(jìn)出口處應(yīng)設(shè)變徑管道，進(jìn)口變徑管內(nèi)應(yīng)設(shè)氣流分布板最常見的氣流分布板有百葉窗式、多孔板分布格子、槽形鋼式和欄桿型分布板三.袋式除塵器fabriccollectorsCommonlyknownasbaghouses,fabriccollectorsusefiltrationtoseparatedustparticulatesfromdustygases.Theyareoneofthemostefficientandcosteffectivetypesofdustcollectorsavailableandcanachieveacollectionefficiencyofmorethan99%forveryfineparticulates.Dust-ladengasesenterthebaghouseandpassthroughfabricbagsthatactasfilters.Thebagscanbeofwoven織物orfeltedcotton絨棉,synthetic合成的,orglass-fiber玻璃纖維materialineitheratubeorenvelopeshape.工作原理截留、慣性碰撞除塵器工作原理工作原理擴(kuò)散、電沉積除塵器工作原理工作原理篩分袋式除塵器采用纖維織物作濾料的袋式除塵器，在工業(yè)尾氣的除塵方面應(yīng)用較廣

對(duì)細(xì)粉的捕集效率高，一般可達(dá)99%以上性能穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)單，因而獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用袋式除塵器的工作原理含塵氣流從下部進(jìn)入圓筒形濾袋，在通過濾料的孔隙時(shí)，粉塵被捕集于濾料上沉積在濾料上的粉塵，可在機(jī)械振動(dòng)的作用下從濾料表面脫落，落入灰斗中粉塵因截留、慣性碰撞、靜電和擴(kuò)散等作

用，在濾袋表面形成粉塵層，常稱為粉層初層2.袋式除塵器的濾料對(duì)濾料的要求容塵量大、吸濕性小、效率高、阻力低使用壽命長(zhǎng)，耐溫、耐磨、耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度表面光滑的濾料容塵量小，清灰方便，適用于含塵濃度低、粘性大的粉塵，采用的過濾速度不宜過高表面起毛（絨）的濾料容塵量大，粉塵能深入濾料內(nèi)部，可以采用較高的過濾速度，但必須及時(shí)清灰

袋式除塵器的濾料濾料種類

按濾料材質(zhì)分天然纖維棉毛織物，適于無(wú)腐蝕、350～360K以下氣體無(wú)機(jī)纖維主要指玻璃纖維，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐高溫；質(zhì)地脆合成纖維性能各異，滿足不同需要，擴(kuò)大除塵器的應(yīng)用領(lǐng)域3.袋式除塵器的清灰

清灰是袋式除塵器運(yùn)行中十分重要的一環(huán)，多數(shù)袋式除塵器是按清灰方式命名和分類的常用的清灰方式有三種機(jī)械振動(dòng)式

Shaking逆氣流清灰Reverseair脈沖噴吹清灰Pulsejet袋式除塵器的清灰機(jī)械振動(dòng)清灰

機(jī)械振動(dòng)袋式除塵器的過濾風(fēng)速一般取1.0～2.0m/min，壓力損失為800－1200Pa袋式除塵器的清灰機(jī)械振動(dòng)清灰此類型袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)是工作性能穩(wěn)定，清灰效果較好缺點(diǎn)是濾袋常受機(jī)械力作用，損壞較快，濾袋檢修與更換工作量大清潔氣體出口灰斗濾袋清潔氣體一側(cè)含塵氣體入口固定孔板典型機(jī)械振動(dòng)式布袋除塵器袋式除塵器的清灰逆氣流清灰

過濾風(fēng)速一般為0.5～2.0m/min，壓力損失控制范圍1000～1500Pa

這種清灰方式的除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清灰效果好，濾袋磨損少，特別適用于粉塵粘性小，玻璃纖維濾袋的情況袋式除塵器的清灰脈沖噴吹清灰

利用4～7atm的壓縮空氣反吹，壓縮空氣的脈沖產(chǎn)生沖擊波，使濾袋振動(dòng)，粉塵層脫落必須選擇適當(dāng)壓力的壓縮空氣和適當(dāng)?shù)拿}沖持續(xù)時(shí)間

（通常為0.1一0.2s）每清灰一次，叫做一個(gè)脈沖，全部濾袋完成一個(gè)清灰循環(huán)的時(shí)間稱為脈沖周期，通常為60s袋式除塵器的清灰脈沖噴吹清灰清潔氣體脈沖氣體集流箱脈沖管濾袋含塵氣體入口隔膜閥管板進(jìn)氣柵板支撐框典型脈沖噴灰式布袋除塵器四.濕式除塵器

WetScrubbers使含塵氣體與液體

（一般為水）密切接觸，利用水滴和塵粒的慣性碰撞及其它作用捕集塵?；蚴沽皆龃蟮难b置

Dustcollectorsthatuseliquidareknownaswetscrubbers.Inthesesystems,thescrubbingliquid(usuallywater)comesintocontactwithagasstreamcontainingdustparticles.Greatercontactofthegasandliquidstreamsyieldshigherdustremovalefficiency可以有效地除去直徑為0.1～20μm的液態(tài)或固態(tài)粒子，亦能脫除氣態(tài)污染物高能和低能濕式除塵器低能濕式除塵器Low-energyscrubbers的壓力損失為0.2～1.5kPa，對(duì)10μm以上粉塵的凈化效率可達(dá)90％～95%高能濕式除塵器High-energyscrubbers的壓力損失為2.5～9.0kPa，凈化效率可達(dá)99.5％以上濕式除塵器的優(yōu)點(diǎn)

在耗用相同能耗時(shí)，比干式機(jī)械除塵器高。高能耗濕式除塵器清除0.1m以下粉塵粒子，仍有很高效率可與靜電除塵器和布袋除塵器相比，而且還可適用于它們不能勝任的條件，如能夠處理高溫，高濕氣流，高比電阻粉塵，及易燃易爆的含塵氣體在去除粉塵粒子的同時(shí)，還可去除氣體中的水蒸氣及某些氣態(tài)污染物。既起除塵作用，又起到冷卻、凈化的作用濕式除塵器的缺點(diǎn)

排出的污水污泥需要處理，澄清的洗滌水應(yīng)重復(fù)回用

凈化含有腐蝕性的氣態(tài)污染物時(shí)，洗滌水具有一定程度的腐蝕性，因此要特別注意設(shè)備和管道腐蝕問題不適用于凈化含有憎水性和水硬性粉塵的氣體寒冷地區(qū)使用濕式除塵器，容易結(jié)凍，應(yīng)采取防凍措施

Thereisalargevarietyofwetscrubbers;however,allhaveoneofthreebasicconfigurations:1.Gas-humidificationThegas-humidificationprocessagglomeratesfineparticles,increasingthebulk,makingcollectioneasier2.Gas-liquidcontact氣液接觸Thisisoneofthemostimportantfactorsaffectingcollectionefficiency.Theparticleanddropletcomeintocontactbyfourprimarymechanisms:a)Inertialimpaction慣性碰撞b)Interception攔截c)Diffusion擴(kuò)散d)Condensationnucleation凝結(jié)成核a)Inertialimpaction-Whenwaterdropletsplacedinthepathofadust-ladengasstream,thestreamseparatesandflowsaroundthem.Duetoinertia,thelargerdustparticleswillcontinueoninastraightpath,hitthedroplets,andbecomeencapsulated.b)Interception-Finerparticlesmovingwithinagasstreamdonothitdropletsdirectlybutbrushagainstandadheretothem.c)Diffusion-Whenliquiddropletsarescatteredamongdustparticles,theparticlesaredeposited沉積onthedropletsurfacesbyBrownianmovement,ordiffusion.Thisistheprincipalmechanisminthecollectionofsubmicrometre亞微米dustparticles.d)Condensationnucleation-Ifagaspassingthroughascrubberiscooledbelowthedewpoint露點(diǎn),condensationofmoistureoccursonthedustparticles.Thisincreaseinparticlesizemakescollectioneasier.3.Gas-liquidseparation氣液分離Regardlessofthecontactmechanismused,asmuchliquidanddustaspossiblemustberemoved.Oncecontactismade,dustparticulatesandwaterdropletscombinetoformagglomerates.Astheagglomeratesgrowlarger,theysettleintoacollector.The“cleaned”gasesarenormallypassedthroughamisteliminator除霧器(demisterpads)toremovewaterdropletsfromthegasstream.Thedirtywaterfromthescrubbersystemiseithercleanedanddischargedorrecycledtothescrubber.Dustisrem