凝并除塵.ppt

1、凝并,凝并的定義 凝并是微粒在外力作用下相互碰撞或黏附而聚結(jié)成較大顆粒的過程,凝并降塵機(jī)理,( 1) 凝并過程: 由于顆粒粒徑較小, 細(xì)顆粒在氣溶膠中的運(yùn)動(dòng)符合布朗運(yùn)動(dòng), 細(xì)顆粒在布朗力驅(qū)動(dòng)下對(duì)抗重力作用或靜電斥力作用相互碰撞并粘連在一起形成大顆粒, 使得顆粒的數(shù)量減小, 平均粒徑增大。( 2) 捕集過程: 部分細(xì)顆粒和粗顆粒碰撞后被粗顆粒捕集并附著在其上, 隨粒徑增大重力作用占主導(dǎo), 最終顆粒物沉降而被去除。,凝并作用分類,2 擾動(dòng)法,3 氣溶膠顆粒物增加法,1 布朗運(yùn)動(dòng)作用增強(qiáng)法,由于細(xì)微顆粒運(yùn)動(dòng)主要受布朗運(yùn)動(dòng)、重力、靜電斥力作用。當(dāng)布朗運(yùn)動(dòng)作用大于細(xì)微顆粒間靜電斥力作用時(shí)發(fā)生碰撞, 細(xì)微

2、顆粒將更宜碰撞粘在一起,粒徑增大后重力作用大于布朗運(yùn)動(dòng)作用出現(xiàn)凝并現(xiàn)象。此種方法主要有氣溶膠升溫法, 根據(jù)布朗運(yùn)動(dòng)的機(jī)理, 使氣溶膠升溫, 從而達(dá)到增加顆粒運(yùn)動(dòng)速度的目的, 同時(shí)可以引起氣溶膠的密度、濃度等發(fā)生變化。由于這類方法需要給氣體加溫, 因而適宜少量廢氣的處理, 對(duì)工業(yè)中產(chǎn)生的大量廢氣較難實(shí)現(xiàn)加溫, 而且投資比較大, 如果有適宜的熱流體可以考慮熱交換從而實(shí)現(xiàn)。,2 擾動(dòng)法,利用顆粒物粒徑不同, 及其在外加擾動(dòng)作用下顆粒物之間的速度增量差異, 促使顆粒物間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng), 提高細(xì)微顆粒間發(fā)生碰撞并粘的幾率。因此, 在氣溶膠管路中選取一段管路局部增加對(duì)氣溶膠的擾動(dòng)作用, 使顆粒物間發(fā)生相對(duì)運(yùn)

3、動(dòng)從而提高凝并作用效果。此類方法主要包括氣溶膠升溫法、聲波凝并法、脈動(dòng)排氣法和電凝并法等。,2.1 聲波凝并法,聲波凝并法就是利用聲場(chǎng)中的聲波帶動(dòng)空氣振動(dòng), 從而使粒徑、密度等不同性質(zhì)的顆粒發(fā)生不同振幅的振動(dòng), 使得振幅幅度較大的小粒子與振幅較小的大粒子相互碰撞并發(fā)生凝并。此外, 在聲輻射壓作用下, 粒子還會(huì)在聲駐波波腹上沉積凝并。此法適宜處理濃度較高且顆粒粒徑較大的氣體; 但對(duì)低濃度、含呼吸性粉塵的氣體, 處理時(shí)間長(zhǎng)、能耗大, 且效率不高。,細(xì)顆粒物聲凝并的機(jī)理,目前的研究認(rèn)為聲凝并機(jī)理除了顆粒凝并過程中普遍存在的布朗擴(kuò)散、重力沉積外，還有同向運(yùn)動(dòng)、流體力學(xué)作用、聲致湍流等重要機(jī)理。,2.1

4、.1 同向運(yùn)動(dòng),根據(jù)聲波夾帶理論，處于聲場(chǎng)中的細(xì)顆粒物受聲波夾帶作往復(fù)振動(dòng)，粒徑與密度較大的顆粒由于慣性較大，振幅較小；與此相反，粒徑與密度較小的顆粒，振幅較大。這種由于聲波對(duì)不同粒徑和密度顆粒的夾帶程度不同而引起的凝并，稱為同向運(yùn)動(dòng)凝并。,2.2.2 流體力學(xué)作用,流體力學(xué)作用是指由于流體力學(xué)作用力和顆粒周圍流場(chǎng)的非對(duì)稱性產(chǎn)生的顆粒相互作用。流體力學(xué)作用機(jī)理能夠存在于間距大于聲波夾帶位移的顆粒之間，同時(shí)被認(rèn)為是單分散顆粒凝并的主要原因，其又可分為聲尾流機(jī)理和互輻射壓力機(jī)理。,聲尾流,聲尾流作用是由Ossen 流中運(yùn)動(dòng)顆粒周圍流場(chǎng)的非對(duì)稱性引起的。兩個(gè)距離較近的顆粒受聲波夾帶而發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，前一

5、顆粒之后形成尾流效應(yīng)，后一顆粒受此影響速度增加，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中靠近、接觸，進(jìn)而凝并在一起。,互輻射壓力,聲輻射壓力是由于聲波向顆粒傳遞動(dòng)量對(duì)顆粒產(chǎn)生的非線性效應(yīng)。在聲輻射壓力作用下，顆粒向駐波聲場(chǎng)的波腹或波節(jié)點(diǎn)漂移，漂移方向取決于顆粒粒徑和密度?；ポ椛鋲毫κ侵赣稍肷洳ê蜕⑸洳ǖ姆蔷€性效應(yīng)引起的相鄰兩顆粒的相互作用。由于互輻射壓力使顆粒靠近并凝并在一起的機(jī)制被稱為互輻射壓力作用機(jī)理,2.2.3.聲致湍流,當(dāng)聲場(chǎng)強(qiáng)度超過一定值之后，流場(chǎng)呈現(xiàn)劇烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和高頻脈動(dòng)，這種由于強(qiáng)聲波的非線性效應(yīng)引起的流體湍動(dòng)，使得細(xì)顆粒物之間相互靠近并發(fā)生凝并的相互作用機(jī)理稱為聲致湍流凝并機(jī)理。,2.2 脈動(dòng)排氣法,

6、脈動(dòng)排氣法是利用柴油機(jī)排氣的脈動(dòng)特點(diǎn), 氣溶膠的脈動(dòng)帶動(dòng)微粒也隨之脈動(dòng), 微粒粒徑越大, 則其脈動(dòng)速度的幅值越小、相位滯后越多, 而粒徑越小, 脈動(dòng)速度的幅值越大、相位滯后越少, 從而造成顆粒間相對(duì)運(yùn)動(dòng), 發(fā)生碰撞凝并。寧智等根據(jù)柴油機(jī)排氣特 點(diǎn), 建立了脈動(dòng)排氣中氣固兩相流動(dòng)的微粒動(dòng)力學(xué)方程。從方程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)微粒粒徑差別越大, 脈動(dòng)速度的幅值和相位的差別越明顯, 加劇了微粒相互碰撞的機(jī)會(huì), 使得脈動(dòng)排氣中微粒的凝并成為可能。,2.3 電凝并法,電凝并法是指使顆粒經(jīng)異極性荷電后, 引入到加有高壓電場(chǎng)的凝并區(qū)中, 荷電塵粒在交變電場(chǎng)力作用下產(chǎn)生往復(fù)振動(dòng)( 造成顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及異性電荷的相互吸力

7、) 使得粒子相互碰撞、凝并。目前電凝并方法主要包括以下四種: 直流電場(chǎng)中異極性荷電粉塵的凝并; 直流電場(chǎng)中同極性荷電粉塵的凝并; 交變電場(chǎng)中同極性荷電粉塵的凝并以及交變電場(chǎng)中異極性荷電粉塵的凝并, 其中異極性荷電粉塵在交變電場(chǎng)中的凝并是提高電凝并速率的有效方法, 其裝置結(jié)構(gòu)如圖1 所示, 凝并顆粒最后在收塵區(qū)被捕集下來。,2,4,雙極荷電和靜電凝并,雙極荷電和靜電凝并裝置的基本原理雙極荷電裝置設(shè)正極荷電通道和負(fù)極荷電通道，各通道相間而隔，使得通過其中的粉塵分別荷正電，荷正電荷塵和和荷負(fù)電荷粉塵，本身就具有相互吸引的庫侖力作用，進(jìn)入交變電場(chǎng)后，分別向各自極性相反的極板移動(dòng)，這就煙氣中荷電粉塵相互

8、碰撞的幾率進(jìn)一步增加，使可吸入顆粒物凝并成大顆粒物，從而很好的進(jìn)入電除塵器中進(jìn)行捕集，降低可吸入顆粒物的排放水平，也提高了除塵效率。雙極荷電和靜電凝并裝置主要由三大部分組成：一部分是荷電段的荷電本體系統(tǒng)，它是實(shí)現(xiàn)氣體電離粉塵荷電的場(chǎng)所；另一部分是靜電凝并段的本體系統(tǒng)，它是實(shí)現(xiàn)荷電粉塵相互凝并的場(chǎng)所；還有一部分是雙極荷電和靜電凝并裝置的供電控制系統(tǒng)，是分別用于向荷電段電極提供高壓脈沖直流電源，和向靜電凝并段交變電場(chǎng)提供交變電壓的系統(tǒng)。,3 氣溶膠顆粒物增加法,氣溶膠顆粒物增加法是人為增加氣溶膠中顆粒物的數(shù)量, 減少氣溶膠中顆粒物間的距離, 以達(dá)到加大顆粒物間發(fā)生碰撞凝并機(jī)率的目的。增加的顆粒物按

9、照粒徑劃分可分為兩種: 一、增加與污染物顆粒間有較好親合性的小顆粒, 污染物顆粒與小顆粒易發(fā)生成核作用結(jié)成大顆粒物 ; 二、投加與污染物顆粒有較好親合性的大顆粒, 大顆粒吸附細(xì)小的污染顆粒物, 吸附后還能起到對(duì)污染顆粒網(wǎng)捕作用 。這類方法包括水霧法、投加大顆粒物法。,顆粒凝并過程中需要考慮的幾個(gè)因素,1 顆粒間彼此存在作用力情況下的凝并,氣溶膠顆粒在彼此的碰撞過程中, 會(huì)受到顆粒之間的分子勢(shì)力影響,尤其當(dāng)氣溶膠顆粒帶電、帶磁等情況, 其彼此之間的電場(chǎng)力或磁場(chǎng)力會(huì)大大的影響顆粒之間的碰撞。,2 顆粒的回彈 當(dāng)固體顆粒彼此之間發(fā)生碰撞時(shí), 并不是所有發(fā)生碰撞的顆粒都會(huì)發(fā)生凝并現(xiàn)象。在碰撞過程中, 顆粒的動(dòng)能會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化成變形能( 包括塑性變形能和彈性變形能) 。當(dāng)顆粒促使回彈的彈性變形能大于顆粒的粘著能時(shí), 顆粒就會(huì)發(fā)生回彈, 最終彼此分開。,3 顆粒自身屬性的影響,在顆粒的凝并過程中, 顆粒的