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大气复习第一章 绪论第一节 大气与大气污染的概念一、大气污染及其分类大气组成：干燥清洁的空气、水蒸气、各种杂质。干洁空气的主要组成%：氮气78氧气21氩气0.934二氧化碳0.033标况（273.15K，101325Pa）下干洁空气的平均分子量：28.966 密度：1.293kg/m3二、大气污染的定义由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了生态环境的现象。 福利：指与人类协调共存的生物、自然资源以及财产、器物等给人们带来的福利。三、全球性大气污染问题1、温室效应 2、臭氧层破坏 3、酸雨 （4、战争影响）第二节 大气污染物及其来源一、大气污染物按存在状态分： 气溶胶状态：TSP，PM10（注意：空气动力学当量直径） 气体状态： 一次污染物：SOX、NOX、COX、VOC、X 二次污染物（见下表，简单了解）一次大气污染物直接以原始形态排放入大气中并达到足够的排放量从而造成健康威胁的污染物。二次大气污染物指大气中的一次污染物通过化学反应生成的化学物质。 光化学烟雾光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下反应生成的多种污染物的混合物。光化学烟雾最具危害的两种物质是O3和PAN。二、排放源人为来源：交通、发电厂、工业过程、工业及生活燃料燃烧、垃圾焚烧自然来源：地理：火山、海洋；气象: 闪电；动物: 反刍动物；植物第三节 大气污染的危害细微颗粒物污染细颗粒物对人体健康和大气环境质量造成的危害要远比粗颗粒物大：a、细颗粒物本身可能是有毒、有害物质；b、细颗粒物易成为其它污染物的运载体和反应体；c、细颗粒物污染可导致能见度显著降低。酸沉降：是指某一平面上具有致酸潜势的物质的积累。致酸物质分为干和湿两种。温室气体：CO2、CH4、CFCS、N2O大气污染的危害包括：1.对人体健康的影响；2.对植物的伤害；3.对器物和材料的影响；4.对大气能见度的影响第四节 大气污染防治法规与标准体系1.中华人民共和国大气污染防治法：1987通过；1995-8-29第一次修订；2000年第二次修订2.大气环境质量标准体系GB30951996环境空气质量标准GB162971996大气污染物综合排放标准 第五节 大气污染控制技术及其发展1. 大气污染控制的含义从两方面理解：一方面是从立法角度，指用法律来限制或禁止污染物的扩散；另一方面，“控制”具有防止的意思。大气污染控制的重点是控制污染源。2. 废气排放控制系统：集气罩-管道-颗粒除尘器-气态污染物净化器-风机-烟道-烟囱3. 颗粒污染物控制机械式除尘器：通过质量力（重力、离心力）的作用除尘；过滤式除尘器；湿式除尘器；静电除尘器；4. 气态污染物控制吸收法、吸附法、冷凝法、燃烧法（直接燃烧、催化燃烧）第二章 燃烧与大气污染第一节 燃料的性质1.燃料的分类按物态分：固体燃料、液体燃料、气体燃料；按获得方法分：天然燃料、人工燃料燃料的最重要的两个属性热值：决定燃料的消耗量； 杂质：污染物产生的来源2. 煤的分类和组成煤的分类：褐煤、烟煤、无烟煤煤的成分分析：1、工业分析：测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。水分：包括外部水分和内部水分。灰分：煤中不可燃矿物质的总称。挥发分：煤在与空气隔绝的条件下加热分解出的可燃气体物质。固定碳：从煤中扣除以上三者后剩下的部分，是煤的主要可燃物质。2、元素分析：用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。煤的成分表示方法：收到基ar、空气干燥基ad、干燥基d、干燥无灰基daf （ 全部 除外部水分 除全部水分 除水分、灰分）第二节 燃料燃烧过程 1.影响燃烧过程的主要因素燃烧过程及燃烧产物 完全燃烧：CO2、H2O不完全燃烧： CO2、H2O 、CO、黑烟及其他部分氧化产物如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO。温度较高时，空气中的部分N可能被氧化成NO热力型NOx。燃料完全燃烧的条件（3T）（空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低炉温，增加热损失）温度条件：达到燃料的着火温度时间条件：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间燃料与空气的混合条件：燃料与氧充分混合，混合程度取决于空气的湍流度2. 燃料燃烧的理论空气量理论空气量：单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量。燃烧方程式：（不用背） 燃料重量 = 12x+1.008y+32z+16w 理论空气量：？需氧量空气过剩系数：实际空气量与理论空气量之比，以a表示。a通常1。空燃比（AF）:单位质量燃料燃烧所需要的空气质量。3. 燃烧过程中产生的污染物燃烧可能释放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CxHy、烟、飞灰、金属及其氧化物等。温度、燃料种类和燃烧方式对燃烧产物都有影响4、热化学关系式发热量：单位燃料完全燃烧时发生的热量变化，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同的情况下（通常为298K和1atm）的热量变化，称为燃料的发热量。单位kJ/kg（固体、液体燃料）或kJ/m3（气体燃料）。有高位、低位之分。高位发热量qH：包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热。低位发热量qL：是指燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时完全燃烧过程所释放的热量。第三节 烟气体积及污染物排放量计算理论烟气体积：在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积。以表示。烟气主要成分：CO2 、SO2 、N2和水蒸气。干烟气：烟气中除了水蒸气以外的部分。湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。 ？湿烟气体积Vs理论烟气体积？标准干烟气烟气体积和密度的校正（转化为标态n下（273K、1atm）的体积和密度，观测状态为S）过剩空气校正实际空气量 = （1+ a）（O2 + 3.78N2）完全燃烧：与理论空气量相比多a（O2+ 3.78N2） ？理论、实际烟气量（绿色笔部分）ppm到mg/m3的相互换算：第四节 燃烧过程中硫氧化物的形成 第五节 燃烧过程中颗粒物的形成1. 碳粒子的生成(积炭的生成)2. 燃煤烟尘的形成影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素煤质。烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：黑烟（未燃尽的碳粒）+飞灰：不可燃矿物质微粒第六节 燃烧过程中其他污染物的形成1. 有机污染物的形成；2. CO的形成；3. Hg的形成与排放；4. NOx的形成NOx的形成机理：燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx热力型NOx： 高温下N2与O2反应生成的NOx瞬时NOx：低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx第三章 大气污染气象学第一节 大气圈结构及气象要素一、 大气圈垂直结构大气圈可分为五层：对流层、平流层（含臭氧层）、中间层、暖层（电离层）、散逸层。二、 主要气象要素1、 气温指距地面1.5m高处的百叶窗中观测到的空气温度。单位一般用和热力学温度K。2、 气压气压是指大气的压强，单位Pa，1Pa=1N/m2。3、 气湿空气的湿度简称气湿，表示空气中水汽含量的多少。（1） 绝对湿度：在1 m3湿空气中含有的水汽质量kg，称为湿空气的绝对湿度。（2） 相对湿度：空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度之百分比，称为空气的相对湿度。（3） 含湿量：湿空气中1kg干空气所包含的水汽质量kg称为空气的含湿量。（4） 水汽体积分数：水汽在湿空气中所占的体积分量。对于理想气体来说，混合气体中某一气体的体积分数等于其摩尔分数。（5） 露点：在一定气压下空气达到饱和状态时的温度，称为空气的露点。4、 风向和风速风：气象上把水平方向的空气运动称为风。垂直方向的空气运动则称为升降气旋。风向：指风的来向。风速：是指单位时间内空气在水平方向运动的距离，单位用m/s或km/h表示。5、 云云：飘浮在空中的水汽凝结物。云高：是指云底距地面的高度。根据云底高度可分为：高云、中云、低云。云量：是指云遮蔽天空的成数。我国分为十份，国外分为八份。6、 能见度：是指视力正常的人在当时的天气条件下，能够从天空背景中看到或辨认出的目标物（黑色、大小程度）的最大水平距离，单位m或km。通常分十级。第二节 大气的热力过程二、气温的垂直变化1、大气的绝热过程与泊松方程大气的绝热过程：大气的升降运动总是伴有不同形式的能量交换。如果大气中某一空气块作垂直运动时与周围空气不发生热量交换，则将这样的状态变化过程称为大气的绝热过程。大气热力过程的微分方程：对于大气的绝热过程，上式为泊松方程，说明：绝热过程中气温的变化完全是由气压变化引起的。2、干绝热直减率干空气块（包括未饱和的湿空气块）绝热上升或下降单位高度（通常取100m）时，温度降低或升高的数值，称为干空气温度绝热垂直递减率，简称干绝热直减率，以表示。其定义式为： 3、位温：一干空气块绝热升降到标准气压（1000hPa）处所具有的温度成为它的位温，以表示。4、气温的垂直分布气温随高度的变化可以用气温垂直递减率来表示，简称气温直减率。气温直减率表示了对单位高度气温的变化值。若气温随高度增加是递减的，为正值。 大气中的温度层结有四种类型：气温随高度增加而递减，且，称为正常分布层结或递减层结。气温直减率接近等于1K/100m，即，称为中性层结。气温不随高度变化，即，称为等温层结。气温随高度增加而增加，即，成为气温逆转，简称逆温。三、大气稳定度1、概念：大气稳定度是指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。2、判别：由式可见，的符号决定了气块加速度a与其位移Z的方向是否一致，也就决定了大气是否稳定。若Z0，则有三种情况：时，a0，气块加速度与其位移方向相同，气块加速运动，大气不稳定。时，adAdM(2)筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度筛孔的大小用目表示每英寸长度上筛孔的个数(3)光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径 若球的体积为V，则dV=（6V/）1/3(4)沉降法斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同和沉降速度相等的圆球的直径空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（=1 g/cm3）的圆球的直径粒径的测定结果与颗粒的形状有关通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比s（s1时，近似于对数正态分布；n3时，更适合于正态分布在双对数坐标纸上用对判断是否符合RR分布，应为一条直线第二节 粉尘的物理性质1. 粉尘的密度单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙，而是粉尘自身所占的真实体积求得的密度真密度p呈堆积状态的粉尘（即粉体），它的堆积体积包括包括颗粒之间和颗粒内部的空隙体积，用此堆积体积计算的密度堆积密度b空隙率粉体颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比真密度：用在研究粉尘在气体中运动、分离和去除等方面。 堆积密度：用在贮仓或灰斗的容积确定等方面。2. 粉尘的安息角与滑动角安息角：粉尘从漏斗连续落到水平面上，自然堆积形成的圆锥体母线与水平面的夹角。（也称动安息角，35-55度）滑动角：自然堆积在光滑平板上的粉尘，随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角。（也称静安息角，40-55度）安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标。是设计除尘器尘斗（或粉料仓）的锥度及除尘管路或输尘管路倾斜角度的主要依据。安息角小，粉尘流动性好；安息角大，粉尘流动性差安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性。3. 粉尘的比表面积（公式）单位体积（或质量）粉尘所具有的表面积 式中：-粉尘的平均表面积，cm2；-粉尘的平均净体积，cm3；-粉尘的表面积-体积平均直径，cm以质量表示的比表面积式中：p 粉尘真密度，g/ cm3以堆积体积表示的比表面积4. 粉尘的含水率W粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分。含水率粉尘中所含水分质量与粉尘总质量（包括干粉尘与总质量）之比。含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性。吸湿现象：如果溶液上方的水蒸气分压小于周围气体的水蒸气分压，该物质将由气体中吸收水蒸气。平衡含水率：与气相的相对湿度相对应的粉尘含水率（尘粒上方水气分压=空气中水气分压）5. 粉尘的润湿性润湿性粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质。湿润性粉尘：当尘粒与液体接触时，接触面能扩大而相互附着。非湿润性粉尘：当尘粒与液体接触时，接触面趋于缩小而不能相互附着。润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降。润湿速度 式中：L20-润湿高度根据湿润速度将粉尘分为4类：绝对憎水、憎水、中等亲水、强亲水润湿性是选择湿式除尘器的主要依据湿润性好的亲水性（中等亲水、强亲水）粉尘可以选用。6. 粉尘的荷电性和导电性粉尘的荷电性通过高压电晕放电实现电除尘性天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷。荷电因素电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电。天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1/10。荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学组成有关。粉尘的导电性比电阻V-通过粉尘的电压，V；-粉尘层的厚度，cm；j-通过粉尘的电流密度，A/ cm2导电机制：高温（200以上），粉尘层的导电主要靠粉尘本体内部的电子和离子进行，这种本体导电占优势的粉尘比电阻体积比电阻；低温（100以下），粉尘层的导电主要靠粉尘表面吸附的水分或其他化学物质进行，这种表面导电占优势的粉尘比电阻表面比电阻；中间温度，同时起作用。比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围1041010 7. 粉尘的粘附性粘附和自粘现象：粉尘颗粒附着在固体表面上，或者颗粒彼此附着的现象，后者也称自粘现象。粘附力克服附着现象所需要的力（垂直作用于颗粒重心）粘附力分为3种：分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）；断裂强度表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积；根据断裂强度（Pa）将粉尘分4类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性；粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性。8. 粉尘的自燃性和爆炸性自燃：存放过程中自然发热 热量积累 达到燃点 燃烧自然发热的原因：氧化热、分解热、聚合热、发酵热。影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境粉尘发生爆炸必备的条件：（1）可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度最低可燃物浓度爆炸浓度下限；爆炸浓度上限（2）存在能量足够的火源第三节 净化装置的性能（计算）评价净化装置性能的指标n 技术指标处理气体流量漏风率（绝对差值） 风机在后：Q1Q2，为负压系统：物质不易扩散；保护风机净化效率 式中：S-污染物流量，g/s，S1=S2+S3；N-污染物浓度，g/m3N 其中，下角标N为标准态，由观测态（下角标为s）可以换算为标准态：总净化效率 , 不漏风时，通过率分级除尘效率由总效率求分级效率 分级效率求总效率分割粒径除尘效率为50的粒径压力损失 式中：-净化装置压损系数； v1-进口气流速度，m/s；-气体密度，kg/ m3n 经济指标：设备费、运行费、占地面积4. 多级串联的总净化效率总分级通过率总分级效率总除尘效率第四节 颗粒捕集的理论基础 除尘过程机理：对颗粒施加作用力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离。颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力（重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等）、流体阻力（最基本的作用力）、颗粒间相互作用力（颗粒浓度不高时可以忽略）1. 流体阻力FD 流体阻力形状阻力摩擦阻力，阻力的方向和速度向量方向相反式中：CD-由实验确定的阻力系数（无因此）；-气体密度，kg/ m3Api-颗粒在其运动方向上的投影面积。对于球形颗粒Ap=d2p/4u-颗粒与流体之间的相对运动速度，m/sdp-颗粒定性尺寸，对球形颗粒为其直径，m；-流体黏度，Pas（1） 层流区 (斯托克斯区域)（2）（3） 湍流区（牛顿区）当颗粒尺寸小到与气体分子平均自由程大小差不多时，颗粒开始脱离与气体分子接触，颗粒运动发生所谓 “滑动”。可将坎宁汉修正系数C引入斯托克斯定律。坎宁汉系数C与气体的温度、压力和颗粒大小有关：温度越高、压力越低、颗粒粒径越小，C值越大。在293K，101 325Pa下，C=1+0.165/ dp ，dp用单位m表示。弛豫时间：物理意义：由于流体阻力使颗粒的运动速度减小到它的初速度的1/e（约36.8%）时所需的时间。2. 重力沉降力平衡关系： 式中：FD-阻力，FG-重力，FB-浮力Stokes颗粒的重力沉降末端速度（当流体介质时气体时，忽略浮力影响）（m/s）Stokes直径（m）3. 离心沉降旋风除尘器力平衡关系： Fc-离心力；R-旋转气流流线半径，m；ut-R处气流的切向速度，m/sStokes颗粒的末端沉降速度uc正比于ut2，反比于R4静电沉降电除尘器力平衡关系静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用 表示，对于Stokes粒子：5惯性沉降惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素n 气流速度在靶周围的分布，用雷诺数ReD衡量n 颗粒运动轨迹，用Stokes数（颗粒的停止距离xs与捕集体直径Dc之比）描述n 颗粒对捕集体的附着，通常假定为100拦截n 直接拦截发生在颗粒距捕集体dp/2的距离内n 拦截效率用直接拦截比R表示，R=dp/Dc6扩散沉降随着粒径的减小，在相同时间内布朗扩散的平均位移比重力沉降距离大得多。扩散沉降效率取决于捕集体的质量传递皮克莱数Pe和雷诺数ReD。皮克莱数是由惯性力产生的颗粒的迁移量与布朗扩散产生的颗粒的迁移量之比，是捕集过程中扩散沉降重要性的量度，Pe越大，扩散沉降越不重要。对于大颗粒的捕集，布朗扩散的作用很小，主要靠惯性碰撞作用；对于很小的颗粒，碰撞的作用微乎其微，主要靠扩散沉降。在扩散碰撞和扩散沉降均无效的粒径范围内，捕集效率最低。第六章 除尘装置内容：1. 机械除尘器 2. 电除尘器 3. 湿式除尘器4. 过滤式除尘器第一节 机械除尘器机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置。常用的有：重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器1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。重力沉降室的优点：结构简单；投资少；压力损失小（一般为50100Pa）；维修管理容易缺点：体积大；效率低，一般仅能去除50um以上的大颗粒；仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子重力沉降室除尘效率的确定假定：通过沉降断面的水平气流速度分布是均匀的，并呈层流状态；在入口的断面处，粉尘分布均匀；在气流流动方向上，尘粒与气流速度相同。沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q 粒子在沉降室内的停留时间粒子捕集时间在t时间内粒子的沉降距离当tt，即 时，粒子被捕集该粒子的除尘效率对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子 由于沉降室内气流扰动和返混的影响，工程效率通常用分级效率的一半作为实际分级效率提高沉降室效率的主要途径 降低沉降室内气流速度 增加沉降室长度 降低沉降室高度(增设水平隔板多层沉降室) 效率提高（n+1）倍，n为水平隔板层数，考虑到多层沉降室清灰困难，一般限制n在3以下。沉降室内的气流速度一般为0.32.0m/s重力沉降室例题 例：已知烟气量Q=2800m3/h，烟气温度为150，烟气真实密度p=2100kg/m3，要求能除掉粒径dp=50um以上的颗粒，试设计一重力沉降室。解答：1. 烟气温度为150时，黏度=2.410-5Pas，2. 由Stokes终末沉降速度求得粒径为50um的颗粒沉降速度为3. 取室内流速v0=0.5m/s，高度H=1.5m，由式可得沉降室最小长度： 显然，沉降室过长。4. 若采用三层沉降室，取每层高 （总高1.2m） 则此时所需沉降室长度： 若取L=1.7m，则沉降室宽度为： 2惯性除尘器机理：沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离。结构形式：（1）冲击式气流冲击挡板捕集较粗粒子：a单级型 b多级型（2）反转式改变气流方向捕集较细粒子：a 弯管型 b 百叶窗型 c 多层隔板型应用：气速越高，气流方向转变角度越大，转变次数越多，净化效率越高，压损越大。 一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘 净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集1020m以上的粗颗粒 压力损失1001000Pa3旋风除尘器 利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置 结构形式 进气方式分：切向进入式（又分为直入式和蜗壳式） & 轴向进入式 气流组织分：回流式、直流式、平旋式和旋流式 多管旋风除尘器 常见的多管除尘器有回流式和直流式两种 旋风除尘器内气流与尘粒的运动（见图） 普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成； 气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋； 少量气体沿径向运动到中心区域； （与外涡旋旋转方向相同） 旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋； 气流运动包括切向、轴向和径向：切向速度、轴向速度和径向速度 切向速度决定气流质点离心力大小，颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁； 到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗； 上涡旋气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出。旋风除尘器内气流的切向速度和压力分布（见图） 内外涡旋的界面上气流切向速度最大； 交界圆柱面直径 d0 = ( 0.61.0 ) de , de 为排气管直径。 外涡旋的切向速度反比于旋转半径R的n次方内涡旋的切向速度正比于旋转半径R，比例常数为旋转角速度外涡旋轴向速度向下，内涡旋轴向速度向上。在内蜗旋随着气流逐渐上升，轴向速度不断增大，在排出管底部达到最大值旋风除尘器的压力损失 x：局部阻力系数 A：旋风除尘器进口面积 （入口处含尘浓度增高，压损下降）旋风除尘器的除尘效率计算分割直径是确定除尘效率的基础 在交界面上，离心力FC，向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD 若 FC FD ，颗粒移向外壁 若 FC FD ，颗粒进入内涡旋 当 FC = FD时，有50%的可能进入外涡旋，即除尘效率为50% 分割粒径dc影响旋风除尘器效率的因素 二次效应被捕集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获得捕集，实际效率高于理论效率 在较大粒径区间，粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起，实际效率低于理论效率 通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器内壁上，能有效地控制二次效应 比例尺寸 筒体直径：在相同的切向速度下，筒体直径愈小，离心力愈大，除尘效率愈高；筒体直径过小，粒子容易逃逸，效率下降。 锥体：锥体适当加长，对提高除尘效率有利 出口直径：排出管直径愈少分割直径愈小，即除尘效率愈高；直径太小，压力降增加，一般取排出管直径de=（0.40.65）D。 总高度：筒体和锥体的总高度以不大于五倍的筒体直径为宜。 除尘器下部的严密性 在不漏风的情况下进行正常排灰 烟尘的物理性质 气体的密度和粘度、尘粒的大小和比重、烟气含尘浓度 操作变量 提高烟气入口流速，旋风除尘器分割直径变小，除尘器性能改善 入口流速过大，已沉积的粒子有可能再次被吹起，重新卷入气流中，除尘效率下降 一般，选用的实际入口速度在1025m/s之间 第二节 电除尘器 n 旋风除尘器对于 dp 5m的粒子效率低，必须借助外力（电场力等）捕集更小的粒子 n 使尘粒荷电并在电场力的作用下沉积在集尘极上n 与其他除尘器的根本区别在于，分离力直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上n 具有耗能小、气流阻力小的特点电除尘器的主要优点 压力损失小，一般为200500Pa 处理烟气量大，可达105106m3/h 能耗低，大约0.20.4kWh/1000m3 对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99 可在高温或强腐蚀性气体下操作1. 电除尘器的工作原理 三个基本过程： 悬浮粒子荷电高压直流电晕 带电粒子在电场内迁移和捕集延续的电晕电场（单区电除尘器）或光滑的不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘器） 捕集物从集尘表面上清除振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗 2. 电晕放电（见右下示意图）n 高压直流电晕是使离子荷电的最有效办法。n 电晕过程：发生于活化的高压电极和接地极之间，电极之间的空间内形成高浓度的气体离子，含尘气流通过这个空间时，尘粒在百分之几秒的时间内因碰撞俘获气体离子而导致荷电。n 连续的电晕电场单区电除尘器；光滑的不放电电极之间的纯静电场双区电除尘器n 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，即正极移动，与气体分子撞击使之离子化，气体分子离子化的过程又产生大量电子雪崩过程n 自由电子能引起气体离子化区域电晕区n 自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源n 起始电晕电压开始产生电晕电流所施加的电压n 工业气体净化倾向于采用稳定性强，操作电压和电流高的负电晕极；n 空气调节系统采用正电晕极，好处在于其产生臭氧和氮氧化物的量低影响电晕特性的因素 电极的形状、电极间距离 气体组成、压力、温度l 不同气体对电子的亲合力、迁移率不同；l 不同类型气体形成的负离子在电场中迁移率不同l 气体温度和压力的不同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。l 电压波形 气流中要捕集的粉尘的浓度、粒度、比电阻以及在电晕极和集尘极上的沉积 3. 粒子荷电 n 两种机理 电场荷电或碰撞荷电离子在静电力作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电 扩散荷电离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程；依赖于离子的热能，而不是依赖于电场 n 粒子的主要荷电过程取决于粒径 大于0.5mm的微粒，以电场荷电为主 小于0.15mm的微粒，以扩散荷电为主 介于之间的粒子，需要同时考虑这两种过程。3.1 电场荷电（一般小于0.1s，可认为立刻饱和）粒子荷电 电荷累积 粒子场强增加 没有气体分子能够到达粒子表面，电荷饱和影响电场荷电的因素 粒径dp和介电常数 电场强度E0和离子密度N0 3.2 扩散荷电n 与电场电荷过程相反，不存在扩散荷电的最大极限值（根据分子运动理论，不存在离子动能上限） n 荷电量取决于离子热运动的动能、粒子大小和荷电时间 3.3 电场荷电和扩散荷电的综合作用处于中间范围 （0.150.5m）的粒子，需同时考虑电场荷电和扩散荷电根据Robinson的研究，简单地将电场荷电和扩散荷电的电荷相加，可近似地表示两种过程综合作用时的荷电量，与实验值基本一致。3.4 异常荷电现象 n 沉积在集尘极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极发生反电晕现象，破坏正常电晕过程； n 气流中微小粒子的浓度高时，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，严重抑制着电晕电流的产生； n 当含尘量大到某一数值时，电晕现象消失，尘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。 4. 荷电粒子的运动和捕集 4.1 驱进速度驱进速度与粒径和场强的关系（见右图）（当颗粒直径为250mm时，w与粒径成正比）4.2 捕集效率捕集效率一德意希公式 德意希公式的假定: 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 粒子进入除尘器后立即完成了荷电过程 忽略电风、气流分布不均匀、被捕集粒子重新进入气流等影响 捕集效率例题例：处理气量Q=55m3/s，集尘板面积为2500m2，气体流速为1.2m/s，为使粉尘的去除效率达到99%，求粉尘的最小驱近速度。（答案：0.1m/s）4.3 有效驱进速度n 当粒子的粒径相同且驱进速度不超过气流速度的1020时，德意希方程理论上才是成立的 n 作为除尘总效率的近似估算，应取某种形式的平均驱进速度n 有效驱进速度实际中常常根据在一定的除尘器结构型式和运行条件下测得的总捕集效率值，代入德意希方程式中反算出的相应驱进速度值，以e表示 （0.2-2m/s）5. 被捕集粉尘的清除 n 电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积 n 粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性，一般方法采取振打清灰方式清除 n 从集尘极清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉尘重新进入气流 在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板 在干式电除尘器中，一般用机械撞击或电极振动产生的振动力清灰6. 电除尘器结构n 除尘器类型 双区电除尘器通风空气的净化和某些轻工业部门 单区电除尘器控制各种工艺尾气和燃烧烟气污染 管式电除尘器用于气体流量小，含雾滴气体，或需要用水洗刷电极的场合 板式电除尘器为工业上应用的主要型式，气体处理量一般为2550m3/s以上n 电除尘器结构电晕电极n 电除尘器结构集尘极 集尘极结构对粉尘的二次扬起，及除尘器金属消耗量 （约占总耗量的4050%）有很大影响n 电除尘器结构高压供电设备n 电除尘器结构气流分布板 电除尘器内气流分布对除尘效率具有较大影响； 为保证气流分布均匀，在进出口处应设变径管道，进口变径管内应设气流分布板； 最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽形钢式和栏杆型分布板；7. 粉尘比电阻n 通常所需要的粉尘的最小导电率是10-10（/cm）-1 n 高比电阻粉尘导电率低于大约10-10（/cm）-1，即电阻率大于1010/cm的粉尘n 影响粉尘层比电阻除粒子温度和组成之外，还包括粒子大小和形状，粉尘层厚度和压缩程度，施加于粉尘层的电场强度等 n 在评价电除尘器的操作性能时应根据现场测得的粉尘比电阻数据 n 高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响 高比电阻粉尘会干扰电场条件，导致除尘效率下降 低于1010/cm时，比电阻几乎对除尘器操作和性能没有影响 比电阻介于10101011/cm之间时，火花率增加，操作电压降低 高于1011/cm时，产生明显反电晕n 粉尘比电阻对电除尘器除尘效率的影响 比电阻小（10-11），粉尘本身带有负电荷，可对其他粒子有排斥作用，并且有反电晕现象，导致去除率降低。n 克服高比电阻影响的方法 保持电极表面尽可能清洁 采用较好的供电系统 烟气调质l 增加烟气湿度，或向烟气中加入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使粒子导电性增加。最常用的化学调质剂是SO3 改变烟气温度l 向烟气中喷水，同时增加烟气湿度和降低温度 发展新型电除尘器 第三节 湿式除尘器使含尘气体与液体 （一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置。可以有效地除去直径为0.120m的液态或固态粒子，亦能脱除气态污染物。缺点： 含尘污水、污泥进行处置 气体若具腐蚀性，需采用防腐措施，费用增高。根据湿式除尘器的净化机理，大致分为重力喷雾洗涤器；旋风洗涤器；自激喷雾洗涤器；板式洗涤器；填料洗涤器；文丘里洗涤器机械诱导喷雾洗涤器 湿式除尘器的除尘机理 惯性碰撞参数与除尘效率 n 简化模型含尘气体与液滴相遇，在液滴前xd处开始绕过液滴流动，惯性较大的尘粒继续保持原来的直线运动。尘粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离为粒子的停止距离xs，若xs大于xd；尘粒和液滴就会发生碰撞。 当颗粒直径和密度确定以后，碰撞系数与液滴之间的相对速度成正比，而与液滴直径成反比； 对于液滴直径也不是越小越好，直径过小的液滴容易随气流一起运动，减小了液气相对运动速度。接触功率与除尘效率 n 接触功率理论：假定洗涤器除尘效率仅是系统总能耗的函数，与洗涤器除尘机理无关。分割粒径与除尘效率 n 分割粒径法：基于分割粒径能全面表示从气流中分离粒子的难易程度和洗涤器的性能。1喷雾塔洗涤器 n 除尘效率取决于：液滴大小、颗粒直径、液气比及气体性质。喷雾塔结构简单、压力损失小，操作稳定，经常与高效洗涤器联用捕集粒径较大的粉尘；严格控制喷雾的过程，保证液滴大小均匀，对有效的操作是很有必要。2旋风洗涤器 适用于处理烟尘量大和含尘浓度高的场合。n 干式旋风分离器内部以环形方式安装一排喷嘴，就构成一种最简单的旋风洗涤器n 喷雾作用发生在外涡旋区，并捕集尘粒，携带尘粒的液滴被甩向旋风洗涤器的湿壁上，然后沿壁面沉落到器底n 在出口处通常需要安装除雾器 中心喷雾旋风洗涤器 旋风水膜除尘器 l 喷雾沿切向喷向筒壁，使壁面形成一层很薄的不断下流的水膜l 含尘气流由筒体下部导入，旋转上升，靠离心力甩向壁面的粉尘为水膜所粘附，沿壁面流下排走 n 离心洗涤器净化dp5m的尘粒仍然有效n 适用于处理烟气量大，含尘浓度高的场合n 可单独使用，也可安装在文丘里洗涤器之后作脱水器n 由于气流的旋转运动，使其带水现象减弱n 可采用比喷雾塔更细的喷嘴3文丘里洗涤器高效除尘器系统的构成 文丘里洗涤器：收缩管， 喉管， 扩散管 除雾器 沉淀池 加压循环水泵就其断面形状：圆形文丘里除尘器；矩形文丘里除尘器除尘过程 （工作原理） 含尘气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，气流的压力能逐渐转变为动能； 在喉管入口处，气速达到最大，一般为50180m/s； 洗涤液 （一般为水）通过沿喉管周边均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和加速； 充分的雾化是实现高效除尘的基本条件。碰撞捕集效率随相对速度增加而增加，因此气流入口速度必须较高 高速气流的动能要用于雾化和加速液滴，因而压力损失大于其它湿式和干式除尘器第四节 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分类：空气过滤器：滤纸或玻璃纤维颗粒层除尘器：砂、砾、焦炭等颗粒物主要靠惯性碰撞、截留及扩散作用等。袋式除尘器：纤维织物n 采用纤维织物作滤料的袋式除尘器（主要讨论），在工业尾气的除尘方面应用较广 n 除尘效率一般可达99%以上n 效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用工作原理 截留、惯性碰撞 扩散、电沉积 筛分 n 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；n 新鲜滤料的除尘效率较低；n 粉尘初层形成后，成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率；n 随着粉尘在滤袋上积聚，滤袈两侧的压力差增大，会把已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降；n 除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，因此除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰；n 清灰不应破坏粉尘初层。清灰方式：机械振动式；逆气流清灰、脉冲喷吹清灰袋式除尘器除尘效率的影响因素 粉尘负荷 过滤速度 定义为烟气实际体积流量与滤布面积之比，也称气布比。 过滤速度是一个重要的技术经济指标。选用高的过滤速度，所需要的滤布面积小，除尘器体积、占地面积和一次投资等都会减小，但除尘器的压力损失却会加大。 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。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 通过袋式除尘器的压力损失主要由通过粉尘层（主要）的压力损失和通过洁净滤料层的压力损失决定袋式除尘器的滤料n 滤料种类 按滤料材质分 天然纤维；无机纤维；合成纤维 按滤料结构分 滤布（编织物）；毛毡： 19