文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .第四章 大氣污染的控制與治理第一節 顆粒污染物的分離方法大氣污染物主要來源于工業廢氣的排放，可以采用各種方法控制和治理廢氣。按廢氣來源分類可分為工藝生產尾氣治理方法、燃料燃燒廢氣治理方法、汽車尾氣治理方法等；按廢氣中污染物的物理形態可分為顆粒污染物治理(除塵)方法和氣態污染物治理方法。一、顆粒污染物的物理性質顆粒污染物的治理通常采用除塵技術。除塵技術是應用各種除塵裝置捕集分離氣溶膠中的固態顆粒。為了深入理解各種除塵機理，首先應了解顆粒污染物的各種物理性質，才能提高除塵的效果，正確掌握除塵系統的設計、選擇和運行操作。氣溶膠中包含固體顆粒和液體顆粒。根據除塵技術的需要，這里只介紹固體顆粒的主要性質。考慮到一般工程技術中的習慣，用“粉塵”一詞泛指固體顆粒。幾何特性顆粒污染物的幾何特性包括粉塵的粒徑、形狀、比表面積等。（1）粒徑。粉塵粒子的粒徑一般分為代表粒子群中各單個粒子大小的單一粒徑和代表由不同大小粒子組成的粒子群的平均粒徑，單位一般以 μm表示。1）單一粒徑。按不同的測定方法，如投影法、篩分法、沉降法等，有不同的定義及表示方法，除塵技術中常用的粒徑有：定向粒徑dF，也稱菲雷特(Feret)直徑，為各粒子平面投影圖中同一方向上的最大投影距離。斯托克斯粒徑 ds，系與被測粒子密度相同、終末沉降速度相等的球的直徑。粒子雷諾數 Re＜1時，按斯托克斯(Stokes)定律可得：4－1）式中 μ—流體的動力粘度， Pa·s；vs—粒子在重力場中的終末沉降速度， m/s；ρp及ρ—粒子及流體的密度， kg／m3。1文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .空氣動力學粒徑d，系在空氣中與被測粒子的沉降速度相等的單位密度3ap直徑。單位為微米(空氣)，記為μmA，計算式為，式中ρp單位為g／cm3。分割粒徑dc，也稱臨界粒徑，為某除塵器的分級效率為 50％時的粒徑。2）平均粒徑。如果由形狀和大小各異的粒子組成的實際粒子群與由均一的球形粒子組成的假想粒子群具有相同的某一物理性質， 則稱此球形粒子的直徑為實際粒子群的平均粒徑。 平均粒徑的計算方法有多種，如長度平均粒徑(算術平均粒徑)dlv31/3；＝∑nd/∑n；體積平均粒徑d＝∑(nd/∑n)質量平均粒徑dm43等，式中d為實際粒子群中不同粒子的粒徑，n為相應不同粒徑的＝∑nd/∑nd粒子個數。粒徑的計算方法應根據粉塵的理化性質和裝置的任務來確定。3）粒徑分布。某一粒子群中不同粒徑的粒子所占比例稱為粒徑分布，即指粒子的分散度。粒徑分布有粒數分布或質量分布，前者為粒子的個數百分數，后者用粒子的質量分數來表示。粒徑分布的表示方法有表格法、圖形法和函數法，常用的數學函數法有正態分布函數、對數分布函數、羅辛—拉姆勒（Rosin-Rammler）分布函數。除塵技術中多采用質量分布，通常有頻率分布、頻度分布以及篩上累積頻率分布三種：頻率分布（相對頻數）ω為粒徑dppp之間的粒子質量ΔM占粉塵試樣總質量M的質至d＋d量分數，定義為：（4－2）頻度分布（頻率密度）f為單位粒徑間隔寬度dp時的頻率分布，取pμm時粒子質量占d＝1粉塵試樣總質量的百分數，定義為：（4－3）頻率分布f達到最大值時相對應的粒徑 dd稱為眾徑。篩上累積頻率分布（篩上累積分布）Rs為大于某一粒徑dp的全部粒子質量占粉塵試樣總質量的質量分數，定義為：（4－4）反之，小于某一粒徑dp的全部粒子質量占粉塵試樣總質量的質量分數稱為篩下累計頻率分布（篩下累計分布）Rx，即：2文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .（4－5）篩上累計分布和篩下累計分布相等(Rs＝Rx50％)時的粒徑d50稱為中位徑，也是除塵技術中常用的一種表示粉塵粒徑分布特性的方法。頻度分布 f可用微分式表示，累計分布 R可用積分式表示。以上三種粒徑分布均可根據計算結果繪出頻率（或頻度）分布的直方圖，并按照各組粒徑間隔的平均粒徑值，可以得到一條光滑的分布曲線。2）形狀。大多數粒子實際上是不規則形狀，在測定粒徑及研究粒子在流體中的運動時，通常把粒子假定為球形，因此出現理論計算與實際現象不符。（3）比表面積。單位體積或質量的粉塵具有的總表面積稱為粉塵的比表面積，單位為 m2/m3或m2/kg。比表面表示粉塵粒子群總體的細度，通常影響粉塵的潤濕性和粘附性，用于研究通過粉塵層的流體阻力以及化學反應、傳質、傳熱等現象。粉塵粒子越細，比表面積越大，其物理和化學活性越顯著，通過顆粒層的流體阻力也隨之增大。2.密度單位體積粉塵的質量稱為粉塵的密度，單位為 kg/m3。粉塵在不同的產生情況和實驗條件具有不同的密度值，因此粉塵的密度分為真密度和堆積密度。 粉塵的真密度是指將吸附在粉塵粒子凹凸表面、內部空隙以及粒子之間的空氣排除以后測得顆粒自身的密度，用符號 ρp表示；堆積密度是指包括粉塵粒子內部空隙和粉體粒子之間氣體空間在內的粉體密度，用符號 ρb表示。粉塵的真密度與堆積密度之間存在如下關系：（4－6）式中，ε為空隙率，是指粉塵之間的空隙體積與包含空隙和粉體在內的總體積之比。 可見，對同一種粉塵而言，ρb＜ρp。如硅酸鹽水泥塵（0.7～91μm），其ρp＝3.12kg/cm3，ρb＝1.50kg/cm3；煤燃燒產生的飛灰粒子（0.7～5.6μm），其ρp＝2.20kg/cm3，ρb＝1.07kg/cm3。對一定種類的粉塵， ρp為定值，而ρb則隨ε而變化。ε值與粉塵種類、粒徑、充填方式等因素有關。粉塵越細，吸附的空氣就越多，則 ε值愈大；在擠壓或振動過程中充填， ε值減小。粉塵的真密度應用于研究粉塵粒在廢氣中的運動以及除塵方式的選擇，而堆積密度則用在灰斗容積或倉儲的確定等方面。3.粘附性3文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .粉塵粒子附著在固體表面上或它們之間相互凝聚的可能性稱為粉塵的粘附性。 從微觀上看，粉塵之間產生的各種粘附力主要有分子力 （范德華力）、毛細力和靜電力(庫侖力)。通常，顆粒細小、表面粗糙且形狀不規則、含水量高且潤濕性好、含塵濃度高和荷電量大的粉塵，其粘附力增大。此外，粉塵粘附現象還與容器壁面粗糙度、周圍介質性質及粉塵的氣流運動狀況有關，如在光滑無可溶性和粘性物質的固體表面上和低速氣流中運動的粉塵粒子不易粘附，而在氣體中的塵粒粘附要比液體中強得多。粉塵由于粘性力的的作用，在相互碰撞中會導致塵粒的凝聚變大，有助于提高對粉塵的捕集。由于電除塵器或袋式除塵器的除塵效率在很大程度上依賴于收塵極或濾料上捕集粉塵的能力，因此粘性力的影響尤為突出。但在除塵設備或含塵氣流管道中，粉塵粘附在器壁上會造成裝置和管道的堵塞或引起故障，需要加以防范。潤濕性粉塵粒子與液體相互附著或附著難易程度稱為粉塵的潤濕性。粉塵的潤濕性取決于液體分子的表面張力，表面張力越小的液體對粉塵的浸潤性越強。例如，水的表面張力比酒精或煤油大，其對粉塵的浸潤就較差。因此，各種粉塵對液體具有不同的親和程度，當塵粒與液滴接觸時，如果能擴大接觸面而相互附著的粉塵稱為親水性粉塵，反之，接觸面趨于縮小而不能相互附著的粉塵則稱為疏水性粉塵。粒塵的潤濕性還與粉塵的粒徑大小、 理化性質及所處狀態等因素有關。 例如，石英的親水性好，但粉碎成粉末后親水能力就大為降低。一般來說，小于 5μm尤其是1μm以下的塵粒就難以被水潤濕。這是由于細粉的比表面積大， 對氣體有很強的吸附作用，表面存在著一層氣膜，只有當在塵粒與水滴之間以較高的相對速度運動而沖破氣膜時，才會相互附著。此外，粉塵的潤濕性還隨液體表面張力增大而減小，隨溫度降低而增大，隨壓力升高而增強。各種濕式技術中，粉塵的浸潤性是選擇除塵設備的主要依據之一。對于疏水性粉塵可加入某些浸潤劑(如皂角素等)，以減少固液之間的表面張力，增加粉塵的親水性。對于某些遇水易形成不溶于水的硬垢的粉塵，如水泥、石灰、白云石砂等，會造成設備和管道結垢或堵塞，故不宜采用濕式除塵技術。電性粉塵的電性主要有粉塵的荷電性及比電阻。1）荷電性。粉塵在其產生和運動過程中，由于碰撞、摩擦、放射線照射、電暈放電以及接觸帶電體等原因帶有一定的電荷稱為粉塵的荷電性。其中，有些粉塵帶負電荷，有些帶正電荷，還有一些不帶電荷。粉塵荷電后，某些物理性質，如凝聚性、附著性及在氣體中的穩定性等將發生改變，并增加對人體的危害。粉塵隨著比表面積增大、含水量減少及溫度升高，其荷電量增加。2）比電阻。粉塵的比電阻表現粉塵的導電性能，其表示方法和金屬導線相同，也用電阻率來表示，單位為Ω·cm。粉塵的比電阻除取決于它的化學成分外，還與測定條件有關，如溫度、4文檔來源為:從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.濕度以及粉塵的粒度和松散度等，僅是一種可以相互比較的表觀電阻率。粉塵的比電阻包括容積比電阻和表面比電阻：容積比電阻為粉塵依靠其內部的電子或離子進行的顆粒本體的容積導電；表面比電阻為粉塵依靠其表面因吸附水分或其他化學物質而形成的化學膜進行表面導電。對于電阻率高的粉塵，在較高溫度(＞200℃)時，以容積導電為主；在較低溫度(＜100℃)時，表面導電占主導地位；在中間溫度范圍內，粉塵的比電阻是兩種比電阻的合成，其值最高。比電阻是粉塵的重要特性之一，對電除塵器性能有重要影響。6.爆炸性可燃物形成粉塵(如硫礦粉、煤塵等)后，由于總表面積增加，粉體的表面自由能相應增加，從而提高了粉塵的化學活性。當粉塵達到自燃溫度時，在一定的條件下會轉化為燃燒狀態。如果在封閉空間內，可燃性懸浮粉塵的劇烈氧化燃燒會在瞬間產生大量的熱量和燃燒產物，當粉塵的放熱反應速度超過系統的排熱速度，將在空間內造成很高的壓力和溫度，形成化學爆炸。可燃性粉塵的的濃度只是在一定的范圍內才會發生爆炸，這一濃度稱為爆炸極限。能發生爆炸的粉塵最低濃度稱為爆炸下限，而其最高濃度稱為爆炸上限。低于爆炸下限或高于爆炸上限時的粉塵無爆炸危險，處于兩者之間的粉塵均屬于爆炸危險性粉塵。除塵裝置中通常只需考慮爆炸下限，因為一般粉塵的爆炸上限值很大，多數場合下難以達到。影響粉塵自燃和爆炸的因素很多。一般顆粒細小、分散度高、惰性塵粒 (不燃塵粒)少、濕度低以及含有揮發性可燃氣體的粉塵，其自燃和爆炸的可能性增大。此外，有些粉塵(如鎂粉、碳化鈣粉塵)與水接觸后會引起自然爆炸，對于這種粉塵不能采用濕式除塵方法，還有一些粉塵互相接觸或混合后（如溴與磷、鋅粉與鎂粉）也會發生爆炸。對于有爆炸和火災危險的粉塵，在進行除塵設計時，必須充分考慮粉塵自燃和爆炸性能，并對爆炸危險性粉塵采取必要的防范措施。安息角粉塵通過小孔連續落到水平板上，堆積成的錐體母線與水平面小于 90°的夾角稱為粉塵的安息角，也叫靜止角或堆積角。 安息角是粉塵的動力特性之一，用于評價粉塵的流動特性。安息角愈小，粉塵的流動性愈好，多數粉塵的安息角的平均值在35°左右。一般情況，粒徑大、表面光滑、接近球形、濕度低及粘性小的粉塵，其安息角減小。粉塵的安息角是設計除塵設備灰斗及管道傾斜度的主要依據。二、除塵過程機理除塵過程的機理就是含塵氣流在某種力的作用下使塵粒相對氣流產生一定的位移， 最終脫離氣流沉降于捕集表面。粒子沉積過程受到外力、流動阻力和相互作用力的作用，后者一般忽略不計。外力一般包括重力、慣性力、離心力、靜電力、磁力、熱力等。主要分離機理有以下幾種。重力分離在重力場的作用下，粒子在靜止流體中作自由沉降運動。假設粒子為球形，直徑為 dp。粒子受到重力Fw以及流體的浮升力 Fb和阻力Fd的共同作用，其合力為 F＝Fw―Fb―Fd，其中：5文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .（4－7）(4－8)3式中 ρp及ρ—粒子及流體的密度， kg／m；Cf—流體的阻力系數；v—粒子對流體的相對運動速度， m／s；2 2Ap—粒子垂直于氣流方向的投影面積，對于球形顆粒， Ap＝πdp/4，m。粒子在重力作用下，克服流體的浮升力和阻力從起始位置開始作加速下降運動，即 F＞0。由于流體阻力Fd隨加速沉降速度v的不斷增加大而增大，當Fd增大到使合力F＝0時，加速過程結束，塵粒開始作均速下降運動。此時的塵粒沉降速度達到了恒定的最大值vs，稱為終末沉降速度，簡稱沉降速度。由式（4－7）和(4－8)可得：(4－9)流體阻力系數 Cf隨流動狀態而變化，即與粒子雷諾數 Re＝vdpρ/μ有關，式中μ為流體的動力粘度，Pa·s。球形粒子 Cf的研究結果如下：(4－10)對處于不同流動區域的粒子，將相應的 Cf代入式(4－9)，得到三種流動狀況下的終末沉降速度。例如，對于 dp＝1～100μm的較小顆粒，一般處于層流區，其終末沉降速度為：(4－11)6Fc為：文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .sp2由式(4－11)可知，v∝d，越細小的粉塵，其沉降速度越小，則越難以分離；含塵氣流的溫度增高，其密度減小而粘度增加，沉降速度減小，也不易分離。式(4－1)的斯托克斯粒徑d即由s式(4－11)求解得到。此外，顆粒形狀、粒子的凝并、高濃度時顆粒之間相互作用、容器壁面等因素對顆粒的沉降也有影響。對實際工作中的非球形通常近似按球形粒子處理。2.離心分離離心分離是利用旋轉含塵氣流產生的離心力的作用使粒子與氣體分離的一種簡單而重要的分離方法。它可以產生比重力大得多的分離力，因此得到廣泛的應用。此外，離心力對慣性分離和慮料攔截起著重要作用。在離心力的作用下，粒子將產生垂直于切向的徑向運動，最終到達壁面而從氣流中分離出來。對處于斯托克斯區的球形粒子所受離心力(4－12)式中 vθ—旋轉半徑 r處氣流和粒子的切向速度， m／s；r—旋轉氣流流線的半徑， m；與重力分離相同，粒子沿徑向運動時受到流體向心的徑向阻力 Fd作用，該阻力可由(48)和(4－10)確定：(4－13)式中 vr—旋轉半徑 r處氣流和粒子的向心徑向速度， m／s。當Fc＝Fd，即離心力和向心阻力平衡時，粒子的終末離心沉降速度 vrs為：(4－14)式(4－14)與式(4－11)具有相同的形式，僅以離心加速度vθ2/r代替式(4－11)中的重力加速度g。由(4－14)可知，vrs除了與粒徑和含塵氣流溫度有關外，還受氣流的旋轉速度和旋轉半徑的影響。氣流的旋轉速度越高，旋轉半徑越小，其終末離心沉降速度 vrs越大，愈能分離細小的塵粒。慣性分離慣性分離是使含塵氣流沖擊在障礙物（如擋板）上，讓氣流方向突然轉變，塵粒則受慣性力作用與氣流分離，其分離機理如圖 4-1所示。當含塵氣流接近擋板時，流線將繞擋板急速拐彎。 慣7文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .性力較大的粗粒子d1首先離開氣流流線被分離出來，繼續沿著曲率較小的途徑向前運動，碰撞到擋板B1上而被捕集。這種分離方式不僅只存在慣性力的作用，同時還有離心力和重力的作用。當隨氣流攜帶的塵粒d2（d2＜d1）接近擋板B2時，氣流方向發生改變，產生離心力而被分離下來。假設塵粒d1處氣流的旋轉半徑為R1，切線速度為22/R1vθ，將R1替換式(4－14)中的r，即為與d1vθ成正比的離心分離速度。可見，增加粒子直徑（或質量）和切線速度（即初速），減小氣流的旋轉半徑（或圓形捕塵體直徑），離心分離作用增大，使慣性分離效果增強。4.截留分離質量很小的粒子，如果沒有離開流線而繞過捕塵體 (如液滴、纖維等)運動時，這時只要粒子的中心處于距捕塵體不超過 dp/2的流線上，就會與捕塵體接觸而被截留分離，如圖 4－2所示。而尺寸和質量較大的粒子，由于慣性作用而離開氣流流線直接碰撞到捕塵體上而被捕集則為上述的慣性碰撞分離。研究表明，粒徑dP愈大，捕塵體直徑d0愈小，截留分離效率愈高。5.靜電分離靜電分離是利用靜電力，使粉塵從氣體中分離而得到凈化的方法，可用于分離0.1～1.0μm之間的低速粒子。粒子的靜電分離有兩種形式：一種是自身帶電粒子在捕塵體上發生的電力沉降，如粉塵粒子在機械加工、 粉碎、篩分、輸送等過程常帶上電荷， 當粉塵與捕塵體雙方所帶電荷相反，其強度足以使粒子離開其流動路線時， 則有可能使它被附近的捕塵體吸引捕獲。 這種分離方式主要發生在洗滌器和過濾式除塵器中，液體霧化過程及濾料常帶有電荷。但是，粒子或捕塵體自身所帶電荷是有限的。另一種則是含塵氣流通過電暈放電的高壓電場時， 顆粒荷電，從而在電場力（庫侖力）作用下，使荷電粒子在集塵電極上發生的電力沉降。 這種分離方式主要用于電力除塵器，其除塵機理如圖 43所示。靜電分離是在針狀電極和平板狀電極(圓筒形)之間通過較高的直流電壓，使之產生電場和發生電暈放電。針狀電極稱為放電電極，又稱電暈電極，為負極；接地的平板狀電極稱為集塵極，為正極。在電場的作用下，運動的自由電子在兩極之間形成了微弱電流。電壓越高，電場強度越大，電暈極附近自由電子的運動速度越快。高速運動的自由電子撞擊中性氣體分子使之電離，產生大量正、負離子和自由電子，使極間電流(電暈電流)急劇增大，在電暈極附近發生電暈放電，形成了電暈區。正離子與針狀電極立即中和消失。負離子和自由電子受電場力的作用向集塵電極移動，移動時與粉塵粒子碰撞接觸而結合在一起，使塵粒荷電。帶負電荷的粉塵在電場力的驅動下向集塵極轉移，最后附著在集塵極上而與氣流分離。荷電量為q（C）的帶電塵粒，在場強為 E(V/m)的電場中受到的庫侖力 Fe為：4-15）8文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .粒子運動時受到流體的阻力Fd可按斯托克斯公式(4－13)計算，當Fe＝Fd時，荷電粒子便達到終末沉降速度—驅進速度ves：(4-16)ves方向與電場方向一致，垂直于集塵極表面。可見，荷電粒子的荷電量越多，電場強度越大，以及氣體粘度越小，塵粒的驅進速度越大。由于電場中各點的場強不同，且粉塵的荷電量也只能得到近似的計算值，按式(4-16)計算的驅進速度，僅是粒子平均驅進速度的近似值。以陰極為放電極形成的電暈稱為陰電暈，用于工業裝置中的除塵設備；反之，以陽極為放電極形成的電暈稱為就叫陽電暈，一般用于含塵濃度不高的空氣調節系統。實際的除塵器中，通常結合多種除塵機理。第二節 除塵裝置一、除塵裝置的性能及分類從含塵氣流中將粉塵分離出來并加以捕集的裝置稱為除塵裝置或除塵器。（一）除塵裝置的性能作為除塵系統中的主要組成部分，除塵器的性能直接影響整個系統的運行效果。表示除塵裝置性能的主要指標有，含塵氣體的處理量、除塵效率、壓力損失、設備投資及運行費用、占地面積及設備可靠性和使用壽命等。其中，前2項屬于技術指標，后4項屬于經濟指標。設計或選用除塵器時，要綜合這些指標。含塵氣體的處理量為處理含塵氣體能力大小的指標。一般用通過除塵器的氣體體積流量 Q表示，單位為 m3/s或m3/h，通常為為給定量。除塵效率除塵器的除塵效率包括總除塵效率，分級除塵效率、通過率等。1）總除塵效率η。設除塵器進口處的氣體流量為Qi（m3/s），粉塵流量為Mi（g/s），氣體含塵濃度為Ci（g/m3），相應出口處的參數分別為Qo、Mo、Co，除塵器中捕集的粉塵流量為Mc(g/s)。對粉塵流量有Mi＝Mo+Mc，M=CQ。則同一時間內除塵器捕集的粉塵質量與進入的粉塵質量之比的質量分數即為總除塵效率η：9文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .(4－17)若除塵器完全密閉，穩態等溫操作，則進出除塵器的氣體量不變，則上式可變為：(4－18)通常測定除塵器進、出口的參數來計算總除塵效率。當除塵器漏氣量大于進口量的 20％時，應將測定的實際值換算成標準狀態時的參數（ 0℃，1.013×105Pa），按式(4－17)計算。2）分級除塵效率ηd。總除塵效率是除塵器在一定運行工況下對某種特性粉塵的總捕集效果。但是，對粒徑分布不同的粉塵和同一特性粉塵中不同粒徑的粒子，除塵器的具有不同的除塵效率。為了正確評價除塵器對不同粒徑粉塵的捕集效果，采用分級除塵效率的概念。分級效率是指除塵器對某一粒徑dp或某一粒徑范圍dp的粉塵的捕集效果。假設進入除塵器的粉塵總量Mip或某一粒徑范圍p的粉塵Mid的頻率分布為ωid＝idi的粉塵總量Mc中，粒徑ddM/M；在被捕集p或某一粒徑范圍p的粉塵Mcd的頻率分布ωcdMcdc，則除塵器中，粒徑dd＝/M對粒徑dp或某一粒徑范圍dp的粉塵的分級效率ηd為：(4－19)根據測定的除塵器的總效率，分析出的除塵器入口和捕集的粉塵粒徑頻率分布ωid和ωcd，即可按上式計算出分級效率。如果對式(4－19)右邊分子、分母同除以dp－3）的關系，粉，由式（4塵的分級效率可用除塵器入口及捕集的粉塵的頻度分布fid、fcd表示，即：(4－20)而總除塵效率從整個粒徑范圍的分級效率求和得到：(4－21)分級效率ηd與粒徑dp的關系，一般以指數函數形式表示：(4－22)式中，α和m為由實驗確定的系數。分級效率ηd隨α和m值的增大而提高，α值越大，粉塵逃逸量越小；而m值愈大，表明dp對ηd的影響越大。m值一般在0.33～1.20。10文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .3）透過率P。一些除塵器的除塵效率非常高，可達99％以上，總效率的變化難以判斷除塵效果及排放對環境效應的影響，有時用從除塵器中逃逸的粉塵質量與進入的粉塵質量之比的質量分數，即透過率P來表示：(4－23)如兩臺除塵器的除塵效率分別為99.9％和99.0％，則前者P＝0.1％，后者P＝1.0％，后者的透過率為前者的10倍。（4）除塵器串聯運行的除塵總效率。設η12n1，2，?，n級除塵器的除，η，?，η分別為第塵效率，則 n級除塵器串聯后的總除塵效率為：(4－24)阻力氣體流經除塵器的壓力損失稱為除塵器阻力， 是代表裝置消耗能量大小的一項重要技術經濟指標。通風機所耗功率與除塵器的壓力損失成正比， 阻力越大，風機能耗越高。除塵器的壓力損失為除塵器進、出口斷面上氣流平均全壓之差 Δp，一般表示為：(4－25)式中 —阻力系數；ρ—氣體密度，kg/m3；w0—除塵器進口氣體平均流速， m/s；除塵器的阻力主要與除塵器的結構型式，流體性質和流體速度等因素有關。（二）除塵裝置的分類除塵器按照除塵的主要機理，習慣上可分為以下四類。（1）機械式除塵器。它是在質量力 (重力、慣性力、離心力 )的作用下，使粉塵與氣流分離沉降的裝置，如重力沉降室、慣性分離器、旋風除塵器等。其特點是除塵效率不是很高， 但結構簡單、成本低廉、運行維修方便，在多級除塵系統中作為前級預除塵。11文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .2）過濾式除塵器。它是利用含塵氣流體通過多孔濾料層或網眼物體進行分離的裝置，包括顆粒層過濾器等、袋式過濾器。這類除塵器的特點是除塵效率很高，袋式除塵器的效率可高達99.9％以上，但流動阻力也很大，能耗高。3）電除塵器。它是以靜電分離作為除塵的機理，利用高壓電場使塵粒荷電，在電場力的作用下使粉塵與氣流分離的裝置。有干法清灰和濕法清灰兩種型式。其特點是除塵效率高(特別是濕法清灰)，流動阻力小，能耗低，但消耗鋼材多，投資高。4）濕式除塵器。它是利用含塵氣流與液滴或液膜接觸，使粉塵與氣流分離的裝置，也稱濕式洗滌器，包括各種噴霧洗滌器、旋風水膜除塵器和文丘里洗滌器等。它既可用于除塵，也可用于氣態污染物的吸收凈化。其特點是除塵效率高，特別是對微細粉塵的捕集效果顯著，但會產生污水形成二次污染，需要進行處理。以上是按除塵器的主要除塵機理進行分類，但在實際的除塵器中，為了提高除塵效率，往往采用多種除塵機理。此外，還按除塵器是否用水而分為干式除塵器與濕式除塵器兩類。二、機械式除塵器重力沉降室重力沉降室是利用重力沉降作用使粉塵從氣流中分離的裝置，如圖 4－4所示，圖中 L、H、B分別為沉降室的長、高、寬。當含塵氣流進入后，由于流通面積擴大，流速下降，塵粒借本身重力作用以沉降速度vs向底部緩慢沉降，同時以氣流在沉降室內的水平速度vo繼續向前運動。如果氣流通過沉降室的時間大于或等于塵粒從頂部沉降到底部所需的時間，即L/vos≥H/v，則具有沉降速度為vs的塵粒能夠全部沉降。當沉降室的結構尺寸、含塵氣體的性質和流量Q一定時確定后，如果粒子沉降運動處于層流區時，則可用斯托克斯式（4－11）求得沉降室能100％捕集的最小塵粒的粒徑dmin為：（4－26）上式為理論計算式，但實際由于氣流運動狀況，粒子形狀及濃度分布等影響，沉降效率會有所降低。顯然，dmin越小，除塵效率越高。由式（ 4－26）可知,降低沉降室內氣流速度 vo，減小沉降室的高度 H和增加沉降室長度 L，均能提高重力沉降室的除塵效率。 但是vo過小或L過長，都會使沉降體積龐大,一般取vo＝0.2～2.0m/s。圖4－5為降低H的多層重力沉降室，在室內沿水平方向設置n層隔板，其沉降高度就降為H/(n+1)。重力沉降室的設計步驟是：首先根據粉塵的真密度和該沉降室應能捕集的最小塵粒的粒徑計算出沉降速度 vs，再選取室內氣速 vo和沉降高度H(或寬度B)，最后確定沉降室的長度 L和寬度B(或高度H)。12文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .重力沉降室一般能捕集40～50μm以上而不宜捕集20μm以下的塵粒。它的除塵效率低，一般僅為40％-70％，且設備龐大。但阻力損失小，Δp＝50～150Pa，且結構簡單，投資少，使用方便，維護管理容易，適用于顆粒粗、凈化密度大、磨損強的粉塵。一般作為多級凈化系統的預處理。2.慣性除塵器慣性除塵器是利用慣性力作用使粉塵從氣流中分離的裝置，其工作原理是以慣性分離為主，同時還有重力和離心力的作用。慣性 除塵器一般分為回轉式和碰撞式兩類，阻擋物用檔板、槽形條等，其結構 示意圖見圖4－6。圖中，(a)和(c)分別為回轉式和百葉窗式，其原理都是因 含塵氣流發生回轉，塵粒靠慣性力作用后直接進入下部灰斗中。(b)和(d)均 為碰撞式，當粉塵借慣性力撞擊到擋板上后，慣性力消失，塵粒依靠重力 作用落入灰斗。含塵氣流的流速越高，方向轉變角度越大，轉彎次數越 多，慣性除塵器的除塵效率越高。但流動阻力也相應增大，一般為300～ 1000Pa。由于氣流轉彎次數有限，并且考慮壓力損失不宜過高，一般除塵效率不高。如果采用濕式慣性除塵器， 即在擋板上淋水形成水膜， 可以提高除塵效率。慣性除塵器適用于非粘結性和非纖維性粉塵的去除， 以免堵塞。宜用于凈化密度和顆粒直徑較大的金屬或礦物粉塵。常用于除塵系統的第一級，捕集 10～20μm以上的粗塵粒。3.旋風除塵器旋風除塵器是利用旋轉氣流的離心力使粉塵從含塵氣流中分離的裝置。旋風除塵器的結構簡單，運行方便，效率適中(80％～90％)，阻力約1000Pa左右，適于凈化密度較大、粒度較粗（＞10μm）的非纖維性粉塵，應用最為廣泛。旋風除塵器一般由筒體和錐體，進氣管和排氣管及密封灰斗組成，結構如圖4－7所示。由進氣口切向進入的含塵氣流沿筒體內壁從上向下做旋轉運動，到達錐體底部的回流區后轉而向上，在中心區旋轉上升，最后經排氣管向外排出。一般將沿外圈向下旋轉的氣流稱為外旋流，而將中心旋轉向上的氣流稱為內旋流，兩者的旋轉方向相同。由于實際氣體具有粘性，外旋流是旋轉向下的準自由渦流，同時有向心的徑向運動；內旋流是旋轉向上的強制渦流，同時有離心的徑向運動。旋轉氣流中的塵粒依靠離心力向外移動，達到筒體內壁后在氣流和重力的共同作用下，沿壁面落入灰斗。旋風除塵器的顆粒分離機理有多種解釋：①假想圓筒理論，認為內、外旋流的分界面附近有一假想圓筒，內旋流中的粒子易被排出氣流帶走，外旋流中的粒子易被捕集；②轉圈理論，認為粒子在隨氣流旋轉下降到底部前，如果能碰到筒壁，則認為粒子能被分離；③湍流徑向返混理論，認為氣體的湍流混合、對粒子的阻力、粒子反彈及二次飛揚等作用，使旋風除塵器的任一水平橫截面上，未捕集的粒子迅速處于連續均勻分布。旋轉氣流中的粒子受到方向相反的兩個力－離心力Fc和阻力Fd的共同作用。在內外旋流的分界面上，外旋流的切向速度vθFc也最大，當Fc＞Fd，粒子移向外旋最大，粒子在此處所受離心力13文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .流而被捕集；Fc＜Fd，則粒子向內旋流移動而被氣流帶走。如果Fc＝Fd，理論上粒子應滯留在分界面上旋轉。實際上由于氣流處于紊流狀態，假想圓筒理論從概率統計觀點認為，處在這種狀態的粒子有50％可能進入內旋流，另50％則可能向外壁移動，粒徑為dpc的粒子群的分級除塵效率為50％，dpc稱為分割粒徑，可由式(4－14)得到：(4－27)分割粒徑dpc表示旋風除塵器達到一定效率時能分離的最小粒徑。顯然，減小 dpc可以提高除塵效率。由上式可見，切向速度 vθc越高，粒子密度 ρp越大，內旋流半徑 rc越小，則分割粒徑 dpc越小。影響除塵效率的主要因素有：1）入口氣流速度。入口氣速增加，切向速度vθc也相應增加，dpc減小，除塵效率提高。但流速過高使得筒體內的氣流運動過強，會把有些已分離下來的粉塵重新卷吸帶走，除塵效率反而下降，同時除塵器的阻力會急劇上升。進口氣速一般控制在 12～20m/s。2）含塵氣流性質。粉塵粒徑與密度ρp增大，效率明顯提高。氣體溫度升高，氣體粘度將增大，除塵效率降低。3）除塵器的幾何尺寸。由式(4－12)和式(4－27)可知，減小筒體和排氣管直，前者使塵粒受到的離心力Fc增大，后者使內旋流半徑rc減小，均能提高除塵效率。錐體長度適當增加，對提高效率有利，但是筒體高度的變化對效率影響不明顯。4）灰斗的氣密性。除塵器內旋轉氣流形成的渦流場使靜壓由筒體壁向中心逐漸下降，即使除塵器在正壓下工作，錐體底部也會處于負壓狀態。當除塵器下部氣密性差而有空氣滲入，將把灰斗內的粉塵再次揚起帶走，除塵效率顯著下降。旋風除塵器的阻力與其結構、氣體溫度和流速等因素有關，可由式（ 4－25）計算。其中，阻力系數 一般由實驗測定，也可進行估算，其值可查閱有關資料。國產主要系列型號旋風除塵器的阻力為500～1400Pa。旋風除塵器的種類繁多，結構各異，下面簡單介紹一些基本型式。按含塵氣流的導入方式分為切向式（圖4－7）、蝸殼式和軸流式三種（圖4－8）。切向式入口管外壁與筒體相切，阻力為1000Pa左右，蝸殼式則是入口管內壁與筒體相切，后者的入口氣流距筒體外壁更近，有利于提高除塵效率，并使進口處阻力減小，但除塵器體積有所增大。軸流式入口裝有導流葉片使氣流旋轉，與前兩者相比，在相同壓力損失下，能處理約3倍的氣體量，適用于多管旋風除塵器或處理大氣量的場合。按氣流通過旋風除塵器的方式，可分為回流式（圖4－7）、平流式、直流式三種。回流式廣泛使用的旋風除塵器。平流式中的排氣管豎直方向上開有一狹縫，氣流切向進入筒體，繞排氣管旋轉一周后由狹縫排出除塵器。直流式中用一穩流芯棒代替14文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .平流式中的排氣管，氣流從上端進入，由下端排出，其內部流場無逆向內旋流，減少了塵粒的返混或再次飛揚。后兩種除塵器阻力小，但效率低。為了避免聚積在筒體頂部的細小粉塵被吸入內旋流，可在除塵器在筒體上開設旁路分離室（圖4－9（a）），使在頂蓋形成的上灰環從螺旋形旁室引至錐體部分，從而提高了分離效率。旋風除塵器的長錐體由于旋轉半徑逐漸減小，有利于粉塵分離，但底部的塵粒也易被上升的內旋流吸引攜帶。采用錐體倒置，錐體下部設置一圓錐形反射屏，以防止下灰環形成和灰粒飛場（圖4－9（b））。大部分外旋流在反射屏上部轉為內旋流，少量下旋氣體和分離下來的粉塵落人灰斗，氣體從屏中心孔排出。多個旋風除塵器可以組合起來使用。串聯組合的目的是提高除塵效率，并聯組合使用可增大氣體的處理量。除了單體并聯使用以外，還可將許多小型旋風除塵器(稱為旋風子，筒體直徑為100～250mm)組合在一個殼體內并聯使用，稱多管除塵器。旋風子氣流進口均為軸流式。多管除塵器的特點為布置緊湊，效率高，處理氣體量更大。還可采用旋風水膜除塵器提高除塵效率。用麻石或瓷磚構筑筒體，從上部噴水，使壁面上形成一層水膜，以粘附離心分離的灰粒并流入灰斗。此除塵器效率高、阻力小，但耗水量大、污水難處理，易形成二次污染。各種除塵器均可布置為立式、臥式和傾斜式等多種形式。三、過濾式除塵器利用含塵氣流通過濾材或濾層使粉塵分離和捕集的裝置稱為過濾式除塵器， 一般可分表面過濾器和內部過濾器。表面過濾是采用多孔織物（棉、毛或人造纖維）等薄層濾料進行微粒的捕集，又稱袋式過濾器。內部過濾則是把松散濾料 (玻璃纖維、硅砂、煤粒等 )填充在框架或容器內作為過濾層。袋式除塵器是過濾式除塵器中的主要型式。它是將織物制成濾袋，當含塵氣流體有穿過濾料孔隙時粉塵被攔截下來。沉積在濾袋上的粉塵通過機械振動，從濾料表面脫下來，降至在灰斗中。一般濾料網孔徑為20～50μm，表面起絨的濾料網孔徑為5～10μm，若用新濾袋則除塵效率較低。濾袋使用一段時間后，少量塵粒被篩濾攔截，在網孔之間產生“搭橋”現象并在濾袋表面形成粉塵層后，除塵效率逐漸提高，阻力也相應增大。濾袋具有多種除塵機理，除前述的重力沉降、慣性碰撞、截留分離及帶電荷粉塵的外靜電作用，還有擴散作用，即微小于 lμm的塵粒在氣體分子的撞擊下脫離流線，像氣體分子一樣向濾袋纖維作布朗運動，以及粉塵粒徑大于濾層孔隙被攔截下來的篩濾作用。大于lμm的塵粒，主要靠慣性碰撞，小于lμm的塵粒，主要靠擴散作用。袋式除塵器隨濾料、結構的不同，除塵效率為 95％～99％，阻力為 800～1500Pa，其主要組成部分如圖4－10所示。濾袋多為柱狀，并用構架支撐。氣體由袋內流向袋外，稱為正壓袋；氣體由袋外流入袋內，稱為負壓袋。濾料的性能對袋式除塵器的工作影響極大，應具有容塵量大 (如表面起毛的羊毛氈)、阻力和吸濕性小、抗皺防磨、耐溫耐腐、成本低及使用壽命長等特點。常用濾料分為天然濾料（棉、羊毛等）、合成纖維（滌綸、奧綸、尼龍等）和無機纖維（玻璃纖維等）三類，結構可分為編織物(平紋、斜紋和緞紋)和非編織物(毛氈)兩類，應根據具體使用條件進行選擇。15文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .清灰是袋式除塵器運行的重要環節。因為隨著沉積層逐漸加厚，阻力越來越大。清灰時不應破壞粉塵初層，以免效率太低。清灰方式主要機械清灰和氣流清灰兩種。 機械清灰是利用機械傳動使濾袋振動，抖落沉積在濾布上的粉塵，包括扭轉抖動、水平擺動及垂直振蕩等；氣流清灰是利用反吹氣流使濾袋迅速膨脹、收縮，使灰塵脫落，包括氣環反吹、逆氣流反吹及持續時間為0.1～0.2s、周期為60s的脈沖噴吹等，如圖4-11所示。機械清灰的濾袋受機械力易損壞，氣流清灰的濾袋磨損輕，運行可靠，適于處理高濃度含塵氣體。四、濕式除塵器利用廢氣與液體 (一般為水)接觸，使粉塵粒子被捕集的裝置稱為濕式除塵器（洗滌器）。濕式除塵器結構簡單、造價低、除塵效率高，可以有效地除去粒度在 0.1～20μm的液滴或固體顆粒，適用于凈化非纖維性和不與水發生化學反應的各種粉塵， 對高溫、易燃和易爆的廢氣凈化尤為適宜。但管道設備易被腐蝕，污水和污泥需要處理，還因煙溫降低而不利于煙氣的排放。慣性碰撞和攔截是濕式除塵器捕獲塵粒的主要機理，其次是擴散和靜電作用等。根據除塵器的不同類型，液體捕捉塵粒的形式主要有液滴、液膜及液層等。典型濕式洗滌器的型式如圖4-12所示。重力噴霧洗滌器最簡單的一種，通過塔內的塵粒與噴淋液體所形成的液滴之間的碰撞、攔截和凝聚等作用，使塵粒靠重力作用沉降下來。噴霧塔的阻力一般在250Pa以下，多用于凈化大于50μm的塵粒，對小于10μm的塵粒捕集效率低。旋風式洗滌器主要適用于氣量大和含塵濃度高的煙氣，除塵效率一般可以達90％以上，最高可達98％，阻力為250～1000Pa。它有多種噴霧方式，在干式旋風分離器內部以環形方式安裝一排噴嘴的為環形噴液旋風洗滌器，噴霧發生在外旋流處的塵粒上；在筒體的上部設置切向噴嘴，水霧噴向器壁，或直接向內壁供溢流水，使內壁形成一層很薄的不斷向下流的水膜，而含塵氣體由筒體下部切向導入旋轉上升的則為旋風水膜除塵器；如果液體從旋風筒中心軸向安裝的多頭噴嘴噴入，徑向噴出的液體與下方進入的螺旋形上升氣流相遇而粘附塵粒并去除的形成中心噴霧旋風洗滌器。文丘里洗滌器由文丘里管和旋風脫水器兩部分組成，常用于除塵、氣體吸收和高溫煙氣降溫。水通過文丘里管喉口周邊均勻分布的若干小孔進入后，被高速的含塵氣流撞擊成霧狀液滴，氣體中塵粒與液滴凝聚成較大顆粒，然后進入脫水器被分離。它是一種高效濕式除塵器，除塵效率高達99％以上，但阻力也很高，一般為1250～9000Pa。五、電除塵器16文檔來源為:從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.電除塵器是利用靜電分離原理使粉塵從氣體中分離的裝置。它能分離粒徑為lμm左右的細塵粒，除塵效率高(＞99％)，阻力小(200～500Pa)，處理煙氣量大(30～300m3/s)，適用于高溫或腐蝕性氣體，所以廣泛地應用在各種工業部門。電除塵器的除塵過程分為高壓電場的電暈放電，塵粒與電子和自由碰撞后的粒子荷電，粒子在電場力的作用下向集塵極運動的粒子沉降，以及粒子清除4個階段，其分離機理前面已經討論過。按集塵極的形狀，電除塵器可分為管式和板式2種，如圖4-13所示。管式電除塵器的集塵極一般為多根并列的金屬圓管或六角形管，適用于氣體量較小的情況。板式電除塵器采用各種斷面形狀的平行鋼板作集塵極，可從幾平方米到幾百平方米，極間均布電暈線，處理氣體量很大。根據粒子荷電和集塵的空間位置，電除塵器有單區和雙區兩種布置方式，如圖4-14所示。單區電除塵器是荷電和集塵在同一空間區域，多用于鍋爐及其他工業除塵；雙區電除塵器則是荷電和集塵先后在兩個電場空間內進行，常用于空氣調節等粉塵濃度很低的空氣凈化，而且使用陽極電暈。電暈放電效果與電壓有關。 當電壓較低時，不足以使自由電子獲得高速運動的能量， 因此難以撞擊氣體分子使之電離而實現電暈放電。當達到起暈電壓U0后，一般為20kV，產生電暈放電，電暈電流I呈拋物線上升。隨著電壓的增大，空氣電離即電暈放電的范圍逐漸擴大。若電壓高到一定值，一般高于60kV，達到擊穿電壓Us后，I急劇上升，會使兩極間的空氣全部電離，整個電場被擊穿，發生弧光放電，電路短路，燒壞電極或供電設備。電除塵器的電暈電流與電壓的關系如圖圖4-15所示。實踐表明，負電暈電流高于同一電壓下的正電暈電流，而且負電暈擊穿電壓高于正電暈，因此負電暈穩定性好，對除塵有利。影響電暈放電的因素有氣體的成分、溫度、壓力和電極的形狀、尺寸、積灰狀況，以及粉塵特性等。電除塵器除塵效率通常按德意希 (Deutch)捕集效率方程計算。該方程可由理論導出， 推導時作了一些假定：除塵器中為的氣流為湍流；通過除塵器任一橫斷面上的氣流和塵粒濃度均勻分布；進入除塵器的塵粒即刻荷電完畢；集塵極附近所有塵粒的驅進速度相同，與氣流速度相比是很小的；忽略塵粒重返氣流的影響。若集塵極面積為A（m2），氣體總流量為Q（m3/s），德意希捕集效率方程為：(4－28)式中，vp稱為有效驅進速度，并不是式（esves計4－16）中的驅進速度v。因為德意希理論推導和算式中沒有考慮各種實際因素的影響，實際值低于用式(4－28)計算的捕集效率，據估計ves2～＝（10）v，因此引入有效驅進速度的概念。v是實際中對一定結構和運行條件的電除塵器實測η、App和Q的值后，反算出相應的驅進速度，用作設計新除塵器的基礎。德意希效率公式指明了提高捕集效率的途徑，在電除塵器設計和分析中被廣泛應用。17文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .影響電除塵器捕集效率的因素，主要有氣體的性質和狀態、粉塵特性、電極形狀和尺寸及供電參數等。（1）氣體性質。對電子親和力高的負電性氣體如O2和SO2，以及與高速電子碰撞時易電離出一個氧原子的氣體如CO2和HO2(蒸汽)，能很快俘獲電子，形成穩定的負離子。而非負電性氣體如 N2，不能形成負離子。此外，電場中遷移速率較低的離子，如 SO2氣體離子，具有較高的擊穿電壓。因此，氣體中有負電性和低離子遷移率的氣體存在，可施加更高的電壓，即更強的電場，則提高塵粒的驅進速度，即提高捕集效率。2）氣體的工作狀態。氣體的壓力降低或溫度升高，氣體密度小，分子平均自由程增大，有利于電子加速到氣體電離的速度，可降低起暈電壓，改善除塵器的工作性能。（3）粉塵比電阻。粉塵正常工作的比電阻范圍一般為104～2×1010Ω·cm。粉塵到達集塵極之后，會以適當的速度放出電荷。若比電阻小于104Ω·cm，帶負電的塵粒到達集塵極后，會立刻放出電荷，失去極板對其產生的吸引力，容易產生粉塵的二次飛揚。若比電阻大于2×1010Ω·cm，粉塵沉積到集塵極表面后，不能完全釋放電荷，易形成與集塵極電性相反的帶負電的粉塵層，排斥隨后到來的帶電塵粒，阻止其沉積。此外，若帶電粉塵層出現裂縫時， 該處還會形成局部的高場強電場，使裂縫內的空氣電離，產生局部電暈放電，即反電暈。電離產生的正離子要向負極 (電暈極)移動，運動時與荷負電塵粒碰撞中和，使除塵效率大為降低。氣體溫度與濕度對微粒比電阻有重要的影響。 如鍋爐飛灰，溫度小于250℃范圍，粉塵的比電阻隨溫度的升高而增加。因為低溫時塵粒吸附的水蒸氣多，導電性能好，故比電阻低。溫度升高后，塵粒吸附的水蒸氣蒸發，比電阻逐漸增加。同理，煙氣含濕量增加，粉塵的比電阻下降，當溫度大于250℃后，比電阻基本不受煙氣含濕量的影響。（4）粒徑。dp＞1.0μm以后，隨著粒徑增大，荷電量q顯著增加，q的增幅大于dp的增大，因此驅進速度提高，除塵效率迅速增加。5）粉塵濃度。進口氣體含塵濃度較低時，捕集效率隨粉塵濃度增加會有所提高。但進口濃度過高，電場中的氣體離子大量沉積到塵粒上，由于荷電塵粒的運動速度遠比氣體離子運動速度小，所以電流減弱，除塵效率下降。6）供電參數。通常，隨著極間電壓升高，電暈功率和電流急劇增大，因此除塵效率隨電暈功率而增加。電除塵器主要由放電極、集塵極、氣流分布裝置、清灰裝置、供電設備等組成。放電極應有起暈電壓低、電暈電流大等良好的放電性能，足夠的機械強度和耐腐蝕性， 且容易清灰。電暈線有多種形狀，常見的有圓形、星形、芒刺形等，如圖 4-16所示。集塵極要有利于塵粒沉積，清灰方便，振打時再次飛揚少，有足夠的剛性，金屬消耗低(占金屬總消耗量的30％～50％)，制造方便等。板式集塵極的形式如圖4-17所示，一般有平板式、箱式和型板式，平板式剛度較差，清灰時二次飛揚嚴重；箱式目前已很少采用；型板兩側設有溝槽或檔板以增大剛度，同時避免直接沖刷板面，防止二次揚塵，目前應用最多。極板的厚度為 1.2～2.0mm，板間距為 220～300mm。18文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .為了提高除塵效率，要求氣流均勻進入除塵器電場。一般在除塵器電場之前設置1～3塊開有圓孔或方孔的氣流分布孔板，也可采用格柵式分布板等。電極清灰裝置是為了避免極板上粉塵沉積較厚時電暈電流的減小，使除塵效率降低。清灰方式有干式和濕式兩種。 板式電除塵器常采用干式清灰，清灰是用機械撞擊（跌落振打或錘擊振打）或電極振動使灰塵脫離極板，振打時存在二次揚塵等問題。振打要有合適的振打強度和頻率，通常在運行中調節確定。管式電除塵器常采用濕式清灰，它是利用噴霧或溢流水等方式在集塵極表面保持一層水膜，粉塵隨水膜流動而沖走，避免了二次飛揚，提高除塵效率。但存在極板腐蝕和污水、污泥處理問題。電除塵器的供電設備應能提供足夠高的電壓并具有足夠的功率， 操作穩定。目前多采用可控硅控制和火花跟蹤自動調壓的高壓硅整流設備，可以把除塵器的功率輸入穩定在可能達到的最大值，從而保持高的除塵效率。第三節 氣態污染物的凈化方法氣態污染物的凈化，就是利用化學、物理及生物等方法，將污染物從廢氣中分離或轉化。氣態污染物的凈化有多種方法，廣泛采用的吸收法、吸附法、燃燒及催化轉化法，其他的方法還有冷凝、生物凈化、膜分離及電子輻射-化學凈化等。吸收法是通過擴散方式將廢氣中氣態污染物轉移到液相，形成溶解的水合物或某種新化合物。 吸附法是通過分子力作用使廢氣中某些組分向多孔固體介質(吸附劑)的表面聚集，以達到分離的目的。燃燒法是通過燃燒將可燃性氣態污染物轉變為無害物質。催化轉化法是在催化劑的作用下，將廢氣中氣態污染物化為非污染物或其他易于清除的物質。冷凝法是利用氣體沸點不同，通過冷凝將氣態污染物分離。生物法主要依靠微生物的生化降解作用分解污染物。膜分離法利用不同氣體透過特殊薄膜的不同速度， 使某種氣體組分得以分離。 電子輻射-化學凈化法則是利用高能電子射線激活、電離、裂解廢氣中的各組分，從而發生氧化等一系列化學反應，將污染物轉化為非污染物。氣態污染物的凈化可采用一種凈化方法， 或多種方法聯合使用。下面介紹幾種主要的凈化方法。一、氣態污染物的吸收凈化方法吸收是利用氣態污染物對某種液體的可溶性，將氣態污染物（溶質）溶入液相(吸收劑或溶劑)，又稱濕式凈化。吸收分為物理吸收和化學吸收，前者是簡單的物理溶解過程，后者在吸收過程中氣體組分與吸收劑還發生化學反應。由于工業廢氣往往是氣量大、氣態污染物含量低、凈化要求高，物理吸收難于滿足要求，化學吸收常常成為首選的方案。（一）氣體的溶解與平衡在一定的溫度與壓力下，混合氣體與吸收劑接觸時，混合氣體中的A組分向液相遷移而被吸收，同時，液相中的A組分也會從液體逸出而被解吸，當氣液之間的吸收與解吸速度相等時，達到動態平衡狀態。此時吸收劑所能溶解的氣體量稱為平衡溶解度， 它是吸收過程的極限。 對于非理想溶19文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .液，吸收溶液中被吸收組分 A濃度較低的情況，平衡狀態時氣相 A組分的分壓(平衡或飽和分壓)與液相中A組分的濃度(平衡或飽和濃度)之間的關系可用亨利定律來描述，即：(4－29)式中 —組分A在氣相中的平衡分壓， MPa；EA—亨利系數，MPa；xA—組分A在液相中的摩爾分數。難溶解氣體的EA值較大，而易溶解氣體的EA值較小。亨利系數基本不受壓力的影響，但隨溫度的提高而增加，變化較大。亨利定律也可表示為：(4－30)式中 cA—組分A在液相中的溶解度， kmo1/m3；3HA—溶解度系數，也稱亨利系數， kmol／(MPa·m)。難溶氣體的 HA值較小，易溶氣體的 HA值大。亨利定律是吸收工藝計算的重要依據和定律，它說明了在一定溫度和壓力下溶質在兩相平衡中的關系， 指出傳質方向和限度。 其適用范圍為：①常壓或低壓(0.5MPa以下)下的稀溶液；②溶質在氣相和溶液中的分子狀態相同，即液相的溶質均以分子狀態存在，沒有離解成離子形態或與其他物質發生化學反應。 若發生了離解或者化學反應后，要對亨利定律進行修正。（二）氣液傳質的基本原理雙膜理論吸收過程的實質是物質由氣相轉入液相的傳質過程。氣液間的傳質理論主要有雙膜理論 (又稱滯留膜理論)、表面更新理論和溶質滲透理論等，目前仍以雙膜理論為基礎來解釋吸收過程機理。雙膜理論是惠特曼 (Whitman) 在1923年提出的一個描述氣液兩相的物質傳遞理論，其模型如圖4-18所示。它假定：①在氣、液兩相接觸處有一隨時保持平衡狀態的相界面；②在氣液相界面附近，分別存在一個無對流作用非常穩定的層流（滯流）薄膜，即氣膜和液膜，薄膜內存在濃度梯度，物質傳遞主要依靠分子擴散；③薄膜外氣液兩相各自的主體為湍流，不存在濃度梯度，物質主要通過對流傳遞；④傳質過程只在氣液薄膜中有分子擴散阻力，相界面上和湍流主體中不存在傳質阻力，因此傳遞速質取決于兩膜的阻力大小。20文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .傳質過程是，被吸收組分從氣相主體對流擴散到氣膜表面，再以分子擴散通過氣膜到達相界面，進入液膜后又以分子擴散通過液膜，最后通過對流擴散進入液相主體，直到氣液兩相完全平衡后傳質停止。如果此時再增加被吸收組分的氣相分壓增加，或降低液相中該組分的濃度，傳質繼續進行。2．傳質速率傳質速率是指被吸收氣體組分在單位時間， 通過相界面單位面積傳遞的物質量， 也稱為吸收速率。根據質量守恒定律，穩定條件下，通過相界面氣液兩側的物質量相等。對于被吸收組分 A，其傳質速率為：(4－31)式中NA—組分A在單位時間，通過相界面單位面積的傳質速率，kmol/(m2·s)；kg、kl—分別為氣膜及液膜的傳質分系數，kmol/(m2·s·kPa)及m/s；pA、pAi—分別為組分A在氣相主體及相界面上的分壓，Pa；AiA—分別為組分A在相界面上及液相主體的濃度，kmol/m3；c、c如果吸收氣體服從亨利定律，則在平衡時根據式 (4－30)，在相界面上有 ；在流體主體中有 及 ，將這三個關系式代入式 (4－31)中消去pAi和cAi，整理后得：(4－32)式中 —與液相主體中組分 A濃度cA相對應的氣相平衡分壓， Pa；—與氣相主體中的組分 A分壓pA相對應的液相平衡濃度， kmol/m3；Kg、Kl—分別為以氣相分壓差表示的氣膜總傳質系數及以液相濃度差表示的液膜總傳質系數，kmol/(m2·s·kPa)及m/s。其倒數分別為以氣相分壓差表示的總阻力及以液相濃度差表示的總阻力，表示為：(4－33)21文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .(4－34)可見，兩個總傳質系數可用氣膜及液膜的傳質分系數和溶解度系數表示，他們之間的關系為： Kg＝HAKl。如果傳質方程式以總傳質量MA(即組分A在t時間內通過F界面的量)來表示時，則(4－32)改寫為：(4－35)分析上式可知，強化傳質過程的因素有：①提高可吸收組分A的分壓pA或降低溶液中組分A的濃度cA，均可增加傳質動力；②增大傳質界面F可增加質量傳遞，如細化噴淋的吸收液液滴以增大總傳質面積；③延長氣液的接觸時間t，如通過控制氣流速度來確定；④增大總傳質系數K，即減小傳質阻力，可以明顯強化傳質過程。如果是HA值很大的易溶氣體，由式(4－33)可見，傳質總阻力幾乎等于氣相傳質阻力，即傳質阻力主要在氣相，此種情況稱為氣膜控制，其特點是只要氣相組分分壓略為增加，則液相中相應的平衡濃度就會增加很多，如水對HCl、NH3的吸收；對HA值很小的難溶氣體，由式(4－34)可見，傳質總阻力幾乎等于液相傳質阻力，即傳質阻力主要在液相，稱為液膜控制，這種情況即使氣相組分分壓有較大的變化，液相的濃度變化也很小，如用水吸收CO2222S等；而中等、O，N、CO、H溶解度氣體，氣膜阻力與液膜阻力均不能忽略，稱為兩膜控制，如水對SO2的吸收。當吸收過程為氣膜控制時，應增大氣相湍動程度；當吸收為液膜控制時，應增加液相湍流程度，均可增加傳質速率。通常，使氣體處于分散相，如采用孔板的板式塔，則液體流動減小液膜阻力，適用于難溶氣體吸收的液膜控制過程；而使液體成為分散相，如噴淋塔將液體高度霧化噴入氣相，則液滴周圍流動氣體的擴散阻力較小，更適合于易溶氣體吸收的氣膜控制過程。（三）化學吸收1．化學平衡與相平衡化學吸收是指溶質被吸收時， 選擇溶劑中某些活性組分進行明顯的化學反應， 如用堿溶液吸收CO2、SO2、H2S或用各種酸溶液吸收NH3等。化學吸收過程既服從上述的氣、液相平衡關系，同時也服從化學平衡關系。它的吸收速率除了與物理吸收過程中被吸收組分在氣膜和液膜中的擴散速率有關外，還與化學反應速率有關。由于化學吸收中的溶質 A在溶劑中與活性組分發生化學反應， 減少了溶劑中純溶質濃度 cA，增大了液相的傳質動力 ，使得吸收速率增大。尤其對于溶劑處于停滯狀態的液膜控制物理吸收過程，其傳質表面基本無效， 但對化學吸收可能仍然有效，相當于增加了傳質表面，有利于吸22文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .收過程。同時，氣液兩相界面上溶質 A的平衡分壓 大為下降，相應增大了氣相的傳質動力，從而提高了吸收速率。這些結論可從物質的化學平衡與溶解平衡中得到。設被氣體溶質組分 A與液相溶劑中 B發生化學反應，生成物質 M和N，對于理想溶液有：(4－36)化學平衡常數為：(4－37)式中，cM，cN，cA，cB和m，n，a，b分別為組分 M，N，A，B的濃度和計量系數。由上式可確定組分A未發生反應部分的濃度 ，并由亨利定律得到組分 A在氣相中的平衡分壓：(4－38)由于氣體組分A的一部分在溶劑中生成了化學反應產物，顯然溶劑中游離A的濃度較物理吸收時低。因而在H相同時，液面上氣體組分A的平衡壓力低于單純的物理吸收過程。或者說當氣相分壓相同時，化學吸收使組分A的溶解度增大，即化學反應提高了吸收率。常見的有以下三種化學平衡：（1）溶質與溶劑相互作用。液相中的溶質 A與溶劑B相互作用生成溶劑化產物 M，即，如NH3-H2O體系中生成NH40H，則M的濃度為A在溶液中的總濃度與未溶劑化的A的濃度之差，即cM＝cA,t－cA，得到化學平衡常數：(4－39)(4－40)對于常壓或低壓下的稀溶液，如果未溶劑化的 A服從亨利定律，則有：(4－41)在稀溶液中溶劑， cB可視作常數，K也不隨濃度而變，故 1+KcB可視為常數。表觀上看，亨利定律仍適用，但表觀溶解度系數是純物理吸收時的 1+KcB倍，即化學吸收增大了組分 A在溶劑中的溶解度cA,t。23文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .（2）溶質在溶液中離解。溶質A在溶液中的離解的反應為，如用水吸收SO2，SO2溶于水后生成H2SO3，又離解為＋－H與HSO3的過程。離解平衡常數為：(4－42)當溶液中沒有同離子存在時，，上式變為，汽液平衡時服從亨利定律，則溶液中組分A的總濃度為：(4－43)可見，溶質A在溶液中離解后，其溶解度為物理溶解量與離解溶解量之和。（3）溶質與溶劑中的活性組分作用。液相中的溶質A與溶劑中的活性組分B作用生成M，反應式為，如NaOH吸收SO2生成Na2SO4和H2O。設溶劑中B的初始濃度為cB,0，平衡轉化率為R，則溶液中B的平衡濃度為cB＝(1－R)cB,0，生成物M的平衡濃度cM＝RcB,0，化學平衡常數為：(444)上式變為 ，其中，A組分未發生化學反應的濃度滿足亨利定律 ，則溶液中組分 A的總濃度為 cA,t＝cA＋cM，若忽略物理溶解量，則：(4－45)式中，ε＝A。由式(4－45)可見，溶質A的溶解度A,t分別隨ε和平衡分壓增加而增大，但KHccA,t只能趨近于cB,0，而不能達到 cB,0。此外，由式(4－43)和式(4－45)還可以看出，溶質在吸收劑中的濃度與其氣相分壓不再是線性關系，這也是化學吸收與物理吸收在汽液平衡關系上的一個重要區別。化學吸收的傳質速率化學吸收與物理吸收相比較，氣相一側兩者均可用物理吸收的傳質速率方程式 (4－31)表示，而化學吸收相當于增大了液相的傳質動力和傳質分系數， 因此提高了傳質速率。此時傳質速率的表示有兩種方法：一是采用增大的液相傳質分系數 kl,d，而選取與物理吸收相同的傳質動力 （ cA＝cAicA）；二是采用增大的傳質動力（cA＋δ），δ為液相發生化學反應時傳質動力的增大值，而選取與物理吸收相同的傳質分系數kl，即：24文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .(4－46)通常將α＝kl,d/kl稱為增強系數，表示液相傳質分系數因發生化學反應而增大的倍數。由kl,d和物理吸收時的氣相傳質分系數 kg利用式(4－33)或(4－34)便可求出化學吸收過程的傳質總系數。（四）吸收裝置吸收裝置主要是塔式容器，應滿足下列基本要求：①氣液接觸面大，接觸時間長；②氣液之間擾動強烈，吸收效率高；③流動阻力小，工作穩定；④結構簡單，維修方便，投資和運行維修費用低；⑤具有抗腐蝕和防堵塞能力。常用的吸收裝置有填料塔、湍流塔、板式塔、噴淋塔、和文丘里吸收器等。填料塔的基本型式如圖4－19所示，氣體由塔底進入向上流動，噴淋的吸收液經填料逆流向下，吸收過程在填料的濕潤表面進行。填料種類很多，如拉西環、鮑爾環、鞍形、波紋填料等，通常采用陶瓷、塑料、金屬等材料。填料塔直徑一般不超過800mm，空塔氣速一般為0.3～1.5m/s，單層填料層高度在3～5m之下，壓降通常為400～600Pa/m，液氣比為0.5～2.0kg/kg，液體噴淋密度在10m3/(h·m2)以上。填料塔由于結構簡單、氣液接觸效果好，壓降較小而被廣泛應用。不足之處是填料容易堵塞、損失大。板式塔內裝有若干層塔板，吸收液自塔頂向下流動，并在塔板上保持一定厚度的液層，氣體從塔底向上逐級穿過塔板，以鼓泡狀態或噴射狀態與液體相互接觸，進行傳質、傳熱及化學反應，如圖4－20所示。塔板的結構形式有多種，如孔板、篩板、旋流板等，板上設有溢流堰，以保持約30mm厚度的液層。操作中合適的氣液比例非常重要，氣量過大，則氣速過高，穿過篩孔時會以連續相通過塔板液層，形成氣體短路，并增大阻力；氣量過小或液流量過大，會導致液體從篩孔泄漏，降低吸收效率。篩孔孔徑一般為3～8mm，開孔率為5％～15％，空塔氣速為10～25m/s，穿孔氣速約為4.5～12.8m/s，每層塔板的壓降約為800～2000Pa。與填料塔相比，板式塔空塔速度較高，處理能力大，但壓降損失也較大。湍球塔是為了強化傳質、傳熱過程，應用流化床技術的一種特殊填料塔。聚乙烯或聚丙烯制作的球形填料由篩板支撐，加大氣速使填料處于懸浮狀態。運動小球的湍動旋轉和相互碰撞，使球面液膜不斷更新，強化傳質過程，提高了吸收效率。湍球塔的空塔氣速一般為 2～6m／s，靜止填料層每層高度一般為 0.2～0.3m，每層壓降為 400～1200Pa。湍流塔體積小，風速高，處理量大，吸收效率高，塔內不會堵塞。但塑料小球的湍動有返混現象， 不能承受高溫，磨損嚴重，需經常更換。各種型式的噴淋塔也被廣泛采用，基本型式如圖4-12（a）所示。噴淋塔空塔氣速一般為為1.5～6m/s，塔內壓降為250～500Pa，液氣比較小，適用于極快或快速反應的化學吸收過程。其特點是結構簡單，壓降低，不易堵塞，氣體處理能力較大，投資費用低；但占地面積大，效率較低，常用于規模較大的鍋爐煙氣濕法脫硫以及作預冷卻器。二、氣態污染物的吸附凈化方法25文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .吸附凈化是利用多孔固體表面的微孔捕集廢氣中的氣態污染物， 可用于分離水分、有機蒸氣（如甲苯蒸氣、氯乙烯、含汞蒸氣等）、惡臭、 HF、SO2、NOx等，尤其能有效地捕集濃度很低的氣態污染物。這是因為固體表面上的分子力處于不平衡狀態，表面具有過剩的力，根據熱力學第二定律，凡是能夠降低界面能的過程都可以自發進行， 因此固體表面這種過剩的力可以捕捉、 滯留周圍的物質，在其表面富集。1.吸附現象吸附現象也分為物理吸附和化學吸附兩種。物理吸附是由固體吸附劑分子與氣體分子間的靜電力或范德華力引起的， 兩者之間不發生化學作用， 是一種可逆過程。化學吸附是由于固體表面與被吸附分子間的化學鍵力所引起，兩者之間結合牢固，不易脫附。該吸附需要一定的活化能，故又稱活化吸附。物理吸附與化學吸附的主要區別有： ①吸附熱。物理吸附多為放熱過程， 其吸附熱較小(102～103J/mo1)，與氣體的液化熱接近，而化學吸附的吸附熱很大 (＞42kJ/mo1)，與化學反應熱相近；②溫度。物理吸附不需要活化能， 吸附與脫附速率一般不受溫度的影響，進行均較快，但低溫時吸附量較大，隨著溫度升高，被吸附質容易從固體表面脫附，利于吸附劑的再生和被吸附質的回收； 而化學吸附往往需要一定的活化能， 吸附與脫附速度都較小， 隨著溫度升高，吸附和脫附速率都明顯增加；③選擇性。物理吸附只取決于吸附劑與吸附質之間的分子力，對不同種類的氣體選擇性較小，脫附也容易，而化學吸附由特定的化學反應確定， 則具有較高的選擇性， 某種吸附劑只吸收某些特定的氣體，且不易脫附；④吸附層厚度。物理吸附在低吸附壓強時，一般為單分子層，當壓強增大后，往往會變成多分子層，而化學吸附總是在單分子層或單原子層進行。物理吸附與化學吸附往往同時發生，但以某一種吸附為主。如在低溫下，主要是物理吸附，而在較高的溫度下，就可能轉為化學吸附為主。吸附的基本原理1）吸附平衡。在一定溫度下，吸附質與吸附劑充分接觸后，吸附質附著于吸附劑上的吸附速度和吸附質脫離吸附劑表面的解吸速度相等時，即吸附質在氣相中的濃度與在固相吸附劑表面的濃度達到動態平衡而不再改變，稱為吸附平衡。此時的吸附量和吸附質在氣相中的壓力(或濃度)分別稱為平衡吸附量和平衡壓力(或平衡濃度)，是吸附的極限，一定溫度下兩者的關系可以用吸附等溫方程或吸附等溫曲線來描述。（2）吸附等溫方程。許多學者在大量實驗的基礎上提出了各種吸附理論，如朗格繆爾(Langmuir)方程、弗羅因德利希(Freundlich)方程、，但一般只能解釋一種或幾種吸附現象。其中，朗格繆爾等溫式與許多實驗現象相符合，能夠解釋許多實驗結果，目前仍是應用最為廣泛的等溫式。朗格繆爾吸附理論作如下假定：①吸附劑表面性質是均一，化學吸附過程僅在表面單分子層進行；②被吸附分子之間無作用力，相互不受影響；③氣體分子在吸附劑表面上的吸附與脫附在一定條件下已處于動態平衡。據此，可推導出朗格繆爾等溫式：26文檔來源為:從網絡收集整理 .word版本可編輯.歡迎下載支持 .(4－47)式中 θ—被吸附分子覆蓋的固體表面積與固體總面積之比；G，Gm—氣相平衡分壓 p下及單分子層覆蓋滿 (θ＝1)時的吸附量；k—吸附平衡常數；p—吸附質氣相平衡分壓。上式可見，當氣相分壓 p很低時，kp＜＜1，則G＝Gmkp，G與, p成正比；當氣相分壓 p很高時，kp＞＞1，則G＝Gm，此時G與p無關，吸附達到飽和。（3）吸附等溫線。一定溫