★第6章 颗粒污染物控制（8学时） 本章教学内容： 除尘技术基础，旋风除尘器，袋式除尘器，静电除尘器 本章教学要求： 掌握粉尘的几何特性和重力沉降的规律； 了解旋风除尘器、静电除尘器和袋式除尘器的性能，掌握这三种除尘器的工作原理和常用装置，了解其他除尘器的原理与应用，熟悉除尘器的技术动态。 本章教学重点： 粉尘的几何特性，除尘器的工作原理与常用装置 本章习题: P411 1, 2,6,8,9 第一节 除尘技术基础知识（2学时） 大气污染物主要来源于工业废气的排放，可以采用各种方法控制和治理废气。按废气来源分类可分为工艺生产尾气治理方法、燃料燃烧废气治理方法、汽车尾气治理方法等；按废气中污染物的物理形态可分为颗粒污染物治理(除尘)方法和气态污染物治理方法。 ?一、颗粒污染物的物理性质 颗粒污染物的治理通常采用除尘技术。除尘技术是应用各种除尘装置捕集分离气溶胶中的固态颗粒。为了深入理解各种除尘机理，首先应了解颗粒污染物的各种物理性质，才能提高除尘的效果，正确掌握除尘系统的设计、选择和运行操作。 气溶胶中包含固体颗粒和液体颗粒。根据除尘技术的需要，这里只介绍固体颗粒的主要性质。考虑到一般工程技术中的习惯，用“粉尘”一词泛指固体颗粒。 1. 几何特性 颗粒污染物的几何特性包括粉尘的粒径、形状、比表面积等。 1）粒径。粉尘粒子的粒径一般分为代表粒子群中各单个粒子大小的单一粒径和代表由不同大小粒子组成的粒子群的平均粒径，单位一般以μm表示。 （1）单一粒径。按不同的测定方法，如投影法、筛分法、沉降法等，有不同的定义及表示方法，除尘技术中常用的粒径有： 定向粒径dF，也称菲雷特(Feret)直径，为各粒子平面投影图中同一方向上的最大投影距离。 斯托克斯粒径ds，系与被测粒子密度相同、终末沉降速度相等的球的直径。粒子雷诺数Re＜1时，按斯托克斯(Stokes)定律可得：  （6－1） 式中 μ—流体的动力粘度，Pa·s； vs—粒子在重力场中的终末沉降速度，m/s； ρp及ρ—粒子及流体的密度，kg／m3。 空气动力学粒径da，系在空气中与被测粒子的沉降速度相等的单位密度(ρp＝1g／cm3)的球的直径。单位为微米(空气)，记为μmA，计算式为，式中ρp单位为g／cm3。 分割粒径dc，也称临界粒径，为某除尘器的分级效率为50％时的粒径。 （2）平均粒径。如果由形状和大小各异的粒子组成的实际粒子群与由均一的球形粒子组成的假想粒子群具有相同的某一物理性质，则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径。平均粒径的计算方法有多种，如长度平均粒径(算术平均粒径)dl＝∑nd/∑n；体积平均粒径dv＝∑(nd3/∑n)1/3；质量平均粒径dm＝∑nd4/∑nd3等，式中d为实际粒子群中不同粒子的粒径，n为相应不同粒径的粒子个数。粒径的计算方法应根据粉尘的理化性质和装置的任务来确定。 2）粒径分布。某一粒子群中不同粒径的粒子所占比例称为粒径分布，即指粒子的分散度。粒径分布有粒数分布或质量分布，前者为粒子的个数百分数，后者用粒子的质量分数来表示。粒径分布的表示方法有表格法、图形法和函数法，常用的数学函数法有正态分布函数、对数分布函数、罗辛—拉姆勒（Rosin-Rammler）分布函数。除尘技术中多采用质量分布，通常有频率分布、频度分布以及筛上累积频率分布三种： 频率分布（相对频数）ω为粒径dp至dp＋Δdp之间的粒子质量ΔM占粉尘试样总质量M的质量分数，定义为：  （6－2） 频度分布（频率密度）f为单位粒径间隔宽度Δdp时的频率分布，取Δdp＝1μm时粒子质量占粉尘试样总质量的百分数，定义为：  （6－3） 频率分布f达到最大值时相对应的粒径dd称为众径。 筛上累积频率分布（筛上累积分布）Rs为大于某一粒径dp的全部粒子质量占粉尘试样总质量的质量分数，定义为： 　　　　　（6－4） 反之，小于某一粒径dp的全部粒子质量占粉尘试样总质量的质量分数称为筛下累计频率分布（筛下累计分布）Rx，即：  （6－5） 筛上累计分布和筛下累计分布相等(Rs＝Rx 50％)时的粒径d50称为中位径，也是除尘技术中常用的一种表示粉尘粒径分布特性的方法。 频度分布f可用微分式表示，累计分布R可用积分式表示。 以上三种粒径分布均可根据计算结果绘出频率（或频度）分布的直方图，并按照各组粒径间隔的平均粒径值，可以得到一条光滑的分布曲线。 2）形状。大多数粒子实际上是不规则形状，在测定粒径及研究粒子在流体中的运动时，通常把粒子假定为球形，因此出现理论计算与实际现象不符。 3）比表面积。单位体积或质量的粉尘具有的总表面积称为粉尘的比表面积，单位为m2/m3或m2/kg。比表面表示粉尘粒子群总体的细度，通常影响粉尘的润湿性和粘附性，用于研究通过粉尘层的流体阻力以及化学反应、传质、传热等现象。粉尘粒子越细，比表面积越大，其物理和化学活性越显著，通过颗粒层的流体阻力也随之增大。 2. 密度 单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度，单位为kg/m3。粉尘在不同的产生情况和实验条件具有不同的密度值，因此粉尘的密度分为真密度和堆积密度。粉尘的真密度是指将吸附在粉尘粒子凹凸表面、内部空隙以及粒子之间的空气排除以后测得颗粒自身的密度，用符号ρp表示；堆积密度是指包括粉尘粒子内部空隙和粉体粒子之间气体空间在内的粉体密度，用符号ρb表示。粉尘的真密度与堆积密度之间存在如下关系：  （6－6） 式中，ε为空隙率，是指粉尘之间的空隙体积与包含空隙和粉体在内的总体积之比。可见，对同一种粉尘而言，ρb＜ρp。如硅酸盐水泥尘（0.7～91μm），其ρp＝3.12 kg/cm3，ρb＝1.50 kg/cm3；煤燃烧产生的飞灰粒子（0.7～5.6μm），其ρp＝2.20 kg/cm3，ρb＝1.07 kg/cm3。 对一定种类的粉尘，ρp为定值，而ρb则随ε而变化。ε值与粉尘种类、粒径、充填方式等因素有关。粉尘越细，吸附的空气就越多，则ε值愈大；在挤压或振动过程中充填，ε值减小。 粉尘的真密度应用于研究粉尘粒在废气中的运动以及除尘方式的选择，而堆积密度则用在灰斗容积或仓储的确定等方面。 3. 粘附性 粉尘粒子附着在固体表面上或它们之间相互凝聚的可能性称为粉尘的粘附性。从微观上看，粉尘之间产生的各种粘附力主要有分子力（范德华力）、毛细力和静电力(库仑力)。通常，颗粒细小、表面粗糙且形状不规则、含水量高且润湿性好、含尘浓度高和荷电量大的粉尘，其粘附力增大。此外，粉尘粘附现象还与容器壁面粗糙度、周围介质性质及粉尘的气流运动状况有关，如在光滑无可溶性和粘性物质的固体表面上和低速气流中运动的粉尘粒子不易粘附，而在气体中的尘粒粘附要比液体中强得多。 粉尘由于粘性力的的作用，在相互碰撞中会导致尘粒的凝聚变大，有助于提高对粉尘的捕集。由于电除尘器或袋式除尘器的除尘效率在很大程度上依赖于收尘极或滤料上捕集粉尘的能力，因此粘性力的影响尤为突出。但在除尘设备或含尘气流管道中，粉尘粘附在器壁上会造成装置和管道的堵塞或引起故障，需要加以防范。 4. 润湿性 粉尘粒子与液体相互附着或附着难易程度称为粉尘的润湿性。粉尘的润湿性取决于液体分子的表面张力，表面张力越小的液体对粉尘的浸润性越强。例如，水的表面张力比酒精或煤油大，其对粉尘的浸润就较差。因此，各种粉尘对液体具有不同的亲和程度，当尘粒与液滴接触时，如果能扩大接触面而相互附着的粉尘称为亲水性粉尘，反之，接触面趋于缩小而不能相互附着的粉尘则称为疏水性粉尘。 粒尘的润湿性还与粉尘的粒径大小、理化性质及所处状态等因素有关。例如，石英的亲水性好，但粉碎成粉末后亲水能力就大为降低。一般来说，小于5μm尤其是1μm以下的尘粒就难以被水润湿。这是由于细粉的比表面积大，对气体有很强的吸附作用，表面存在着一层气膜，只有当在尘粒与水滴之间以较高的相对速度运动而冲破气膜时，才会相互附着。此外，粉尘的润湿性还随液体表面张力增大而减小，随温度降低而增大，随压力升高而增强。 各种湿式技术中，粉尘的浸润性是选择除尘设备的主要依据之一。对于疏水性粉尘可加入某些浸润剂(如皂角素等)，以减少固液之间的表面张力，增加粉尘的亲水性。对于某些遇水易形成不溶于水的硬垢的粉尘，如水泥、石灰、白云石砂等，会造成设备和管道结垢或堵塞，故不宜采用湿式除尘技术。 5. 电性 粉尘的电性主要有粉尘的荷电性及比电阻。 （1）荷电性。粉尘在其产生和运动过程中，由于碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电以及接触带电体等原因带有一定的电荷称为粉尘的荷电性。其中，有些粉尘带负电荷，有些带正电荷，还有一些不带电荷。粉尘荷电后，某些物理性质，如凝聚性、附着性及在气体中的稳定性等将发生改变，并增加对人体的危害。粉尘随着比表面积增大、含水量减少及温度升高，其荷电量增加。 （2）比电阻。粉尘的比电阻表现粉尘的导电性能，其表示方法和金属导线相同，也用电阻率来表示，单位为Ω·cm。粉尘的比电阻除取决于它的化学成分外，还与测定条件有关，如温度、湿度以及粉尘的粒度和松散度等，仅是一种可以相互比较的表观电阻率。粉尘的比电阻包括容积比电阻和表面比电阻：容积比电阻为粉尘依靠其内部的电子或离子进行的颗粒本体的容积导电；表面比电阻为粉尘依靠其表面因吸附水分或其他化学物质而形成的化学膜进行表面导电。对于电阻率高的粉尘，在较高温度(＞200℃)时，以容积导电为主；在较低温度(＜100℃)时，表面导电占主导地位；在中间温度范围内，粉尘的比电阻是两种比电阻的合成，其值最高。比电阻是粉尘的重要特性之一，对电除尘器性能有重要影响。 6. 爆炸性 可燃物形成粉尘(如硫矿粉、煤尘等)后，由于总表面积增加，粉体的表面自由能相应增加，从而提高了粉尘的化学活性。当粉尘达到自燃温度时，在一定的条件下会转化为燃烧状态。如果在封闭空间内，可燃性悬浮粉尘的剧烈氧化燃烧会在瞬间产生大量的热量和燃烧产物，当粉尘的放热反应速度超过系统的排热速度，将在空间内造成很高的压力和温度，形成化学爆炸。可燃性粉尘的的浓度只是在一定的范围内才会发生爆炸，这一浓度称为爆炸极限。能发生爆炸的粉尘最低浓度称为爆炸下限，而其最高浓度称为爆炸上限。低于爆炸下限或高于爆炸上限时的粉尘无爆炸危险，处于两者之间的粉尘均属于爆炸危险性粉尘。除尘装置中通常只需考虑爆炸下限，因为一般粉尘的爆炸上限值很大，多数场合下难以达到。 影响粉尘自燃和爆炸的因素很多。一般颗粒细小、分散度高、惰性尘粒(不燃尘粒)少、湿度低以及含有挥发性可燃气体的粉尘，其自燃和爆炸的可能性增大。此外，有些粉尘(如镁粉、碳化钙粉尘)与水接触后会引起自然爆炸，对于这种粉尘不能采用湿式除尘方法，还有一些粉尘互相接触或混合后（如溴与磷、锌粉与镁粉）也会发生爆炸。对于有爆炸和火灾危险的粉尘，在进行除尘设计时，必须充分考虑粉尘自燃和爆炸性能，并对爆炸危险性粉尘采取必要的防范措施。 7. 安息角 粉尘通过小孔连续落到水平板上，堆积成的锥体母线与水平面小于90°的夹角称为粉尘的安息角，也叫静止角或堆积角。安息角是粉尘的动力特性之一，用于评价粉尘的流动特性。安息角愈小，粉尘的流动性愈好，多数粉尘的安息角的平均值在35°左右。一般情况，粒径大、表面光滑、接近球形、湿度低及粘性小的粉尘，其安息角减小。粉尘的安息角是设计除尘设备灰斗及管道倾斜度的主要依据。 ?二、除尘装置捕集效率表示 除尘器的除尘效率包括总除尘效率，分级除尘效率、通过率等。 （1）总除尘效率η。设除尘器进口处的气体流量为Qi（m3/s），粉尘流量为Mi（g/s），气体含尘浓度为Ci（g/m3），相应出口处的参数分别为Qo、Mo、Co，除尘器中捕集的粉尘流量为Mc(g/s)。对粉尘流量有Mi＝Mo + Mc ，M=CQ。则同一时间内除尘器捕集的粉尘质量与进入的粉尘质量之比的质量分数即为总除尘效率η：  (6－7) 若除尘器完全密闭，稳态等温操作，则进出除尘器的气体量不变，则上式可变为：  (6－8) 通常测定除尘器进、出口的参数来计算总除尘效率。当除尘器漏气量大于进口量的20％时，应将测定的实际值换算成标准状态时的参数（0℃，1.013×105Pa），按式(4－17)计算。 （2）分级除尘效率ηd。总除尘效率是除尘器在一定运行工况下对某种特性粉尘的总捕集效果。但是，对粒径分布不同的粉尘和同一特性粉尘中不同粒径的粒子，除尘器的具有不同的除尘效率。为了正确评价除尘器对不同粒径粉尘的捕集效果，采用分级除尘效率的概念。 分级效率是指除尘器对某一粒径dp或某一粒径范围Δdp的粉尘的捕集效果。假设进入除尘器的粉尘总量Mi中，粒径dp或某一粒径范围Δdp的粉尘Mid的频率分布为ωid＝ΔMid/Mi；在被捕集的粉尘总量Mc中，粒径dp或某一粒径范围Δdp的粉尘ΔMcd的频率分布ωcd＝ΔMcd/Mc，则除尘器对粒径dp或某一粒径范围Δdp的粉尘的分级效率ηd为：  (6－9) 根据测定的除尘器的总效率，分析出的除尘器入口和捕集的粉尘粒径频率分布ωid和ωcd，即可按上式计算出分级效率。如果对式(4－19)右边分子、分母同除以Δdp，由式（4－3）的关系，粉尘的分级效率可用除尘器入口及捕集的粉尘的频度分布fid、fcd表示，即：  (6－10) 而总除尘效率从整个粒径范围的分级效率求和得到：  (6－11) 分级效率ηd与粒径dp的关系，一般以指数函数形式表示：  (6－12) 式中，α和m为由实验确定的系数。分级效率ηd随α和m值的增大而提高，α值越大，粉尘逃逸量越小；而m值愈大，表明dp对ηd的影响越大。m值一般在0.33～1.20。 （3）透过率P。一些除尘器的除尘效率非常高，可达99％以上，总效率的变化难以判断除尘效果及排放对环境效应的影响，有时用从除尘器中逃逸的粉尘质量与进入的粉尘质量之比的质量分数，即透过率P来表示：  (6－13) 如两台除尘器的除尘效率分别为99.9％和99.0％，则前者P＝0.1％，后者P＝1.0％，后者的透过率为前者的10倍。 （4）除尘器串联运行的除尘总效率。设η1，η2，…，ηn分别为第1，2，…，n级除尘器的除尘效率，则n级除尘器串联后的总除尘效率为：  (6－14) 三、重力沉降 重力沉降是利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理，将颗粒污染物与气体分离的过程。特点是结构简单，造价低，便于维护管理，阻力小，且可以处理高温气体，但是效率低，一般只能去除50微米以上的颗粒。因此，重力沉降室主要作为高效除尘器的预处理。 1.颗粒沉降速度 在重力场的作用下，粒子在静止流体中作自由沉降运动。假设粒子为球形，直径为dp。粒子受到重力Fw以及流体的浮升力Fb和阻力Fd的共同作用，其合力为F＝Fw―Fb―Fd，其中：  （6－15）  (6－16) 式中 ρp及ρ—粒子及流体的密度，kg／m3； Cf—流体的阻力系数； v—粒子对流体的相对运动速度，m／s； Ap—粒子垂直于气流方向的投影面积，对于球形颗粒，Ap＝πdp2/4，m2。 粒子在重力作用下，克服流体的浮升力和阻力从起始位置开始作加速下降运动，即F＞0。由于流体阻力Fd随加速沉降速度v的不断增加大而增大，当Fd增大到使合力F＝0时，加速过程结束，尘粒开始作均速下降运动。此时的尘粒沉降速度达到了恒定的最大值vs，称为终末沉降速度，简称沉降速度。由式（4－7）和(4－8)可得：  (6－17) 流体阻力系数Cf随流动状态而变化，即与粒子雷诺数Re＝vdpρ/μ有关，式中μ为流体的动力粘度，Pa·s。球形粒子Cf的研究结果如下：  (6－18) 对处于不同流动区域的粒子，将相应的Cf代入式(4－9)，得到三种流动状况下的终末沉降速度。例如，对于dp＝1～100μm的较小颗粒，一般处于层流区，其终末沉降速度为：  (6－19) 由式(6－19)可知，vs∝dp2，越细小的粉尘，其沉降速度越小，则越难以分离；含尘气流的温度增高，其密度减小而粘度增加，沉降速度减小，也不易分离。式(6－1)的斯托克斯粒径ds即由式(6－19)求解得到。 此外，颗粒形状、粒子的凝并、高浓度时颗粒之间相互作用、容器壁面等因素对颗粒的沉降也有影响。对实际工作中的非球形通常近似按球形粒子处理。 2.重力沉降室的设计 重力沉降室是利用重力沉降作用使粉尘从气流中分离的装置，如图6－1所示，图中L、H、B分别为沉降室的长、高、宽。当含尘气流进入后，由于流通面积扩大，流速下降，尘粒借本身重力作用以沉降速度vs向底部缓慢沉降，同时以气流在沉降室内的水平速度vo继续向前运动。如果气流通过沉降室的时间大于或等于尘粒从顶部沉降到底部所需的时间，即L/vo≥H /vs，则具有沉降速度为vs的尘粒能够全部沉降。 当沉降室的结构尺寸、含尘气体的性质和流量Q一定时确定后，如果粒子沉降运动处于层流区时，则可用斯托克斯式（4－11）求得沉降室能100％捕集的最小尘粒的粒径dmin为：  （6－20） 上式为理论计算式，但实际由于气流运动状况，粒子形状及浓度分布等影响，沉降效率会有所降低。显然，dmin越小，除尘效率越高。由式（6－20）可知,降低沉降室内气流速度vo，减小沉降室的高度H和增加沉降室长度L，均能提高重力沉降室的除尘效率。但是vo过小或L过长，都会使沉降体积庞大,一般取vo＝0.2～2.0 m/s。图6－2为降低H的多层重力沉降室，在室内沿水平方向设置n层隔板，其沉降高度就降为H/(n+1)。 重力沉降室的设计步骤是：首先根据粉尘的真密度和该沉降室应能捕集的最小尘粒的粒径计算出沉降速度vs，再选取室内气速vo和沉降高度H(或宽度B)，最后确定沉降室的长度L和宽度B(或高度H)。 重力沉降室一般能捕集40～50μm以上而不宜捕集20μm以下的尘粒。它的除尘效率低，一般仅 为40％-70％，且设备庞大。但阻力损失小，Δp＝50～150Pa，且结构简单，投资少，使用方便，维护管理容易，适用于颗粒粗、净化密度大、磨损强的粉尘。一般作为多级净化系统的预处理。 第三节 旋风除尘（2学时） 旋风除尘器是利用旋转气流的离心力使粉尘从含尘气流中分离的装置。旋风除尘器的结构简单，运行方便，效率适中(80％～90％)，阻力约1000Pa左右，适于净化密度较大、粒度较粗（＞10μm）的非纤维性粉尘，应用最为广泛。 一、旋风除尘器的工作原理 旋风除尘器一般由筒体和锥体，进气管和排气管及密封灰斗组成，结构如图6－3所示。由进气口切向进入的含尘气流沿筒体内壁从上向下做旋转运动，到达锥体底部的回流区后转而向上，在中心区旋转上升，最后经排气管向外排出。一般将沿外圈向下旋转的气流称为外旋流，而将中心旋转向上的气流称为内旋流，两者的旋转方向相同。由于实际气体具有粘性，外旋流是旋转向下的准自由涡流，同时有向心的径向运动；内旋流是旋转向上的强制涡流，同时有离心的径向运动。旋转气流中的尘粒依靠离心力 向外移动，达到筒体内壁后在气流和重力的共同作用下，沿壁面落入灰斗。 离心分离是利用旋转含尘气流产生的离心力的作用使粒子与气体分离的一种简单而重要的分离方法。它可以产生比重力大得多的分离力，因此得到广泛的应用。此外，离心力对惯性分离和虑料拦截起着重要作用。在离心力的作用下，粒子将产生垂直于切向的径向运动，最终到达壁面而从气流中分离出来。对处于斯托克斯区的球形粒子所受离心力Fc为：  (6－21) 式中 vθ—旋转半径r处气流和粒子的切向速度，m／s ； r—旋转气流流线的半径，m； 与重力分离相同，粒子沿径向运动时受到流体向心的径向阻力Fd作用：  (6－22) 式中 vr—旋转半径r处气流和粒子的向心径向速度，m／s。 当Fc＝Fd，即离心力和向心阻力平衡时，粒子的终末离心沉降速度vrs为：  (6－23) 式(6－23)与式(6－21)具有相同的形式，仅以离心加速度vθ2/r代替式(6－20)中的重力加速度g。由(6－23)可知，vrs除了与粒径和含尘气流温度有关外，还受气流的旋转速度和旋转半径的影响。气流的旋转速度越高，旋转半径越小，其终末离心沉降速度vrs越大，愈能分离细小的尘粒。 旋风除尘器的颗粒分离机理有多种解释：①假想圆筒理论，认为内、外旋流的分界面附近有一假想圆筒，内旋流中的粒子易被排出气流带走，外旋流中的粒子易被捕集；②转圈理论，认为粒子在随气流旋转下降到底部前，如果能碰到筒壁，则认为粒子能被分离；③湍流径向返混理论，认为气体的湍流混合、对粒子的阻力、粒子反弹及二次飞扬等作用，使旋风除尘器的任一水平横截面上，未捕集的粒子迅速处于连续均匀分布。 旋转气流中的粒子受到方向相反的两个力－离心力Fc和阻力Fd的共同作用。在内外旋流的分界面上，外旋流的切向速度vθ最大，粒子在此处所受离心力Fc也最大，当Fc＞Fd，粒子移向外旋流而被捕集；Fc＜Fd，则粒子向内旋流移动而被气流带走。 二、旋风除尘器的分离性能 （一）颗粒的分离直径 （二）捕集效率 （三）捕集效率的影响因素 三、旋风除尘器的分类与选型 四、旋风除尘器的设计（了解） 第四节 静电除尘（2学时） 以静电分离作为除尘的机理，利用高压电场使尘粒荷电，在电场力的作用下使粉尘与气流分离的装置。有干法清灰和湿法清灰两种型式。其特点是除尘效率高(特别是湿法清灰)，流动阻力小，能耗低，但消耗钢材多，投资高。 一、静电除尘的基本原理 电除尘器是利用静电分离原理使粉尘从气体中分离的装置。它能分离粒径为lμm左右的细尘粒，除尘效率高(＞99％)，阻力小(200～500Pa)，处理烟气量大(30～300m3/s)，适用于高温或腐蚀性气体，所以广泛地应用在各种工业部门。电除尘器的除尘过程分为高压电场的电晕放电，尘粒与电子和自由碰撞后的粒子荷电，粒子在电场力的作用下向集尘极运动的粒子沉降，以及粒子清除4个阶段，其分离机理前面已经讨论过。 按集尘极的形状，电除尘器可分为管式和板式2种，如图6-4所示。管式电除尘器的集尘极一般为多根并列的金属圆管或六角形管，适用于气体量较小的情况。板式电除尘器采用各种断面形状的平行钢板作集尘极，可从几平方米到几百平方米，极间均布电晕线，处理气体量很大。根据粒子荷电和集尘的空间位置，电除尘器有单区和双区两种布置方式，如图6-5所示。单区电除尘器是荷电和集尘在同一空间区域，多用于锅炉及其他工业除尘；双区电除尘器则是荷电和集尘先后在两个电场空间内进行，常用于空气调节等粉尘浓度很低的空气净化，而且使用阳极电晕。 电晕放电效果与电压有关。当电压较低时，不足以使自由电子获得高速运动的能量，因此难以撞击气体分子使之电离而实现电晕放电。当达到起晕电压U0后，一般为20kV，产生电晕放电，电晕电流I呈抛物线上升。随着电压的增大，空气电离即电晕放电的范围逐渐扩大。若电压高到一定值，一般高于60kV，达到击穿电压Us后，I急剧上升，会使两极间的空气全部电离，整个电场被击穿，发生弧光放电，电路短路，烧坏电极或供电设备。电除尘器的电晕电流与电压的关系如图图6-6所示。实践表明，负电晕电流高于同一电压下的正电晕电流，而且负电晕击穿电压高于正电晕，因此负电晕稳定性好，对除尘有利。影响电晕放电的因素有气体的成分、温度、压力和电极的形状、尺寸、积灰状况，以及粉尘特性等。 二、静电除尘器的分类与结构 （一）静电除尘器的分类 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25一50m3/s以上 （二）静电除尘器的结构 电除尘器主要由放电极、集尘极、气流分布装置、清灰装置、供电设备等组成。放电极应有起晕电压低、电晕电流大等良好的放电性能，足够的机械强度和耐腐蚀性，且容易清灰。电晕线有多种形状，常见的有圆形、星形、芒刺形等，如图4-16所示。集尘极要有利于尘粒沉积，清灰方便，振打时再次飞扬少，有足够的刚性，金属消耗低(占金属总消耗量的30％～50％)，制造方便等。板式集尘极的形式如图4-17所示，一般有平板式、箱式和型板式，平板式刚度较差，清灰时二次飞扬严重；箱式目前已很少采用；型板两侧设有沟槽或档板以增大刚度，同时避免直接冲刷板面，防止二次扬尘，目前应用最多。极板的厚度为1.2～2.0mm，板间距为220～300mm。 为了提高除尘效率，要求气流均匀进入除尘器电场。一般在除尘器电场之前设置1～3块开有圆孔或方孔的气流分布孔板，也可采用格栅式分布板等。 电极清灰装置是为了避免极板上粉尘沉积较厚时电晕电流的减小，使除尘效率降低。清灰方式有干式和湿式两种。板式电除尘器常采用干式清灰，清灰是用机械撞击（跌落振打或锤击振打）或电极振动使灰尘脱离极板，振打时存在二次扬尘等问题。振打要有合适的振打强度和频率，通常在运行中调节确定。管式电除尘器常采用湿式清灰，它是利用喷雾或溢流水等方式在集尘极表面保持一层水膜，粉尘随水膜流动而冲走，避免了二次飞扬，提高除尘效率。但存在极板腐蚀和污水、污泥处理问题。 电除尘器的供电设备应能提供足够高的电压并具有足够的功率，操作稳定。目前多采用可控硅控制和火花跟踪自动调压的高压硅整流设备，可以把除尘器的功率输入稳定在可能达到的最大值，从而保持高的除尘效率。 三、静电除尘器的效率 电除尘器除尘效率通常按德意希(Deutch) 捕集效率方程计算。该方程可由理论导出，推导时作了一些假定：除尘器中为的气流为湍流；通过除尘器任一横断面上的气流和尘粒浓度均匀分布；进入除尘器的尘粒即刻荷电完毕；集尘极附近所有尘粒的驱进速度相同，与气流速度相比是很小的；忽略尘粒重返气流的影响。若集尘极面积为A（m2），气体总流量为Q（m3/s），德意希捕集效率方程为：  (6－28) 式中，vp称为有效驱进速度，并不是式（6－16）中的驱进速度ves。因为德意希理论推导和ves计算式中没有考虑各种实际因素的影响，实际值低于用式(4－28)计算的捕集效率，据估计ves＝（2～10）vp，因此引入有效驱进速度的概念。vp是实际中对一定结构和运行条件的电除尘器实测η、A和Q的值后，反算出相应的驱进速度，用作设计新除尘器的基础。德意希效率公式指明了提高捕集效率的途径，在电除尘器设计和分析中被广泛应用。 影响电除尘器捕集效率的因素，主要有气体的性质和状态、粉尘特性、电极形状和尺寸及供电参数等。 （1）气体性质。对电子亲和力高的负电性气体如O2和SO2，以及与高速电子碰撞时易电离出一个氧原子的气体如CO2和HO2(蒸汽)，能很快俘获电子，形成稳定的负离子。而非负电性气体如N2，不能形成负离子。此外，电场中迁移速率较低的离子，如SO2气体离子，具有较高的击穿电压。因此，气体中有负电性和低离子迁移率的气体存在，可施加更高的电压，即更强的电场，则提高尘粒的驱进速度，即提高捕集效率。 （2）气体的工作状态。气体的压力降低或温度升高，气体密度小，分子平均自由程增大，有利于电子加速到气体电离的速度，可降低起晕电压，改善除尘器的工作性能。 （3）粉尘比电阻。粉尘正常工作的比电阻范围一般为104～2×1010Ω·cm。粉尘到达集尘极之后，会以适当的速度放出电荷。若比电阻小于104Ω·cm，带负电的尘粒到达集尘极后，会立刻放出电荷，失去极板对其产生的吸引力，容易产生粉尘的二次飞扬。若比电阻大于2×1010Ω·cm，粉尘沉积到集尘极表面后，不能完全释放电荷，易形成与集尘极电性相反的带负电的粉尘层，排斥随后到来的带电尘粒，阻止其沉积。此外，若带电粉尘层出现裂缝时，该处还会形成局部的高场强电场，使裂缝内的空气电离，产生局部电晕放电，即反电晕。电离产生的正离子要向负极(电晕极)移动，运动时与荷负电尘粒碰撞中和，使除尘效率大为降低。 气体温度与湿度对微粒比电阻有重要的影响。如锅炉飞灰，温度小于250℃范围，粉尘的比电阻随温度的升高而增加。因为低温时尘粒吸附的水蒸气多，导电性能好，故比电阻低。温度升高后，尘粒吸附的水蒸气蒸发，比电阻逐渐增加。同理，烟气含湿量增加，粉尘的比电阻下降，当温度大于250℃后，比电阻基本不受烟气含湿量的影响。 （4）粒径。dp ＞1.0μm以后，随着粒径增大，荷电量q显著增加，q的增幅大于dp的增大，因此驱进速度提高，除尘效率迅速增加。 （5）粉尘浓度。进口气体含尘浓度较低时，捕集效率随粉尘浓度增加会有所提高。但进口浓度过高，电场中的气体离子大量沉积到尘粒上，由于荷电尘粒的运动速度远比气体离子运动速度小，所以电流减弱，除尘效率下降。 （6）供电参数。通常，随着极间电压升高，电晕功率和电流急剧增大，因此除尘效率随电晕功率而增加。 四、静电除尘器的设计 电除尘器的选择和设计： 电除尘器的选择和设计仍然主要采用经验公式类比方法 比集尘表面积的确定 根据运行和设计经验，确定有效驱进速度ωe按德意希方程求得比集尘表面积A/Q 长高比的确定 集尘板有效长度与高度之比，直接影响振打清灰时二次扬尘的多少 要求除尘效率大于99%时，除尘器的长高比至少要1.0－1.5。 气流速度的确定 通常由处理烟气量和电除尘器过气断面积，计算烟气的平均流速 平均流速高于某一临界速度时，作用在粒子上的空气动力学阻力会迅速增加，粉尘的重新进入量亦迅速增加 气体的含尘浓度 如果气体含尘浓度很高，电场内尘粒的空间电荷很高，易发生电晕闭塞 应对措施－提高工作电压，采用放电强烈的芒剌型电晕极，电除尘器前增设预净化设备等 电除尘器的辅助设计因素 （一）平板式除尘器 设计程序：通道数 通道横断面积 处理气量 处理时间 （二）管式除尘器 设计程序：圆筒个数 通道横断面积 处理气量 处理时间 第四节 袋式除尘（2学时） 利用含尘气流通过滤材或滤层使粉尘分离和捕集的装置称为过滤式除尘器，一般可分表面过滤器和内部过滤器。表面过滤是采用多孔织物（棉、毛或人造纤维）等薄层滤料进行微粒的捕集，又称袋式过滤器。内部过滤则是把松散滤料(玻璃纤维、硅砂、煤粒等)填充在框架或容器内作为过滤层。 袋式除尘器是过滤式除尘器中的主要型式。特点是：1.除尘效率高；2.适应性强；3.操作弹性大；4.结构简单，使用灵活，便于回收干料，不存在污泥处理。 一、袋式除尘的基本原理 袋式除尘器是过滤式除尘器中的主要型式。它是将织物制成滤袋，当含尘气流体有穿过滤料孔隙时粉尘被拦截下来。沉积在滤袋上的粉尘通过机械振动，从滤料表面脱下来，降至在灰斗中。一般滤料网孔径为20～50μm，表面起绒的滤料网孔径为5～10μm，若用新滤袋则除尘效率较低。滤袋使用一段时间后，少量尘粒被筛滤拦截，在网孔之间产生“搭桥”现象并在滤袋表面形成粉尘层后，除尘效率逐渐提高，阻力也相应增大。滤袋具有多种除尘机理，除前述的重力沉降、惯性碰撞、截留分离及带电荷粉尘的外静电作用，还有扩散作用，即微小于lμm的尘粒在气体分子的撞击下脱离流线，像气体分子一样向滤袋纤维作布朗运动，以及粉尘粒径大于滤层孔隙被拦截下来的筛滤作用。大于lμm的尘粒，主要靠惯性碰撞，小于lμm的尘粒，主要靠扩散作用。 除尘器工作原理：截留、惯性碰撞，扩散、电沉积，筛分 二、袋式除尘器的结构形式 （一）按滤袋形状分 圆袋和扁袋 （二）按进气方向分 内滤式和外滤式 （三）按进气方式分 下进气和上进气 （四）按清灰方式分 机械振动清灰和脉冲清灰 三、袋式除尘器的性能 （一）过滤速度 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 （二）除尘效率  （三）压力损失 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。   四、袋式除尘器的选择与设计 设计流程： 选择过滤介质：与温度和气体与粉尘的其他性质相适应 选择清灰方式：与滤布相适应 计算气布比 计算穿透率 计算需要的过滤面积和袋室数目 提出风机和管道的技术要求 经济核算 选择与设计： （1）选定除尘器型式、滤料及清灰方式 根据对除尘效率的要求、厂房面积、投资和设备定货的情况等，选定除尘器类型 根据含尘气体特性，选择合适的滤料 根据除尘器型式、滤料种类、气体含尘浓度、允许的压力损失等便可初步确定清灰方式 （2）计算过滤面积 一般情况下的过滤气速归纳如下 简易清灰: vF=0.20－0.75m/min 机械振动清灰: vF=1.0－2.0m/min 逆气流反吹清灰: vF=0.5－2.0m/min 脉冲喷吹清灰: vF=2.0－4.0m/min （3）除尘器设计 确定滤袋尺寸:直径d和高度l 计算每条滤袋面积:a=πdl 计算滤袋条数:n=A/a 在滤袋条数多时，根据清灰方式及运行条件将滤袋分成若干组，每组内相邻两滤袋之间的净距一般取50－70mm