1、第6章 空氣凈化原理與設備,6.1 概述,6.2 粉塵的凈化,6.1.1 凈化裝置的性能 6.1.2 凈化裝置的分類 6.1.3 凈化裝置的選擇,6.2.1 粉塵的特性、除塵機理 6.2.2 重力沉降室、慣性除塵器 6.2.3 旋風除塵器 6.2.4 濕式除塵器 6.2.5 過濾式除塵器 6.2.6 電除塵器,第6章 空氣凈化原理與設備,6.3 有害氣體的凈化,6.4 凈化新方法,6.3.1 概述 6.3.2 吸收與吸附原理 6.3.3 吸收與吸附裝置,6.4.1 非平衡等離子體空氣凈化 6.4.2 光催化凈化方法 6.4.3 負離子凈化方法 6.4.4 臭氧凈化方法,6.1 概述,大氣污染物

2、的凈化實際上是一個混合物的分離問題。,1. 氣溶膠污染物,2. 氣態(tài)污染物,本章主要闡述空氣污染物的一般凈化方法和凈化裝置的典型結(jié)構(gòu)，重點介紹粉塵的凈化。,分離方法：屬于非均相混合物，一般都采用物理方法進行分離。 分離依據(jù)：氣體分子與固體、液體粒子在物理性質(zhì)上的差異。,1.氣溶膠污染物,如較大粒子的密度比氣體分子大得多，則可利用重力、慣性力、離心力（統(tǒng)稱為質(zhì)量力）進行分離，統(tǒng)稱為機械分離方法； 又如粒子的尺寸和質(zhì)量較氣體分子大得多，則可采用過濾層，進行過濾的方法加以分離； 利用某些粒子易被水濕潤，凝并增大而被捕集，可采用濕式洗滌進行分離； 由于某些粒子的荷電性，在高壓電場內(nèi)利用靜電力進行分離的

3、靜電除塵。, ,分離方法：根據(jù)物理的、化學的及物理化學的原理予以分離 分離依據(jù)：不同組分所具有的不同蒸氣壓，不同溶解度，選擇性吸收作用以及某些化學作用。 目前國內(nèi)外凈化氣態(tài)污染物的方法，主要有五種：吸收法、吸附法、燃燒法、冷凝法及催化轉(zhuǎn)化法。,2.氣態(tài)污染物,6.1.1 凈化裝置的性能,全面地評價凈化裝置的性能應該包括技術(shù)指標和經(jīng)濟指標。 （1）技術(shù)指標: 一般常以處理氣體量、凈化效率，壓力損失及負荷適應性等特性參數(shù)來表示； （2）經(jīng)濟指標: 主要包括設備費、運行費和占地面積等。 除上述基本性能外，還應考慮裝置安裝、操作、檢修的難易程度等因素。,點擊這里,表示凈化裝置的技術(shù)性能，主要包括以下幾

4、個方面： 1）處理氣體量：代表裝置處理能力大小的指標，一般以體積流量表示。 2）壓力損失：表示裝置消耗能量大小的技術(shù)經(jīng)濟指標，有時也稱為壓力降。 3）負荷適應性：表示裝置性能可靠性的技術(shù)指標，即指凈化裝置的工作穩(wěn)定性和操作彈性。 4）凈化效率: 表示裝置凈化效果的重要技術(shù)指標，有時也稱為分離效率。對于除塵裝置又稱除塵效率；對于吸收裝置，又稱吸收效率；對于吸附裝置，則稱為吸附效率。,點擊這里,在工程中，通常以凈化效率為主來選擇和評價裝置，因此本節(jié)重點介紹凈化效率的表示方法。 （1）總效率 （2）通過率（透過率） （3）分級除塵效率 （4）板效率 （5）串聯(lián)運行時的總凈化效率,凈化效率的表示方法,

5、概念：指同一時間內(nèi)，凈化裝置去除污染物的量與進入裝置的污染物量之百分比?？傂蕦嶋H上是反映裝置凈化程度的平均值，也稱為平均效率。 計算方法：進入裝置的污染物流量為Si(g/s) ，凈化裝置出口的相應量為So(g/s) 。若凈化裝置捕集的污染物流量為Sc (g/s)， 則有 Si=Sc+So 故總效率（%）可表示成:,（1）總效率,當凈化效率達99%以上時，如表示成99.9%或99.99%，在表達裝置性能的差別上不明顯，所以一般采用其它方法來表示，最簡單的一種方法是用通過率P（%）來表示。 通過率：指從凈化裝置出口逸散的污染物量與入口污染物量之百分比。 P值越大，說明出口逸散量越大。通過率P（%

6、）可以下式表示,例如: 一除塵器的=99%時，P=1.0%；另一除塵器=99.9%時，P=0.1%，則前一除塵器的通過率為后者的10倍。,（2）通過率（透過率）,分級除塵效率（簡稱分級效率）是指除塵裝置對某一粒徑dp或粒徑范圍dp+dp內(nèi)粉塵的除塵效率。 若設與此相應的除塵器入口的粉塵流量為Si（g/s）,捕集的粉塵量為Sc（g/s），則該除塵器對粒徑dp或dp范圍內(nèi)粉塵的分級效率j為,（3）分級除塵效率,總效率和分級效率的計算方法：當除塵器入口粉塵的粒徑頻度分布為fi，捕集粉塵的頻度分布為fc則根據(jù)頻度分布的定義和分級效率的定義式可得：,Si=Sifi Sc = Scfc,板效率是指實際塔板

7、能達到的分離程度與理論塔板所達到的平衡情況的比較。 這是表示吸收裝置（包括濕式洗滌器）性能的重要技術(shù)指標。 板效率常用總板效率、單板效率及點效率表示。總板效率即平均板效率，又稱為全塔效率。單板效率，又稱為莫夫利（Murphree）效率，而點效率則是更具體地表示塔板上任一點的局部分離效率。,（4）板效率,在實際凈化系統(tǒng)中，往往把兩種或多種不同型式的凈化裝置串聯(lián)起來使用，如當污染物濃度較高時，采用一個裝置凈化，排放濃度可能超過排放標準，或者雖能達到排到標準，因負荷過大容易引起裝置性能不穩(wěn)定等，應采用兩級或多級凈化裝置串聯(lián)使用。,同理，n級凈化裝置串聯(lián)后的總效率為,（5）串聯(lián)運行時的總凈化效率,設第

8、一級凈化裝置的效率為1，第二級為2，則兩級凈化裝置串聯(lián)運行的總效率為,6.1.2 凈化裝置的分類,（1）除塵裝置,（2）吸收裝置,（3）吸附裝置,（4）催化轉(zhuǎn)化裝置,6.1.3 凈化裝置的選擇,1）處理氣體量；2）氣體性質(zhì)；3）粉塵性質(zhì)；4）凈化要求；5）裝置的經(jīng)濟性。,1. 選擇的依據(jù),1）工程調(diào)查認真收集有關(guān)資料，全面考慮影響裝置性能的 各種因素； 2）計算凈化效率； 3）確定凈化方法； 4）確定凈化裝置的型號規(guī)格和運行參數(shù)。,2. 選擇的一般步驟, 6.2.1 粉塵的特性、除塵機理,（1）粉塵的密度 真密度（塵粒密度）；堆積密度 （2）粘附性 （3）爆炸性 （4）荷電性與比電阻 （5）粉

9、塵的濕潤性 （6）粉塵的粒徑及粒徑分布,1. 粉塵的特性,2 除塵機理,目前常用除塵器的除塵機理主要有以下幾個方面： （1）重力 （2）離心力 （3）慣性碰撞 （4）接觸阻留 （5）擴散 （6）靜電力 （7）凝聚,截留效應,慣性效應,擴散效應,重力作用,靜電效應,各種過濾機理的效率,6.2.2 重力沉降室、慣性除塵器,(1)原理：重力沉降室是一種最簡單的除塵器，它是依靠重力的作 用使塵粒從氣流中分離出來的。沉降室是一個斷面較大的空室，含塵氣體由斷面較小的風管進入沉降室后，氣流速度大大降低，塵粒便在重力作用下緩慢向灰斗沉降。 (2) 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低、施工容易、維護管理方便、 阻力小 (3

10、) 缺點：占地大，除塵效率低， 4070。 (4) 應用：僅適用于捕集密度大，顆粒粗（粒徑大于50m）的粉塵。只作為初級除塵。,1. 重力沉降室,2. 慣性除塵器,（1）除塵機理: 利用塵粒在運動氣流中具有的慣性力，通過突然改變含塵氣流的流動方向，或使其與某種障礙物碰撞，使塵粒的運動軌跡偏離氣體流線而達到分離的目的。 （2）主要類型: 沖擊式、 反轉(zhuǎn)式 （3）應用：慣性除塵器用于凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵具有較高除塵效率。對粘結(jié)性和纖維性粉塵，則因易堵塞而不宜采用。由于凈化效率低， 常用作多級除塵中的初級除塵。,碰撞式慣性除塵器的結(jié)構(gòu)型式,（1）原理: 旋風除塵器是利用氣流旋轉(zhuǎn)過程中

11、作用在塵粒上的離心力，使粉塵從含塵氣流中分離出來的。 （2）結(jié)構(gòu): 進氣口、筒體、錐體、排出管（內(nèi)筒） （3）外旋渦: 含塵氣體由除塵器進氣口沿切線方向進入后，沿外壁由上向下作旋轉(zhuǎn)運動，這股向下旋轉(zhuǎn)的氣流稱為外旋渦。 （4）內(nèi)旋渦: 外旋渦到達錐體底部后，轉(zhuǎn)而向上，沿軸心向上旋轉(zhuǎn)，最后從排出管排出。這股向上旋轉(zhuǎn)的氣流稱為內(nèi)旋渦。,0. 概述, 6.2.3 旋風除塵器,1. 旋風除塵器內(nèi)的流場,（1）速度分布,1）切向速度,3）徑向速度,2）軸向速度,（2）壓力分布,2. 篩分理論,影響旋風除塵器性能的因素很多，使用條件和結(jié)構(gòu)型式對旋風除塵器的性能都有不同程度的影響。 在使用條件方面，影響旋風除

12、塵器性能的因素有： （1）進口風速 （2）含塵氣體的性質(zhì) （3）除塵器底部的嚴密性 （4）結(jié)構(gòu)構(gòu)造,3. 影響旋風除塵器性能的因素,（4） 結(jié)構(gòu)構(gòu)造,在結(jié)構(gòu)上，影響旋風除塵器性能的因素有： 1）型式 2）筒體直徑 3）排出管直徑 4）筒體和錐體高度 5）排塵口直徑,軸向進入式,切向進入式,（1）多管旋風除塵器,4. 幾種常用的旋風除塵器,（2）旁路旋風除塵器,（3）長錐體旋風除塵器,6.2.4 濕式除塵器,1）通過慣性碰撞和截留，塵粒與液滴或液膜發(fā)生接觸； 2）微細塵粒通過擴散與液滴接觸； 3）加濕的塵粒相互凝并； 4）飽和狀態(tài)的高溫煙氣在濕式除塵器內(nèi)凝結(jié)時，要以塵粒為凝結(jié)核，可以促進塵粒的凝

13、并。,1. 濕式除塵器的機理,2. 幾種常用的濕式除塵器,濕式除塵器的種類很多，下面介紹常用的幾種。 （1）水浴除塵器 （2）沖激式除塵器 （3）旋風水膜除塵器 （4）文丘里除塵器,（1）水浴除塵器,濕式除塵器中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，含塵氣體從進口進入后，在噴頭處以高速噴出，沖擊水面，激起大量水花和霧滴，粗大的塵粒隨氣流沖入水中而被捕集，細小的塵粒隨氣流折轉(zhuǎn)180向上時，通過與水花和霧滴接觸而被除下，凈化后的氣體經(jīng)擋水板脫水后排出。,（2）沖激式除塵器,含塵氣體進入除塵器后轉(zhuǎn)彎向下，沖擊水面，粗大的塵粒被水捕集直接沉降在泥漿斗內(nèi)，未被捕集的微細塵粒隨著氣流高速通過S形通道（由上下兩葉片間形成的縫隙

14、），激起大量水花和水霧，使粉塵與水充分接觸，得到進一步凈化。凈化后的氣體經(jīng)擋水板排出。,（3）旋風水膜除塵器,含塵氣流沿切線方向進入除塵器，水在上部由噴嘴沿切線方向噴出，由于進口氣流的旋轉(zhuǎn)作用，在除塵器內(nèi)表面形成一層液膜。粉塵在離心力作用下被甩到筒壁，與液膜接觸而被捕集。它可以有效防止粉塵在器壁上的反彈，沖刷等引起的二次揚塵，從而提高除塵效率，這種濕式除塵器，由于加入了離心力的作用，能達到較高的除塵效率。除塵效果通?？蛇_90%-95%。,（4）文丘里除塵器,6.2.5 過濾式除塵器,過濾式除塵器是利用含塵氣流通過過濾材料時，將粉塵分離捕集的裝置，在通風除塵系統(tǒng)中應用最多的是以纖維織物為濾料的袋

15、式除塵器。本節(jié)主要介紹袋式除塵器 。,本部分內(nèi)容： 1.袋式除塵器的工作原理 2.過濾風速 3.袋式除塵器的阻力 4.濾料 5.袋式除塵器主要結(jié)構(gòu)型式及分類 6.濾料的預涂層過濾技術(shù) 7.袋式除塵器的應用,1. 袋式除塵器的工作原理,過濾機理,利用纖維織物的過濾作用將含塵氣體中的粉塵阻留在濾袋上的，這種過濾作用通常是通過篩濾效應、慣性碰撞效應、鉤住效應、擴散效應、靜電效應除塵機理的綜合作用而實現(xiàn)的。,增大表面積的好處微孔堵塞的效果,流量Q，面積 = 1,流量Q，面積=2,10 個微孔,5 個微孔 存污能力=1 壓降P=1,15個微孔 寸污能力=1 壓降P =1/3,5個微孔 寸污能力=3 壓降

16、=1,壽命=1,壽命=3,20個微孔,2 倍的面積 = 3 倍的壽命,4. 濾料,存污能力與纖維直徑的關(guān)系 ( 孔徑恒定 ),5. 袋式除塵器主要結(jié)構(gòu)型式及分類,1）機械清灰,袋式除塵器有許多結(jié)構(gòu)型式，通常可以根據(jù)以下特點進行分類。,（1）按清灰方式可分為,1）圓袋,（2）按濾袋形狀可分為,2）扁袋,1）內(nèi)濾式,（3）按過濾方式可分為,2）外濾式,2）脈沖噴吹清灰,3）逆氣流清灰,1）上進風,（4）按進風方式可分為,2）下進風,1） 機械清灰,人工振打 機械振打 一般來說，機械振打的振動強度分布不均勻，要求的過濾風速低，而且對濾袋的損傷較大，近年來逐漸被其他清灰方式所代替，但是由于某些機械振打

17、方式簡單，投資少，在不少場合仍在采用。 使濾袋振動一般有以下兩種振打方式： a. 垂直方向振打 b. 腰部水平振打,高頻振蕩,2）脈沖噴吹清灰,原理：它是以壓縮空氣為動力，利用脈沖噴吹機構(gòu)在瞬間內(nèi)噴出壓縮空氣，通過文氏管誘導數(shù)倍二次空氣高速噴入濾袋，使濾袋產(chǎn)生沖擊振動。同時在逆氣流的作用下，將濾袋上的粉塵清除下來。 特點：這種方式的清灰強度大，可以在過濾工作狀態(tài)下進行清灰，允許采用較大的過濾風速。 分類：中心噴吹脈沖袋式除塵器、環(huán)隙噴吹脈沖袋式除塵器、順噴脈沖袋式除塵器、對噴脈沖袋式除塵器都是采用這種清灰方式。,噴吹脈沖 袋式收塵器,圓筒脈沖 布袋除塵器,脈沖袋式除塵器,DMC系列脈沖袋式除塵

18、器,脈沖 袋式除塵器,3）逆氣流清灰,采用室外或循環(huán)空氣以含塵氣流相反的方向通過濾袋，使其上面的粉塵脫落。在這種清灰方式中，一方面是由于反向的清灰氣流直接沖擊塵塊，另一方面由于氣流方向的改變，濾袋產(chǎn)生脹縮振動而使塵塊脫落。,a. 回轉(zhuǎn)反吹扁袋除塵器,b. 脈動反吹風袋式除塵器,c. 反吸風袋式除塵器,反吹風袋式除塵器,Zc型回轉(zhuǎn)反吹扁袋除塵器,a. 回轉(zhuǎn)反吹扁袋除塵器,b. 脈動反吹風袋式除塵器,脈動反吹清灰就是對從反吹風機來的反吹氣流給予脈動動作，它具有較強的清灰作用，但要有能使反吹氣流產(chǎn)生脈動動作的機構(gòu)，如回轉(zhuǎn)閥等。,c. 反吸風袋式除塵器,處理大風量時，往往多采用反吸風袋式除塵器。其主要

19、原因是： 由于通常的反吹風袋式除塵器袋長為46m,袋徑為120160mm，因而處理大風量時，需要的濾袋數(shù)量就多，占地面積就太大。采用反吸風，袋徑可達300mm，袋長可達12 m，個別長的可達到1518m。 反吸風清灰結(jié)構(gòu)比較簡單，一個大袋室只用一套切換閥就可以 反吹風清灰消耗的能量較大，處理風量越大，耗電也越明顯。,在濾袋上添加預涂層來捕集污染物的除塵器稱為預涂層袋式除塵器。 在袋式除塵器的濾袋上添加恰當?shù)闹鸀V劑作預涂層能夠同時除脫氣體中的固、液、氣三相污染物，預涂層袋式除塵器的發(fā)明，為袋式除塵器的應用開拓了新的途徑。,6. 濾料的預涂層過濾技術(shù),1）預涂層袋式除塵器的結(jié)構(gòu)和工作原理,2）助濾

20、劑,3）預涂層袋式除塵器的主要特點,關(guān)于預涂層袋式除塵器的結(jié)構(gòu)型式、助濾劑的選擇和添加方法仍是今后應該開發(fā)和研究的課題。,7. 袋式除塵器的應用,對于細而干燥的粉塵，采用袋式除塵器凈化是適宜的。 袋式除塵器不適用于凈化含有油霧、凝結(jié)水及粘結(jié)性粉塵的氣體，一般也不耐高溫。 此外，袋式除塵器占地面積較大，濾袋更換和檢修較麻煩，工作環(huán)境也較差。,本部分內(nèi)容： 1.電除塵器的原理 2.電除塵器的結(jié)構(gòu)形式與主要部件 3.影響電除塵器性能的主要因素 4.新型電除塵器 5.電除塵器的理論公式和設計計算 6.靜電強化復合式除塵器 7.電除塵器的應用, 6.2.6 電除塵器,電除塵器是利用高壓電場使塵粒荷電，在

21、庫倉力作用下使粉塵從氣流中分離出來的一種除塵設備。,（1）粉塵的荷電,1. 電除塵器的工作原理,電除塵器除塵過程,（2）粉塵的沉積,（3）清灰,電除塵器的結(jié)構(gòu)型式很多，可以根據(jù)其不同特點，分成不同類型： 1）根據(jù)收塵極的形式，可分為管式和板式 2）根據(jù)氣流流動方式，可分為立式和臥式 3）根據(jù)清灰方式，可分為干式和濕式,（1）結(jié)構(gòu)型式,2. 電除塵器的結(jié)構(gòu)型式和主要部件,單管電除塵器,板式電除塵器,多管電除塵器,（2） 主要部件,電暈電極的形狀,集塵極板的形狀,電除塵器由除塵器本體和供電裝置兩部分組成。除塵器本體包括：電暈極、收塵極、清灰裝置、氣流分布裝置、外殼、灰斗。,影響電除塵器性能的因素很

22、多，除了前面已提到的如結(jié)構(gòu)形式、氣流分布、工作電壓等，粉塵的比電阻和氣體含塵濃度對電除塵器的性能影響較大。,3. 影響電除塵器性能的主要因素,（1） 粉塵的比電阻,（2）氣體含塵濃度,4. 新型電除塵器,（1）超高壓寬間距電除塵器,（2）原式電除塵器,（3） 雙區(qū)電除塵器,（4） 三極預荷電極,（5） 橫向極板電除塵器,（6） 電凝并除塵器,（7） 透鏡式電除塵器（ELSP）,5. 電除塵器的理論公式和設計計算,（1） 驅(qū)進速度,在電場作用下，荷電塵粒在電場內(nèi)受到靜電力。 塵粒在電場內(nèi)作橫向運動時，要受到空氣的阻力。 當靜電力等于空氣阻力時（F=P），作用在塵粒上的外力之和等于零，塵粒向電極方向作等速運動，這時的塵粒運動速度稱為驅(qū)進速度，可用下式表示:,（2） 除塵效率方程式（多依奇公式）,（3）收塵極和電場斷面積的確定,6. 靜電強化復合式除塵器,（1）靜電強化旋風除塵器,（2）靜電強化袋式除塵器,（3） 靜電強化濕式除塵器,濕式電除塵器,各種除塵設備實用性能比較,6.3.1 概述,排入大氣的有害氣體凈化方法主要有燃燒法、冷凝法、吸收法和吸附法。 室內(nèi)空氣污染物的凈化方法主要有吸附法、光催化法、非平衡等離子體法。 本章主要介紹吸收和吸附的機理以及有關(guān)的設備。, 6.3.2 吸收與吸附原理,吸收過程分為物理吸收和化學吸收兩種，物理吸收一般沒有明顯的化學反應，可以看