第6章 空气净化原理与设备.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,第,6,章 空气净化原理与设备,6.1,概述,6.2,粉尘的净化,6.1.1,净化装置的性能,6.1.2,净化装置的分类,6.1.3,净化装置的选择,6.2.1,粉尘的特性、除尘机理,6.2.2,重力沉降室、惯性除尘器,6.2.3,旋风除尘器,6.2.4,湿式除尘器,6.2.5,过滤式除尘器,6.2.6,电除尘器,第,6,章 空气净化原理与设备,6.3,有害气体的净化,6.4,净化新方法,6.3.1,概述,6.3.2,吸收与吸附原理,6.3.3,吸收与吸附装置,6.4.1,非平衡等离子体空气净化,6.4.2,光催化净化方法,6.4.3,负离子净化方法,6.4.4,臭氧净化方法,6.1,概述,大气污染物的净化实际上是一个,混合物的分离问题,。,1.,气溶胶污染物,2.,气态污染物,本章主要阐述空气污染物的一般净化方法和净化装置的典型结构，重点介绍粉尘的净化。,分离方法,：,属于非均相混合物，一般都采用物理方法进行分离。,分离依据,：,气体分子与固体、液体粒子在物理性质上的差异。,1.,气溶胶污染物,如较大粒子的密度比气体分子大得多，则可利用重力、惯性力、离心力（统称为质量力）进行分离，统称为,机械分离方法,；,又如粒子的尺寸和质量较气体分子大得多，则可采用过滤层，进行,过滤,的方法加以分离；,利用某些粒子易被水湿润，凝并增大而被捕集，可采用,湿式洗涤,进行分离；,由于某些粒子的荷电性，在高压电场内利用静电力进行分离的,静电除尘,。,分离方法,：,根据物理的、化学的及物理化学的原理予以分离,分离依据,：,不同组分所具有的不同蒸气压，不同溶解度，选择性吸收作用以及某些化学作用。,目前国内外净化气态污染物的方法，主要有五种：,吸收法、吸附法、燃烧法、冷凝法及催化转化法,。,2.,气态污染物,6.1.1,净化装置的性能,全面地评价净化装置的性能应该包括,技术指标和经济指标,。,（,1,）技术指标,:,一般常以处理气体量、净化效率，压力损失及负荷适应性等特性参数来表示；,（,2,）经济指标,:,主要包括设备费、运行费和占地面积等。,除上述基本性能外，还应考虑装置安装、操作、检修的难易程度等因素。,点击这里,表示净化装置的技术性能，主要包括以下几个方面：,1,）,处理气体量,：代表,装置处理能力大小,的指标，一般以体积流量表示。,2,）,压力损失,：表示,装置消耗能量大小,的技术经济指标，有时也称为压力降。,3,）,负荷适应性,：表示,装置性能可靠性,的技术指标，即指净化装置的工作稳定性和操作弹性。,4,）,净化效率,:,表示,装置净化效果,的重要技术指标，有时也称为,分离效率,。对于除尘装置又称,除尘效率,；对于吸收装置，又称,吸收效率,；对于吸附装置，则称为,吸附效率,。,点击这里,在工程中，通常以净化效率为主来选择和评价装置，因此本节重点介绍净化效率的表示方法,。,（,1,）,总效率,（,2,）,通过率（透过率）,（,3,）,分级除尘效率,（,4,）,板效率,（,5,）,串联运行时的总净化效率,净化效率的表示方法,概念：,指同一时间内，净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之百分比,。总效率实际上是反映装置净化程度的平均值，也称为平均效率。,计算方法：,进入装置的污染物流量为,S,i,(g/s,),，净化装置出口的相应量为,S,o,(g/s),。若净化装置捕集的污染物流量为,S,c,(,g/s,),，,则有,S,i,=S,c,+S,o,故总效率,（,%,）可表示成,:,（,1,）总效率,当净化效率达,99%,以上时，如表示成,99.9%,或,99.99%,，在表达装置性能的差别上不明显，所以一般采用其它方法来表示，最简单的一种方法是用,通过率,P,（,%,）,来表示。,通过率：指从净化装置出口逸散的污染物量与入口污染物量之百分比,。,P,值越大，说明出口逸散量越大,。通过率,P,（,%,）可以下式表示,例如,:,一除尘器的,=99%,时，,P=1.0%,；另一除尘器,=99.9%,时，,P=0.1%,，则前一除尘器的通过率为后者的,10,倍。,（,2,）通过率（透过率）,分级除尘效率,（简称分级效率）是指除尘装置对,某一粒径,d,p,或粒径范围,d,p,+d,p,内,粉尘的除尘效率。,若设与此相应的除尘器入口的粉尘流量为,S,i,（,g/s,）,捕集的粉尘量为,S,c,（,g/s,），则该除尘器对粒径,d,p,或,d,p,范围内粉尘的分级效率,j,为,（,3,）分级除尘效率,总效率和分级效率的计算方法：,当除尘器入口粉尘的粒径频度分布为,f,i,，捕集粉尘的频度分布为,f,c,则根据频度分布的定义和分级效率的定义式可得：,S,i,=S,i,f,i,S,c,=S,c,f,c,板效率,是指实际塔板能达到的分离程度与理论塔板所达到的平衡情况的比较。,这是表示吸收装置（包括湿式洗涤器）性能的重要技术指标。,板效率常用,总板效率、单板效率及点效率,表示。总板效率即平均板效率，又称为全塔效率。单板效率，又称为莫夫利（,Murphree,）效率，而点效率则是更具体地表示塔板上任一点的局部分离效率。,（,4,）板效率,在实际净化系统中，往往把两种或多种不同型式的净化装置串联起来使用，如当污染物浓度较高时，采用一个装置净化，排放浓度可能超过排放标准，或者虽能达到排到标准，因负荷过大容易引起装置性能不稳定等，应采用两级或多级净化装置串联使用。,同理，,n,级净化装置串联后的总效率为,（,5,）串联运行时的总净化效率,设第一级净化装置的效率为,1,，第二级为,2,，则两级净化装置串联运行的总效率为,6.1.2,净化装置的分类,（,1,）除尘装置,（,2,）吸收装置,（,3,）吸附装置,（,4,）催化转化装置,6.1.3,净化装置的选择,1,）处理气体量；,2,）气体性质；,3,）粉尘性质；,4,）净化要求；,5,）装置的经济性。,1.,选择的依据,1,）工程调查认真收集有关资料，全面考虑影响装置性能的 各种因素；,2,）计算净化效率；,3,）确定净化方法；,4,）确定净化装置的型号规格和运行参数。,2.,选择的一般步骤,6.2.1,粉尘的特性、除尘机理,（,1,）,粉尘的密度,真密度（尘粒密度）；堆积密度,（,2,）,粘附性,（,3,）,爆炸性,（,4,）,荷电性与比电阻,（,5,）,粉尘的湿润性,（,6,）,粉尘的粒径及粒径分布,1.,粉尘的特性,液滴,2,除尘机理,目前常用除尘器的除尘机理主要有以下几个方面：,（,1,）,重力,（,2,）,离心力,（,3,）,惯性碰撞,（,4,）,接触阻留,（,5,）,扩散,（,6,）,静电力,（,7,）,凝聚,截留效应,惯性效应,扩散效应,重力作用,静电效应,各种过滤机理的效率,颗粒尺寸,直接拦截,惯性碰撞,扩散拦截,1,几乎,100%,_,无,1,至,0.5,较低效率,较高效率,无,0.5,至,0.3,很低效率,低效率,0.3,至,0.1,微不足道,微不足道,略有效果,0.1,至,0.05,微不足道,微不足道,高效率,0.05,微不足道,几乎无效,几乎无效,6.2.2,重力沉降室、惯性除尘器,(1),原理,：重力沉降室是一种最简单的除尘器，它是依靠重力的作 用使尘粒从气流中分离出来的。沉降室是一个断面较大的空室，含尘气体由断面较小的风管进入沉降室后，气流速度大大降低，尘粒便在重力作用下缓慢向灰斗沉降。,(2),优点,：结构简单、造价低、施工容易、维护管理方便、阻力小,(3),缺点,：占地大，除尘效率低，,40,70,。,(4),应用,：仅适用于捕集密度大，颗粒粗（粒径大于,50m,）的粉尘。只作为初级除尘。,1.,重力沉降室,2.,惯性除尘器,（,1,）除尘机理,:,利用尘粒在运动气流中具有的惯性力，通过突然改变含尘气流的流动方向，或使其与某种障碍物碰撞，使尘粒的运动轨迹偏离气体流线而达到分离的目的。,（,2,）主要类型,:,冲击式、反转式,（,3,）应用,：惯性除尘器用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘具有较高除尘效率。对粘结性和纤维性粉尘，则因易堵塞而不宜采用。由于净化效率低，常用作多级除尘中的初级除尘。,碰撞式惯性除尘器的结构型式,（,1,）原理,:,旋风除尘器是利用气流旋转过程中作用在尘粒上的离心力，使粉尘从含尘气流中分离出来的。,（,2,）结构,:,进气口、筒体、锥体、排出管（内筒）,（,3,）外旋涡,:,含尘气体由除尘器进气口沿切线方向进入后，沿外壁由上向下作旋转运动，这股向下旋转的气流称为外旋涡。,（,4,）内旋涡,:,外旋涡到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转，最后从排出管排出。这股向上旋转的气流称为内旋涡。,0.,概述,6.2.3 旋风除尘器,1.,旋风除尘器内的流场,（,1,）速度分布,1,）切向速度,3,）径向速度,2,）轴向速度,（,2,）压力分布,2.,筛分理论,影响旋风除尘器性能的因素很多，使用条件和结构型式对旋风除尘器的性能都有不同程度的影响。,在使用条件方面，影响旋风除尘器性能的因素有：,（,1,）,进口风速,（,2,）,含尘气体的性质,（,3,）,除尘器底部的严密性,（,4,）,结构构造,3.,影响旋风除尘器性能的因素,（,4,）结构构造,在结构上，影响旋风除尘器性能的因素有：,1,）,型式,2,）,筒体直径,3,）,排出管直径,4,）,筒体和锥体高度,5,）,排尘口直径,轴向进入式,切向进入式,（,1,）,多管旋风除尘器,4.,几种常用的旋风除尘器,（,2,）,旁路旋风除尘器,（,3,）,长锥体旋风除尘器,6.2.4,湿式除尘器,1,）通过,惯性碰撞和截留,，尘粒与液滴或液膜发生接触；,2,）微细尘粒通过,扩散,与液滴接触；,3,）加湿的尘粒相互,凝并,；,4,）饱和状态的高温烟气在湿式除尘器内,凝结,时，要以尘粒为凝结核，可以促进尘粒的凝并。,1.,湿式除尘器的机理,2.,几种常用的湿式除尘器,湿式除尘器的种类很多，下面介绍常用的几种。,（,1,）,水浴除尘器,（,2,）,冲激式除尘器,（,3,）,旋风水膜除尘器,（,4,）,文丘里除尘器,（,1,）水浴除尘器,湿式除尘器中结构最简单的一种，含尘气体从进口进入后，,在喷头处以高速喷出，冲击水面，激起大量水花和雾滴，粗大的尘粒随气流冲入水中而被捕集,，细小的尘粒随气流折转,180,向上时，通过与水花和雾滴接触而被除下，净化后的气体经挡水板脱水后排出。,（,2,）冲激式除尘器,含尘气体进入除尘器后转弯向下，冲击水面，,粗大的尘粒被水捕集直接沉降在泥浆斗内，未被捕集的微细尘粒随着气流高速通过,S,形通道（由上下两叶片间形成的缝隙），激起大量水花和水雾，使粉尘与水充分接触,，得到进一步净化。净化后的气体经挡水板排出。,（,3,）旋风水膜除尘器,含尘气流沿切线方向进入除尘器，水在上部由喷嘴沿切线方向喷出，由于进口气流的旋转作用，在除尘器内表面形成一层,液膜,。,粉尘在离心力作用下被甩到筒壁，与液膜接触而被捕集,。它可以有效防止粉尘在器壁上的反弹，冲刷等引起的二次扬尘，从而提高除尘效率，这种湿式除尘器，由于加入了离心力的作用，能达到较高的除尘效率。除尘效果,通常可达,90%-95%,。,（,4,）文丘里除尘器,6.2.5,过滤式除尘器,过滤式除尘器是利用含尘气流通过过滤材料时，将粉尘分离捕集的装置，在通风除尘系统中应用最多的是以纤维织物为滤料的,袋式除尘器,。本节主要介绍袋式除尘器。,本部分内容：,1.,袋式除尘器的工作原理,2.,过滤风速,3.,袋式除尘器的阻力,4.,滤料,5.,袋式除尘器主要结构型式及分类,6.,滤料的预涂层过滤技术,7.,袋式除尘器的应用,1.,袋式除尘器的工作原理,过滤机理,利用纤维织物的过滤作用将含尘气体中的粉尘阻留在滤袋上的，这种过滤作用通常是通,过筛滤效应、惯性碰撞效应、钩住效应、扩散效应、静电效应,除尘机理的综合作用而实现的。,增大表面积的好处微孔堵塞的效果,流量,Q,，,面积,=1,流量,Q,，面积,=2,10,个微孔,5,个微孔,存污能力,=1,压降,P=1,15,个微孔,寸污能力,=1,压降,P=1/3,5,个微孔,寸污能力,=3,压降,=1,寿命,=1,寿命,=3,20,个微孔,2,倍的面积,=3,倍的寿命,4.,滤料,面积,A,压差,Px,存污能力,Y,面积,A,压差,Px/4,存污能力,4Y,面积,A,压差,Px/16,存污能力,16Y,存污能力与纤维直径的关系,(,孔径恒定,),5.,袋式除尘器主要结构型式及分类,1,）,机械清灰,袋式除尘器有许多结构型式，通常可以根据以下特点进行分类。,（,1,）按清灰方式可分为,1,）圆袋,（,2,）按滤袋形状可分为,2,）扁袋,1,）内滤式,（,3,）按过滤方式可分为,2,）外滤式,2,）,脉冲喷吹清灰,3,）,逆气流清灰,1,）上进风,（,4,）按进风方式可分为,2,）下进风,1,）机械清灰,人工振打,机械振打,一般来说，机械振打的振动强度分布不均匀，要求的过滤风速低，而且对滤袋的损伤较大，近年来逐渐被其他清灰方式所代替，但是由于某些机械振打方式简单，投资少，在不少场合仍在采用。,使滤袋振动一般有以下两种振打方式：,a.,垂直方向振打,b.,腰部水平振打,高频振荡,2,）脉冲喷吹清灰,原理：,它是以压缩空气为动力，利用脉冲喷吹机构在瞬间内喷出压缩空气，通过文氏管诱导数倍二次空气高速喷入滤袋，使滤袋产生冲击振动。同时在逆气流的作用下，将滤袋上的粉尘清除下来。,特点：,这种方式的清灰强度大，可以在过滤工作状态下进行清灰，允许采用较大的过滤风速。,分类：,中心喷吹脉冲袋式除尘器、环隙喷吹脉冲袋式除尘器、顺喷脉冲袋式除尘器、对喷脉冲袋式除尘器都是采用这种清灰方式。,喷吹脉冲,袋式收尘器,圆筒脉冲,布袋除尘器,脉冲袋式除尘器,DMC,系列脉冲袋式除尘器,脉冲,袋式除尘器,3,）逆气流清灰,采用室外或循环空气以含尘气流相反的方向通过滤袋，使其上面的粉尘脱落。在这种清灰方式中，一方面是由于反向的清灰气流直接冲击尘块，另一方面由于气流方向的改变，滤袋产生胀缩振动而使尘块脱落。,a.,回转反吹扁袋除尘器,b.,脉动反吹风袋式除尘器,c.,反吸风袋式除尘器,反吹风袋式除尘器,Zc,型回转反吹扁袋除尘器,a.,回转反吹扁袋除尘器,b.,脉动反吹风袋式除尘器,脉动反吹清灰就是对从反吹风机来的反吹气流给予脉动动作，它具有较强的清灰作用，但要有能使反吹气流产生脉动动作的机构，如回转阀等。,c.,反吸风袋式除尘器,处理大风量时，往往多采用反吸风袋式除尘器。其主要原因是：,由于通常的反吹风袋式除尘器袋长为,46m,袋径为,120160mm,，因而处理大风量时，需要的滤袋数量就多，占地面积就太大。采用反吸风，袋径可达,300mm,，袋长可达,12 m,，个别长的可达到,1518m,。,反吸风清灰结构比较简单，一个大袋室只用一套切换阀就可以,反吹风清灰消耗的能量较大，处理风量越大，耗电也越明显。,在滤袋上添加预涂层来捕集污染物的除尘器称为预涂层袋式除尘器。,在袋式除尘器的滤袋上添加恰当的助滤剂作预涂层能够同时除脱气体中的固、液、气三相污染物，预涂层袋式除尘器的发明，为袋式除尘器的应用开拓了新的途径。,6.,滤料的预涂层过滤技术,1,）预涂层袋式除尘器的结构和工作原理,2,）助滤剂,3,）预涂层袋式除尘器的主要特点,关于预涂层袋式除尘器的结构型式、助滤剂的选择和添加方法仍是今后应该开发和研究的课题。,7.,袋式除尘器的应用,对于细而干燥的粉尘，采用袋式除尘器净化是适宜的。,袋式除尘器不适用于净化含有油雾、凝结水及粘结性粉尘的气体，一般也不耐高温。,此外，袋式除尘器占地面积较大，滤袋更换和检修较麻烦，工作环境也较差。,本部分内容：,1.,电除尘器的原理,2.,电除尘器的结构形式与主要部件,3.,影响电除尘器性能的主要因素,4.,新型电除尘器,5.,电除尘器的理论公式和设计计算,6.,静电强化复合式除尘器,7.,电除尘器的应用,6.2.6,电除尘器,电除尘器是利用高压电场使尘粒荷电，在库仓力作用下使粉尘从气流中分离出来的一种除尘设备。,（,1,）粉尘的荷电,1.,电除尘器的工作原理,电除尘器除尘过程,（,2,）粉尘的沉积,（,3,）清灰,电除尘器的结构型式很多，可以根据其不同特点，分成不同类型：,1,）根据收尘极的形式，可分为管式和板式,2,）根据气流流动方式，可分为立式和卧式,3,）根据清灰方式，可分为干式和湿式,（,1,）结构型式,2.,电除尘器的结构型式和主要部件,单管电除尘器,板式电除尘器,多管电除尘器,（,2,）主要部件,电晕电极的形状,集尘极板的形状,电除尘器由,除尘器本体和供电装置,两部分组成。除尘器本体包括：,电晕极、收尘极、清灰装置、气流分布装置、外壳、灰斗。,影响电除尘器性能的因素很多，除了前面已提到的如结构形式、气流分布、工作电压等，粉尘的比电阻和气体含尘浓度对电除尘器的性能影响较大。,3.,影响电除尘器性能的主要因素,（,1,）粉尘的比电阻,（,2,）气体含尘浓度,4.,新型电除尘器,（,1,）超高压宽间距电除尘器,（,2,）原式电除尘器,（,3,）双区电除尘器,（,4,）三极预荷电极,（,5,）横向极板电除尘器,（,6,）电凝并除尘器,（,7,）透镜式电除尘器（,ELSP,）,5.,电除尘器的理论公式和设计计算,（,1,）驱进速度,在电场作用下，荷电尘粒在电场内受到静电力。尘粒在电场内作横向运动时，要受到空气的阻力。当静电力等于空气阻力时（,F=P,），作用在尘粒上的外力之和等于零，尘粒向电极方向作等速运动，这时的尘粒运动速度称为,驱进速度,，可用下式表示,:,（,2,）除尘效率方程式（多依奇公式）,（,3,）收尘极和电场断面积的确定,6.,静电强化复合式除尘器,（,1,）静电强化旋风除尘器,（,2,）静电强化袋式除尘器,（,3,）静电强化湿式除尘器,湿式,电除尘器,类型,结构形式,处理粒度,m,压降,mmH,2,O,除尘效率,%,重力除尘,沉降式,501000,1015,4060,惯性力除尘,烟囱式,10100,3060,5070,离心除尘,旋风式,3100,50150,8595,湿式除尘,文丘里式,0.1100,3001000,9099,过滤除尘,袋式,0.120,100200,8599.9,电除尘,0.0520,1020,各种除尘设备实用性能比较,6.3.1,概述,排入大气的有害气体净化方法主要有燃烧法、冷凝法、吸收法和吸附法。,室内空气污染物的净化方法主要有吸附法、光催化法、非平衡等离子体法。,本章主要介绍吸收和吸附的机理以及有关的设备。,6.3.2,吸收与吸附原理,吸收过程分为,物理吸收和化学吸收,两种，物理吸收一般没有明显的化学反应，可以看作是单纯的物理溶解过程，例如用水吸收氨。化学吸收是伴有明显化学反应的过程，例如用碱溶液吸收二氧化硫。,1.,吸收过程的理论基础,2.,吸收过程的机理双膜理论,3.,吸附原理和特性,6.3.3,吸收与吸附装置,1.,吸收设备,（,1,）喷淋塔,（,2,）填料塔,（,3,）湍球塔,2.,吸附装置,（,1,）固定床吸附装置,（,2,）蜂轮式吸附装置,6.4,净化新方法,6.4.1,非平衡等离子体空气净化,稀释比为,1:1000,情况下未经放电处理的细菌生长迹象,稀释比为,1:1000,情况下经（,8 kV,）放电处理的细菌生长迹象,等离子体放电催化消除微生物污染,1.,非平衡等离子体空气净化原理,非平衡等离子体净化过程涉及预荷电集尘、催化净化和负离子发生等作用。,根据等离子体区是否填充了颗粒物，可将等离子体反应器分为,空腔式和填充式,两种类型。,2.,非平衡等离子体空气净化反应器,（,1,）空腔式反应器,（,2,）填充式反应器,光催化材料,高压电,高压放电,REPLAY,平板电极,平板电极,带电粒子冲击,电场应力及其热效应,UV,光催化,微生物,VOCs,等离子体放电催化,UV,灯（关）,6.4.2,光催化净化方法,光催化净化的基本原理示意图,采用光催化氧化技术能在室温下利用空气中的水蒸汽和氧气去除空气中的污染物。,光催化空气净化器基本净化流程,Fujishima A.,et al.,Nature,1972,238(5338):38-45.,导带,价带,光催化降解,VOCs,2.,空气负离子的净化作用,其原理是,借助凝结和吸附作用,。,负离子净化灯,6.4.3,负离子净化方法,1.,空气离子的来源、类型和特性,3.,空气负离子产生技术,到目前为止，空气负离子的发生技术主要有：,电晕放电、水发生和放射发生,三种。,负离子空气净化保健漆,6.4.4,臭氧净化方法,