职业卫生监督基础第讲职业卫生工程学

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《职业危害层级控制》

是职业卫生监管的必备基础知识

如何防止中央空调交叉污染传播新冠肺炎

筹备了2年的广东省职业卫生监督员培训班（精英班）将于今年4月开班。该班学制1年，学员由各市从骨干职业卫生监督员中选派，经考试合格后根据考试成绩择优录取。该培训班教案经过2年时间的编写，已经完成了多个独立教案。为了方便学员入学考试和入学后预习、复习，全部教案将在 　　悬浮在气流中的尘粒，若带有一定电荷，可以通过静电力使它从气流中分离。

7、凝聚

凝聚作用不是一种直接的除尘机理，它是通过加湿、凝结等作用使小粒子增大，再通过一般的除尘方法去除。

除尘器分类

除尘器评定指标

评定除尘器工作性能的主要指标有除尘效率、阻力、经济性等。

（1）除尘效率

是指除尘器捕集下来的粉尘量与进入除尘器的粉尘量之比。根据总除尘效率,除尘器可分为:低效除尘器(50～80%),中效除尘器(80～95%)和高效除尘器(95%以上)。

（2）阻力

表示气流通过除尘器时的压力损失。据阻力大小除尘器可分为:低阻除尘器(ΔPPa),中阻除尘器(ΔP=～Pa)和高阻除尘器(ΔP=～0Pa)。

（3）经济性

是评定除尘器的重要指标之一,它包括除尘器的设备费和运行维护费两部分。在各种除尘器中,以电除尘器的设备费最高,袋式除尘器次之,文氏管除尘器,旋风除尘器最低。

除尘器分类

根据除尘机理常将除尘器分机械除尘器,过滤式除尘器、湿式除尘器、电除尘器四大类。

根据净化要求不同，分为：

（1）粗净化：多为第一级净化

（2）中净化：用于通风除尘系统,净化后浓度达标

（3）细净化：净化后浓度=1～2mg/m3

（4）超净化：1微米以下

除尘器分类

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。

气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降，包括层流式和湍流式两种。

单层重力沉降室

层流式重力沉降室

1、计算假设

（1）假定沉降室内气流为柱塞流，颗粒均匀分布于烟气中；

（2）忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用；

（3）在烟气流动方向，粒子与气流速度相同。

纵剖面示意图

2、粒子沉降计算

沉降室的长宽高分别为L、W、H，处理烟气量为Q。

气流在沉降室内的停留时间：

在t时间内粒子的沉降距离

该粒子的除尘效率

3、捕集最小粒子确定

对于stokes粒子，重力沉降室能%捕集的最小粒子的dmin=?

4、提高沉降室效率的主要途径

（1）降低沉降室内气流速度（一般为0.3～2.0m/s）

（2）增加沉降室长度

（3）降低沉降室高度

层流式重力沉降室

多层沉降室：使沉降高度减少为原来的1/（n+1），其中n为水平隔板层数。

考虑清灰的问题，一般隔板数在3以下。

多层重力沉降室

湍流式重力沉降室

1、湍流模式1

假定沉降室中气流处于湍流状态，垂直于气流方向的每个断面上粒子完全混合。

宽度为W、高度为H和长度为dx的捕集元，假定气体流过dx距离的时间内，边界层dy内粒径为dp的粒子都将沉降而除去。

粒子在微元内的停留时间

被去除的分数

对上式积分得

边界条件：

得：

因此，其分级除尘效率

2、湍流模式2

完全混合模式，即沉降室内未捕集颗粒完全混合。

单位时间排出：

ni为除尘器内粒子浓度，均一。

单位时间捕集：

总分级效率：

三种模式的分级效率均可用下式归一化：

对Stokes颗粒，分级效率与dp成正比

重力沉降室归一化的分级率曲线

a层流-无混合；b湍流-垂直混合；c湍流-完全混合

实际性能

沉降室的实际性能几乎从不进行实验测量或测试，在最好的情况下，这种装置也只能作为气体的初级净化，除去最大和最重的颗粒。沉降室的除尘效率约为40~70%，仅用于分离dp50μm的尘粒。穿过沉降室的颗粒物必须用其它的装置继续捕集。

优点：结构简单、投资少、易维护管理、压损小（50—Pa）。

缺点：占地面积大、除尘效率低（仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子）。

设计

假设:通过重力沉降室断面的水平气流的速度V分布是均匀的，呈层流状态；入口断面上粉尘分布均匀（即每个颗粒以自己的末端速度沉降，互不影响）；在气流流动方向上尘粒和气流速度相等，就可得到除尘设计的简单模式。

1、沉降时间和（最小粒径时的）沉降速度

尘粒的沉降速度为us，沉降室的长、宽、高分别为L、W、H，要使沉降速度为us的尘粒在沉降室内全部去除，气流在沉降室内的停留时间(t=L/V0）应大于或等于尘粒从顶部沉降到灰斗的时间（tc=H/us），

即：

将

代入

可求出沉降室能%捕集的最小粒径

上式是在理想状况下得到的，实际中常出现反混现象，工程上常用36代替式中的18，这样理论和实践更接近。室内的气流速度v0应根据尘粒的密度和粒径确定。一般取0.3~2m/s。

沉降室的设计:

（1）沉降时间

（2）沉降速度(按要求沉降的最小颗粒)

（3）沉降室尺寸

2、沉降室尺寸

先按

算出捕集尘粒的沉降速度us，

假设沉降室内的气流速度V0和沉降室高度H（或宽度W），而后求沉降室的长度和宽度（或高度）。

Q=WHV0=WLus

沉降室长度：

沉降室宽度：

Q为处理气流量，m3/s

3、设计要求

（1）保证粉尘能沉降，L足够长；

（2）气流在沉降室的停留时间要大于尘粒沉降所需的时间：

（3）能%沉降的最小粒径：

4、设计的主要内容：

根据粒径dp算出

（1）us；

（2）初步确定了V0、H，根据

求长度L。

（3）根据进气量Q求宽度w，Q=V0WH。

惯性除尘器

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（还利用了离心力和重力的作用），使其与气流分离。

惯性除尘器的结构形式主要有冲击式和反(回)转式两种。

冲击式：气流冲击挡板捕集较粗粒子。

反(回)转式：改变气流方向捕集较细粒子。

冲击式惯性除尘装置

a单级型b多级型

反转式惯性除尘装置

a弯管型b百叶窗型c多层隔板型

惯性除尘器一般用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘（粘结性和纤维性粉尘不宜）。其净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集10～20μm以上的粗颗粒。惯性除尘器压力损失～0Pa。

旋风除尘器

进气管、筒体、锥体、排气管

旋风除尘器在工业上已有多年的历史，是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置，用来分离粒径大于5~10μm以上的颗粒物。其特点是结构简单、占地面积小，投资少，维护管理方便，压力损失较大，动力消耗也较大，可用于各种材料制造，能用于高温、高压及腐蚀性气体，并可回收干颗粒物。其缺点是效率80%左右，捕集5μm颗粒的效率不高，一般作预除尘用。

旋风除尘装置工作原理

含尘气体由入口高速切向进入，气流沿外壁由上向下螺旋形旋转运动：外涡旋。少量气体沿径向运动到中心区域，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，最后从排气管排出。

旋风除尘器的压力损失

旋风除尘器的压力损失：

式中：

ρ：气体的密度,kg/m3

Vin：气体入口速度，m/s

ξ：局部阻力系数

相对尺寸的不同对压力损失影响较大，除尘器结构型式相同时，几何相似放大或缩小，压力损失基本不变。含尘浓度增高，压力降明显下降。操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kPa。

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，在交界面上粉尘的所受的作用力包括：离心力FC，向心运动气流作用于尘粒上的阻力FD

若FCFD，颗粒移向外壁

若FCFD，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%

为什麽忽略了粉尘的质量呢？

因为重力等于mg，离心力

设Vt=30m/s，r=0.1m，

离心力远远大于重力，故重力可忽略。

对于球形Stokes粒子

分割粒径

dc确定后，雷思一利希特模式计算其它粒子的分级效率

另一种经验公式

旋风除尘器理论分级效率曲线

旋风除尘器的结构

1、结构类型

（1）按入口气体流动形态分

（2）按性能分

通用除尘装置、高效除尘装置、大流量除尘装置。

高效除尘装置的特点：

筒体直径较小，筒体和锥体高度相对较高，用于分离粒径较小的颗粒，除尘效率达90%。

大流量除尘装置的特点：

筒体直径较大，气体流量大，除尘效率50-80%，用于预除尘。

通用除尘装置特点：

介于上述两者之间，除尘效率80-95%，使用较为广泛。

（3）按旋风筒体结构形式分

圆筒体、长锥体、旁通式及扩散式。

按旋风筒的组合方式分：串联式、并联式、多管式

按出口形式分：吸出式(X型，带出口蜗壳)和压入式(Y型，不带出口蜗壳)

按气流在旋风筒内的旋转方向分：右旋转(S型)和左旋转(N型)

2、几种常见的旋风装置结构

主要有切流反转的圆筒体式、旁路式、扩散式和轴流组合式多管旋风除尘装置。

切流反转圆筒体式：结构简单、制造容易、压力损失小、处理气量大、除尘效率不高。

旁路切流反转旋风除尘器：在圆筒体上设置一个旁路分离室，与锥体部分相通，将上涡旋部分气流夹带的细尘由顶部进入旁路，在旁路出口处分离出来进入灰斗，不适用于粘性大的粉尘。

扩散式切流反转旋风除尘器：在装置下部安装有倒圆锥和圆锥形反射屏。气流下旋，已净化气体在反射屏作用下形成上旋气流，由排出管排出，少量含尘气体由环隙进入灰斗，速度减小，粉尘分离，净化后气体由反射屏中心透孔排出。进口气流速10-20m/s，压力损失-0Pa，除尘效率90%左右。

轴流组合式多管旋风除尘装置：常用的为并联式，壳体中设有旋风管单元，含尘气体通过分离板进入旋风管单元，分离后的气体由出口管排出，尘粒通过排尘装置排出。效率高、处理气量大，有利于布置和风道连接方便的特点。

影响旋风除尘器效率的因素

1、比例尺寸

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。在锥体长度方面，可适当加长，对提高除尘效率有利。排出管直径愈小，分割直径愈小，即除尘效率愈高；直径太小，压力损失增加，一般取排出管直径de=（0.4～0.65）D。旋风除尘器排出管以下部分的长度应当接近或等于l，筒体和锥体的总高度以不大于筒体直径的五倍为宜。

特征长度（naturallength）-亚历山大公式

2、二次效应

所谓二次效应是指被捕集的粒子重新进入气流的运动。

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。

3、除尘器下部的严密性

应在不漏风的情况下进行正常排灰。

漏风率：0%、5%、15%

η：90%、50%、0

锁气器

(a)双翻板式(b)回转式

3、烟尘的物理性质

气体粘度：对于气体而言，μ增大对除尘不利，dc增大，效率减小。

温度增大，则μ增大，效率减小。

粉尘粒径与密度：离心力跟粒径的三次方成正比，流体阻力跟粒径的一次方成正比。综合来说，dp增大则效率增大，又因为

所以，ρp小，难分离，影响捕集效率。

4、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。

效率最高时的入口速度：

设计选型

一般使用经验法进行设计选型。

（1）计算所要求的除尘效率

（2）选择除尘器的型式

根据含尘浓度、粒度分布、密度等烟气特征，及除尘要求、允许的阻力和制造条件等因素进行确定。

（3）根据允许的压力降确定进口气速，或取为10～25m/s，由

可得

（4）根据处理气量和入口风速计算除尘器的进口面积A，入口宽度b和高度h

（5）确定各部分几何尺寸

旋风除尘器的比例尺寸

旋风除尘器的主要尺寸及参数取值范围主要包括进口风速、旋风筒体与排出管直径、排出管插入深度、旋风筒体和锥体高度等，需注意以下各点：

1)进口风速

分割粒径随进口风速的增大而减小，分割粒径越小，除尘效率越高，但进口风速也不宜过大，工程上一般取10-25m/s。

2)筒体直径

筒体直径越小，粉尘所受的离心力越大，其除尘效率越高。工程上使用的筒体直径一般不小于mm，不宜大于0mm，若处理量大，则应考虑采用并联组合式或多管式旋风除尘装置。

3)入口尺寸

入口断面多为矩形，入口高度与宽度比一般为1~4。

4)排气管直径

增大排气管直径，可降低阻力损失，但会降低除尘效率，一般排气管直径与旋风筒体直径之比为0.4~0.7。

5)排气管插入深度

是影响除尘装置分离效率的最显著因子，若插入深度过短，入口粉尘会直接逸流，插入深度过长，径向汇流又会增大，同样对分离效率不利，一般排气管插入深度以略低于入口下沿较为适当。

6）筒体和锥体高度

两者总高度一般以不超过筒体直径的5倍为宜。

7）圆锥角

一般取20~30°为宜，圆锥角过小，锥体高度就会过大，圆锥角过大对卸料不利，锥体内壁磨损也会增加。

8）底部卸灰机构的选取

除尘量不大时，选择固定灰斗，定期排放；当收尘量较大，要求连续排灰时，选择翻板式卸灰阀、回转式或螺旋式卸灰机进行排放。

袋式除尘器

使含尘气流通过过滤材料(简称滤料)将粉尘过滤分离捕集的装置，按照过滤材料的形状及其性质来分，可分为:

1、陶瓷微管除尘器

袋式除尘器:陶瓷微管除尘器

陶瓷微管

2、颗粒层除尘器

袋式除尘器:颗粒层除尘器

砂、砾、焦炭等颗粒物

3、纤维织物

采用纤维织物作滤料的袋式除尘器在工业尾气的除尘方面应用较广，除尘效率一般可达99%以上，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。

袋式除尘器:纤维织物

工作原理

拦截、惯性碰撞

扩散、电沉积

含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上。粉尘因拦截、惯性碰撞、静电和扩散等作用，在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉尘初层。

新鲜滤料（网孔为20~50μm）的除尘效率较低。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。随着粉尘在滤袋上积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。

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。清灰不应破坏粉尘初层。

袋式除尘器的分级效率曲线

布袋除尘器工作原理

滤料

1、对滤料的要求

（1）容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低。

（2）使用寿命长，耐热、耐磨、耐腐蚀、机械强度高。

表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适用于含尘浓度低、粘性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高。

（3）表面起毛（绒）的滤料容尘量大，粉尘能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰。

2、纤维性能

按照材质，将纤维分成有机纤维和无机纤维。见表4-3。

按滤料材质分无机纤维、合成纤维、复合纤维、覆膜滤料四大类。

（1）无机纤维滤料

主要指陶瓷、玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温、耐腐蚀，质地脆，适用于高温烟气净化，如玻璃纤维，耐高温℃。

（2）合成纤维

性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用领域，如尼龙，最高使用温度80℃，耐磨性很好，适用于过滤磨损性强的粉尘。

（3）复合纤维滤料

主要由无机纤维、合成纤维混合制成的滤料，主要用于水泥、冶金行业等工业炉窑除尘。

（4）覆膜滤料

由滤料基层和基层表面所敷贴的滤膜组成，适用于对微细颗粒物的净化，如烟气。

（5）梯度纤维滤料

表层超细纤维，逐层加粗纤维的结构。

3、滤料选择注意要点

纤维特性与制作纤维的材料特性不完全一致，造成质量不同，主要为制作的工艺处理方式不同。针刺滤料生产采用的是非织造布生产工艺，但不是纤维制成的非织造布都可以称为滤料，因此要注意应用对象及使用要求。滤料特性不完全是滤袋特性，滤料要成为滤袋，必须与净化设备的结构设计、工作特性、运行模式匹配。

4、滤袋及滤筒

（1）滤袋

用滤料缝制成，通过金属骨架固定在除尘器内部，由滤料迎风面将烟气中的颗粒物捕集，干净空气由滤袋中腔体排出。

（2）滤筒

由顶部、金属框架、非织造面褶形和底座等构成。褶形滤料是滤筒的核心，滤筒的性能直接关系到除尘器的除尘效果。

常见袋式除尘装置的结构特点

袋式除尘装置主要由滤袋、壳体、灰斗和清灰机构等部分组成。

按滤袋形状：筒形和扁形；

按进气方式：上进气和下进气；

按清灰方式：简易清灰、机械振动清灰、逆气流清灰和脉冲喷吹清灰等。

清灰

清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的。

常用的清灰方式有三种：机械振动式、逆气流清灰、脉冲喷吹清灰。

1、机械振动清灰

是利用机械装置振打或摇动悬吊滤袋的框架，使滤袋产生振动，从而清除积灰。

机械振动袋式除尘器的过滤风速一般取0.5～2.0m/min，压力损失为~0Pa

机械振动袋式除尘器工作过程

此类型袋式除尘器的优点是工作性能稳定，清灰效果较好。缺点是滤袋常受机械力作用，损坏较快，滤袋检修与更换工作量大。

2、逆气流清灰

过滤风速一般为0.5～1.2m/min，压力损失控制范围0～1Pa。这种清灰方式的除尘器结构简单，清灰效果好，滤袋磨损少，特别适用于粉尘粘性小，玻璃纤维滤袋的情况。

3、脉冲喷吹清灰

每排滤袋上方装设一根与脉冲阀相连的喷吹管，通过程序控制机构控制脉冲阀的启闭。清灰时由控制仪发出指令，触发排气阀，脉冲阀开启后，气包中的压缩空气经喷吹管下各小孔高速喷出，并诱导比自身体积大5~7倍的诱导空气一起经文氏管吹入滤袋，使滤袋急剧膨胀，引起冲击振动，使积附在袋外的粉尘层脱落掉入灰斗。

必须选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续时间（通常为0.1~0.2s）。

每清灰一次，叫做一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s。

图7-13脉冲喷吹袋式除尘器的结构

1-进气口；2-控制仪；3-滤袋

4-滤袋框架；5-气泡；6-排气阀

7-脉冲阀；8-喷吹管；9-净气箱

10-净气出口；11-文氏管；12-除尘箱

13-U形压力计；14-检修门；15-斗灰

16-卸尘阀

脉冲喷吹耗用压缩空气量：

脉冲喷吹清灰实现了全自动清灰，清灰强度高，清灰效果好，净化效率达99％；过滤风速较高，除尘装置体积小，滤袋磨损轻，运行安全可靠。

影响袋式除尘装置性能的因素

影响袋式除尘装置性能的因素有过滤风速、通风阻力、滤料、清灰方式等。

1、过滤风速

（1）烟气实际体积流量与滤布面积之比，也称气布比。

（2）过滤风速是一个重要的技术经济指标。选用高的过滤风速，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。

（3）一般来讲，除尘效率随过滤风速增加而下降。

（4）过滤风速的选取还与滤料种类和清灰方式有关。

2、通风阻力(压力损失)

通风阻力(压力损失)是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周期等，它由三部分组成，即：

式中：

3、滤料

是袋式除尘装置的主要组成部分，对除尘效率、阻力、造价、和运行费用等影响很大，是袋式除尘技术中的关键。

滤料的选择必须考虑含尘气体的特性，如粉尘和气体的组成、温度、湿度和粒径等。

性能好的滤料具有容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低、寿命长等特点，还应耐高温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等。

4、清灰方式

清灰是运行中一个十分重要的环节，袋式除尘装置的除尘效率、通风阻力、过滤风速及滤袋使用寿命等均与清灰方式有关。

机械振动和逆气流反吹清灰没有粉尘外溢，除尘效率较高。

脉冲清灰可以连续不断地进行，压力损失稳定，适用于处理高浓度的含尘气体。

袋式除尘器的选型与设计

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。

清灰方式

滤料比较

2、计算过滤面积

一般情况下的过滤风速归纳如下：

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、除尘装置设计

若选择定型产品，根据处理烟气量和总过滤面积，即可选定除尘装置型号规格，若自行设计，其主要步骤为：

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。

设计清灰机构及壳体；

设计粉尘的输送回收及综合利用系统。

应用

袋式除尘器作为一种高效除尘器，广泛用于各种工业部门的尾气除尘。袋式除尘器比电除尘器结构简单、投资省、运行稳定，可以回收高比电阻粉尘。袋式除尘器与文丘里洗涤器相此，动力消耗小，回收的干粉尘便于综合利用。

对于微细的干燥粉尘，采用袋式除尘器捕集最适宜。

袋式除尘器优点是除尘效率高，处理量大。结构简单，造价及运行费用低。可提高干法脱硫的脱硫率，缺点是体积和占地面积都很大，处理高温、高湿度、腐蚀性气体应慎选滤袋，滤袋易破损，阻力损失大。

滤筒式除尘器

结构和袋式除尘器类似，内部装配滤筒，有横装和竖装两种方式。

采用脉冲清灰，过滤风速0.5~2m/min，初阻力~Pa，运行阻力0~1Pa

滤筒过滤面积大，除尘器体积小。其除尘效率高，达99%。滤筒易于更换，适合处理粒径小、低浓度的含尘气体。在某些回风浓度较高的工业空调系统，采用滤筒作为新回风的过滤器。

湿式除尘器

湿式除尘器既能除尘，也脱除气态污染物，同时还能起到气体降温的作用。其设备投资少、构造简单，除尘净化效率高，较为适用于非纤维性、不与水发生化学反应、不发生黏结现象的各类粉尘，尤其适宜净化高温、易燃、易爆、有害气体。

但湿式除尘器易受酸碱性气体腐蚀，管道设备必须防腐，需要处理污水和污泥。寒冷地区考虑防冻，疏水性粉尘除尘效率低，要添加净化剂。

结构型式及除尘性能

按液体的产生方式分：

分为喷淋除尘装置、旋风水膜除尘装置、自激式湿式除尘装置、泡沫除尘装置、填料床除尘装置、文丘里除尘装置及机械诱导喷雾除尘装置。

根据气液分散形式分：

有液滴除尘装置、液膜除尘装置和液层气泡除尘装置。

1、喷淋除尘装置

又称喷淋塔或洗涤塔，按尘粒和水滴流动方式来分，可分为逆流式、并流式和横流式。

逆流式喷淋塔为例，见图。

捕集效率为：

喷淋塔的特点：

（1）压力损失小，一般在Pa以下，多用于50um以上的尘粒；

（2）捕集粉尘的最佳液滴直径约为μm，喷水压力一般为1.5~8MPa，水流速度与气流速度之比大致为0.~0.,气体入口速度一般为0.6~1.2m/s；

（3）结构简单、阻力小、操作方便；

（4）耗水量大、设备庞大、占地面积大、除尘效率低。

2、冲击式除尘装置

在其内储有一定量的水，将具有一定动能的含尘气体直接冲击到液体，激起大量水滴和水雾，使尘粒从气流中分离出来的一种除尘设备。

主要有水浴除尘装置和自激式除尘装置。

（1）水浴除尘装置

除尘过程：

①冲击作用阶段：气流中的尘粒因惯性与水碰撞被捕集。

②泡沫作用阶段：气流穿过水层，激发泡沫和水花。

③淋浴作用阶段：气流穿过泡沫层，受到其淋浴，粉尘被捕集。

④特点：结构简单，泥浆处理困难，适用于中小型工厂。

(2)自激式除尘装置

分为立式和卧式两种，以立式为例，见图。

除尘过程：

（1）气流冲击水面，粗尘粒由于惯性落入水中；

（2）细尘粒进入S形净化室，由于高速气流冲击水面激起的水滴的碰撞及离心力的作用，细尘粒被捕集；

（3）净化后的气体通过气液分离室和挡水板，去除水后排出。

3、湿式旋风除尘装置

有旋风水膜除尘装置和中心喷雾旋风除尘装置两种

（1）旋风水膜除尘装置

分立式和卧式两大类。

1）卧式旋风水膜除尘装置

含尘气体沿切线方向进入，气体在内外筒形成的螺旋通道内做旋转运动，在离心力作用下粉尘被甩向筒壁、气流冲击水面时，尘粒因惯性落于水中。气流冲击水面激起水滴与尘粒碰撞，将尘粒捕集。综合了旋风、冲击水浴和水膜三种除尘形式，效率90%以上。

2）立式旋风水膜除尘装置

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

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，除尘效率90~95%。

(2)中心喷雾旋风除尘装置

含尘气流由筒体下部导入，旋转上升，水通过轴向安装的多头喷嘴喷出形成水雾与螺旋旋转气流相碰，使尘粒被捕集下来，除尘效率90%以上，特别适用于气流量大和含尘浓度高的烟气除尘。

4、文丘里湿式除尘装置

为高效湿式洗涤器，可分为喷雾式和射流自吸式文丘里除尘装置两种。两者区别为：

喷雾式为机械通风机供风，喷嘴以喷雾为主；

射流式利用水气射流通风器的原理，通过压力水的喷射自行吸风，喷嘴的作用以射流吸风为主。

文丘里洗涤器由喷雾器、文丘里管（简称文氏管）和脱水器三部分组成。文丘里管包括渐缩管、喉管、渐扩管。

除尘过程分为雾化、凝聚和脱水三个过程。含尘气体进入收缩管后，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50～m/s。水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。在液滴加速过程中，由于液滴与粒子之间惯性碰撞，实现微细尘粒的捕集。充分的雾化是实现高效除尘的基本条件。

压力损失：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。

特点：

（1）对细粉尘的除尘效率高，对高温气体有良好的降温效果；

（2）常用于炼铁高炉、炼钢电炉、有色冶炼和化工生产中的烟气净化；

（3）结构简单，体积小、布置灵活、投资费用低，压损大。

5、填料式除尘装置

一般分为固定床和流动床两类，工程上一般使用流动床填料式除尘装置，又称为湍球塔，结构如下图示。

除尘过程：

（1）两栅板间充满小球，即填料，上方喷头喷出雾化水流经填料，形成水膜；

（2）含尘气体下部进入，将小球吹成流态化，依靠碰撞、拦截、扩散等作用，粉尘被小球上的水膜捕获；

（3）由于小球的湍动、碰撞，使液膜更新，强化了气液接触，提高了净化效率。

填料式除尘装置突出优点是可有效地净化气态污染物。

湿式除尘装置的脱水

重力式脱水器：结构简单，依靠液滴的重力分离

惯性式脱水器：与惯性除尘装置结构基本相同

旋风式脱水器：与旋风除尘器结构基本相同

过滤式脱水器：多层尼龙丝网或铜丝网，对于直径um以上的液滴，分离效率高达99%

电除尘器

电除尘是利用高压电场使气体发生电离，再使气体中的粉尘荷电，并在电场力的作用下，使气体中的悬浮粒子分离出来的装置。

特点：

1．分离的作用力直接施之于粒子本身，而机械方法大多把作用力作用在整个气体。

2．气流阻力小。耗电少：0.2～0.4度/0m3，压损小：一般为～Pa。

3．捕集细小颗粒（1μm左右）的效率高。

4．除尘效率高，一般在95-99%(最高可达99.9%)。

5.处理气量大，可达～m3/h

6.可在高温或强腐蚀性气体下操作。

7.主要缺点是设备庞大，消耗钢材多，初投资大，要求安装和运行管理技术较高。

管式电除尘器

静电除尘器构造

静电除尘器主要构件有电晕极、集尘极、清灰装置。

管式电除尘器示意图

1、电除尘装置的种类

按粒子荷电段和分离段的空间布置不同，分为单区式和双区式电除尘装置。

（1）单区式

电除尘的四个过程都在同一空间区域内完成的。

（2）双区式

荷电和除尘分设在两个空间区域内。

目前单区式电除尘装置应用最广。

按集尘极的形式不同，分为管式和板式电除尘装置。

（1）管式电除尘器

多根并列的圆管，处理气量较小，一般采用湿式清灰。

（2）板式电除尘器

集尘极由轧制成各种断面形状的平行钢板制作，极板之间布置电晕线，清灰方便，制作、安装比较容易。

按气流流动方向不同，分为卧式和立式电除尘装置。

按清灰方式不同，分为干式和湿式电除尘装置。

（1）湿式

于集尘极形成一层水膜，将沉积的尘粒带出，可避免二次扬尘，但操作温度低，需处理污泥。

（2）干式

采用机械、电磁、压缩空气等振打清灰，处理温度高达~℃，有利于回收有价值的颗粒物，但存在二次扬尘，板式电除尘器多采用干式。

2、电除尘器的主要部件

（1）电晕线

电晕线的一般要求：起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极距、易清灰等。

电晕线越细越有棱尖，起晕电压就越低。常用的有直径3mm左右的圆形线、星形线及锯齿线、芒刺线等。

电晕线固定方式有重锤悬吊式、管框绷线式。

管框绷线式电晕极

重锤悬吊式电晕极

（2）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40％～50%）有很大影响。性能良好的集尘极应满足下述基本要求：

1）振打时粉尘的二次扬起少；

2）单位集尘面积消耗金属量低；

3）极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形；

4）振打时易于清灰，造价低，气流通过极板空间的阻力小。

集尘极分为管式和板式两大类：

1）小型管式电除尘器的集尘极直径约为15cm，长3m左右的管，大型的直径可加大到40cm，长6m，每个除尘装置所含集尘管数目少则几个，多则个以上。

2）板式电除尘器的集尘极垂直安装，置于相邻的两板之间。一般长为10~20m、高为10~15m，板间距0.2~0.4m，处理气流量0m3/s以上，效率高达99.5%的大型电除尘器有上百对极板。

（3）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。

对气流分布的具体要求是：

1）任何一点的流速不得超过该断面平均流速的±40%；

2）在任何一个测定断面上，85%以上测点的流速与平均流速不得相差±25%。

（4）供电装置

高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流，主要包括升压变压器、高压整流器和控制装置。

通常高压供电设备的输出峰值电压为70～lkV，电流为～mA。

整流设备目前广泛应用的为晶闸管高压硅，可将电压、电流限制在一定水平上，运行稳定，能有效控制火花率。

工作原理

电除尘器的工作原理包括四个基本过程：

（1）电晕放电

（2）粉尘荷电

放电极与集尘极间施加高压→放电极附近发生电晕放电→气体电离→产生：

①正离子→移向电晕极

②自由电子和部分随即形成的负离子→与粉尘碰撞并附着其上，实现粉尘荷电

（3）粉尘沉积→荷电粉尘向集尘极移动，到达其表面并放出电荷而沉积其上

（4）清灰

1、电晕放电

电晕放电发生在细金属电晕线和集尘板(或板)之间。

假如电晕电极为负极(负电晕)，从金属丝表面或附近放出的电子迅速向正极运动，与气体分子发生撞击并使之离子化，结果又产生了大量电子，通常称为雪崩过程。

随着电子离开金属丝表面距离的增加，电场迅速减弱。因为电子运动的速度主要由电场强度决定，致使电子运动速度迅速减低到使气体分子离子化所需要的最小速度。假如存在电负性气体，如氧气、水蒸气和二氧化硫等，则电晕产生的自由电子被这些气体的分子俘获并产生负离子，它们也和电子一样，向正极运动。这些负离子和自由电子就构成了使颗粒荷电的电荷来源。

自由电子能引起气体分子离子化的区域，常称为电晕区。

起始电晕电压是开始产生电晕电流时的电压，起始电晕电压可以通过调整电极的几何尺寸来实现。电晕线越细，起始电晕电压越小。

电晕区范围逐渐扩大致使极间空气全部电离-电场击穿，相应的电压-击穿电压。此时发生火花放电，电路短路，电除尘器停止工作。

在相同电压下通常负电晕电极产生较高的电晕电流，且击穿电压也高得多。

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。

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（约为负电晕的1/10）。

2、粉尘荷电

电除尘过程对粒子荷电的基本要求是：相同条件下荷电速度快，荷电量大。

两种机理：

（1）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。

（2）扩散荷电

离子由于热运动产生扩散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。

粒子的主要荷电过程取决于粒径：

大于0.5μm的微粒，以电场荷电为主；

小于0.15μm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、粉尘沉积

在电晕区内，气体正离子向电晕极运动的路程极短，只能与极少数的粉尘相遇并使之荷正电，而沉积在电晕极上。

在负离子区，大量荷负电的粉尘颗粒在电场力的驱动下向集尘极运动，到达极板失去电荷后便沉降在集尘板上。

当尘粒所受的静电力与尘粒的运动阻力达到平衡时时，尘粒便达到一个静电沉降的末端速度——驱进速度。

4、清灰

电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积。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。

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：

（1）在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板。无二次扬尘，效率高。主要问题是清灰水的处理及设备腐蚀。

（2）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。有利于回收有经济价值的粉尘，但易产生二次扬尘。

挠臂锤型振打装置

现代的电除尘器大都采用电磁振打或锤式振打清灰。振打系统要求既能产生高强度的振打力，又能调节振打强度和频率。

常用的振打器有电磁型和挠臂锤型。

影响除尘性能的因素

除含尘气体处理量、除尘效率和阻力外，驱进速度是电除尘装置特有的性能指标，影响除尘性能的主要因素有粉尘特性与浓度、气体特性、火花放电频率、结构因素和操作因素等。

1、粉尘特性与浓度

粉尘浓度过高，电晕电流减少，可增加预除尘装置。

粉尘比电阻是衡量粉尘导电性能的指标，它对电除尘器性能的影响最为突出。主要原因是在通用的单区极式电除尘器中，电晕电流必须通过极板上的粉尘层传导到集尘极上，若粉尘的比电阻太高，则影响粉尘粒子的荷电量和电场强度，导致除尘效率大幅度下降。另外，粉尘比电阻对粘附力有较大影响，高比电阻导致粘附力大，使得振打强度大，二次飞扬也大。

根据粉尘比电阻对电除尘器性能的影响，大致可分为三个范围：

1）低比电阻粉尘，比电阻小于Ω-cm，粉尘到达集尘极后，很快释放出电荷成为中性易于从集尘极上脱落，重新进入气流，产生二次飞扬，降低除尘效率。

2）中比电阻粉尘，比电阻在~5×Ω-cm，一般认为是最适宜于电除尘器工作的范围。

3）高比电阻粉尘，比电阻大于5×Ω-cm粉尘到达集尘表面后，电荷不易释放，逐步沉积于收尘表面上的粉尘将排斥随后的粉尘粘附于其上，还有可能当粉尘层达到一定厚度后，在尘层内形成一定的电场，粉尘层表面为负极，收尘极为正极，以致达到尘层内的空气击穿，产生所谓的反电晕放电现象。

粉尘比电阻的调节：

对于比电阻偏高的粉尘，可向烟气中喷水，增加烟气湿度和降低烟气温度(温度大于℃后，比电阻随温度的升高而降低，与烟气成分无关；温度低于℃时，比电阻随温度的降低而降低)。

还可向烟气中加入SO3、NH3、Na2CO3等，以增加粉尘的导电性。

2.气体特性

（1）气流速度

低流速有利于提高除尘效率，实际一般为0.6~1.5m/s。

（2）气流分布

断面气流速度分布均匀与否，对除尘效率影响很大。若分布不均，造成局部气流滞流，使局部积灰严重，流速较高又易造成二次扬尘，因此，在设计结构布置上要使气流引入的均布性。

（3）气体的温度和湿度

主要对比电阻的影响：

1）温度

在低温区，粉尘的比电阻较小，随着温度升高，粉尘比电阻增加；在高温区，随着温度的升高，粉尘的比电阻降低。

2）湿度

温度低于露点时，气体的湿度使除尘效率下降，温度高于露点时，随着湿度的增加，可以使击穿电压增高，使部分尘粒的比电阻降低，可以提高除尘效率。

3.火花放电频率

与粉尘性质、浓度、气体成分、温度和湿度不同而异，一般取30~次/min。

4.结构和操作因素

操作因素主要包括伏安特性、漏风率、二次飞扬、电晕线肥大、清灰等。

结构因素主要包括电晕线、集尘极、电场、气流分布装置等。

电除尘装置的设计

1、电除尘装置的设计计算

常采用经验法，以板式电除尘装置为例，其步骤一般为：

（1）确定电场断面积及其形状；

（2）确定集尘极、电晕极的间距和排数；

（3）计算集尘极的总面积；

（4）计算电场长度；

（5）确定电晕使用电压；

（6）确定耗电功率；

（7）结构设计，如外壳设计、分布管道设计、附属设备设计等。

2.电除尘装置的选型设计

（1）收集有关资料，如粉尘比电阻及其随运行条件的变化情况等；

（2）确定粉尘的有效驱进速度，应根据影响有效驱进速度的基本因素粒径、捕集效率、粉尘比电阻、电晕功率及二次扬尘情况等综合考虑确定；

（3）确定所要求的除尘效率，可按烟气含尘浓度和允许出口排放浓度考虑，同时考虑技术、经济、环保三方面的综合影响。

（4）确定集尘极板面积，由集尘极板面积即可查阅相关资料，进行电除尘装置的选型；

（5）验算电场风速，若在0.7~1.3m/s之内，说明选型合理，若不在此范围内，则还需重新计算选型。

表6-5捕集飞灰的电除尘器的主要设计参数

电袋复合式除尘器

电袋复合式除尘器的运行机理，是电除尘机理与袋式除尘过滤机理结合。其特点，是烟气中80-90%的颗粒物电场收集，其余进入滤袋，滤袋清灰周期加长，减小其损伤；滤袋的负荷降低，阻力减少，除尘效率高，使系统最优。

电袋复合式除尘器的运行形式：

（1）电袋分离串联式

电除尘器除去粗颗粒，起到预除尘作用，袋式除尘器除去剩余颗粒物，起到除尘达标作用。

(2)电袋一体式(嵌入式电袋复合除尘器)

每个除尘单元嵌入滤袋结构，电除尘电极与滤袋交错排列。

除尘器的选择

除尘器的种类繁多，型式多样，各具不同的性能和优缺点。正确选择除尘器并进行科学的维护，是保证除尘器正常运行并保证应有的除尘效率的关键。

1、除尘器的合理选择

选择除尘器必须全面考虑有关因素，如除尘效率、压力损失、一次投资、维修管理、运行安全性等，其中最主要的是除尘效率。

（1）明确用途，选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放浓度。

（2）粉尘的物理性质对除尘器性能具有较大的影响。包括粉尘的粒径分布、密度、比电阻、亲水性、温度、压力、粘性、毒性等。粘性大的粉尘容易粘结在除尘器表面，不宜采用干法除尘；比电阻过大或过小，不宜采用电除尘；纤维性或憎水性粉尘不宜采用湿法除尘。

除尘器的分级效率

（3）气体的含尘浓度

气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备以去除粗大尘粒。

一般说来，湿式除尘器、袋式除尘器、静电除尘器的入口含尘浓度分别以10g/m3、0.2～10g/m3、30g/m3为宜。

（4）气体温度和其它性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素：

1）高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器；

2）烟气中同时含有SO2、NOX等气态污染物，可以考虑采用湿式除尘器，但是必须注意腐蚀问题。

（5）选择除尘器时，必须同时考虑捕集粉尘的处理问题。

（6）其他因素

设备的位置，可利用的空间，环境条件。设备的一次投资（设备、安装和工程等）以及操作和维修费用。

费用举例

2、各类除尘器的选择

（1）机械式除尘器

造价较低，维护管理方便，并耐高温，必须回收干尘或含尘气体遇湿有腐蚀作用时更适宜用这类除尘器。对5μm以下的微粒去除效率不高，当含尘浓度很高时，可作预处理除尘器。

重力沉降室适宜尘粒粒径较大、要求除尘效率较低，又有足够场地的地方。

惯性除尘器适宜排气量较小、要求除尘效率较低的地方，一般可直接装在风管上。

旋风除尘器适宜要求除尘效率较低的地方，大量用于1～20t/h的锅炉烟尘处理。目前,机械式除尘器应用最多的是旋风除尘器。

（2）湿式除尘器

结构简单，投资低，除尘效率较高，能去除粒径很小的尘粒，并且在除尘的同时可去除一部分有害气体，如火电厂烟气脱硫除尘一体化多采用湿式除尘器。

缺点是用水量较大，废水和泥浆需二次处理，设备及构筑物易腐蚀。

（3）过滤式除尘器

袋式除尘器适宜于要求除尘效率较高、排气量变化较大以及处理有回收价值的细小颗粒物的场合。

投资较大，要求进气温度不超过滤袋材质所允许的温度，且气体温度在露点温度以上。粘性含尘气体进入除尘器时，含尘浓度超过尘粒的爆炸下限的不宜采用袋式除尘器。

（4）电除尘器

分离的作用力直接施之于粒子本身，气流阻力小。耗电少，捕集细小颗粒（1μm左右）的效率高，除尘效率高，处理气量大，可在高温或强腐蚀性气体下操作。主要缺点是设备庞大，消耗钢材多，初投资大，要求安装和运行管理技术较高。

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