1、空氣污染控制設計,空氣污染控制設計,第三章 旋風集塵器,第二章 微粒的運動及收集機制,第一章 前言,第四章 袋式集塵器,第五章 靜電集塵器,第七章 各項防制設備之操作維護 與故障緊急應變整備及功 能查核,空氣污染控制設計,第六章 濕式洗塵器,第一章 前言,粒狀污染物的主要來源分為自然及人為來源。,1.1 粒狀污染物來源及種類,自然源粒狀污染物以火山爆發發射許多微粒，另產生污染氣體，例如SO2、H2S、甲烷等；自然火災如森林與草原之意外火災，以煤煙、未燃燒碳化氫類、一氧化碳、氮的氧化物及灰燼等形狀，生成大量污染物 。,第一章 前言,1.1 粒狀污染物來源及種類,人為粒狀污染物的主要來源可概分為：
2、燃料燃燒、工業製程、廢棄物燃燒、逸散性排放或經由氣體的化學反應而形成。,在工業製程中，物理研磨所產生的微粒直徑多在10 m以上。,在空氣污染源中可核凝的蒸氣相物質可分為兩個主要來源：(1)有機蒸氣、(2)金屬蒸氣。,第一章 前言,1.2 粒狀污染物的排放標準,依環保署發佈的固定污染源空氣污染物排放標準(中華民國九十六年九月十一日)，同時管制粒狀污染物的排放濃度及不透光率。粒狀污染物的管制標準以標準質量濃度(g/Nm3)表示。,第一章 前言,1.3 粒狀污染物的控制設備,粒狀污染物的控制設備有很多種，包括重力沈降室、旋風集塵器、袋式集塵器、靜電集塵器及濕式洗塵器。,控制設備的效率(%)是指進入控
3、制設備前的粉塵質量濃度Ci (mg/Nm3)被去除的百分率：,(1.3.1),第一章 前言,1.3 粒狀污染物的控制設備,若有兩個以上的控制設備串聯在一起，則總控制效率T(%)為：,其中1, 2, . n,為第1, 2, , n個控制設備之效率。,(1.3.2),第一章 前言,第一章 前言,1.4 粒狀污染物的控制系統,完整的系統包括廢氣收集系統，預處理設備(如旋風集塵器)，避免因溫度過高而損害設備的溫度調理器(如熱交換器)，控制設備本體。,圖1.2空氣污染控制基本流程,第一章 前言,粒狀污染物控制系統相關設備,圖1.5手動式滑動閘門,圖1.6旋轉閥,第一章 前言,粒狀污染物控制系統相關設備,
4、圖1.7自動翻轉閥,第一章 前言,粒狀污染物控制系統相關設備,圖1.8灰斗底部螺旋輸送機,圖1.9螺旋輸送機,第一章 前言,粒狀污染物控制系統相關設備,圖1.10氣動輸送設施,第一章 前言,粒狀污染物控制系統相關設備,圖1.11電熱氈,第一章 前言,粒狀污染物控制系統相關設備,圖1.12振動馬達,圖1.13氣動敲振器,第一章 前言,粒狀污染物控制系統相關設備,圖1.14球狀振動器,第二章 微粒的運動及收集機制,2.1 微粒的粒徑及濃度,微粒大小通常是影響微粒行為的最主要參數，對於圓球形微粒而言，通常以微粒直徑來表示微粒的大小。其他非圓球形微粒的大小一般則以相當或等似直徑(equivalent
5、diameter)來表示。,兩種微粒等似直徑的表示法，菲列直徑 (Ferets diameter)是指投影面積兩端的最長水平距離，馬丁直徑(Martins diameter)則是指將投影面積等分為二的水平直線長度。,第二章 微粒的運動及收集機制,2.1 微粒的粒徑及濃度,圖2.1常用的直接測量相當直徑表示法,第二章 微粒的運動及收集機制,2.1 微粒的粒徑及濃度,廢氣中的微粒多有不同粒徑，屬於多徑分布。通常微粒粒徑分布呈對數常態分布，以微粒之質量濃度分布而言，粒徑在Dp及Dp+dDp之間之微粒質量比率dF為：,(2.1.1),第二章 微粒的運動及收集機制,2.1 微粒的粒徑及濃度,如果將一個對
6、數常態累積分布畫在對數機率圖上則可獲得一直線，如圖2.2所示，其中縱座標為對數的粒徑刻度，橫座標為機率刻度。對數常態分布有兩個重要參數MMD和g，使用這兩個參數便可決定累積分布函數的直線。例如：d50%和d84%分別代表累積微粒濃度佔全部微粒濃度的50%和84%的微粒粒徑，則g可以利用下式算出：,(2.1.2),第二章 微粒的運動及收集機制,2.1 微粒的粒徑及濃度,圖2.2對數常態累積質量濃度分布函數,第二章 微粒的運動及收集機制,2.2微粒在流體中的受力及運動速度,一個微粒在流體中運動時會遭遇到拖曳力或黏滯阻力(drag force)而改變其運動速度。假設一個直徑為DP的圓球形微粒在一維的
7、空間上運動，則它在瞬間所遭受的拖曳力Fd可以利用史脫克斯定律(Stokes law)計算：,(2.2.1),第二章 微粒的運動及收集機制,氣體的黏度隨氣體溫度T的升高而升高，與T(K)的關係為：,微粒必須符合史脫克斯定律，(2.2.1)式才能使用。通常以微粒的雷諾數是否小於0.1，來判斷微粒是否符合史脫克斯定律(當微粒的雷諾數等於0.3時，拖曳力理論值與實驗值的差異為5%)。,2.2微粒在流體中的受力及運動速度,第二章 微粒的運動及收集機制,2.2微粒在流體中的受力及運動速度,由於C的值均大於1，因此實際的阻力比史脫克斯定律所算出者為小。由表2.1可以看出，在正常大氣狀況下，直徑超過10 m的
8、微粒之C值均趨近1.0，亦即阻力之計算可以不必考慮滑動校正因子。,第二章 微粒的運動及收集機制,2.2微粒在流體中的受力及運動速度,表2.1滑動校正因子C與微粒直徑DP之關係(20/1 atm),第二章 微粒的運動及收集機制,2.2微粒在流體中的受力及運動速度,除了微粒之直徑與空氣之自由平均路徑長會影響微粒所受之阻力外，微粒雷諾數Rep (particle Reynolds number)也會影響圓球微粒所受之阻力。Rep為慣性力和黏滯阻力的比值，定義為：,ReP DPVr /,(2.2.2),第二章 微粒的運動及收集機制,2.2微粒在流體中的受力及運動速度,當Rep0.1時，繞過圓球微粒之流
9、線不再對稱，當Rep續增時，流線會自圓球尾端之表面分離，此時史脫克斯定律即不成立，需利用實驗求得阻力的大小。實驗所得的阻力通常化成無因次的阻力係數Cd如圖2.3。,(2.2.3),第二章 微粒的運動及收集機制,2.2微粒在流體中的受力及運動速度,圖2.3圓球之阻力係數Cd 與雷諾數ReP的關係,第二章 微粒的運動及收集機制,2.2微粒在流體中的受力及運動速度,在相同情況下，非圓球形微粒所受之阻力，一般可用下式表示：,(2.2.4),其中為動力形狀因子，它和微粒的形狀有關；Dv為與不規則微粒具有同體積之圓球直徑。表2.2列出各種不規則微粒之值。,第二章 微粒的運動及收集機制,2.2微粒在流體中的
10、受力及運動速度,表2.2不同規則微粒之動力形狀因子,假設圓球微粒以初始速度V0水平投入一靜止流體中，微粒會受到阻力使其速度減少，最後速度變成零，呈靜止狀態。欲了解微粒之速度隨時間之變化，需解牛頓第二運動定律如下：,第二章 微粒的運動及收集機制,2.2微粒在流體中的受力及運動速度,Fd= -ma,(2.2.5),第二章 微粒的運動及收集機制,2.2微粒在流體中的受力及運動速度,新引進之變數B為動力移動性(dynamic mobility)，它意味著一個微粒受到單位力量而產生的運動速度大小。當史脫克斯定律成立時，B可以計算如下：,B=V/Fd=V/(3DpV)/C C/(3Dp),(2.2.6),
11、第二章 微粒的運動及收集機制,2.2微粒在流體中的受力及運動速度,上式顯示，B與微粒直徑DP成反比，亦即大的微粒不易因受到外力而移動，而愈小的微粒的移動性愈佳。(2.2.6)式可以重組如下：,mB (dV/dt) -V,(2.2.7),進一步解出V與t的關係如下：,(2.2.8),第二章 微粒的運動及收集機制,2.2微粒在流體中的受力及運動速度,上式指出，微粒之速度隨時間呈指數遞減的關係，其特徵時間 = mB稱為鬆弛時間(relaxation time)。可以利用(2.2.6)式計算如下：,(2.2.9),第二章 微粒的運動及收集機制,2.3 微粒的重力沉降,在考慮重力沈降的問題時，我們先假設
12、流體不動，微粒以初始速度零開始垂直向下運動。我們知道因微粒受到重力，因此它的速度會從零慢慢增加，直至其阻力等於重力為止，這時微粒的沈降速度不變，稱為終端沈降速度Vts(terminal settling velocity)。一般由於微粒的鬆弛時間很短，我們可以忽略微粒到達終端沈降速度前的速度變化，令重力等於阻力時可得：,(2.3.1),mgFd=Vts/B,第二章 微粒的運動及收集機制,2.3 微粒的重力沉降,所以,Vts= mgB,= g,= (pDp2Cg)/18,(2.3.2a),(2.3.2b),第二章 微粒的運動及收集機制,2.3 微粒的重力沉降,根據定義，一不規則微粒的動力形狀因子
13、為k，密度為p，同體積圓球直徑為Dv，且假設史脫克斯定律可以使用時，則其重力沈降速度可用下式計算：,(2.3.3),第二章 微粒的運動及收集機制,2.3 微粒的重力沉降,Vts單位密度圓球(0=1000 kg/m3)的重力沈降速度相同，或,(2.3.4),Dpa(p/0)0.5DvC(Dv)/C(Dpa)0.5(1/k)0.5,Dv(p/0)c(Dv)/C(Dpa) 0.5(1/k)0.5,(2.3.5),亦即,第二章 微粒的運動及收集機制,2.3 微粒的重力沉降,其中 C(DV)與C(Dpa)分別以DV及Dpa算出的滑動校正因子。假設DV及Dpa的差別不是很大，k值接近1.0(或微粒接近圓球
14、形)， 且C(DV)近似於C(Dpa)時，則,Dpa (p/0)0.5Dv,(2.3.6),第二章 微粒的運動及收集機制,2.3 微粒的重力沉降,表2.3列出在正常狀況下，終端沈降速度Vts與圓球微粒直徑Dp之關係。,表2.3 終端沈降速度Vts與圓球微粒直徑Dp之關係,第二章 微粒的運動及收集機制,2.4 微粒的慣性衝擊、截留及擴散,微粒在流體中被收集標的或障礙物收集的三個重要機制為慣性衝擊、直接截留及擴散(圖2.4)。微粒之慣性衝擊是收集較大微粒的方法之一，當微粒的慣性比較大時，它便無法跟隨流體之流線繞過障礙物，繼續作直線運動而衝擊於障礙物上而被收集，收集標的可能是水滴、檔板或纖維。,第二
15、章 微粒的運動及收集機制,2.4 微粒的慣性衝擊、截留及擴散,圖2.4 微粒被收集標的收集時的情形,第二章 微粒的運動及收集機制,2.4微粒的慣性衝擊、截留及擴散,今假設障礙物為圓柱體，若初始位置離中心線為y0之內的微粒都會因慣性而被障礙物收集，則可以定義慣性衝擊收集效率I如下(令Dc為圓柱直徑),(2.4.1),I2y0/Dc,第二章 微粒的運動及收集機制,2.4 微粒的慣性衝擊、截留及擴散,不同形狀的障礙物會有不同的收集效率。,及Re二個無因次變數的函數。,其中史脫克斯數St (Stokes number)表示微粒慣性之大小，以圓柱形障礙物為例：,收集效率I一般為,St Vr/(0.5Dc
16、)停止距離/障礙物之特徵尺寸,(2.4.2),第二章 微粒的運動及收集機制,2.4 微粒的慣性衝擊、截留及擴散,擴散現象則是微粒在濃度梯度場內由於這種布朗寧運動所造成的傳輸行為，這個現象對直徑小於0.1微米之微粒較為明顯。根據費克斯定律(Ficks law)，微粒在一個方向上(如x方向)之擴散通量Jx (diffusion flux)，取決於擴散係數D (diffusion coefficient)和該方向的數目濃度梯度dn/dx，亦即：,Jx-D(dn/dx),(2.4.3),第二章 微粒的運動及收集機制,2.4 微粒的慣性衝擊、截留及擴散,根據愛因斯坦推導出的公式，微粒之擴散係數D可以用下
17、式計算：,D kTB,(2.4.4),愛因斯坦也導出在一維方向上，微粒在時間t之後偏離其原來的行進路線之均方根位移(root mean square displacement) Xrms如下：,Xrms(2Dt)0.5,(2.4.5),第二章 微粒的運動及收集機制,2.4 微粒的慣性衝擊、截留及擴散,表2.5列出20，1 atm之大氣之下，微粒之擴散係數D和100秒後的均方根位移Xrms與微粒直徑Dp之關係。由此表可知，愈小的微粒，擴散愈顯得重要。,表2.5 微粒之擴散係數D和100秒後的均方根位移Xrms與微粒直徑Dp之關係,第二章 微粒的運動及收集機制,2.4 微粒的慣性衝擊、截留及擴散,
18、微粒因擴散而被收集的主要影響參數為皮可力數Pe (Peclet number)，Pe代表微粒之對流強度與擴散強度之比：,PeDcU0/D,(2.4.6),影響微粒截留的重要無因次參數為 R，它的定義如下：,RDp/Dc,(2.4.7),第二章 微粒的運動及收集機制,2.5 微粒的靜電沉降,當一個微粒帶靜電荷時，它會受外加電場之影響而運動，靜電集塵器即利用此一原理設計。根據庫侖定律，二個帶同號的點電荷分開距離為r時，它們之間的排斥力為：,Fe9.0109(qq/r2),(2.5.1),第二章 微粒的運動及收集機制,2.5 微粒的靜電沉降,參考圖2.5，帶電微粒在兩個平板之間均勻電場E中運動時，它
19、受到的電力Fe可計算如下：,FeqE=ne(V/h),(2.5.2),假設史脫克斯定律可以成立時，吾人可以將流體阻力與電力設為相等，進而求出微粒之終端靜電速度Vte如下：,FeFd或qE(3DpVte)/C=Vte/B或VteqEB,(2.5.3),第二章 微粒的運動及收集機制,2.5 微粒的靜電沉降,為了表示微粒在電場中運動之容易與否，通常qB之乘積稱為電力移動性Zp (electrical mobility)，其定義為一個微粒受到單位電場影響而產生的位移速度，其定義如下：,ZpVte/E,(2.5.4),(2.5.5),Zp=qB,第三章 旋風集塵器,旋風集塵器通常用來收集氣動直徑大於10
20、 m以上的微粒，常用在效率高的集塵器之前，當做預淨器。旋風集塵器是一種低成本的集塵設備。,如圖3.1所示，微粒隨著氣體沿切線方向進入旋風集塵器內，被迫旋轉，大的顆粒受離心力的影響，偏離流線沿徑向往旋風器內壁運動，最後到達旋風集塵器的內壁而被收集。當粉塵累積到一定量後因重力及外部的振動力量掉到底部的漏斗裡。氣體在旋風集塵器的內部呈螺旋向下的運動，因此微粒有更多的機會向外偏離流線，衝擊在內壁上。,第三章 旋風集塵器,基本上旋風集塵器依進氣方式分成三種型式：上部進氣式、軸向進氣式及下部進氣式，如圖3.2所示。其中上部進氣式(圖3.2.a)是最典型的構造之一，氣體在集塵器的上方循切線方向進入集塵器的內
21、部，以達到集塵的目的。在軸向進氣式的集塵器中(圖3.2.b)，氣體由上方沿軸向方向進入，經過導翼後呈螺旋式的轉動，以達成集塵的效果。軸向進氣式旋風器所具有的氣體容量，約為同直徑之上部進氣式的兩倍。圖3.2.c所示的下部進氣的構造，通常使用於濕式洗滌器之後，以方便液滴之收集。氣體由下部循切線方向進入形成漩渦，含微粒的大顆粒液滴往內壁方向運動而被收集。,第三章 旋風集塵器,圖3.1 微粒之收集機構,圖3.2 旋風集塵器種類,第三章 旋風集塵器,常用的上部切線進氣式旋風集塵器如圖3.3所示，包含4個主要的部份：進氣口、本體(圓柱體和圓錐體)、粉塵排放口、出氣口。每一個部份都對微粒收集效率有影響。進氣
22、口引導氣體沿切線方向進入本體中，對旋渦的形成很重要。,進氣口的目的是將氣體的直線運動變成旋渦運動。在進氣口處有幾個問題會產生，首先由於內部本來有氣體，進來的會被壓縮，亦即壓力損失會提高，同時若是進氣口設計不良時，會產生如圖3.4所示的進口亂流，進氣的能量會損失於此，無法充份的轉換成旋渦氣流。,第三章 旋風集塵器,圖3.3 常用的旋風集塵器,圖3.4 進氣口干擾現象,第三章 旋風集塵器,進氣口的設計有圖3.5所示的數個方法。圖3.5a所示簡單切線進氣口會產生一些亂流現象，一部份的微粒會直接進入出氣口而被排出。如圖3.5b所示，若在切線方向加裝導板於旋器風器內部，可使氣流更集中於切線方向，且減少壓
23、力損失，然導板會壓制旋渦的形成及減少收集效率。螺旋式的進氣方式(圖3.5c)之設計目的是使氣流有切線及向下運動的方向，希望能有助於旋渦的逐漸形成，但目前的實驗數據不足以確定這種進氣方式是否可以增加收集效率或減少壓力損失。內捲式進氣之旋風集塵器之進氣管內壁與筒體相切(圖3.5d)，此設計有助於減少進口亂流的產生。實驗亦發現其效率優於切線式的進氣，且壓力降亦比較低。微粒可以更有效的被拋至筒體內壁上。,第三章 旋風集塵器,圖3.5 進氣口型式,一個旋風集塵器的集塵效率與其各部份之尺寸有極大的關連。流量固定時，壓力降受本體直徑直接的影響。圓柱本體的總長度則決定與總效率有關的氣體旋轉圈數。進氣口的長度及
24、寬度也十分重要，進氣口小，則進氣速度高，集塵效率會增加，但壓力降也隨之增加。圖3.6顯示旋風集塵器之各部名稱，許多不同的設計只是改變圖3.6之各部位尺寸而已。,第三章 旋風集塵器,高效率的集塵器通常進口、出口及本體直徑較小，全長較長。傳統的集塵器直徑在1.2到3.6公尺之間，高效率者之直徑則小於0.9公尺。高效率旋風集塵器之設計見圖3.7。,第三章 旋風集塵器,圖3.6 切線進氣式旋風集塵器之各部份名稱,第三章 旋風集塵器,圖3.7 高中效率旋風集塵器設計,第三章 旋風集塵器,在圓形軌道運動的微粒受到離心力的影響會往徑向向外的方向偏離圓形軌道，此離心力F可用下式表示：,F (pDp3/6)(V
25、i2/r),(3.3.1),截取直徑(Dpcut)的定義為對應於50% 收集效率時的微粒幾何直徑，Dpcut表示可收集微粒之大小範圍。截取直徑越小，表示旋風集塵器可去除的微粒較小，效率較高；反之則效率較差。,Dpcut 9Bc/2NtVi(p-)C0.5,(3.3.2),第三章 旋風集塵器,壓力降是使用污染控制設備者重要考慮參數之一。壓力降愈大的控制設備，意味著運轉所需之電力或能量愈高。一般而言，旋風集塵器之壓力降增高，集塵效率也愈高，但出口管的壓力回收裝置除外，它減少了壓力差，而集塵效率未受到影響。,P0.5(Vi2)Kc(HcBc)/De2,(3.3.3),大多數的經驗方程式可以寫成：,P
26、kc(Vi2),(3.3.4),第三章 旋風集塵器,風器的集塵分級效率j與 Dp/Dpcut 的關係：,j1/1+(Dpcut/Dpj)2,(3.3.5),(3.3.6),其中j為旋風集塵器對直徑為Dpj 粉塵的分級效率，對多粒徑分佈的粉塵之總集塵效率可由下列公式求得：,第三章 旋風集塵器,旋風集塵器常用於去除大粒徑微粒或是做為其他處理設施之前處理設備，在設計時應先收集相關資料，並依循一般設計程序即可完成。(1)首先應收集廢氣之基本資料，要設計旋風集塵機 應具備下列資料： A.氣體組成、溫度、密度及黏滯度等。 B.氣體流量、粉塵特性及粒狀污染物的粒徑分佈。 C.排放標準及最大容許排放量。(2)
27、再依以下例題的各步驟進行旋風集塵器之設計。,第三章 旋風集塵器,小的旋風器比大的旋風器之集塵效率高，但壓降也升高。因此若將數個小的旋風器串聯或並聯起來即可達到高效率、低壓降的效果。但這種組合之旋風器易於堵塞，增加了維護上的困難，因為。此外，若僅使用一般的漏斗，粉塵再揚起也是一個困擾。,第三章 旋風集塵器,旋風集塵器的優缺點如下：1.優點 (1)結構簡單，容易設置且所佔空間小。 (2)初設及操作成本低。 (3)操作與維護容易。 (4)可處理高溫氣體，較不受溫度影響。 (5)壓力損失低，一般在0.05-0.15 公尺水柱。 (6)可回收有用之物質。 (7)大顆粒處理效率佳。 (8)適合處理高濃度含
28、塵量廢氣。2.缺點 (1)對微細粉塵(10 m以下)收集效率差，需配合其他高效率集塵器處理。 (2)積垢與腐蝕問題。 (3)風量小時，效率差。 (4)無法收集氣狀污染物。 (5)噪音高，約80-100 dBA。,第四章 袋式集塵器,袋式集塵器亦稱為濾袋屋，是收集微粒最常用的方法之一，其除塵效率是所有集塵器最高者，圖4.1為某工廠的袋式集塵器。,圖4.1 工廠廢氣處理系統使用的袋式集塵器,袋式集塵器使用的濾布有二種：一為可丟棄者，另一為可重覆使用者。,第四章 袋式集塵器,可重覆使用的袋式過濾系統稱為袋式集塵器系統。袋式集塵系統包括下列組件：1. 濾袋及支架2. 濾袋清洗設備3. 收集漏斗4. 外
29、殼5. 抽(送)風車,濾布可用上下兩個鐵環或以鐵籠支撐(圖4.2)。,第四章 袋式集塵器,袋式集塵器由數百或數千個垂直懸掛的濾袋構成。當粉塵累積至一定厚度時，粉塵被逆洗清除至下方漏斗，再利用氣壓或螺旋輸送器自漏斗中排出。集塵器外殼用薄鋼板製成，以保護濾袋免受氣候影響(圖4.3)。,袋式集塵器依廢氣過濾方向分成兩種方式，一是內部過濾，另一是外部過濾。機械振盪式及反洗空氣式濾袋屋為內部過濾，而脈衝噴氣式濾袋屋則為外部過濾。內部過濾方式中，含微粒氣體由濾袋下方或上方經由多孔板或擴散翼進入濾袋內部，微粒在濾袋內部被收集，如圖4.4所示。,第四章 袋式集塵器,圖4.2濾袋及其支架,圖4.3濾袋及漏斗,第
30、四章 袋式集塵器,圖4.4內部過濾(微粒被收集在濾袋內部),第四章 袋式集塵器,在外部過濾系統，微粒收集在濾袋外部。髒空氣自濾袋外部流進濾袋，乾淨的空氣從內部上方逸出(圖4.5)。濾袋內部需使用鐵籠或數個鐵環支撐，否則濾袋容易損壞。廢氣之進氣口依濾袋屋之型式與製造商之不同而異。若進氣口在上方，向下流動的氣體會有一點清洗濾袋的作用，濾袋上粉塵清洗時隔可長一點；若廢氣由下方進入，進氣口通常就位於漏斗上方(圖4.6)。,第四章 袋式集塵器,圖4.5外部過濾(微粒被收集在濾袋外部),圖4.6濾袋屋之粉塵進口,第四章 袋式集塵器,管長度及直徑依設計及製造商之不同而異，通常長度在3-12公尺、直徑在0.1
31、5-0.45公尺間。濾袋通常垂直懸掛，下方或上方用鐵環、鐵帽、夾具或扣環等支持(圖4.7)。,圖4.7濾袋附件,第四章 袋式集塵器,濾袋使用二種濾材：織布型(woven)或毛氈型(felted)兩種。織布型濾材是由細紗編織而成，毛氈型濾材是將不規則的纖維壓縮成濾墊並用較鬆散的編織材料作背襯。織布型的濾材適用於低能量之清洗法，如振盪式或反洗空氣式濾袋屋；毛氈型濾材則適用於高能量清洗方法，如脈衝噴氣式濾袋屋。,織布型濾材的編織方法依設計及實際使用之不同而異。最簡單的編織方法是平織法，即細紗上下交叉編織而成，但此方法已不常使用。其他的編織法尚有斜織法和緞織法(圖4.9)等。,第四章 袋式集塵器,圖4
32、.9 織布型濾材：斜織法及緞織法,斜織法,緞織法,第四章 袋式集塵器,織布型的濾材真正過濾的表面是堆積的粉塵餅(filter cake)。濾袋捕捉過濾初期時的微粒，除塵效率較差，當微粒由於衝擊、擴散及截留等機制被捕捉時，織布的空隙便逐漸被填滿，這個過程稱為濾餅過濾(圖4.10)。,圖4.10 濾餅過濾現象,第四章 袋式集塵器,濾布使用之纖維材料依工業應用上之不同而異，分成天然及人造纖維兩種，目前以人造纖維的使用最為普遍。天然纖維由棉花或羊毛作成，價格低廉，但氣體溫度不能超過100，且耐磨性差。人造纖維的耐溫性及耐蝕性較天然纖維佳，其中聚脂纖維（polyester）、諾美克斯(Nomex，aro
33、matic polyamide)、桑通(Ryton, polyphenylene sulfide)、P-84 (polyimide)等常被採用，具良好的耐溫性及耐磨性，人造纖維以聚脂纖維的價格最低。鐵弗龍(Teflon)及玻璃纖維 (Fiberglass)之耐溫性可高達260，且耐酸性高，但價格昂貴。,第四章 袋式集塵器,濾袋清洗的方式常用者包括機械振盪、反洗空氣及脈衝噴氣式三種。,圖4.12振盪洗袋法,圖4.13反洗空氣洗袋法,第四章 袋式集塵器,圖4.14脈衝噴氣式集塵器裝置圖,設計濾袋屋時需考慮多項變數：壓力降、過濾阻力、空氣-濾布比、除塵效率以及廢氣調理等。,第四章 袋式集塵器,袋式集
34、塵器利用過濾作用(直接截取)原理來收集直徑大於0.3 m 之粉塵，去除率99%。廢氣通過袋式集塵器前需將廢氣降溫，可利用廢氣稀釋、輻射冷卻及蒸氣冷卻作為前處理。袋式集塵器的優缺點如下：,1.優點(1)設置空間需求小。(2)除塵效率高，99%。(3)設備成本低。(4)可回收塵料。2.缺點(1)不適用高溫廢氣。(2)對濕度敏感。(3)需常清理。(4)濾布老化更新成本高。(5)過濾有機質易生爆炸。(6)對過濾速度敏感。,第五章 靜電集塵器,利用靜電力沉降微粒之靜電集塵器(ESP, electrostatic precipitator) 對小於1m、大於0.3 m直徑之塵粒去除率達99。已成功的應用在
35、燃煤發電鍋爐、水泥窯、紙漿及造紙廠、酸液廠、燒結廠、PVC膠布廠、乳膠或PVC手套廠及其他工業製程之排氣粉塵或油霧污染防治。 。,ESP分乾式及濕式兩種，乾式主要應用於乾塵去除，濕式用於油霧去除。ESP主要構成是：(1)集塵器本體(含放電電極線、集塵或集油板、毃擊器或水洗壁、外殼)；(2)入口及出口管道；(3)漏斗及出灰或集油設備；(4)供電系統(如變壓整流組)；(5)其他附件(如礙子、礙子加熱用風機、漏斗加熱器、漏斗震動器等) (圖5.1)。,第五章 靜電集塵器,圖5.1 靜電集塵器示意圖,圖5.2 氣體流經平板式ESP的情形,第五章 靜電集塵器,圖5.3為ESP斷面圖。一般外殼在斷面上有若
36、干通路並列，各通路內部含如圖5.3所示的平板型集塵板和以支架支持的線狀電極，在煙氣流向分割為多段的集塵室。欲處理高流量之廢氣，視需要可串列成6-8個集塵室，模組化多段式 ESP 具有下列優點：1. 集塵室大小可適當的標準化，在製作及安裝上方便不少。2. 上游、中游、下游各個集塵室的放電電暈電壓電流特性及火花電壓各異，在適當之操作條件下可得最高的集塵性能。例如在上游之集塵器，微粒濃度較高，空間電荷之效果大，電流受抑制，同時在集塵附近之電場上升之結果，會使火花電壓下降，反之下游集塵室因空間電荷效果大幅減低，火花電壓及電暈電流可以提高。,第五章 靜電集塵器,圖5.3 ESP本體結構分解示意圖,第五章
37、 靜電集塵器,敲擊裝置(圖5.4)有定數量之鐵錘裝在共同驅動軸上，由驅動馬達帶動。驅動軸有的裝於外殼內，有的裝於外殼外。敲打方向是以垂直方向或水平方向為之，敲擊時應注意灰塵再揚起問題、時間之控制及煙氣之變化等，要考慮運轉之安定性，使用最適當之敲擊程序。,支持放電極框組的礙子(support insulator)或礙管如圖5.3及5.5所示。,在煙氣之入口罩內部設有如圖5.6所示之多孔板或格子，使煙氣之流速能夠均分化與均一化，這些均流板（或稱為導流板、多孔板），也會附著多量的灰塵，因此也需設置敲擊設備。,第五章 靜電集塵器,圖5.4敲擊機構示意圖,圖5.5 礙子室與支 撐礙子示意,圖5.6均流板
38、,第五章 靜電集塵器,粉塵微粒進入靜電集塵器後，與電極線因電暈放電現象而產生的空氣陰離子接觸而帶電，帶電的微粒在電極線與集塵板之間之不均勻電場(圖5.7)中往集塵板移動而被收集。,圖5.7靜電除塵器內的不均勻電場(上視圖),第五章 靜電集塵器,游離的正離子及自由電子再與其他空氣分子作高速碰撞，又產生額外的正離子及自由電子，這個過程不斷的產生，稱為雪崩相乘效應(avalanche multiplication)如圖5.9所示。當電子離開放電電極線後，由於電場強度降低而使運動的速度減慢，當這些電子與空氣分子接觸碰撞時使空氣分子變成陰離子。這些空氣陰離子是使粉塵粒子充電之主要機制(圖5.10)。,當
39、放電極線之電壓加高至其周圍產生淡藍色的亮光時，稱為電暈放電。如圖5.8所示。,第五章 靜電集塵器,圖5.8電極線附近產生電暈放電現象,圖5.9在電暈發光區內發生的雪崩相乘效應,第五章 靜電集塵器,圖5.10在二個電極之間空氣游離成陰離子的情形,圖5.11 在微粒周圍 變形之電場線,第五章 靜電集塵器,往電極板運動之空氣陰離子與微粒接觸而使之帶電。充電的主要機制有電場充電(field charging)及擴散充電(diffusion charging) 兩種。電場充電主要對粒徑大於1.0 m之微粒有效；擴散充電則對小於0.3 m粒徑之微粒有效；對在0.3至1.0 m間之微粒，兩種機制效用較低。在
40、電場充電機制裡，進入電場的微粒使其附近的電場產生局部變形。空氣陰離子循著變形的電力線運動，繼而碰撞到粉塵微粒而使之帶電(圖5.11)。這個過程連續不斷，直至微粒之帶電量增至飽和值為止。,第五章 靜電集塵器,飽和充電量qs為電場充電機制中微粒之最大帶電量，通常微粒由零電荷達到飽和充電量的時間很短，微粒電量qs 可表示如下：,對於小於0.3 m之微粒，由於空氣陰離子與微粒的布朗寧運動，而使得兩者互相接觸致使微粒帶電，稱為擴散充電，其充電量可用下示計算,第五章 靜電集塵器,在理想狀況下，ESP之除塵效率可以使用德安(Deutsch-Anderson)方程式計算：,設計ESP時，需考慮多項參數。例如：
41、粉塵餅電阻、比收集面積、收集板長高比、氣流分佈、電力之分區隔離及附屬設備等多項設計參數。,第五章 靜電集塵器,靜電集塵器的優缺點如下：1.優點(1)對粒徑大於1m以上的粒狀物可達到高集塵效率。(2)操作及維護費用便宜。(3)廢氣壓力損失較小。(4)能源消耗低。(5)可處理大量廢氣。(6)適用於高溫廢氣。(7)耐酸鹼性及耐濕性較佳。2.缺點(1)設備成本高。(2)操作維護不易，需要技術層次較高之人員。(3)不適用易燃氣體。(4)安全較有顧慮。(5)使用愈久，效果愈差。(6)對粒徑介於0.1-1 m之粒狀污染物，因荷電困難，故不易去除。(7)集塵效果受進氣條件變化影響較大。,第六章 濕式洗塵器,濕
42、式洗塵器 (又稱為洗滌器)種類很多，它是利用液體(通常為水)去除微粒或有害氣體的設備。濕式洗塵器的最大的特點是可同時去除粒狀及氣狀污染物。,濕式洗塵器之除塵原理是使粉塵微粒與50至500 m直徑的水滴接觸而被收集。這些含微粒之大水滴藉著重力、與擋板衝擊或離心力自廢氣中分離，而達除塵目的。圖6.1所示者為一般濕式洗塵器內的兩個區域：接觸區及分離區。液滴經由噴嘴、文氏管或機械帶動的轉子產生，在接觸區內微粒藉由三種機制與水滴接觸，即慣性衝擊(inertial impaction)，直接截留(direct interception)及擴散(diffusion)。,第六章 濕式洗塵器,圖6.1 濕式洗塵
43、器的除塵原理,圖6.2顯示一個流動床洗塵器之收集效率與粒徑的關係。由圖可見，很大及很小的微粒分別因為慣性衝擊及擴散的收集機制比較重要的緣故，收集效率比較高。,第六章 濕式洗塵器,圖6.2流動床洗塵器之收集效率與微粒粒徑(Dp)的關係,第六章 濕式洗塵器,濕式洗塵器系統含有下列諸項組件中的部份：噴嘴、文氏縮管、衝擊面(如擋板、填充物、泡罩等)、旋風集塵器等。,洗塵器利用氣體之壓力降(P)可分低能量(P2公分水柱(cm H2O)，中能量(P：2-6 cm H2O)及高能量 (P：6 cm H2O) (註1 cm H2O=98 Pa)。大部份濕式洗塵系統遵循收集效率隨功率消耗(與P成正比)增加而增加
44、的原則。氣體之壓降愈大表示除塵效率愈佳，但操作成本也會愈高。濕式洗塵器依能量消耗方式分為氣相接觸式、液相接觸式、氣液相接觸式及機械補助式等四種。,第六章 濕式洗塵器,利用製程排出的廢氣提供微粒及液體接觸能量者稱為氣相接觸洗塵系統。當氣流通過一個液面時，液體被剪力打碎變成液滴。氣體中的微粒被液滴收集，最後液體被旋風或重力方式除去。剪力的產生方法有許多種，氣體可以強行通過自平板流下之液體，或氣體從覆有液體之平板上的小洞吹出或文氏管(venturi tube)等均能產生液滴。這類洗塵器包括平板洗滌器(圖6.3)(plate scrubbers)及文氏洗滌器(圖6.5)(venturi scrubbe
45、rs)。,文氏洗滌器是所有濕式洗塵器中，效率可提昇至最高者，也是唯一可以去除次微米微粒者，,第六章 濕式洗塵器,圖6.3多孔平板洗滌器,圖6.5 典型的文氏洗滌器,第六章 濕式洗塵器,液相接觸式洗滌器則利用噴嘴霧化液滴，與氣體中的微粒碰撞接觸而除塵，因此主要的能量消耗於水的霧化，氣體的壓力降不高，消耗的能量也較少，且除塵率效率不佳，無法去除次微米的微粒。噴嘴包括衝擊噴水式(圖6.7)、圓錐式、螺旋式(圖6.7)等三種。,噴霧塔又稱為重力噴霧塔、噴霧洗滌器或噴霧室，基本設計如圖6.8所示。液體由一排或多排噴嘴中噴出於圓柱型或長方型的噴霧室中。水霧與通常是逆流而上的髒空氣接觸，便能除去其中所含的微
46、粒。,第六章 濕式洗塵器,圖6.7衝擊噴水式噴頭及螺旋式噴頭,圖6.8簡單之噴霧塔,第六章 濕式洗塵器,許多濕式洗塵器的理論基礎源自微粒動力學。研究發現，在同一功率消耗下，不管收集的機制為何，不管壓力降是因氣體或液體高速流動所造成，同一類型的洗塵器不論其大小，對同一種粉塵的收集效率大致相同，亦即收集效率為功率消耗的函數。Semrau (1963)12根據Lapple與Kamack (1956)11的研究發展出接觸功率法，濕式洗塵器系統之總功率消耗ET為噴射液體之功率EL及運送氣體通過系統之功率EG之和，即：,ETEGEL (單位為kWh/1000 Am3),第六章 濕式洗塵器,濕式洗塵器的優缺
47、點如下：1.優點(1)除塵效率不受電阻係數影響。(2)具酸性氣體去除作用。(3)能量使用低。(4)可以有效去除顆粒微細的粒子。2.缺點(1)受氣體流量變化的影響大。(2)產生大量廢水，必須處理。(3)酸性氣體吸收率有限，無法去除所有酸氣。(4)腐蝕情況嚴重，集塵器本體及放電極與收集板需 使用抗蝕材質。,柒、各項防制設備之操作維護與 故障緊急應變整備及功能查核,7.1 旋風集塵器,在一般操作情形下，最常遭遇到的問題不外是磨損、腐蝕及堵塞等。操作時常會遭遇廢氣中含高硬度的粉塵或屬於高濕度的氣體，對付這種高速氣流所攜帶的粉塵，必須採用極堅硬的合金導片，才能獲得滿意的使用壽命。,旋風集塵器使用一段時間
48、後，效能可能會降低，其原因大半是由於器壁的磨損。,柒、各項防制設備之操作維護與 故障緊急應變整備及功能查核,7.1 旋風集塵器之維護,柒、各項防制設備之操作維護與 故障緊急應變整備及功能查核,7.2袋式集塵器,影響袋式集塵器濾袋壽命的因素：(1)廢氣量(2)廢氣溫度(3)水份(4)廢氣化學性(5)塵粒濃度及特性(6)濾袋所造成的壓差(7)出灰系統,柒、各項防制設備之操作維護與 故障緊急應變整備及功能查核,袋式集塵器之操作過程可分為啟動、一般操作及停機等三項。,7.2袋式集塵器,當突發性高溫，檢測出火花或因製程損壞需緊急停機，此時在停機前可先旁通廢氣，以避免濾袋損壞，但若遇到灰斗內起火或濾袋起火時，可能讓它燃燒比緊急停機要適當，因為不讓廢氣流入而有火存在時極易發生爆炸，更不可用水滅火，因會導致水在高熱又缺氧的情況下水解生成氫氣，更易造成爆炸。,
