第05章颗粒污染物控制技术基础pptR1

1、第五章第五章 颗粒污染物控制技术基础颗粒污染物控制技术基础1.粉尘的粒径及粒径分布2.粉尘的物理性质3.净化装置的性能4.颗粒捕集理论基础重点：重点： n第二节 粉尘的粒径和粒径分布 众径、中位径、众径、中位径、stokesstokes径、频率分布、筛上频度分布、筛下累计分布径、频率分布、筛上频度分布、筛下累计分布。n第三节 粉尘的物理性质 粉尘的真密度、堆积密度粉尘的真密度、堆积密度。n第四节 除尘装置的性能 除尘效率（总效率、分级效率）除尘效率（总效率、分级效率） 5.0 概概 述述 n 空气污染物的性质和存在状态不同，其净化机理、方法及所选用的装置也各不相同。n空气污染物分为气溶胶（颗粒

2、物）污染物气溶胶（颗粒物）污染物和气态污染物气态污染物。 n 气溶胶（Aerosol）是非均相污染物是非均相污染物，主要污染物是分散于气体介质中的颗粒物（固体、液体），可用除尘技术把粒状物从气体介质中分离出来，分离方法一般采用物理法。 n依据：气、固、液体粒子在物理性质上的差异将其分离。 机械法：利用重力、惯性力、离心力分离。 过滤介质分离：利用粒子的尺寸、重量较气体分子大分离。 湿式洗涤分离法：利用粒子易被水润湿，凝拼增大而被捕获 的特性。 电除尘：利用荷电性、静电力分离。等等。 了解与认识粉尘颗粒的物理特性是研究颗粒的分离、了解与认识粉尘颗粒的物理特性是研究颗粒的分离、沉降、捕集机理以及选

3、择、设计和使用除尘装置的基础沉降、捕集机理以及选择、设计和使用除尘装置的基础第一节第一节 颗粒的粒径及粒径分布颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒粒径一、颗粒粒径n大气污染中涉及到的颗粒物，一般指粒径介于0.01100m的粒子。颗粒的大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的影响甚大，因此颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。n实际颗粒的形状多是不规则的，所以需要按一定的方法确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为粒径。 n一般将一般将粒径粒径反映单个颗粒的反映单个颗粒的单一粒径单一粒径和反映由不同颗粒和反映由不同颗粒组成的组成

4、的颗粒群颗粒群的的平均粒径平均粒径第一节第一节 颗粒的粒径及粒径分布颗粒的粒径及粒径分布一般分为两类：一般分为两类： 单一粒径：单个粒子的直径；单一粒径：单个粒子的直径； 平均粒径：粒子群的直径。平均粒径：粒子群的直径。 （一）单一粒径（一）单一粒径 球形颗粒：球形颗粒：d=直径直径 单一粒径分成单一粒径分成 投影径投影径 非球形颗粒非球形颗粒 几何当量径几何当量径 物理当量径物理当量径 第一节第一节 颗粒的粒径及粒径分布颗粒的粒径及粒径分布（1）投影径：指颗粒在显微镜下观察到的粒径。投影径：指颗粒在显微镜下观察到的粒径。n定向直径定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中同一方向上的

5、最大投影长度n定向面积等分直径定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度n投影面积直径投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相等的圆的直径 Heywood测定分析表明，同一颗粒的dFdAdM颗粒的直径颗粒的直径a-定向直径定向直径b-定向面积等分直径定向面积等分直径c-投影面积直径投影面积直径长短径定向径定向面积等分径（2）几何当量径几何当量径：指颗粒的某一几何量（面积、体积等指颗粒的某一几何量（面积、体积等) )） 相同时的球形颗粒的直径。相同时的球形颗粒的直径。 a.等投影面积径等投影面积径d dA A：与颗粒投影面积相

6、同的某一圆面积的直径与颗粒投影面积相同的某一圆面积的直径。 B 等体积径等体积径d dV V：与颗粒体积相同的圆球的直径与颗粒体积相同的圆球的直径。 2/12/1128. 14ppAAAd24ApdA颗粒投影面积33124. 16ppVVVd36ppdVd.d.体积表面积平均径体积表面积平均径dede：颗粒体积与外表面积相同的圆球：颗粒体积与外表面积相同的圆球 的直径。的直径。 ppeSVd6c.等表面积径等表面积径dS：与颗粒具有相同表面积的圆球直径与颗粒具有相同表面积的圆球直径21psSd颗粒的外表面积：颗粒的外表面积：Sp=d2（3）物理当量径物理当量径：取颗粒某一物理量相同时的球形颗粒

7、粒径。取颗粒某一物理量相同时的球形颗粒粒径。 a自由沉降自由沉降dt：特定气体中，在重力作用下，：特定气体中，在重力作用下，密度相同的颗粒密度相同的颗粒因自由沉降因自由沉降而达到的末速度与球形颗粒所达到的而达到的末速度与球形颗粒所达到的末速度末速度相同时的相同时的球形颗粒的直径球形颗粒的直径。 b空气动力径空气动力径da：在静止的空气中：在静止的空气中颗粒的沉降速度颗粒的沉降速度与密度为与密度为1g/cm3的的圆球的沉降速度圆球的沉降速度相同相同时的圆球的直径。时的圆球的直径。 单位单位 c斯托克斯径斯托克斯径(Stokes) (Stokes) dst. .在层流区内（对颗粒的雷诺数在层流区内

8、（对颗粒的雷诺数Re2.0）的空气动力径。）的空气动力径。 Vt颗粒在流体中的终端沉降速度（颗粒在流体中的终端沉降速度（m/s） d分割粒径分割粒径（半分离粒径）（半分离粒径）d d5050：即：即分级效率为分级效率为50%50%的颗粒直径。的颗粒直径。 代表mAcmgm213)/(2118gVdptst颗粒的直径颗粒的直径q筛分法n筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度n筛孔的大小用目表示每英寸长度上筛孔的个数筛孔的大小用目表示每英寸长度上筛孔的个数q光散射法n等体积直径等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径：与颗粒体积相等的球体的直径q沉降法n

9、斯托克斯（斯托克斯（StokesStokes）直径）直径d ds s：同一流体中与颗粒密度相同、：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径沉降速度相等的球体直径n空气动力学当量直径空气动力学当量直径d da a：在空气中与颗粒沉降速度相等的单：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（位密度（1g/cm1g/cm3 3）的球体的直径）的球体的直径斯托克斯直径斯托克斯直径和和空气动力学当量直径空气动力学当量直径与颗粒的与颗粒的空气动力学行为空气动力学行为密密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径颗粒的直径n粒径的测定结果与颗粒的粒径的测定结果与颗粒的形状

10、形状有关；有关；n通常用通常用圆球度圆球度表示颗粒形状与球形表示颗粒形状与球形不一致不一致的程度；的程度；n圆球度圆球度：与颗粒：与颗粒体积相等体积相等的球体的表面积和颗粒的的球体的表面积和颗粒的表面积之比表面积之比s（ s11时，近似于对数正态分布；时，近似于对数正态分布；n n33时，更适合于正时，更适合于正态分布态分布p1lgln()lglg1ndG第二节第二节 粉尘的物理性质粉尘的物理性质n粉尘的密度粉尘的密度q单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3q粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙真密度q用堆积体积计算堆积密度q空隙率粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比bp(1) bp三

11、者关系：三者关系：粉尘的安息角与滑动角粉尘的安息角与滑动角n安息角安息角：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角母线与地面的夹角n滑动角滑动角：自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角n安息角安息角与与滑动角滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标是评价粉尘流动特性的重要指标n安息角和滑动角的安息角和滑动角的影响因素影响因素：粉尘粒径、含水率、颗：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性粉尘的比表面积

12、粉尘的比表面积n单位体积粉尘所具有的表面积n以质量表示的比表面积n以堆积体积表示的比表面积23VSV6 (cm /cm )SSVd2mppSV6 (cm /g)SSVd23bVSV(1)6(1)(1) (cm /cm )SSSVd 粉尘比表面积越大，润湿性降低，粘附性增强，凝聚粉尘比表面积越大，润湿性降低，粘附性增强，凝聚性增大，处理设备输送阻力增大。性增大，处理设备输送阻力增大。粉尘表面积对于粉尘的物理、化学和生物活性有重要影响，比表面粉尘表面积对于粉尘的物理、化学和生物活性有重要影响，比表面积大的粉尘通过捕集体的阻力增加，氧化、溶解、蒸发、吸附和催积大的粉尘通过捕集体的阻力增加，氧化、溶解

13、、蒸发、吸附和催化效应增强，爆炸性和毒性增大。化效应增强，爆炸性和毒性增大。粉尘的含水率粉尘的含水率n粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分自由水分以及颗粒内部的以及颗粒内部的结合水分结合水分n含水率水分质量与粉尘总质量之比含水率水分质量与粉尘总质量之比n含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性n吸湿现象：吸湿现象：粉尘的含水率与粉尘的吸湿性即粉尘从周围空气中吸收粉尘的含水率与粉尘的吸湿性即粉尘从周围空气中吸收水分能力有关。若尘粒能溶于水，则在潮湿气体中尘粒表面上会形成

14、水分能力有关。若尘粒能溶于水，则在潮湿气体中尘粒表面上会形成溶有该物质的饱和水溶液溶有该物质的饱和水溶液。如果溶液上方的水蒸气分压小于气体如果溶液上方的水蒸气分压小于气体中的水蒸气分压，该物质将由气体中吸收水分，这就形成了吸中的水蒸气分压，该物质将由气体中吸收水分，这就形成了吸湿现象。湿现象。n平衡含水率：平衡含水率：对于不溶于水的尘粒，吸湿过程开始是尘粒对于不溶于水的尘粒，吸湿过程开始是尘粒表面对水分子的吸附，然后是毛细力和扩散力作用下逐渐增表面对水分子的吸附，然后是毛细力和扩散力作用下逐渐增加对水的吸收，一直继续到尘粒上方的水蒸气分压与周围气加对水的吸收，一直继续到尘粒上方的水蒸气分压与周

15、围气体中的水汽分压相平衡为止。气体的每一个相对湿度都对应体中的水汽分压相平衡为止。气体的每一个相对湿度都对应一于粉尘的一定的含水率，后者称为粉尘的一于粉尘的一定的含水率，后者称为粉尘的平衡含水率平衡含水率。n气体的气体的相对湿度相对湿度与与粉尘的含水率粉尘的含水率之间的平衡，可用每种粉之间的平衡，可用每种粉尘所特有的尘所特有的吸收等温线吸收等温线来描述。来描述。粉尘的润湿性粉尘的润湿性n润湿性粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质易程度的性质n润湿性润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组

16、分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。n粉尘的润湿性粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降随压力增大而增大，随温度升高而下降n润湿速度润湿速度n润湿性是选择湿式除尘器的主要依据润湿性是选择湿式除尘器的主要依据2020(mm/min)20Lvn 当固体粒子与液体接触时,如果接触面能扩大而相互附着,就是能润湿能润湿；如果接触面趋于缩小而不能附着,则是不能润湿不能润湿。n 容易被水润湿的物质称为亲水性物质亲水性物质，难以被水润湿的物质称为

17、疏水性物质疏水性物质。对于对于5m5m以下以下特别是特别是1m1m以下的尘粒以下的尘粒，即使是亲水的，也很，即使是亲水的，也很难被水润湿，这是由于细粉的比表面积大，对气体的吸附作用强，难被水润湿，这是由于细粉的比表面积大，对气体的吸附作用强，尘粒和水滴表面都有一层气膜，因此只有在尘粒与水滴之间具有尘粒和水滴表面都有一层气膜，因此只有在尘粒与水滴之间具有较高的相对运动速度时（如文丘里喉管中），才会被润湿。较高的相对运动速度时（如文丘里喉管中），才会被润湿。 水硬性粉尘如水泥粉尘、熟石灰及白云石砂等不宜采用湿式水硬性粉尘如水泥粉尘、熟石灰及白云石砂等不宜采用湿式洗涤器净化。洗涤器净化。粉尘的荷电性

18、和导电性粉尘的荷电性和导电性n粉尘的荷电性粉尘的荷电性q天然粉尘和工业粉尘几乎都天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷带有一定的电荷q荷电因素荷电因素电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电q天然粉尘和人工粉尘的荷电量天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的一般为最大荷电量的1/101/10q荷电量荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学组成有关与化学组成有关粉尘的荷电性和导电性粉尘的荷电性和导电

19、性n粉尘的导电性粉尘的导电性q粉尘的导电性是判断是否使用电除尘器的依据，可以用比电粉尘的导电性是判断是否使用电除尘器的依据，可以用比电阻表征：阻表征：比电阻比电阻q导电机制导电机制：n中间温度，同时起作用中间温度，同时起作用d ( cm)Vj粉尘层的厚度电流密度电压jV容积导电：高于容积导电：高于200200时，粉尘自身电子和离子进行；时，粉尘自身电子和离子进行；表面导电：低于表面导电：低于100 100 时，靠尘粒表面吸附的水分和化学膜进行时，靠尘粒表面吸附的水分和化学膜进行。cmu比电阻越大，则导电性越差。一般最适合电除尘器运比电阻越大，则导电性越差。一般最适合电除尘器运行的比电阻范围为：

20、行的比电阻范围为： 10104 410101010 u影响导电性的因素有温度、粉尘和气体组成。不同温影响导电性的因素有温度、粉尘和气体组成。不同温度范围内，粉尘导电的机制各异。度范围内，粉尘导电的机制各异。 粉尘的荷电性和导电性粉尘的荷电性和导电性粉尘的导电性和荷电性粉尘的导电性和荷电性n典型温度比电阻曲线典型温度比电阻曲线 在高温(200)条件下，温度升高，粉尘内部会发生电子的热激化作用，使容积比电阻下降。 在低温(100)条件下，温度升高，粉尘表面吸附的水分减少，使表面比电阻升高。 粉尘的导电性和荷电性粉尘的导电性和荷电性n温度和相对湿度对粉尘比电阻的影响温度和相对湿度对粉尘比电阻的影响n

21、 较为干燥的粉尘的比电阻在较为干燥的粉尘的比电阻在3000F（420K）左右达到最大值）左右达到最大值粉尘的粘附性粉尘的粘附性n粉尘的粘附性是指粉尘颗粒之间互相附着或粉尘附着在器壁表面的可能性。粉尘颗粒由于互相粘附而凝聚变大，有利于提高除尘器的捕集效率，但粉尘对器壁的粘附会造成装置和管道的堵塞。n粘附力克服附着现象所需要的力n粘附力：分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）n断裂强度表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积n分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性n粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性粉尘的自燃性和爆炸性粉尘的自燃性和爆炸性n粉尘的自燃性q

22、自燃q自然发热的原因氧化热、分解热、聚合热、发酵热q影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境存放过程中自然发热存放过程中自然发热长时间热量积累长时间热量积累达到燃点达到燃点燃烧燃烧粉尘的爆炸性n粉尘发生爆炸必备的条件：粉尘发生爆炸必备的条件：q可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度一定的浓度n最低可燃物浓度爆炸浓度下限n爆炸浓度上限q存在能量足够的火源存在能量足够的火源在封闭空间内可燃性悬浮粉尘的燃烧只有在在封闭空间内可燃性悬浮粉尘的燃烧只有在一定浓度范围内一定浓度范围内才会导致化学爆炸。能够引起爆炸的浓度范围叫作才会导致化学爆炸。能

23、够引起爆炸的浓度范围叫作爆炸极限爆炸极限，引起引起爆炸的最高浓度叫做爆炸上限爆炸的最高浓度叫做爆炸上限, ,最低的浓度叫做爆炸下限最低的浓度叫做爆炸下限。在低于。在低于爆炸浓度下限或高于爆炸浓度上限的燃烧都属于正常的爆炸浓度下限或高于爆炸浓度上限的燃烧都属于正常的安全燃烧安全燃烧，不会发生爆炸。由于多数粉尘的爆炸上限浓度很高，在多数情况下不会发生爆炸。由于多数粉尘的爆炸上限浓度很高，在多数情况下达不到这个浓度达不到这个浓度, ,因而粉尘的爆炸上限浓度无实际意义因而粉尘的爆炸上限浓度无实际意义。n有些粉尘有些粉尘( (如镁粉、碳化钙粉如镁粉、碳化钙粉) )与水接触后会引起与水接触后会引起自燃或爆

24、炸，称这种粉尘为具有爆炸危险性粉尘。自燃或爆炸，称这种粉尘为具有爆炸危险性粉尘。这类粉尘不能采用湿法除尘。这类粉尘不能采用湿法除尘。n有些粉尘有些粉尘( (如硫矿粉、煤尘等如硫矿粉、煤尘等) )在空气中达到一定在空气中达到一定浓度时，在外界的高温、摩擦、震动、碰撞以及浓度时，在外界的高温、摩擦、震动、碰撞以及放电火花等作用下会引起爆炸，放电火花等作用下会引起爆炸，这些粉尘亦称为这些粉尘亦称为具有爆炸危险性粉尘具有爆炸危险性粉尘。 n有些粉尘互相接触或混合，如溴与磷、锌粉与镁有些粉尘互相接触或混合，如溴与磷、锌粉与镁粉接触混合，也会引起爆炸粉接触混合，也会引起爆炸。第三节第三节 净化装置的性能净

25、化装置的性能n评价净化装置性能的指标（评价净化装置性能的指标（技术指标、经济指标）技术指标、经济指标）q技术指标技术指标n处理气体流量n净化效率n压力损失q经济指标经济指标n设备费n运行费n占地面积还需考虑安装、操作、检修的难易因素净化装置技术性能的表示方法净化装置技术性能的表示方法n处理气体流量处理气体流量n处理气体流量代表装置处理气体流量代表装置处理气体能力的大小的指标处理气体能力的大小的指标，一般以，一般以体积流量体积流量表示，实际运行的净化装置，由于本体漏气的原因，往往装置进口与表示，实际运行的净化装置，由于本体漏气的原因，往往装置进口与出口的气量不同，故通常用出口的气量不同，故通常用

26、2者的平均值作为处理气量的代表：者的平均值作为处理气量的代表：nQ1N-装置进口气体流量，mN3/snQ2N-装置出口气体流量，mN3/sq漏风率漏风率1N3N2NN1() (m/s)2QQQ1N2N1N100 (%)QQQn压力损失压力损失21 (Pa)2vP净化装置技术性能的表示方法净化装置技术性能的表示方法-净化装置压净化装置压损系数; v1-装置进口气流速度；m/s-气体的密度，kg/m3净化装置的压力损失，实质上是气流通过装置时所消耗的机械损失，实质上是气流通过装置时所消耗的机械性能，它与通风机所耗的功率成正比，所以性能，它与通风机所耗的功率成正比，所以总希望尽可能小些总希望尽可能小

27、些。大多数除尘器的大多数除尘器的压力损失为压力损失为1-2kPa1-2kPa，原因是一般通风机具有，原因是一般通风机具有2kPa2kPa左右的压力。左右的压力。5-4 除尘装置的捕集效率除尘装置的捕集效率 除尘装置的捕集效率代表装置捕集粉尘效果的重要指标。有以下几种表示方法： 1 1总捕集效率总捕集效率T T：T指在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。 2 2除尘装置的分级捕集效率除尘装置的分级捕集效率 除尘装置总除尘效率的高低，往往与粉尘粒径大小有很大关系。为了表示除尘效率与粒径间的关系，提提出分级效率的概念出分级效率的概念 id总净化效率的表示方法总净化效率的表示

28、方法n总净化效率总净化效率T：T T指在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指在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。之百分比。 nQ1N、Q2N-装置进、出口气体流量，mN3/sn 1N、 2N-污染物进、出口浓度，g/mN3nS1、S2 -污染物进、出口流量，g/sn通过率：通过率：净化器的性能还可用另一指标表净化器的性能还可用另一指标表n示，即通过率示，即通过率P22N2N11N2N11 SQSQ22N2N11N1N1 SQPSQu分级除尘效率分级除尘效率除尘装置的总除尘效率的高低，往往与粉尘粒径大小由很大关除尘装置的总除尘效率的高低，往往与粉尘粒

29、径大小由很大关系。为了表示除尘效率与粒径间的关系，提出分级效率的概念系。为了表示除尘效率与粒径间的关系，提出分级效率的概念。定义：定义：指除尘装置对某一粒径指除尘装置对某一粒径dpi dpi 或粒径间隔或粒径间隔dpdp内粉尘的除内粉尘的除尘效率。尘效率。 u分割粒径：分割粒径： 对于分级效率，一个重要的值是除尘效率为对于分级效率，一个重要的值是除尘效率为5050，与此对应，与此对应的粒径称为分割粒径，一般用的粒径称为分割粒径，一般用dcdc表示，在讨论除尘装置性能时表示，在讨论除尘装置性能时经常会用到经常会用到32111 iiiiiSSSS总净化效率的表示方法总净化效率的表示方法分级效率与总

30、效率的关系分级效率与总效率的关系n由总效率求分级效率u在除尘器测试中，只要测出除尘器进口和出口的粉尘浓度1和2，就可以计算出全除尘效率。u如果需要求出各粒级的分级效率，就必需同时测出除尘器进口、出出和捕集的粉尘质量频率。由质量频率定义式和分级效率定义式有： 333112221112311/iiiiiiiiiiiiiS ggS ggS ggPS ggPggn由分级效率求总效率由分级效率求总效率n设备设计计算中，常常遇到根据某种除尘器净化某类粉尘的分级效率数据和某粉尘的粒径分布数据，计算所设计的除尘器净化该粉尘所能达到的全效率 。分级效率与总效率的关系分级效率与总效率的关系 由分级效率求总除尘效率

31、由分级效率求总除尘效率iiiTgdpiidpiiiidfdD010的函数形式给出，入口粒径分布以累计b.若分级效率以分布函数G1=G1(dp) 或频度分布fi=fi(dp)形式给出。则总效率总效率可按：可按：解析法或图表法计算多级串联的总净化效率当进口气体中含尘浓度较高，或者要求出口气体中含尘浓度较低时，用一种除尘装装置不能满足除尘效率的要求。此时，可将两种或多种不同类型的除尘器串联起来使用。形成两级或多级除尘系统。 当两台除尘装置串联使用时，1和2分别表示第一级和第二级除尘器的除尘效率；则除尘系统的总效率为：121 (1)(1)(1)Tn 当多台（n台）除尘装置串联使用时：第四节 颗粒捕集的

32、理论基础n除尘过程的机理是对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离，最后沉降到捕集表面上。n颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力q外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等q颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略 流体阻力流体阻力流体阻力形状阻力摩擦阻力流体阻力形状阻力摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反阻力的方向和速度向量方向相反流体阻力流体阻力其大小由下式确定：其大小由下式确定： 由相对论可知：阻力系数是雷诺数的函数， 其中： 式中式中，Ap颗粒在流体流动方向上的最大投影面积，m2；对球形颗粒：Ap=dp2/4流体密度，kg/m3；

33、CD由实验确定的阻力系数，无因次;u 颗粒与流体之间的相对运动速度，m/sdp 颗粒的定性尺寸（m）；对球形为其直径 流体的粘度（Pa.s)pD22Dp500 0.440.055 ReCFd u湍流区（牛顿区） pD0.6p18.51500 ReCRe湍流过渡区 pDpDp241 Stokes3 (N) ReCReFd u（层流）时 得到公式：流体阻力流体阻力流体阻力流体阻力n流体阻力与雷诺数的函数关系流体阻力与雷诺数的函数关系 表表 不同区域内的阻力系数不同区域内的阻力系数CD和阻力和阻力FD区 域 层 流 区 （ Stokes区 ） 过 渡 区 （ Allen区 ） 紊 流 区 （ Nen

34、ton区 ） Rep 1或 2 1500 500 Rep 1000 m 湍流区层流区中：层流区中：vdFp3D（4-A）流体阻力流体阻力pDp31.1011.2570.400exp() 2 /8 (m) , (m/s)0.499 其中努森数d uFCCKnKndKnRTvMv在式在式(4-A)的推导过程中，曾假设微粒表面有一无限薄的流体介的推导过程中，曾假设微粒表面有一无限薄的流体介质层，它与尘粒之间没有相对运动。但在实验中发现。当微粒质层，它与尘粒之间没有相对运动。但在实验中发现。当微粒粒径小于粒径小于1.0m时，薄气层与微粒表面有滑动现象，使实际阻力时，薄气层与微粒表面有滑动现象，使实际阻

35、力小于按式小于按式(4-A)计算之值。肯宁汉针对这种现象，提出了计算之值。肯宁汉针对这种现象，提出了滑动修滑动修正系数正系数（又称（又称肯宁汉修正系数肯宁汉修正系数），以），以C表示，即表示，即n温度越高、压力越低、粒径越小，温度越高、压力越低、粒径越小，C值越大。值越大。n对大于对大于1m的的粒子，在常温常压下的空气中运动时一般可忽略粒子，在常温常压下的空气中运动时一般可忽略滑动修正。滑动修正。阻力导致的减速运动n根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律n若仅考虑Stokes区域n积分得n速度由u0减速到u所迁移的距离n若引入坎宁汉修正系数Cn停止距离驰豫时间或松弛时间驰豫时间或松弛时间322ppp

36、DD2Dppd6d42d3 d4 即dduuFCtuuCtd2Pp2Ppd18 d18 其中duuutd/0e (m/s)tuu/00()(1e)txuuu/0(1e)tCxu Cs0 xu C重力沉降重力沉降n设一直径为设一直径为dpdp的球形颗粒在静止流体的球形颗粒在静止流体中从静止状态开始作自由重力沉降。颗中从静止状态开始作自由重力沉降。颗粒只受粒只受重力重力F1F1和和流体浮力流体浮力F2F2的作用，这的作用，这两个力向下的合力两个力向下的合力FGFG为：为：n 当合力当合力FGFG和阻力和阻力FDFD相等时相等时，沉降速度达，沉降速度达到最大，称为到最大，称为终末沉降速度终末沉降速度

37、。3G12F()6ppFFdgDppsspDppCgdvvdCgd3)(424)(6223在计算粉尘颗粒的终末沉降速度时，常需要采用试算法。在计算粉尘颗粒的终末沉降速度时，常需要采用试算法。gdgdvpppps1818)(22可得式代入, Re24spDvCu假设处于某一区域（如层流区），将相应阻力系数公式代入速度式。如将u再将再将v vs s代入代入ReRep p式，验证式，验证ReRep p是否符合原假设区域。若假是否符合原假设区域。若假设不成立，则需重新假设所处区域。设不成立，则需重新假设所处区域。重力沉降重力沉降u在一个大气压和298K时，处于层流区域的最大粒径范围为39 .1015p

38、pdu大多数工业粉尘的粒径在100微米以下，故对于气体除尘中所遇到的粉尘，一般都可以采用斯托克斯公式进行计算。u当粉尘的粒径小于1微米时，应用肯宁汉滑动修正系数进行修正。Cgdvpps18)(2重力沉降重力沉降n对于过渡区，终末沉降速度vs 为n对于牛顿区，终末沉降速度vs 为286. 0428. 0714. 0714. 014. 1)(153. 0gdvpps2/1/)(74. 1gdvpps重力沉降重力沉降Stokes直径ssp18udgC空气动力学直径saa181000udgC例：例：直径为200微米、真密度为1850kgm3的球形颗粒置于水平的筛子上，用温度293K和压力为一个大气压的

39、空气与筛子下部垂直向上吹筛子上的粒子，试确定试确定： （1）恰好能吹起粒子时的气速； （2）在此条件下的粒子雷诺数； （3）作用在粒子上的阻力和阻力系数。解：假设颗粒的流体状态处于过渡区，则：smdgdvvdCppppppD/015. 15 .1834Re ,Re5 .186 . 06 . 007.131084. 1015. 1185. 110200Re56vdpp则假设成立，确实处于过渡区则假设成立，确实处于过渡区。重力沉降重力沉降离心沉降离心沉降u力平衡关系力平衡关系n随着气流一起旋转的颗粒，所受离心力可用牛顿定律确定：随着气流一起旋转的颗粒，所受离心力可用牛顿定律确定：nR-旋转气流流线

40、的半径，mnUt-R处气流的切向速度，m/s.n对于斯托克斯区域的颗粒，颗粒所受气流阻力，当离心力和对于斯托克斯区域的颗粒，颗粒所受气流阻力，当离心力和阻力达到平衡时，阻力达到平衡时，颗粒达到一个离心颗粒达到一个离心沉降沉降的末端沉降速度的末端沉降速度23tDCpp6uFFdR22pptcc2tc18 其中duuCa CRuaR依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程叫依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程叫离心沉降离心沉降 离心力也是惯性碰撞和拦截作用的主要除尘机制之一离心力也是惯性碰撞和拦截作用的主要除尘机制之一静电沉降静电沉降n力平衡关系力平衡关系u 对于斯托克斯区域的颗粒，颗粒所受气流阻力，

41、当静电力对于斯托克斯区域的颗粒，颗粒所受气流阻力，当静电力F FE E和阻力和阻力F FD D达到平衡时，颗粒便达到静电沉降的终末速度，习达到平衡时，颗粒便达到静电沉降的终末速度，习惯上称为颗粒的驱进速度，并用惯上称为颗粒的驱进速度，并用表示表示 DEFFqEp3qECd静电静电沉降沉降包括两类情况：自然荷电粒子和外加电场荷电粒子包括两类情况：自然荷电粒子和外加电场荷电粒子在在静电静电作用下的沉降。作用下的沉降。 惯性沉降惯性沉降惯性碰撞惯性碰撞：距停滞流线较近的大颗粒3，因其质量和惯性较大而脱离流线，保持自身原来的运动方向而与靶碰撞，继而被捕集。拦截拦截：颗粒4和5因质量和惯性较小而不会离开

42、流线，这时只要只要粒子的中心是处在距靶表面不超过粒子的中心是处在距靶表面不超过dp/2的流线上，就会与捕尘体接触而被捕获。 n惯性碰撞的捕集效率主要取决于三个因素：惯性碰撞的捕集效率主要取决于三个因素：q(1)气流速度在捕尘体（即靶）周围的分布气流速度在捕尘体（即靶）周围的分布 ，它随气体相对捕尘体流动的雷诺数而变化。捕尘体雷诺数 定义为式中 v0未被扰动的上游气流与捕尘体之间的相对流速（m/s） Dc捕尘体的定性尺寸（m）。q 在高 下（势流），除了邻近捕尘体表面附近外，气流流型与理想气体一致；在较低 时，气流受粘性力支配，即为粘性流。DRecDDv0ReDReDRe惯性沉降惯性沉降(2)颗

43、粒运动轨迹颗粒运动轨迹，它取决于颗粒的质量、气流阻力、捕尘体的尺寸和形状，以及气流速度等。斯托克斯准数斯托克斯准数StSt(也称为惯性碰撞参数），它定义为颗粒的停止距离xs与捕尘体直径Dc之比。对于球形的斯托克斯颗粒,有 n惯性碰撞分级效率 st与斯托克斯准数St的关系cuppcupcusDCvdDCvDCxSt18020)7 . 0(StStst(3) )颗粒对捕尘体的附着，捕集效率通常假定为颗粒对捕尘体的附着，捕集效率通常假定为100%100%。惯性沉降惯性沉降惯性碰撞惯性碰撞n惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素q气流速度在靶周围的分布，用气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量衡量qDc-捕尘体直径q 流体的粘度（Pa.s)q颗粒运动轨迹，用颗粒运动轨迹，用Stokes数描述数描述q颗粒对捕集体的附着，通常假定为颗粒对捕集体的附着，通常假定为1000DcuDRe2pp0s0cc