第五章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)第一頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

第一節(jié)顆粒的粒徑及粒徑分布

theparticlediameteranditsdistributing

一、顆粒的粒徑theparticlediameter

顆粒的大小不同，其物理、化學(xué)特性不同，對(duì)除塵裝置的性能影響很大，所以顆粒的大小是顆粒物的基本特性之一。幾種常用的粒徑定義方法。

1、用顯微鏡觀測(cè)顆粒時(shí)，采用如下幾種粒徑：

①定向直徑dF，也稱菲雷特直徑（圖5－la）。

②定向面積等分直徑dM，或馬丁直徑(圖5－lb）。

③投影面積直徑dA，也稱黑烏德直徑。第二頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日第三頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日2、用篩分法測(cè)定時(shí)可得到篩分直徑，為顆粒能夠通過的最小方篩孔的寬度。

3、用光散射法測(cè)定時(shí)可得到等體積直徑dv

，為與顆粒體積相等的圓球的直徑。若顆粒體積為V，則dv＝(6V/π)1/3。

4、用沉降法測(cè)定時(shí)，一般采用如下兩種定義：

①斯托克斯（Stokes）直徑dS，為在同一流體中與顆粒的密度相同和沉降速度相等的圓球的直徑。

②空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑da---在空氣中與顆粒的沉降速度相等的單位密度ρP＝lg/cm3的圓球的直徑。第四頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

粒徑的測(cè)定結(jié)果還與顆粒的形狀密切相關(guān)。通常用圓球度來表示顆粒形狀與圓球形顆粒不一致程度的尺度。圓球度是與顆粒體積相等的圓球的表面積和顆粒的表面積之比，以Φs表示。Φs的值總是小于1。對(duì)于正方體Φs＝0.806；對(duì)于圓柱體，若其直徑為d、高為L(zhǎng)，則Φs＝2.62（L/d）2/3/(1＋2L/d）。表5一1給出了某些顆粒Φs的實(shí)測(cè)值。第五頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日第六頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日二、粒徑分布

particlediameterdistributing

粒徑分布是指不同粒徑范圍內(nèi)的顆粒的個(gè)數(shù)所占的比例。以顆粒的個(gè)數(shù)表示所占的比例時(shí)，稱為個(gè)數(shù)分布；以顆粒的質(zhì)量（表面積）表示時(shí)，稱為質(zhì)量分布（表面積分布）.

除塵技術(shù)中多采用粒徑的質(zhì)量分布。

1、個(gè)數(shù)分布

按粒徑間隔給出的個(gè)數(shù)分布測(cè)定數(shù)據(jù)列在表5－2中，圖5－2為其個(gè)數(shù)分布直方圖，其中ni為每一間隔測(cè)得的顆粒個(gè)數(shù)，N=∑ni，為顆粒的總個(gè)數(shù)。據(jù)此可以作出個(gè)數(shù)分布的其它定義。第七頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日第八頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日第九頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日(1)個(gè)數(shù)頻率：為第i間隔中的顆粒個(gè)數(shù)ni與顆?？倐€(gè)數(shù)∑ni之比（或百分比）

(2)個(gè)數(shù)篩下累積頻率：為小于第i間隔上限粒徑的所有顆粒個(gè)數(shù)與顆?？倐€(gè)數(shù)之比（或百分比）,根據(jù)計(jì)算出的各級(jí)篩下累積頻率Fi值對(duì)各級(jí)上限粒徑dp可以畫出篩下累積頻率分布曲線（圖5－3）。

由累積頻率曲線可以求出任一粒徑間隔的頻率f值。

(3)個(gè)數(shù)頻率密度：函數(shù)p(dP)dF/ddP稱為個(gè)數(shù)頻率密度，簡(jiǎn)稱個(gè)數(shù)頻度，采用單位為μm-1。顯然，頻率密度為單位粒徑間隔（即1μm）時(shí)的頻率。

根據(jù)表5－2中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出每一間隔的平均頻度,按值對(duì)間隔中值dpi，作出頻度分布曲線（圖5－4）。

第十頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日第十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日第十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

篩下累積頻率F和頻度p皆是粒徑dp的連續(xù)函數(shù)，由其定義可以得到：

和

（5－4）

在極限條件下，當(dāng)dp0時(shí)，p0，F(xiàn)0，dp/ddp

0;當(dāng)dp時(shí)，p0，F(xiàn)1，dp/ddp

0，F(xiàn)曲線應(yīng)是有一拐點(diǎn)的“S”形曲線，拐點(diǎn)發(fā)生在頻度p為最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑處，這一粒徑稱為眾徑dd（本例中dd~6.0μm），即此處：

(5－5)

累積頻率F0.5時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑d50為個(gè)數(shù)中位粒徑（NMD）

第十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日2、質(zhì)量分布

根據(jù)所有顆粒都具有相同的密度，以及顆粒的質(zhì)量與其粒徑的立方成正比的假定。按質(zhì)量給出頻率、篩下累積頻率和頻率密度的定義式：第i級(jí)顆粒發(fā)生的質(zhì)量頻率：

(5-6)

小于第i間隔上限粒徑的所有顆粒發(fā)生的質(zhì)量頻率，即質(zhì)量篩下累積頻率：

（5－7）

質(zhì)量頻率密度：（5－8）

第十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

質(zhì)量篩下累積頻率G和質(zhì)量頻率密度q也是粒徑dp的連續(xù)函數(shù)，由其定義式可得到：

和

（5－9）

G曲線也是有一拐點(diǎn)的“S”形曲線，拐點(diǎn)位于

處，對(duì)應(yīng)的粒徑稱為質(zhì)量眾徑。質(zhì)量累積頻率G=0.5時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑d50，稱為質(zhì)量中位直徑（MMD）。下面以例題來說明個(gè)數(shù)分布和質(zhì)量分布之間的換算關(guān)系。

第十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日〔例1〕某種顆粒的原始個(gè)數(shù)分級(jí)數(shù)據(jù)如下表所給，計(jì)算該顆粒的個(gè)數(shù)頻、篩下累積頻和頻率密度p。此外，再按這些數(shù)據(jù)變換為質(zhì)量分布數(shù)據(jù)，即求出質(zhì)量頻率gi、篩下累積頻率Gi和頻率密度q。同時(shí)繪出相應(yīng)的F、p、G和q的曲線圖。

解：由定義式(5-1)和(5-2)計(jì)算出fi和Fi值，按各粒徑間隔中F曲線的平均斜率計(jì)算出p的平均值，再按定義式(5-6)，(5-7)和(5－８)計(jì)算出gi

、Gi

和值，并將計(jì)算結(jié)果列入表5－3中，同時(shí)繪出p、q和F、G曲線（圖5－5）。q和G曲線相對(duì)p和F曲線皆向右偏移，這是很典型的情況。第十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日第十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日三、平均粒徑averagediameterofparticles

為了簡(jiǎn)明地表示顆粒群的某一物理特性和平均尺寸的大小，往往需要求出顆粒群的平均粒徑。前面定義的眾徑dd和中位直徑d50皆是常用的平均粒徑之一。除此之外，再給出幾種常用的平均粒徑：

長(zhǎng)度平均粒徑：（5－10）

表面積平均粒徑：

（5－11）

體積平均粒徑：（5－12）

第十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日幾何平均粒徑：

（5－14）

按lndg表示的幾何平均粒徑：

(5-15)

對(duì)于頻率密度分布曲線是對(duì)稱性的分布（如正態(tài)分布），其眾徑dd、中位直徑d50和算術(shù)平均直徑相等，即dd=d50=；對(duì)于頻率密度分布曲線是非對(duì)稱性的分布，dd＜d50＜。

對(duì)于單分散氣溶膠，所有顆粒的粒徑相同，＝dg；

否則＞dg。第二十頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日四、粒徑分布函數(shù)

Thefunctionofparticlediameterdistributing

如圖5-3至圖5-5中的分布曲線，它們的典型特征是：頻率密度（p或q）曲線大致呈鐘形，累積頻率（F或G）呈“S”形。因此，可以找到一些簡(jiǎn)單的方程式來描述給出的分布曲線。這一方程既可以用p(或q)對(duì)dp，也可以用F（或G）對(duì)dp的函數(shù)形式給出。理想的函數(shù)形式應(yīng)是只包含兩個(gè)常數(shù)，一個(gè)常數(shù)應(yīng)表示該粉塵顆粒總體尺寸的大小，即平均粒徑；另一個(gè)常數(shù)應(yīng)表示粒徑范圍關(guān)于該平均值的分散情況。

常用的有正態(tài)分布函數(shù)、對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)、羅辛一拉姆勒（Rosin-Rammler）分布函數(shù)等半經(jīng)驗(yàn)函數(shù)形式。第二十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)粉塵的物理性質(zhì)Physicalpropertyofthedust

本節(jié)要介紹的粉塵物理性質(zhì)包括粉塵的密度、安息角與滑動(dòng)角、比表面積、含水率、潤(rùn)濕性、荷電性和導(dǎo)電性、粘附性及自燃性和爆炸性等。一、粉塵的密度densityofthedust

若所指的粉塵體積不包括粉塵顆粒之間和顆粒內(nèi)部的空隙體積，而是粉塵自身所占的真實(shí)體積，則以此真實(shí)體積求得的密度稱為粉塵的真密度，并以p表示。呈堆積狀態(tài)存在的粉塵（即粉體），它的堆積體積包括顆粒之間和顆粒內(nèi)部的空隙體積，以此堆積體積求得的密度稱為粉塵的堆積密度，并以b表示?？梢姡瑢?duì)同一種粉塵來說，b

≤p

。第二十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

若將粉體顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積粉體的總體積之比稱為空隙率，用表示，則空隙率與b

和p

之間的關(guān)系為：

（5－37）

對(duì)于一定種類的粉塵，其真密度為一定值，堆積密度則隨空隙率而變化?？障堵逝c粉塵的種類、粒徑大小及充填方式等因素有關(guān)。粉塵愈細(xì)，吸附的空氣愈多，值愈大；充填過程加壓或進(jìn)行振動(dòng)，值減小。

第二十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日二、粉塵的安息角與滑動(dòng)角

quiteangleandglideangleofthedust

粉塵從漏斗連續(xù)落到水平面上，自然堆積成一個(gè)圓錐體，圓錐體母線與水平面的夾角稱為粉塵的安息角，也稱動(dòng)安息角或堆積角等，一般為35～550

。

粉塵的滑動(dòng)角系指自然堆放在光滑平板上的粉塵，隨平板做傾斜運(yùn)動(dòng)時(shí)，粉塵開始發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的平板傾斜角，也稱靜安息角，一般為400～550。

粉塵的安息角與滑動(dòng)角是評(píng)價(jià)粉塵流動(dòng)特性的重要指標(biāo)。安息角小的粉塵，其流動(dòng)性好；安息角大的粉塵，其流動(dòng)性就差。影響粉塵安息角和滑動(dòng)角的因素主要有：粉塵粒徑、含水率、顆粒形狀、顆粒表面光滑程度及粉塵粘性等。

第二十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日三、粉塵的比表面積thecomparedsurfaceareaofdust

粉狀物料的許多理化性質(zhì)，往往與其表面積大小有關(guān)，細(xì)顆粒表現(xiàn)出顯著的物理、化學(xué)活性。例如，通過顆粒層的流體阻力，會(huì)因細(xì)顆粒表面積增大而增大；氧化、溶解、蒸發(fā)、吸附、催化及生理效應(yīng)等，都因細(xì)顆粒表面積增大而被加速，有些粉塵的爆炸性和毒性，隨粒徑減小而增加。

粉塵的比表面積定義為單位體積（或質(zhì)量）粉塵所具有的表面積。第二十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

以粉塵自身體積（即凈體積）表示的比表面積Sv:

（5－38）

式中：－粉塵的平均表面積，cm2

。－粉塵的平均凈體積，cm3。－粉塵的表面積—體積平均直徑，cm。

以粉塵質(zhì)量表示的比表面積Sm則為：

（5－39）

式中：－粉塵真密度，g/cm3。

以堆積體積表示的比表面積Sb應(yīng)為：

(5-40)第二十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日四、粉塵的含水率Moisturecontentofthedust

粉塵中的水分含量，一般用含水率W表示，是指粉塵中所含水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量（包括干粉塵與水分）之比。

粉塵含水率的大小，會(huì)影響到粉塵的其它物理性質(zhì)，如導(dǎo)電性、粘附性、流動(dòng)性等，所有這些在設(shè)計(jì)除塵裝置時(shí)都必須加以考慮。

粉塵的含水率與粉塵的吸濕性，即粉塵從周圍空氣中吸收水分的能力有關(guān)。若塵粒能溶于水，則在潮濕氣體中塵粒表面上會(huì)形成溶有該物質(zhì)的飽和水溶液。如果溶液上方的水蒸氣分壓小于周圍氣體中的水蒸氣分壓，該物質(zhì)將由氣體中吸收水蒸氣，這就形成了吸濕現(xiàn)象。第二十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日五、粉塵的潤(rùn)濕性Wettingofthedust

粉塵顆粒與液體接觸后能否相互附著或附著難易程度的性質(zhì)稱為粉塵的潤(rùn)濕性。

當(dāng)塵粒與液體接觸時(shí)，如果接觸面能擴(kuò)大而相互附著，則稱為潤(rùn)濕性粉塵；

如果接觸面趨于縮小而不能附著，則稱為非潤(rùn)濕性粉塵。

粉塵的潤(rùn)濕性與粉塵的種類、粒徑和形狀、生成條件、組分、溫度、含水率、表面粗糙度及荷電性等性質(zhì)有關(guān)。第二十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

水對(duì)飛灰的潤(rùn)濕性要比對(duì)滑石粉好得多：球形顆粒的潤(rùn)濕性要比形狀不規(guī)則表面粗糙的顆粒差；粉塵越細(xì)，潤(rùn)濕性越差，如石英的潤(rùn)濕性雖好，但粉碎成粉末后潤(rùn)濕性將大為降低。粉塵的潤(rùn)濕性隨壓力的增大而增大，隨溫度的升高而下降。粉塵的潤(rùn)濕性還與液體的表面張力及塵粒與液體之間的粘附力和接觸方式有關(guān)。例如，酒精、煤油的表面張力小，對(duì)粉塵的潤(rùn)濕性就比水好。第二十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

粉塵的潤(rùn)濕性用液體對(duì)試管中粉塵的潤(rùn)濕速度來表征。常取潤(rùn)濕時(shí)間為20min，測(cè)出此時(shí)的潤(rùn)濕高度L20（mm）,于是潤(rùn)濕速度為：

（mm/min）（5－41）

按潤(rùn)濕速度v20作為評(píng)定粉塵潤(rùn)濕性的指標(biāo)，可將粉塵分為四類（表5一7）。第三十頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性

burdenelectricityandelectricconductivity

ofthedust

1、粉塵的荷電性

天然粉塵和工業(yè)粉塵幾乎都帶有一定的電荷（正電荷或負(fù)電荷），也有中性的。使粉塵荷電的因素很多，諸如電離輻射、高壓放電或高溫產(chǎn)生的離子或電子被顆粒所捕獲，固體顆粒相互碰撞或它們與壁面發(fā)生摩擦?xí)r產(chǎn)生的靜電。

粉塵荷電后，將改變其某些物理特性，如凝聚性、附著性及其在氣體中的穩(wěn)定性等。粉塵的荷電量隨溫度增高、表面積增大及含水率減小而增加，還與其化學(xué)組成等有關(guān)。第三十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日2、粉塵的導(dǎo)電性

粉塵的導(dǎo)電性通常用比電阻ρd來表示：

(5-42)

式中：V－通過粉塵層的電壓，V；

j—通過粉塵層的電流密度，A/cm2；

—粉塵層的厚度，cm。

粉塵的導(dǎo)電機(jī)制有兩種。在高溫（一般在200℃以上）范圍內(nèi)，粉塵層的導(dǎo)電主要靠粉塵本體內(nèi)部的電子或離子進(jìn)行，稱為體積比電阻。在低溫（一般在100℃以下）范圍內(nèi)，粉塵的導(dǎo)電主要靠塵粒表面吸附的水分或其它化學(xué)物質(zhì)中的離子進(jìn)行，稱為表面比電阻。

第三十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日第三十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

在高溫范圍內(nèi)，粉塵比電阻隨溫度升高而降低，其大小取決于粉塵的化學(xué)組成。例如，具有相似組成的燃煤鍋爐飛灰，比電阻隨飛灰中鈉或鋰的含量增加而降低（圖5一12）。在低溫范圍內(nèi)，粉塵比電阻隨溫度的升高而增大，還隨氣體中水分或其它化學(xué)物質(zhì)（如S03）含量的增加而降低。在中間溫度范圍內(nèi)，兩種導(dǎo)電機(jī)制皆較弱，因而粉塵比電阻達(dá)到最大值。

粉塵比電阻對(duì)電除塵器的運(yùn)行有很大影響，最適宜于電除塵器運(yùn)行的比電阻范圍為104

～1010??cm。當(dāng)比電阻值超出這一范圍時(shí)，則需采取措施進(jìn)行調(diào)節(jié)。第三十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日七、粉塵的粘附性conglutinationofthedust

粉塵顆粒附著在固體表面上，或者顆粒彼此相互附著的現(xiàn)象稱為粘附。附著的強(qiáng)度，即克服附著現(xiàn)象所需要的力（垂直作用于顆粒重心上）稱為粘附力。

粉塵顆粒之間的粘附力分為三種（不包括化學(xué)粘合力）：分子力（范德華力）、毛細(xì)力和靜電力（庫(kù)侖力）。三種力的綜合作用形成粉塵的粘附力。采用粉塵層的斷裂強(qiáng)度作為表征粉塵自粘性的基本指標(biāo)。在數(shù)值上斷裂強(qiáng)度等于粉塵層斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面積。根據(jù)粉塵層的斷裂強(qiáng)度大小，分成四類：不粘性、微粘性、中等粘性和強(qiáng)粘性。各類粉塵的斷裂強(qiáng)度指標(biāo)及粉塵舉例在表5一9中。第三十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

以上的分類是有條件的，粉塵的受潮或干燥，都將影響粉塵顆粒間的各種力的變化，從而使其粘性發(fā)生很大變化。第三十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日八、粉塵的自燃性和爆炸性

Spontaneouscombustionandexplosibilityofthedust

粉塵自燃是指粉塵在常溫下存放過程中自然發(fā)熱，此熱量經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的積累，達(dá)到該粉塵的燃點(diǎn)而引起燃燒的現(xiàn)象。

引起粉塵自然發(fā)熱的原因有：

①氧化熱，即因吸收氧而發(fā)熱的粉塵，包括金屬粉類（鋅、錳等及其合金的粉末），碳素粉末類（活性炭、炭黑等），其它粉末（膠木煤、橡膠、骨粉等）。

②分解熱，因自然分解而發(fā)熱的粉塵，包括硝化棉等。

③聚合熱，因發(fā)生聚合而發(fā)熱的粉料，如苯乙烯等。

④發(fā)酵熱，因微生物和酶的作用而發(fā)熱的物質(zhì)，如飼料等第三十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

各種粉塵的自燃溫度相差很大。某些粉塵的自燃溫度較低，如黃磷、還原鐵粉、還原鎳粉、烷基鋁等，由于它們同空氣反應(yīng)的活化能極小，所以在常溫下暴露于空氣中就可能直接起火。

影響粉塵自燃的因素，除了決定于粉塵本身的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)外，還取決于粉塵的存在狀態(tài)和環(huán)境。處于懸浮狀態(tài)的粉塵的自燃溫度要比堆積狀態(tài)粉體的自燃溫度高很多。懸浮粉塵的粒徑越小、比表面越大、濃度越高，越易自燃。堆積粉體較松散，環(huán)境溫度較低，通風(fēng)良好，就不易自燃。第三十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日2、粉塵的爆炸性

可燃物的劇烈氧化作用，在瞬間產(chǎn)生大量的熱量和燃燒產(chǎn)物，在空間造成很高的溫度和壓力，故稱為化學(xué)爆炸?？扇嘉锇扇挤蹓m、可燃?xì)怏w和蒸氣等，引起可燃物爆炸必須具備的條件有兩個(gè)：一是由可燃物與空氣或氧構(gòu)成的可燃混合物達(dá)到一定的濃度；二是存在能量足夠的火源。

可燃混合物中可燃物的濃度，只有在一定范圍內(nèi)才能引起爆炸。能夠引起可燃混合物爆炸的最低可燃物濃度，稱為爆炸濃度下限；最高可燃物濃度稱為爆炸濃度上限。在濃度低于爆炸濃度下限或高于爆炸濃度上限時(shí)，均無爆炸危險(xiǎn)。第三十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

第三節(jié)凈化裝置的性能

Thecapabilityofpurifydevice

評(píng)價(jià)凈化裝置性能的指標(biāo)，包括技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)兩方面。

技術(shù)指標(biāo)主要有處理氣體流量、凈化效率和壓力損失

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要有設(shè)備費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)和占地面積等。此外，還應(yīng)考慮裝置的安裝、操作、檢修的難易等因素。

本節(jié)以凈化效率為主來介紹凈化裝置技術(shù)性能的表示方法。第四十頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日一、凈化裝置技術(shù)性能的表示方法

expressionmeasureofthetechnicalfeatureofpurifydevice

1、處理氣體流量

處理氣體流量是代表裝置處理氣體能力大小的指標(biāo)，一般以體積流量表示。實(shí)際運(yùn)行的凈化裝置，由于本體漏氣等原因，往往裝置進(jìn)口和出口的氣體流量不同，因此，用兩者的平均值作為處理氣體流量的代表。第四十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日(5-43)

式中：Q1N--裝置進(jìn)口氣體流量，

Q2N--裝置出口氣體流量，

凈化裝置漏風(fēng)率可按下式表示：

(%)(5-44)

2、凈化效率

凈化效率是表示裝置凈化污染物效果的重要技術(shù)指標(biāo)。對(duì)于除塵裝置稱為除塵效率，對(duì)于吸收裝置稱為吸收效率，對(duì)于吸附裝置則稱為吸附效率。第四十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日3、壓力損失

壓力損失系指裝置的進(jìn)口和出口氣流全壓之差。通常壓力損失與裝置進(jìn)口氣流的動(dòng)壓成正比，即

(5－45)

式中：—凈化裝置的壓損系數(shù)；

1—裝置進(jìn)口氣流速度，m/s；

—?dú)怏w的密度，kg/m3。

凈化裝置的壓力損失，實(shí)質(zhì)上是氣流通過裝置時(shí)所消耗的機(jī)械能，它與通風(fēng)機(jī)所耗功率成正比。多數(shù)除塵裝置的壓力損失為1--2kPa，原因是一般通風(fēng)機(jī)具有2kPa左右的壓力。壓力再高，通風(fēng)機(jī)造價(jià)高，又增加了消聲問題。第四十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日二、凈化效率的表示方法

theexpressionofpurifyefficiency

1、總效率

總效率系指在同一時(shí)間內(nèi)凈化裝置去除的污染物數(shù)量與進(jìn)人裝置的污染物數(shù)量之比。

如圖5一13所示，裝置進(jìn)口的氣體流量為QlN（mN3／s

）、污染物流量為S1(g/s)、污染物濃度為,裝置出口的相應(yīng)量為Q2N（mN3／s）、

S2（g/s）、，裝置捕集的污染物流量為S3(g/s)，則有：

凈化效率可表示為：

或第四十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日第四十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日2、通過率

當(dāng)凈化效率很高時(shí)，或?yàn)榱苏f明污染物的排放率，有時(shí)采用通過率P來表示裝置性能：

（5－49）

3、分級(jí)除塵效率

除塵裝置的總除塵效率的高低，往往與粉塵粒徑大小有很大關(guān)系。為了表示除塵效率與粉塵粒徑的關(guān)系，提出分級(jí)除塵效率的概念。分級(jí)除塵效率系指除塵裝置對(duì)某一粒徑dpi或粒徑間隔內(nèi)粉塵的除塵效率，簡(jiǎn)稱分級(jí)效率。分級(jí)效率可以用表格、曲線圖或顯函數(shù)的形式表示。這里的dpi代表某一粒徑或粒徑間隔。第四十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

若設(shè)除塵器進(jìn)口、出口和捕集的dpi顆粒質(zhì)量流量分別為S1i，S2i和S3i，則該除塵器對(duì)dpi顆粒的分級(jí)效率為：

(5－50)

對(duì)于分級(jí)效率，一個(gè)非常重要的值是＝50%，與此值相對(duì)應(yīng)的粒徑稱為除塵器的分割粒徑，一般用dc表示。分割粒徑dc在討論除塵器性能時(shí)經(jīng)常用到。

4、分級(jí)效率與總除塵效率之間的關(guān)系

(1)由總效率求分級(jí)效率：在除塵器實(shí)驗(yàn)中，可以測(cè)出除塵器進(jìn)口和出口的粉塵濃度1和2，并計(jì)算出總除塵效率。為了求出分級(jí)效率，還需同時(shí)測(cè)出進(jìn)口、出口和捕集的粉塵的質(zhì)量頻率g1i、g2i、g3i中任意兩組數(shù)據(jù)。第四十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

由質(zhì)量頻率式（5－6）和分級(jí)效率定義式（5－50）有：

第四十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

表5－10所示為某種旋風(fēng)除塵器分級(jí)效率的計(jì)算實(shí)例，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的總除塵效率和粉塵粒徑分布數(shù)據(jù)，計(jì)算出該除塵器凈化該種粉塵的分級(jí)效率。第四十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日(2)由分級(jí)效率求總除塵效率：

這類計(jì)算屬于設(shè)計(jì)計(jì)算，即根據(jù)某種除塵器凈化某類粉塵的分級(jí)效率數(shù)據(jù)和某粉塵的粒徑分布數(shù)據(jù)，計(jì)算該種除塵器凈化該粉塵時(shí)能達(dá)到的總除塵效率。由分級(jí)效率計(jì)算式（5－51）有,等式兩端對(duì)各種粒徑間隔求和，并考慮到,便得到計(jì)算總除塵效率的公式

（5-54）

若分級(jí)效率以函數(shù)形式給出，進(jìn)口粉塵粒徑分布以累積分布函數(shù)形式或頻度函數(shù)形式給出，則總除塵效率可按積分式計(jì)算：

（5-55）

為求出上式積分值，可用解析法或圖解法。第五十頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日表5－11給出這類計(jì)算的實(shí)例。

第五十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日5、多級(jí)串聯(lián)運(yùn)行時(shí)的總凈化效率

若多級(jí)除塵器中每一級(jí)的運(yùn)行性能是獨(dú)立的，凈化第i級(jí)粉塵的分級(jí)通過率分別為Pi1，Pi2，…，Pin或分級(jí)效率分別為ηi1，ηi2，…ηin，則此多級(jí)除塵器凈化第i級(jí)粉塵的總分級(jí)通過率為:PiT=Pi1Pi2…Pin(5-56)

或總分級(jí)效率為:

ηiT=1-PiT=1-(1-ηi1)(1-ηi2)…(1-ηin)(5-57）

按上式計(jì)算出總分級(jí)效率后，由除塵系統(tǒng)總進(jìn)口的粉塵粒徑分布數(shù)據(jù)，即可按式（5－54）等計(jì)算出多級(jí)除塵系統(tǒng)的總除塵效率。

若已知各級(jí)除塵器的除塵效率為η1，

η2…ηn，也可仿照上式計(jì)算多級(jí)除塵系統(tǒng)的總除塵效率：

ηT=1-PiT=1-(1-η1)(1-η2)…(1-ηn)(5-58)第五十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

第四節(jié)顆粒捕集的理論基礎(chǔ)

thetheoreticfoundationofparticlearrest

除塵過程的機(jī)理是：將含塵氣體引入具有一種或幾種力作用的除塵器，使顆粒相對(duì)其運(yùn)載氣流產(chǎn)生一定的位移，并從氣流中分離出來，最后沉降到捕集器表面上。顆粒的粒徑大小和種類不同，所受作用力不同，顆粒的動(dòng)力學(xué)行為亦不同。顆粒捕集過程所要考慮的作用力有外力、流體阻力和顆粒間的相互作用力。外力一般包括重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、熱力、泳力等；作用在運(yùn)動(dòng)顆粒上的流體阻力，對(duì)所有捕集過程來說都是最基本的作用力；顆粒間的相互作用力，在顆粒濃度不很高時(shí)是可以忽略的。第五十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日一、流體阻力fluidresistance

在不可壓縮的連續(xù)流體中，作穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的顆粒必然受到流體阻力的作用。這種阻力是兩種現(xiàn)象引起的：由于顆粒具有一定的形狀，產(chǎn)生了所謂形狀阻力；此外，顆粒與其周圍流體之間存在著摩擦，導(dǎo)致了所謂摩擦阻力。通常把兩種阻力同時(shí)考慮在一起，稱為流體阻力。阻力的方向總是和速度向量方向相反，其大小可按如下標(biāo)量方程計(jì)算：

(5-59)

式中：CD－由實(shí)驗(yàn)確定的阻力系數(shù)（無因次）；

Ap—顆粒在其運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積，m2

。對(duì)球形顆粒Ap=d2p/4；

—流體的密度，kg/m3；

u—顆粒與流體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，m/s。第五十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

由相似理論可知，阻力系數(shù)是顆粒雷諾數(shù)的函數(shù)，即CD＝f(Rep)，其中Rep=；dp為顆粒的定性尺寸（m）,對(duì)球形顆粒為其直徑，為流體的粘度（Pa·S）。圖5-14給出了CD隨Rep變化的實(shí)驗(yàn)曲線，可分為三個(gè)區(qū)域。

當(dāng)Rep1時(shí)，顆粒運(yùn)動(dòng)處于層流狀態(tài)，CD與Rep近似呈直線關(guān)系：

（5-60）

對(duì)于球形顆粒，將上式代入式（5一59）中得到：

（5-61）

上式即是著名的斯托克斯（Stokes）阻力定律。通常把Rep1的區(qū)域稱為斯托克斯區(qū)域。第五十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

當(dāng)1＜Rep＜500時(shí)，顆粒運(yùn)動(dòng)處于湍流過渡區(qū)，CD與Rep呈曲線關(guān)系，CD的計(jì)算式有多種，如伯德（Bird）公式：

（5-62）

當(dāng)500<Rep＜2×105時(shí)，顆粒運(yùn)動(dòng)處于湍流狀態(tài)，CD幾乎不隨Rep變化，近似取CD≈0.44，是通常所說的牛頓區(qū)域，流體阻力公式為：

（N）（5－63）

當(dāng)顆粒尺寸小到與氣體分子平均自由程大小差不多時(shí)，顆粒開始脫離與氣體分子接觸，顆粒運(yùn)動(dòng)發(fā)生所謂“滑動(dòng)”。這時(shí)，相對(duì)顆粒來說，氣體不再具有連續(xù)流體介質(zhì)的特性，流體阻力將減小。第五十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日第五十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

為了對(duì)這種滑動(dòng)條件進(jìn)行修正，可以將坎寧漢修正系數(shù)C引入斯托克斯定律，則流體阻力計(jì)算公式為：（5-63）

坎寧漢系數(shù)的值取決于努森Kn＝2λ/dp，可用戴維斯(Davis)建議的公式計(jì)算：

（5-65）

氣體分子平均自由程λ可按下式計(jì)算：

(5－66)

其中是氣體分子的算術(shù)平均速度：

坎寧漢系數(shù)C與氣體的溫度、壓力和顆粒大小有關(guān)，溫度越高、壓力越低、粒徑越小，C值越大。作為粗略估計(jì)，在293K和101325Pa下，C＝1＋0.165／dp，其中dp用m單位。第五十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日二、阻力導(dǎo)致的減速運(yùn)動(dòng)deceleratemovementcausedbyresisitance

對(duì)于在接近靜止的氣體中，以某一初速度u0運(yùn)動(dòng)的球形顆粒，除了氣體阻力再無其它力作用時(shí)，顆粒不能相對(duì)氣體作穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)，只能作非穩(wěn)態(tài)的減速運(yùn)動(dòng)。根據(jù)牛頓第二定律：

（5－68）

即由阻力導(dǎo)致的減速度：

（5－69）

當(dāng)Rep不超過幾百時(shí)，假定阻力大小與減速度無關(guān)，并不會(huì)產(chǎn)生顯著的誤差，因此可忽略減速度對(duì)CD值的影響。

若只考慮斯托克斯區(qū)域顆粒的減速運(yùn)動(dòng)，則氣體阻力FD可用（5－61）確定，方程（5－69）化為

（5－70）6第五十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

參數(shù)是顆粒-氣體系統(tǒng)的一個(gè)基本特征參數(shù)，稱為顆粒的弛豫時(shí)間。

在時(shí)間t＝0時(shí)運(yùn)動(dòng)速度為u0的顆粒，減速到u所需的時(shí)間t為：

（5－71）

在時(shí)間t時(shí)顆粒的速度：u=u0e-t/τ（m/s）（5－72）

對(duì)于顆粒由初速度u0減速到u所遷移的距離x，利用

u＝dx／dt，變換式(5－70)，積分后得到：

x=τ(u0-u)=τu0(1-e-t/τ)（m）（5－73）

從以上討論可見，弛豫時(shí)間τ的物理意義可以敘述為，由于流體阻力使顆粒的運(yùn)動(dòng)速度減小到它的初速度的1/e(約36.8%）時(shí)所需的時(shí)間。第六十頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

對(duì)于處于滑動(dòng)區(qū)域的顆粒，則應(yīng)引入坎寧漢修正系數(shù)C，相應(yīng)的遷移時(shí)間和遷移距離為

（5－74）

(5－75)

使顆粒由初速度u0達(dá)到靜止所需的時(shí)間是無限長(zhǎng)的，但顆粒在靜止之前所遷移的距離卻是有限的，這個(gè)距離稱為顆粒的停止距離：

(5－76)

第六十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日三、重力沉降

Thegravitysubsides

靜止流體中的單個(gè)球形顆粒，在重力作用下沉降時(shí)，所受作用力有重力FG，流體浮力FB和流體阻力FD，三力平衡關(guān)系式為

（5－77）

對(duì)于斯托克斯區(qū)域的顆粒，代入阻力計(jì)算式（5－61），得到顆粒的重力沉降末端速度：

（5－78）

當(dāng)流體介質(zhì)是氣體時(shí)，p

＞＞，可忽略浮力的影響，沉降速度公式為

（5－79）

第六十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

方程式(5－79)對(duì)粒徑為1.5～75μm的單位密度的顆粒，計(jì)算精度在士10%以內(nèi)。當(dāng)考慮坎寧漢修正后，對(duì)小至0.001μm的微粒也是精確的。對(duì)于較大的球形顆粒（Rep>1)，將式（5－59）代入式(5－77)中，則得到重力作用下的末端沉降速度：

(5－81)

按上式計(jì)算us，必須確定CD值。對(duì)于湍流過渡區(qū)，代入式(5－62)得：

（5-82）

對(duì)于牛頓區(qū)，CD=

0.44，則

(5－83)

第六十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

對(duì)前述的斯托克斯直徑ds和空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑da的計(jì)算在此進(jìn)行討論。根據(jù)斯托克斯沉降速度公式（5－80），可以得到斯托克斯直徑：

(5-84)

由空氣動(dòng)力學(xué)直徑的定義，單位密度(P=1000kg/m3)球形顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑：

(5-85)

則空氣動(dòng)力學(xué)直徑與斯托克斯直徑的關(guān)系為

(5-86)

上式中顆粒密度P采用單位為g/cm3；Ca為與空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑da相應(yīng)的坎寧漢修正系數(shù)。第六十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，2022年，8月28日

四、離心沉降

centrifugalsubside

隨著氣流一起旋轉(zhuǎn)的球形顆粒，所受離心力可用牛頓定律確定：

(5-87)

式中：R—旋轉(zhuǎn)氣流流線的半徑，m;

ut—R處氣流的切向速度，m/s。

在離心力作用下，顆粒將產(chǎn)生離心的徑向運(yùn)動(dòng)（垂直于切向）。若顆粒運(yùn)動(dòng)處于斯托克斯區(qū)，則顆粒所受向心的流體阻力可用式（5一61)確定。當(dāng)離心力和阻力達(dá)到平衡時(shí)，顆粒便達(dá)到了一個(gè)離心沉降的末端速度：