第五章 顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ).ppt

1、第五章 顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ) The technique foundation of particle pollutant controls 大氣污染控制中涉及到的顆粒物，一般是所有大于分子的顆粒物，但實際最小限界為0.01m左右。 充分認(rèn)識粉塵顆粒的大小等物理特性，是研究顆粒的分離、沉降和捕集機(jī)理以及選擇、設(shè)計和使用除塵裝置的基礎(chǔ)。 在討論顆粒的粒徑分布等物理特性及除塵裝置性能表示方法的基礎(chǔ)上，對粉塵顆粒在各種力場中的空氣動力學(xué)行為分離、沉降、捕集等進(jìn)行介紹。,第一節(jié) 顆粒的粒徑及粒徑分布 the particle diameter and its distributing 一、顆粒的粒徑

2、 the particle diameter 顆粒的大小不同，其物理、化學(xué)特性不同，對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、用顯微鏡觀測顆粒時，采用如下幾種粒徑： 定向直徑dF，也稱菲雷特直徑（圖5la）。 定向面積等分直徑dM，或馬丁直徑 (圖5lb）。 投影面積直徑dA，也稱黑烏德直徑。,2、 用篩分法測定時可得到篩分直徑，為顆粒能夠通過的最小方篩孔的寬度。 3 、 用光散射法測定時可得到等體積直徑dv ，為與顆粒體積相等的圓球的直徑。若顆粒體積為V，則dv(6 V/)1/3。 4 、用沉降法測定時，一般采用如下兩種定義：斯托克斯（St

3、okes）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?？諝鈩恿W(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Plg/cm3的圓球的直徑。,粒徑的測定結(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s表示。s的值總是小于1。對于正方體s0.806；對于圓柱體，若其直徑為d、高為L，則s2.62（L/d）2/3/(12 L/d）。表5一1給出了某些顆粒s的實測值。,二、粒徑分布 particle diameter distributing 粒徑分布是指不同粒徑范圍內(nèi)的顆粒的

4、個數(shù)所占的比例。以顆粒的個數(shù)表示所占的比例時，稱為個數(shù)分布；以顆粒的質(zhì)量（表面積）表示時，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、個數(shù)分布 按粒徑間隔給出的個數(shù)分布測定數(shù)據(jù)列在表52中，圖52為其個數(shù)分布直方圖，其中ni為每一間隔測得的顆粒個數(shù)，N=ni，為顆粒的總個數(shù)。據(jù)此可以作出個數(shù)分布的其它定義。,(1)個數(shù)頻率：為第i間隔中的顆粒個數(shù)ni與顆粒總個數(shù)ni之比（或百分比） (2)個數(shù)篩下累積頻率：為小于第i間隔上限粒徑的所有顆粒個數(shù)與顆?？倐€數(shù)之比（或百分比）,根據(jù)計算出的各級篩下累積頻率Fi值對各級上限粒徑dp可以畫出篩下累積頻率分布曲線（圖53）。 由累積頻

5、率曲線可以求出任一粒徑間隔的頻率f值。 (3)個數(shù)頻率密度：函數(shù)p(dP)dF/ddP稱為個數(shù)頻率密度，簡稱個數(shù)頻度，采用單位為m-1。顯然，頻率密度為單位粒徑間隔（即1m）時的頻率。 根據(jù)表52中的數(shù)據(jù)可以計算出每一間隔的平均頻度 ,按值對間隔中值dpi，作出頻度分布曲線（圖54）。,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 （54）在極限條件下，當(dāng)dp0時，p 0，F(xiàn) 0，d p/dd p 0;當(dāng)dp 時，p 0，F(xiàn) 1 ，d p/ddp 0，F(xiàn)曲線應(yīng)是有一拐點的“S”形曲線，拐點發(fā)生在頻度p為最大值時對應(yīng)的粒徑處，這一粒徑稱為眾徑dd（本例中dd6.0m），即

6、此處： (55)累積頻率F 0.5時對應(yīng)的粒徑d 50為個數(shù)中位粒徑（NMD）,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： （57）質(zhì)量頻率密度： （58）,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 （59） G曲線也是有一拐點的“S”形曲線，拐點位于 處，對應(yīng)的粒徑稱為質(zhì)量眾徑。質(zhì)量累積頻率G=0.5時對應(yīng)的粒徑d50，稱為質(zhì)量中位直徑（MMD）。下面以例題

7、來說明個數(shù)分布和質(zhì)量分布之間的換算關(guān)系。,例1某種顆粒的原始個數(shù)分級數(shù)據(jù)如下表所給，計算該顆粒的個數(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)計算出fi和Fi值，按各粒徑間隔中F曲線的平均斜率 計算出p的平均值，再按定義式(5-6)，(5-7) 和(5)計算出gi 、 Gi 和值，并將計算結(jié)果列入表53中，同時繪出p、q和F、G曲線（圖55）。q和G曲線相對p和F曲線皆向右偏移，這是很典型的情況。,三、平均粒徑 average diameter of

8、 particles 為了簡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：長度平均粒徑： （510） 表面積平均粒徑： （511） 體積平均粒徑： （512）,幾何平均粒徑： （514）按lndg表示的幾何平均粒徑： (5-15) 對于頻率密度分布曲線是對稱性的分布（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= ；對于頻率密度分布曲線是非對稱性的分布，ddd50 。 對于單分散氣溶膠，所有顆粒的粒徑相同， dg；否則 dg。,四、粒徑分布

9、函數(shù) The function of particle diameter distributing 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dp，也可以用F（或G）對dp的函數(shù)形式給出。理想的函數(shù)形式應(yīng)是只包含兩個常數(shù)，一個常數(shù)應(yīng)表示該粉塵顆?？傮w尺寸的大小，即平均粒徑；另一個常數(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)驗函數(shù)形式。,第二節(jié)

10、粉塵的物理性質(zhì) Physical property of the dust 本節(jié)要介紹的粉塵物理性質(zhì)包括粉塵的密度、安息角與滑動角、比表面積、含水率、潤濕性、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 density of the dust 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體積，則以此真實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。可見，對同一種粉塵來說， b p 。,若將粉體顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆

11、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： （537） 對于一定種類的粉塵，其真密度為一定值，堆積密度則隨空隙率 而變化?？障堵?與粉塵的種類、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， 值減小。,二、粉塵的安息角與滑動角 quite angle and glide angle of the dust 粉塵從漏斗連續(xù)落到水平面上，自然堆積成一個圓錐體，圓錐體母線與水平面的夾角稱為粉塵的安息角，也稱動安息角或堆積角等，一般為35 550 。 粉塵的滑動角系指自然堆放在光滑平板上的粉塵，隨平板做傾斜運動時，粉塵開

12、始發(fā)生滑動時的平板傾斜角，也稱靜安息角，一般為400550。 粉塵的安息角與滑動角是評價粉塵流動特性的重要指標(biāo)。安息角小的粉塵，其流動性好；安息角大的粉塵，其流動性就差。影響粉塵安息角和滑動角的因素主要有：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。,三、粉塵的比表面積 the compared surface area of dust 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

13、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。,以粉塵自身體積（即凈體積）表示的比表面積Sv: （538）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： （539）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),四、粉塵的含水率 Moisture content of the dust 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，會影響到粉塵的其它物理性質(zhì)，如導(dǎo)電性、粘附性、流

14、動性等，所有這些在設(shè)計除塵裝置時都必須加以考慮。 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。,五、粉塵的潤濕性 Wetting of the dust 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)稱為粉塵的潤濕性。 當(dāng)塵粒與液體接觸時，如果接觸面能擴(kuò)大而相互附著，則稱為潤濕性粉塵； 如果接觸面趨于縮小而不能附著，則稱為非潤濕性粉塵。 粉塵的潤濕性與粉塵的種類、粒徑和形狀、生成條件、組分、溫度、含

15、水率、表面粗糙度及荷電性等性質(zhì)有關(guān)。,水對飛灰的潤濕性要比對滑石粉好得多：球形顆粒的潤濕性要比形狀不規(guī)則表面粗糙的顆粒差；粉塵越細(xì)，潤濕性越差，如石英的潤濕性雖好，但粉碎成粉末后潤濕性將大為降低。粉塵的潤濕性隨壓力的增大而增大，隨溫度的升高而下降。粉塵的潤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，對粉塵的潤濕性就比水好。,粉塵的潤濕性用液體對試管中粉塵的潤濕速度來表征。常取潤濕時間為20 min，測出此時的潤濕高度L20（mm）,于是潤濕速度為： （mm/min）（541） 按潤濕速度v20作為評定粉塵潤濕性的指標(biāo)，可將粉塵分為四類（表5一7）

16、。,六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性 burden electricity and electric conductivity of the dust 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)。,2、粉塵的導(dǎo)電性 粉塵的導(dǎo)電性通常用比電阻d來表示： (5-42)式中：V通過粉塵層

17、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。,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

18、較弱，因而粉塵比電阻達(dá)到最大值。 粉塵比電阻對電除塵器的運行有很大影響，最適宜于電除塵器運行的比電阻范圍為104 1010cm。當(dāng)比電阻值超出這一范圍時，則需采取措施進(jìn)行調(diào)節(jié)。,七、粉塵的粘附性 conglutination of the dust 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

19、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。,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。,八、粉塵的自燃性和爆炸性 Spontaneous combustion and explosibility of the dust 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)長時間的積累，達(dá)到該粉塵的燃點而引起燃燒的現(xiàn)象。 引起粉塵自然發(fā)熱的原因有：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

20、黑等），其它粉末（膠木煤、橡膠、骨粉等）。分解熱，因自然分解而發(fā)熱的粉塵，包括硝化棉等。聚合熱，因發(fā)生聚合而發(fā)熱的粉料，如苯乙烯等。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,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

21、燃。,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：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，均無爆炸危險。,第三節(jié) 凈化裝置的性能 The capability of purify device 評價凈化裝置性能的指標(biāo)，包括技

22、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、運行費和占地面積等。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。,一、凈化裝置技術(shù)性能的表示方法 expression measure of the technical feature of purify device 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。實際運行的凈化裝置，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。,(5-43) 式中：

23、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)。對于除塵裝置稱為除塵效率，對于吸收裝置稱為吸收效率，對于吸附裝置則稱為吸附效率。,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)口氣流的動壓成正比，即 (545)式中： 凈化裝置的壓損系數(shù)； 1 裝置進(jìn)口氣流速度，m/s； 氣體的密度，kg/m3。 凈化裝置的壓力損失，實質(zhì)上是氣流通過裝置時所消耗的機(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1-2 kPa，原因是一般通風(fēng)機(jī)具有2 kP

24、a左右的壓力。壓力再高，通風(fēng)機(jī)造價高，又增加了消聲問題。,二、凈化效率的表示方法 the expression of purify efficiency1、總效率 總效率系指在同一時間內(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（ mN3s ）、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（mN3s）、 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,2、通過率 當(dāng)凈化效率很高時，或為了說明污染物的排放率，有時采用通過率P來表示裝置性能： （549）3、分級除塵效率 除塵裝置

25、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，提出分級除塵效率的概念。分級除塵效率系指除塵裝置對某一粒徑dpi或粒徑間隔內(nèi)粉塵的除塵效率，簡稱分級效率。分級效率可以用表格、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。,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dpi顆粒的分級效率為： (550) 對于分級效率，一個非常重要的值是50%，與此值相對應(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經(jīng)常用到。4、分級效率與總除塵效率之間的關(guān)系 (1)由總效率求分級效

26、率：在除塵器實驗中，可以測出除塵器進(jìn)口和出口的粉塵濃度1和2，并計算出總除塵效率。為了求出分級效率，還需同時測出進(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)。,由質(zhì)量頻率式（56）和分級效率定義式（550）有：,表510所示為某種旋風(fēng)除塵器分級效率的計算實例，根據(jù)實驗得到的總除塵效率和粉塵粒徑分布數(shù)據(jù)，計算出該除塵器凈化該種粉塵的分級效率。,(2)由分級效率求總除塵效率： 這類計算屬于設(shè)計計算，即根據(jù)某種除塵器凈化某類粉塵的分級效率數(shù)據(jù)和某粉塵的粒徑分布數(shù)據(jù)，計算該種除塵器凈化該粉塵時能達(dá)到的總除塵效率。由分級效率計算式（551）有 ,等式兩端對各種粒徑間隔求和，并考慮

27、到 ,便得到計算總除塵效率的公式 （5-54）若分級效率以 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算： （5-55） 為求出上式積分值，可用解析法或圖解法。,表511給出這類計算的實例。,5、多級串聯(lián)運行時的總凈化效率 若多級除塵器中每一級的運行性能是獨立的，凈化第i級粉塵的分級通過率分別為Pi1，Pi2，Pin或分級效率分別為i1，i2，in，則此多級除塵器凈化第i級粉塵的總分級通過率為: PiT=Pi1Pi2Pin (5-56)或總分級效率為: iT=1-PiT=1-(1-i1)(1-i2) (1-in) ( 5-57） 按上式計算

28、出總分級效率后，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（554）等計算出多級除塵系統(tǒng)的總除塵效率。 若已知各級除塵器的除塵效率為1 ， 2n，也可仿照上式計算多級除塵系統(tǒng)的總除塵效率： T=1-PiT=1-(1-1)(1-2) (1-n) (5-58),第四節(jié) 顆粒捕集的理論基礎(chǔ) the theoretic foundation of particle arrest 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，使顆粒相對其運載氣流產(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，顆粒的動力學(xué)行為亦不同。顆粒捕集過程所要

29、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；作用在運動顆粒上的流體阻力，對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是可以忽略的。,一、流體阻力 fluid resistance 在不可壓縮的連續(xù)流體中，作穩(wěn)定運動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)量方程計算： (5-59)式中：C

30、D由實驗確定的阻力系數(shù)（無因次）； Ap顆粒在其運動方向上的投影面積，m 2 。對球形顆粒Ap=d2p/4； 流體的密度，kg/ m3； u顆粒與流體之間的相對運動速度，m/s。,由相似理論可知，阻力系數(shù)是顆粒雷諾數(shù)的函數(shù)，即CDf ( Re p)，其中Rep= ；dp為顆粒的定性尺寸（m）,對球形顆粒為其直徑，為流體的粘度（PaS）。圖5-14給出了CD隨Rep變化的實驗曲線，可分為三個區(qū)域。當(dāng)Rep 1時，顆粒運動處于層流狀態(tài)，CD與Rep近似呈直線關(guān)系： （5-60） 對于球形顆粒，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Re

31、p 1 的區(qū)域稱為斯托克斯區(qū)域。,當(dāng)1Rep500時，顆粒運動處于湍流過渡區(qū)，CD與Rep呈曲線關(guān)系，CD的計算式有多種，如伯德（Bird）公式： （5-62） 當(dāng)500 Rep2105時，顆粒運動處于湍流狀態(tài)，CD幾乎不隨Rep變化，近似取CD0.44，是通常所說的牛頓區(qū)域，流體阻力公式為： （N）（563） 當(dāng)顆粒尺寸小到與氣體分子平均自由程大小差不多時，顆粒開始脫離與氣體分子接觸，顆粒運動發(fā)生所謂“滑動”。這時，相對顆粒來說，氣體不再具有連續(xù)流體介質(zhì)的特性，流體阻力將減小。,為了對這種滑動條件進(jìn)行修正，可以將坎寧漢修正系數(shù)C引入斯托克斯定律，則流體阻力計算公式為：（5-63） 坎寧漢系數(shù)

32、的值取決于努森Kn2/dp，可用戴維斯(Davis)建議的公式計算： （5-65）氣體分子平均自由程可按下式計算： (566) 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，在293 K和101325 Pa下，C10.165dp，其中dp用m單位。,二、阻力導(dǎo)致的減速運動 decelerate movement caused by resisitance 對于在接近靜止的氣體中，以某一初速度u0運動的球形顆粒，除了氣體阻力再無其它力作用時，顆粒不能相對氣體作穩(wěn)態(tài)運動，只能作非穩(wěn)態(tài)的減速運動。根據(jù)牛頓第二定律

33、： （568）即由阻力導(dǎo)致的減速度： （569） 當(dāng)Rep不超過幾百時，假定阻力大小與減速度無關(guān)，并不會產(chǎn)生顯著的誤差，因此可忽略減速度對CD值的影響。 若只考慮斯托克斯區(qū)域顆粒的減速運動，則氣體阻力FD可用（561）確定，方程（569）化為 （570）,6,參數(shù) 是顆粒-氣體系統(tǒng)的一個基本特征參數(shù)，稱為顆粒的弛豫時間。 在時間t0時運動速度為u0的顆粒，減速到u所需的時間t為： （571）在時間t時顆粒的速度： u=u0e-t/（m/s） （572） 對于顆粒由初速度u0減速到u所遷移的距離x，利用udxdt，變換式(570)，積分后得到： x=(u0-u)=u0(1-e-t/)（m） （5

34、73） 從以上討論可見，弛豫時間的物理意義可以敘述為，由于流體阻力使顆粒的運動速度減小到它的初速度的1/e(約36.8%）時所需的時間。,對于處于滑動區(qū)域的顆粒，則應(yīng)引入坎寧漢修正系數(shù)C，相應(yīng)的遷移時間和遷移距離為 （574） (575) 使顆粒由初速度u0達(dá)到靜止所需的時間是無限長的，但顆粒在靜止之前所遷移的距離卻是有限的，這個距離稱為顆粒的停止距離： (576),三、重力沉降 The gravity subsides 靜止流體中的單個球形顆粒，在重力作用下沉降時，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 （577） 對于斯托克斯區(qū)域的顆粒，代入阻力計算式（561）

35、，得到顆粒的重力沉降末端速度： （578） 當(dāng)流體介質(zhì)是氣體時，p ，可忽略浮力的影響，沉降速度公式為 （5 79）,方程式(579)對粒徑為1.575m的單位密度的顆粒，計算精度在士10%以內(nèi)。當(dāng)考慮坎寧漢修正后，對小至0.001m的微粒也是精確的。對于較大的球形顆粒（Rep1)，將式（559）代入式(577)中，則得到重力作用下的末端沉降速度： (581) 按上式計算us，必須確定CD值。對于湍流過渡區(qū)，代入式(562)得： （5-82）對于牛頓區(qū)，CD= 0.44，則 (583),對前述的斯托克斯直徑ds和空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑da的計算在此進(jìn)行討論。根據(jù)斯托克斯沉降速度公式（580），可以得到斯托克斯直徑： (5-84) 由空氣動力學(xué)直徑的定義，單位密度(P=1 000 kg/ m3)球形顆粒的空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑： (5-85) 則空氣動力學(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為與空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑da相應(yīng)的坎寧漢修