温度增高,其密度减小而粘度増加,沉降速度减小,也不易分离。式(4-1)的斯托克斯粒径d 即由式(4-11)求解得到 此外,颗粒形状、粒子的凝并、高浓度时颗粒之间相互作用、容器壁面等因素对颗粒的沉降 也有影响。对实际工作中的非球形通常近似按球形粒子处理。 2.高心分高 离心分离是利用旋转含尘气流产生的离心力的作用使粒子与气体分离的一种简单而重要的 分离方法。它可以产生比重力大得多的分离力,因此得到广泛的应用。此外,离心力对惯性分离 和虑料拦截起着重要作用。在离心力的作用下,粒子将产生垂直于切向的径向运动,最终到达壁 面而从气流中分离出来。对处于斯托克斯区的球形粒子所受离心力F为 F 式中v一旋转半径r处气流和粒子的切向速度,m/s; r一旋转气流流线的半径,m 与重力分离相同,粒子沿径向运动时受到流体向心的径向阻力F4作用,该阻力可由(4 8)和(4-10)确定: Fd=rud,v 式中v一旋转半径r处气流和粒子的向心径向速度,m/ 即离心力和向心阻力平衡时,粒子的终末离心沉降速度v为: p(pp-p)v2 184 式(4-14)与式(4-1)具有相同的形式,仅以离心加速度v2代替式(4-1)中的重力加速度 g。由(4-14)可知,w除了与粒径和含尘气流温度有关外,还受气流的旋转速度和旋转半径的影 响。气流的旋转速度越高,旋转半径越小,其终末离心沉降速度v越大,愈能分离细小的尘粒 3.惯性分离 惯性分离是使含尘气流冲击在障碍物(如挡板)上,让气流方 向突然转变,尘粒则受惯性力作用与气流分离,其分离机理如图4-14 ↑挡板 所示。当含尘气流接近挡板时,流线将绕挡板急速拐弯。惯性力较 大的粗粒子d1首先离开气流流线被分离出来,继续沿着曲率较小的 途径向前运动,碰撞到挡板B上而被捕集。这种分离方式不仅只存B 在惯性力的作用,同时还有离心力和重力的作用。当随气流携带的 尘粒d2(d2<d1)接近挡板B2时,气流方向发生改变,产生离心力 而被分离下来。假设尘粒d1处气流的旋转半径为R,切线速度为 图4-1惯性分离机理 将R替换式(4-14)中的r,即为与d2v2/R成正比的离心分离速度。可见,增加粒子直径 (或质量)和切线速度(即初速),减小气流的旋转半径(或圆形捕尘体直径),离心分离作用增
温度增高，其密度减小而粘度增加，沉降速度减小，也不易分离。式(4－1)的斯托克斯粒径 ds 即由式(4－11)求解得到。 此外，颗粒形状、粒子的凝并、高浓度时颗粒之间相互作用、容器壁面等因素对颗粒的沉降 也有影响。对实际工作中的非球形通常近似按球形粒子处理。 2. 离心分离 离心分离是利用旋转含尘气流产生的离心力的作用使粒子与气体分离的一种简单而重要的 分离方法。它可以产生比重力大得多的分离力，因此得到广泛的应用。此外，离心力对惯性分离 和虑料拦截起着重要作用。在离心力的作用下，粒子将产生垂直于切向的径向运动，最终到达壁 面而从气流中分离出来。对处于斯托克斯区的球形粒子所受离心力 Fc为： ( ) 3 2 6 p c p d v F r = − (4－12) 式中 vθ—旋转半径 r 处气流和粒子的切向速度，m／s ； r—旋转气流流线的半径，m； 与重力分离相同，粒子沿径向运动时受到流体向心的径向阻力 Fd 作用，该阻力可由(4－ 8)和(4－10)确定： 3 F d v d p r = (4－13) 式中 vr—旋转半径 r 处气流和粒子的向心径向速度，m／s。 当 Fc＝Fd，即离心力和向心阻力平衡时，粒子的终末离心沉降速度 vrs 为： ( ) 2 2 18 p p rs d v v r − = (4－14) 式(4－14)与式(4－11)具有相同的形式，仅以离心加速度 vθ 2 /r 代替式(4－11)中的重力加速度 g。由(4－14)可知，vrs 除了与粒径和含尘气流温度有关外，还受气流的旋转速度和旋转半径的影 响。气流的旋转速度越高，旋转半径越小，其终末离心沉降速度 vrs 越大，愈能分离细小的尘粒。 3. 惯性分离 惯性分离是使含尘气流冲击在障碍物（如挡板）上，让气流方 向突然转变，尘粒则受惯性力作用与气流分离，其分离机理如图 4-1 所示。当含尘气流接近挡板时，流线将绕挡板急速拐弯。惯性力较 大的粗粒子 d1 首先离开气流流线被分离出来，继续沿着曲率较小的 途径向前运动，碰撞到挡板 B1 上而被捕集。这种分离方式不仅只存 在惯性力的作用，同时还有离心力和重力的作用。当随气流携带的 尘粒 d2（d2＜d1）接近挡板 B2 时，气流方向发生改变，产生离心力 而被分离下来。假设尘粒 d1 处气流的旋转半径为 R1，切线速度为 v θ，将 R1 替换式(4－14)中的 r，即为与 d1 2 vθ 2 / R1 成正比的离心分离速度。可见，增加粒子直径 （或质量）和切线速度（即初速），减小气流的旋转半径（或圆形捕尘体直径），离心分离作用增
大,使惯性分离效果增强 4.截留分离 质量很小的粒子,如果没有离开流线而绕过捕尘体(如液滴 纤维等)运动时,这时只要粒子的中心处于距捕尘体不超过2气身 的流线上,就会与捕尘体接触而被截留分离,如图4-2所示 而尺寸和质量较大的粒子,由于惯性作用而离开气流流线直接 碰撞到捕尘体上而被捕集则为上述的惯性碰撞分离 图4-2截留分离机理 研究表明,粒径愈大,捕尘体直径d愈小,截留分离效率愈高 5.静电分离 静电分离是利用静电力,使粉尘从气体中分离而得到净化的方法,可用于分离0.1~1.0um 之间的低速粒子。粒子的静电分离有两种形式:一种是自身带电粒子在捕尘体上发生的电力沉降, 如粉尘粒子在机械加工、粉碎、筛分、输送等过程常带上电荷,当粉尘与捕尘体双方所带电荷相 反,其强度足以使粒子离开其流动路线时,则有可能使它被附近的捕尘体吸引捕获。这种分离方 式主要发生在洗涤器和过滤式除尘器中,液体雾化过程及滤料常带有电荷。但是,粒子或捕尘体 自身所带电荷是有限的 另一种则是含尘气流通过电晕放电的高压电场时, 颗粒荷电,从而在电场力(库仑力)作用下,使荷电粒 子在集尘电极上发生的电力沉降。这种分离方式主要用 于电力除尘器,其除尘机理如图4-3所示。静电分离是 在针状电极和平板状电极圆筒形)之间通过较高的直流3 电压,使之产生电场和发生电晕放电。针状电极称为放 电电极,又称电晕电极,为负极;接地的平板状电极称 为集尘极,为正极。在电场的作用下,运动的自由电子 图4-3静电分离机理 在两极之间形成了微弱电流。电压越高,电场强度越大, 1一电晕 楼全极,电电:离重子 电晕极附近自由电子的运动速度越快。高速运动的自由电子撞击中性气体分子使之电离,产生大 量正、负离子和自由电子,使极间电流(电晕电流)急剧增大,在电晕极附近发生电晕放电,形成 了电晕区。正离子与针状电极立即中和消失。负离子和自由电子受电场力的作用向集尘电极移动, 移动时与粉尘粒子碰撞接触而结合在一起,使尘粒荷电。带负电荷的粉尘在电场力的驱动下冋集 尘极转移,最后附着在集尘极上而与气流分离 荷电量为q(C)的带电尘粒,在场强为E(V/m)的电场中受到的库仑力F为 F=aE (4-15) 粒子运动时受到流体的阻力Fd可按斯托克斯公式(4-13)计算,当F=F4时,荷电粒子便达 到终末沉降速度一驱进速度vs (4-16)
大，使惯性分离效果增强。 4. 截留分离 质量很小的粒子，如果没有离开流线而绕过捕尘体(如液滴、 纤维等)运动时，这时只要粒子的中心处于距捕尘体不超过 dp/2 的流线上，就会与捕尘体接触而被截留分离，如图 4－2 所示。 而尺寸和质量较大的粒子，由于惯性作用而离开气流流线直接 碰撞到捕尘体上而被捕集则为上述的惯性碰撞分离。 研究表明，粒径 dP 愈大，捕尘体直径 d0 愈小，截留分离效率愈高。 5. 静电分离 静电分离是利用静电力，使粉尘从气体中分离而得到净化的方法，可用于分离 0.1～1.0μm 之间的低速粒子。粒子的静电分离有两种形式：一种是自身带电粒子在捕尘体上发生的电力沉降， 如粉尘粒子在机械加工、粉碎、筛分、输送等过程常带上电荷，当粉尘与捕尘体双方所带电荷相 反，其强度足以使粒子离开其流动路线时，则有可能使它被附近的捕尘体吸引捕获。这种分离方 式主要发生在洗涤器和过滤式除尘器中，液体雾化过程及滤料常带有电荷。但是，粒子或捕尘体 自身所带电荷是有限的。 另一种则是含尘气流通过电晕放电的高压电场时， 颗粒荷电，从而在电场力（库仑力）作用下，使荷电粒 子在集尘电极上发生的电力沉降。这种分离方式主要用 于电力除尘器，其除尘机理如图 4－3 所示。静电分离是 在针状电极和平板状电极(圆筒形)之间通过较高的直流 电压，使之产生电场和发生电晕放电。针状电极称为放 电电极，又称电晕电极，为负极；接地的平板状电极称 为集尘极，为正极。在电场的作用下，运动的自由电子 在两极之间形成了微弱电流。电压越高，电场强度越大， 电晕极附近自由电子的运动速度越快。高速运动的自由电子撞击中性气体分子使之电离，产生大 量正、负离子和自由电子，使极间电流(电晕电流)急剧增大，在电晕极附近发生电晕放电，形成 了电晕区。正离子与针状电极立即中和消失。负离子和自由电子受电场力的作用向集尘电极移动， 移动时与粉尘粒子碰撞接触而结合在一起，使尘粒荷电。带负电荷的粉尘在电场力的驱动下向集 尘极转移，最后附着在集尘极上而与气流分离。 荷电量为 q（C）的带电尘粒，在场强为 E (V/m)的电场中受到的库仑力 Fe 为： F qE e = （4-15） 粒子运动时受到流体的阻力 Fd 可按斯托克斯公式(4－13)计算，当 Fe＝Fd 时，荷电粒子便达 到终末沉降速度—驱进速度 ves： 3 es p qE v d = (4-16)
s方向与电场方向一致,垂直于集尘极表面。可见,荷电粒子的荷电量越多,电场强度越 大,以及气体粘度越小,尘粒的驱进速度越大。由于电场中各点的场强不同,且粉尘的荷电量也 只能得到近似的计算值,按式(4-16)计算的驱进速度,仅是粒子平均驱进速度的近似值。 以阴极为放电极形成的电晕称为阴电晕,用于工业装置中的除尘设备:反之,以阳极为放电 极形成的电晕称为就叫阳电晕,一般用于含尘浓度不高的空气调节系统 实际的除尘器中,通常结合多种除尘机理。 第二节除尘装置 、除尘装置的性能及分类 从含尘气流中将粉尘分离出来并加以捕集的装置称为除尘装置或除尘器。 (一)除尘装置的性能 作为除尘系统中的主要组成部分,除尘器的性能直接影响整个系统的运行效果。表示除尘装 置性能的主要指标有,含尘气体的处理量、除尘效率、压力损失、设备投资及运行费用、占地面 积及设备可靠性和使用寿命等。其中,前2项属于技术指标,后4项属于经济指标。设计或选用 除尘器时,要综合这些指标 1.含尘气体的处理量 为处理含尘气体能力大小的指标。一般用通过除尘器的气体体积流量Q表示,单位为m/s 或m/h,通常为为给定量。 2.除尘效率 除尘器的除尘效率包括总除尘效率,分级除尘效率、通过率等。 (1)总除尘效率η。设除尘器进口处的气体流量为Q1(m3/s),粉尘流量为M(g/s),气 体含尘浓度为C(g/m),相应出口处的参数分别为Q、M、Cn,除尘器中捕集的粉尘流量为M(g/s)。 对粉尘流量有M=M+M,M=CQ。则同一时间内除尘器捕集的粉尘质量与进入的粉尘质量之比的 质量分数即为总除尘效率n M 7=x×100=1 CO CO 若除尘器完全密闭,稳态等温操作,则进出除尘器的气体量不变,则上式可变为 7 C.×100 (4-18) 通常测定除尘器进、出口的参数来计算总除尘效率。当除尘器漏气量大于进口量的20%时 应将测定的实际值换算成标准状态时的参数(0℃,1.013×10°Pa),按式(4-17)计算
ves 方向与电场方向一致，垂直于集尘极表面。可见，荷电粒子的荷电量越多，电场强度越 大，以及气体粘度越小，尘粒的驱进速度越大。由于电场中各点的场强不同，且粉尘的荷电量也 只能得到近似的计算值，按式(4-16)计算的驱进速度，仅是粒子平均驱进速度的近似值。 以阴极为放电极形成的电晕称为阴电晕，用于工业装置中的除尘设备；反之，以阳极为放电 极形成的电晕称为就叫阳电晕，一般用于含尘浓度不高的空气调节系统。 实际的除尘器中，通常结合多种除尘机理。 第二节 除尘装置 一、除尘装置的性能及分类 从含尘气流中将粉尘分离出来并加以捕集的装置称为除尘装置或除尘器。 （一）除尘装置的性能 作为除尘系统中的主要组成部分，除尘器的性能直接影响整个系统的运行效果。表示除尘装 置性能的主要指标有，含尘气体的处理量、除尘效率、压力损失、设备投资及运行费用、占地面 积及设备可靠性和使用寿命等。其中，前 2 项属于技术指标，后 4 项属于经济指标。设计或选用 除尘器时，要综合这些指标。 1. 含尘气体的处理量 为处理含尘气体能力大小的指标。一般用通过除尘器的气体体积流量 Q 表示，单位为 m 3 /s 或 m 3 /h，通常为为给定量。 2. 除尘效率 除尘器的除尘效率包括总除尘效率，分级除尘效率、通过率等。 （1）总除尘效率η。设除尘器进口处的气体流量为 Qi（m 3 /s），粉尘流量为 Mi（g/s），气 体含尘浓度为 C（i g/m3），相应出口处的参数分别为 Qo、Mo、Co，除尘器中捕集的粉尘流量为 Mc(g/s)。 对粉尘流量有 Mi＝Mo + Mc ，M=CQ。则同一时间内除尘器捕集的粉尘质量与进入的粉尘质量之比的 质量分数即为总除尘效率η： c o o o 100 1 100 1 100 % i i i i M M C Q M M C Q = = − = − (4－17) 若除尘器完全密闭，稳态等温操作，则进出除尘器的气体量不变，则上式可变为： 1 100 % o i C C = − (4－18) 通常测定除尘器进、出口的参数来计算总除尘效率。当除尘器漏气量大于进口量的 20％时， 应将测定的实际值换算成标准状态时的参数（0℃，1.013×105 Pa），按式(4－17)计算
(2)分级除尘效率ηd。总除尘效率是除尘器在一定运行工况下对某种特性粉尘的总捕集效 果。但是,对粒径分布不同的粉尘和同一特性粉尘中不同粒径的粒子,除尘器的具有不同的除尘 效率。为了正确评价除尘器对不同粒径粉尘的捕集效果,采用分级除尘效率的概念 分级效率是指除尘器对某一粒径d或某一粒径范围Δφ的粉尘的捕集效果。假设进入除尘 器的粉尘总量M中,粒径d或某一粒径范围Δd的粉尘Mad的频率分布为ωud=ΔMM;在被 捕集的粉尘总量M中,粒径d或某一粒径范围Δd的粉尘△Ma的频率分布s=△MM 则除尘器对粒径4或某一粒径范围Δd的粉尘的分级效率d为 么△NM×10M9×100= Mo 根据测定的除尘器的总效率,分析出的除尘器入口和捕集的粉尘粒径频率分布ωud和 即可按上式计算出分级效率。如果对式(4-19)右边分子、分母同除以△d,由式(4-3)的关 粉尘的分级效率可用除尘器入口及捕集的粉尘的频度分布fd、fed表示,即: na =n f (4-20) 而总除尘效率从整个粒径范围的分级效率求和得到: 7=∑10u (4-21) 分级效率nd与粒径d的关系,一般以指数函数形式表示 nd =1-e-adp (4-22) 式中,α和m为由实验确定的系数。分级效率η随α和m值的增大而提高,a值越大,粉 尘逃逸量越小:而m值愈大,表明d对ηa的影响越大。m值一般在0.33~1.20 (3)透过率P。一些除尘器的除尘效率非常高,可达99%以上,总效率的变化难以判断除 尘效果及排放对环境效应的影响,有时用从除尘器中逃逸的粉尘质量与进入的粉尘质量之比的质 量分数,即透过率P来表示: M P=0×100=100- 如两台除尘器的除尘效率分别为99.9%和99.0%,则前者P=0.1%,后者P=1.0%,后者 的透过率为前者的10倍 (4)除尘器串联运行的除尘总效率。设n1,n2,…,nn分别为第1,2,…,n级除尘器 的除尘效率,则n级除尘器串联后的总除尘效率为: 7=100-(100-m)(100-m2)…(100-mn) (4-24) 3.阻力
（2）分级除尘效率ηd。总除尘效率是除尘器在一定运行工况下对某种特性粉尘的总捕集效 果。但是，对粒径分布不同的粉尘和同一特性粉尘中不同粒径的粒子，除尘器的具有不同的除尘 效率。为了正确评价除尘器对不同粒径粉尘的捕集效果，采用分级除尘效率的概念。 分级效率是指除尘器对某一粒径 dp 或某一粒径范围Δdp 的粉尘的捕集效果。假设进入除尘 器的粉尘总量 Mi 中，粒径 dp 或某一粒径范围Δdp 的粉尘 Mid 的频率分布为ωid＝ΔMid/Mi；在被 捕集的粉尘总量 Mc 中，粒径 dp 或某一粒径范围Δdp 的粉尘ΔMcd 的频率分布ωcd＝ΔMcd/Mc， 则除尘器对粒径 dp 或某一粒径范围Δdp 的粉尘的分级效率ηd 为： d cd c cd cd 100 100 % id i id id M M M M = = = (4－19) 根据测定的除尘器的总效率，分析出的除尘器入口和捕集的粉尘粒径频率分布ωid 和ωcd， 即可按上式计算出分级效率。如果对式(4－19)右边分子、分母同除以Δdp，由式（4－3）的关系， 粉尘的分级效率可用除尘器入口及捕集的粉尘的频度分布 fid、fcd 表示，即： d cd % id f f = (4－20) 而总除尘效率从整个粒径范围的分级效率求和得到： = d id % (4－21) 分级效率ηd 与粒径 dp 的关系，一般以指数函数形式表示： m p ad d e − = 1− (4－22) 式中，α和 m 为由实验确定的系数。分级效率ηd 随α和 m 值的增大而提高，α值越大，粉 尘逃逸量越小；而 m 值愈大，表明 dp 对ηd 的影响越大。m 值一般在 0.33～1.20。 （3）透过率 P。一些除尘器的除尘效率非常高，可达 99％以上，总效率的变化难以判断除 尘效果及排放对环境效应的影响，有时用从除尘器中逃逸的粉尘质量与进入的粉尘质量之比的质 量分数，即透过率 P 来表示： o 100 100 % i M P M = = − (4－23) 如两台除尘器的除尘效率分别为 99.9％和 99.0％，则前者 P＝0.1％，后者 P＝1.0％，后者 的透过率为前者的 10 倍。 （4）除尘器串联运行的除尘总效率。设η1，η2，…，ηn 分别为第 1，2，…，n 级除尘器 的除尘效率，则 n 级除尘器串联后的总除尘效率为： ( )( ) ( ) 1 2 = − − − − 100 100 100 100 % n (4－24) 3. 阻力
气体流经除尘器的压力损失称为除尘器阻力,是代表装置消耗能量大小的一项重要技术经济 指标。通风机所耗功率与除尘器的压力损失成正比,阻力越大,风机能耗越高。除尘器的压力损 失为除尘器进、出口断面上气流平均全压之差△p,一般表示为 P 4-25) 式中5一阻力系数 p一气体密度,kg/m 斯一除尘器进口气体平均流速,m/s 除尘器的阻力主要与除尘器的结构型式,流体性质和流体速度等因素有关。 (二)除尘装置的分类 除尘器按照除尘的主要机理,习惯上可分为以下四类。 (1)机械式除尘器。它是在质量力(重力、惯性力、离心力)的作用下,使粉尘与气流分离 沉降的装置,如重力沉降室、惯性分离器、旋风除尘器等。其特点是除尘效率不是很高,但结构 简单、成本低廉、运行维修方便,在多级除尘系统中作为前级预除尘 (2)过滤式除尘器。它是利用含尘气流体通过多孔滤料层或网眼物体进行分离的装置,包 括颗粒层过滤器等、袋式过滤器。这类除尘器的特点是除尘效率很高,袋式除尘器的效率可高达 99.9%以上,但流动阻力也很大,能耗高。 (3)电除尘器。它是以静电分离作为除尘的机理,利用高压电场使尘粒荷电,在电场力的 作用下使粉尘与气流分离的装置。有干法清灰和湿法清灰两种型式。其特点是除尘效率高(特别 是湿法清灰),流动阻力小,能耗低,但消耗钢材多,投资高。 (4)湿式除尘器。它是利用含尘气流与液滴或液膜接触,使粉尘与气流分离的装置,也称 湿式洗涤器,包括各种喷雾洗涤器、旋风水膜除尘器和文丘里洗涤器等。它既可用于除尘,也可 用于气态污染物的吸收净化。其特点是除尘效率高,特别是对微细粉尘的捕集效果显著,但会产 生污水形成二次污染,需要进行处理。 以上是按除尘器的主要除尘机理进行分类,但在实际的除尘器中,为了提高除尘效率,往往 采用多种除尘机理。此外,还按除尘器是否用水而分为干式除尘器与湿式除尘器两类 二、机械式除尘器 1.重力沉降室
气体流经除尘器的压力损失称为除尘器阻力，是代表装置消耗能量大小的一项重要技术经济 指标。通风机所耗功率与除尘器的压力损失成正比，阻力越大，风机能耗越高。除尘器的压力损 失为除尘器进、出口断面上气流平均全压之差Δp，一般表示为： 2 0 = 2 w p Pa (4－25) 式中 —阻力系数； ρ—气体密度，kg/m3； w0—除尘器进口气体平均流速，m/s； 除尘器的阻力主要与除尘器的结构型式，流体性质和流体速度等因素有关。 （二）除尘装置的分类 除尘器按照除尘的主要机理，习惯上可分为以下四类。 （1）机械式除尘器。它是在质量力(重力、惯性力、离心力)的作用下，使粉尘与气流分离 沉降的装置，如重力沉降室、惯性分离器、旋风除尘器等。其特点是除尘效率不是很高，但结构 简单、成本低廉、运行维修方便，在多级除尘系统中作为前级预除尘。 （2）过滤式除尘器。它是利用含尘气流体通过多孔滤料层或网眼物体进行分离的装置，包 括颗粒层过滤器等、袋式过滤器。这类除尘器的特点是除尘效率很高，袋式除尘器的效率可高达 99.9％以上，但流动阻力也很大，能耗高。 （3）电除尘器。它是以静电分离作为除尘的机理，利用高压电场使尘粒荷电，在电场力的 作用下使粉尘与气流分离的装置。有干法清灰和湿法清灰两种型式。其特点是除尘效率高(特别 是湿法清灰)，流动阻力小，能耗低，但消耗钢材多，投资高。 （4）湿式除尘器。它是利用含尘气流与液滴或液膜接触，使粉尘与气流分离的装置，也称 湿式洗涤器，包括各种喷雾洗涤器、旋风水膜除尘器和文丘里洗涤器等。它既可用于除尘，也可 用于气态污染物的吸收净化。其特点是除尘效率高，特别是对微细粉尘的捕集效果显著，但会产 生污水形成二次污染，需要进行处理。 以上是按除尘器的主要除尘机理进行分类，但在实际的除尘器中，为了提高除尘效率，往往 采用多种除尘机理。此外，还按除尘器是否用水而分为干式除尘器与湿式除尘器两类。 二、机械式除尘器 1. 重力沉降室