发布时间 : 星期三 文章5《大气污染控制工程》教案-第五章更新完毕开始阅读
一、净化装置技术性能的表示方法
1.处理气体流量
处理气体流量是代表装置处理气体能力大小的指标，一般以体积流量表示。实际运行的净化装置，由于本体漏气等原因，往往装置进口和出口的气体流量不同，因此，用两者的平均值作为处理气体流量的代表：
1qV,N?(qv,1N?qv,2N)(m3N/s)..........(5?43)
2式中：qv,1N——装置进口气体流量，m3N/s； qv,2N——装置出口气体流量，m3N/s； 净化装置漏风率δ可按下式表示：
??qv,1N?qv,2Nqv,1N?100%............(5?44)
2．净化效率
净化效率是表示装置净化污染物效果的重要技术指标。对于除尘装置称为除尘效率，对于吸收装置称为吸收效率，对于吸附装置则称为吸附效率。
3．压力损失
压力损失是代表装置能耗大小的技术经济指标，系指装置的进口和出口气流全压之差。净化装置压力损失的大小，不仅取决于装置的种类和结构型式，还与处理气体流量大小有关。通常压力损失与装置进口气流的动压成正比，即：
?p??2?v12(Pa)................(5?45)
式中：ζ——净化装置的压力损失系数；v1——装置进口气流速率，m/s；ρ——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能，它与通风所耗功率成正比，所以总是希．．．望尽可能小些。
二、净化效率的表示方法
1．总效率
总效率系指在向一时间内净化装置去除的污染物数量与进入装置的污染物数量之比。
如上图所示，装置进口的气体流量为qV,1N(m3/s)、污染物流量为qm,1(g/s)、污染物浓度值ρ应量为qV,2N(m3/s)、qm,2(g/s)、ρ2N(g/m3)；装置捕集的污染物流量为qm,3(g/s)，则有：
qm,1= qm,2+ qm,3
qm,1=ρ1NqV,1N；qm,2=ρ2NqV,2N
总净化效率η可表示为： ??3
1N(g/m)；出口相
qm,3qm,1?1?qm,2qm,1...............(5?46)
或者： ??1??2NqV,2N...............(5?47)
?1NqV,1N?2N..................(5?48) ?1N若净化装置本体不漏气，即qv,1N=qv,2N,则式（5-47）简化为：
??1?2．通过率
当净化效率很高时，或为了说明污染物的排放率，有睦也采用通过率P来表示装置性能：
P?qm,2qm,1??2NqV,2N?1??...............(5?49)
?1NqV,1N3．分级除尘效率
除尘装置的总效率的高低，往往与粉尘粒径大小有很大关系。为了表示除尘效率与粉尘粒径的关系，提出．．．．分级除尘效率的概念。（形象地可以理解粒径越大，除尘效率越高）
分级除尘效率系指除尘装置对某一粒径dpi或粒径间隔Δdp内粉尘的除尘效率，简称分级效率。分级效率可以用表格、曲线图或显函数ηi=? (dpi)的形式表现。dpi代表某一粒径或粒径间隔。
假设除尘器进口、出口和捕集的dpi颗粒质量流量分别为qm,1i 、qm,2i 、qm,3i，则该除尘器对dpi颗粒的分级效率为：
?i?qm,3iqm,1i?1?qm,2iqm,1i...............(5?50)
与分级效率相对应，一个非常重要的值是ηi＝50％，与此值相对应的粒径称为除尘器的分割粒径，一般用de表示。分割粒径de在讨论除尘器性能时经常用到。
4．分级效率与总除尘效率之间的关系
（1）由总效率求分级效率：在除尘器实验中，可以测出除尘器进口和出口的粉尘浓度ρ1和ρ2，即可计算出总除尘效率η，为了求出分级效率，还需同时测出除尘器进口、出口和捕集的粉尘的质量频率g1i、g2i、g3i中任意两组数据。根据前面质量频率定义式（5—6）和分级效率定义式（5—50）有：
qm,1i?qm,1g1i,qm,2i?qm,2g2i,qm,3i?qm,3g3i
?i?或者： ?i?1?qm,3g3iqm,1g1i??g3i...............(5?51) g1ig2i...............(5?52) g1i...............(5?53)
qm,2g2iqm,1g1i?1?P或者： ?i????Pg2i/g3i可以课堂推算证明，也可提请同学们课后证明式5-53。 由式（5-51）得g1i??g3i，代入式（5-52），即可得到式（5—53）。 ?i（请同学们课后利用上面三个分级除尘效率计算公式重新计算表5—10中的数据，看表格中数据有无错误？）
（2）由分级效率求总除尘效率 由由分级效率计算公式（5—51）ηg3i=ηig1i，如果对等式两端各种粒径间隔
求和，因为
?gi3i?1，则有总除尘效率计算公式：
????ig1i................(5?54)
i5．多级串联运行时的总净化效率
在实际工程中，有时需要把两种或多种不同型式的除尘器串联起来使用，形成两级或多级除尘系统。
若多级除尘器中每一级的运行性能是独立的，净化第i级粉尘的分组通过率分别为Pi1,Pi2,…,Pin，或分级效率分别为ηi1，ηi2，…，ηin，则此多级除尘器净化第i级粉尘的总分级通过率为：
PiT=Pi1Pi2···Pin………………......（5—56）
或总分级效率为： ηiT=1-PiT=1－（1－ηi1）（1－ηi2）···（1－ηin）.……....（5—57）
若已知各级除尘器的除尘效率为η1，η2，ηn，也可按照式（5—57）计算出多级除尘系统的总除尘效率：
ηT=1－（1－η1）（1－η2）…（1－ηn）.……....（5—58）
η1 η2 η3 η4
第四节 颗粒捕集理论基础
除尘过程的机理就是，将含尘气体引入具有一种或几种力作用的除尘器，使颗粒相对其运载气流产生一定的位移，并从气流中分离出来，最后沉降到捕集表面上。颗粒的粒径大小和种类不同，所受作用力不同，颗粒的动力学行为也不同。颗粒捕集过程所要考虑的作用力有外力、流体阻力和颗粒间的相互作用力。外力一般包括重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等；作用在运动颗粒上的流体阻力，对所有捕集过程来说都是最基本的作用力；颗粒间的相互作用力，在颗粒浓度不很高时可以忽略。下面即对流体阻力及在重力、离心力、静电力、热力和惯性力等作用下颗粒的沉降规律作一简要介绍。 一、流体阻力
在不可压缩的连续液体中，作稳定运动的颗粒必然受到流体阻力的作用。流体阻力来自两个方面：由于颗粒具有一定的形状，运动时必须排开其周围的流体，导致其前面的压力较后面的大，产生所谓的形状阻力；二是由于颗粒与其周围流体之间存在摩擦，导致了所谓的摩擦阻力。
流体阻力大小受颗粒形状、粒径、表面特性、运动速度及流体的种类和性质；阻力的方向总是和速度向量方向相反，其大小可按下式计算：
1FD?CDAP?u2 （N）………(5-59)
2式中：CD——阻力系数，量纲为一；AP——颗粒在其运动方向上的投影面积，m，对球形颗粒AP??dp/4；
2
2ρ——流体密度，kg/m3；u——颗粒与流体之间的相对运动速度，m/s。 阻力系数CD是颗粒雷诺数的函数，即CD=?（Rep）
式中：Rep?dp?uμ；dp——颗粒的定性尺寸，m，对于球形颗粒即为其直径；μ——流体的黏度，Pa·s。
上图给出了CD随Rep变化曲线，一般可以分成三个区域：
①当Rep≤1时，称为层流区或斯托克斯区，颗粒运动处于层流状态，CD与Rep近似呈直线关系：
CD?24....................(5?60) Rep2对于球形颗粒，将上式（其中AP??dp/4，Rep?dp?uμ）代入式（5-59）得到：
FD=3πμdpu (N)................(5?61)
此式即斯托克斯（Stokes）阻力定律。
②当1≤Rep≤500时，称为过渡区，颗粒运动逐渐过渡到湍流状态， CD与Rep呈曲线关系， CD的计算式很多，如伯德公式：
CD=5
18.5...............(5?62) 0.6Rep③当500≤Rep≤2×10时，称为紊流区或牛顿区，颗粒运动处于湍流状态，CD几乎不随Rep变化，CD≈0.44,代入式（5-59）得流体阻力公式：
?dp12FD??0.44???u2?0.055??d2pu.......(5?63)
24当颗粒粒径小到接近气体分子运动平均自由程的微粒在气体介质中运动时，它与气体分子碰撞将不会连续
发生，有可能与气体分子相对滑动。在这种情况下，微粒在运动中实际受到的阻力就比连续介质考虑的阻力小。为此对上述液体阻力公式进行修正，引入坎宁汉修正系数C，则流体阻力公式为：
2FD=坎宁汉修正系数按下式计算：
3πμdpuC (N)..............(5?64)
C?1?Kn[1.257?0.400exp(?式中Kn——克努森数，Kn=2λ/dp；
dp——颗粒粒径，m；
1.10)].......(5?65) Kn