除尘装置的除尘机理

10．1．1 除尘净化程度的分类

颗粒较大的粉尘通过自身的重力就能够下落，很快从空气中分离出来，而颗粒较小的粉尘，下落的速度较慢，往往需要借助除尘设备的力量，方能从空气中分离出来。 颗粒越小，分离越困难，所用的除尘设备越复杂，所以除尘装置的选择是根据除尘要求进行选用的。 一般的除尘技术中，把净化程度分为四类：

1．第一级除尘——粗净化

主要是去除掉100μm以上的粉尘，一般作为多级除尘中的第一级除尘。

2．中级除尘

主要是去除10～100μm的粉尘，经净化后其空气的含尘浓度应小于100mg／m3。这种要求是除尘工程中常见的。 一般高空排放烟气就是应用这种除尘设备。

3．细净化

主要是去除10μm以下的粉尘，净化后其空气的含尘浓度达到1～2mg／m3。这种净化是在纺织厂通常要求的净化程度，这种净化方法主要用进风系统和再循环空气的净化等。

4．超净化

主要是去除掉1μm以下的细小尘粒，一般用于要求超净的房间，净化后的空气含尘浓度，视工艺要求而定，如手机、液晶电视的液晶屏生产车间就要求达到这样的净化程度。

10．1．2 除尘装置的机理

除尘装置就是要创造条件使尘粒从空气中分离出来，一般有以下除尘机理：

1．重力

气流中的尘粒可以依靠重力自然沉降，从气流中分离出来，这个机理只适用于50μm以上的粗大尘粒，对于较小的尘粒由于沉降速度太慢，效果甚微。

2．离心式

含尘气流做圆周运动时，由于惯性离心力的作用。 尘粒和气流要产生相对运动，使尘粒从气流中分离出来。 其除尘力比重力一般要大数十倍至数百倍，利用离心力除尘是技术上的一大进步，这个机理主要用于分离10μm以上的尘粒。 近年来由于技术的不断进步，它所能去除掉颗粒的直径还在不断缩小中。

3．惯性碰撞

含尘气流在运动过程中遇到物体的阻挡（如挡板、水滴等）时，气流要改变方向进行绕流，细小的尘粒仍随气流一起绕流流动，较大的尘粒由于具有较大的惯性，它会脱离流线，保持自身的惯性运动。 这样尘粒就和物体发生碰撞，失去能量而下落。

4．截留

当含尘气流紧靠物体表面时，有时尘粒与物体表面发生接触。 失去能量从气流中分离出来，停留在物体表面，这种现象称为截留。

5．扩散

颗粒小于1μm的粉尘在气体分子的撞击下，像气体分子一样作布朗运动。 如果尘粒在作布朗运动过程中与物体表面接触，由于分子引力，就会粘附在物体表面，尘粒就会从气流中分离出来。 这个机理叫作扩散。 对于尘粒直径0．3μm的尘粒，这是一个很重要的机理。

6．静电压

悬浮在气流中的尘粒，常会带有一定的电荷。 带电的尘粒可以通过静电力使得它从气流中分离，为了达到较好的除尘效果，需要设置专门的高压电场。 使得含尘气流的尘粒通过高压电场充分荷电而分离，得到高度净化的气流，所以要求净化、超净化的车间常应用这种方法。

7．凝聚

凝聚作用不是一种直接的除尘机理，它是通过超声波、蒸汽凝结、加湿等办法，促使微小尘粒凝聚增大，然后再利用其他除尘机理去除。

工程上常用的各种除尘装置，往往不是简单的依靠一种除尘机理，而是多种除尘技术的组合，一般常根据其主要除尘机理进行分类。

10．1．3 除尘装置的分类

从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置。 除尘装置按处理方法分为：湿式除尘装置和干式除尘装置。

按处理原理，可分为如表10．1所示：

表10．1 除尘装置分类表

10．1．4 除尘效率

评价除尘装置的除尘效果好坏，通常有两个指标：技术指标和经济指标。 技术指标有：处理气体流量、压力损失和除尘效率η来反映；而经济指标有：设备费、运行费和占地面积。 除尘效率的含义是以除尘装置所捕集的粉尘量占进入除尘装置的粉尘的总量百分比来表示，是除尘器性能重要指标之一，常用的有：除尘器全效率、分级效率和穿透率。

1．全效率计算

（1）质量算法

含尘气体通过除尘器时所捕集的粉尘占进入除尘器的粉尘总量的百分数称为除尘器全效率η，全效率η的计算表达式为

式中 G1——进入除尘器的粉尘量，g／s；

G2——从除尘器排风口排出的粉尘量，g／s；

G3——除尘器所捕集的粉尘量，g／s。

（2）浓度算法

如果除尘器结构严密，没有漏风，除尘器入口风量与排气口风量相等，均为L，则公式（10．1）可改写为

式中 L——除尘器处理的空气量，m3／s；

y1——除尘器进口的空气含尘浓度，g／m3；

y2——除尘器进口的空气含尘浓度，g／m3。

公式（10．1）要通过称重求得全效率，称为质量法，用这种方法测出的结果比较准确，主要用于实验室。 在现场测定除尘效率时，通常先同时测出除尘器前后的空气含尘浓度，再按公式（10．2）求得全效率，这种方法称为浓度法。 含尘空气管道内的浓度分布既不均匀又不稳定，要测定准确的结果比较困难。

（3）多台除尘器串联总效率

在除尘系统中为提高除尘效率常把两个除尘器串联使用，如图10．1所示，两个除尘器串联时的总除尘效率为：

η0＝η1＋η2（1-η1）＝1-（1-η1）（1-η2） （10．3）

式中 η0——除尘系统的除尘总效率；

η1——第一级除尘效率；

η2——第二级除尘器效率。

图10．1 两级除尘器除尘系统

当两个型号相同的除尘器串联运行时，由于它们处理粉尘的粒径不同，η1和η2不是相同的。 n个除尘器串联时其总效率为：

η0＝1-（1-η1）（1-η2）（1-η3）…（1-ηn） （10．4）

2．穿透率

有时两台除尘器的全效率分别为99％或99．5％，两者非常接近，似乎两者的除尘效果差别不大。 但是从大气污染的角度去分析，两者的差别是很大的，前者排入大气的粉尘量要比后者高出一倍，因此对于高效除尘器，除了用除尘器效率外，还用穿透率P表示除尘器的性能。 其表达式为

P＝（1-η）×100％ （10．5）

3．除尘器的分级效率

除尘器全效率的大小与处理粉尘的粒径有很大关系，例如有的旋风除尘器处理40nm以上的粉尘时，效率接近100％，处理5nm以下粉尘时，效率会降低到40％左右。 因此，只给出除尘器的全效率对工程设计是没有意义的，必须同时说明试验粉尘的真密度和粒径分布或该除尘器的应用场合。 要正确评价除尘器的除尘效果，必须按粒径标定除尘器效率，这种效率称为分级效率。

如果除尘器进口处粉尘粒径分布为f1（dc）、空气含尘浓度为y1，那么进入除尘器的粒径在dc±Δdc范围内的粉尘量ΔG1（dc）＝L1y1f1（dc）Δdc。同理在除尘器出口处，ΔG2（dc）＝L2y2f2（dc）Δdc，是除尘器出口处理粉尘的粒径分布。

对粒径在dc±Δdc范围内的粉尘，除尘器的分级效率为

如果L1＝L2，则η（dc）＝

其中，Φ（dc）＝f（dc）Δdc

如果除尘器捕集下的粉尘的粒径分布为f3（dc），则除尘器所捕集的粒径在dc±Δdc范围内的粉尘量ΔG3（dc）＝（L1y1-L2y2）f3（dc）Δdc。

分级效率η（dc）＝

研究表明，大多数除尘器的分级效率可用下列经验公式表示：

式中 a，m——特定常数。

4．分级效率与全效率的关系

式中 η——除尘器全效率；

dΦ1（dc）——在除尘器进口处，该粒径范围内的粉尘所占的质量分数；

dΦ3（dc）——在除尘器灰斗中，该粒径范围内的粉尘所占的质量百分数。