【正文】 3．塵粒的電阻率粉塵的電阻率對(duì)電除塵器和過(guò)濾除塵裝置的效率有很大的影響，最有利的電捕集范圍為104～21010Ωcm。當(dāng)粉塵的比電阻不利于電除塵器捕塵時(shí)，需要采取措施來(lái)調(diào)節(jié)粉塵的比電阻，使其處于適合電捕集的范圍。改變塵粒電阻率的常用方法有：①調(diào)節(jié)溫度：一般溫度越高則電阻越大；②加入水分：如采取噴霧增濕，加濕后塵粒導(dǎo)電率增加而電阻率降低；③添加化學(xué)藥品：添加化學(xué)藥品可調(diào)節(jié)塵粒電阻，如在煙氣中加入導(dǎo)電添加劑三氧化硫，可降低粉塵的電阻。二、除塵效率及壓力損失（10分鐘）從含塵氣流中將粉塵分離出來(lái)并加以捕集的裝置稱為除塵裝置或除塵器。除塵裝置的主要性能是用除塵效率和壓力損失來(lái)表示。除塵器效率是評(píng)價(jià)除塵器性能的重要指標(biāo)之一。含塵氣體通過(guò)除塵器時(shí)所捕集的粉塵量占進(jìn)入除塵器的粉塵總量的百分?jǐn)?shù)稱為除塵器全效率，以η表示。它是指除塵器從氣流中捕集粉塵的能力，常用除塵器總除塵效率，分級(jí)除塵效率、通過(guò)率等表示。1．總除塵效率的計(jì)算（1）根據(jù)除塵器進(jìn)口、出口管道內(nèi)煙氣的流量和煙塵濃度計(jì)算已知?dú)怏w進(jìn)除塵裝置時(shí)的含塵流量為s1（g/s），氣體含塵濃度為c1（g/m3），除塵裝置出口的含塵流量為s2（g/s），氣體含塵濃度為c2（g/m3），則除塵器除塵總效率η（eta艾塔）為：如果除塵器進(jìn)口處的氣體流量為Q1（m3/s），出口處的氣體流量為Q2（m3/s），則除塵器除塵總效率η也可表示為： 若除塵器完全密閉，穩(wěn)態(tài)等溫操作，則進(jìn)出除塵器的氣體量不變，即Q1＝Q2時(shí)，則上式可變?yōu)椋海?）根據(jù)除塵器進(jìn)口或出口管道內(nèi)煙氣流量、煙塵濃度和除塵器灰斗收集的塵量計(jì)算 式中：Mc——除塵器灰斗收集的塵量，kg/h。（3）兩級(jí)除塵時(shí)總效率的計(jì)算采用二級(jí)除塵時(shí)，其總效率可按下式計(jì)算： 式中：ηη2分別為第一級(jí)、第二級(jí)除塵器的除塵效率，%應(yīng)當(dāng)注意，兩個(gè)型號(hào)相同的除塵器串聯(lián)運(yùn)行時(shí)，由于它們處理粉塵的粒徑不同，η1和η2是不相同的。2．分級(jí)除塵效率的計(jì)算總除塵效率是除塵器在一定運(yùn)行工況下對(duì)某種特性粉塵的總捕集效果。但是，對(duì)粒徑分布不同的粉塵和同一特性粉塵中不同粒徑的粒子，除塵器的具有不同的除塵效率。例如有的旋風(fēng)除塵器處理40ηm以上的粉塵時(shí)，效率接近100%，處理5ηm以下的粉塵時(shí)，效率會(huì)下降到40%左右。因此，只給出除塵器的全效率對(duì)工程設(shè)計(jì)是沒(méi)有意義的，必須同時(shí)說(shuō)明試驗(yàn)粉塵的真密度和粒徑分布或該除塵器的應(yīng)用場(chǎng)合。要正確評(píng)價(jià)除塵器的除塵效果，必須按粒徑標(biāo)定除塵器效率，這種效率稱為分級(jí)效率，用ηi表示，i表示粒徑的大小。一般粒徑越大，則去除越容易，分級(jí)率越高；而粒徑越小，捕集越困難，分級(jí)除塵效率也越低。（1）根據(jù)除塵器的進(jìn)口煙塵和除塵器收塵中某一粒級(jí)的頻率密度來(lái)計(jì)算式中：△η——分級(jí)效率，%；fc，fi——除塵器灰斗收入塵和進(jìn)口塵某一級(jí)的頻率密度，%。（2）根據(jù)除塵器的進(jìn)、出口煙塵某一粒級(jí)的頻率密度來(lái)計(jì)算 式中：f0——除塵器出口塵的某一級(jí)的頻率密度。（3）分級(jí)效率的表示方法： 式中：d——粒徑，μm；α和m為由實(shí)驗(yàn)確定的系數(shù)，分級(jí)效率ηi隨α和m值的增大而提高。（3）透過(guò)率P。一些除塵器的除塵效率非常高，可達(dá)99％以上，總效率的變化難以判斷除塵效果及排放對(duì)環(huán)境效應(yīng)的影響，有時(shí)用從除塵器中逃逸的粉塵質(zhì)量與進(jìn)入的粉塵質(zhì)量之比的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即透過(guò)率P來(lái)表示： (4－23)％％，則前者P＝％，后者P＝％，后者的透過(guò)率為前者的10倍。（4）除塵器串聯(lián)運(yùn)行的除塵總效率。設(shè)η1，η2，…，ηn分別為第1，2，…，n級(jí)除塵器的除塵效率，則n級(jí)除塵器串聯(lián)后的總除塵效率為： (4－24)3．除塵效率與處理煙氣量的關(guān)系此外，每一種形式的除塵裝置，都有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的處理氣體量QH，高于或低于此值都會(huì)影響除塵效率；氣體的含塵濃度對(duì)于除塵效率也有影響。各種形式的除塵器都具有各自的特點(diǎn)，為了發(fā)揮不同類型除塵器的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際上常常采用組合的方式，將低效率的除塵裝置放在前面高效率的除塵裝置放在后面。如將幾臺(tái)同類型的除塵裝置串聯(lián)使用，則總除塵效率可用下式計(jì)算： η總＝1－（1－ηi）n式中：η總——總除塵效率；η1——第一級(jí)裝置的除塵效率；η2——從第一級(jí)裝置排出的粉塵，在第二級(jí)裝置內(nèi)的除塵效率；n——除塵裝置的個(gè)數(shù)。4．壓力損失除塵器壓力損失是指除塵器氣體進(jìn)出口壓強(qiáng)差，單位Pa，即指含塵氣體通過(guò)除塵器的阻力，為除塵器的重要性能之一，其值當(dāng)然越小越好。壓力損失的來(lái)源有：氣體的黏滯性、器壁的粗糙度、氣體在除塵器內(nèi)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的渦流等。其計(jì)算多由經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)式來(lái)確定： W＝105Q△P式中：W——耗電量，kWh；Q——?dú)怏w流量，m3/h；△P——壓力損失，Pa。三、各種塵粒爆炸濃度的下限（10分鐘）某些塵粒在氣體中達(dá)到一定的濃度就可能引起爆炸。對(duì)于一定的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，顆粒越小，則表面積越大，那么表面能也就越大。由于粉塵具有這么高的表面能，同大塊的物料相比，它就很容易發(fā)生物理變化或化學(xué)變化將其能量釋放出來(lái)。所以，這些平時(shí)看起來(lái)微不足道的細(xì)小粉塵一遇適宜的條件，與空氣充分混合，遇火后，它就會(huì)迅速地發(fā)生激烈的燃燒反應(yīng)，在瞬間放出巨大的能量，這樣一個(gè)令人懼怕的事——面粉爆炸也就隨之發(fā)生。不光是面粉，凡是易燃燒的粉塵如可可、軟木、木材、輕橡膠、皮革、塑料，以及幾乎所有的有機(jī)化合物和各種無(wú)機(jī)材料如硫、鐵、鎂、鈷等的粉塵，如果這些粉塵在空氣中達(dá)到一定的濃度時(shí)，只要一遇到明火，即使是星星之火，也會(huì)引起一場(chǎng)軒然大波——發(fā)生劇烈的爆炸，而且有時(shí)這些細(xì)塵的爆炸也決不亞于炸彈的破壞作用。四、除塵裝置1．除塵裝置的分類除塵器按照除塵的主要機(jī)理，習(xí)慣上可分為以下四類。（1）機(jī)械式除塵器：它是在質(zhì)量力(重力、慣性力、離心力)的作用下，使粉塵與氣流分離沉降的裝置，通常分為三類：重力除塵器（重力沉降室）、慣性力除塵器（慣性分離器）、離心力除塵器（旋風(fēng)除塵器）。①其中最簡(jiǎn)單、廉價(jià)、易于操作維修的便是重力沉降室。重力沉降室是利用重力沉降作用使粉塵從氣流中分離的裝置，如圖41所示，圖中L、H、B分別為沉降室的長(zhǎng)、高、寬。當(dāng)含塵氣流進(jìn)入后，由于流通面積擴(kuò)大，流速下降，塵粒借本身重力作用以沉降速度vs向底部緩慢沉降，同時(shí)以氣流在沉降室內(nèi)的水平速度vo繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。如果氣流通過(guò)沉降室的時(shí)間大于或等于塵粒從頂部沉降到底部所需的時(shí)間，則具有沉降速度為vs的塵粒能夠全部沉降。重力沉降室一般能捕集40～50μm以上而不宜捕集20μm以下的塵粒，它的除塵效率低，一般僅為40％70％，且設(shè)備龐大。但壓力損失小，Δp＝50～150Pa，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，使用方便，維護(hù)管理容易，適用于顆粒粗、凈化密度大、磨損強(qiáng)的粉塵。一般作為多級(jí)凈化系統(tǒng)的預(yù)處理。②慣性除塵器是利用慣性力作用使粉塵從氣流中分離的裝置，其工作原理是以慣性分離為主，同時(shí)還有重力和離心力的作用。慣性除塵器一般分為回轉(zhuǎn)式和碰撞式兩類，阻擋物用檔板、槽形條等，其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖4－2。圖中，(a)和(c) 分別為回轉(zhuǎn)式和百葉窗式，其原理都是因含塵氣流發(fā)生回轉(zhuǎn)，塵?？繎T性力作用后直接進(jìn)入下部灰斗中。(b)和(d)均為碰撞式，當(dāng)粉塵借慣性力撞擊到擋板上后，慣性力消失，塵粒依靠重力作用落入灰斗。含塵氣流的流速越高，方向轉(zhuǎn)變角度越大，轉(zhuǎn)彎次數(shù)越多，慣性除塵器的除塵效率越高。但流動(dòng)阻力也相應(yīng)增大，一般為300～1000Pa。由于氣流轉(zhuǎn)彎次數(shù)有限，并且考慮壓力損失不宜過(guò)高，一般除塵效率不高。如果采用濕式慣性除塵器，即在擋板上淋水形成水膜，可以提高除塵效率。慣性除塵器適用于非粘結(jié)性和非纖維性粉塵的去除，以免堵塞。宜用于凈化密度和顆粒直徑較大的金屬或礦物粉塵。常用于除塵系統(tǒng)的第一級(jí)，捕集10～20μm以上的粗塵粒。③另一種設(shè)備是旋風(fēng)除塵，旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流的離心力使粉塵從含塵氣流中分離的裝置。旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便，效率適中(80％～90％)，阻力約1000Pa左右，適于凈化密度較大、粒度較粗（＞10μm）的非纖維性粉塵，應(yīng)用最為廣泛，在多級(jí)除塵系統(tǒng)中作為前級(jí)預(yù)除塵。旋風(fēng)除塵器一般由筒體和錐體，進(jìn)氣管和排氣管及密封灰斗組成，結(jié)構(gòu)如圖4－7所示。由進(jìn)氣口切向進(jìn)入的含塵氣流沿筒體內(nèi)壁從上向下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，到達(dá)錐體底部的回流區(qū)后轉(zhuǎn)而向上，在中心區(qū)旋轉(zhuǎn)上升，最后經(jīng)排氣管向外排出。一般將沿外圈向下旋轉(zhuǎn)的氣流稱為外旋流，而將中心旋轉(zhuǎn)向上的氣流稱為內(nèi)旋流，兩者的旋轉(zhuǎn)方向相同。由于實(shí)際氣體具有粘性，外旋流是旋轉(zhuǎn)向下的準(zhǔn)自由渦流，同時(shí)有向心的徑向運(yùn)動(dòng)；內(nèi)旋流是旋轉(zhuǎn)向上的強(qiáng)制渦流，同時(shí)有離心的徑向運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)氣流中的塵粒依靠離心力向外移動(dòng)，達(dá)到筒體內(nèi)壁后在氣流和重力的共同作用下，沿壁面落入灰斗。旋風(fēng)除塵器設(shè)備簡(jiǎn)單、占地小、效率高、適合處理較高濃度煙氣，但是壓力損失大、不適于腐蝕性氣體。（2）濕式（洗滌式）除塵器：在除塵設(shè)備內(nèi)水通過(guò)噴嘴噴成霧狀，當(dāng)含塵煙氣通過(guò)霧狀空間時(shí)，因塵粒與液滴之間的碰撞、攔截和凝聚作用，塵粒隨液滴降落下來(lái)。這種除塵設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單、阻力較小、操作方便。其突出的優(yōu)點(diǎn)是除塵設(shè)備內(nèi)設(shè)有很小的縫隙和孔口，可以處理含塵濃度較高的煙氣而不會(huì)導(dǎo)致堵塞。又因?yàn)樗鼑娏艿囊旱屋^粗，所以不需要霧狀噴嘴，這樣運(yùn)行更可靠，噴琳式除塵設(shè)備可以使用循環(huán)水，直至洗液中顆粒物質(zhì)達(dá)到相當(dāng)高的程度為止，從而大大簡(jiǎn)化了水處理設(shè)施。這種除塵設(shè)備除塵效率高、不受溫度濕度限制，它的缺點(diǎn)是設(shè)備體積比較龐大，需用水量比較多，有污水二次污染。也稱濕式洗滌器，包括各種噴霧洗滌器、旋風(fēng)水膜除塵器和文丘里洗滌器等。（3）電除塵器：靜電分離是利用靜電力，使粉塵從氣體中分離而得到凈化的方法，～。粒子的靜電分離有兩種形式：一種是自身帶電粒子在捕塵體上發(fā)生的電力沉降，如粉塵粒子在機(jī)械加工、粉碎、篩分、輸送等過(guò)程常帶上電荷，當(dāng)粉塵與捕塵體雙方所帶電荷相反，其強(qiáng)度足以使粒子離開(kāi)其流動(dòng)路線時(shí)，則有可能使它被附近的捕塵體吸引捕獲。這種分離方式主要發(fā)生在洗滌器和過(guò)濾式除塵器中，液體霧化過(guò)程及濾料常帶有電荷。但是，粒子或捕塵體自身所帶電荷是有限的。另一種則是含塵氣流通過(guò)電暈放電的高壓電場(chǎng)時(shí)，顆粒荷電，從而在電場(chǎng)力（庫(kù)侖力）作用下，使荷電粒子在集塵電極上發(fā)生的電力沉降。這種分離方式主要用于電力除塵器，其除塵機(jī)理如圖4－3所示。靜電分離是在針狀電極和平板狀電極(圓筒形)之間通過(guò)較高的直流電壓，使之產(chǎn)生電場(chǎng)和發(fā)生電暈放電。針狀電極稱為放電電極，又稱電暈電極，為負(fù)極；接地的平板狀電極稱為集塵極，為正極。在電場(chǎng)的作用下，運(yùn)動(dòng)的自由電子在兩極之間形成了微弱電流。電壓越高，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，電暈極附近自由電子的運(yùn)動(dòng)速度越快。高速運(yùn)動(dòng)的自由電子撞擊中性氣體分子使之電離，產(chǎn)生大量正、負(fù)離子和自由電子，使極間電流(電暈電流)急劇增大，在電暈極附近發(fā)生電暈放電，形成了電暈區(qū)。正離子與針狀電極立即中和消失。負(fù)離子和自由電子受電場(chǎng)力的作用向集塵電極移動(dòng)，移動(dòng)時(shí)與粉塵粒子碰撞接觸而結(jié)合在一起，使塵粒荷電。帶負(fù)電荷的粉塵在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下向集塵極轉(zhuǎn)移，最后附著在集塵極上而與氣流分離。電除塵有干法清灰和濕法清灰兩種型式。其特點(diǎn)是除塵效率高(特別是濕法清灰)，壓力損失小，能耗低，但消耗鋼材多（電除塵設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)，全部由型鋼焊接而成），投資高。適用于處理低濃度氣體。（4）過(guò)濾式除塵器：它是利用含塵氣流體通過(guò)多孔濾料層或網(wǎng)眼物體進(jìn)行分離的裝置，包括顆粒層過(guò)濾器等、袋式過(guò)濾器。這類除塵器的特點(diǎn)是除塵效率很高，％以上，但流動(dòng)阻力也很大，能耗高。過(guò)濾式除塵器中最常用的袋式濾塵器，對(duì)直徑1μm顆粒的去除率多接近100％，它使含塵氣體，通過(guò)懸掛在袋室上部的織物過(guò)濾袋而被除去，這種方法效率高，操作方便，適應(yīng)于含塵濃度低的氣體；其缺點(diǎn)是維修費(fèi)高，不耐高溫高濕氣流。以上是按除塵器的主要除塵機(jī)理進(jìn)行分類，但在實(shí)際的除塵器中，為了提高除塵效率，往往采用多種除塵機(jī)理。此外，還按除塵器是否用水而分為干式除塵器與濕式除塵器兩類。此外，還有一類叫做聲波除塵器，高頻聲壓波會(huì)引起顆粒強(qiáng)烈振動(dòng)、碰撞并結(jié)合在一起，波除塵器可用于沉降室或旋風(fēng)分離器中以加速液體或固體顆粒的分離。3．除塵裝置的選擇和組合作為除塵器的性能指標(biāo)，通常有下列六項(xiàng)：含塵氣體的處理量、除塵效率、壓力損失、設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用、占地面積及設(shè)備可靠性和使用壽命等。前三者屬于技術(shù)性指標(biāo)，后三項(xiàng)屬于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。設(shè)計(jì)或選用除塵器時(shí)，要綜合這些指標(biāo)，但是不可能使每一項(xiàng)都達(dá)到。在選擇除塵器時(shí)，要根據(jù)氣體污染源的具體要求來(lái)選擇除塵方案和除塵裝置。根據(jù)含塵氣體的特性，可以從以下幾方面考慮除塵裝置的選擇和組合。（1） 若塵粒粒徑較小，幾微米以下粒徑占多數(shù)時(shí)，應(yīng)選用濕式、過(guò)濾式或電除塵式等；若粒徑較大時(shí)，以10μm以上粒徑占多數(shù)時(shí)，可用機(jī)械除塵器。（2） 若氣體含塵濃度較高時(shí)，可用機(jī)械除塵；若含塵濃度低時(shí)，可采用文丘里洗滌器；若氣體的進(jìn)口含塵濃度較高，而又要求氣體出口的含塵濃度低時(shí)，則可采用多級(jí)除塵器串聯(lián)的組合方式除塵，現(xiàn)用機(jī)械式除塵器除去較大的塵粒，再用電除塵或過(guò)濾式除塵器等，去除較小粒徑的塵粒。（3） 對(duì)于黏附性強(qiáng)的塵粒，最好采用濕式除塵器，不宜采用過(guò)濾式除塵器也不宜采用靜電除塵器。（4） 如采用電除塵器，塵粒的電阻率應(yīng)在104~1011Ωm范圍內(nèi)。另外，電除塵器只適用于500℃以下的情況。（5） 氣體的溫度增高，黏性將增大，流動(dòng)時(shí)的壓力損害增加，除塵效率也會(huì)下降。但溫度太低，低于露點(diǎn)溫度（露點(diǎn)溫度是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。形象地說(shuō)，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度叫露點(diǎn)溫度。）時(shí)，易有水分凝出，使塵粒易黏附于濾布上造成堵塞。（6） 氣體的成分中如含有易燃易爆的氣體時(shí)，應(yīng)先將該氣體去除后再除塵。總之，除塵設(shè)備的選擇應(yīng)綜合考慮大氣環(huán)境質(zhì)量要求、排放標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備性能效率、塵的特性等方面因素，合理的選擇出即經(jīng)濟(jì)又有效的除塵裝置。第五章 化工廢氣污染控制授課方式：講課教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生了解環(huán)境、環(huán)境科學(xué)、環(huán)境保護(hù)的相關(guān)概念，及當(dāng)前世界環(huán)境問(wèn)題的嚴(yán)峻形勢(shì)