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第十一章颗粒状污染物净化装置
颗粒状污染物净化装置的作用是从气体中把颗粒状污染物捕集或分离的装置，也称为除尘装置。主要分为：机械式除尘器、过滤式除尘器、电除尘器、湿式除尘器等。本章主要介绍几种常用除尘器的工作原理、结构及性能。
11.1机械式除尘器
机械式除尘器是指利用质量力分离粉尘的除尘器，即重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。
11.1.1重力沉降室
重力沉降室是利用重力作用使粉尘从气体中沉降分离的一种除尘装置。如图11.1所示，含尘气流通过横断面比管道大得多的沉降室时，流速大大降低，使大而重的尘粒在重力作用下沉降至底部。
图11.1重力沉降室示意图沉降室的捕集效率计算是以如下假定为基础的：颗粒在除尘器入口断面上分布均匀；颗粒的运动轨迹是由两个分速度合成的，在气流（水平）方向，颗粒与气体具有相同的速度v0，在垂直方向，忽略气体的浮力，颗粒仅在重力和气体阻力作用下以其终末重力沉降速度us沉降。对于这样简化的沉降室的除尘效率，主要决定于气流的流动状态，一般可分为四种情况：（1）无混合的塞状流；（2）无混合的层流；（3）横向混合的紊流；（4）完全混合的紊流。这里只介绍无混合的塞状流
图11.1重力沉降室示意图
无混合是假定除尘器中未被捕集的颗粒无任何混合，既无轴向（气流方向）混合，也无横向混合，塞状流是假定在任一横断上气流速度分布是均匀的。
设沉降室的长、宽、高分别为L、W、H，水平气流速度为v0(m/s)，处理气体流量为Q（m3/s），则气流在沉降室内的停留时间
在时间t内，粒径为dp的颗粒的重力沉降高度为
因此，对于粒径为dp的颗粒，只有在高度hc以下进入沉降室，才能以其沉降速度us沉降到下部灰斗中。若hc≤H，则对粒径为dp的颗粒的分级除尘效率为：
图11.2惯性除尘器（11-1）
图11.2惯性除尘器
对于斯托克斯区域，沉降速度，代入上式中得到
（11-2）
11.1.2惯性除尘器
惯性除尘器是使含尘气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用使其与气流分离的装置。
惯性除尘器的结构形式各种各样，可分为碰撞式和回转式两类。图11.2示出四种型式，其中（a）为单级碰撞式，（d）为多级碰撞式，当含尘气流撞击到挡板上后，尘粒丧失了惯性力，并靠重力沿挡板落下。图中的（b）和（c）为回转式，含尘气体从入口进入后，粉尘靠惯性力冲入下部灰斗中，而气体和惯性较小的细粉尘则发生急剧转弯穿过挡板经出口排出。图中的（a）和（c）二种形式适用于管道的自然转弯处，可在动力消耗不大的情况下将粗粉尘除掉。
图11.2（c）通常称为百叶式除尘器，其缺点是百叶片的摩损较快，净化效率也不高，所以应用不广。但是百叶板作为粉尘的浓缩器，与其他除尘装置（如旋风除尘器，湿式除尘器或过滤器）组成一个除尘机组，则可获得较高的净化效率。
一般惯性除尘器的气流速率愈高，气流方向转变角度愈大，转变次数愈多，净化效率愈高，压力损失也愈大。惯性除尘器宜用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘，不宜用于净化粘结性和纤维性粉尘。由于其净化效率不高，只能用于多级除尘中的第一级除尘，捕集10~20μm以上的粗尘粒。其压力损失因型式不同差别很大，一般为100~1000Pa。
11.1.3旋风除尘器的基本原理
旋风除尘器是使含尘气流作旋转运动，在离心力作用下使尘粒从气流中分离捕集下来的装置。旋风除尘器具有结构简单、应用广泛、种类繁多等特点。在除尘机理及结构性能方面，虽然研究者及论文资料很多，但由于旋风除尘器内气流和尘粒的运动状况复杂，准确地测定较困难，所以至今在理论研究方面尚不够完善，许多关键问题还需靠实验确定。
根据颗粒运动轨迹方程及完全径向混合的假定，对于斯托克斯定律的球形颗粒，导出的分级除尘效率方程为：
（11-3）
式中为弛豫时间，t为颗粒在旋风除尘器内的总停留时间。
旋风除尘器的除尘效率将随进口含尘浓度的增加而提高。这可能是由于颗粒在更拥挤的条件下，粗颗粒碰撞并截住细颗粒导致的凝聚作用的结果。
旋风除尘器的结构型式，对除尘器的除尘效率影响很大。例如出口管直径d变小时，除尘效率提高；锥体适当加长，有利于提高除尘效率。
此外，旋风除尘器在运行中，中心核心区处于负压状态，特别是接近锥底部分负压更大。如果锥底和下部灰斗不严密，外部空气漏入，会使落入灰斗的粉尘重新被带走，造成除尘效率显著下降。
（3）旋风除尘器的压力损失
旋风除尘器的压力损失与其结构型式和运行条件等有关，理论上计算是困难的，所以主要靠实验确定。从技术、经济诸方面考虑，旋风除尘器压力损失控制范围一般为500~2000Pa。
（4）旋风除尘器的结构型式
图11.3旋风除尘器