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同学们好！今天我们开始学习第6章：除尘装置
除尘装置是指从气体中去除或捕集固态或液态颗粒物的设备
根据除尘的机理，通常将除尘器分为
机械除尘器、电除尘器、布袋除尘器和湿式除尘器
首先介绍最简单的除尘装置：重力沉降室
重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中分离出来的除尘装置
这是它的工作原理示意图
含尘气流进入重力沉降室后，由于流动横截面积的扩大
气体流速大大降低，停留时间增长
使得较重的颗粒在重力的作用下缓慢向下部沉降
沉降到除尘器底部的颗粒物就被捕集下来
那么如何根据除尘效率设计重力沉降室呢
重力沉降室的除尘效率与烟气在其中的流动状态密切相关
根据气体的流动状态，重力沉降室的设计模型有
层流式、垂直混合湍流式和完全混合湍流式三种
这是一个重力沉降室的示意图
沉降室的长宽高分别为L、W和H
处理的烟气量为Q，含尘气流从左侧进入重力沉降室
为了简化计算，我们假设
一、颗粒物均匀地分布在入口烟气中
二、沉降室内的气流为柱塞流
在重力沉降室内的每个气体流动的横截面上
气体流速是均匀的
三、在烟气流动的方向上，颗粒和气流具有相同的速度
四、由于气体的密度远远小于颗粒物的密度
我们忽略颗粒物在垂直方向受的气体浮力
只考虑颗粒物所受的重力和阻力
对于层流式重力沉降室，气体在沉降室内为层流
在垂直方向上没有混合
如果气体以速度v0通过重力沉降室
气体及颗粒物在沉降室内的停留时间
可以用沉降室的长度除以气体流速确定
也可以用沉降室的体积除以气体流量来得到
在重力作用下，颗粒物一方面以末端沉降速度us向下沉降
同时又随气流以速度v0沿水平方向做匀速直线运动
所以颗粒物的运动轨迹是一条向下倾斜的直线
在停留时间t内，颗粒物的沉降距离为hc
入口高度在hc以下的颗粒物
在沉降室出口处刚好沉降到沉降室的底面从而被捕集下来
所以入口高度在hc处的颗粒物的运动轨迹称为极限运动轨迹
位于极限运动轨迹以下的颗粒物都会被沉降室除去
因此，hc和沉降室高度的比值就是该粒径下颗粒物的去除效率
当沉降距离大于沉降室的高度时
意味着该粒径颗粒物被完全去除，所以去除效率为100%
对于斯托克斯区粒子，令其沉降距离hc等于除尘器的高度
则其捕集效率为100%
将颗粒的重力沉降末端速度公式代入沉降距离计算式中
就可以计算出能被全部捕集的最小颗粒的粒径dmin
如果计算得到的粒径较小，那么我们还需要考虑坎宁汉修正
实际上，由于沉降室内存在着气流的扰动和返混
颗粒物的捕集效率会被降低
在工程上，一般用层流分级效率公式计算值的一半
来估算重力沉降室的去除效率
因此，沉降室能100%去除的最小颗粒的粒径也大于之前的理论的估算值
从除尘效率公式可以看出
提高沉降室除尘效率的主要途径有
一是降低沉降室内的气流速度，二是增加沉降室长度
三是降低沉降室的高度
沉降室内的气体流速可以根据颗粒物的大小和密度确定
一般为0.3-2.0 m/s
通过在沉降室内增设 n 块水平隔板
就可以形成多层沉降室
这时沉降高度就减少为原来的(n+1)分之一
分级除尘效率是原来的（n+1）倍
一般来说，隔板数不能太多，要小于3
和层流式沉降室不同，垂直混合湍流式重力沉降室假设
沉降室中的气流处于湍流状态
垂直于气流方向的每个横断面上的颗粒物都是完全混合的
那么在每一个时间微元内
颗粒物在气流方向上运动dx长度
同时向下沉降dy长度
在距离沉降室底面dy长度内
粒径为dp的颗粒物都会被完全捕集下来
所以在这里我们把dy称为边界层
颗粒物在dx微元内的停留时间为dt
被去除的比例可以用边界层厚度和沉降室高度的比值得到
就是我们这个公式
公式中的负号表示沿着气体的流动方向
颗粒物的浓度逐渐降低
对这个公式积分
并以沉降室入口处的颗粒物数目作为边界条件
就可以得到沉降室出口处的颗粒物数浓度计算公式
进而计算出该粒径下颗粒物的分级效率
大家可以看到
公式中指数项的幂次恰好是层流式湍流重力沉降室的效率公式
第三种类型是完全混合的湍流式重力沉降室
在这种沉降室内，假设气体为全混流
也就是说在整个沉降室内的颗粒物完全均匀混合
因此，我们可以把整个沉降室当作一个整体对待
在单位时间内
从沉降室出口排放的颗粒物数量可以用沉降室内的颗粒物浓度
气流速度和沉降室横截面积的乘积求得
同时，单位时间内捕集的颗粒物可以用颗粒物的浓度
沉降的速度和沉降室的底面积计算得到
那么颗粒物的分级除尘效率就等于
捕集的颗粒物数量和入口颗粒物数量的比值
其中入口颗粒物数量等于
排出的颗粒物数量和捕集的颗粒物数量之和
下面我们来看一下
这三种模型计算出来的除尘效率有什么区别呢
我们注意到三种模型的效率公式当中
都含有层流式重力沉降室分级效率这一项
所以我们用它的平方根进行归一化，作为X轴
对于斯托克斯颗粒
将重力沉降速度us的计算式代入效率公式
我们发现这里的X轴实际上是颗粒物粒径的倍数
从图上可以看出，除尘效率是随着粒径增大而增大
重力沉降室可以有效的去除40微米以上的颗粒
同时，沉降室内的湍流程度越高，沉降的效率就越低
只有层流沉降室可以理论上达到100%的去除效率
总体而言，重力沉降室具有结构简单、投资少
压力损失小、维修方便等优点
但是另一方面，它体积很大、去除效率低
一般只作为，高效除尘器的预除尘装置
用于去除比较大和比较重的颗粒物
我们本节的内容就到此结束，谢谢大家
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
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-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
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-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
-6-2 旋风除尘器
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
-6-8 袋式除尘器的设计和应用
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
-7-1 物理吸收传质计算
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
-7-7 催化原理
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
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