3.5　顆粒污染物控制技術

3.5.1　顆粒污染物凈化方法

顆粒污染物屬于非均相混合物，一般采用物理方法進行分離凈化，其分離凈化依據是氣體分子與固態（或液態）粒子在物理性質上的差異。將固態或液態粒子從氣體介質中分離出來的凈化方法稱為氣體除塵。目前，常用的除塵器有機械力除塵、電除塵、過濾式除塵和濕式除塵。

（1）機械力除塵器　利用質量力（重力、慣性力和離心力等）的作用使顆粒與氣流分離沉降的裝置，包括重力沉降室、慣性除塵器和旋風除塵器等。

（2）電除塵器　利用高壓電場使塵粒荷電，在靜電力作用下使顆粒與氣流分離沉降的裝置。

（3）過濾式除塵器　使含塵氣流通過織物或多孔填料層進行過濾分離的裝置，包括袋式除塵器、顆粒層除塵器等。

（4）濕式除塵器　又稱濕式洗滌器，是指利用液滴、液膜或液層洗滌含塵氣流，使顆粒與氣流分離的裝置。

按照除塵效率高低，除塵器分為高效除塵器（電除塵器、袋式除塵器和高能文丘里洗滌器）、中效除塵器（旋風除塵器和其他濕式除塵器）和低效除塵器（重力沉降室和慣性除塵器）三類。低效除塵器一般作為多級除塵系統的初級除塵。

3.5.2　凈化裝置性能評價

凈化裝置包括除塵器和氣態污染物凈化裝置，其評估指標主要有兩個方面：經濟指標和性能指標。經濟指標包括設備的投資和運行費用、占地面積或占用空間體積、設備可靠性和使用年限等；性能指標包括廢氣處理量、凈化效率和壓力損失等。

由于氣體的體積流量與其狀態有關，所以除塵技術凈化裝置性能參數統一采用標態（273K，101.325kPa）數據。

3.5.2.1　凈化裝置的處理氣體量

處理氣體量（Q）是衡量裝置處理含污染物氣體能力大小的指標，用通過除塵器的體積流量（m³/s或m³/h）表示，在凈化裝置設計中一般為給定值。當裝置存在漏氣時，標準狀態下的處理氣體量Q_N用進口流量Q_1N和出口流量Q_2N的平均值代表，即

　　（3.67）

凈化裝置的漏風率：

　　（3.68）

3.5.2.2　壓力損失（阻力）

壓力損失（Δp）是指凈化裝置進口和出口斷面上氣流平均全壓（全壓=靜壓+動壓）之差。不同種類凈化裝置Δp的計算方法和公式一般是不相同的。如旋風除塵器的壓力損失Δp一般與其入口速度υ_i（m/s）的平方成正比，即

　　（3.69）

式中，ρ為氣體的密度，kg/m³；ξ為旋風除塵器的阻力系數。

凈化裝置的壓力損失實質上代表了氣流通過裝置時所消耗的機械能，它與通風機所耗功率成正比。所以Δp既是技術指標，也是經濟指標。工業廢氣凈化技術的理想狀況是能耗低而效率高，即所謂的“低阻高效”。

3.5.2.3　除塵器的除塵效率

除塵器的除塵效率代表除塵器捕集顆粒效果的高低，有以下幾種表示方法。

①總除塵效率η。若通過除塵器的氣體流量為Q（m³/s）、顆粒流量為m（g/s）、含塵濃度為c（g/m³），除塵器進口、出口和捕集的顆粒流量分別用下標i、o和c表示（圖3-17）。

除塵器的總除塵效率系指同一時間內除塵器捕集的顆粒質量與進入的顆粒質量之百分比，即

　　（3.70）

若除塵器本體不漏氣，則Q_i=Q_o，上式簡化為：

　　（3.71）

②串聯運行時的總除塵效率。當氣體含塵濃度較高，一級除塵器的出口濃度達不到排放要求，或者即使能達到排放要求，但因顆粒負荷過大，會引起裝置性能不穩定或堵塞，這時應考慮采用兩級或多級多種除塵器串聯使用。

設η₁，η₂，…，η_n為第1，2，…，n級除塵器的除塵效率，則n級除塵器串聯后的總除塵效率為：

　　（3.72）

應當指出，由于進入各級除塵器的顆粒粒徑越來越小，所以每級除塵器的除塵效率一般也越來越低。

③分級除塵效率。是指除塵器對某一粒徑d_p或粒徑d_p～（d_p+Δd_p）范圍內顆粒的除塵效率。除塵器對d_p～（d_p+Δd_p）范圍內顆粒的分級效率η_d為：

　　（3.73）

式中，Δm_i，Δm_c分別為粒徑為d_p～（d_p+Δd_p）范圍內除塵器進口和捕集的顆粒流量，g/s。

若以ΔD_i和ΔD_c分別表示除塵器入口和捕集的顆粒的相對頻數分布，Δm=mΔD。所以：

　　（3.74）

式中，f_i、f_c分別為除塵器進口和捕集顆粒的粒徑頻度分布。

分級效率η_d與除塵器的種類、氣流狀況、顆粒的密度和粒徑等因素有關。圖3-18示出各種除塵裝置η_d與d_p的關系，圖中表明，除旋風除塵器和濕式洗滌器外，其他除塵器粉塵粒徑對分級效率影響不明顯。

④粒徑分布與分級效率和總效率的關系。根據總效率η=m_c/m_i及式（3.74）可得：

　　（3.75）

如圖3-19所示，當給出某除塵器的分級效率η_d和要凈化的顆粒的頻度分布f_i時，便可按式（3.75）計算出總除塵效率η。這是設計新除塵器時常用的計算方法。

實際上，若給出粒徑范圍Δd_p內的頻數分布ΔD_i，由f_i=ΔD_i/Δd_p，可將上式（3.75）改成求和的形式，即

　　（3.76）

3.5.2.4　凈化系數f_d與凈化指數

除塵器的凈化系數f_d指進口含塵濃度c_i與出口含塵濃度c_o之比，即

　　（3.77）

f_d的對數值稱為凈化指數。例如某除塵器η=99.99%，則f_d=1/（1-0.9999）=10⁴，凈化指數為4。