第四节 颗粒净化装置的性能
评价颗粒净化装置性能的指标包括技术性能指标和经济性指标两方面。技术性能指标主要有处理气体流量、净化效率和压力损失等；经济性指标主要有设备费、运行费和占地面积等。此外，还应考虑装置的安装、操作、检修的难易等因素。本节主要介绍颗粒净化装置的分类、技术性能指标以及技术性能参数的表示方法。
一、颗粒净化装置的分类
颗粒净化装置（简称除尘装置或除尘器）于19世纪中叶发明并开始使用。最早用于粉料的回收，也称为回收器或分离器。20世纪50年代后期，西方国家出现了一系列烟气污染公害事件，引起人们对保护大气环境的高度重视，除尘器的研制和使用得到快速发展。
目前使用的颗粒净化装置（除尘器）按颗粒分离或捕集的机理可分为：机械除尘器、电除尘器、过滤式除尘器和湿式除尘器4种类型。按净化效率可分为：高效除尘器（如电除尘器、过滤式除尘器）、中效除尘器（旋风除尘器、湿式除尘器）、低效除尘器（重力沉降室、惯性除尘器）。按除尘过程中含尘气流是否接触液体又可分为：干式除尘器（含尘气流不接触液体）和湿式除尘器（含尘气流接触液体）。按颗粒捕集粒径范围可分为：常规除尘设备和细颗粒物（PM2.5）捕集设备，常规除尘设备能有效捕集粒径在3μm以上的颗粒，但对于细颗粒物（PM2.5）捕集效率不高。在实际运用过程中，除尘器有时单独使用，有时组合使用。
二、处理气体流量
处理气体流量是表示净化装置处理气体能力大小的指标，一般用体积流量表示。实际运行的除尘装置，由于本体漏气等原因，进口和出口的气体流量不同，可采用两者的平均值作为处理气体流量QN的代表：
式中 Q1N——装置进口含尘气体流量，Nm3/s；
Q2N——装置出口含尘气体流量，Nm3/s。
净化装置的漏风率δ可用下式表示：
三、净化效率
净化效率是表示装置净化污染物效果的重要技术指标。对于除尘装置称为除尘效率，对于吸收装置称为吸收效率，对于吸附装置则称为吸附效率。净化效率包括总效率和分级效率。
1.总效率
总效率系指在同一时间内净化装置去除的污染物数量与进入装置的污染物数量之比。如图2-12所示，装置进口的气体流量为Q1N（m3/s）、污染物流量为S1（g/s）、污染物浓度为C1N（g/Nm3），装置出口的相应量为Q2N（m3/s）、S2（g/s）、C2N（g/Nm3），装置捕集的污染物流量为S3（g/s），则有
总净化效率η可表示为
图2-12 净化效率计算式中有关符号
若净化装置本体不漏气，即Q1N=Q2N，则式（2-78b）简化为
2.通过率
当净化效率很高时，或为了说明污染物的排放率，有时采用通过率P来表示装置性能。通过率P是指同一时间内从净化装置排出的污染物量与入口污染物量之比，即
3.分级除尘效率
除尘装置总除尘效率的高低，往往与粉尘粒径大小有很大关系。为了表示除尘效率与粉尘粒径的关系，提出分级除尘效率的概念。分级除尘效率是指除尘装置对某一粒径dpi或粒径间隔dpi~dpi+Δdp内粉尘的除尘效率，简称分级效率。分级效率可以用表格、曲线图或显函数ηi=f(dpi)的形式表示。这里的dpi代表某一粒径或粒径间隔。
若设除尘器进口、出口和捕集的dpi颗粒质量流量分别为S1i、S2i和S3i，则该除尘器对dpi颗粒的分级效率为
对分级效率而言，一个非常重要的值是ηi=50%，与此值相对应的粒径称为除尘器的分割粒径，也称切割粒径，一般用dc表示。分割粒径dc在讨论除尘器性能时经常用到。
（1）由总除尘效率求分级除尘效率。在除尘器实验中，可以测出除尘器进口和出口的粉尘浓度C1和C2，并计算出总除尘效率η，同时还可以测出除尘器进口、出后和捕集的粉尘的质量频率g1i、g2i和g3i中任意两组数据。由质量频率定义式（表2-4）和分级效率定义式（2-80）可得
表2-13为某种旋风除尘器分级效率的计算实例。根据实验得到的总除尘效率和粉尘粒径分布数据，可以计算出该除尘器净化该种粉尘的分级效率。计算结果表明，随着颗粒粒径的减小，除尘装置的分级除尘效率降低，且颗粒粒径越小，分级效率下降越显著，这说明旋风除尘器对细颗粒粉尘的捕集能力较差。
表2-13 旋风除尘器分级效率的计算实例（总除尘效率η=90.8%）
（2）由分级除尘效率计算总除尘效率。这类计算属于设计计算，即根据某种除尘器净化某类粉尘的分级效率数据和某粉尘的粒径分布数据，计算该种除尘器净化该粉尘时能达到的总除尘效率。由分级效率计算式（2-82）可得ηg3i=ηig1，等式两边对各种粒径求和，并考虑到
，于是总除尘效率计算公式为
表2-14给出了这类计算的实例。由表可见，粉尘颗粒的粒径越大，分级分离效率越大；由于细粉尘所占比例较高，因此总除尘效率不高。
表2-14 由粒径分布和分级效率计算总效率的实例
若分级效率以ηi=ηi(dp)函数形式给出，进口粉尘粒径分布以累积分布函数G1=G1(dp) 形式或频度函数q1=q1(dp)形式给出，则总除尘效率可按积分式计算：
4.多级除尘效率
在实际工程运用中，往往出现多种不同类型除尘器串联使用的情况。例如：煤粉炉烟气脱硫除尘烟气净化系统，第一级为低阻力旋风除尘器，主要目的是去除较大颗粒的烟尘，第二级除尘器选用湿式水膜除尘器，主要目的是去除较小的颗粒，同时还可以脱除烟气中的二氧化硫。
若多级除尘器中每一级的运行性能是独立的，净化第i级粉尘的分级通过率分别为Pi1、Pi2、…、Pin，或分级效率分别为ηi1、ηi2、…、ηin，则此多级除尘器净化第i级粉尘的总分级通过率为
或总分级效率为
按上式计算出总分级效率后，由除尘系统总进口的粉尘粒径分布数据，即可按式(2-85)等计算出多级除尘系统的总除尘效率。
若已知各级除尘器的除尘效率为η1、η2、…、ηn，则多级除尘系统的总除尘效率为
应该指出的是，由于进入各级除尘器的粉尘粒径越来越小，所以每级除尘器的除尘效率一般也越来越小。
四、压力损失
除尘器的能耗大小一般用含尘气流通过除尘器的压力损失来表示。压力损失也称阻力，是除尘器重要的技术经济指标。压力损失的定义为除尘器进口和出口气流全压之差。压力损失的大小取决于除尘器种类、结构形式和处理气体流量。通常压力损失与装置进口气流的动压成正比，即
式中 Δp——除尘器的阻力，Pa；
ζ——除尘器的阻力系数；
ρ——通过除尘器的气体密度，kg/m3；
v1——通过除尘器的进口速度，m/s。
净化装置的压力损失，实质上是气流通过装置时所消耗的机械能，它与通风机所耗功率成正比，因此总是希望尽可能小些。多数除尘装置的压力损失为1~2kPa。