第六章 烟气除尘技术
主要内容
? 6.1粉尘及其物理特性
? 6.2烟尘净化
? 6.3机械式除尘器
? 6.4湿式除尘器
? 6.5电除尘器
? 6.6过滤式除尘器
? 6.7除尘器应用
6.1粉尘及其物理特性
6.1.1粉尘的粒径和粒径分布
? 粒子是大小均匀的球体,则 可用其直径 作为
粒子大小的代表性尺寸,并称为粒径。
? 实际中,按一定的方法确定一个表示粒子大
小的最佳的代表性尺寸,作为粒子的粒径。
? 单一粒径,代表单个粒子大小的单一粒径。
? 平均粒径,代表由各种不同大小的粒子组成
的粒子群的平均粒径 。
1.单一粒径
1)投影径,用显微镜法直接观测粒子
? 选择相对两边两根平行线间的最大距离 l称为
长径,垂直于长径方向的最大距离 b称为 短径,
垂直于投影面方向的最大距离 δ 称为 厚度 。
? 定向粒径 dF:菲雷特 (Feret)直径,各粒子在平
面投影图上在同一方向上的最大投影距离。
? 定向面积等分直径 dM:马丁 (Martin)直径,各
粒子在平面投影图上按同一方向将粒子投影
面积二等分的直线的长度。
长径,短径,定向粒径 dF,定向面积等分直径 dM,
等投影面积直径 dH
2)几何当量径,取颗粒的某一几何量 (面积、
体积等 )相同时的球形颗粒的直径,一般有四
种表示方法。
等投影面积直径 dA, dA=(4Ap/π) 1/2
等体积径,dV= (6Vp/π) 1/3
等表面积径 ds,dS= (Sp/π) 1/2
体积表面积平均径,de= 6Vp/Sp
3)物理当量径,取与颗粒的某一物理量相同
时的球形颗粒的直径,
沉降直径 (或斯托克斯直径 )dst,
空气动力直径 da gd c
s
st )(
18
??
??
??
2.平均粒径
? 表示颗粒群特性的粒径的平均值。
? (1)算术平均径,单一粒径的算术平均值,
? (2)中位径 d50,指粒径频率分布的累计值为 50%时的
粒径,可用于表示分级除尘器的性能。
? (3)众径 dd,是指粒径分布中频率密度达到最大值时
的粒径
? (4)表面积平均径,是用颗粒群中颗粒总表面积与颗
粒数之比的平方根表示。常用于表示颗粒群在重力场
或惯性力场下的沉降速度。
i
iip nndd ???
2/1
2 )(
i
iis n ndd ???
? 把由粒径为 d1的 n1个粒子, d2的 n2个粒子, d3
的 n3个粒子 …… 组成的粒子群排成一列, 其全
长为,n1d1十 n2d2十 n3d3十 … = ;该粒子群
的粒子总个数为, 假设其全长等于由粒径
皆为 的球形粒子组成的假想粒子群的全长,
则可用 代替上式中的 di,即
? n1十 n2十 n3十 … = ;由于粒子全长
相等,所以有 =,则得
? 由于把粒子群的全长作为基准,所以也称长
度平均直径 。
iind?
in?
pd
pd
ip nd ?
ip nd ?
i
iip nndd ???
pd pd pd
算术平均粒径
iind?
粒径分布
粒径分布也称粉尘的分散度,是指某一颗粒群中不同
粒径颗粒所占的比例。
1.图表法表示粒径分布
(1)相对频数分布 (频率分布 ):粒径由 至 + 之间的
粒子质量占尘样总质量的百分数。
(2)频率密度分布 (频度分布 ),用 f(% ·μm) -1表示,是粒
径组距为 1μm 时的频率分布
(% )1 0 0
0
???? mmD %1 0 0??? D
)(% 1????? mdDf
p
?
pd pd?pd
(3)筛上累计频率分布,简称筛上累计分布,用 R(% )
表示,是大于某一粒径 dp的全部粒子质量占尘样总质
量的百分数。
反之,小于粒径 dp的全部粒子质量占尘样总质量的百
分数称为 筛下累计频率分布,用 D(% )表示,简称筛
下累计分布 。
D与 R的关系,D=1-R
2.函数法表示粒径分布
? (1)正态分布
? (2)对数正态分布,函数表达式为
? 对数正态分布函数的特征数是中位径和几何标
准差。
? 对数正态分布的特点,如果某种粒子群的颗
粒直径分布遵循对数正态分布,则无论是以
质量表示还是 以个数或表面积表示的粒径分
布,也都呈对数正态分布,且几何标准差均
相等。
? 已知某种中位径,便可按下式确定另两种表
示的中位径:
、, 分别为以质量、粒数和表面积所表
示的对数正态分布函数的中位径。
)ln3e x p ( 2'5050 gdd ??? )ln5.0e x p ( 2"5050 gdd ???
50d '50d "
50d
(3)罗辛 — 拉姆勒分布 (R— R分布 )
? 常用的 R-R分布函数表达式为,
或者,
式中,n-分布指数; β,β ’-分布系数;并且
? 若将中位径 d50(R=50%)代入,可求得,
所以,
)e x p (100)( npp ddR ??? npdpdR '10100)( ????
nn dd 5050
693.02ln ??? ])(693.0e xp[100)(
50
npp
d
ddR ??
'' 302.2)10( ln ??? ??
6.1.2粉尘的物理特性
6.1.2.1粉尘的密度
? 粉尘在不包括尘粒间和尘粒体内部的空隙,而是在密
实状态下的单位体积的质量,称为 粉尘的真密度,常
用 表示。
? 粉尘在包括尘粒间和尘粒体内部的空隙,即在自然堆
积状态下的单位体积的质量称为 粉尘的堆积密度,常
用 表示,
? 真密度和堆积密度间关系,
ε,粉尘的空隙率,表示尘粒间的空隙体积与自然堆
放粉尘的总体积之比。
pb ??? )1( ??
p?
b?
6.1.2.2粉尘的比表面积
? 粉尘的单位体积或单位质量所具有的总表面
积称粉尘的比表面积。
? 对于粒径为 dp的球形颗粒,体积比表面积为,
? 质量比表面积为,
? 对于颗粒群的净体积比表面积为,
? 颗粒群的质量比表面积为,
:尘粒的平均表面积 (cm2);,尘粒的平均净体积;
:尘粒的体积表面积平均直径,尘粒群总净体积与
总表面积之比 (cm);
:尘粒的卡门形状系数,对于球形颗粒= 1。
S V
vsd
c?
6.1.2.3粉尘的浸润性
(1)粉尘的含水率
? 粉尘中所含水量 是指附着在尘粒表面上的和
包含在凹坑处及细孔中的自由水份,以及紧
密结合在尘粒内部的结合水份。
? 粉尘中所含水量 mw与粉尘总质量 (干粉尘质量
md和含水量 mw)的百分比称为粉尘的含水率 。
%1 0 0???
dw
w
mm
m?
(2)粉尘的润湿性
? 粉尘的润湿性,粉尘颗粒能否与液体相互附着
或附着难易的性质。
? 根据粉尘能被液体润湿的程度可将粉尘分为
易被水润湿的亲水性粉尘 和 难于被水润湿的
疏水性粉尘 。
? 某些亲水性粉尘,如水泥、熟石灰和白云石
粉尘等吸水后形成不溶于水的硬垢,这类粉
尘称为 水硬性粉尘,不宜采用湿式除尘。
6.1.2.4粉尘的荷电性及导电性
1.粉尘的荷电性,粉尘在其产生和运动过程中,由于相
互碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电及接触带电体
等原因,而带有一定电荷的性质称为粉尘的荷电性。
2.粉尘的导电性
? 粉尘的比电阻是指面积为 1cm2、厚度为 1cm的粉尘层
的电阻值,单位为 Ω ·cm。
? 粉尘的导电性包括粉尘颗粒本体内电子或离子发生的
容积导电,和颗粒表面团吸附水份等形成的化学膜的
表面导电。
? 对于比电阻高的粉尘,在约 100℃ 以下时,主要靠表
面导电;在约 200℃ 以上时,主要靠容积导电。
典型的温度-比电阻关系
6.1.2.5粉尘的粘附性
? 尘粒附着在固体表面上、或粒子间彼此附着
的现象称为粘附,后者也称自粘。 克服附着
现象所需要的垂直作用于粒子重心上的力称
为 粘附力 。
? 在气态介质中,产生粘附力的主要有范德华
力 (即分子间引力 )、静电力和毛细粘附力等 。
? 影响粉尘粘附性的因素很多,一般情况下,
粉尘的粒径小、形状不规则、表面粗糙、含
水率高、润湿性好及荷电量大时易产生粘附
现象。
6.1.2.6粉尘的安息角和滑动角
? 粉尘通过漏斗连续地下落到水平板面上时,堆积成圆
锥体。 锥体母线与水平板面的夹角称为粉尘的安息角,
也称静止角或堆积角等。
? 当粉尘自然堆放在光滑平板上随平板作倾斜运动时粉
尘开始滑动的平板倾斜角称为粉尘的滑动角。
6.1.2.7粉尘的爆炸性
? 在封闭空间内,可燃混合物中可燃物的浓度只有在一
定的范围内才能引起爆炸,这个能够引起爆炸的浓度
叫作爆炸浓度。
? 能够引起爆炸的最高浓度叫作爆炸上限,最低浓度叫
作爆炸下限。在可燃物浓度低于爆炸下限或高于爆炸
上限时,均无爆炸危险。
6.1.2.8粉尘的磨损性
? 粉尘在流动过程中对器壁或管壁的磨损程度称为粉尘
的磨损性。
? 硬度大、密度高、粒径粗、带有棱角的粉尘磨损性大。
6.2烟尘净化
6.2.1除尘装置的性能
1.处理气体量
? 处理气体量是除尘装置处理气体能力大小的
指标,以体积流量表示 (Nm3/s)。
? 如果除尘器的进口气体量为 Qi,出口气体量为
Qo,则除尘器处理的气体量,
? 除尘器的漏风率,
)(21 oi QQV ???
%100???
i
oi
Q
QQ?
2.除尘效率
? 1)总捕集效率,同一时间内除尘装置除去的粉
尘量与装置进口的含尘气体中粉尘量的百分
比,
? 除尘装置总效率
? Si,So—— 除尘装置进、出口粉尘流量,
(g/s); Sc—— 除尘装置捕集的粉尘量,
(g/s);
%1 0 0)1(%1 0 0 ?????
i
o
i
c
T S
S
S
S?
? 总捕集效率 也可表示为
? 换算成标况下 含尘气体流量及浓度 QiN,QoN,
ciN,coN,总捕集效率,
? 当净化装置 严密不漏风且含尘气体浓度不太
高时, QiN= QoN,
? 实际上净化装置经常 漏风,若以 k表示漏风系
数,总捕集效率
%100)1( ???
ii
ooT Qc Qc?
%1 0 0)1( ???
iNiN
oNoN
T Qc
Qc?
%100)1( ???
iN
oN
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c?
%100)1( ??? kcc
iN
oN
T?
? 当两台除尘器串联使用时,除尘系统总效率,
η T(1-2)= η T1+(1-η T1)η T2=1-[(1-η T1)(1-η T2)]
? 当 n台除尘器串联使用时,
η T(1-n)=1-[(1-η T1)(1-η T2)… (1-η Tn)]
η T1,η T2,η Tn分别为第一、第二、第 n级除
尘器的除尘效率。
? 2)通过率
除尘装置出口粉尘量与进口粉尘量的百分比,
T
iNiN
oNoN
i
o
Qc
Qc
S
SP ??????? 1%100%100
3.分级除尘效率
? 按粉尘粒径或粒径范围来标定除尘器的效率。
? 分级效率 表示,
? 粒径为 范围内颗粒的 分级通过率
? 分级效率和总效率的关系
1.分级效率求总效率,
2.由总效率求分级效率 (1)
(2) (3)
%1 0 0????
i
cd SS?
d
i
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S
SP ????
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DP
DS
DS
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?????
??
???? 1%1 0 0)1(?
ci
oi
di
DDP ???
?
?
??
旋风除尘器分级效率计算实例 (总除尘效率 η T= 90.8% )
粒 径 间
隔
(μm)
粒径频率分布 (%) 分级效率 η di(%)
入口
△ Dii
出口
△ Doi
捕集
△ Dci
按式 1 按式 2 按式 3 三式平
均
0~ 5 10.4 81.6 3.2 27.9 27.8 27.9 27.9
5~ 10 14.0 15.0 12.8
10~ 20 19.6 2.4 20.0
20~ 40 22.4 1.0 23.2 94.2 99.5 99.6 97.8
40~ 60 14.0 0 14.8 96.0 100 100 98.7
>60 19.6 0 26.0 100 100 100 100
4.除尘器的压力损失
? 压力损失又称压力降,阻力损失或阻力降,
? 代表装置能耗大小的技术经济指标,指装置的进口和
出口气流全压之差。
? 通常压力损失与装置进口气流的动压成正比,即
ξ —— 净化装置的压力降系数,它与除尘器的型式、
尺寸和含尘气体的运动状态有关,可根据试验和经验
公式来确定,
2
2v
p g????
6.2.2除尘装置的分类及其性能比较
按烟尘分离作用原理,可分为下列四大类,
1)机械式除尘器,利用机械力 (重力、惯性力或离心力 )
净化含尘气体,包括重力沉降室、惯性除尘器、离心
力 (旋风 )除尘器等.
2)湿式除尘器,利用含尘气流与水或某种液体表面接触,
使尘粒从气流中分离出来,包括冲击式、泡沫式、文
丘里式等。
3)过滤式除尘器,使含尘气体通过过滤介质将尘粒分离
出来并捕集,包括袋式过滤器、颗粒层除尘器、空气
过滤器等。
4)电除尘器,利用高压电磁场产生的静电力使尘粒荷电
并从气流中分离出来,包括干式和湿式静电除尘器。
6.3机械式除尘器
6.3.1重力沉降室
? 含尘烟气中的尘粒 借助本身的重力作用而沉降下来 的
一种除尘装置.
? 优点,设备简单、投资少、维护容易、阻力损失小,
可处理高温气体;
? 缺点,设备庞大、占地面积多,除去 40~ 50μm 以上的
大颗粒,除尘效率低,仅为 40%~ 60%。
? 重力沉降室可分为 水平气流沉降室和垂直气流沉降室
两种。
水平气流沉降室
水平气流沉降室的设计计算
? 计算原理,当含尘气流在沉降室内通过时间 t大于 尘
粒按其本身的沉降速度下降所需的时间 t0时,尘粒即
被分离出来。
? 气流 在沉降室内通过时间 t(s)为,t = L/v,
? 尘粒 从沉降室顶部落至底部所需的时间图 t0(s)为,
t0= H/up,尘粒的沉降速度 up可按斯托克斯公式计算
? 满足条件:如果 t> t0,则 L/v> H/up
? 考虑到尘粒通过沉降室截面内的速度不均匀性,
? 由此 可计算出沉降室各部分的尺寸,沉降室高度 H,
长度 L,沉降室宽度 B取决于处理气体流量 Q,B= Q/Hv
pu
HvL ?33.1
6.3.2惯性除尘器
运动气流中接近靶时粒子运动的几种可能情况
惯性除尘器的工作原理,含尘气体冲击在挡板上,
利用烟气流动方向发生急剧改变时,尘粒受惯性力的
作用而从气体中分离并捕集下来的一种装置。
? 惯性除尘装置的构造
1)冲击式,以含尘气体中的粒子冲击挡板来收集较粗
的粒子,
2)反转式,通过改变含尘气体流动方向而来收集较细
粒子,
冲击式惯性除尘装置 (单级式 )
6.3.3旋风除尘器
? 旋风除尘器也称为离心力除尘器,它是利用含尘气流
作旋转运动时产生的离心力,把尘粒从气体中分离出
来的装置。
? 工作原理,
含尘气体自进风口切向引入,在分离器内作由上向下,
再由下向上的螺旋运动,然后从中心管引出。 在上、
下螺旋运动过程中,尘粒与气体发生相对运动被甩向
器壁后顺壁面掉落至灰斗,这样尘粒得以与气体分离。
? 普通旋风除尘器由筒体、锥体、排出管三部分组成 。
普通旋风除尘器工作原理图,结构图
旋风除尘器的结构
? 1)筒体和锥体,旋风除尘器的主体部分。筒
体直径越小,高度的增加,锥体的增加对尘
粒的分离和除尘效率的提高是有利的。
? 2)含尘烟气进口,有切向和轴向进入两种
? 3)净化气体出口,气体出口管段要求延伸到
筒体内部
? 4)除尘器排灰口,对排灰口的要求是排灰要
迅速、通畅、连续、不漏气。
3.旋风除尘器的分类
? (1)按性能分 a.高效旋风除尘器,b.高流
量旋风除尘器,c.介于上述两者之间的通用
旋风除尘器
? (2)按进气方式分
? (3)按结构形式分 a.圆筒式,b.旁通式
c.扩散式 d.长锥体式
? (4)按组合形式分
a.串联式旋风除尘
b.并联式旋风除尘器组
旁通式旋风除尘器 扩散式旋风除尘 器
旋风除尘器的组合形式
a,串联式 b.并联式 c.立式多管并联
4.旋风除尘器的设计计算
? 1)旋风除尘器的压力损失,主要靠 实验确定 。
? 2)尘粒分离机理
分割粒径 dc50是反映旋风除尘器除尘性能的一项重要
指标,是指 除尘器分级效率为 50%的粒子直径 。
① dc50按拉波尔经验式计算
②根据假想圆筒理论求 dc50
6.4湿式除尘器
? 湿式除尘器是 利用水滴或其他液体洗涤含尘
气体,使尘粒被粘附、凝聚进而从气流中分
离 的除尘装置。
? 湿式除尘器 分为低能耗和高能耗 两类。低耗
能湿式除尘器的压力损失为 200~ 1500Pa,高
能耗湿式除尘器如文丘里除尘器压力损失范
围为 2500~ 9000Pa。
湿式除尘器的原理
? 1.尘粒与液滴间的惯性碰撞
? 2.扩散效应
? 3.粘附作用
? 4.凝聚作用
? 惯性碰撞和扩散效应是湿式除尘的主要
机理。
液滴的惯性捕尘
除尘机理对不同粒径尘粒的捕集作用
6.4.2水膜除尘器
? 捕尘原理:利用水膜捕集尘粒
? 常用的水膜除尘器有 管式水膜除尘器和
旋风水膜除尘器 。
1.立式旋风水膜除尘器 (CLS型,麻石旋风
水膜除尘器 )
2.卧式旋风水膜除尘器
3.管式水膜除尘器
立式 旋风水膜除尘器
1-含尘气体入口,2-除尘后气体出口,3-水管
卧式旋风水膜除尘器
1-螺旋导流叶片,2-外筒,3-内筒,4-水槽,5-通道高度
6.4.3文丘里除尘器
文丘里洗涤器 由文丘里管和脱水装置两部分
组成 。文丘里管包括进气管、收缩管、喉管
和渐扩管这几部分。
? 文丘里洗涤器的主要工作原理是惯性碰撞。
6.5电除尘器
? 电除尘器是 利用强电场电晕放电使气体电离、
粉尘荷电,在电场力作用下使粉尘从气体中
分离出来 的装置。
? 优点, (1)除尘效率高,可达 99%以上;
(2)本体压力损失小,压力损失一般为 160~
300Pa; (3)能耗低; (4)处理烟气量大; (5)
耐高温,普通钢材可在 350℃ 以下运行。
? 电除尘器的工作原理,涉及电晕放电、气体
电离、粒子荷电、荷电粒子的迁移和捕集,
以及清灰等过程。
电除尘器原理图
1-电晕极,2-集尘极,3-高压直流电源,4-离子化区域
电晕放电和气体电离
? 气体放电,气体在外界作用下由电绝缘状态
变为导电状态,因而有电流从气体中通过的
现象。
? 电晕放电 一般只发生在非均匀电场中具有曲
率半径较小的放电极表面附近的小区域内,
即所谓 电晕区内 。
? 当 供电压 高到一定值后,也会产生 火花放电 ;
如果供电压再继续增高,会使两极间的整个
空间被击穿,即发生 弧光放电 。
粒子荷电
? 电场荷电和扩散荷电两种不同过程。
? 电场荷电 是离子在电场力作用下作定向运动
与粒子相碰的结果。
? 扩散荷电 是离子作不规则热运动和粒子相碰
的结果。
? 电除尘器中的电晕荷电,是离子在电场力作
用下扩散到粒子上从而使粒子荷电的过程。
6.5.2电除尘器的分类和结构
? 电除尘器主要部件,电极系统、清灰系统、烟
道气流分布系统、排尘系统、供电系统等。
? 分类
(一 )按 集尘电极的形式 分为管式和板式两类
(二 )按 含尘气流在电除尘器中的流动方向 分为
立式和卧式两类 。
(三 )根据 放电极和集尘极在电除尘器中空间布
置 不同可分为单区 (一段式 )和双区 (二段式 )。
(四 )按 清灰方式 分类可分为干式和湿式。
电除尘器的基本结构
l-电晕极,2-集尘极,3-含尘气体,4-清洁气体,5-外壳,6-灰斗
双区板式电除尘器
1-电晕极,2-集尘极,3-高压直流电源
喷水型湿式电除尘器示意图
6.6过滤式除尘器
? 过滤式除尘器是使含尘气流通过多孔过滤介
质将粉尘分离捕集的装置。
? 1)按滤料种类、结构和用途可分为 袋式除尘
器、颗粒层除尘器和空气过滤器。
? 2)根据粉尘粒子在除尘器重被捕获的位置不
同可分为 内部过滤和外部过滤两种形式 。
? 过滤式除尘器的滤尘机制 包括筛滤、惯性碰
撞、拦截作用、扩散作用、静电及重力沉降
作用等。
布袋的除尘机理
1-布袋纤维,2-粉尘,3-惯性碰撞,4-扩散效应,5-截留效应,6-重力沉
降,7-流线
过滤式除尘器的性能
? 1)过滤速度,是影响除尘器性能的主要因素之一。
过滤速度指气体通过滤料的平均速度(也称比负荷),
? 气体过滤速度 v=Q/A,
Q表示通过滤除尘器的处理气量,(m3/s);
A表示滤料的过滤面积,m2。
? 气体通过过滤层的真实速度 vp=v/ε p。
ε p为粉尘层的平均空隙率,一般为 0.8~ 0.95。
? 2)除尘效率
6.6.2袋式除尘器
? 含尘气体通过滤袋 (也称布袋 )滤去其中尘粒
的除尘装置。
? 优点,(1)除尘效率高。 (2)处理气体量范围
大。 (3)适应性强。 (4)结构简单,使用灵活。
(5)运行稳定可靠,操作维护简单。
? 袋式除尘器的应用主要受滤布的耐高温、耐
腐蚀的影响。
? 目前一般滤布的使用温度小于 300℃ 。 不适于
净化粘结和吸湿性强的含尘气体。
袋式除尘器的滤布
? 滤布的性能,主要指过滤效率、透气性和强
度等,这些都与滤布材质和结构有关。
? 对滤布的要求,①容尘量大;②透气性好,
压力损失小;③抗皱折、耐磨、耐温和耐腐
蚀性好,机械强度高;④吸湿性小,易清灰;
⑤使用寿命长,成本低。
? 按滤布的材质分,有天然纤维、无机纤维和
合成纤维等。
? 按滤布的结构分,分织物滤布和毛毡两类。
? 按滤布的织法分,有平纹布、斜纹布和缎纹
布三种。
袋式除尘器的结构型式
? 按滤袋截面形状分,有圆筒形和扁平形。
? 按含尘气流通过滤袋的方向分,有内滤式和
外滤式
? 除尘器的进气口布置 有上进气和下进气两种
方式
? 常用的清灰方式
振动滤料以使沉积的粉尘脱落,称为 机械振
动式 。利用气流反吹沉积粉尘,称为 逆气流
清灰 或 气环反吹风清灰 ;用压缩空气喷吹称为
脉冲喷吹清灰。
圆筒形袋式除尘器 扁平形袋式除尘器
多袋式除尘器
a.机械振动式,b,逆气流清灰式,
c,气环反吹风式,d,脉冲喷吹式
机械振动袋式除尘器 逆气流反吹袋式除尘器
6.7除尘器应用
选择除尘器时必须全面考虑有关因素:
1.粒径分布, 2.含尘浓度
3.尘粒密度, 4.尘粒的粘附性
5,尘粒的凝聚性, 6.尘粒的电阻
7.气体流量,8.气体温度
9.气体湿度, 10.气体成分
主要内容
? 6.1粉尘及其物理特性
? 6.2烟尘净化
? 6.3机械式除尘器
? 6.4湿式除尘器
? 6.5电除尘器
? 6.6过滤式除尘器
? 6.7除尘器应用
6.1粉尘及其物理特性
6.1.1粉尘的粒径和粒径分布
? 粒子是大小均匀的球体,则 可用其直径 作为
粒子大小的代表性尺寸,并称为粒径。
? 实际中,按一定的方法确定一个表示粒子大
小的最佳的代表性尺寸,作为粒子的粒径。
? 单一粒径,代表单个粒子大小的单一粒径。
? 平均粒径,代表由各种不同大小的粒子组成
的粒子群的平均粒径 。
1.单一粒径
1)投影径,用显微镜法直接观测粒子
? 选择相对两边两根平行线间的最大距离 l称为
长径,垂直于长径方向的最大距离 b称为 短径,
垂直于投影面方向的最大距离 δ 称为 厚度 。
? 定向粒径 dF:菲雷特 (Feret)直径,各粒子在平
面投影图上在同一方向上的最大投影距离。
? 定向面积等分直径 dM:马丁 (Martin)直径,各
粒子在平面投影图上按同一方向将粒子投影
面积二等分的直线的长度。
长径,短径,定向粒径 dF,定向面积等分直径 dM,
等投影面积直径 dH
2)几何当量径,取颗粒的某一几何量 (面积、
体积等 )相同时的球形颗粒的直径,一般有四
种表示方法。
等投影面积直径 dA, dA=(4Ap/π) 1/2
等体积径,dV= (6Vp/π) 1/3
等表面积径 ds,dS= (Sp/π) 1/2
体积表面积平均径,de= 6Vp/Sp
3)物理当量径,取与颗粒的某一物理量相同
时的球形颗粒的直径,
沉降直径 (或斯托克斯直径 )dst,
空气动力直径 da gd c
s
st )(
18
??
??
??
2.平均粒径
? 表示颗粒群特性的粒径的平均值。
? (1)算术平均径,单一粒径的算术平均值,
? (2)中位径 d50,指粒径频率分布的累计值为 50%时的
粒径,可用于表示分级除尘器的性能。
? (3)众径 dd,是指粒径分布中频率密度达到最大值时
的粒径
? (4)表面积平均径,是用颗粒群中颗粒总表面积与颗
粒数之比的平方根表示。常用于表示颗粒群在重力场
或惯性力场下的沉降速度。
i
iip nndd ???
2/1
2 )(
i
iis n ndd ???
? 把由粒径为 d1的 n1个粒子, d2的 n2个粒子, d3
的 n3个粒子 …… 组成的粒子群排成一列, 其全
长为,n1d1十 n2d2十 n3d3十 … = ;该粒子群
的粒子总个数为, 假设其全长等于由粒径
皆为 的球形粒子组成的假想粒子群的全长,
则可用 代替上式中的 di,即
? n1十 n2十 n3十 … = ;由于粒子全长
相等,所以有 =,则得
? 由于把粒子群的全长作为基准,所以也称长
度平均直径 。
iind?
in?
pd
pd
ip nd ?
ip nd ?
i
iip nndd ???
pd pd pd
算术平均粒径
iind?
粒径分布
粒径分布也称粉尘的分散度,是指某一颗粒群中不同
粒径颗粒所占的比例。
1.图表法表示粒径分布
(1)相对频数分布 (频率分布 ):粒径由 至 + 之间的
粒子质量占尘样总质量的百分数。
(2)频率密度分布 (频度分布 ),用 f(% ·μm) -1表示,是粒
径组距为 1μm 时的频率分布
(% )1 0 0
0
???? mmD %1 0 0??? D
)(% 1????? mdDf
p
?
pd pd?pd
(3)筛上累计频率分布,简称筛上累计分布,用 R(% )
表示,是大于某一粒径 dp的全部粒子质量占尘样总质
量的百分数。
反之,小于粒径 dp的全部粒子质量占尘样总质量的百
分数称为 筛下累计频率分布,用 D(% )表示,简称筛
下累计分布 。
D与 R的关系,D=1-R
2.函数法表示粒径分布
? (1)正态分布
? (2)对数正态分布,函数表达式为
? 对数正态分布函数的特征数是中位径和几何标
准差。
? 对数正态分布的特点,如果某种粒子群的颗
粒直径分布遵循对数正态分布,则无论是以
质量表示还是 以个数或表面积表示的粒径分
布,也都呈对数正态分布,且几何标准差均
相等。
? 已知某种中位径,便可按下式确定另两种表
示的中位径:
、, 分别为以质量、粒数和表面积所表
示的对数正态分布函数的中位径。
)ln3e x p ( 2'5050 gdd ??? )ln5.0e x p ( 2"5050 gdd ???
50d '50d "
50d
(3)罗辛 — 拉姆勒分布 (R— R分布 )
? 常用的 R-R分布函数表达式为,
或者,
式中,n-分布指数; β,β ’-分布系数;并且
? 若将中位径 d50(R=50%)代入,可求得,
所以,
)e x p (100)( npp ddR ??? npdpdR '10100)( ????
nn dd 5050
693.02ln ??? ])(693.0e xp[100)(
50
npp
d
ddR ??
'' 302.2)10( ln ??? ??
6.1.2粉尘的物理特性
6.1.2.1粉尘的密度
? 粉尘在不包括尘粒间和尘粒体内部的空隙,而是在密
实状态下的单位体积的质量,称为 粉尘的真密度,常
用 表示。
? 粉尘在包括尘粒间和尘粒体内部的空隙,即在自然堆
积状态下的单位体积的质量称为 粉尘的堆积密度,常
用 表示,
? 真密度和堆积密度间关系,
ε,粉尘的空隙率,表示尘粒间的空隙体积与自然堆
放粉尘的总体积之比。
pb ??? )1( ??
p?
b?
6.1.2.2粉尘的比表面积
? 粉尘的单位体积或单位质量所具有的总表面
积称粉尘的比表面积。
? 对于粒径为 dp的球形颗粒,体积比表面积为,
? 质量比表面积为,
? 对于颗粒群的净体积比表面积为,
? 颗粒群的质量比表面积为,
:尘粒的平均表面积 (cm2);,尘粒的平均净体积;
:尘粒的体积表面积平均直径,尘粒群总净体积与
总表面积之比 (cm);
:尘粒的卡门形状系数,对于球形颗粒= 1。
S V
vsd
c?
6.1.2.3粉尘的浸润性
(1)粉尘的含水率
? 粉尘中所含水量 是指附着在尘粒表面上的和
包含在凹坑处及细孔中的自由水份,以及紧
密结合在尘粒内部的结合水份。
? 粉尘中所含水量 mw与粉尘总质量 (干粉尘质量
md和含水量 mw)的百分比称为粉尘的含水率 。
%1 0 0???
dw
w
mm
m?
(2)粉尘的润湿性
? 粉尘的润湿性,粉尘颗粒能否与液体相互附着
或附着难易的性质。
? 根据粉尘能被液体润湿的程度可将粉尘分为
易被水润湿的亲水性粉尘 和 难于被水润湿的
疏水性粉尘 。
? 某些亲水性粉尘,如水泥、熟石灰和白云石
粉尘等吸水后形成不溶于水的硬垢,这类粉
尘称为 水硬性粉尘,不宜采用湿式除尘。
6.1.2.4粉尘的荷电性及导电性
1.粉尘的荷电性,粉尘在其产生和运动过程中,由于相
互碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电及接触带电体
等原因,而带有一定电荷的性质称为粉尘的荷电性。
2.粉尘的导电性
? 粉尘的比电阻是指面积为 1cm2、厚度为 1cm的粉尘层
的电阻值,单位为 Ω ·cm。
? 粉尘的导电性包括粉尘颗粒本体内电子或离子发生的
容积导电,和颗粒表面团吸附水份等形成的化学膜的
表面导电。
? 对于比电阻高的粉尘,在约 100℃ 以下时,主要靠表
面导电;在约 200℃ 以上时,主要靠容积导电。
典型的温度-比电阻关系
6.1.2.5粉尘的粘附性
? 尘粒附着在固体表面上、或粒子间彼此附着
的现象称为粘附,后者也称自粘。 克服附着
现象所需要的垂直作用于粒子重心上的力称
为 粘附力 。
? 在气态介质中,产生粘附力的主要有范德华
力 (即分子间引力 )、静电力和毛细粘附力等 。
? 影响粉尘粘附性的因素很多,一般情况下,
粉尘的粒径小、形状不规则、表面粗糙、含
水率高、润湿性好及荷电量大时易产生粘附
现象。
6.1.2.6粉尘的安息角和滑动角
? 粉尘通过漏斗连续地下落到水平板面上时,堆积成圆
锥体。 锥体母线与水平板面的夹角称为粉尘的安息角,
也称静止角或堆积角等。
? 当粉尘自然堆放在光滑平板上随平板作倾斜运动时粉
尘开始滑动的平板倾斜角称为粉尘的滑动角。
6.1.2.7粉尘的爆炸性
? 在封闭空间内,可燃混合物中可燃物的浓度只有在一
定的范围内才能引起爆炸,这个能够引起爆炸的浓度
叫作爆炸浓度。
? 能够引起爆炸的最高浓度叫作爆炸上限,最低浓度叫
作爆炸下限。在可燃物浓度低于爆炸下限或高于爆炸
上限时,均无爆炸危险。
6.1.2.8粉尘的磨损性
? 粉尘在流动过程中对器壁或管壁的磨损程度称为粉尘
的磨损性。
? 硬度大、密度高、粒径粗、带有棱角的粉尘磨损性大。
6.2烟尘净化
6.2.1除尘装置的性能
1.处理气体量
? 处理气体量是除尘装置处理气体能力大小的
指标,以体积流量表示 (Nm3/s)。
? 如果除尘器的进口气体量为 Qi,出口气体量为
Qo,则除尘器处理的气体量,
? 除尘器的漏风率,
)(21 oi QQV ???
%100???
i
oi
Q
QQ?
2.除尘效率
? 1)总捕集效率,同一时间内除尘装置除去的粉
尘量与装置进口的含尘气体中粉尘量的百分
比,
? 除尘装置总效率
? Si,So—— 除尘装置进、出口粉尘流量,
(g/s); Sc—— 除尘装置捕集的粉尘量,
(g/s);
%1 0 0)1(%1 0 0 ?????
i
o
i
c
T S
S
S
S?
? 总捕集效率 也可表示为
? 换算成标况下 含尘气体流量及浓度 QiN,QoN,
ciN,coN,总捕集效率,
? 当净化装置 严密不漏风且含尘气体浓度不太
高时, QiN= QoN,
? 实际上净化装置经常 漏风,若以 k表示漏风系
数,总捕集效率
%100)1( ???
ii
ooT Qc Qc?
%1 0 0)1( ???
iNiN
oNoN
T Qc
Qc?
%100)1( ???
iN
oN
T c
c?
%100)1( ??? kcc
iN
oN
T?
? 当两台除尘器串联使用时,除尘系统总效率,
η T(1-2)= η T1+(1-η T1)η T2=1-[(1-η T1)(1-η T2)]
? 当 n台除尘器串联使用时,
η T(1-n)=1-[(1-η T1)(1-η T2)… (1-η Tn)]
η T1,η T2,η Tn分别为第一、第二、第 n级除
尘器的除尘效率。
? 2)通过率
除尘装置出口粉尘量与进口粉尘量的百分比,
T
iNiN
oNoN
i
o
Qc
Qc
S
SP ??????? 1%100%100
3.分级除尘效率
? 按粉尘粒径或粒径范围来标定除尘器的效率。
? 分级效率 表示,
? 粒径为 范围内颗粒的 分级通过率
? 分级效率和总效率的关系
1.分级效率求总效率,
2.由总效率求分级效率 (1)
(2) (3)
%1 0 0????
i
cd SS?
d
i
od
S
SP ????
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ii
n
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iii
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DS
DS
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DP
DS
DS
?
?????
??
???? 1%1 0 0)1(?
ci
oi
di
DDP ???
?
?
??
旋风除尘器分级效率计算实例 (总除尘效率 η T= 90.8% )
粒 径 间
隔
(μm)
粒径频率分布 (%) 分级效率 η di(%)
入口
△ Dii
出口
△ Doi
捕集
△ Dci
按式 1 按式 2 按式 3 三式平
均
0~ 5 10.4 81.6 3.2 27.9 27.8 27.9 27.9
5~ 10 14.0 15.0 12.8
10~ 20 19.6 2.4 20.0
20~ 40 22.4 1.0 23.2 94.2 99.5 99.6 97.8
40~ 60 14.0 0 14.8 96.0 100 100 98.7
>60 19.6 0 26.0 100 100 100 100
4.除尘器的压力损失
? 压力损失又称压力降,阻力损失或阻力降,
? 代表装置能耗大小的技术经济指标,指装置的进口和
出口气流全压之差。
? 通常压力损失与装置进口气流的动压成正比,即
ξ —— 净化装置的压力降系数,它与除尘器的型式、
尺寸和含尘气体的运动状态有关,可根据试验和经验
公式来确定,
2
2v
p g????
6.2.2除尘装置的分类及其性能比较
按烟尘分离作用原理,可分为下列四大类,
1)机械式除尘器,利用机械力 (重力、惯性力或离心力 )
净化含尘气体,包括重力沉降室、惯性除尘器、离心
力 (旋风 )除尘器等.
2)湿式除尘器,利用含尘气流与水或某种液体表面接触,
使尘粒从气流中分离出来,包括冲击式、泡沫式、文
丘里式等。
3)过滤式除尘器,使含尘气体通过过滤介质将尘粒分离
出来并捕集,包括袋式过滤器、颗粒层除尘器、空气
过滤器等。
4)电除尘器,利用高压电磁场产生的静电力使尘粒荷电
并从气流中分离出来,包括干式和湿式静电除尘器。
6.3机械式除尘器
6.3.1重力沉降室
? 含尘烟气中的尘粒 借助本身的重力作用而沉降下来 的
一种除尘装置.
? 优点,设备简单、投资少、维护容易、阻力损失小,
可处理高温气体;
? 缺点,设备庞大、占地面积多,除去 40~ 50μm 以上的
大颗粒,除尘效率低,仅为 40%~ 60%。
? 重力沉降室可分为 水平气流沉降室和垂直气流沉降室
两种。
水平气流沉降室
水平气流沉降室的设计计算
? 计算原理,当含尘气流在沉降室内通过时间 t大于 尘
粒按其本身的沉降速度下降所需的时间 t0时,尘粒即
被分离出来。
? 气流 在沉降室内通过时间 t(s)为,t = L/v,
? 尘粒 从沉降室顶部落至底部所需的时间图 t0(s)为,
t0= H/up,尘粒的沉降速度 up可按斯托克斯公式计算
? 满足条件:如果 t> t0,则 L/v> H/up
? 考虑到尘粒通过沉降室截面内的速度不均匀性,
? 由此 可计算出沉降室各部分的尺寸,沉降室高度 H,
长度 L,沉降室宽度 B取决于处理气体流量 Q,B= Q/Hv
pu
HvL ?33.1
6.3.2惯性除尘器
运动气流中接近靶时粒子运动的几种可能情况
惯性除尘器的工作原理,含尘气体冲击在挡板上,
利用烟气流动方向发生急剧改变时,尘粒受惯性力的
作用而从气体中分离并捕集下来的一种装置。
? 惯性除尘装置的构造
1)冲击式,以含尘气体中的粒子冲击挡板来收集较粗
的粒子,
2)反转式,通过改变含尘气体流动方向而来收集较细
粒子,
冲击式惯性除尘装置 (单级式 )
6.3.3旋风除尘器
? 旋风除尘器也称为离心力除尘器,它是利用含尘气流
作旋转运动时产生的离心力,把尘粒从气体中分离出
来的装置。
? 工作原理,
含尘气体自进风口切向引入,在分离器内作由上向下,
再由下向上的螺旋运动,然后从中心管引出。 在上、
下螺旋运动过程中,尘粒与气体发生相对运动被甩向
器壁后顺壁面掉落至灰斗,这样尘粒得以与气体分离。
? 普通旋风除尘器由筒体、锥体、排出管三部分组成 。
普通旋风除尘器工作原理图,结构图
旋风除尘器的结构
? 1)筒体和锥体,旋风除尘器的主体部分。筒
体直径越小,高度的增加,锥体的增加对尘
粒的分离和除尘效率的提高是有利的。
? 2)含尘烟气进口,有切向和轴向进入两种
? 3)净化气体出口,气体出口管段要求延伸到
筒体内部
? 4)除尘器排灰口,对排灰口的要求是排灰要
迅速、通畅、连续、不漏气。
3.旋风除尘器的分类
? (1)按性能分 a.高效旋风除尘器,b.高流
量旋风除尘器,c.介于上述两者之间的通用
旋风除尘器
? (2)按进气方式分
? (3)按结构形式分 a.圆筒式,b.旁通式
c.扩散式 d.长锥体式
? (4)按组合形式分
a.串联式旋风除尘
b.并联式旋风除尘器组
旁通式旋风除尘器 扩散式旋风除尘 器
旋风除尘器的组合形式
a,串联式 b.并联式 c.立式多管并联
4.旋风除尘器的设计计算
? 1)旋风除尘器的压力损失,主要靠 实验确定 。
? 2)尘粒分离机理
分割粒径 dc50是反映旋风除尘器除尘性能的一项重要
指标,是指 除尘器分级效率为 50%的粒子直径 。
① dc50按拉波尔经验式计算
②根据假想圆筒理论求 dc50
6.4湿式除尘器
? 湿式除尘器是 利用水滴或其他液体洗涤含尘
气体,使尘粒被粘附、凝聚进而从气流中分
离 的除尘装置。
? 湿式除尘器 分为低能耗和高能耗 两类。低耗
能湿式除尘器的压力损失为 200~ 1500Pa,高
能耗湿式除尘器如文丘里除尘器压力损失范
围为 2500~ 9000Pa。
湿式除尘器的原理
? 1.尘粒与液滴间的惯性碰撞
? 2.扩散效应
? 3.粘附作用
? 4.凝聚作用
? 惯性碰撞和扩散效应是湿式除尘的主要
机理。
液滴的惯性捕尘
除尘机理对不同粒径尘粒的捕集作用
6.4.2水膜除尘器
? 捕尘原理:利用水膜捕集尘粒
? 常用的水膜除尘器有 管式水膜除尘器和
旋风水膜除尘器 。
1.立式旋风水膜除尘器 (CLS型,麻石旋风
水膜除尘器 )
2.卧式旋风水膜除尘器
3.管式水膜除尘器
立式 旋风水膜除尘器
1-含尘气体入口,2-除尘后气体出口,3-水管
卧式旋风水膜除尘器
1-螺旋导流叶片,2-外筒,3-内筒,4-水槽,5-通道高度
6.4.3文丘里除尘器
文丘里洗涤器 由文丘里管和脱水装置两部分
组成 。文丘里管包括进气管、收缩管、喉管
和渐扩管这几部分。
? 文丘里洗涤器的主要工作原理是惯性碰撞。
6.5电除尘器
? 电除尘器是 利用强电场电晕放电使气体电离、
粉尘荷电,在电场力作用下使粉尘从气体中
分离出来 的装置。
? 优点, (1)除尘效率高,可达 99%以上;
(2)本体压力损失小,压力损失一般为 160~
300Pa; (3)能耗低; (4)处理烟气量大; (5)
耐高温,普通钢材可在 350℃ 以下运行。
? 电除尘器的工作原理,涉及电晕放电、气体
电离、粒子荷电、荷电粒子的迁移和捕集,
以及清灰等过程。
电除尘器原理图
1-电晕极,2-集尘极,3-高压直流电源,4-离子化区域
电晕放电和气体电离
? 气体放电,气体在外界作用下由电绝缘状态
变为导电状态,因而有电流从气体中通过的
现象。
? 电晕放电 一般只发生在非均匀电场中具有曲
率半径较小的放电极表面附近的小区域内,
即所谓 电晕区内 。
? 当 供电压 高到一定值后,也会产生 火花放电 ;
如果供电压再继续增高,会使两极间的整个
空间被击穿,即发生 弧光放电 。
粒子荷电
? 电场荷电和扩散荷电两种不同过程。
? 电场荷电 是离子在电场力作用下作定向运动
与粒子相碰的结果。
? 扩散荷电 是离子作不规则热运动和粒子相碰
的结果。
? 电除尘器中的电晕荷电,是离子在电场力作
用下扩散到粒子上从而使粒子荷电的过程。
6.5.2电除尘器的分类和结构
? 电除尘器主要部件,电极系统、清灰系统、烟
道气流分布系统、排尘系统、供电系统等。
? 分类
(一 )按 集尘电极的形式 分为管式和板式两类
(二 )按 含尘气流在电除尘器中的流动方向 分为
立式和卧式两类 。
(三 )根据 放电极和集尘极在电除尘器中空间布
置 不同可分为单区 (一段式 )和双区 (二段式 )。
(四 )按 清灰方式 分类可分为干式和湿式。
电除尘器的基本结构
l-电晕极,2-集尘极,3-含尘气体,4-清洁气体,5-外壳,6-灰斗
双区板式电除尘器
1-电晕极,2-集尘极,3-高压直流电源
喷水型湿式电除尘器示意图
6.6过滤式除尘器
? 过滤式除尘器是使含尘气流通过多孔过滤介
质将粉尘分离捕集的装置。
? 1)按滤料种类、结构和用途可分为 袋式除尘
器、颗粒层除尘器和空气过滤器。
? 2)根据粉尘粒子在除尘器重被捕获的位置不
同可分为 内部过滤和外部过滤两种形式 。
? 过滤式除尘器的滤尘机制 包括筛滤、惯性碰
撞、拦截作用、扩散作用、静电及重力沉降
作用等。
布袋的除尘机理
1-布袋纤维,2-粉尘,3-惯性碰撞,4-扩散效应,5-截留效应,6-重力沉
降,7-流线
过滤式除尘器的性能
? 1)过滤速度,是影响除尘器性能的主要因素之一。
过滤速度指气体通过滤料的平均速度(也称比负荷),
? 气体过滤速度 v=Q/A,
Q表示通过滤除尘器的处理气量,(m3/s);
A表示滤料的过滤面积,m2。
? 气体通过过滤层的真实速度 vp=v/ε p。
ε p为粉尘层的平均空隙率,一般为 0.8~ 0.95。
? 2)除尘效率
6.6.2袋式除尘器
? 含尘气体通过滤袋 (也称布袋 )滤去其中尘粒
的除尘装置。
? 优点,(1)除尘效率高。 (2)处理气体量范围
大。 (3)适应性强。 (4)结构简单,使用灵活。
(5)运行稳定可靠,操作维护简单。
? 袋式除尘器的应用主要受滤布的耐高温、耐
腐蚀的影响。
? 目前一般滤布的使用温度小于 300℃ 。 不适于
净化粘结和吸湿性强的含尘气体。
袋式除尘器的滤布
? 滤布的性能,主要指过滤效率、透气性和强
度等,这些都与滤布材质和结构有关。
? 对滤布的要求,①容尘量大;②透气性好,
压力损失小;③抗皱折、耐磨、耐温和耐腐
蚀性好,机械强度高;④吸湿性小,易清灰;
⑤使用寿命长,成本低。
? 按滤布的材质分,有天然纤维、无机纤维和
合成纤维等。
? 按滤布的结构分,分织物滤布和毛毡两类。
? 按滤布的织法分,有平纹布、斜纹布和缎纹
布三种。
袋式除尘器的结构型式
? 按滤袋截面形状分,有圆筒形和扁平形。
? 按含尘气流通过滤袋的方向分,有内滤式和
外滤式
? 除尘器的进气口布置 有上进气和下进气两种
方式
? 常用的清灰方式
振动滤料以使沉积的粉尘脱落,称为 机械振
动式 。利用气流反吹沉积粉尘,称为 逆气流
清灰 或 气环反吹风清灰 ;用压缩空气喷吹称为
脉冲喷吹清灰。
圆筒形袋式除尘器 扁平形袋式除尘器
多袋式除尘器
a.机械振动式,b,逆气流清灰式,
c,气环反吹风式,d,脉冲喷吹式
机械振动袋式除尘器 逆气流反吹袋式除尘器
6.7除尘器应用
选择除尘器时必须全面考虑有关因素:
1.粒径分布, 2.含尘浓度
3.尘粒密度, 4.尘粒的粘附性
5,尘粒的凝聚性, 6.尘粒的电阻
7.气体流量,8.气体温度
9.气体湿度, 10.气体成分