大气污染控制工程实验

大气污染控制工程实验指导书
环境工程实验室
第一部分粉尘性质的测定
实验一、粉尘真密度测定
一、 目的
粉尘真密度是指密实粉尘单位体积的重量，即设法将吸附在尘粒表面及间隙中的空气排除后测的的粉尘自身密度P D .
测定粉尘真密度一般采用比重瓶法，粉尘试样的质量可用天平称量，而粉尘物体的体积测量则由于粉尘吸附的气体及粒子间的空隙占据大量体积，故用简单的浸润排液的方法不能直接量得粉尘体积，而应对粉尘进行排气处理，使浸液充分充填各空隙及粉尘的空洞。

才能测得粉尘物质的真实体积。

二、 测试仪器和实验粉尘
比重瓶、三通开关、分液漏斗、缓冲瓶、真空表、干燥瓶、温度计、抽气泵、被测粉尘、蒸馏水
三、 测试步骤
1.称量干净烘干的比重瓶mO 。

然后装入约1/3之一体积的粉尘,称得连瓶带尘重量mS 。

2.接好各仪器，组成真空抽气系统，将比重瓶接入抽气系统中，打开三通开关使比重瓶与抽气泵联通，启动抽气泵抽气约30分钟。

3.轻轻转动三通开关使分液漏斗与比重瓶联通。

（注意：不能将分液漏斗与抽气系统联通以免水进入抽气泵中）此时由于比重瓶中真空度很高，分液漏斗中的水会迅速地流入比重瓶中，注意只能让水注入瓶内2/3处，不能注满。

4.转动三通开关，再使比重瓶与抽气泵联通，启动抽气泵，轻轻振动比重瓶，这时可以看见粉尘中有残留气泡冒出，待气泡冒完后，停止抽气。

5.取下比重瓶，加满蒸馏水至刻度线，将瓶外檫干净后称其重量mSe 。

6.洗净比重瓶中粉尘，装满蒸馏水称其重量me 。

Pe m
m m m m m
P se
e
O
S
O
S
D
•-
+--=)(` g/cm
3
式中：mO 比重瓶自重g ； mS (比重瓶+粉尘)重g;
mSe （比重瓶+粉尘+水）重g ； me （比重瓶+水）重g; Pe 测定温度下水的密度； Pp 粉尘的真密度 g/cm3
四、 测定记录
粉尘名称 电厂锅炉飞灰 粉尘来源 电厂 液体名称 自来水
液体密度 1 g/cm3 测定温度 16o
C 测定日期 2010/5/21
平均真密度 g/cm3 五、 思考题：
1. 此法与先加水后抽气测真密度相比有什么不同，为什么？
答：先加水后抽气测定真密度的结果会略小于该法。

本实验中先将粉尘抽真空，使得粉尘内部的空气大部分被排除，打开阀门后，液体（水）很快浸入到粉尘的空隙中。

而如果先加水后抽气，则液体不易浸入粉尘内部的空隙中，不利于空气的排除，会使实验结果偏小。

2.粉尘的真密度与堆积密度有何区别，各用于那些场合？
答：单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度，单位为kg/m3或g/cm3。

若所指的粉尘体积不包括粉尘颗粒之间和颗粒内部的空隙体积，而是粉尘自身所占的真实体积，则以此真实体积求得的密度称为粉尘的真密度；呈堆积状态存在的粉尘，它的堆积体积包括颗粒之间和颗粒内部的空隙体积，以此堆积体积求得的密度称为粉尘的堆积密度。

粉尘的真密度用在研究尘粒在气体中的运动、分离和去除等方面，堆积密度用在贮仓或灰斗的容积及粉尘输送系统的确定等方面。

3.误差分析。

答：本实验在测定时，比较重要的一步是要将测定瓶中的空气抽干净。

若真空时间未达到要求，瓶中还存在其气泡，定容用蒸馏水含有气泡都会对实验造成误差。

另外，在步骤3时，加水不可过多，如果加入的水过多，在后面抽真空时，会把水以及水中的粉尘一起抽出，对实验造成较大误差。

实验二、粉尘粒径分布测定
1.目的
1.了解离心沉降法分离粉尘颗粒的原理和过程，掌握测定方法。

2.在对数坐标纸上作出粉尘粒径分布曲线。

3.根据粉尘的粒径分布曲线求出中位径。

二、测试仪器和实验粉尘
1.YFJ(Bahco)离心式粉尘分级仪。

2.已知重量的称纸
3.千分之一分析天平。

4.实验粉尘。

三、测试装置原理
YFJ离心式粉尘分级仪主要由试料容器、旋转圆盘和电动机等部件组成，见图。

工作时，尘粒样品从由振导器的实验容器加入缓慢而均匀地被送到旋转圆盘的中心处，电动机以3000~3500mpm的高速带动圆盘旋转，尘粒样品在离心力的作用下进入分级室。

同时电动机带动辐射叶片旋转，使气流从仪器下部吸入，经节流片、均流片、分级室从上部边缘排出。

因此，粉尘在受到惯性离心力作用的同时，还受到空气阻力的作用。

当粉尘所受到的离心力大于空气阻力时，粉尘便落入储尘器成为筛上物，当尘粒受到的离心力小于空气阻力时，被空气携带通过叶片沉积于外圈的周边上，成为筛下物，当旋转速度、尘粒比重和通过分级室的风量一定时，被气流吹出分级室的尘粒粒径也是不等的。

由于通过分级室的风量可以由分级仪所带的一套大小不等的节流片来调节，因此，依次更换节流片就可将尘粒按一定的粒径逐级分离出来。

把每一级分离后残留尘粒仔细地收集起来称重，就可以算出每一粒组的粉尘累计百分数。

四、测试步骤
1.称出经过烘干的10g左右粉尘。

将粉尘放在已知重量的称纸上，在天平上称出“纸+粉=10+纸
重”即可注意粉尘可以是10g左右，但必须要称至。

2.插入对应于最小颗粒的最大节流片。

3.用调节螺钉6旋下滑动遮板5使之严密关闭。

4.用调节螺钉2调节给粒斗8的高度使其头部对准给料孔，二者之间的距离为2~3mm。

5.把称好的粉尘放在给料斗的金属筛网上，金属筛网将大于40μm的颗粒筛出。

6.开动电机，当其达到全速后开动电导器
7.
7．用调节螺钉6调整滑动遮板5使粉尘薄薄地以每分钟1~2克的速度经过条缝喂入漏斗8，当粉尘完全漏入后拿掉金属筛网，刷下留在容器或漏斗壁上的粉尘。

8.切断电源开关
9.搬开活动支架1用三脚扳手逆时针松开挡环11.
10.用固定手柄垂直提起叶轮9，把它放在干净纸上，轻轻敲击，使大部分粘在附于边缘上的粉
尘松散以便收集。

11.旋转卸下储尘容器11.
12.刷下粘附于容器底部和边缘的粉尘。

13.仔细收集操作步骤10、11、12获得的粉尘，称重得到G1，这部分粉尘加上筛网预先筛剩的
粗粒子Gt,构成一次残留物，相当粒度超过最低粒度极限的粒尘。

重量百分数%10011⨯+=
G
Rt
R G 则小于等于最小颗粒级尘粒的重量百分数应为：S 1=1-R 1 14.换用下一号节流片NO16. 将由步骤10、11、12收集下来的尘粒G 1倒入试料容器（此时不再需用金属筛网），按照步骤1~13重复操作，得出颗粒大于NO17的重量百分数R 2以及小于该颗粒的重量百分数S 2.
15.依次换用不同节流片（NO16,NO14,NO12,NO8,NO4）及不加节流片，的出相应的R 3,R 4……及S 3,S 4…..
16.清扫，仪器使用完毕后，先用毛刷接转盘护圈13及风扇叶片上各部分粘附的粉尘清扫下来，再用纱布醮水及醮酒精各擦一遍。

最后开启离心机用空气吹干，将各部复原。

五、数据整理：
由于调节风速用的节流片所能分离的理论粒径极限是用真比重为lg/cm 3
的球形粒子粉尘在电压
为380/220V 的工频电源情况下标定出来的，而实际实验的颗粒往往其真比重不等于lg/cm 3
且是非球形粒子，因此需用下式进行修正。

m t
dt
d μρ=
d 实验粉尘实际粒径µ
dt 理论粒径µ
ρt 实验粉尘真比重g/cm
3
将实验数据填入表1：
六、实际结果
1. 根据表1的结果将颗粒实际d 和相应的筛余重量百分数R 绘在对数概率坐标纸上，纵坐标表示R ，
横坐标表示d ，用目视法或最小儿乘法得出回归直线绘于图上。

根据曲线求得中位径µm。

2.利用直线查出有关粒径的相应累计筛余百分数，即尘粒的重量分散度，填入表2.
粒径2µ5µ8µ20µ30µ
S
>30µ30~20µ20~8µ8~5µ5~2µ<2µ3.求出中位径
如上图，可以得出中位径为µm。

七、思考题
1.尘粒在巴柯分级仪中的运动规律与那种除尘器中的运动规律相似？为什么？
答：与在旋风除尘器中的运动规律相似。

在旋风除尘器中尘粒也是同时受到气流摩擦阻力和离心力，并且在这两个力的共同作用下运动，达到尘粒去除的目的。

2.讨论分析所得的结果，产生误差的主要原因，操作中应注意的事项。

答：在该实验中，筛上粉尘的收集会造成比较大的误差，在收集时要格外小心，并且应用小扫将粉尘都扫入进行称量。

实验三、粉尘比电阻测定
一、 目的
1. 了解和掌握粉尘比电阻的测试原理和方法。

2. 测出设定温度下粉尘比电阻值并作出温度t 为横坐标比电阻值β为纵坐标的t-β曲线。

二、 测试仪器和实验粉尘
测试箱、电压表(KV 、V 、mV 表)、电流表（mA 、μA 、检流计）、温控仪（0~499 ºC ）、电子交流稳压器、自偶调压器、高压直流发生器、实验粉尘
三、 测试步骤
根据欧姆定律，导体的电阻和所加的电压及产生的电流之间存在如下关系：
Ω=
I
V R 粉尘的比电阻值是指在1cm 2
的圆面积上，堆积1cm 高的粉尘，然后沿着高度方向所测的电阻值，
即电流沿高1cm 的方向，通过体积为1cm 3
的圆柱体形物料时所受到的阻力。

因此：
cm H
E
I V •Ω•=
ρ ρ——粉尘比电阻Ωcm V ——外加电压V
I ——通过粉尘层的电流A
F ——主电极底表面面积 cm 2
H ——粉尘层厚度cm
四、 测试装置原理
测试装置主要由供电部分和测试部分组成。

供电部分由交流电子稳压器自偶变压器和直流高压发生器组成，负责提供高压直流电，测试部分由测试箱，测试电表，温控仪组成。

高压电源通过绝缘瓶由测试箱的侧壁引进，直接送到测试箱内侧试盘的高压电极（即样品盘）上，测试电极（即主电极）和导电环由耐高温并套有绝缘瓷管的细镍铬丝线引出箱体外，与测试电表和地线相连。

这样，通过电压表和电流表读数，即可按照欧姆定律计算出粉尘比电阻值ρ。

五、测试步骤
1.将粉尘经80目箱子进行筛选后，放入烘箱在50ºC 温度下烘一小时，然后放进干燥器内冷却至室温。

2.采用人工装灰法将粉尘放入样品盘，用仪器所带的压块压实，注意压实时压块不要有重力加速度，刮平，然后将连接在绝缘板上的主电极和导电环放在尘样表面，关闭测试箱。

3.打开电源，过5分钟进行常温下击穿电压测定，慢慢调节电压到1KV ，2 KV ，3 KV ……直至击穿，对应每一个电压值读出相应的电流值。

4.拉断电源，打开测试箱，将料盘内击穿的粉尘样品换掉，重新装上样品，放好主电极，关闭测试箱。

5.取击穿电压的70%~80%作为高温下的比电阻测试电压，然后调节温度至每一设定温度，对应于每一温度将电压调节至规定电压，读出相应的电流，计算出每一温度下的比电阻值。

6.将测定四个样品值的平均值作为该温度点的比电阻值（有的样品盘内粉尘可能会有杂质，故
会产生数据偏离和过早击穿现象，计算时舍去）
7.拉断电源，打开测试箱，将样品倒入指定的容器内，清扫样品盘。

注意：
1.测定过程中有些粉尘会由于温度升高产生极化，电压会自然升高，此时可调节电压至设定值。

2.比电阻测试是在高温高压下进行的，故必须注意安全，测试完毕后立即拉掉电源。

稍等后方
可接近测试设备，若测试中发生故障，必须切断电源，然后才能进行处理。

六、数据整理
根据所测数据，在坐标纸上绘出ρ—t曲线。

七、思考题
1.温度对比电阻有何影响？
答：由实验结果可以看出，在某一温度时可以达到比电阻的最大值。

在这一温度之前，比电阻随着温度的增高而增大，在这一温度之后，比电阻随着温度的增高而减小。

2.电压对比电阻有何影响？
答：在一定的范围内增大或减小电压对比电阻的影响不大。

但是，当电压达到一定程度时，粉尘将被击穿，这时，比电阻将迅速减小。

3.粉尘样品上所受压力对比电阻有何影响？
答：粉尘样品上所受压力会影响F/H的值，进而影响粉尘的比电阻。

压力增大F/H增大，比电阻增大；压力减小F/H减小，比电阻减小。

4.本实验的误差分析？
答：实验中选取了击穿电压的70%左右，但是，温度对比电阻有较大影响，所以在实验过程中应该时刻注意电压电流的变化不要使粉尘层击穿。

另外应将电极放在粉尘饼的正中间，以免造成误差。

环境工程实验室
粉尘比电阻测试记录
粉尘名称电厂锅炉飞灰
室内温度 16ºC
测定人员
测定方法：采样APC标准测定法计算公式：ρ= (V/I)·(F/H)·109Ω-cm F/H=10
环境工程实验室
粉尘比电阻测试记录
测定方法：采样APC标准测定法
计算公式：ρ= (V/I)·(F/H)·109Ω-cm F/H=10
温度(ºC)
电压
（KV）
电流
(μA)
比电阻
Ω-cm
温度
(ºC)
电压
（KV）
电流
(μA)
比电阻
Ω-cm
164×1081703×1010 59491×1082003×1010 833×1082223×1010 1003×1082493×1010 125338×1082743×109 15034×1092973×109
第二部分除尘装置性能的测定
实验四、除尘装置性能测定
一、实验目的
1.了解和掌握除尘器风量、阻力损失、漏风量、总效率、分级效率等性能测试原理和方法。

2.通过本次实验了解旋风除尘器进口风速与除尘效率、阻力损力关系特征；电除尘器作电压与除尘效率关系特性；布袋除尘器反吹清灰率与除尘效率关系特性等。

二、 实验原理
1. 风量的测定
用毕托管测出管某点内动压P1(Pa)便可计算出该点的流速
V=K P
s m P /21ρ 式中 ρ—气体密度。

Kg/m 3
Kp —毕托管校正系数，无量纲。

由于标准毕托管只能用于不含尘的气流中测定，气流中含尘液度时，标准毕托管孔口易于
堵塞，本实验用S 型毕托管如图
由于标准毕托管只能用于不含尘的气流中测试，气体中含有粉尘时，标准毕托管孔口易于
堵塞，本实验用S 型毕托管是型智能采用仪所附的，与采样管集成为一体。

管道中断面平均流速可取断面上各点流速的平均值即
=V n
1（V 1+V 2+···+Vn ） 计算出管道断面平均流速后，即可计算出通过管道的气体流量
Q=A ·V m 3/s
式中 A 管道截面积m 3
V 管道截面平均流速 m/s
在测出气体的温度、湿度和压力后即可求出各种状态下（包括标准状态下）的气体流量。

测出了除尘器进口流量Qi 与出口流量Qo 之后，就可算出除尘器的漏风率η漏
η漏=%100Q ⨯-Qi Qo i
2. 除尘器压力损失的测定
除尘器压力损失ΔP 应该是
3. 等速采样的原理
等速采样系指含尘气体通过采样咀进口的速度（即采样速度）等于管道中该点的气体流速，
这样得到的样品才有代表性，否则若采样速度Vn 大于管道中的气流速度Vx 时，则从采样咀边缘吸入的气流中的大尘粒因惯性作用不能随改变了方向的气流进入采样咀，从而致使测得的气体含尘浓度值小于管道中的实际浓度值；反之，若采样速度Vn 小于气流速度Vs 时，处于采样咀边缘的大尘粒因惯性作用不能绕过采样咀进入采样咀内，从而致使测得的浓度值大于实际值；只有当采样速度Vn 等于气流速度Vs ，即实际等速采样时，含尘浓度测定值才能等于实际值。

维持等速采样的办法有预测流速法，静压平衡法与动压平衡法，本实际应用前两种方法。

a) 静压平衡法
静压平衡法是采用一种特殊结构的静压平衡型等速采样管（如图），其采样咀内壁与外壁
上皆开有静压空孔，采样时通过调节流量的大小使采样咀内外壁上静压孔接受的静压相等（与之相连的微压计指示为零），从而达到了采样速度等于管道中气流速度，即实现的等速采样，仪器上的转子流量计仅作为参考，整个采样过程所采的气体量可从仪器上的累计流量中读出，
静压平衡法操作简单，准确，且适用于管道中流速变化较大的场合，缺点是当管道中粉尘浓度过大时，其静压孔易被堵塞。

b) 预测流速法
预测流速法是先预测出管道中各采样点的气流速度，再根据各点流速和采用的采样咀直径计算出等速采样流量。

若选择的采样咀内径为d(mm),管道中某点的气流速度为Vs(m/s),则所需等速采样的流量应为。

q s =min)/1(2047.010602)100
(4Vs d Vs d =⨯⨯π 而控制采样速度是借助于控制瞬时流量计（转子流量计）的读数q m 来实现的，由于管道中的压力q s ，温度Ts ,与流量计前压力q r , 温度T r 不相同，故q s 与q m 也不相同。

q m =×d2·Vs(2/1]Pr)
()[(++Ba Tr Ts Ps Pa (1—Xsw) d — 采样咀内径（mm ）
Vs —管道中某点流速，(m/s)
Ba —当地大气压，mmHG;
q s —管道中相对压力，mmHG;
Ts —管道中烟气温度，K;
Tr —流量计前温度，K;
Pr —流量计前相对压力，mmHG;
Xsw —烟气中水气体积百分数%。

c) 自动跟踪法
由于静压平衡法与预测流速法操作需要人工控制，并且误差较大，因此利用电脑技术发展了自动跟踪法，本实验使用的 型智能采样仪可以自动跟踪烟道里的静压，自动调整采样流量从而达到等速采样的目的。

并且可在仪器的显示屏上同时读出烟气流量，动压、静压、采样瞬时流量及累计流量等数据。

4. 测点布置
本实验系统中管道直径分别为D=320mm(进口)、D=400mm （出口）,D<1000mm ，故测点数只取2个即可，在进口断面2点距管壁距离分别为==48mm,==240.在出口断面2点距管壁距离分别为=60mm,=300mm.
三、 实验装置及仪器
1. 除尘实验台（如图）
2. WJ-60B 型毕托管平行全自动烟尘采样仪两台
3. 秒表、钢卷尺等
四、 实验步骤
1. 滤筒称重
将滤筒编号（可用签字笔在滤筒上写上号码），然后在天平上称重。

2. 测试
开启采样仪，待仪器自检完毕后进入主菜单，按照主菜单分别选择设置、截面、选咀采样等。

由于实验为冷态，故烟气工况、温度、湿度可不选。

a)设置
在主菜单中选择设置，按确定后选择日期时间，根据实验室大气压力表读数输入参数。

b)选择截面
在主菜单中选择截面，选择圆形烟道，对于本实验装置，除尘器进口管道直径为Φ200，出口管道直径为Φ300，在输入烟道直径、套管长度后仪器会自动给出测点个数和位置。

c)选采样咀
在主菜单中选采样咀，将仪器面板上的2个皮托管的“+”“-”接咀与取样管上的“皮托管接咀”相连，其中面向气流方向的皮托管接咀接面板上“+”端，背对气流方向的接咀接“-”
端，连接好后，将采样管插入烟道中烟气接近平均流速处，启动风机，稍停片刻后启动给料机
发尘，调节好系统的阀门在主菜单中按“选采样咀”键，仪器会显示流速，选咀等参数。

根据
仪器显示的数据选择采样咀。

d)采样
进入采样菜单，选取自动采样，显示屏上会显示出点采时，考虑到除尘器出口浓度低，可选4：00，即每个点采样4分钟。

采样点选2点，即与。

总采样时间维8分。

输入相应的滤筒
编号，核实采样咀是否为所选的直径。

将编好号，称重后的滤筒装入采样管中，由于本实验是
冷态，故不接干燥瓶，开始采样，每个采样点到时间时，仪器显示屏会闪烁，并伴随报警声，这是更换采样点，直至采样结束。

记录下显示屏上的技术数据。

改变除尘器风量，重复上面的
采样过程。

本实验做2个不同风量下的除尘效率测试，可根据得到的结果比较旋风除尘器在不同的风量下的效率、阻力等性能。

五、实验数据记录
采点总数个2222
烟道截面积m2
干净滤筒质量g
滤后滤筒质量g
六、实验数据处理
1.除尘效率计算。

工况一时：进气口径在工况条件下，烟气含量为：（）/=L
出气口在工况条件下，烟气含量为：（）/=L
除尘效率：（）/=%
工况二时：进气口径在工况条件下，烟气含量为：（）/=L
出气口在工况条件下，烟气含量为：（）/=L
除尘效率：（）/=%
可以看出流量变小时，气体流速降低，旋风除尘器效率增高
2.漏风率计算。

工况一时：δ=（Q1N-Q2N）/ Q1N=（1868-1770）/ 1868=%
工况二时：δ=（Q1N-Q2N）/ Q1N=（1579-1516）/ 1579=%
则平均漏风率为：%
3.旋风除尘器阻力计算。

工况一时：（）-（）=570Pa
工况二时：（）-（）=440Pa
可以看出当流量减小时，气体流速降低，动压减小，从而摩擦阻力降低，旋风除尘器的阻
力下降，这与理论推导是一致的。

七、思考题：
1.为测定管道中气流的压力、速度、含尘浓度，在选择测定断面位置时，为什么要尽量避开局部
阻力构件，优先选择直管段？
答：首先说测定压力时，需要选择直管段，这是因为在有局部阻力构件的管段，会形成气流涡旋，进而造成局部压力的变化。

在测定管道中气流压力时，为了使测定的值能够反映管道中的平均情况，应尽量避免在有局部阻力构件的周围选择断面。

在测定气体流速时同样为了避免由于局部阻力构件造成的涡流情况而导致的流速不均，应把控制断面选择在直管段。

测定含尘浓度时，为了得到平均浓度的数据，需要进行等速采样，这就要求要避免局部阻力构件而将采用断面布置在直管段。

2.本实验的注意事项。

答：本实验，首先要进行选嘴，在测定时还要注意应将采样器的采样口和皮托管口与气流方向垂直，否则无法得到实际的数据。

另外，在本实验中，旋风除尘器的效率是很低的，实验室的烟气若直接排除会污染空气。

所以在实验室外还加装了一组高效布袋除尘器。