《大气污染控制工程》第5章颗粒污染物控制技术基础(下)

《《大气污染控制工程》第5章颗粒污染物控制技术基础(下)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《大气污染控制工程》第5章颗粒污染物控制技术基础(下)（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、生化工程系,第5章 颗粒污染物控制技术基础 (下),学习内容,颗粒的粒径及粒径分布 粉尘的物理性质 净化装置的性能 颗粒捕集的理论基础,学习要求： 掌握粒径、粒径分布及平均粒径的各种定义和表示方法。 了解粒径分布函数（对数正态分布函数）的概念。 了解粉尘的物理性质。 掌握净化装置技术性能的各种表示方法及有关计算。 难点 众径、中位径、stokes径、频率分布、筛上频度分布、筛下累计分布、粉尘的真密度、堆积密度、除尘效率（总效率、分级效率）,第5章 颗粒污染物控制技术基础,5.3.1 净化装置技术性能的表示方法 处理气体流量 净化效率 压力损失 5.3.2 净化效率的表示方法 总效率 通过率 分

2、级除尘效率 分级效率与总除尘效率之间的关系 多级串联运行时的总净化效率,5.3 净化装置的性能,评价净化装置性能的指标 技术指标：处理气体流量；净化效率；压力损失 经济指标：设备费；运行费；占地面积,5.3.1 净化装置技术性能的表示方法,处理气体流量 代表装置处理气体能力大小的指标，以体积流量表示。 实际运行的净化装置，由于本体漏气等原因，往往用进口和出口的流量的平均值作为处理气体流量的代表 （m3/s）：,净化装置漏风率：,净化效率 表示装置净化污染物效果的重要技术指标。,压力损失 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。 影响因素：装置的种类；结构型式；处理气体的

3、流量大小。 通常压力损失与装置进口气流的动压成正比，即,：净化装置的压力损失系数； v1：装置进口气体气流速度，m/s； ：气体的密度，kg/m3。,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，它与通风机所消耗功率成正比，所以总是希望近可能小些。,5.3.2 净化效率的表示方法,总效率 计算式：S1S2S3； S11NQ1N； S22NQ2N 总净化效率： 若净化装置本体不漏气，即Q1N=Q2N,则上式可简化为： 通过率：当净化率很高时，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：,除尘器出口散逸的粉尘量与进口粉尘量之百分比,总效率指在同一时间内净化装置去除的污染物

4、数量与进口装置的污染物数量之比。,Q1N，Q2N-装置进、出口的气体流量， (m3/s)； S1，S2-装置进、出口的污染物流量，（g/s）； 1N，2N-装置进、出口的污染物浓度（g/m3）； g1， g2， g3 装置进口、出口、被捕集的污染质量频率，（%）； S3-装置捕集的污染物流量，（g/s）。,分级除尘效率 指除尘装置对某一粒径dpi或粒径间隔dp内粉尘的除尘效率。 表示方法 表格、曲线图、显函数。 除尘器对dpi颗粒的分级效率计算式分割粒径dc 分级效率i50时，与此值对应的粒径。, 分级除尘效率,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,a.由总效

5、率求分级效率 测出除尘器进口和出口的粉尘浓度1和2，并计算出总除尘效率。 同时测出除尘器进口、出口和捕集的粉尘质量频率g1、g2、g3中任意两数据。由质量频率式 和分级效率定义式 有：,分级效率与总除尘效率之间的关系,S1i、S2i和S3i：除尘器进口、出口和捕集的dpi粉尘质量流量，g/s。,b.由分级效率求总效率 属设计计算：根据某除尘器净化粉尘的分级效率数据和粒径分布数据，计算该除尘器能达到的总除尘效率。 由分级效率计算式 有 ，等式两端对各种粒径求和，由 得到总除尘效率：,实际工程中，通常把两种或多种不同型号的除尘器串联起来使用，构成两级或多级除尘系统。 多级除尘器净化第i级粉尘的总分

6、级通过率： 多级除尘器的分级效率： 多级除尘器的总除尘效率：,多级串联运行时的总净化效率,5.4 颗粒捕集的理论基础,颗粒捕集过程的力：外力、流体阻力和颗粒间的相互作用力。 外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等； 作用在运动颗粒上的流体阻力是最基本的作用力； 颗粒间相互作用力，在颗粒浓度不高时是可忽略。,将含尘气体引入具有一种或几种力作用的除尘器，使颗粒相对其运载气流产生一定的位移，并从气流中分离出来，最后沉降到捕集表面上,5.4.1 流体阻力 5.4.2 阻力导致的减速运动 5.4.3 重力沉降 5.4.4 离心沉降 5.4.5 静电沉降 5.4.6 惯性沉降 5.4.7

7、扩散沉降,5.4.1 流体阻力,流体阻力形状阻力摩擦阻力 阻力方向：与速度向量方向相反 阻力大小：决定于颗粒的形状、粒径、表面特征、运动速度及流体的种类和性质。,由于流体具有一定的形状，运动时必然排开其周围的流体，导致其前面的压力较后面大，产生了所谓的形状阻力； 颗粒与周围流体之间存在着摩擦，导致了所谓的摩擦阻力。,CD：阻力系数（无因次）；Ap：颗粒在其运动方向上的投影面积，m2； ：流体的密度，kg/s；u：颗粒与流体之间的相对运动速度，m/s。,5.4.1 流体阻力,流体阻力与雷诺数的函数关系,颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动-坎宁汉修正(Cunningham correct

8、ion ),5.4.2 阻力导致的减速运动,在时间t0时运动速度为u0的颗粒，减速到u所需的时间t：时间t时颗粒的速度： 由初速度u0减速到u所迁移的距离： 弛豫时间的物理意义：由于流体阻力使颗粒的运动速度减小到它的初速度1/e(约36.8)时所需的时间。,对于接近静止的气体中，以某一速度u0运动的球形颗粒，除了气体阻力外，再无其它作用力作用时，颗粒不能相对气体作稳态运动，只能作非稳态的减速运动。,5.4.3 重力沉降,力平衡关系：斯托克斯区域的颗粒，重力沉降末端速度（m/s） ：当流体介质是气体时，p,可以忽略浮力的影响，则沉降速度公式简化为： Stokes颗粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影

9、响）,静止流体中的单个球形颗粒，在重力作用下沉降时，所受到作用力有重力FG、流体浮力FB、流体阻力FD,对于坎宁汉滑动区的小颗粒，应修正为：湍流过渡区牛顿区Stokes直径空气动力学直径,5.4.4 离心沉降,随着气流一起旋转的球形颗粒，离心力： 在离心力作用下，颗粒将产生离心的径向运动（垂直切向）。颗粒所受向心的流体阻力（斯托克斯区）： 离心力=阻力时，达到离心沉降末端速度：,旋风除尘器是应用离心力的分离作用的一种除尘装置，也是造成旋转运动和涡流的一种体系。离心力也是惯性碰撞和拦截作用的主要除尘机制之一。,R：选装气流流线的半径，m；ut：R处气流的切向速度，m/s.为离心加速度,5.4.5

10、 静电沉降,在强电场中(在电除尘器),荷电颗粒所受主要作用力是静电力（即库仑力）和气流阻力。 对于斯托克斯区域的颗粒，颗粒所受气流阻力按确定，当静电力和阻力达到平衡时: 颗粒达到静电沉降的末端速度(颗粒的驱进速度),m/s：,5.4.6 惯性沉降,若有一静止的或缓慢运动的障碍物处于气流中时，则称为一个靶子，使气体产生绕流，使某些颗粒沉降到上面。 颗粒能否沉降到靶上，取决于颗粒的质量及相对于靶的运动速度和位置。,小颗粒1，随着气流一起绕过靶； 距停滞流线较远的大颗粒2，也能避开靶； 距停滞流线较近的颗粒3，因其惯性较大而脱离流线，保持自身原来运动方向而与靶碰撞，继而被捕集。 这种捕尘机制称为惯性

11、碰撞。,颗粒4和5刚好避开与靶碰撞，但其表面与靶表面接触时而被靶拦截，并保持附着。,5.4.6 惯性沉降,惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素: 气流速度在靶(target)周围的分布，用ReD衡量颗粒运动轨迹，用Stokes数描述颗粒对捕集体的附着，通常假定为100,5.4.6 惯性沉降,拦截,直接拦截发生在颗粒距捕集体dp/2的距离内 拦截效率用直接拦截比R表示 对于惯性大的颗粒对于惯性小的颗粒,由于小颗粒受到气体分子的无规则的撞击，使它们像气体分子一样作无规则运动，便会发生颗粒从浓度较高的区域向浓度较低的区域的扩散。 颗粒的扩散过程类似于气体分子的扩散过程，根据爱因斯坦研究的结果，由于布朗扩

12、散颗粒在时间t秒钟内沿x轴的均方根位移为：,5.4.7 扩散沉降,颗粒的扩散系数D:决定于气体的种类和温度以及颗粒的粒径。,5.4.7 扩散沉降,扩散系数和均方根位移 布朗扩散作用对于小粒子的捕集影响较大 颗粒的扩散类似于气体分子的扩散对于粒径约等于或大于气体分子平均自由程的颗粒对于粒径大于分子但小于气体平均自由程的颗粒颗粒的均方根位移（时间t秒钟）,标准状态下布朗扩散平均位移与重力沉降的比较,扩散沉降效率,扩散沉降效率取决于皮克莱数Pe和雷诺数Re粘性流单个圆柱体的效率势流单个圆柱体效率孤立球形捕集体从理论上讲， 是可能的,作业：,1、在除尘技术中应用最多的两种直径分别为_、 _。 2、目前

13、，常用的除尘器分为_、 _、 _、 _四种。 3、对于斯托克斯区域的颗粒，它的终末沉降速度为_。 4、评价除尘装置性能的技术指标主要有_、 _、 _等。 5、在同一流体中与被测粒子的浓度相同、沉降速度相同的球的直径被称为空气动力学直径（）。 6、在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度（P =1g/cm3）的圆球的直径称为斯托可斯直径（）。,1、斯托克斯直径；空气动力学直径 2、机械除尘器；电除尘器；湿式除尘器；过滤式除尘器 3、 4、处理气体流量；净化效率；压力损失 4、错 5、错,作业：,1、哪一种属于粒子的数量分布（）。 a.以粒子的质量表示 b.以粒子的个数所占的比例表示 c.以粒子的表

14、面积表示 d.以分割粒径表示 2、 哪一种属于粒子的质量分布（）。 a.以粒子的质量表示 b.以粒子的个数所占的比例表示 c.以粒子的表面积表示 d.以分割粒径表示 3、 旋风除尘器的三个技术性能指标是（）。 a.Q 、P、 A b.Q、 D、 P c.Q 、P、 d. 、D、P 4、一个串联除尘系统第1级1=80%，第2级2=80%，总除尘效率为（）。 a.90% b.92% c.94% d.96%,1、b 2、a 3、c 4、d,作业：,5、对于同种粉尘，粉尘的真密度与堆积密度之间存在的关系为（） a.bP b. bP c.bP d. b=P 6、袋式除尘器属于（） a.过滤式除尘器 b.湿式除尘器 c.低效除尘器 d.高效除尘器 7、在选用静电除尘器时，必须考虑粉尘的（） a.粉尘的黏性 b.粉尘的密度 c.粉尘的粒径 d.粉尘的荷电性 8、水泥、熟石灰等粉尘不适用于湿式除尘器，是因为（）a.它们属于憎水性粉尘 b.润湿性较差 c.吸水后易结垢 d.没有润湿性 9、对于高温高湿气体不宜采用（）。 a.湿式除尘器 b.电除尘器 c.机械式除尘器 d.袋式除尘器,5、c 6、a 7、d 8、c 9、d,