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1、大气污染控制工程,1,第3章 除尘技术基础,3.1 粉尘的物理性质 3.2 微粒的流体阻力 3.3 微粒的机械运动与扩散 3.4 除尘器的性能,大气污染控制工程,2,3.1 粉尘的物理性质,3.1.1 密度 粉尘的密度是指单位体积粉尘的质量，单位为kg/m3。分为真密度和堆积密度。 真密度：单位体积不包括粉尘颗粒体内部的空隙而定义的密度，以符号P表示； 堆积密度：单位体积包括颗粒内部的空隙和颗粒之间的空隙而定义的密度，以符号b表示。,大气污染控制工程,3,粉尘越细，吸附的空气越多，值越大；充填过程加压或振动，则值减小。,大气污染控制工程,4,3.1.2 比表面积 比表面积是指单位体积（或质量）
2、粉尘具有的表面积。,粉尘比表面积越大，润湿性降低，粘附性增强，凝聚性增大，处理设备输送阻力增大。,3.1 粉尘的物理性质,大气污染控制工程,5,3.1.3 粉尘的含水率及润湿性 1. 粉尘的含水率 粉尘中的水分包括自由水分和结合水分。,3.1 粉尘的物理性质,大气污染控制工程,6,2. 粉尘的润湿性 尘粒能否与液体相互附着或附着难易的性质称为粉尘的润湿性。 当固体粒子与液体接触时,如果接触面能扩大而相互附着,就是能润湿；如果接触面趋于缩小而不能附着,则是不能润湿。 容易被水润湿的物质称为亲水性物质，难以被水润湿的物质称为疏水性物质。,大气污染控制工程,7,尘粒的润湿性不仅与粉尘的粒径、生成条件
3、、温度、压力、含水率、表面粗糙度及荷电性等有关，还与液体的表面张力、对尘粒的粘附力及相对于尘粒的运动速度等有关。 对于5m以下特别是1m以下的尘粒，即使是亲水的，也很难被水润湿，这是由于细粉的比表面积大，对气体的吸附作用强，尘粒和水滴表面都有一层气膜，因此只有在尘粒与水滴之间具有较高的相对运动速度时（如文丘里喉管中），才会被润湿。 水硬性粉尘如水泥粉尘、熟石灰及白云石砂等不宜采用湿式洗涤器净化。,3.1 粉尘的物理性质,大气污染控制工程,8,3.1.4 荷电性和导电性 1. 荷电性 粉尘的荷电量随温度升高、比表面积增大及含水量减小而增大。 2. 比电阻和导电性,容积导电：高于200时，粉尘自身
4、电子和离子进行； 表面导电：低于100 时，靠尘粒表面吸附的水分和化学膜进行。,3.1 粉尘的物理性质,大气污染控制工程,9,最适宜的电除尘器捕集的比电阻为10451010cm。 在高温(200)条件下，温度升高，粉尘内部会发生电子的热激化作用，使容积比电阻下降。 在低温(100)条件下，温度升高，粉尘表面吸附的水分减少，使表面比电阻升高。,3.1 粉尘的物理性质,大气污染控制工程,10,3.1.5 粉尘的安息角和滑动角 粉尘自漏斗连续落到水平面上，堆积成圆锥体。圆锥体的母线同水平面的夹角称为该粉尘的安息角，也叫休止角、堆积角等。 粉尘的滑动角系指自然堆放在光滑平面上的粉尘，随光滑平板做倾斜运
5、动时,平板上粉尘开始发生滑动的平板倾斜角。 粉尘的安息角及滑动角是评价粉尘流动性的一个重要指标。安息角小的粉尘，流动性好，安息角大的粉尘，其流动性就差。粉尘的安息角和滑动角是设计除尘器灰斗(或料仓)的锥度、除尘管路或输灰管路斜度的重要依据。,r为3540比较合适,r,3.1 粉尘的物理性质,大气污染控制工程,11,3.1.6 粉尘的粘附性 粉尘的粘附性是指粉尘颗粒之间互相附着或粉尘附着在器壁表面的可能性。粉尘颗粒由于互相粘附而凝聚变大，有利于提高除尘器的捕集效率，但粉尘对器壁的粘附会造成装置和管道的堵塞。 颗粒细，形状不规则，表面粗糙，含水率高，润湿性好及荷电量大时，易于产生粘附现象。此外，还
6、与粉尘随气流运动的速度及壁面粗糙情况有关。,3.1 粉尘的物理性质,大气污染控制工程,12,在封闭空间内可燃性悬浮粉尘的燃烧只有在一定浓度范围内才会导致化学爆炸。能够引起爆炸的浓度范围叫作爆炸极限，引起爆炸的最高浓度叫做爆炸上限,最低的浓度叫做爆炸下限。在低于爆炸浓度下限或高于爆炸浓度上限的燃烧都属于正常的安全燃烧，不会发生爆炸。由于多数粉尘的爆炸上限浓度很高，在多数情况下达不到这个浓度,因而粉尘的爆炸上限浓度无实际意义。,3.1.7 粉尘的爆炸性,3.1 粉尘的物理性质,大气污染控制工程,13,有些粉尘(如镁粉、碳化钙粉)与水接触后会引起自燃或爆炸，称这种粉尘为具有爆炸危险性粉尘。这类粉尘不
7、能采用湿法除尘。 有些粉尘(如硫矿粉、煤尘等)在空气中达到一定浓度时，在外界的高温、摩擦、震动、碰撞以及放电火花等作用下会引起爆炸，这些粉尘亦称为具有爆炸危险性粉尘。 有些粉尘互相接触或混合，如溴与磷、锌粉与镁粉接触混合，也会引起爆炸。,3.1 粉尘的物理性质,大气污染控制工程,14,3.2.1. 粒径 粒径：表示粒子大小的最佳代表性尺寸，分为单一粒径和平均粒径 （1）单一粒径 球形颗粒用直径来表示，非球形颗粒一般用投影径、筛分粒径、几何当量径和物理当量径四种方法来定义。 投影径：颗粒在显微镜下观察到的粒径。,长短径,定向径,定向面积等分径,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,15
8、,几何当量径：取颗粒的某一几何量（如体积、面积等）相同时的球形颗粒的直径。,等投影面积径 等体积径 等表面积径 体积表面积平均径,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,16,物理当量径：取颗粒的某一物理量相同时的球形颗粒的直径,空气动力粒径da：与被测粒子在空气中的终末沉降速度相等的单位密度的球的直径。 斯托克斯粒径dst：与被测粒子密度相同，终末沉降速度相等的球的直径。,另外还有分割粒径、空气动力分割粒径。,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,17,（2）平均粒径 为了简明表示粒子群的某一物理特性，需要按照应用目的求出代表粒子群特性的平均粒径。 安德列耶夫定义：对于一个
9、由大小和形状不相同的粒子组成的实际粒子群，以及一个由均一的球形粒子组成的假想粒子群，如果两者具有相同的某一物理性质，则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径。 几何平均径、中位径、众径,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,18,大气污染控制工程,19,3.2.2. 粒径分布 粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，也称粒子的分散度。有个数分布、表面积分布、质量分布等，除尘技术中多采用质量分布。粒径分布的表示方法有列表法、图示法和函数法。 1. 粒径分布的表示方法 (1) 频数分布 对从气溶胶颗粒群中取出具有代表性并符合统计学所规定的样本，在显微镜下进行观测将观测到的粒径
10、以及各粒径或粒径区间内颗粒的个数或质量，分成各等距(或不等距)组并以表格形式将各组中的粒子个数或质量数(组频数)排列成表。,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,20,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,21,(2) 相对频数分布D(%)：是指粒径从dp到dp dp之间的粒子质量m占粉尘试样总质量m0的百分数。 (3) 频率密度分布(%/m)，是指粒径组距为1 m时的相对频数分布，即 dp1 m时粒子质量占粉尘试样总质量的百分数。,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,22,d. 筛上累积频率分布R(%)：是指大于某一粒径的所有粒子质量占粉尘试样总质量的百分数。
11、 筛下累积频率分布D(%),3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,23,右图是频数分布直方图（a） 、频度分布的直方图（b）和筛上累积分布及筛下累积分布的曲线（c）。 筛上累积分布和筛下累积分布相等(R=D=50%)时的粒径为中位径，记作d50，即 (c) 中R与D两曲线交点处对应的粒径。中位径是除尘技术中常用的一种表示粉尘粒径分布特性的简明方法。 (b)中频度分布达到最大值时相对应的粒径称作众径，记作dd。,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,24,大气污染控制工程,25,3.2.3 粉尘粒径的分布函数 1. 正态分布（高斯分布） 频数曲线是对称于算术平均值的两侧，故其
12、众径、中位径和算术平均值重合。 频率密度曲线是关于平均值对称的钟型曲线，累计分布曲线在概率坐标图中为一直线。,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,26,2. 对数正态分布 大多数粒子的粒径分布在矩形坐标图中是偏态的，若横坐标用对数坐标（ln dp）代替，可转化为近似正态分布的对称性钟型曲线。,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,27,对数正态分布的主要特点是：如果某种粉尘的粒径分布遵从对数正态分布，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，都遵从对数正态分布，且几何标准差相等。,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,式中: 分别是以粒子的质量、个数和表面积表示的对数正
13、态分布的中位径。,大气污染控制工程,28,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,29,例3-1 经测定某城市大气中飘尘的质量粒径分布遵从对数正态分布规律，其中中位径d50=5.7m，筛上累积分布R=15.87时，粒径d15.87=9.0m。试确定以个数表示时对数正态分布函数的特征数和算术平均粒径。 解：对数正态分布函数的特征数是中位径d50和几何标准差g。由于对数正态分布中以个数和质量表示的几何标准差相等，故 个数表示的中位径为,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,30,该飘尘的算术平均粒径为,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制工程,31,3. 罗辛拉姆勒（R-R
14、）分布,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,n为分布指数,例3-2 已知炼钢电弧炉吹氧期产生的烟尘遵从R-R分布，中位径d50=0.11m，分布指数n=0.50，试确定小于1m的烟尘所占的比例。,大气污染控制工程,32,某种粉尘的粒径分布究竟适合上述三种中的哪一种，只需将该粉尘的累积分布(R或D)测定值同时标绘在正态概率纸、对数正态概率纸和R-R分布纸上，当实验值的标点在哪种概率纸上形成一条直线时，则此粉尘的粒径分布就服从哪种分布。,例3-3 某石英尘的粒径分析结果如下表，试求该石英尘的分布函数及dp为1，2，5，10，20，30，40m的筛上累积百分数。,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,大气污染控制
15、工程,33,解：将表中数据在三种分布函数的坐标纸上进行标绘，发现在R-R分布坐标纸上为一直线（图3-6），说明该尘符合R-R分布。作通过各点的直线AB。通过原点P作平行于AB的直线至坐标纸的边缘处，得n=1.86。由图查得d50=12m。将n和d50值代入（334）式，得该石英尘的分布函数为 R（dp）=100exp(-0.0068dp1.86) 由上式可以算出（或由图中AB线上直接查出）dp为1，2，5，10，20，30，40m的R值分别为99.3，97.5，87，61，17，2.5，0.2。,图3-6 在R-R分布坐标纸上表示粒径分布,大气污染控制工程,34,3.3 微粒在流体中的运动阻力
16、,3.3.1 微粒在流体中的运动阻力和阻力系数 气溶胶体系在运动状态时，气溶胶体系中的气相介质和颗粒物之间有可能出现三种运动状态：,工业除尘只能在（b）、（c）两种情况下实现， （b）、（c）中都存在相对运动，也必然存在流体阻力（也称绕流阻力），其大小由下式确定：,大气污染控制工程,35,和m的值与粒子雷诺数的大小有关。,3.3 微粒在流体中的运动阻力,大气污染控制工程,36,层流区，也称斯托克斯区，Rep1.0，有24，m=1.0，故 过渡区，也称奥伦区，Rep1500，有18.5，m=0.6，故, 紊流区，也称牛顿区， 500 Rep 105，有0.44，m=0，故,3.3 微粒在流体中的运动阻力,大气污染控制工程,37,表 3-3 不同区域内的阻力系数CD和阻力FD,层流区中：,（3-40）,大气污染控制工程,38,3.3.2 滑动修正系数（又称肯宁汉修正系数） 在式(3-40)的推导
