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1、第五章第五章 颗粒污染物控制技术根底颗粒污染物控制技术根底1.粉粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布2.粉粉尘的物理性的物理性质3.净化安装的性能化安装的性能4.颗粒捕集粒捕集实际根底根底第一节第一节 颗粒的粒径及粒径分布颗粒的粒径及粒径分布n大气大气污染中涉及到的染中涉及到的颗粒物，普通指粒径介于粒物，普通指粒径介于0.01100m的粒子。的粒子。颗粒的大小不同，其物理、化学特性不粒的大小不同，其物理、化学特性不同，同，对人和人和环境的危害亦不同，而且境的危害亦不同，而且对除除尘安装的影响安装的影响甚大，因此甚大，因此颗粒的大小是粒的大小是颗粒物的根本特性之一。粒物的根本特性之一。n实践践颗
2、粒的外形多是不粒的外形多是不规那么的，所以需求按一定的方那么的，所以需求按一定的方法确定一个表示法确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直粒的直径，径，简称称为粒径。粒径。 n普通将粒径反映普通将粒径反映单个个颗粒的粒的单一粒径和反映由不同一粒径和反映由不同颗粒粒组成的成的颗粒群的平均粒径粒群的平均粒径n单一一颗粒的粒径粒的粒径n投影径投影径n定向直径定向直径dFFeret 直径：各直径：各颗粒在投影粒在投影图中同一方向中同一方向上的最大投影上的最大投影长度度n定向面定向面积等分直径等分直径dMMartin直径：各直径：各颗粒在投影粒在投影图中中同一方向将同一方向将
3、颗粒投影面粒投影面积二等分的二等分的线段段长度度n投影面投影面积直径直径dA(Heywood直径直径):与与颗粒投影面粒投影面积相等的相等的圆的直径的直径n a-定向直径定向直径 b-定向面积等分直径定向面积等分直径c-投影面积直径投影面积直径Heywood测定分析阐明，测定分析阐明，同一颗粒的同一颗粒的dFdAdM筛分径分径筛分直径：分直径：颗粒可以粒可以经过的最小方的最小方筛孔的孔的宽度度筛孔的大小，孔的大小，用目用目(每英寸每英寸长度上度上筛孔的个数孔的个数)表示表示当量直径当量直径光散射法光散射法等体等体积直径直径dV：与：与颗粒体粒体积相等的球体的直径相等的球体的直径沉降法沉降法斯托
4、克斯斯托克斯Stokes直径直径ds：同一流体中与：同一流体中与颗粒密度一粒密度一样、沉降速度相等的球体直径沉降速度相等的球体直径空气空气动力学当量直径力学当量直径da：在空气中与：在空气中与颗粒沉降速度相等的粒沉降速度相等的单位密度位密度1g/cm3的球体的直径的球体的直径 斯托克斯直径和空气斯托克斯直径和空气动力学当量直径与力学当量直径与颗粒的空气粒的空气动力学行力学行为亲密相关，是除密相关，是除尘技技术中运用最多的两种直径中运用最多的两种直径粒径分布粒径分布n粒径分布指不同粒径范粒径分布指不同粒径范围内内颗粒的个数或粒的个数或质量或外表量或外表积所占的比例。除所占的比例。除尘技技术中多采
5、用粒径的中多采用粒径的质量分布。量分布。n粒数分布粒数分布:每一粒径每一粒径间隔内的隔内的颗粒个数分布。粒个数分布。n粒数粒数频率：第率：第i个个间隔中的隔中的颗粒个数粒个数ni与与颗粒粒总数数ni之比之比n粒数粒数筛下累下累积频率：小于第率：小于第i个个间隔上限粒径的一切隔上限粒径的一切颗粒个粒个数占数占总颗粒数的百分比粒数的百分比n粒数粒数筛上累上累积频率：大于率：大于n第第i个个间隔上限粒径的一切隔上限粒径的一切颗粒粒n个数占个数占总颗粒数的百分比粒数的百分比n筛上分布上分布为减函数；减函数；n筛下分布下分布为增函数。增函数。n粒数粒数频率密度粒数率密度粒数频度度n单位粒径位粒径间隔隔时
6、的的频率率n粒数分布的测定及计算粒数分布的测定及计算0.425n粒数众径粒数众径频度度p最大最大时对应的粒径，此的粒径，此时n粒数中位径粒数中位径NMD累累计频率率F=0.5时对应的粒径的粒径F粒径粒径粒径分布粒径分布n质量分布量分布n类似于数量分布，也有似于数量分布，也有质量量频率率(gi)、质量量筛下累下累积频率率(Gi)、质量量频率密度率密度(q)等等n在一切在一切颗粒具有一粒具有一样密度、密度、颗粒粒质量与粒径立方成量与粒径立方成正比的假正比的假设下，粒数分布与下，粒数分布与质量分布可以相互量分布可以相互换算算n同同样的，也有的，也有质量众径和量众径和质量中位径量中位径MMD平均粒径平
7、均粒径n前面定义的众径和中位径是常用的平均粒径之一前面定义的众径和中位径是常用的平均粒径之一n长度平均直径长度平均直径n外表积平均直径外表积平均直径n体积平均直径体积平均直径n体积外表积平均直径体积外表积平均直径粒径分布函数粒径分布函数n用一些半阅历函数描画一定种类粉尘的粒径分布用一些半阅历函数描画一定种类粉尘的粒径分布n正态分布正态分布n频率密度频率密度n筛下累积频率筛下累积频率n规范差规范差 算算术平均粒径；平均粒径； dp粒径；粒径；规范差，范差， N粉粉尘粒子的粒子的总个数。个数。其特征数其特征数为： ， 。特点：特点：图形形对称，众位径称，众位径dd=中位径中位径d50=平均粒径平均
8、粒径o o 大大o o粒径分布函数粒径分布函数n正正态分布分布续n正正态分布是最分布是最简单的分布函数的分布函数n1n2累累计频率曲率曲线在正在正态概率坐概率坐标纸上上为一条直一条直线，其斜，其斜率取决于率取决于n3n正正态分布函数很少用于描画粉分布函数很少用于描画粉尘的粒径分布，由于大多数的粒径分布，由于大多数粉粉尘的的频度曲度曲线向大向大颗粒方向偏移粒方向偏移粒径分布函数粒径分布函数n正态分布的累积频率分布曲线正态分布的累积频率分布曲线n对数正态分布对数正态分布n粉尘粒径分布曲线很少像正态分布那样成对称的钟形粉尘粒径分布曲线很少像正态分布那样成对称的钟形曲线，以曲线，以lndp替代替代dp
9、就可以将其转化为近似正态分布就可以将其转化为近似正态分布曲线的对称性钟形曲线。曲线的对称性钟形曲线。特征数：几何平均粒径特征数：几何平均粒径dg=d50， 几何规范差几何规范差粒径分布函数粒径分布函数n对数正态分布的累积频率分布曲线对数正态分布的累积频率分布曲线n对数正态分布对数正态分布n对数正态分布在对数概率坐标纸上为不断线，斜率决议于对数正态分布在对数概率坐标纸上为不断线，斜率决议于可用可用 、MMD和和NMD计算出各种平均直径计算出各种平均直径MMD：质量中位直径：质量中位直径NMD：个数中位直径：个数中位直径SMD：外表积中位直径：外表积中位直径例例 某粉煤熄某粉煤熄灭产生的生的飞灰的
10、粒径分布服从灰的粒径分布服从对数正数正态分布，当以分布，当以质量表示量表示其粒径分布其粒径分布时，中位径，中位径为21.5m，dpD=15.87%=9.8m。试确定以确定以及个数表示及个数表示时对数正数正态分布函数的特征分布函数的特征值和算和算术平均粒径。平均粒径。解：对数正态分布函数的特征数是中位径和几何规范差。解：对数正态分布函数的特征数是中位径和几何规范差。由于对数正态分布以个数和质量表示的几何规范差相等，故即为以个由于对数正态分布以个数和质量表示的几何规范差相等，故即为以个数表示的几何规范差。数表示的几何规范差。 NMDm m 粒径分布函数粒径分布函数n罗辛拉姆勒分布罗辛拉姆勒分布Ro
11、sinRammlern n假设设假设设 得到得到n 普通普通 多项选择用质量中位径多项选择用质量中位径 或或粒径分布函数粒径分布函数n罗辛拉姆勒分布辛拉姆勒分布RosinRammlern判判别能否符合能否符合RR分布分布 n 应为一条直一条直线n该直直线的斜率的斜率为n，截距，截距为lg nRR的适用范的适用范围较广，特广，特别对破碎、研磨、破碎、研磨、筛分分过程程产生生的的较细粉粉尘更更为适用适用n，第二节第二节 粉尘的物理性质粉尘的物理性质n粉粉尘的密度的密度n单位体位体积粉粉尘的的质量，量，kg/m3或或g/cm3n粉粉尘体体积不包括不包括颗粒内部和之粒内部和之间的的缝隙真密度隙真密度n
12、用堆用堆积体体积计算算堆堆积密度密度n空隙率空隙率粉粉尘颗粒粒间和内部空隙的体和内部空隙的体积与堆与堆积总体体积之比之比粉尘的安息角与滑动角粉尘的安息角与滑动角n安息角：粉安息角：粉尘从漏斗延从漏斗延续落下自然堆落下自然堆积构成的构成的圆锥体母体母线与地面的与地面的夹角角n滑滑动角：自然堆角：自然堆积在光滑平板上的粉在光滑平板上的粉尘随平板做随平板做倾斜运斜运动时粉粉尘开开场发生滑生滑动的平板的平板倾角角n安息角与滑安息角与滑动角是角是评价粉价粉尘流流动特性的重要目的特性的重要目的n安息角和滑安息角和滑动角的影响要素：粉角的影响要素：粉尘粒径、含水率、粒径、含水率、颗粒外粒外形、形、颗粒外表光
13、滑程度、粉粒外表光滑程度、粉尘粘性粘性粉尘的比外表积粉尘的比外表积n粉尘外表积对于粉尘的物理、化学和生物活性有重要影响，粉尘外表积对于粉尘的物理、化学和生物活性有重要影响，比外表积大的粉尘经过捕集体的阻力添加，氧化、溶解、比外表积大的粉尘经过捕集体的阻力添加，氧化、溶解、蒸发、吸附和催化效应加强，爆炸性和毒性增大。蒸发、吸附和催化效应加强，爆炸性和毒性增大。n单位体积粉尘所具有的外表积单位体积粉尘所具有的外表积n以质量表示的比外表积以质量表示的比外表积n以堆积体积表示的比外表积以堆积体积表示的比外表积粉尘的含水率粉尘的含水率n粉尘中的水分包括附在颗粒外表和包含在凹坑和细孔中的粉尘中的水分包括附
14、在颗粒外表和包含在凹坑和细孔中的自在水分以及颗粒内部的结合水分自在水分以及颗粒内部的结合水分n含水率水分质量与粉尘总质量之比含水率水分质量与粉尘总质量之比n含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性n吸湿景象吸湿景象粉尘的润湿性粉尘的润湿性n润湿性粉尘颗粒与液体接触后可以相互附着或附着的难易程润湿性粉尘颗粒与液体接触后可以相互附着或附着的难易程度的性质度的性质n润湿性与粉尘的种类、粒径、外形、生成条件、组分、温度、润湿性与粉尘的种类、粒径、外形、生成条件、组分、温度、含水率、外表粗糙度及荷电性有关，还与液体的外表张力及尘含水率、外表粗糙度及
15、荷电性有关，还与液体的外表张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。n粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降n润湿速度润湿速度n润湿性是选择湿式除尘器的主要根据润湿性是选择湿式除尘器的主要根据粉尘的荷电性和导电性粉尘的荷电性和导电性n粉尘的荷电性粉尘的荷电性n粉尘的荷电性即粉尘带电量大小，它对除尘过程有重要粉尘的荷电性即粉尘带电量大小，它对除尘过程有重要意义，电除尘器就经过粉尘荷电而将其捕集，袋式除尘意义，电除尘器就经过粉尘荷电而将其捕集，袋式除尘器和湿式除尘器也可以利用粉尘或液滴荷电而添加捕集器和湿式
16、除尘器也可以利用粉尘或液滴荷电而添加捕集效率。效率。n天然粉尘和工业粉尘几乎都有一定的电荷。使粉尘带电天然粉尘和工业粉尘几乎都有一定的电荷。使粉尘带电的过程叫做荷电过程，包括自然荷电和人工荷电过程。的过程叫做荷电过程，包括自然荷电和人工荷电过程。n荷电量随温度增高、外表积增大及含水率减小而添加，荷电量随温度增高、外表积增大及含水率减小而添加，且与化学组成有关且与化学组成有关粉尘的荷电性和导电性粉尘的荷电性和导电性n粉尘的导电性粉尘的导电性n粉尘的导电性是判别能否运用电除尘器的根据，粉尘的导电性是判别能否运用电除尘器的根据，可以用比电阻表征：比电阻可以用比电阻表征：比电阻n比电阻越大，那么导电性
17、越差。普通最适宜电比电阻越大，那么导电性越差。普通最适宜电除尘器运转的比电阻范围为：除尘器运转的比电阻范围为： 1041010 n影响导电性的要素有温度、粉尘和气体组成。影响导电性的要素有温度、粉尘和气体组成。不同温度范围内，粉尘导电的机制各异。不同温度范围内，粉尘导电的机制各异。 粉尘的粘附性粉尘的粘附性n粉粉尘颗粒附着在固体外表上，或粒附着在固体外表上，或颗粒彼此相互附着的景象称粒彼此相互附着的景象称为粘附。粘附。n粉粉尘粘附性粘附性对除除尘过程的影响是双面的：一些除程的影响是双面的：一些除尘器的捕集机器的捕集机制就是依托制就是依托尘粒在捕集外表上被粘附；但粒在捕集外表上被粘附；但尘粒在气
18、体管道和粒在气体管道和净化化设备壁面上的粘附又能引起管道堵塞。壁面上的粘附又能引起管道堵塞。n附着的附着的强度称度称为粘附力，其大小可用断裂粘附力，其大小可用断裂强度来判度来判别。n断裂断裂强度表征粉度表征粉尘自粘性的目的，等于粉自粘性的目的，等于粉尘断裂所需的力除断裂所需的力除以其断裂的接触面以其断裂的接触面积n分分类：不粘性、微粘性、中等粘性、：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性粘性n粒径、外形、外表粗糙度、粒径、外形、外表粗糙度、润湿性、荷湿性、荷电量均影响粘附性量均影响粘附性粉尘的自燃性和爆炸性粉尘的自燃性和爆炸性n粉尘的自燃性粉尘的自燃性n自燃自燃n自然发热的缘由氧化热、分解热、聚合热
19、、发自然发热的缘由氧化热、分解热、聚合热、发酵热酵热n影响要素：粉尘的构造和物化特性、粉尘的存在影响要素：粉尘的构造和物化特性、粉尘的存在形状和环境形状和环境存放过程中自然发热存放过程中自然发热热量积累热量积累到达燃点到达燃点熄灭熄灭粉尘的爆炸性粉尘的爆炸性n粉粉尘发生爆炸必生爆炸必备的条件：的条件：n可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物到达一定的可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物到达一定的浓度度n最低可燃物最低可燃物浓度爆炸度爆炸浓度下限度下限n爆炸爆炸浓度上限度上限n存在能量足存在能量足够的火源的火源第三节第三节 净化安装的性能净化安装的性能n评价价净化安装性能的目的化安装性能的目的n技技术
20、目的目的n处置气体流量置气体流量n净化效率化效率n压力力损失失n经济目的目的n设备费n运运转费n占地面占地面积净化安装技术性能的表示方法净化安装技术性能的表示方法n处置气体流量处置气体流量n漏风率漏风率n压力损失压力损失总净化效率的表示方法总净化效率的表示方法n总净化效率化效率n经过率率n分分级除除尘效率效率指除指除尘安装安装对某一粒径某一粒径dpi 或粒或粒径径间隔隔dp内粉内粉尘的除的除尘效率。效率。 n分割粒径除分割粒径除尘效率效率为50时所所对应的粒径的粒径分级效率与总效率的关系分级效率与总效率的关系n由总效率求分级效率由总效率求分级效率n由分级效率求总效率由分级效率求总效率多级串联的
21、总净化效率多级串联的总净化效率n总分级经过率总分级经过率n总分级效率总分级效率n总除尘效率总除尘效率第四节第四节 颗粒捕集的实际根底颗粒捕集的实际根底n对颗粒施加外力使粒施加外力使颗粒相粒相对气流气流产生一定位移并从气流生一定位移并从气流中分中分别n颗粒捕集粒捕集过程中需求思索的作用力：外力、流体阻力、程中需求思索的作用力：外力、流体阻力、颗粒粒间相互作用力相互作用力n外力：重力、离心力、外力：重力、离心力、惯性力、静性力、静电力、磁力、力、磁力、热力、力、泳力等泳力等n颗粒粒间相互作用力：相互作用力：颗粒粒浓度不高度不高时可以忽略可以忽略流体阻力流体阻力n流体阻力外形阻力摩擦阻力流体阻力外形
22、阻力摩擦阻力n阻力的方向和速度向量方向相反阻力的方向和速度向量方向相反n n n n 对于球形颗粒，得到对于球形颗粒，得到n流体阻力与雷诺数的函数关系流体阻力与雷诺数的函数关系n n 流体阻力流体阻力n颗粒尺寸与气体平均自在程接近粒尺寸与气体平均自在程接近时，颗粒粒发生滑生滑动，此，此时流体阻力将减小流体阻力将减小需作坎宁需作坎宁汉修正修正n对大于大于1m的粒子，在常温常的粒子，在常温常压下的空气中运下的空气中运动时普通可忽普通可忽略滑略滑动修正。修正。n温度越高、压力越低、粒径越小，温度越高、压力越低、粒径越小，C值越大。值越大。阻力导致的减速运动阻力导致的减速运动n根据牛顿第二定律根据牛顿
23、第二定律n假设仅思索假设仅思索Stokes区域区域n积分得积分得n速度由速度由u0减速到减速到u所迁移的间隔所迁移的间隔n假设引入坎宁汉修正系数假设引入坎宁汉修正系数Cn停顿间隔停顿间隔驰豫时间或松弛时间驰豫时间或松弛时间重力沉降重力沉降n力平衡关系力平衡关系nStokes颗粒的重力沉降末端速度忽略浮力影响颗粒的重力沉降末端速度忽略浮力影响n湍流过渡区湍流过渡区n牛顿区牛顿区nStokes直径直径n空气动力学直径空气动力学直径离心沉降离心沉降n力平衡关系力平衡关系nStokes颗粒的末端沉降速度颗粒的末端沉降速度静电沉降静电沉降n力平衡关系力平衡关系n静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用静
24、电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用 表示，表示，对于对于Stokes粒子：粒子：惯性沉降惯性沉降n颗粒接近靶时的运动情况颗粒接近靶时的运动情况惯性碰撞惯性碰撞n惯性碰撞的捕集效率取决于三个要素惯性碰撞的捕集效率取决于三个要素n气流速度在靶周围的分布，用气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量衡量n颗粒运动轨迹，用颗粒运动轨迹，用Stokes数描画数描画n颗粒对捕集体的附着，通常假定为颗粒对捕集体的附着，通常假定为100惯性碰撞惯性碰撞n惯性碰撞分级效率惯性碰撞分级效率与与 的关系的关系拦截拦截n直接拦截发生在颗粒距捕集体直接拦截发生在颗粒距捕集体dp/2的间隔内的间隔内n拦截效率用直接拦截比拦
25、截效率用直接拦截比R表示表示n对于惯性大的颗粒对于惯性大的颗粒n对于惯性小的颗粒对于惯性小的颗粒分散沉降分散沉降n分散系数和均方根位移分散系数和均方根位移n布朗分散作用对于小粒子的捕集影响较大布朗分散作用对于小粒子的捕集影响较大n颗粒的分散类似于气体分子的分散颗粒的分散类似于气体分子的分散n对于粒径约等于或大于气体分子平均自在程的颗粒对于粒径约等于或大于气体分子平均自在程的颗粒n对于粒径大于分子但小于气体平均自在程的颗粒对于粒径大于分子但小于气体平均自在程的颗粒n颗粒的均方根位移时间颗粒的均方根位移时间t秒钟秒钟分散沉降分散沉降n规范形状下布朗分散平均位移与重力沉降的比较规范形状下布朗分散平均位移与重力沉降的比较分散沉降效率分散沉降效率n分散沉降效率取决于皮克莱数分散沉降效率取决于皮克莱数Pe和雷诺数和雷诺数ReDn粘性流单个圆柱体的效率粘性流单个圆柱体的效率n势流单个圆柱体效率势流单个圆柱体效率n孤立球形捕集体孤立球形捕集体n从实际上讲，从实际上讲， 是能够的是能够的分散沉降效率分散沉降效率n惯性碰撞、直接拦截和布朗分散的比较惯性碰撞、直接拦截和布朗分散的比较
