第章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件

第五章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)1.粉塵的粒徑及粒徑分布2.粉塵的物理性質(zhì)3.凈化裝置的性能4.顆粒捕集理論基礎(chǔ)第五章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)1第一節(jié)顆粒的粒徑及粒徑分布大氣污染中涉及到的顆粒物，一般指粒徑介于0.01～100μm的粒子。顆粒的大小不同，其物理、化學(xué)特性不同，對人和環(huán)境的危害亦不同，而且對除塵裝置的影響甚大，因此顆粒的大小是顆粒物的基本特性之一。實際顆粒的形狀多是不規(guī)則的，所以需要按一定的方法確定一個表示顆粒大小的代表性尺寸，作為顆粒的直徑，簡稱為粒徑。

一般將粒徑反映單個顆粒的單一粒徑和反映由不同顆粒組成的顆粒群的平均粒徑第一節(jié)顆粒的粒徑及粒徑分布大氣污染中涉及到的顆粒物，一般指2單一顆粒的粒徑投影徑定向直徑dF（Feret直徑）：各顆粒在投影圖中同一方向上的最大投影長度定向面積等分直徑dM（Martin直徑）：各顆粒在投影圖中同一方向?qū)㈩w粒投影面積二等分的線段長度投影面積直徑dA(Heywood直徑):與顆粒投影面積相等的圓的直徑

a-定向直徑b-定向面積等分直徑c-投影面積直徑Heywood測定分析表明，同一顆粒的dF>dA>dM單一顆粒的粒徑a-定向直徑b-定向面積等分直徑c-投影面積直3篩分徑篩分直徑：顆粒能夠通過的最小方篩孔的寬度篩孔的大小，用目(－每英寸長度上篩孔的個數(shù))表示當量直徑光散射法等體積直徑dV：與顆粒體積相等的球體的直徑沉降法斯托克斯（Stokes）直徑ds：同一流體中與顆粒密度相同、沉降速度相等的球體直徑空氣動力學(xué)當量直徑da：在空氣中與顆粒沉降速度相等的單位密度（1g/cm3）的球體的直徑

斯托克斯直徑和空氣動力學(xué)當量直徑與顆粒的空氣動力學(xué)行為密切相關(guān)，是除塵技術(shù)中應(yīng)用最多的兩種直徑篩分徑4粒徑分布粒徑分布指不同粒徑范圍內(nèi)顆粒的個數(shù)（或質(zhì)量或表面積）所占的比例。除塵技術(shù)中多采用粒徑的質(zhì)量分布。粒數(shù)分布:每一粒徑間隔內(nèi)的顆粒個數(shù)分布。粒數(shù)頻率：第i個間隔中的顆粒個數(shù)ni與顆?？倲?shù)Σni之比粒徑分布粒徑分布指不同粒徑范圍內(nèi)顆粒的個數(shù)（或質(zhì)量或表面積）5粒數(shù)篩下累積頻率：小于第i個間隔上限粒徑的所有顆粒個數(shù)占總顆粒數(shù)的百分比粒數(shù)篩上累積頻率：大于第i個間隔上限粒徑的所有顆粒個數(shù)占總顆粒數(shù)的百分比篩上分布為減函數(shù)；篩下分布為增函數(shù)。粒數(shù)頻率密度（粒數(shù)頻度）——單位粒徑間隔時的頻率粒數(shù)篩下累積頻率：小于第i個間隔上限粒徑的所有顆粒個數(shù)占總顆6粒數(shù)分布的測定及計算0.425粒數(shù)分布的測定及計算0.4257粒數(shù)眾徑——頻度p最大時對應(yīng)的粒徑，此時粒數(shù)中位徑（NMD）——累計頻率F=0.5時對應(yīng)的粒徑F粒徑粒數(shù)眾徑——頻度p最大時對應(yīng)的粒徑，此時F粒徑8粒徑分布質(zhì)量分布類似于數(shù)量分布，也有質(zhì)量頻率(gi)、質(zhì)量篩下累積頻率(Gi)、質(zhì)量頻率密度(q)等在所有顆粒具有相同密度、顆粒質(zhì)量與粒徑立方成正比的假設(shè)下，粒數(shù)分布與質(zhì)量分布可以相互換算同樣的，也有質(zhì)量眾徑和質(zhì)量中位徑（MMD）粒徑分布質(zhì)量分布9平均粒徑前面定義的眾徑和中位徑是常用的平均粒徑之一長度平均直徑表面積平均直徑體積平均直徑體積－表面積平均直徑平均粒徑前面定義的眾徑和中位徑是常用的平均粒徑之一10粒徑分布函數(shù)用一些半經(jīng)驗函數(shù)描述一定種類粉塵的粒徑分布正態(tài)分布頻率密度篩下累積頻率標準差——算術(shù)平均粒徑；dp——粒徑；σ——標準差，N——粉塵粒子的總個數(shù)。其特征數(shù)為：σ，。特點：圖形對稱，眾位徑dd=中位徑d50=平均粒徑粒徑分布函數(shù)用一些半經(jīng)驗函數(shù)描述一定種類粉塵的粒徑分布11o大oo大o12粒徑分布函數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）正態(tài)分布是最簡單的分布函數(shù)（1）（2）累計頻率曲線在正態(tài)概率坐標紙上為一條直線，其斜率取決于σ（3）正態(tài)分布函數(shù)很少用于描述粉塵的粒徑分布，因為大多數(shù)粉塵的頻度曲線向大顆粒方向偏移粒徑分布函數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）13第章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件14粒徑分布函數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線粒徑分布函數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線15對數(shù)正態(tài)分布粉塵粒徑分布曲線很少像正態(tài)分布那樣成對稱的鐘形曲線，以lndp代替dp就可以將其轉(zhuǎn)化為近似正態(tài)分布曲線的對稱性鐘形曲線。特征數(shù)：幾何平均粒徑dg=d50，（幾何標準差）對數(shù)正態(tài)分布特征數(shù)：幾何平均粒徑dg=d50，（幾何標16粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線17對數(shù)正態(tài)分布對數(shù)正態(tài)分布在對數(shù)概率坐標紙上為一直線，斜率決定于可用、MMD和NMD計算出各種平均直徑MMD：質(zhì)量中位直徑NMD：個數(shù)中位直徑SMD：表面積中位直徑對數(shù)正態(tài)分布可用、MMD和NMD計算出各種平均直18例某粉煤燃燒產(chǎn)生的飛灰的粒徑分布遵從對數(shù)正態(tài)分布，當以質(zhì)量表示其粒徑分布時，中位徑為21.5μm，dp（D=15.87%）=9.8μm。試確定以及個數(shù)表示時對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)的特征值和算術(shù)平均粒徑。解：對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)的特征數(shù)是中位徑和幾何標準差。由于對數(shù)正態(tài)分布以個數(shù)和質(zhì)量表示的幾何標準差相等，故即為以個數(shù)表示的幾何標準差。

NMDμmμm例某粉煤燃燒產(chǎn)生的飛灰的粒徑分布遵從對數(shù)正態(tài)分布，當以質(zhì)19粒徑分布函數(shù)羅辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）

若設(shè)得到一般多選用質(zhì)量中位徑或粒徑分布函數(shù)羅辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）20粒徑分布函數(shù)羅辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）判斷是否符合R－R分布應(yīng)為一條直線該直線的斜率為n，截距為lgβ

R－R的適用范圍較廣，特別對破碎、研磨、篩分過程產(chǎn)生的較細粉塵更為適用’，粒徑分布函數(shù)羅辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）21第二節(jié)粉塵的物理性質(zhì)粉塵的密度單位體積粉塵的質(zhì)量，kg/m3或g/cm3粉塵體積不包括顆粒內(nèi)部和之間的縫隙－真密度用堆積體積計算——堆積密度空隙率——粉塵顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積總體積之比第二節(jié)粉塵的物理性質(zhì)粉塵的密度22粉塵的安息角與滑動角安息角：粉塵從漏斗連續(xù)落下自然堆積形成的圓錐體母線與地面的夾角滑動角：自然堆積在光滑平板上的粉塵隨平板做傾斜運動時粉塵開始發(fā)生滑動的平板傾角安息角與滑動角是評價粉塵流動特性的重要指標安息角和滑動角的影響因素：粉塵粒徑、含水率、顆粒形狀、顆粒表面光滑程度、粉塵粘性粉塵的安息角與滑動角安息角：粉塵從漏斗連續(xù)落下自然堆積形成的23粉塵的比表面積粉塵表面積對于粉塵的物理、化學(xué)和生物活性有重要影響，比表面積大的粉塵通過捕集體的阻力增加，氧化、溶解、蒸發(fā)、吸附和催化效應(yīng)增強，爆炸性和毒性增大。單位體積粉塵所具有的表面積以質(zhì)量表示的比表面積以堆積體積表示的比表面積粉塵的比表面積粉塵表面積對于粉塵的物理、化學(xué)和生物活性有重要24粉塵的含水率粉塵中的水分包括附在顆粒表面和包含在凹坑和細孔中的自由水分以及顆粒內(nèi)部的結(jié)合水分含水率－水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量之比含水率影響粉塵的導(dǎo)電性、粘附性、流動性等物理特性吸濕現(xiàn)象粉塵的含水率粉塵中的水分包括附在顆粒表面和包含在凹坑和細孔中25粉塵的潤濕性潤濕性－粉塵顆粒與液體接觸后能夠互相附著或附著的難易程度的性質(zhì)潤濕性與粉塵的種類、粒徑、形狀、生成條件、組分、溫度、含水率、表面粗糙度及荷電性有關(guān)，還與液體的表面張力及塵粒與液體之間的粘附力和接觸方式有關(guān)。粉塵的潤濕性隨壓力增大而增大，隨溫度升高而下降潤濕速度－潤濕性是選擇濕式除塵器的主要依據(jù)粉塵的潤濕性潤濕性－粉塵顆粒與液體接觸后能夠互相附著或附著的26粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的荷電性粉塵的荷電性即粉塵帶電量大小，它對除塵過程有重要意義，電除塵器就通過粉塵荷電而將其捕集，袋式除塵器和濕式除塵器也可以利用粉塵或液滴荷電而增加捕集效率。天然粉塵和工業(yè)粉塵幾乎都有一定的電荷。使粉塵帶電的過程叫做荷電過程，包括自然荷電和人工荷電過程。荷電量隨溫度增高、表面積增大及含水率減小而增加，且與化學(xué)組成有關(guān)粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的荷電性27粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性是判斷是否使用電除塵器的依據(jù)，可以用比電阻表征：比電阻比電阻越大，則導(dǎo)電性越差。一般最適合電除塵器運行的比電阻范圍為：104～1010

影響導(dǎo)電性的因素有溫度、粉塵和氣體組成。不同溫度范圍內(nèi)，粉塵導(dǎo)電的機制各異。粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性28粉塵的粘附性粉塵顆粒附著在固體表面上，或顆粒彼此相互附著的現(xiàn)象稱為粘附。粉塵粘附性對除塵過程的影響是雙面的：一些除塵器的捕集機制就是依靠塵粒在捕集表面上被粘附；但塵粒在氣體管道和凈化設(shè)備壁面上的粘附又能引起管道堵塞。附著的強度稱為粘附力，其大小可用斷裂強度來判斷。斷裂強度－表征粉塵自粘性的指標，等于粉塵斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面積分類：不粘性、微粘性、中等粘性、強粘性粒徑、形狀、表面粗糙度、潤濕性、荷電量均影響粘附性粉塵的粘附性粉塵顆粒附著在固體表面上，或顆粒彼此相互附著的現(xiàn)29粉塵的自燃性和爆炸性粉塵的自燃性自燃自然發(fā)熱的原因－氧化熱、分解熱、聚合熱、發(fā)酵熱影響因素：粉塵的結(jié)構(gòu)和物化特性、粉塵的存在狀態(tài)和環(huán)境存放過程中自然發(fā)熱熱量積累達到燃點燃燒粉塵的自燃性和爆炸性粉塵的自燃性存放過程中自然發(fā)熱熱量積累達30粉塵的爆炸性粉塵發(fā)生爆炸必備的條件：可燃物與空氣或氧氣構(gòu)成的可燃混合物達到一定的濃度最低可燃物濃度－爆炸濃度下限爆炸濃度上限存在能量足夠的火源粉塵的爆炸性粉塵發(fā)生爆炸必備的條件：31第三節(jié)凈化裝置的性能評價凈化裝置性能的指標技術(shù)指標處理氣體流量凈化效率壓力損失經(jīng)濟指標設(shè)備費運行費占地面積第三節(jié)凈化裝置的性能評價凈化裝置性能的指標32凈化裝置技術(shù)性能的表示方法處理氣體流量漏風(fēng)率壓力損失凈化裝置技術(shù)性能的表示方法處理氣體流量33總凈化效率的表示方法總凈化效率通過率分級除塵效率——指除塵裝置對某一粒徑dpi

或粒徑間隔Δdp內(nèi)粉塵的除塵效率。分割粒徑－除塵效率為50％時所對應(yīng)的粒徑總凈化效率的表示方法總凈化效率34分級效率與總效率的關(guān)系由總效率求分級效率由分級效率求總效率分級效率與總效率的關(guān)系由總效率求分級效率35多級串聯(lián)的總凈化效率總分級通過率總分級效率總除塵效率多級串聯(lián)的總凈化效率總分級通過率36第四節(jié)顆粒捕集的理論基礎(chǔ)對顆粒施加外力使顆粒相對氣流產(chǎn)生一定位移并從氣流中分離顆粒捕集過程中需要考慮的作用力：外力、流體阻力、顆粒間相互作用力外力：重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、熱力、泳力等顆粒間相互作用力：顆粒濃度不高時可以忽略第四節(jié)顆粒捕集的理論基礎(chǔ)對顆粒施加外力使顆粒相對氣流產(chǎn)生一37流體阻力流體阻力＝形狀阻力＋摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反

對于球形顆粒，得到流體阻力流體阻力＝形狀阻力＋摩擦阻力對于球形顆粒，得到38流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系

流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系39流體阻力顆粒尺寸與氣體平均自由程接近時，顆粒發(fā)生滑動，此時流體阻力將減小——需作坎寧漢修正對大于1μm的粒子，在常溫常壓下的空氣中運動時一般可忽略滑動修正。溫度越高、壓力越低、粒徑越小，C值越大。流體阻力顆粒尺寸與氣體平均自由程接近時，顆粒發(fā)生滑動，此時流40阻力導(dǎo)致的減速運動根據(jù)牛頓第二定律若僅考慮Stokes區(qū)域積分得速度由u0減速到u所遷移的距離若引入坎寧漢修正系數(shù)C停止距離－馳豫時間或松弛時間阻力導(dǎo)致的減速運動根據(jù)牛頓第二定律－馳豫時間或松弛時間41重力沉降力平衡關(guān)系Stokes顆粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影響）湍流過渡區(qū)牛頓區(qū)Stokes直徑空氣動力學(xué)直徑重力沉降力平衡關(guān)系42離心沉降力平衡關(guān)系Stokes顆粒的末端沉降速度離心沉降力平衡關(guān)系43靜電沉降力平衡關(guān)系靜電沉降的末端速度習(xí)慣上稱為驅(qū)進速度，用表示，對于Stokes粒子：靜電沉降力平衡關(guān)系44慣性沉降顆粒接近靶時的運動情況慣性沉降顆粒接近靶時的運動情況45慣性碰撞慣性碰撞的捕集