大氣污染控制工程顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)

第5章顆粒污染物控制技術(shù)根底1教學(xué)內(nèi)容§1粉塵的粒徑及粒徑分布§2粉塵的物理性質(zhì)§3凈化安裝的性能§4顆粒捕集實際根底第5章顆粒污染物控制技術(shù)根底21、教學(xué)要求要求了解和掌握顆粒物的粒徑分布及其他物理性質(zhì)、評價凈化安裝性能的技術(shù)目的以及顆粒物捕集的動力學(xué)實際根底。2、教學(xué)重點要求了解除塵技術(shù)的實際根底，掌握顆粒污染物的性質(zhì)。3、教學(xué)難點除塵技術(shù)的實際根底以及顆粒物捕集的動力學(xué)實際根底。第5章顆粒污染物控制技術(shù)根底學(xué)時數(shù)：4學(xué)時3空氣污染物的性質(zhì)和存在形狀不同，其凈化機理、方法及所選用的安裝也各不一樣?？諝馕廴疚锓譃闅馊苣z〔顆粒物〕污染物和氣態(tài)污染物。以后各章將引見顆粒物的處置方法。氣溶膠〔AEROPAL〕是非均相污染物，主要污染物是分散于氣體介質(zhì)中的顆粒物〔固體、液體〕，可用除塵技術(shù)把粒狀物從氣體介質(zhì)中分別出來，分別方法普通采用物理法。根據(jù)：氣、固、液體粒子在物理性質(zhì)上的差別將其分別。機械法：利用重力、慣性力、離心力分別。過濾介質(zhì)分別：利用粒子的尺寸、分量較氣體分子大分別。濕式洗滌分別法：利用粒子易被水潤濕，凝拼增大而被捕獲的特性。電除塵：利用荷電性、靜電力分別。等等。第5章顆粒污染物控制技術(shù)根底4§1顆粒的粒徑及粒徑分布一、顆粒的粒徑定義：在實踐中，因顆粒大小、外形各異，故表示方法有所不同。普通分為兩類：單一粒徑：單個粒子的直徑；平均粒徑：粒子群的直徑。球形顆粒：d=直徑單一粒徑分成投影徑非球形顆粒：幾何當(dāng)量徑物理當(dāng)量徑5§1顆粒的粒徑及粒徑分布一、顆粒的粒徑〔1〕顯微鏡法定向直徑dF，也稱菲雷特〔Feret直徑〕：為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，也稱馬丁〔Martin直徑〕：為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，也稱黑烏德〔Heywood直徑〕：為與顆粒投影面積相等的圓的直徑Heywood測定分析闡明，同一顆粒的dF>dA>dM6一、顆粒的直徑顯微鏡法觀測粒徑直徑的三種方法a-定向直徑b-定向面積等分直徑c-投影面積直徑7一、顆粒的直徑〔2〕篩分法篩分直徑：顆?？梢越?jīng)過的最小方篩孔的寬度篩孔的大小用目表示－每英寸長度上篩孔的個數(shù)〔3〕光散射法等體積直徑dV：與顆粒體積相等的球體的直徑〔4〕沉降法斯托克斯〔Stokes〕直徑ds：同一流體中與顆粒密度一樣、沉降速度相等的球體直徑空氣動力學(xué)當(dāng)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(dāng)量直徑與顆粒的空氣動力學(xué)行為親密相關(guān)，是除塵技術(shù)中運用最多的兩種直徑8一、顆粒的直徑粒徑的測定結(jié)果與顆粒的外形有關(guān)通常用圓球度表示顆粒外形與球形不一致的程度圓球度：與顆粒體積相等的球體的外表積和顆粒的外表積之比Φs〔Φs<1〕正立方體Φs＝0.806，圓柱體Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)9一、顆粒的直徑某些顆粒的圓球度10二、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)量或外表積〕所占的比例1.個數(shù)分布:每一間隔內(nèi)的顆粒個數(shù)〔1〕個數(shù)頻率：第i個間隔中的顆粒個數(shù)ni與顆?？倲?shù)Σni之比∑?i﹦111由計算結(jié)果可繪出頻度分布f的直方圖，12二、粒徑分布〔2〕個數(shù)篩下累積頻率：小于第i個間隔上限粒徑的一切顆粒個數(shù)與顆粒總個數(shù)之比13二、粒徑分布〔3〕個數(shù)頻率密度14用粒徑間隔中值可繪出頻度分布曲線，見圖b。最大頻度的粒徑dom稱為眾徑。15二、粒徑分布粒數(shù)分布的測定及計算16二、粒徑分布粒數(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17二、粒徑分布2.質(zhì)量分布類似于數(shù)量分布，也有質(zhì)量頻率、質(zhì)量篩下累積頻率、質(zhì)量頻率密度在一切顆粒具有一樣密度、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〕18三、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外表積平均直徑體積平均直徑體積－外表積平均直徑19三、平均粒徑〔續(xù)〕幾何平均直徑對于頻率密度分布曲線對稱的分布，眾徑、中位徑和算術(shù)平均直徑相等頻率密度非對稱的分布，單分散氣溶膠，；否那么，20四、粒徑分布函數(shù)用一些半閱歷函數(shù)描畫一定種類粉塵的粒徑分布1.正態(tài)分布頻率密度篩下累積頻率規(guī)范差21四、粒徑分布函數(shù)1.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)很少用于描畫粉塵的粒徑分布，由于大多數(shù)粉塵的頻度曲線向大顆粒方向偏移22四、粒徑分布函數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線23四、粒徑分布函數(shù)2.對數(shù)正態(tài)分布以lndp替代dp得到的正態(tài)分布的頻度曲線24四、粒徑分布函數(shù)2.對數(shù)正態(tài)分布〔續(xù)〕對數(shù)正態(tài)分布在對數(shù)概率坐標紙上為不斷線，斜率決議于25四、粒徑分布函數(shù)2.對數(shù)正態(tài)分布〔續(xù)〕可用、MMD和NMD計算出各種平均直徑26四、粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線27四、粒徑分布函數(shù)3.羅辛－拉姆勒分布〔Rosin－Rammler〕

假設(shè)設(shè)得到普通多項選擇用質(zhì)量中位徑或28四、粒徑分布函數(shù)3.羅辛－拉姆勒分布〔Rosin－Rammler〕判別能否符合R－R分布應(yīng)為一條直線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分布指數(shù)n>1時，近似于對數(shù)正態(tài)分布；n>3時，更適宜于正態(tài)分布29§2粉塵的物理性質(zhì)一、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30二、粉塵的安息角與滑動角安息角：粉塵從漏斗延續(xù)落下自然堆積構(gòu)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場發(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目的安息角和滑動角的影響要素：粉塵粒徑、含水率、顆粒外形、顆粒外表光滑程度、粉塵粘性31三、粉塵的比外表積單位體積粉塵所具有的外表積以質(zhì)量表示的比外表積以堆積體積表示的比外表積32四、粉塵的含水率粉塵中的水分包括附在顆粒外表和包含在凹坑和細孔中的自在水分以及顆粒內(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景象平衡含水率33五、粉塵的潤濕性潤濕性－粉塵顆粒與液體接觸后可以相互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、外形、生成條件、組分、溫度、含水率、外表粗糙度及荷電性有關(guān)，還與液體的外表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根據(jù)34六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性1.粉塵的荷電性天然粉塵和工業(yè)粉塵幾乎都帶有一定的電荷荷電要素－電離輻射、高壓放電、高溫產(chǎn)生的離子或電子被捕獲、顆粒間或顆粒與壁面間摩擦、產(chǎn)生過程中荷電天然粉塵和人工粉塵的荷電量普通為最大荷電量的1/10荷電量隨溫度增高、外表積增大及含水率減小而添加，且與化學(xué)組成有關(guān)35六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性比電阻導(dǎo)電機制：高溫〔200oC以上〕，粉塵本體內(nèi)部的電子和離子—體積比電阻低溫〔100oC以下〕，粉塵外表吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)－外表比電阻中間溫度，同時起作用比電阻對電除塵器運轉(zhuǎn)有很大影響，最適宜范圍104～101036六、粉塵的導(dǎo)電性和荷電性典型溫度－比電阻曲線37六、粉塵的導(dǎo)電性和荷電性溫度和相對濕度對粉塵比電阻的影響較為枯燥的粉塵的比電阻在3000F〔420K〕左右到達最大值38七、粉塵的粘附性粘附和自粘景象粘附力－抑制附著景象所需求的力粘附力：分子力〔范德華力〕、毛細力、靜電力〔庫侖力〕斷裂強度－表征粉塵自粘性的目的，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、外形、外表粗糙度、潤濕性、荷電量均影響粘附性39八、粉塵的自燃性和爆炸性1.粉塵的自燃性自燃自然發(fā)熱的緣由－氧化熱、分解熱、聚合熱、發(fā)酵熱影響要素：粉塵的構(gòu)造和物化特性、粉塵的存在形狀和環(huán)境存放過程中自然發(fā)熱熱量積累到達燃點熄滅402.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)成的可燃混合物到達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41§3凈化安裝的性能一、評價凈化安裝性能的目的1.技術(shù)目的處置氣體流量凈化效率壓力損失2.經(jīng)濟目的設(shè)備費運轉(zhuǎn)費占地面積42一、凈化安裝技術(shù)性能的表示方法1.處置氣體流量漏風(fēng)率2.凈化效率3.壓力損失43二.凈化效率的表示方法1.總凈化效率2.經(jīng)過率3.分級除塵效率分割粒徑－除塵效率為50％的粒徑444.分級效率與總效率的關(guān)系〔1〕由總效率求分級效率〔2〕由分級效率求總效率455.多級串聯(lián)的總凈化效率總分級經(jīng)過率總分級效率總除塵效率46§4顆粒捕集的實際根底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別顆粒捕集過程中需求思索的作用力：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47一、流體阻力流體阻力＝外形阻力＋摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反

48一、流體阻力流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系

49一、流體阻力顆粒尺寸與氣體平均自在程接近時，顆粒發(fā)生滑動——坎寧漢修正50二、阻力導(dǎo)致的減速運動根據(jù)牛頓第二定律假設(shè)僅思索Stokes區(qū)域積分得速度由u0減速到u所遷移的間隔假設(shè)引入坎寧漢修正系數(shù)C停頓間隔－馳豫時間或松弛時間51三、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52四、離心沉降力平衡關(guān)系Stokes顆粒的末端沉降速度53五、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：54六、慣性沉降顆粒接近靶時的運動情況551.慣性碰撞慣性碰撞的捕集效率取決于三個要素氣流速度在靶周圍的分布，用ReD衡量顆粒運動軌跡，用Stokes數(shù)描畫顆粒對捕集體的附著，通常假定為100％561.慣性碰撞慣性碰撞分級效率與的關(guān)系572.攔截直接攔截發(fā)生在顆粒距捕集體dp/2的間隔內(nèi)攔截效率用直接攔截比R表示對于慣性大的顆粒對于慣性小的顆粒58七、分散沉降1.分散系數(shù)和均方根位移顆粒的分散類似于氣體分子的分散對于粒徑約等于或大于氣體分子平均自在程的顆粒對于粒徑大于分子但小于氣體平均自在程的顆粒布朗分散作用對于小粒子的捕集影響較大顆粒的均方根位移〔時間t秒鐘〕