颗粒污染物控制技术基础

颗粒污染物控制技术基础第1页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.1颗粒的粒径及粒径分布

5.1.1单个颗粒的粒径1.粒径的概念

形状不规则的颗粒按一定的方法确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称为粒径。可通过显微镜法、筛分法、光散射法和沉降法获得第2页，共66页，2023年，2月20日，星期二颗粒的粒径【显微镜法】定向直径定向面积等分直径投影面积直径第3页，共66页，2023年，2月20日，星期二颗粒的直径筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径第4页，共66页，2023年，2月20日，星期二斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/cm3）的球体的直径颗粒的粒径【沉降法】第5页，共66页，2023年，2月20日，星期二颗粒的直径圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比Φs（Φs<1）正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)第6页，共66页，2023年，2月20日，星期二正方体球体体积a3πd3/6表面积6a2πd2第7页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.1.2粒径分布粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例个数分布:每一间隔内的颗粒个数个数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数Σni之比第8页，共66页，2023年，2月20日，星期二粒径分布粒数筛下累积频率：小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比粒数中位径（NMD）－累计频率F=0.5时对应的粒径第9页，共66页，2023年，2月20日，星期二粒径分布粒数频率密度第10页，共66页，2023年，2月20日，星期二粒数分布的测定及计算第11页，共66页，2023年，2月20日，星期二粒径分布——质量分布类似于数量分布，也有质量频率、质量筛下累积频率、质量频率密度等在所有颗粒具有相同密度、颗粒质量与粒径立方成正比的假设下，粒数分布与质量分布可以相互换算同样的，也有质量众径和质量中位径（MMD）第12页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.1.3平均粒径众径和中位径是常用的平均粒径之一长度平均直径表面积平均直径体积平均直径体积－表面积平均直径第13页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.1.3平均粒径（续）几何平均直径对于频率密度分布曲线对称的分布，众径、中位径和算术平均直径相等频率密度非对称的分布，单分散气溶胶，；否则，第14页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.1.4粒径分布函数用一些半经验函数描述一定种类粉尘的粒径分布正态分布频率密度筛下累积频率标准差第15页，共66页，2023年，2月20日，星期二正态分布（续）正态分布是最简单的分布函数（1）（2）累计频率曲线在正态概率坐标纸上为一条直线，其斜率取决于σ（3）正态分布函数很少用于描述粉尘的粒径分布，因为大多数粉尘的频度曲线向大颗粒方向偏移第16页，共66页，2023年，2月20日，星期二粒径分布函数正态分布的累积频率分布曲线第17页，共66页，2023年，2月20日，星期二粒径分布函数——对数正态分布以lndp代替dp得到的正态分布的频度曲线第18页，共66页，2023年，2月20日，星期二对数正态分布（续）对数正态分布在对数概率坐标纸上为一直线，斜率决定于第19页，共66页，2023年，2月20日，星期二对数正态分布（续）可用、MMD和NMD计算出各种平均直径第20页，共66页，2023年，2月20日，星期二对数正态分布的累积频率分布曲线第21页，共66页，2023年，2月20日，星期二粒径分布函数——罗辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）判断是否符合R－R分布

应为一条直线R－R的适用范围较广，特别对破碎、研磨、筛分过程产生的较细粉尘更为适用分布指数n>1时，近似于对数正态分布；n>3时，更适合于正态分布第22页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.2粉尘的物理性质5.2.1粉尘的密度单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3真密度

——粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙堆积密度

——用堆积体积计算空隙率——粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比第23页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.2.2粉尘的安息角与滑动角安息角：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角。第24页，共66页，2023年，2月20日，星期二滑动角：自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角第25页，共66页，2023年，2月20日，星期二安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径含水率颗粒形状颗粒表面光滑程度粉尘粘性第26页，共66页，2023年，2月20日，星期二判断题：球度大的粉尘所需要的输灰管路的倾角也要大。×第27页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.2.3粉尘的比表面积单位体积粉尘所具有的表面积以质量表示的比表面积以堆积体积表示的比表面积第28页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.2.4粉尘的含水率粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分含水率－水分质量与粉尘总质量之比吸湿现象平衡含水率第29页，共66页，2023年，2月20日，星期二粉尘含水率对下列特性有何影响？（1）粘性（2）导电性（3）腐蚀性（4）流动性↑↑↑↓第30页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.2.5粉尘的润湿性

——选择湿式除尘器的主要依据润湿性－粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质润湿速度－第31页，共66页，2023年，2月20日，星期二影响润湿性的因素粉尘：粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性等液体：表面张力尘粒与液体之间的粘附力和接触方式粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降第32页，共66页，2023年，2月20日，星期二思考题：比较下列物质的润湿性＞＞＞＞＜＞第33页，共66页，2023年，2月20日，星期二下列哪些粉尘最适合用湿法除尘？沥青灰煤粉石英粉锅炉飞灰答案：D第34页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.2.6粉尘的荷电性和导电性【荷电性】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。荷电因素——电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学组成有关第35页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.2.6粉尘的荷电性和导电性【导电性】比电阻导电机制比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围104～1010Ω·cm典型温度－比电阻曲线第36页，共66页，2023年，2月20日，星期二思考：左图是燃煤锅炉飞灰比电阻与粉尘和气体组成关系，试解释该现象。第37页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.2.7粉尘的粘附性粘附和自粘现象粘附力－克服附着现象所需要的力粘附力：分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）断裂强度－表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性第38页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.2.8粉尘的自燃性和爆炸性【自燃性】自燃自然发热的原因——氧化热、分解热、聚合热、发酵热影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境存放过程中自然发热热量积累达到燃点燃烧第39页，共66页，2023年，2月20日，星期二【爆炸性】粉尘发生爆炸必备的条件：可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度最低可燃物浓度－爆炸浓度下限爆炸浓度上限存在能量足够的火源第40页，共66页，2023年，2月20日，星期二第41页，共66页，2023年，2月20日，星期二第42页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.3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第43页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.3.1处理气体流量处理气体流量漏风率第44页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.3.2压力损失净化装置的压力损失是进口和出口气流全压之比，代表净化装置能耗大小。压力损失与净化装置进口气流的动压成正比，有：压力损失增大对净化装置意味着什么？第45页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.3.3净化效率总净化效率通过率分级除尘效率分割粒径－除尘效率为50％的粒径第46页，共66页，2023年，2月20日，星期二分级效率与总效率的关系由总效率求分级效率由分级效率求总效率第47页，共66页，2023年，2月20日，星期二多级串联的总净化效率总分级通过率总分级效率总除尘效率第48页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.4颗粒捕集的理论基础对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略第49页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.4.1流体阻力生活中的流体阻力第50页，共66页，2023年，2月20日，星期二流体阻力形状阻力：摩擦阻力：颗粒做相对运动时排开周围流体而受到的形状阻力

颗粒与周围流体产生摩擦而受到的摩擦阻力

第51页，共66页，2023年，2月20日，星期二流体阻力总是与运动向量方向相反，阻力的大小与颗粒粒径、形状、运动速度、流体特性有关，流体阻力的基本方程为：第52页，共66页，2023年，2月20日，星期二第53页，共66页，2023年，2月20日，星期二颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动——坎宁汉修正第54页，共66页，2023年，2月20日，星期二第55页，共66页，2023年，2月20日，星期二第56页，共66页，2023年，2月20日，星期二第57页，共66页，2023年，2月20日，星期二第58页，共66页，2023年，2月20日，星期二第59页，共66页，2023年，2月20日，星期二第60页，共66页，2023年，2月20日，星期二5.4.2重力沉降力平衡关系Stokes颗粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影响）湍流过渡区牛顿区Stokes直径