大气污染控制工程颗粒污染物控制技术基础

第5章颗粒污染物控制技术根底1教学内容§1粉尘的粒径及粒径分布§2粉尘的物理性质§3净化安装的性能§4颗粒捕集实际根底第5章颗粒污染物控制技术根底21、教学要求要求了解和掌握颗粒物的粒径分布及其他物理性质、评价净化安装性能的技术目的以及颗粒物捕集的动力学实际根底。2、教学重点要求了解除尘技术的实际根底，掌握颗粒污染物的性质。3、教学难点除尘技术的实际根底以及颗粒物捕集的动力学实际根底。第5章颗粒污染物控制技术根底学时数：4学时3空气污染物的性质和存在形状不同，其净化机理、方法及所选用的安装也各不一样。空气污染物分为气溶胶〔颗粒物〕污染物和气态污染物。以后各章将引见颗粒物的处置方法。气溶胶〔AEROPAL〕是非均相污染物，主要污染物是分散于气体介质中的颗粒物〔固体、液体〕，可用除尘技术把粒状物从气体介质中分别出来，分别方法普通采用物理法。根据：气、固、液体粒子在物理性质上的差别将其分别。机械法：利用重力、惯性力、离心力分别。过滤介质分别：利用粒子的尺寸、分量较气体分子大分别。湿式洗涤分别法：利用粒子易被水润湿，凝拼增大而被捕获的特性。电除尘：利用荷电性、静电力分别。等等。第5章颗粒污染物控制技术根底4§1颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径定义：在实践中，因颗粒大小、外形各异，故表示方法有所不同。普通分为两类：单一粒径：单个粒子的直径；平均粒径：粒子群的直径。球形颗粒：d=直径单一粒径分成投影径非球形颗粒：几何当量径物理当量径5§1颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径〔1〕显微镜法定向直径dF，也称菲雷特〔Feret直径〕：为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度定向面积等分直径dM，也称马丁〔Martin直径〕：为各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度投影面积直径dA，也称黑乌德〔Heywood直径〕：为与颗粒投影面积相等的圆的直径Heywood测定分析阐明，同一颗粒的dF>dA>dM6一、颗粒的直径显微镜法观测粒径直径的三种方法a-定向直径b-定向面积等分直径c-投影面积直径7一、颗粒的直径〔2〕筛分法筛分直径：颗粒可以经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〔3〕光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径〔4〕沉降法斯托克斯〔Stokes〕直径ds：同一流体中与颗粒密度一样、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〕的球体的直径斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为亲密相关，是除尘技术中运用最多的两种直径8一、颗粒的直径粒径的测定结果与颗粒的外形有关通常用圆球度表示颗粒外形与球形不一致的程度圆球度：与颗粒体积相等的球体的外表积和颗粒的外表积之比Φs〔Φs<1〕正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)9一、颗粒的直径某些颗粒的圆球度10二、粒径分布粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数〔或质量或外表积〕所占的比例1.个数分布:每一间隔内的颗粒个数〔1〕个数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数Σni之比∑ƒi﹦111由计算结果可绘出频度分布f的直方图，12二、粒径分布〔2〕个数筛下累积频率：小于第i个间隔上限粒径的一切颗粒个数与颗粒总个数之比13二、粒径分布〔3〕个数频率密度14用粒径间隔中值可绘出频度分布曲线，见图b。最大频度的粒径dom称为众径。15二、粒径分布粒数分布的测定及计算16二、粒径分布粒数众径－频度p最大时对应的粒径，此时粒数中位径〔NMD〕－累计频率F=0.5时对应的粒径17二、粒径分布2.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、质量频率密度在一切颗粒具有一样密度、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〕18三、平均粒径前面定义的众径和中位径是常用的平均粒径之一长度平均直径外表积平均直径体积平均直径体积－外表积平均直径19三、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，；否那么，20四、粒径分布函数用一些半阅历函数描画一定种类粉尘的粒径分布1.正态分布频率密度筛下累积频率规范差21四、粒径分布函数1.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画粉尘的粒径分布，由于大多数粉尘的频度曲线向大颗粒方向偏移22四、粒径分布函数正态分布的累积频率分布曲线23四、粒径分布函数2.对数正态分布以lndp替代dp得到的正态分布的频度曲线24四、粒径分布函数2.对数正态分布〔续〕对数正态分布在对数概率坐标纸上为不断线，斜率决议于25四、粒径分布函数2.对数正态分布〔续〕可用、MMD和NMD计算出各种平均直径26四、粒径分布函数对数正态分布的累积频率分布曲线27四、粒径分布函数3.罗辛－拉姆勒分布〔Rosin－Rammler〕

假设设得到普通多项选择用质量中位径或28四、粒径分布函数3.罗辛－拉姆勒分布〔Rosin－Rammler〕判别能否符合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，更适宜于正态分布29§2粉尘的物理性质一、粉尘的密度单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙－真密度用堆积体积计算——堆积密度空隙率——粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比30二、粉尘的安息角与滑动角安息角：粉尘从漏斗延续落下自然堆积构成的圆锥体母线与地面的夹角滑动角：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场发生滑动的平板倾角安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要目的安息角和滑动角的影响要素：粉尘粒径、含水率、颗粒外形、颗粒外表光滑程度、粉尘粘性31三、粉尘的比外表积单位体积粉尘所具有的外表积以质量表示的比外表积以堆积体积表示的比外表积32四、粉尘的含水率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自在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含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性吸湿景象平衡含水率33五、粉尘的润湿性润湿性－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粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降润湿速度－润湿性是选择湿式除尘器的主要根据34六、粉尘的荷电性和导电性1.粉尘的荷电性天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷荷电要素－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、产生过程中荷电天然粉尘和人工粉尘的荷电量普通为最大荷电量的1/10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35六、粉尘的荷电性和导电性粉尘的导电性比电阻导电机制：高温〔200oC以上〕，粉尘本体内部的电子和离子—体积比电阻低温〔100oC以下〕，粉尘外表吸附的水分或其他化学物质－外表比电阻中间温度，同时起作用比电阻对电除尘器运转有很大影响，最适宜范围104～101036六、粉尘的导电性和荷电性典型温度－比电阻曲线37六、粉尘的导电性和荷电性温度和相对湿度对粉尘比电阻的影响较为枯燥的粉尘的比电阻在3000F〔420K〕左右到达最大值38七、粉尘的粘附性粘附和自粘景象粘附力－抑制附着景象所需求的力粘附力：分子力〔范德华力〕、毛细力、静电力〔库仑力〕断裂强度－表征粉尘自粘性的目的，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、外形、外表粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性39八、粉尘的自燃性和爆炸性1.粉尘的自燃性自燃自然发热的缘由－氧化热、分解热、聚合热、发酵热影响要素：粉尘的构造和物化特性、粉尘的存在形状和环境存放过程中自然发热热量积累到达燃点熄灭402.粉尘的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到达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41§3净化安装的性能一、评价净化安装性能的目的1.技术目的处置气体流量净化效率压力损失2.经济目的设备费运转费占地面积42一、净化安装技术性能的表示方法1.处置气体流量漏风率2.净化效率3.压力损失43二.净化效率的表示方法1.总净化效率2.经过率3.分级除尘效率分割粒径－除尘效率为50％的粒径444.分级效率与总效率的关系〔1〕由总效率求分级效率〔2〕由分级效率求总效率455.多级串联的总净化效率总分级经过率总分级效率总除尘效率46§4颗粒捕集的实际根底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别颗粒捕集过程中需求思索的作用力：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47一、流体阻力流体阻力＝外形阻力＋摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反

48一、流体阻力流体阻力与雷诺数的函数关系

49一、流体阻力颗粒尺寸与气体平均自在程接近时，颗粒发生滑动——坎宁汉修正50二、阻力导致的减速运动根据牛顿第二定律假设仅思索Stokes区域积分得速度由u0减速到u所迁移的间隔假设引入坎宁汉修正系数C停顿间隔－驰豫时间或松弛时间51三、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直径空气动力学直径52四、离心沉降力平衡关系Stokes颗粒的末端沉降速度53五、静电沉降力平衡关系静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用表示，对于Stokes粒子：54六、惯性沉降颗粒接近靶时的运动情况551.惯性碰撞惯性碰撞的捕集效率取决于三个要素气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量颗粒运动轨迹，用Stokes数描画颗粒对捕集体的附着，通常假定为100％561.惯性碰撞惯性碰撞分级效率与的关系572.拦截直接拦截发生在颗粒距捕集体dp/2的间隔内拦截效率用直接拦截比R表示对于惯性大的颗粒对于惯性小的颗粒58七、分散沉降1.分散系数和均方根位移颗粒的分散类似于气体分子的分散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大于分子但小于气体平均自在程的颗粒布朗分散作用对于小粒子的捕集影响较大颗粒的均方根位移〔时间t秒钟〕