大氣污染控制工程

1、湍流與大氣穩(wěn)定度1、湍流 下墊面復(fù)雜多變導(dǎo)致邊界層大氣運(yùn)動表現(xiàn)為湍流運(yùn)動 是高度復(fù)雜的三維非穩(wěn)態(tài)、帶旋轉(zhuǎn)的不規(guī)則流動 Van.Kavman 和 I.G Taylor 的定義：流體和氣體中出現(xiàn)的一種無規(guī)則流動現(xiàn)象，當(dāng)流體流過 固體邊界或相固流體相互流過時會產(chǎn)生湍流 Hinze 的定義：時間和空間上的一種不規(guī)則的隨 機(jī)變化，可利用不同的統(tǒng)計平均值來統(tǒng)計 在一定雷諾數(shù)下，流體表現(xiàn)在時間和空間上的隨機(jī)脈動運(yùn)動，流體中含有大量不同尺度的渦 旋 (eddy) 。 湍流對大氣物質(zhì)和能量的交換與輸送起著重要作用 流體從流動類型上可分為層流(平流)與湍流(亂流) 研究流動類型的意義在于解決流體流動中的能量消耗計

2、算問題 邊界層邊界層( boundary layer )是高雷諾數(shù)繞流中緊貼物面的粘性力不可忽略的流動薄層 湍流概念和判據(jù) 湍流是流體的一種極其復(fù)雜的無規(guī)則運(yùn)動，其流場各特征是隨時間和空間的隨機(jī)變量，符合 統(tǒng)計學(xué)規(guī)律 判斷流體特性的常用參數(shù)有雷諾數(shù)Re理查遜數(shù)R i等1 為湍流，小于 1 為層流雷諾數(shù) : 可判斷某流體是層流還是湍流，判斷某多種流體是否為性質(zhì)相似的流體 表達(dá)式為： 其中：平均流速U、流動特征長度L、流體運(yùn)動粘滯系數(shù) 實質(zhì)是：“特征慣性力 / 特征粘性力” 對流體的要求：連續(xù)、均質(zhì)、不可壓，運(yùn)動穩(wěn)定 雷諾數(shù)主要是判斷流體是層流或湍流的判據(jù)，雷諾數(shù)大于 空氣的雷諾數(shù)很大，因此，空氣

3、運(yùn)動通常是湍流運(yùn)動但大氣不是均勻介質(zhì)，有明顯的密度梯度，且密度梯度存在明顯的日變化，所以不能把大氣 作為均勻不可壓縮流體來處理，一般以理查遜數(shù)Ri來判斷在小雷諾數(shù)情況下，力和運(yùn)動速度的關(guān)系遵從斯托克斯定律 理查遜數(shù)R i:理查遜數(shù)R i的物理意義：流體微團(tuán)鉛直運(yùn)動時反抗凈舉力作功消耗的能量與 因存在湍流粘性由平均動能轉(zhuǎn)化的脈動動能的比值 消耗能少于獲得能時，湍流將加強(qiáng)，反之則減弱，所以理查遜數(shù)R 理查遜數(shù)R i反應(yīng)的是湍流的消長情況 由于理查遜數(shù)R i對數(shù)據(jù)要求很嚴(yán)格，在實際應(yīng)用中一般用穩(wěn)定度比SR來近似代替2、大氣穩(wěn)定度 : 簡單的判斷 : 對大氣穩(wěn)定度最簡單的判斷就是采用氣溫垂直遞減率法

4、溫度的垂直遞減率 /100m 干絕熱垂直遞減率i的臨界值為1Y：Yd空氣升高或降低單位高度引起的溫度垂直變化，通常狀況為：空氣處于干絕熱狀態(tài)單位高度引起的溫度垂直變化，大小1C0.6 C/100m(0.98 C /100m ) 濕絕熱垂直遞減率 /100m丫大于丫 d時，大氣絕對不穩(wěn)定 丫小于丫 a時，大氣絕對穩(wěn)定 丫處于丫 a- Yd時，大氣條件 穩(wěn)定 穩(wěn)定度的判斷：穩(wěn)定度比SR: S R0時，湍流被抑制，大氣穩(wěn)定SRVO時，湍流發(fā)展，大氣不穩(wěn)定S R=0時，湍流維持原狀，大氣處于中性煙流形狀與大氣穩(wěn)定度大氣不穩(wěn)定，多白天，垂直擴(kuò)散強(qiáng)烈，地面最大濃度距離源頭較近，濃度也較高 (波浪形 )Ya

5、：空氣處于濕絕熱狀態(tài)單位高度引起的溫度垂直變化，小于0.6 C大氣中性，垂直擴(kuò)散比波浪形弱（錐形） 大氣處于逆溫狀態(tài)，絕對穩(wěn)定，垂直擴(kuò)散困難，以在水平方向上隨大環(huán)流的擴(kuò)散為主，源高 H 很高時，一般不會造成臨近地區(qū)地面污染，在遠(yuǎn)處也會因長時間的擴(kuò)散污染物維持較低濃 度；H較低時，往往造成臨近地區(qū)地面嚴(yán)重污染（平展形） 低層逆溫，高層溫度分布正常，污染狀況類似平展形。一般出現(xiàn)在日落前后，持續(xù)時間較短 暫。污染狀況與源高 H有關(guān)（爬升形）上層有逆溫，下層正常。污染狀況與源高H有關(guān) （漫煙形）3、風(fēng)的垂直分布：中性層結(jié)時，風(fēng)的分布符合對數(shù)率、非中性層結(jié)時，符合指數(shù)率一、點(diǎn)源高斯模式1坐標(biāo)系選擇源為坐

6、標(biāo)原點(diǎn)，X軸指向平均風(fēng)速的方向， 垂直于地面的方向為 z軸，建立笛卡爾坐標(biāo)系，2 A、基本假設(shè)污染物在 x、 y 軸上符合高斯分布，B、C、D、全部空間中風(fēng)均勻、穩(wěn)定源強(qiáng)連續(xù)均勻 擴(kuò)散過程中污染物質(zhì)量守恒無界高斯模式 在y= z =0時，可得到軸線濃度 假設(shè)污染物保守，則下風(fēng)向通過垂直于X軸的任一截面的污染物總量等于單位時間內(nèi)污染源的排放量即源強(qiáng)Q:4有界高斯模式:設(shè)源高為H,以源在地面的投影為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸仍指向風(fēng)速方向，空間某一點(diǎn)污染物的濃 度都相當(dāng)于源點(diǎn)（實源）擴(kuò)散的濃度和與源點(diǎn)相對應(yīng)的一“虛源點(diǎn)”所擴(kuò)散的濃度之和 大氣污染常常面臨的問題（地面）濃度:極限濃度不能超過人的忍受能力 持續(xù)時

7、間常用的大氣擴(kuò)散模式1高架連續(xù)點(diǎn)源，有效源高為 H,源強(qiáng)為Q對濃度方程進(jìn)行修訂即可獲得不同條件下污染物 濃度，常用有地面濃度、地面軸線濃度等取 z=0 得地面濃度取 y=z=0 可得地面軸線濃 度擴(kuò)散參數(shù)的估計擴(kuò)散參數(shù)對于定量計算有重要意義，擴(kuò)散參數(shù)取決于大氣穩(wěn)定度等因素，確 定擴(kuò)散參數(shù)就是確定風(fēng)、云、輻射等各因素之間的量化關(guān)系。P-G （帕斯奎爾-吉福德）擴(kuò)散曲線法根據(jù)地面風(fēng)速、云狀、太陽輻射狀況等條件把大氣的稀 釋擴(kuò)散能力分為6級：A級，極不穩(wěn)定B 級，不穩(wěn)定 C 級，弱不穩(wěn)定D級，中性E級，弱穩(wěn)定 F 級，穩(wěn)定 一般在實際觀測的基礎(chǔ)上繪制出不同穩(wěn)定級別下擴(kuò)散參數(shù)、 隨距離變化的曲線，根據(jù)

8、曲線確定參數(shù)P-G 擴(kuò)散曲線的發(fā)展 P-G 法簡單而粗糙，結(jié)果不準(zhǔn)確，在該方法的基礎(chǔ)上發(fā)展出若干實用的 方法 Turner 法，程序為：根據(jù)太陽高度、云量、云狀確定輻射等級根據(jù)輻射等級結(jié)合地面），實質(zhì)風(fēng)速確定穩(wěn)定度級別抬升高度： 煙流離開煙囪口后憑借浮力和動力的抬升作用而達(dá)到的極限高度 是達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時軸線的高度有效源高：等于煙囪高度與抬升高度之和影響煙氣抬升的因素 1、煙氣本身的性質(zhì)煙氣本身所具有的初始動量和初始浮力是決定其抬 升的主要因素初始動量與煙氣出口的內(nèi)徑d和出口速度有關(guān)浮力與煙氣本身的密度和周圍大 氣的密度之差有關(guān)。這個密度差，如果忽略由于成分上的差別所引起的不同之外，主要是由 于

9、煙氣的溫度不同所造成的2、周圍大氣的性質(zhì)煙氣與周圍大氣的混合速度對抬升高度有很大的影響?；旌峡欤?則初始動量和熱量的損失就快，抬升高度就較低，否則則相反。3、下墊面及其它因素地形、地貌、煙囪自身狀況、風(fēng)速、建筑狀況等 三、有效源高對地面最大濃度的影響 由上式地面最大濃度和平均風(fēng)速及有效源高平方成反比， 由前討論知， 抬升高度也和風(fēng)速成反比， 因此，平均風(fēng)速對地面最大濃度就有兩方面的影響： 風(fēng)速加大，有利于污染物擴(kuò)散稀釋，地面最大濃度下降； 風(fēng)速加大，抬升高度下降，地面最大濃度值升高 這樣，地面最大濃度又是風(fēng)速的函數(shù)，在某一風(fēng)速附近， 有極大值，此時風(fēng)速為危險風(fēng)速A x = xD xD為煙流上界

10、剛好達(dá)到逆溫層底時與源的水平距離 實用中可以用煙流寬和高表示水平和垂直擴(kuò)散范圍，其定義為： 云寬：沿y軸濃度下降到中心軸線濃度1/10處兩點(diǎn)在混合層內(nèi)污染物垂直分布趨于均勻而 而橫向則仍為正態(tài)分布，故可寫成 濃度按xd和X u內(nèi)兩點(diǎn)的值內(nèi)插?？稍跐舛群途嚯x的雙對數(shù)紙再用直線連接起來，線上各點(diǎn)的濃度即為 xd XV XU范圍內(nèi)的的距離2 云高：類似云寬，2 B x = x u 在某一個距離XU以遠(yuǎn)，由于上下界面的多次反射， 不再因垂直方向的擴(kuò)散而稀釋， C xd X De DH（ 2）篩分直徑用篩分法測定時可得到篩分直徑，為顆粒能夠通過的最小方孔的寬度（ 3）等體積直徑用光散射法則定時可得到等體

11、積直徑實質(zhì)是與顆粒體積相等的球的直徑（ 4）用沉降法測定時，一般采用如下兩種定義 斯托克斯 （ Stokes ）直徑，為在同一流體中與顆粒的密度相同和沉降速度相等的球的直徑?？諝鈩恿W(xué)直徑，為在空氣中與顆粒的沉降速度相等的單位密度的球的直徑總是小于表示，總的看，粒徑的測定和定義方法可歸納為兩類一類：按顆粒的幾何性質(zhì)來直接測定和定義， 如顯微鏡法和篩分法另一類：按照顆粒的某種物理性質(zhì)間接測定和定義，如斯托克斯直徑、 等體積直徑等 實際中多是根據(jù)應(yīng)用目的來選擇粒徑的測定和定義方法 粒徑的測定結(jié)果還與顆粒的形狀密切相關(guān)，通常用球形度來表示顆粒形狀與球形顆粒不一致 程度的尺度 球形度是與顆粒體積相等的

12、球的表面積和顆粒表面積之比，12、? 粒徑分布 粉塵的粒徑分布是指某種粉塵中，各種粒徑的顆粒所占的比例，也稱粉塵的分散度 以顆粒的粒數(shù)表示所占的比例時，稱為粒數(shù)分布； 以顆粒的質(zhì)量表示所占比例時，稱為質(zhì)量分布 除塵技術(shù)中多采用質(zhì)量分布。測定某種粉塵粒徑分布時，采取的塵樣質(zhì)最m0=10g，經(jīng)測定某粒徑寬度（2）頻率密度分布的粉塵質(zhì)量為（%/ 卩 m=1簡稱頻度分布，系指單位粒徑間隔寬度時的頻率分布，即粒徑間隔寬度 塵樣質(zhì)量占全樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，所以 由計算結(jié)果可繪出頻度分布的直方圖，用粒徑間隔中值可繪出頻度分布曲線（參考圖（ 3 ）篩下累積頻率分布（%）簡稱篩下累積分布，系指小于某一粒徑的塵樣質(zhì)

13、量占塵樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，即反之，將大于某一粒徑的塵樣質(zhì)量占塵樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)稱為篩上累積分布（%），有往往需要求出一個平一中位直徑和眾徑具有：“眾徑V中位直3、平均粒徑為了簡明地表示顆粒群的某一物理特性和平均尺寸的大小， 均粒徑最常用的有算術(shù)平均直徑、中位直徑、眾徑及幾何平均直徑等 對于頻度分布曲線是對稱性的分布 （如正態(tài)概率分布） ，算術(shù)平均直徑、 有相同的值， 即為對稱軸對應(yīng)的直徑對于頻度分布曲線是非對稱性分布， 徑v算術(shù)平均直徑”二、粉塵的物理性質(zhì)如粉塵的密度、比表面積、含水率、導(dǎo)電性、摩擦角、粘附性及爆炸性 等1、粉塵的密度表示因粉塵產(chǎn)生的情況不同，測試條件不同，獲得的密度值亦不同一般

14、將粉塵的密度分為真 密度和堆積密度等不同的概 （ 1） 真密度 將粉塵顆粒表面及其內(nèi)部的空氣排出后測得的粉 塵自身的密度，稱為真密度以（ 2 ） 堆積密度固體磨碎形成的粉塵，在表面未氧化時，其真密度與母料密度相同呈堆積狀態(tài)的粉塵（即粉 體），每個顆粒及顆粒之間的空隙中皆含有空氣一般將包括粉體顆粒間氣體空間在內(nèi)的粉體密 度稱為堆積密度，用表示 對于同一種粉塵來說， PDV PP為粉體空隙率，取決于粉體種類、粒徑大小、充填方式等粉塵的真密度用于研究塵粒在氣體中的運(yùn)動等方面，堆積密度用于貯倉或灰斗的容積確定 等方面2、 粉塵的比表面積儀器：比表面積及孔徑分析儀 粉狀物料的許多理化性質(zhì)，往往與其表面積

15、大小有關(guān)，細(xì)顆粒往往表現(xiàn)出顯著的物理、化學(xué) 活動性例如：通過顆粒層的流體阻力，會因細(xì)顆粒表面積增大而增大 氧化、溶解、蒸發(fā)、吸附、催化及生理效應(yīng)等，都因細(xì)顆粒表面積增大而被加速 有些粉塵的爆炸性和毒性，隨粒徑減小而增加粉塵比表面積增大， 將增強(qiáng)其物理和化學(xué)活性， 影響粉塵的濡濕性和黏附性， 對同一類粉塵， 比表面積大的粉塵要比比表面積小的粉塵難于捕捉。粉塵的比表面積定義為單位體積（或質(zhì)量）粉塵所具有的表面積 以粉塵自身體積（即凈體積）表示的比表面積可表示成（非球體，對于球體可直接列方程計 算）3、粉塵的潤濕性 粉塵中所含水分一般可分為二類：自由水： 附著在表面或包含在凹面及細(xì)孔中的水分 結(jié)合水

16、： 緊密結(jié)合在顆粒內(nèi)部，用一般干燥方法不易全部去除的水分 化學(xué)結(jié)合水是顆粒的組成部分，如結(jié)晶水通過干燥過程可以除去自由水分和一部分結(jié)合水分，其余部分作為平衡水分殘留，其量隨干 燥條件而變化 潤濕性粉塵顆粒能否與液體相互附著或附著難易的性質(zhì)稱為粉塵的潤濕性 一般根據(jù)粉塵能被液體潤濕的程度將粉塵大致分為兩類：容易被水潤濕的親水性粉塵；難以 被水潤濕的疏水性粉塵 粉塵的潤濕性與粉塵的性質(zhì),如粒徑、生成條件、溫度、含水率、表面粗糙度、荷電性等有 關(guān),還與液體的表面張力、塵粒和液體間的粘附力及相對運(yùn)動速度等有關(guān) 例如：5卩m以下的粉塵特別是 1卩m以下的很難被濕潤 粉塵的荷電性及導(dǎo)電性： BDL 型粉塵

17、比電阻測定儀1 ）粉塵的荷電性 粉塵在其產(chǎn)生及運(yùn)動過程中,由于相互碰撞、摩擦、放射線、照射、電暈放電及接觸帶 電體等原因,幾乎總帶一定的電量粉塵荷電后將改變其某些物理性質(zhì),如凝聚性、附著性及在氣體中的穩(wěn)定性等 粉塵的荷電量隨溫度增高、表面積加大和含水率減小而增大,還與其化學(xué)成分等有關(guān) 粉塵的比電阻粉塵導(dǎo)電性類似金屬導(dǎo)線,用電阻率表示,單位.cm容積導(dǎo)電 : 粉塵層導(dǎo)電靠粉塵顆粒體內(nèi)的電子或離子發(fā)生導(dǎo)電 表面導(dǎo)電 : 靠顆粒表面吸附的水分和化學(xué)膜發(fā)生導(dǎo)電 對于電阻率高的粉塵，溫度較低時（約為100C以下），主要是表面導(dǎo)電；溫度較高時（約在,其值隨溫度升高而增大, 隨，其值隨溫度升高而減小200

18、C以上），主要是容積導(dǎo)電 因此,粉塵的電阻率與測定時的條件有關(guān),如氣體的溫度、濕度和成分,粉塵的粒徑、成分 和堆積的松散度等 在表面導(dǎo)電占優(yōu)勢的低溫范圍內(nèi), 粉塵比電阻稱為表面比電阻 含水率增大而減小在容積導(dǎo)電占優(yōu)勢的高溫范圍內(nèi),粉塵比電阻稱為容積比電阻103 cm,高者（105 C石灰石在兩種導(dǎo)電機(jī)制皆重要的中間溫度范圍內(nèi),粉塵比電阻是表面比電阻和容積比電阻的合成, 其值最高工業(yè)排氣中的粉塵比電阻值變化范圍很廣,低者（炭黑）約為 粉）可達(dá) 1014 .cm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)象稱為粘附粉塵的粘附性不僅與煙氣和粉塵的組成成分有關(guān),而且與粉塵的粒徑有關(guān),粒

19、徑愈小,粘附性愈強(qiáng)粉 塵的粘附性主要包括分子引力、 毛細(xì)管粘著力、 靜電庫倫引力, 等 為克服粉塵粘附性大的缺 點(diǎn),除塵器振打錘的設(shè)計一定要科學(xué)合理,既要保證有效清除極板極線上的粉塵,又要保證 不產(chǎn)生二次飛揚(yáng)。振打制度也要設(shè)置合理,對收塵極振打可以通過調(diào)整振打時間,保證極板 上的粉塵成片剝落；對放電極振打,可通過調(diào)整振打錘的提升角度來保證足夠的振打力,如 將頂部提升振打改為腰部撓臂振打,既提高了振打錘的振打力,又加快了振打周期,使電暈 線經(jīng)常保持正常的工作狀態(tài),保證電除塵器的高效除塵率6、粉塵的安息角 粉塵通過小孔連續(xù)地下落到水平面上時,堆積成的錐體母線與水平面的夾 角稱為安息角,也稱靜止角或

20、堆積角測定方法有多種,測定方法和裝置尺寸不同,結(jié)果也有差別 安息角是粉狀物料特有的性質(zhì),與物料種類、粒徑、形狀和含水率等因素有關(guān) 對同一種粉塵,粒徑大、接近球形、表面光滑、含水率低時,安息角變小 許多粉塵的安息角的平均值約為35 40 左右。安息角是設(shè)計料倉的錐角和含塵管道傾角的主要依據(jù)因粉塵中所含的聚合物單體發(fā)生聚合而發(fā)熱 因粉塵中一些化學(xué)物質(zhì)自然分解而發(fā)熱 因微生物和酶的作用使粉塵中所含的有機(jī)物降解而發(fā)熱的物質(zhì)，如干草、飼料等粉塵的自燃性和爆炸性 粉塵的自燃性是指粉塵在常溫下存放的過程中自然發(fā)熱， 此熱量 經(jīng)過長時間， 達(dá)到該粉塵的燃點(diǎn)而引起燃燒 爆炸則是可燃物的劇烈氧化作用， 在瞬間產(chǎn)生

21、大 量的熱量和燃燒產(chǎn)物，在空間造成很高的溫度和壓力 自燃原因氧化熱，即粉塵與空氣中的氧接觸而發(fā)熱，包括金屬粉類（鋅、鋁、鉆、錫、鐵、 鎂、錳等及其合金的粉末） ，碳素粉末類， 其他粉末（膠木、黃鐵礦、 煤、橡膠、原棉、骨粉、 魚粉等） 聚合熱， 分解熱， 發(fā)酵熱， 爆炸條件粉塵具有可燃性 （或氧化性） 存在火源： 火星、 火源或靜電 粉塵處于一定濃度氣體 有足夠氧含量氣體達(dá)到一定溫度 可燃混合物中可燃物的濃度，只有在一定范圍內(nèi)才能引起爆炸 能夠引起可燃混合物爆炸的最低可燃物濃度， 稱為爆炸濃度下限； 最高可燃物濃度稱為爆炸 濃度上限在可燃物濃度低于爆炸濃度下限或高于爆炸濃度上限時，均無爆炸危險

22、 一般上限濃度值過大（如：糖粉在空氣中的爆炸濃度上限為13.5kg /m3,在多數(shù)場合下都達(dá)不到，故實際意義不大 其他因素：粒徑：粉塵粒徑越小，比表面積越大，其爆炸的危險就越大；揮發(fā)性：粉塵揮發(fā) 性越大，爆炸的危險越大；濕度：粉塵濕度越大，爆炸的危險越小 粉塵磨擦性 粉塵在流動過程中對器壁 （或管壁 ）的磨損程度稱為粉塵磨擦性。硬度高、密度大，帶有棱角 的粉塵磨損性大。粉塵的磨損性與氣流速度的2 一 3 次方成正比。在除塵技術(shù)中，為了減輕粉塵的磨損，需要適當(dāng)?shù)剡x取除塵管道中的流速和壁厚。對磨損性大的粉塵，最好在易于磨 損的部位，如管道的彎頭、旋風(fēng)除塵器的內(nèi)壁等處采用耐磨材料作內(nèi)襯。內(nèi)襯除采用一

23、般的 耐磨涂料外，還可以采用鑄石、鑄鐵等材料 粉塵凝并微細(xì)塵粒通過不同的途徑互相接觸而結(jié)合成較大的顆粒稱為塵粒凝并。 塵粒凝并也稱塵粒凝 聚，在除塵技術(shù)中具有重要意義。因為凝并可使微細(xì)塵粒增大，使之易于被除塵器捕集，同 時可以大大節(jié)省能量 分級除塵效率：除塵裝置的總除塵效率的高低，與粉塵粒徑大小有很大關(guān)系為表示除少效率與粉塵粒徑的關(guān)系提出分級除塵效率概念 串聯(lián)效率 并聯(lián)效率隨氣流運(yùn)動的塵粒，因重力作用逐漸沉降，并在管底停留瞬間，又在氣流作用下沿著管底向 前滾動（或滑動）當(dāng)氣流流過沿管底滾動的塵粒時，由繞流的作用，塵粒上部氣流速度增高，壓力相對降低， 塵粒下部氣流速度減低，壓力增高，從而使塵粒重

24、新懸浮起來，隨著氣流運(yùn)動當(dāng)塵粒上升到其上下兩面氣流速度接近相同時， 便又開始重力沉降， 這樣周而復(fù)始， 呈波浪 狀向前運(yùn)動 當(dāng)粉塵由各種粒徑組成時。則應(yīng)按最大粒徑計算懸浮速度，并應(yīng)根據(jù)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)及布置情況選取比值 ，然后決定粉塵輸送速度。 塵粒在垂直管道中的運(yùn)動比較簡單， 只要保證管道內(nèi)氣流速度大于塵粒的沉降速度即可。但考慮到管道內(nèi)氣流速度分布的不均勻和能較順利地輸送貼近管壁的塵粒，管內(nèi)平均氣流速 度應(yīng)取沉降速度的 1.31.7 倍，即=（1.31.7 ）觀管道的傾斜角傾斜管道中塵粒的輸送速度值應(yīng)介于水平管道和垂直管道的輸送速度之間， 度而定。當(dāng)管道的傾斜角大干粉塵的安息角時，粉塵的輸送速度要取

25、較大值 第一節(jié)機(jī)械除塵 一、重力沉降（重力沉降室） 假定沉降室內(nèi)氣流為柱塞流；顆粒均勻分布 于煙氣中 忽略氣體浮力，粒子僅受重力和阻力的作用t=L/u （s ）。要使沉1、工作原理 重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣流中分離的。 如圖所示，含塵氣流進(jìn)入重力沉降室后， 由于突然擴(kuò)大了過流面積，流速便迅速下降，此時氣流處于層流狀態(tài)，其中較大的塵粒在自 身重力作用下緩慢向灰斗沉降 在沉降室內(nèi)， 塵粒一方面以沉降速度 vs 下降，另一方面隨著氣流以氣流在沉降室內(nèi)的流速繼 續(xù)向前運(yùn)動，如果氣流平均流速為 u （ m/s ） ，則氣流通過沉降室的時間為降速度為 vs 的塵粒在重力沉降室內(nèi)全部沉降下來， 必

26、須使氣流通過沉降室的時間大于或等于 塵粒從頂部沉降到底部灰斗所需的時間t，即式中：L沉降室長度；U沉降室內(nèi)氣流運(yùn)動速度；H沉降室高度；vs塵粒的沉降速度應(yīng)盡可能的小，一般 0.22.0當(dāng)H確定后，由上式可求出沉降室的最小長度L反之，若 L 已定，可求出最大高度 H 沉降室寬度W取決于處理氣體流量 Q Q=WHu 沉降室處理氣體量 Q在理論上僅與沉降室的水平面積（W.L）及塵粒的沉降速度 U有關(guān)在Q L確定后，可由Q確定出寬度Wt秒鐘內(nèi)，粒徑為dp的塵粒（沉降速度為 vs）的垂直降落高度為 h=vst 當(dāng) h H 時，粒徑為 dp 的塵?？扇拷德渲潦业祝駝t不能全 部清除粒徑不同的塵粒沉降速度

27、 vs不同，在相同時間內(nèi)降落距離h也不同因此可用 h/H 表示沉降室對某一粒徑粉塵的分級除塵效率， 即 =h H（= vsL）（Hu）=vsLW/Q 對一定結(jié)構(gòu)的沉降室，可求出對不同粒徑粉塵的分級除塵效率或作出分級效率曲線，從而計 算出總除塵效率當(dāng)沉降室的尺寸和氣體速度U （或流量Q）確定后，用斯托克斯式可求得該沉降室所能捕集的1）降低室內(nèi)氣流速度 u；（ 2）降低沉降室最小塵粒的粒徑：提高重力沉降室的捕集效率可以采取三種措施： 的高度 H；（ 3）增大沉降室長度 L沉降室適用于凈化密度大、顆粒粗的粉塵，特別是磨損性很強(qiáng)的粉塵 能有效地捕集50卩m以上的塵粒，但不宜捕集 20卩m以下塵粒 重力

28、沉降室體積雖大，效率不高，一般僅為4070%，但結(jié)構(gòu)簡單，投資少，壓力損失小，維護(hù)管理方便，一般作為第一級或預(yù)處理設(shè)備二、慣性除塵是使含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力 作用使其與氣流分離的裝置當(dāng)含塵氣流沖擊到擋板 B1上時，慣性力大的粗粒（d1）首先被分離下來，而被氣流帶走的塵 粒（如d2）,且d2 fd，塵粒在慣性離心力的推動下移向外壁；fc fd，塵粒在向心氣流的推動下進(jìn)入內(nèi)旋流，最后由排出管排出;fc = fd 則作用在塵粒上的外力之和等于0，根據(jù)理論分析，塵粒應(yīng)在交界面上不停地= fd狀態(tài)的塵粒有 50可進(jìn)人內(nèi)旋流，50 , 此時的粒徑即為除塵器的分割粒

29、徑， 或者臨界粒徑是指分級效率為 50時的粒徑。 在交界面上 : 如果 如果 如果 旋轉(zhuǎn) 實際上由于各種隨機(jī)因素的影響，處在 fc 另 50可能移向外壁， 它的分級除塵效率為 稱作臨界粒徑表示 愈小，除塵器效率愈高 （2）影響除塵效率的因素 入口流速旋風(fēng)除塵器的臨界粒徑隨增加入口流速而減小。但入口流速也不能過大，否則氣流運(yùn)動過強(qiáng) 有可能將已分離的塵粒重新?lián)P起帶走，降低除塵效率同時壓力損失與進(jìn)口速度平方成正比， 入口流速過大，旋風(fēng)除塵器的阻力會急劇上升進(jìn)口氣速一般控制在1225m/s 之間為宜 旋風(fēng)除塵器尺寸 同樣的切線速度下，筒體直徑愈小，塵粒受到的慣性離心力大，除塵效率也就高但若筒體直 徑過

30、小，以致筒體直徑與排出管直徑相近時，塵粒容易逃逸，使效率下降內(nèi)旋流的范圍隨排 出管直徑 d 的減小而減小，減小內(nèi)旋流有利于提高除塵效率，但 d 不能過小，否則阻力太大 一般取簡體直徑與排出管直徑之比值為 1.52.0 除塵器下部的嚴(yán)密性 入口含塵濃度增高時，多數(shù)情況下除塵效率有所提高 粉塵性質(zhì)影響也是很重要的，其密度和粒徑增大， 效率明顯提高。 而氣體溫度和粘度增大 ,效率下降選擇除塵器的型式 根據(jù)含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征，及除塵要求、允許的阻力和制造條件等因素- 根據(jù)允許的壓力損失確定進(jìn)口氣速，或取為 12-25m/s -確定入口截面 A,入口寬度b和高度h確定各部分幾何尺寸 濕除

31、塵 濕式除塵器是使廢氣與液體（一般為水）密切接觸，將污染物從廢氣中分離出來的裝置，又 稱濕式氣體洗滌器0.120濕式氣體洗滌器既能凈化廢氣中的固體顆粒污染物， 也能脫除氣態(tài)污染物 （氣體吸收） ，同時 還能起到氣體的降溫作用。濕式除塵器還具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低和凈化效率高等優(yōu)點(diǎn)；適用 于凈化非纖維性和不與水發(fā)生化學(xué)作用的各種粉塵，尤其適宜凈化高溫、易燃和易爆氣體 缺點(diǎn)：管道設(shè)備必須防腐、污水和污泥要進(jìn)行處理、能使煙氣抬升高度減小以及冬季煙囪會 產(chǎn)生冷凝水等采用濕式除塵器可以有效地除去粒度在0.120卩m的液滴或固體顆粒，壓力損失在2501500Pa （低能耗）和 25009000Pa （高能耗）

32、之間根據(jù)凈化機(jī)理，可將濕式除塵器分為七類：重力噴霧洗滌器；旋風(fēng)式洗滌器；自激噴霧洗滌器；泡沫洗滌器；填料床洗滌 器；文丘里洗滌器；機(jī)械誘導(dǎo)噴霧洗滌器 一、除塵機(jī)理 慣性碰撞 /攔截/ 擴(kuò)散 慣性碰撞：當(dāng)氣流中某一塵粒接近小水滴時因慣性脫離繞過水滴的氣流流線，并繼續(xù)向前運(yùn) 動而與水滴碰撞，發(fā)生了慣性碰撞的捕集作用，這是捕集密度較大的塵粒的主要機(jī)理平衡時，即攔截：塵粒隨著繞過水滴的流線作用，當(dāng)流線距液滴表面的距離小于塵粒半徑時，便發(fā)生攔 截作用 擴(kuò)散：微細(xì)粉塵在氣體分子撞擊下，象氣體分子一樣作布朗運(yùn)動而發(fā)生擴(kuò)散，并與水接觸而 從氣流中分離 塵粒在運(yùn)動過程中如果同液滴相遇， 則在液滴前 Xd 處氣流

33、開始改變運(yùn)動特征時仍然保持原運(yùn) 動特征 塵粒從脫離流線至慣性運(yùn)動結(jié)束，總共移動的直線距離為通常稱為停止距離 假如停止距離大于 ，則塵粒和液滴就發(fā)生碰撞 停止距離 和液滴直徑 比值稱為碰撞數(shù) 塵粒和液滴的碰撞效率就是塵粒從氣流中被捕集的效率和碰撞數(shù) 有關(guān) 慣性碰撞數(shù)反映慣性碰撞的特征。 Ni 數(shù)愈大，說明塵粒和物體（如液滴，擋板、纖維）的碰 撞機(jī)會愈多，碰撞愈強(qiáng)烈，因而慣性碰撞所造成的除塵效率也愈高 假定塵粒運(yùn)動符合于斯托克斯定律，可推導(dǎo)求出 表達(dá)式 根據(jù)塵粒力的平衡，有塵粒本身的慣性力和周圍空氣對其阻力碰撞數(shù)取決于：液滴直徑、粉塵粒徑、粉塵密度、氣流速度 對于一個已定的濕式除塵系統(tǒng)，要提高 N

34、i 值，必須提高氣液相對運(yùn)動速度和減小液滴直徑 塵粒的粒度和密度確定后， 碰撞數(shù)與相對速度成正比， 與液滴的直徑成反比 , 也即，工藝條件 確定之后，要想提高碰撞數(shù)，則必須提高氣液的相對速度，并減小液滴直徑 但并不是說液滴直徑愈小愈好 / 直徑過小的液滴容易隨氣流一起運(yùn)動， 減小了氣液的相對運(yùn)動 速度:試驗表明， 液滴直徑約為捕集粒徑的 150倍時，效果最好 , 因此對于給定塵粒的除塵效 率有一個最佳液滴直徑 截留作用塵粒隨氣流繞過液滴過程中，塵粒距液滴小于塵粒半徑時，塵粒即與水滴碰撞而被 截留,截留參數(shù)NR NR值越大，截留效率越大，液滴捕集效率越高擴(kuò)散作用 由碰撞數(shù)公式，粒徑小于 1卩m時

35、，Ni - 0 但是實際的除塵效率并不一定為零，這是因為塵粒向液體表面的擴(kuò)散在起作用 粒徑在0.1卩m左右時，擴(kuò)散是塵粒運(yùn)動的主要因素 擴(kuò)散數(shù) Ne 擴(kuò)散除塵效率隨液體直徑、塵粒直徑、氣體粘度和氣液相對速度的增大而減小。擴(kuò)散除塵效 率隨Ne的增大而降低布朗擴(kuò)散系數(shù)粒徑對除塵效率的影響，擴(kuò)散和慣性碰撞是相反的 擴(kuò)散除塵效率是隨液滴直徑，氣體粘度、氣液相對運(yùn)動速度的減小而增加 在工業(yè)上沒有單純利用擴(kuò)散機(jī)理的除塵裝置，但是某些難以捕集的細(xì)小塵粒能在濕式除塵器 或過濾式除塵器中捕集是與擴(kuò)散、凝聚等機(jī)理有關(guān) 當(dāng)處理粉塵的粒徑比較細(xì)小，在設(shè)計和選用濕式除塵器或過濾式除塵器時，應(yīng)有意識地利用 擴(kuò)散機(jī)理 文丘

36、里洗滌器對微米和亞微米細(xì)粉塵具有較高的凈化效率，對高溫氣體的降溫也有很好的效 果，因此常用于高溫?zé)煔獾慕禍?、除塵和易于被洗滌液吸收的有毒有害氣體如二氧化硫，氯 化氫，硫酸等的清除，如對煉鐵高爐、煉鋼電爐煙氣以及有色冶煉和化工生產(chǎn)中的各種爐窯 煙氣的凈化 ,優(yōu)點(diǎn)：體積小，構(gòu)造簡單，除塵效率高等缺點(diǎn)：壓力損失較大，不能凈化不容許 與液體接觸的氣體濕式洗滌器中，文丘里洗滌器效率最高， 可用以去除粒徑小于 0.1卩m的粉塵粒子和氣態(tài)污染 物, 除塵效率可達(dá) 99.0%，脫硫效率可達(dá) 90%造價低廉 , 結(jié)構(gòu)簡單 （無運(yùn)動件 ） ，能處理潮濕和腐蝕性的氣體 但其對細(xì)小粉塵和二氧化硫的高捕集率以所提供的能

37、量及氣體壓力損失為代價清除氣體污染物的方法包括吸收、吸附和催化轉(zhuǎn)化等三大類 吸收法：用液體處理氣體中的污染物，使其中一種或幾種氣態(tài)物質(zhì)以擴(kuò)散方式通過氣、液兩 相界面而溶于液體的過程，因此又稱濕式凈化 氣體吸收的必要條件是污染氣體(污染物)在吸收液中有一定的溶解度。吸收過程中所用的 液體稱為吸收劑(液)或溶劑。被吸收的氣體中可溶解的組分稱為吸收質(zhì)或溶質(zhì)，不能溶解 的組分稱為惰性氣體平衡是控制吸收系統(tǒng)操作的重要因素， 污染物擴(kuò)散到吸收液的速率將取決于偏離平衡的程度； 而吸收平衡建立的速度則取決于污染物通過惰性氣體和吸收劑的擴(kuò)散速率 吸收分為物理吸收和化學(xué)吸收氣體的溶解度 在恒定的溫度、壓強(qiáng)下，使一定量吸收劑與混合氣體