大氣污染控制的基礎(chǔ)知識(shí).方案

1、3.大氣污染控制基礎(chǔ)知識(shí)大氣污染控制基礎(chǔ)知識(shí) 介紹氣體及顆粒物的基本性質(zhì)，氣態(tài)污染物及顆粒污染物控制的基礎(chǔ)理論知識(shí)。 3.1氣體的物理性質(zhì)氣體的物理性質(zhì) 3.1.1氣體狀態(tài)方程氣體狀態(tài)方程 對(duì)理想氣體 TRMmPV0mRTPV 3.1.2氣體的基本物理性質(zhì) 則理想氣體混合物平均摩爾質(zhì)量和密度可由下式求得：VmRTPTRPMVm01 1密度密度 單位體積氣體的質(zhì)量當(dāng)為理想氣體時(shí)，可用理想氣態(tài)方程計(jì)算 對(duì)氣態(tài)污染物和空氣的混合物，其平均摩爾質(zhì)量是混合物各組分摩爾質(zhì)量的加權(quán)平均值 niiiaaMCMCM1niiiaaMCMCTRP10.(顆粒污染物和空氣混合物的密度也可用下列方程式 niiiaaCC

2、1空氣體積濃度與顆粒物體積濃度關(guān)系如下： niiaCC112.比熱比熱 摩爾物質(zhì)溫度升高一度所需要的熱量，比熱有恒壓比熱和恒容比熱兩種。對(duì)理想氣體：對(duì)理想氣體：RCCvp比熱比比熱比vpCCK 1KKRCP1KRCv空氣、其態(tài)污染物和顆?；旌衔锏钠骄葻崾莻€(gè)組分比熱的加權(quán)平均值，加權(quán)函數(shù)是組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。用C表示質(zhì)量分?jǐn)?shù)，平均比熱可由下列各式求得： 恒壓平均比熱： _1nipimipamapCCCCC恒容平均比熱： _1nivimivamavCCCCC3粘度粘度 對(duì)非均勻流動(dòng)的氣體，在相鄰流層接觸面上，存在著切向作用力，稱(chēng)為內(nèi)摩擦力。dydvAF單位面積上的內(nèi)摩擦力或剪應(yīng)力為： dydvAF氣

3、體與溫度的關(guān)系在常壓下表示為： mTT)(00u0T=273K時(shí)的氣體粘度 niiiaainiiiaaamMCMCMCMC1121212121若混合物中含有等速運(yùn)動(dòng)的球形液滴，其粘度可用泰勒方程式計(jì)算： )115.21(papavpaC式中： Cvp液滴的體積分?jǐn)?shù)； p 液滴的粘度 氣體污染物與空氣混合物的平均粘度在低壓下可用下式計(jì)算： 對(duì)球形固體顆粒，上式可簡(jiǎn)化為： )5.21(vpaC 對(duì)不同顆粒物污染與空氣污染物的混合物的粘度，由于顆粒粘度對(duì)混合物粘度影響不大，故可用總體積粘度代替方程式中的Cvp)5.21(1niiaC3.23.2物料恒算與能量恒算物料恒算與能量恒算3.2.13.2.1

4、物料恒算物料恒算 1物料恒算式 物料恒算是研究某一個(gè)體系內(nèi)進(jìn)出物料量及組成的變化，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，對(duì)特定體系，輸入體系的物料量等于輸出體系的物料量加上體系內(nèi)積累的物料量之和。即：輸入的物料量即：輸入的物料量=輸出的物料量輸出的物料量+積累的物料量積累的物料量 若體系內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則對(duì)任一組分或元素做恒算時(shí)，必須把反應(yīng)消耗或生成的量也包含在內(nèi)，故： 輸入的物料量輸入的物料量反應(yīng)生成或消耗的物料量反應(yīng)生成或消耗的物料量=輸出的物料量輸出的物料量+積累的物料量積累的物料量式中：對(duì)反應(yīng)物作恒算時(shí)，由反應(yīng)而消耗的量，取減號(hào)； 對(duì)生成物作恒算時(shí)，由反應(yīng)而生成的量，取加號(hào)。若體系為連續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)，則積累的

5、物料量為零， 對(duì)無(wú)化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，則：輸入的物料量輸入的物料量=輸出的物料量輸出的物料量 對(duì)有化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，則：輸入的物料量輸入的物料量反應(yīng)生成或消耗的物料量反應(yīng)生成或消耗的物料量=輸出的物料量輸出的物料量 2物料恒算的基本步驟物料恒算的基本步驟1） 搜集計(jì)算數(shù)據(jù)：如流量、溫度、壓力、濃度等；2） 畫(huà)出物料流程圖；流向、變量等3） 確定恒算體系；4） 寫(xiě)出所有化學(xué)反應(yīng)式；5） 列出物料恒算式，進(jìn)行數(shù)學(xué)求解。 3.連續(xù)性方程連續(xù)性方程 對(duì)可壓縮流體作穩(wěn)定管流運(yùn)動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程： 常數(shù)GVAVA222111 對(duì)不可壓縮流體作穩(wěn)定管流運(yùn)動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程： 常數(shù)QVAVA2211當(dāng)過(guò)流斷面為圓形時(shí)，

6、則有： 21221)(DDvv 一般認(rèn)為，氣體為可壓縮性流體，液體是不可壓縮性流體。當(dāng)流速較低時(shí)，氣體的流動(dòng)可近似認(rèn)為是在做不可壓縮流動(dòng)。 判定氣體是否作不可壓縮流動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)是馬赫數(shù)，其定義為流體流速與聲速之比，即：aAvvM若： 0.25 即：85.8m.s 可認(rèn)為是不可壓縮流動(dòng)。 3.2.2 3.2.2 能量恒算能量恒算 1 1能量恒算的基本方程能量恒算的基本方程 根據(jù)能量守恒原理，能量恒算的基本方法為： 輸入系統(tǒng)的能量輸入系統(tǒng)的能量- -輸出系統(tǒng)的能量輸出系統(tǒng)的能量= =系統(tǒng)內(nèi)積累的能量系統(tǒng)內(nèi)積累的能量式中能量包括：內(nèi)能、動(dòng)能、勢(shì)能、熱能、功等等。當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)積累的能量等于

7、零。如教材圖3-5 ，以系統(tǒng)進(jìn)、出口斷面為基準(zhǔn)可列出恒算式 ： 22222211121122PgzvUWQPgzvU式中的式中的U+Pv為流體的焓，故上式可寫(xiě)為：為流體的焓，故上式可寫(xiě)為：2222121122gzvHWQgzvH令：令：122122212;zzzvvvHHHWQzgvH22則：則：3機(jī)械能恒算機(jī)械能恒算 在廢氣輸送過(guò)程中，往往傳熱量、內(nèi)能的變化相對(duì)較小，此時(shí)總能量恒算式可簡(jiǎn)化為：WQPzgvU22因：1WQUzgvP)(22故： 則：上式可寫(xiě)為：WQzgvH22WQEEHPk或：2熱量恒算熱量恒算 對(duì)于沒(méi)有功的傳遞，且動(dòng)能和位能差可以忽略的設(shè)備和過(guò)程，總能量恒算式可簡(jiǎn)化為：12

8、HHHQ若進(jìn)出設(shè)備的物料不止一種，則該式為： 12HHQ3機(jī)械能恒算機(jī)械能恒算 在廢氣輸送過(guò)程中，往往傳熱量、內(nèi)能的變化相對(duì)較小，此時(shí)總能量恒算式可簡(jiǎn)化為：WQPzgvU221因： 故： WQUzgvP)(22在流體輸送過(guò)程中，內(nèi)能變化應(yīng)等于過(guò)程中交換的熱量Q和由于摩擦作用使部分機(jī)械能變成熱能損失之和，即：fhQU則： WhzgvPf22若沒(méi)有摩擦損失和其他設(shè)備對(duì)流體做功 則： 022zgvP此為理想流體伯努里方程 或： 022zgvgP由于流體阻力客觀存在，實(shí)際流體伯努里方程為： 022fhzgvP3.33.3顆粒粒徑及粒徑分布顆粒粒徑及粒徑分布3.3.13.3.1粒徑粒徑顆粒群.由大小不同

9、、形狀各異、物理和化學(xué)性能不同的微小粒子構(gòu)成的混合體。其粒徑分為反映單個(gè)顆粒大小的單一粒徑及反映顆粒群粒子尺寸的平均粒徑。1 1單個(gè)顆粒的粒徑單個(gè)顆粒的粒徑三種表示方法：1) 投影粒徑2）幾何當(dāng)量粒徑3）物理當(dāng)量粒徑 見(jiàn)表3-1 1 1平均粒徑平均粒徑反映顆粒群特性的粒徑平均值。定義：對(duì)一個(gè)不同粒徑的顆粒群，與一個(gè)均勻球形顆粒的顆粒群，若其具有相同的物理性質(zhì)，則球形顆粒的粒徑即為實(shí)際顆粒群的平均粒徑。表3-23.3.2 3.3.2 粒徑分布表示法粒徑分布表示法1） 粒數(shù)分布2） 質(zhì)量分布表示方法：表格法、圖形法、函數(shù)法 （1）頻率分布）頻率分布 指某直徑范圍的顆粒質(zhì)量占總顆粒質(zhì)量的百分比%10

10、00mmD（2）頻率密度分布（頻度分布）頻率密度分布（頻度分布）指單位粒徑間隔的頻率分布，或單位粒徑間隔質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比 pdDf（3）篩上累計(jì)頻率分布）篩上累計(jì)頻率分布指大于某一粒徑的全部顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比 若已知分布曲線(xiàn)函數(shù)，可計(jì)算特定粒徑 1）加權(quán)平均徑指f（dP）曲線(xiàn)下形心位置的的直徑，為常用平均粒徑。 maxmin)()(100140ddpppddddfd 2） 眾徑d0m位于f（dP）曲線(xiàn)最高點(diǎn)的直徑3） 中位徑d50 R=D50%處的直徑篩下累計(jì)頻率分布 ppddppddddfDRminmin)(由累計(jì)頻率分布的定義，進(jìn)行積分，則： 1)()(maxminddppddd

11、fDRmaxmax)(ddppddppddfDR3.3.33.3.3粒徑分布函數(shù)粒徑分布函數(shù)1 對(duì)數(shù)正態(tài)分布)(ln2)ln(lnexp2ln100)(ln22ggpgpdddf)(693. 0exp)(50dddRpp)(exp)(ppddR 2 羅辛-拉姆勒（R-R）分布 3.4粉體顆粒的物理性質(zhì)粉體顆粒的物理性質(zhì) 3.4.1密度密度 1.真密度真密度 排除內(nèi)部空氣后測(cè)得的粉塵密度 2.堆積密度堆積密度 包含間隙空氣的粉體密度 3.4.2比表面積比表面積 單位體積或體積物體所具有的表面積SVsd6顆粒的體積顆粒的表面積3.4.3顆粒的濕潤(rùn)性能顆粒的濕潤(rùn)性能 粉塵粒子與液體附著難易程度的性質(zhì)

12、 當(dāng)塵粒與液體一旦接觸就能擴(kuò)大濕潤(rùn)表面而相互附著的粉塵稱(chēng)為濕潤(rùn)性（親水性）粉塵；如水泥、飛灰、石灰；適于濕式除塵。 反之，稱(chēng)為非濕潤(rùn)性（疏水性）粉塵；如煤粉、石墨粉.；不適于濕式除塵。3.4.3顆粒的荷電性與導(dǎo)電性顆粒的荷電性與導(dǎo)電性 1、顆粒的荷電性、顆粒的荷電性 粉塵顆粒獲得電荷的能力 運(yùn)動(dòng)顆粒的破碎、碰撞、摩擦等；進(jìn)入氣體電離化電場(chǎng)中；均可獲得電子。其性能取決于內(nèi)部化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)、及外部荷電條件。iV 2粉塵的導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性 粉塵顆粒傳輸電荷的能力通常用比電阻表示：3.4.5休止角（堆積角、滑動(dòng)角）休止角（堆積角、滑動(dòng)角） 粉塵自然堆積后，錐體母線(xiàn)與水平面的夾角表示粉塵的流動(dòng)性，休止

13、角越小，流動(dòng)性越好。 3.4.6顆粒的黏附性顆粒的黏附性顆粒之間及與其他物體的團(tuán)聚和附著性能。黏附性好，收塵效率高，但又一黏附在器（管）壁 上形成堵塞。3.5氣體中的顆粒動(dòng)力學(xué)氣體中的顆粒動(dòng)力學(xué)3.5.1球形顆粒的阻力球形顆粒的阻力 顆粒在流體中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力主要有重力、流體浮力及運(yùn)動(dòng)阻力運(yùn)動(dòng)流體阻力可表示為 CD阻力系數(shù)，為顆粒雷諾數(shù)Rep的函數(shù)，圖3-11為球形顆粒CDRep關(guān)系曲線(xiàn)可分三個(gè)區(qū)域2422vdCFpDDspepDvdRC2424spDvdF35 . 05 .18epDRC 1）斯托克斯區(qū)：斯托克斯區(qū)：Rep1，顆粒處于層流狀態(tài) BirdBird公式公式 2）過(guò)渡區(qū)：過(guò)渡區(qū)：

14、1Re500，流體運(yùn)動(dòng)向湍流過(guò)渡2444.022vdFpD44. 0DC（ 3 ） 渦 流 區(qū) ：渦 流 區(qū) ： 5 0 0 Re2105，顆粒處于與湍流狀態(tài)3.5.2康寧漢修正因子康寧漢修正因子 但顆粒尺寸與分子平均自由程相當(dāng)時(shí)，顆粒與表面氣體形成速度差，形成滑動(dòng)，顆粒所受阻力下降。 故引入康寧漢修正系數(shù)CCvdFspD3)10. 1exp(4 . 0257. 1 1nnKKC式中：Kn努森數(shù)，pMndK2RTMM2對(duì)常壓下空氣，卡爾努特方程pdTC101021. 613.6凈化裝置的性能凈化裝置的性能3.6.1凈化裝置的性能指標(biāo)凈化裝置的性能指標(biāo)1處理氣體量處理氣體量 經(jīng)由凈化器處理的氣體

15、流量 由于漏風(fēng)緣故，用平均處理量表示2/ )(21NNNQQQ其漏風(fēng)率為 %1001120NNNQQQ 2、凈化效率、凈化效率 單位時(shí)間內(nèi)凈化裝置去除污染物的量與進(jìn)入裝置的污染物的量之比 3、壓降（阻力損失）、壓降（阻力損失） 凈化裝置進(jìn)出口截面流體靜壓差22vP其表達(dá)式為：其表達(dá)式為：3.6.2凈化效率計(jì)凈化效率計(jì)算算1總凈化效率總凈化效率321SSS 如圖3-12NNQCS111NNQCS222根據(jù)凈化效率的定義 12131SSSS或：NNNNQCQC113221若裝置不漏風(fēng)，則： NNCC121).1)(1)(1 (1 321T若凈化裝置串聯(lián)使用，則系統(tǒng)總效率為： 1分級(jí)效率分級(jí)效率 除塵裝置對(duì)某一特定粒徑或該粒徑某一范圍內(nèi)粉塵顆粒的除塵效率。設(shè)除塵器進(jìn)口、出口及捕集口顆粒dpi 的質(zhì)量流量分別為S1i 、S2i S3i 則粒徑 dpi 顆粒的分級(jí)效率為：iiiidiSSSS12131 當(dāng)d1=50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的顆粒，成為除塵器的分（切）割粒徑，一般表示為dc50 。 1分級(jí)效率與總除塵效率的關(guān)系分級(jí)效率與總除塵效率的關(guān)系（1）由總除塵效率求分級(jí)效率由總除塵效率求分級(jí)效率設(shè)除塵器進(jìn)口、出口