大氣污染控制工程 第3章 顆粒污染物及其性質

1、1. 1. 1. 緒論緒論緒論2. 2. 2. 燃燒與大氣污染燃燒與大氣污染燃燒與大氣污染4. 4. 4. 除塵技術與設備除塵技術與設備除塵技術與設備第3章 顆粒污染物及其性質 粒徑粒徑 表示顆粒尺寸大小的量度。表示顆粒尺寸大小的量度。依據測量手段的不同，可以有不同的對粒徑的定義。依據測量手段的不同，可以有不同的對粒徑的定義。 第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布投影徑：投影徑：顯微鏡法測定的結顯微鏡法測定的結果。果。定向直徑定向直徑dF：各顆粒在平面投各顆粒在平面投影圖上同一方向上的最大投影影圖上同一方向上的最大投影長度。長度。定向面積等分直徑定向面積等分直徑dM：投影圖投

2、影圖上按同一方向將投影面積二等上按同一方向將投影面積二等分的直線的長度。分的直線的長度。投影圓直徑投影圓直徑dH：與投影面積相與投影面積相等的圓的直徑。等的圓的直徑。粒徑粒徑 表示顆粒尺寸大小的量度。表示顆粒尺寸大小的量度。依據測量手段的不同，可以有不同的對粒徑的定義。依據測量手段的不同，可以有不同的對粒徑的定義。 第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布投影徑：投影徑：顯微鏡法測定的結果。顯微鏡法測定的結果。投影圓直徑投影圓直徑dH：若粒子的投影面積為若粒子的投影面積為Ap，則，則 對同一粒子，有對同一粒子，有dF dH dM。 光學顯微鏡可以觀測粒徑光學顯微鏡可以觀測粒徑0.

3、5 100 m范圍的顆粒物。范圍的顆粒物。 ppHAAd128. 14第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布篩分直徑：篩分直徑：用篩分法測定的結果。用篩分法測定的結果。篩分直徑：篩分直徑：顆粒能夠通過的最小方孔的寬度。顆粒能夠通過的最小方孔的寬度。 等體積直徑：等體積直徑：光散射法測定的結果。光散射法測定的結果。等體積直徑等體積直徑de：與顆粒體積相等的球的直徑。與顆粒體積相等的球的直徑。若粒子的體積為若粒子的體積為Vp則則3324. 16ppeVVd第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布物理當量直徑：物理當量直徑：沉降法測定的結果。沉降法測定的結果。沉降粒徑沉

4、降粒徑ds：或稱或稱Stokes粒徑，與粒子密度相同和沉降速度相等粒徑，與粒子密度相同和沉降速度相等的球的直徑。的球的直徑。 空氣動力學粒徑空氣動力學粒徑da：在空氣中與粒子沉降速度相等的單位密度的：在空氣中與粒子沉降速度相等的單位密度的球的直徑。球的直徑。不同測定方法得到的不同定義的粒徑數值不同，應用場不同測定方法得到的不同定義的粒徑數值不同，應用場合也不同，而且很難進行相互比較。合也不同，而且很難進行相互比較。第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布粒徑分布：粒徑分布：某粒子群中，不同粒徑的粒子所占的比例。某粒子群中，不同粒徑的粒子所占的比例。個數分布：個數分布：以顆粒的個數

5、表示所占的比例；以顆粒的個數表示所占的比例；質量分布：質量分布：以顆粒的質量表示所占的比例；以顆粒的質量表示所占的比例；表示方法：表示方法：表格法、圖形法和函數法等。表格法、圖形法和函數法等。對于某一粉塵樣品，若總質量為對于某一粉塵樣品，若總質量為m m0 0，測定粒徑間隔，測定粒徑間隔d dp p到到d dp p+ + d dp p內粉塵的質量為內粉塵的質量為 m m，則定義：，則定義： 頻率分布：頻率分布：粒徑粒徑dp到到dp+ dp之間的塵樣質量占塵樣總質量的百之間的塵樣質量占塵樣總質量的百分數分數 ；頻率密度分布：頻率密度分布：單位粒徑間隔時的頻率分布；單位粒徑間隔時的頻率分布；篩下累

6、積頻率分布：篩下累積頻率分布：小于某一粒徑小于某一粒徑dp的塵樣質量占塵樣總量的的塵樣質量占塵樣總量的質量百分比質量百分比篩上累積頻率分布：篩上累積頻率分布：大于某一粒徑大于某一粒徑dp的塵樣質量占塵樣總量的的塵樣質量占塵樣總量的質量百分比質量百分比第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布頻率分布：頻率分布：粒徑粒徑dp到到dp+ dp之間的塵樣質量占塵樣總質之間的塵樣質量占塵樣總質量的百分數（量的百分數（%）：）：%1000mmg粒徑范圍粒徑范圍粒徑間隔粒徑間隔粉塵質量粉塵質量頻率分布頻率分布0 3.03.0 0.75 3.75 3.0 6.03.0 1.60 8.00 6.0

7、 9.03.0 3.15 15.75 9.0 12.03.0 4.25 21.25 12.0 18.06.0 4.20 21.00 18.0 24.06.0 2.20 11.00 24.0 34.010.0 1.85 9.25 34.0 44.010.0 1.15 5.75 44.0 62.018.0 0.85 4.25 第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布頻率密度分布：頻率密度分布：單位粒徑間隔時的頻率分布單位粒徑間隔時的頻率分布(%m-1) ：當當 dp趨向無窮小時趨向無窮小時 ， 可以得到微分式可以得到微分式 dpgqppdddgdq)(第3章 顆粒污染物及其性質3.1

8、 顆粒的粒徑及粒徑分布篩下累積頻率分布：篩下累積頻率分布：小于某一粒徑小于某一粒徑dp的塵樣質量占塵樣的塵樣質量占塵樣總量的質量百分比（總量的質量百分比（%）：）：當當 dp 0時，有積分式時，有積分式篩上累積頻率分布：篩上累積頻率分布：大于某一粒徑大于某一粒徑dp的塵樣質量占塵樣的塵樣質量占塵樣總量的質量百分比總量的質量百分比 積分式積分式 dppdpdqgG00dppqddG0ppdpddqgRdppqddR第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布篩下累積分布與篩上累積分布曲線互為對稱，兩條曲線篩下累積分布與篩上累積分布曲線互為對稱，兩條曲線在在G = R = 50 %處相交

9、；處相交；粒徑范圍粒徑范圍粒徑粒徑間隔間隔粉塵粉塵質量質量頻率頻率分布分布頻率頻率密度密度篩下篩下累積累積0 3.03.0 0.75 3.75 1.25 3.75 3.0 6.03.0 1.60 8.00 2.67 11.75 6.0 9.03.0 3.15 15.75 5.25 27.50 9.0 12.03.0 4.25 21.25 7.08 48.75 12.0 18.06.0 4.20 21.00 3.50 69.75 18.0 24.06.0 2.20 11.00 1.83 80.75 24.0 34.010.0 1.85 9.25 0.93 90.00 34.0 44.010.0

10、1.15 5.75 0.58 95.75 44.0 62.018.0 0.85 4.25 0.24 100.00 第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布平均粒徑：平均粒徑：表示顆粒群體平均尺寸的大小。表示顆粒群體平均尺寸的大小。依據不同定義，平均粒徑也有很多表示方法。依據不同定義，平均粒徑也有很多表示方法。算術平均徑：算術平均徑：亦稱長度平均徑，等于粉塵直徑的總和除亦稱長度平均徑，等于粉塵直徑的總和除以粉塵的顆粒數。以粉塵的顆粒數。 ni 粒徑為粒徑為di的粒子的個數；的粒子的個數； 顆粒群總長度；顆粒群總長度； 粒子總數。粒子總數。iiiLndndiidnin第3章 顆粒污染

11、物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布幾何平均徑：幾何平均徑：單一粒徑的幾何平均值。單一粒徑的幾何平均值。表面積平均徑：表面積平均徑：總表面積與總個數之比的平方根?？偙砻娣e與總個數之比的平方根。重量平均徑：重量平均徑：與粒子總數和總質量相等的均一球的直徑。與粒子總數和總質量相等的均一球的直徑。iininigdd1iiigndndlnln212iiisndnd34iiiimdndnd第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布中位徑中位徑d50：篩下累積分布為篩下累積分布為50%50%時所對應的粒徑。時所對應的粒徑。把頻率密度分布曲線下面積二等分時對應的粒徑。把頻率密度分布曲線下面積二

12、等分時對應的粒徑。眾徑眾徑dd：粒徑分布中頻率密度最大值所對應的粒徑。粒徑分布中頻率密度最大值所對應的粒徑。對應于篩下累積分對應于篩下累積分 布曲線的拐點。布曲線的拐點。當頻率密度分布曲當頻率密度分布曲 線是對稱的，有線是對稱的，有 dL = d50 = dd當頻率密度分布曲當頻率密度分布曲 線是非對稱的，有線是非對稱的，有 dL d50 dd眾徑眾徑中位徑中位徑第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布粒徑分布函數：粒徑分布函數：由概率統計理論和統計數據的經驗規(guī)律，由概率統計理論和統計數據的經驗規(guī)律，可以確定某一函數來表示粒徑的分布。可以確定某一函數來表示粒徑的分布。正態(tài)分布：正

13、態(tài)分布：也稱高斯分布。也稱高斯分布。22221pddpedqp2121Nddnppii第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布粒徑分布函數：粒徑分布函數：由概率統計理論和統計數據的經驗規(guī)律，由概率統計理論和統計數據的經驗規(guī)律，可以確定某一函數來表示粒徑的分布?？梢源_定某一函數來表示粒徑的分布。對數正態(tài)分布：對數正態(tài)分布：正態(tài)分布函數中，用正態(tài)分布函數中，用lnlnd dp p代替代替d dp p。ggpgppddddqln2lnlnexpln2122121lnlnlnNddngpiignppdddR50693. 0exp100第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布

14、粒徑分布函數：粒徑分布函數：由概率統計理論和統計數據的經驗規(guī)律，由概率統計理論和統計數據的經驗規(guī)律，可以確定某一函數來表示粒徑的分布?？梢源_定某一函數來表示粒徑的分布。羅辛羅辛-拉姆勒分布：拉姆勒分布：簡稱簡稱RR分布，其適用范圍更加廣泛。分布，其適用范圍更加廣泛。對兩端取兩次對數，得對兩端取兩次對數，得nppddRexp100pdnRlnln100lnln第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布粒徑分布函數：粒徑分布函數：粉塵粒徑屬于哪種分布，可用相應的坐粉塵粒徑屬于哪種分布，可用相應的坐標紙檢驗。標紙檢驗。序號序號dp / mR / %ln(ln(d dp p) )ln(ln

15、(100/ln(ln(100/R R)11.596.25 0.405-3.26424.5 88.25 1.504-2.07937.5 72.50 2.015-1.134410.5 51.25 2.351-0.403515.0 30.25 2.7080.179621.0 19.25 3.0450.499729.0 10.00 3.3670.834839.0 4.25 3.6641.150953.0 0.00 第3章 顆粒污染物及其性質3.1 顆粒的粒徑及粒徑分布粒徑分布函數：粒徑分布函數：粉塵粒徑屬于哪種分布，可用相應的坐粉塵粒徑屬于哪種分布，可用相應的坐標紙檢驗。標紙檢驗。粉塵的密度粉塵的密度

16、單位體積粉塵的質量。單位體積粉塵的質量。真密度真密度 p：粉塵質量與粉塵的真實體積之比值。粉塵質量與粉塵的真實體積之比值。堆積密度堆積密度 b：粉塵質量與堆積粉塵所用體積。粉塵質量與堆積粉塵所用體積?？障堵士障堵?：粉塵之間的空間體積與堆積粉塵的總體積之比。粉塵之間的空間體積與堆積粉塵的總體積之比。粉塵的比表面積粉塵的比表面積單位體積（或質量）粉塵具有的表單位體積（或質量）粉塵具有的表面積。面積。 cm2/cm3 cm2/g第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵的物理性質pb)1 ( VSSVVSSpm粉塵的潤濕性粉塵的潤濕性塵粒能否與液體互相附著或附著難易塵粒能否與液體互相附著或附著難易的性

17、質。的性質?？梢源致苑譃榭梢源致苑譃橛H水性粉塵親水性粉塵和和疏水性粉塵疏水性粉塵，以及，以及水硬性粉塵水硬性粉塵；可以用可以用潤濕速度潤濕速度來定量表征；來定量表征； 測量液體對試管中的粉塵的潤濕速度，取潤濕時間為測量液體對試管中的粉塵的潤濕速度，取潤濕時間為20 min，測，測出此時的潤濕高度出此時的潤濕高度L20，則潤濕速度：，則潤濕速度：評價粉塵的潤濕性時，通常將其分為四類：評價粉塵的潤濕性時，通常將其分為四類： 絕對憎水，絕對憎水，v20 8.0 mm/min。第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵的物理性質202020Lv粉塵的荷電性粉塵的荷電性粉塵帶有電荷的能力。粉塵帶有電荷的能力

18、。使粉塵帶電的原因很多；使粉塵帶電的原因很多；粉塵帶有電荷后，可能會改變其一些物理性質；粉塵帶有電荷后，可能會改變其一些物理性質；粉塵的導電性粉塵的導電性粉塵傳導電荷的能力。粉塵傳導電荷的能力。通常用比電阻通常用比電阻 d來表示來表示 ； cm粉塵帶有電荷后，可能會改變其一些物理性質；粉塵帶有電荷后，可能會改變其一些物理性質；粉塵的導電機制有兩種：容積導電和表面導電。粉塵的導電機制有兩種：容積導電和表面導電。 第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵的物理性質jVd容積導電：容積導電：粒子內部的電粒子內部的電子或離子導電。子或離子導電。溫度較高（溫度較高（200 C）時，）時，粉塵以容積導電為主

19、；粉塵以容積導電為主；表面導電：表面導電：表面吸附的水表面吸附的水分或化學膜導電。分或化學膜導電。低溫（低溫（100 C）時，表面）時，表面導電占主導地位；導電占主導地位；氣體的溫度、濕度、成分等氣體的溫度、濕度、成分等影響導電能力。影響導電能力。第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵的物理性質影響粉塵比電阻的外界因素包括溫度、濕度、氣體成分影響粉塵比電阻的外界因素包括溫度、濕度、氣體成分（SO2和和NH3為主）以及粉塵的粒徑等。為主）以及粉塵的粒徑等。第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵的物理性質粉塵的自燃粉塵的自燃粉塵的放熱反應的熱量產生速度大于系粉塵的放熱反應的熱量產生速度大于系統的散

20、熱速度，使氧化反應自動加速。統的散熱速度，使氧化反應自動加速。在空氣作用下自燃：煤、木炭、甘草、鋸末、膠木、鋅粉、鋁粉在空氣作用下自燃：煤、木炭、甘草、鋸末、膠木、鋅粉、鋁粉等；等；在水的作用下產生燃燒：鉀、鈉、碳化鈣、金屬碳化物等；在水的作用下產生燃燒：鉀、鈉、碳化鈣、金屬碳化物等；粉塵的自然溫度相差很大，黃磷、還原鐵粉、烷基鋁等在常溫下粉塵的自然溫度相差很大，黃磷、還原鐵粉、烷基鋁等在常溫下都由可能引起自燃。都由可能引起自燃。粉塵的爆炸粉塵的爆炸粉塵迅速而劇烈的氧化作用，在瞬間產粉塵迅速而劇烈的氧化作用，在瞬間產生大量的熱量和氣體燃燒產物。生大量的熱量和氣體燃燒產物。在封閉的空間里可燃性懸

21、浮粉塵的燃燒會導致爆炸的發(fā)生；在封閉的空間里可燃性懸浮粉塵的燃燒會導致爆炸的發(fā)生；只有在一定濃度范圍內粉塵才會產生爆炸現象；只有在一定濃度范圍內粉塵才會產生爆炸現象；分散度對粉塵的爆炸性影響很大。分散度對粉塵的爆炸性影響很大。第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵的物理性質粉塵爆炸性及火災危險性分類：粉塵爆炸性及火災危險性分類： 爆炸危險性最大，爆炸的下限濃度小于爆炸危險性最大，爆炸的下限濃度小于15 g/m3。這類粉塵。這類粉塵有蔗糖、泥煤、膠木粉、硫、松香等有蔗糖、泥煤、膠木粉、硫、松香等 有爆炸危險，爆炸的下限濃度為有爆炸危險，爆炸的下限濃度為16 65 g/m3。這類粉塵有。這類粉塵有

22、鋁粉、亞麻、面粉、淀粉等；鋁粉、亞麻、面粉、淀粉等； 火災危險性最大，自燃溫度低于火災危險性最大，自燃溫度低于250 C，燃燒發(fā)火的下限濃，燃燒發(fā)火的下限濃度高于度高于65 g/m3。這類粉塵有煙草粉等；。這類粉塵有煙草粉等； 有火災危險，自燃溫度高于有火災危險，自燃溫度高于250 C，燃燒發(fā)火的下限濃度高，燃燒發(fā)火的下限濃度高于于65 g/m3。這類粉塵有鋸末等。這類粉塵有鋸末等。 第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵的物理性質流體阻力流體阻力運動的塵粒將引起其周圍介質（氣體）的擾動，產生氣體對塵粒運動的塵粒將引起其周圍介質（氣體）的擾動，產生氣體對塵粒運動的阻力；運動的阻力；形狀阻力形狀

23、阻力 塵粒運動時排開周圍流體導致其前面的壓力比后塵粒運動時排開周圍流體導致其前面的壓力比后面的大；面的大；摩擦阻力摩擦阻力 顆粒與流體之間存在的摩擦。顆粒與流體之間存在的摩擦。流體阻力的大小決定于顆粒的形狀、大小、流體的種類流體阻力的大小決定于顆粒的形狀、大小、流體的種類和性質以及顆粒與流體的相對運動速度。和性質以及顆粒與流體的相對運動速度。連續(xù)、不可壓縮的流體，剛性粒子作穩(wěn)定運動，阻力計算公式：連續(xù)、不可壓縮的流體，剛性粒子作穩(wěn)定運動，阻力計算公式： 對球形顆粒對球形顆粒第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵在氣體中的運動22uACFgPDD24ppdA流體阻力的大小決定于顆粒的形狀、大小、

24、流體的種類流體阻力的大小決定于顆粒的形狀、大小、流體的種類和性質以及顆粒與流體的相對運動速度。和性質以及顆粒與流體的相對運動速度。連續(xù)、不可壓縮的流體，剛性粒子作穩(wěn)定運動，阻力計算公式：連續(xù)、不可壓縮的流體，剛性粒子作穩(wěn)定運動，阻力計算公式：流體阻力系數流體阻力系數CD表示了阻力的性質及大小；表示了阻力的性質及大??；CD可以描述為塵粒的雷諾數可以描述為塵粒的雷諾數Rep的函數的函數第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵在氣體中的運動22uACFgPDDpDfCReudgppRe 從從CD隨隨Rep變化的實驗曲線看，二者之間的關系很難用單變化的實驗曲線看，二者之間的關系很難用單一的數學函數表示出

25、來。一的數學函數表示出來。第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵在氣體中的運動 從從CD隨隨Rep變化的實驗曲線看，二者之間的關系很難用單變化的實驗曲線看，二者之間的關系很難用單一的數學函數表示出來。一的數學函數表示出來?？梢愿鶕梢愿鶕ep的大的大 小將其分成四個區(qū)小將其分成四個區(qū) 段，每一個區(qū)段用段，每一個區(qū)段用 相應的表達式來表相應的表達式來表 示示CD與與Rep的關系：的關系：第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵在氣體中的運動流體阻力流體阻力粘性流區(qū)粘性流區(qū)（Stokes區(qū)，區(qū)，Rep 1）：）：流體阻力計算公式：流體阻力計算公式：由此可以導出阻力系數：由此可以導出阻力系數：過渡區(qū)

26、過渡區(qū)（Allen區(qū)，區(qū)，1 Rep 500）：）：阻力系數阻力系數第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵在氣體中的運動udFpD3pDCRe24pDCRe6 .10流體阻力流體阻力紊流區(qū)紊流區(qū)（Newton區(qū)，區(qū)， 500 Rep 2 105）：）：流體阻力系數流體阻力系數CD 處于處于0.38 0.5范圍內，通常取范圍內，通常取CD = 0.44高速區(qū)高速區(qū)：阻力系數大大降低，由阻力系數大大降低，由0.44降到約降到約0.1 0.22綜合結果綜合結果： Stokes區(qū)（區(qū)（Rep 1） = 24， = 1； Allen區(qū)（區(qū)（1 Rep 500） = 10.6， = 0.5； Newton區(qū)（區(qū)（500 Rep 2 105） = 0.44， = 0。第3章 顆粒污染物及其性質3.2 粉塵在氣體中的運動pDCRe流體阻力流體阻力康寧漢（康寧漢（Cammingham）修正）修正通常，對于通常，對于dp 3 m的工業(yè)粉塵，需要的工業(yè)粉塵，需要Cummingham修正；修正；Cummingham修正系數：修正系數：對于空氣，在對于空氣，在20 C，1atm條件