第3章 除塵技術(shù)基礎(chǔ)

1、大氣污染控制工程大氣污染控制工程授課院系：機械學(xué)院建環(huán)系 授課教師：袁艷平電 話：138 808 71068電子郵箱: 第三章 除塵技術(shù)基礎(chǔ)第第 3 3 章章 除塵技術(shù)基礎(chǔ)除塵技術(shù)基礎(chǔ)n 顆粒的粒徑及粒徑分布顆粒的粒徑及粒徑分布 n 顆粒物的其它物理性質(zhì)顆粒物的其它物理性質(zhì) n 除塵器的性能除塵器的性能 第第 3 章章 除塵技術(shù)基礎(chǔ)除塵技術(shù)基礎(chǔ)n掌握顆粒粒徑分布特點掌握顆粒粒徑分布特點n掌握顆粒物的其它物理性質(zhì)掌握顆粒物的其它物理性質(zhì) n掌握除塵器的關(guān)鍵參數(shù)掌握除塵器的關(guān)鍵參數(shù)第一節(jié)第一節(jié) 顆粒的粒徑及粒徑分布顆粒的粒徑及粒徑分布顆粒的粒徑顆粒的粒徑通常將粒徑分為代表單個顆粒的單一粒徑和通常將

2、粒徑分為代表單個顆粒的單一粒徑和代表各種不同大小顆粒的平均粒徑代表各種不同大小顆粒的平均粒徑第一節(jié)第一節(jié) 顆粒的粒徑及粒徑分布顆粒的粒徑及粒徑分布單一粒徑單一粒徑v投影徑v幾何當(dāng)量徑v物理當(dāng)量徑第一節(jié)第一節(jié) 顆粒的粒徑及粒徑分布顆粒的粒徑及粒徑分布Heywood測定分析表明，同一顆粒的測定分析表明，同一顆粒的dFddM投影徑投影徑v定向直徑定向直徑d dF F（FeretFeret 直徑）：各顆粒在投影圖中同一方向上的直徑）：各顆粒在投影圖中同一方向上的最大投影長度最大投影長度v定向面積等分直徑定向面積等分直徑d dMM（MartinMartin直徑）：各顆粒在投影圖中同直徑）：各顆粒在投影圖

3、中同一方向?qū)㈩w粒投影面積二等分的線段長度一方向?qū)㈩w粒投影面積二等分的線段長度. .v圓等直徑圓等直徑D D（HeywoodHeywood直徑）：與顆粒投影面積相等的圓的直徑）：與顆粒投影面積相等的圓的直徑直徑. .顆粒的直徑顆粒的直徑n顯微鏡法觀測粒徑直徑的三種方法顯微鏡法觀測粒徑直徑的三種方法na-定向直徑定向直徑 b-定向面積等分直徑定向面積等分直徑 c-投影面積直徑投影面積直徑第一節(jié)第一節(jié) 顆粒的粒徑及粒徑分布顆粒的粒徑及粒徑分布幾何當(dāng)量徑幾何當(dāng)量徑取為顆粒的某一幾何量（面積、體積）相同的球形顆粒的取為顆粒的某一幾何量（面積、體積）相同的球形顆粒的直徑為其幾何當(dāng)量直徑，如球等直徑，系與被

4、測顆粒體積相等直徑為其幾何當(dāng)量直徑，如球等直徑，系與被測顆粒體積相等的球的直徑的球的直徑第一節(jié)第一節(jié) 顆粒的粒徑及粒徑分布顆粒的粒徑及粒徑分布物理當(dāng)量徑物理當(dāng)量徑取與顆粒的某一物理量相同的球形顆粒的直徑為其物理當(dāng)取與顆粒的某一物理量相同的球形顆粒的直徑為其物理當(dāng)量直徑量直徑物理當(dāng)量徑物理當(dāng)量徑斯托克斯徑斯托克斯徑 空氣動力學(xué)直徑空氣動力學(xué)直徑 第一節(jié)第一節(jié) 顆粒的粒徑及粒徑分布顆粒的粒徑及粒徑分布p斯托克斯徑斯托克斯徑d dst st 是與被測顆粒的密度相同，終末沉降速度相同的球的直徑。是與被測顆粒的密度相同，終末沉降速度相同的球的直徑。 當(dāng)顆粒雷諾數(shù)小于當(dāng)顆粒雷諾數(shù)小于1 1時，斯托克斯徑的

5、定義式為時，斯托克斯徑的定義式為18( )sstpvdmg 式中式中 流體的粘度，流體的粘度，Pa.sPa.ssv 顆粒的密度，顆粒的密度，kg/mkg/m3 3 流體的密度，流體的密度，kg/mkg/m3 3 終末沉降速度，終末沉降速度，m/sm/s第一節(jié)第一節(jié) 顆粒的粒徑及粒徑分布顆粒的粒徑及粒徑分布空氣動力學(xué)直徑空氣動力學(xué)直徑d da a 是指在空氣中與顆粒的沉降速度相同的單位密度的球的直徑。是指在空氣中與顆粒的沉降速度相同的單位密度的球的直徑。斯托克斯徑與空氣動力學(xué)徑的關(guān)系為斯托克斯徑與空氣動力學(xué)徑的關(guān)系為1/2astpdd平均粒徑平均粒徑名稱計算公式物理意義算術(shù)平均值單一徑的算術(shù)平均

6、值面積長度平均徑表面積總和除以直徑的總和體面積平均徑全部粒子的體積除以總表面積質(zhì)量平均徑 總質(zhì)量，總個數(shù)總質(zhì)量，總個數(shù)平均表面積徑總面積除總個數(shù)的平方根比表面積徑由比表面積計算得來中位徑粒徑分布的累積值為50%時眾徑粒徑中頻度最高的粒徑1nddn24nddnd332nddnd453nddnd1/22/rndnd 6 1/da50ddd粒徑分布（粒徑分布（針對于顆粒群針對于顆粒群）size distributionn粒徑分布指某種粉塵中，不同粒徑的顆粒所占的比例，也粒徑分布指某種粉塵中，不同粒徑的顆粒所占的比例，也稱粉塵的分散度。稱粉塵的分散度。n粒徑分布可以用顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或個數(shù)百分比來表示，

7、前粒徑分布可以用顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或個數(shù)百分比來表示，前者稱為質(zhì)量分布，后者稱為粒數(shù)分布。者稱為質(zhì)量分布，后者稱為粒數(shù)分布。n粒徑分布的表示方法有列表法、圖示法和函數(shù)法。粒徑分布的表示方法有列表法、圖示法和函數(shù)法。粒徑分布粒徑分布頻率分布頻率分布頻率分布頻率分布g(%): 粒徑至之間的塵樣質(zhì)量占塵樣總質(zhì)量的百分比，即粒徑至之間的塵樣質(zhì)量占塵樣總質(zhì)量的百分比，即0100%mgm100%g 式中式中 m_顆粒為顆粒為dp至至dp+p間隔的塵樣質(zhì)量，間隔的塵樣質(zhì)量，kg m0_為試樣總質(zhì)量為試樣總質(zhì)量, kg粒徑分布粒徑分布頻率密度分布頻率密度分布頻率密度分布頻率密度分布 f (%.m-1): 簡稱頻率

8、分布，是指單位粒徑間隔寬度時的頻率分布，簡稱頻率分布，是指單位粒徑間隔寬度時的頻率分布，即粒徑間隔寬度即粒徑間隔寬度dp=1 mdp=1 m時塵樣質(zhì)量占塵樣總質(zhì)量時塵樣質(zhì)量占塵樣總質(zhì)量的百分比的百分比。其計算式為其計算式為1%.pgfmd粒徑分布粒徑分布分組號123456789粒徑間隔dp6-1010-1414-1818-2222-2626-3030-3434-3838-42間隔寬度444444444粉塵質(zhì)量0.0120.0980.360.640.860.890.80.460.16頻率分布0.32.38.415.020.120.818.710.73.7頻度分布0.070.572.103.755

9、.035.204.682.670.92篩上10099.897.589.174.154.033.214.53.8篩下00.22.510.925.946.066.885.596.2粒徑分布粒徑分布n篩上累積頻率：大于某篩上累積頻率：大于某一粒徑的所有顆粒質(zhì)量一粒徑的所有顆粒質(zhì)量占塵樣總質(zhì)量的百分比。占塵樣總質(zhì)量的百分比。n篩下累積頻率：小于某篩下累積頻率：小于某一粒徑的所有顆粒質(zhì)量一粒徑的所有顆粒質(zhì)量占塵樣總質(zhì)量的百分比。占塵樣總質(zhì)量的百分比。粒徑分布函數(shù)粒徑分布函數(shù)正態(tài)分布正態(tài)分布0100%mgm221001()exp22pppddf dpd式中式中N 正態(tài)分布函數(shù)很少用于描述粉塵的粒徑分布，因

10、為大多數(shù)粉塵正態(tài)分布函數(shù)很少用于描述粉塵的粒徑分布，因為大多數(shù)粉塵的頻度曲線向大顆粒方向偏移的頻度曲線向大顆粒方向偏移. .粒徑的算術(shù)平均值粒徑的算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差顆粒的個數(shù)顆粒的個數(shù)粒徑分布函數(shù)粒徑分布函數(shù)n對數(shù)正態(tài)分布對數(shù)正態(tài)分布以以lndlndp p代替代替d dp p得到的正態(tài)得到的正態(tài)分布的頻度曲線分布的頻度曲線22lg1001()exp22pppddf d22lg1001()exp22pppddf d22lglg1ppgddNggd為粒徑的幾何平均值為粒徑的幾何平均值幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差粒徑分布函數(shù)粒徑分布函數(shù)n羅辛拉姆勒分布（羅辛拉姆勒分布（RosinRosinRam

11、mlerRammler）()100 10npdpR d()100expnppR dd50()100exp0.693nppdR dd常用的常用的R-RR-R分布函數(shù)表達式分布函數(shù)表達式式中式中顆粒粒徑顆粒粒徑分布系數(shù)分布系數(shù)粒徑的分布指數(shù)粒徑的分布指數(shù)pdN粒徑分布函數(shù)粒徑分布函數(shù)n羅辛拉姆勒分布（羅辛拉姆勒分布（RosinRammler）R RR R的適用范圍較廣，特別對破碎、研磨、篩分的適用范圍較廣，特別對破碎、研磨、篩分過程產(chǎn)生的較細粉塵更為適用過程產(chǎn)生的較細粉塵更為適用分布指數(shù)分布指數(shù)n1n1時，近似于對數(shù)正態(tài)分布；時，近似于對數(shù)正態(tài)分布；n3n3時，時，更適合于正態(tài)分布更適合于正態(tài)分布

12、v顯微鏡法顯微鏡法 用放大率用放大率450-600倍的顯微鏡，對塵粒逐個測量，從而取倍的顯微鏡，對塵粒逐個測量，從而取得定向徑、定向面積等分徑。得定向徑、定向面積等分徑。 在測量時要求整個視野范圍內(nèi)的塵粒數(shù)不超過在測量時要求整個視野范圍內(nèi)的塵粒數(shù)不超過50-70個。每個。每次最少測量次最少測量200個以上。個以上。 也可在顯微鏡外部加一個電視攝像機，進行掃描測定。也可在顯微鏡外部加一個電視攝像機，進行掃描測定。顆粒粒徑分布的測定方法顆粒粒徑分布的測定方法篩分法篩分法 取取100g塵樣為標(biāo)準(zhǔn)，通過一套篩子進行篩分，按不同孔組上殘塵樣為標(biāo)準(zhǔn)，通過一套篩子進行篩分，按不同孔組上殘留率進行計算，找出占

13、總質(zhì)量的百分比。留率進行計算，找出占總質(zhì)量的百分比。 篩分直徑：顆粒能夠通過的最小方篩孔的寬度篩分直徑：顆粒能夠通過的最小方篩孔的寬度.顆粒粒徑分布的測定方法顆粒粒徑分布的測定方法v庫爾特計數(shù)器庫爾特計數(shù)器 庫爾特（庫爾特（Coulter）計數(shù)器是細孔通過法的一種，它是使塵）計數(shù)器是細孔通過法的一種，它是使塵粒在電解介質(zhì)中通過孔口，由于電阻的變化而引起的電壓波動，粒在電解介質(zhì)中通過孔口，由于電阻的變化而引起的電壓波動，其波動值與塵粒的體積成正比。其波動值與塵粒的體積成正比。 測定的范圍為測定的范圍為0.6-500m, 需要試樣少，分析快，只需幾十需要試樣少，分析快，只需幾十秒鐘。秒鐘。顆粒粒徑

14、分布的測定方法顆粒粒徑分布的測定方法顆粒粒徑分布的測定方法顆粒粒徑分布的測定方法沉降法沉降法斯托克斯（斯托克斯（StokesStokes）直徑）直徑d ds s：同一流體中與顆粒密度相同、：同一流體中與顆粒密度相同、沉降速度相等的圓球直徑沉降速度相等的圓球直徑; ;空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑d da a：在空氣中與顆粒沉降速度相等的：在空氣中與顆粒沉降速度相等的單位密度（單位密度（1g/m1g/m3 3）的圓球的直徑）的圓球的直徑; ; 斯托克斯直徑和空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑與顆粒的空氣動力學(xué)行斯托克斯直徑和空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑與顆粒的空氣動力學(xué)行為密切相關(guān)，是除塵技術(shù)中應(yīng)用最多的兩種直徑。

15、為密切相關(guān)，是除塵技術(shù)中應(yīng)用最多的兩種直徑。第二節(jié)第二節(jié) 顆粒的物理性質(zhì)顆粒的物理性質(zhì)n顆粒的密度顆粒的密度單位體積顆粒的質(zhì)量，單位體積顆粒的質(zhì)量，kg/mkg/m3 3或或g/cmg/cm3 3 ; ;若顆粒體積不包括顆粒內(nèi)部和之間的縫隙真密度若顆粒體積不包括顆粒內(nèi)部和之間的縫隙真密度用堆積體積計算用堆積體積計算堆積密度堆積密度; ;空隙率空隙率粉塵顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積總粉塵顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積總體積之比體積之比. .pb(1)bp 顆粒的比表面積顆粒的比表面積231166ppppdSddv單位體積顆粒所具有的總表面積單位體積顆粒所具有的總表面積SpSpv對于平均粒徑為對于平

16、均粒徑為d dp p，空隙率，空隙率 的表面光滑球顆粒，其比表面積定的表面光滑球顆粒，其比表面積定義為義為16pmpSdv對于非球形顆粒組成的粉塵，其比表面積定義為對于非球形顆粒組成的粉塵，其比表面積定義為顆粒的含水率顆粒的含水率n顆粒中的水分包括附在顆粒表面和包含在凹坑和細孔中的顆粒中的水分包括附在顆粒表面和包含在凹坑和細孔中的自由水自由水分、分、顆粒內(nèi)部的顆粒內(nèi)部的結(jié)合水分結(jié)合水分以及顆粒的以及顆粒的化學(xué)結(jié)合水化學(xué)結(jié)合水（如結(jié)晶水）（如結(jié)晶水）;n含水率水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量之比含水率水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量之比;n含水率影響粉塵的導(dǎo)電性、粘附性、流動性等物理特性含水率影響粉塵的導(dǎo)電性、粘附性、

17、流動性等物理特性.顆粒的潤濕性顆粒的潤濕性n潤濕性潤濕性顆粒物的顆粒與液體接觸后能夠互相附著或附著的難易顆粒物的顆粒與液體接觸后能夠互相附著或附著的難易程度的性質(zhì)程度的性質(zhì);n潤濕性與顆粒的種類、粒徑、形狀、生成條件、組分、溫度、含潤濕性與顆粒的種類、粒徑、形狀、生成條件、組分、溫度、含水率、表面粗糙度及荷電性有關(guān)，還與液體的表面張力及塵粒與水率、表面粗糙度及荷電性有關(guān)，還與液體的表面張力及塵粒與液體之間的粘附力和接觸方式有關(guān)。液體之間的粘附力和接觸方式有關(guān)。顆粒的潤濕性顆粒的潤濕性n顆粒的潤濕性隨壓力增大而增大，隨溫度升高而下降顆粒的潤濕性隨壓力增大而增大，隨溫度升高而下降;n潤濕性是選擇濕

18、式除塵器的主要依據(jù)潤濕性是選擇濕式除塵器的主要依據(jù).顆粒的荷電性和導(dǎo)電性顆粒的荷電性和導(dǎo)電性n顆粒的荷電性顆粒的荷電性天然粉塵和工業(yè)粉塵幾乎都帶有一定的電荷天然粉塵和工業(yè)粉塵幾乎都帶有一定的電荷; ;荷電因素電離輻射、高壓放電、高溫產(chǎn)生的離子或電子被荷電因素電離輻射、高壓放電、高溫產(chǎn)生的離子或電子被捕獲、顆粒間或顆粒與壁面間摩擦過程中荷電捕獲、顆粒間或顆粒與壁面間摩擦過程中荷電; ;天然粉塵和人工粉塵的荷電量一般為最大荷電量的天然粉塵和人工粉塵的荷電量一般為最大荷電量的1/10;1/10;荷電量隨溫度增高、表面積增大及含水率減小而增加，且與荷電量隨溫度增高、表面積增大及含水率減小而增加，且與化

19、學(xué)組成有關(guān)化學(xué)組成有關(guān). .顆粒的荷電性和導(dǎo)電性顆粒的荷電性和導(dǎo)電性n顆粒的導(dǎo)電性顆粒的導(dǎo)電性比電阻比電阻導(dǎo)電機制：導(dǎo)電機制：高溫（高溫（200oC以上），顆粒本體內(nèi)部的電子和離子以上），顆粒本體內(nèi)部的電子和離子體積比電阻體積比電阻;低溫（低溫（100oC以下），顆粒表面吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)表面以下），顆粒表面吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)表面積比電阻積比電阻;中間溫度，同時起作用中間溫度，同時起作用;比電阻對電除塵器運行有很大影響，最適宜范圍比電阻對電除塵器運行有很大影響，最適宜范圍1041010. ()dVcmjcm顆粒的導(dǎo)電性和荷電性顆粒的導(dǎo)電性和荷電性n典型溫度比電阻曲線典型溫度比電阻曲

20、線顆粒的粘附性顆粒的粘附性n是指顆粒之間凝聚的可能性或顆粒對器壁粘附堆積的可能性是指顆粒之間凝聚的可能性或顆粒對器壁粘附堆積的可能性;n粘附力克服附著現(xiàn)象所需要的力粘附力克服附著現(xiàn)象所需要的力;n粘附力：分子力（范德華力）、毛細力、靜電力（庫侖力）粘附力：分子力（范德華力）、毛細力、靜電力（庫侖力）.顆粒的安息角與滑動角顆粒的安息角與滑動角n安息角：顆粒從漏斗連續(xù)落下自然堆積形成的圓錐體母線與地面的夾角;n滑動角：自然堆積在光滑平板上的顆粒隨平板做傾斜運動時顆粒開始發(fā)生滑動的平板傾角.顆粒的安息角與滑動角顆粒的安息角與滑動角n安息角與滑動角是評價顆粒物流動特性的重要指標(biāo);n安息角和滑動角的影響因素：顆粒粒徑、含水率、顆粒形狀、顆粒表面光滑程度、顆粒粘性.顆粒的自燃性和爆炸性顆粒的自燃性和爆炸性n粉塵的自燃性粉塵的自燃性自燃存放過程中自然發(fā)熱 熱量積累 達到燃點 燃燒;自然發(fā)熱的原因氧化熱、分解熱、聚合熱、發(fā)酵熱;影響因素：粉塵的結(jié)構(gòu)和物化特性、粉塵的存在狀態(tài)和環(huán)境.粉塵的爆炸性粉塵的爆炸性n粉塵發(fā)生爆炸必備的條件：粉塵發(fā)生爆炸必備的條件：可燃物與空氣或氧氣構(gòu)成的可燃混合物達到一定的濃度最低可燃物濃度爆炸濃