大氣污染控制工程顆粒污染物控制原理

1、第四章 除塵技術根底補充： 顆粒污染物成因顆粒污染物的來源大氣中的固體或液體顆粒狀的物質(zhì)被稱為顆粒物。 可以分為一次性顆粒物和二次性顆粒物。又分為：天然來源:地面揚塵、火山爆發(fā)、地震灰和森林火災；海浪沫，海鹽粒等；宇宙來源的隕星塵及生物界產(chǎn)生的花粉、袍子等 人為來源：生產(chǎn)、建筑和運輸過程以及燃料燃燒過程中產(chǎn)生的。如各種工業(yè)生產(chǎn)中排放的粉塵；燃料燃燒中產(chǎn)生的煤煙、飛灰等；汽車尾氣排出的鹵化鉛凝聚而形成的顆粒物以及人為排放SO2在一定條件下轉化為硫酸鹽粒子等的二次顆粒物。 3顆粒污染物的來源人為來源： 工業(yè)粉塵是指能在空氣中浮游的固體微粒。主要來源包括：固體物料的機械粉碎和研磨，例如選礦、耐火材料

2、車間的礦石破碎過程和各種研磨加工過程； 粉狀物料的混合、篩分、包裝及運輸，例如水泥、面粉等的生產(chǎn)和運輸過程； 物質(zhì)的燃燒，例如煤燃燒時產(chǎn)生的煙塵； 物質(zhì)被加熱時產(chǎn)生的蒸氣在空氣中的氧化和凝結，例如礦石燒結、金屬冶煉等過程產(chǎn)生的鋅蒸氣，在空氣中冷卻時會凝結，氧化成氧化鋅固體微粒。 4顆粒污染物的分類根據(jù)顆粒污染物進入大氣的途徑，分為自然性顆粒污染物, 例如風力揚塵、海浪濺沫、火山飛灰、植物花粉等等。生活性顆粒污染物，例如清掃衛(wèi)生揚起的塵埃，使用噴霧劑、燃料產(chǎn)生的霧、煙，煤塵等等。生產(chǎn)性顆粒污染物，通常稱之為粉塵。其中以電站鍋爐、工業(yè)與民用鍋爐、冶金工業(yè)、建材工業(yè)最為嚴重。 5顆粒污染物的分類按照

3、氣溶膠的來源和物理性質(zhì)，分為粉塵飛灰煙、黑煙霧滴如水霧、酸霧、堿霧、油霧等懸浮體。其中工業(yè)粉塵種類較多，性質(zhì)差異較大。6顆粒污染物的分類按照粉塵的成分，可分為：無機粉塵，包括礦物性粉塵如石英、石棉、滑石粉等、金屬粉塵如鐵、鋁、錫、錳、鉛及其氧化物等和人工無機性粉塵如金剛砂、水泥、耐火材料、石墨等。有機粉塵，包括植物性粉塵如棉、亞麻、谷物、煙草等、動物性粉塵如毛發(fā)、角質(zhì)、骨質(zhì)等和人工有機粉塵如炸藥、有機染料等。混合性粉塵，包括數(shù)種粉塵的混合物。大氣中的粉塵通常都是混合性粉塵，因此在進行空氣過濾器實驗時所采取的人工試驗塵，除了有無機性粉塵外，通常還要參加少量棉塵。7顆粒污染物的形成機理燃燒過程中顆

4、粒物的形成碳粒子的生成燃燒過程中生成一些主要成分為碳的粒子，通常包括由氣相反響生成積炭，由液態(tài)烴燃料高溫分解產(chǎn)生的結焦或煤胞。積碳：氣相析出型蒸發(fā)的燃料氣體在空氣缺乏時發(fā)生熱分解而形成的碳黑，氣、液、固燃料都會發(fā)生。氣體燃料擴散燃燒多數(shù)工業(yè)設備采用更容易發(fā)生。機理復雜，有多種假說。預混燃燒、補充足夠氧氣可防止。8顆粒污染物的形成機理燃燒過程中顆粒物的形成碳粒子的生成石油焦或煤胞：殘?zhí)夹鸵后w燃料油霧滴在被充分氧化之前，被熾熱火焰包圍或與熾熱壁面接觸，導致液相裂化，接著發(fā)生高溫分解，最后出現(xiàn)結焦。由此產(chǎn)生的碳粒叫石油焦，是一種比積炭更硬的物質(zhì)。多組分重殘油的燃燒試驗說明：燃料液滴燃燒的后期，將生成

5、一種稱為煤胞的焦粒，并且難以燃燒。煤胞外形為微小空心的球形粒子發(fā)泡和固化同時進行而產(chǎn)生，其大小與油滴的直徑成正比，一般為10300m。 9顆粒污染物的形成機理燃燒過程中顆粒物的形成燃煤煙塵的形成固體燃料燃燒產(chǎn)生的顆粒物通常稱為煙塵，它包括黑煙和飛灰兩局部。黑煙主要是未燃盡的炭粒，飛灰那么主要是燃料所含的不可燃礦物質(zhì)微粒，是灰分的一局部，可富集數(shù)百至數(shù)千倍多種污染元素，有害健康。減少燃煤層氣中未燃盡碳粒的主要途徑應當是改善燃燒條件，包括燃料和空氣的混合，適宜的燃燒溫度，以及碳粒在高溫區(qū)必要的停留時間。不易燃燒又多出現(xiàn)黑煙的燃料順序為：無煙煤焦炭褐煤低揮發(fā)分煙煤高揮發(fā)分煙煤。 10顆粒污染物的形成

6、機理燃燒過程中顆粒物的形成燃煤尾氣中飛灰的產(chǎn)生 燃煤尾氣中飛灰的濃度和粒度與煤質(zhì)、燃燒方式、煙氣流速、爐排和爐膛的熱負荷、鍋爐運行負荷以及鍋爐結構等多種因素有關?；曳衷礁?，含水量越少，那么排塵濃度就越高。 11顆粒污染物的形成機理生產(chǎn)和交通過程中粉塵的產(chǎn)生 物料間剪切壓縮造成的塵化作用如破碎巖石、篩分物料等誘導空氣造成的塵化作用 車輛揚塵、砂輪磨光金屬下來的細粉塵隨其擴散、鋼鑿沖擊石塊飛濺石粒產(chǎn)生的誘導空氣造成塵化。 熱氣流上升造成的塵化作用當煉鋼電爐、加熱爐以及金屬澆鑄等熱產(chǎn)塵設備外表的空氣被加熱上升時，會帶著粉塵一起運動。 12顆粒污染物的形成機理生產(chǎn)和交通過程中粉塵的產(chǎn)生 通常，把上述各

7、種使塵粒由靜止狀態(tài)進入空氣中浮游的塵化作用稱為一次塵化作用，一次塵化作用給于粉塵的能量是缺乏以使粉塵擴散飛揚的，它只是造成局部地點的空氣污染。造成粉塵進一步擴散，污染環(huán)境的主要原因是二次氣流，即由于空氣流動或冷熱氣流對流所形成的氣流。二次氣流帶著局部地點的含塵空氣流動，使粉塵擴散或遷移。 134.1 粉塵的粒徑及其分布粉塵顆粒的粒徑粉塵的粒徑是指粒子的直徑或粒子的大小，是粉塵的根本特征之一。粉塵顆粒大小不同，不僅其物理、化學性質(zhì)有很大差異，同時對除塵器的除塵機制和性能也有很大影響。假設顆粒為球形，那么可以用其直徑作為表示其大小的代表性尺寸。粉塵顆粒的性狀多是不規(guī)那么的，一般用當量直徑或粒子的某

8、一特征長度表征。 15投影徑a 面積等分徑dMMartin：指將顆粒的投影面積二等分的直線長度，與所取的方向有關，通常用于等分線與底邊平行的情況。b 定向徑dFFeret：塵粒投影面上兩平行切線之間的距離，可取任意方向，通常取向與底邊平行。 c 投影面積直徑dAHeywood：與顆粒投影面積相等的圓的直徑 d 長徑dL，不考慮方向的顆粒最長的長度；短徑dl，不考慮方向的最短長度。 16投影徑17a b c d幾何當量徑等體積徑dv，與顆粒體積相同的某一圓球體直徑。 等外表積徑dS，與塵粒的外外表積相同的某一圓球的直徑。 體面積徑，與顆粒的外外表積與體積之比相同的圓球的直徑。 周長徑，與顆粒投影

9、面L的周長與圓的周長相同的圓直徑。 18物理當量徑斯托克斯Stokes直徑ds：與被測顆粒的密度相同，并且在同一種流體中與顆粒終末沉降速度相同的球形顆粒的直徑?？諝鈩恿W當量直徑da：在空氣中與顆粒沉降速度相同的單位密度p=1g/cm3圓球的直徑。 19粉塵粒徑分布 頻率分布 g% 頻率密度分布f%m-1篩上累計分布R%篩下累計分布G%當質(zhì)量累積頻率R=G50%時,對應的粒徑稱為質(zhì)量中位直徑MMD，記作d50。 20粉塵粒徑分布的表示方法 列表法圖示法函數(shù)法 2122232425264.2 粉塵的物理性質(zhì)粉塵密度 單位體積粉塵的質(zhì)量稱為粉塵的密度，其單位是kg/m3或g/cm3真密度p：定值，

10、用于研究塵粒在空氣中的運動 堆積密度 b：考慮空隙，用于計算存?zhèn)}或灰斗的容積等 27粉塵的比外表積 單位體積或質(zhì)量粉塵所具有的總外表積稱為粉塵的比外表積Sp cm2/cm3。對于平均粒徑為dp、空隙率為的外表光滑的球形顆粒，其比外表積定義為 Sp=61-/ dp 28粉塵的含水率和潤濕性 顆粒的含水率是指顆粒中隨含水分質(zhì)量與顆?？傎|(zhì)量包括干顆粒與水分之比。顆粒的含水率與吸濕性有關，并會影響到顆粒的其他物理性質(zhì)，如導電性、粘附性、流動性等， 粉塵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。分親水性粉塵如鍋爐飛灰、石英粉塵等和疏水性或憎水性粉塵如石墨粉塵、炭黑等相對。粉塵的潤濕性除了和粉塵

11、的性質(zhì)有關外，還與它的粒徑、生成條件、含水率、外表粗糙度和荷電性有關。在除塵技術中，粉塵的潤濕性是選用除塵設備的主要依據(jù)之一。對水泥、熟石灰等粉塵，由于吸水后易形成不溶于水的硬垢，并附著在設備和管道內(nèi)，因此這類粉塵不宜采用濕式除塵器。 29粉塵的荷電性與導電性 粉塵的荷電性是指粉塵在產(chǎn)生和運動過程中，由于相互碰撞、摩擦、放射、照射、電暈放電以及接觸帶電體等原因而帶有一定的電荷。粉塵的荷電性與粉塵的化學成分等因素有關。溫度升高、比外表積加大及含水率減小都可以使粉塵的荷電性增大。粉塵荷電后將改變其某些物理性質(zhì)，如凝聚性、附著性和在氣體中的穩(wěn)定性等。30粉塵的荷電性與導電性 粉塵的導電性通常用比電阻

12、dcm來表示。比電阻是指電流通過面積為lcm2、厚度為lcm的粉塵時具有的電阻值。粉塵的導電性主要取決于粉塵、氣體的溫度和成分。在高溫200以上時，以容積導電為主；在較低溫度100以下時，以外表導電為主。因此，粉塵比電阻與測定時氣體的溫度、濕度以及粉塵的粒徑等條件有關。粉塵的比電阻對電除塵器的工作有很大影響。過低或過高都會使除塵效率下降，最適宜的范圍是10451010cm。 31粉塵的粘附性 粉塵顆粒相互附著或附著于固體外表上的現(xiàn)象稱為粉塵的粘附性。一般情況下，粉塵的粒徑小、形狀不規(guī)那么、外表粗糙、含水率高、潤濕性好以及荷電量大時，易產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。粉塵的粘附性還與周圍介質(zhì)的性質(zhì)有關，例如塵粒在

13、液體中的粘附性要比在氣體中弱得多；在粗糙或粘性物質(zhì)的固體外表上，粘附力會大大提高。利用粉塵的粘附性可以使粉塵相互凝聚和附著在固體外表上，這有利于粉塵的捕集和防止二次揚塵。但在含塵氣體通過的設備或管道中，又會因為粉塵的粘附和堆積，造成管道和設備的堵塞。 32粉塵的安息角與滑動角 將粉塵通過小孔連續(xù)自然堆放在水平面上，堆積錐體的母線與水平面的夾角稱為粉塵的安息角或堆積角。是評價粉塵流動性的重要指標。 粉塵粒徑越小，安息角就大；粉塵含水率增大，安息角增大；球形粒子或球形系數(shù)接近于1的粒子比其他粒子的安息角小；外表光滑的粒子比外表粗糙的粒子安息角??；黏性大的粉塵安息角大。 33粉塵的自燃性和爆炸性 粉

14、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)過長時間的積累，到達該粉塵的燃點而引起燃燒的現(xiàn)象。引起粉塵自然發(fā)熱的主要原因：氧化熱、聚合熱、分解熱和發(fā)酵熱自燃重要決定因素是自燃溫度點，各種顆粒的自燃溫度點相差很大。注意自燃溫度較低粉塵，如黃磷、復原鐵粉、復原鎳粉、烷基鋁等。除顆粒結構、理化性質(zhì)外，還與顆粒存在狀態(tài)和環(huán)境有關。處于懸浮狀態(tài)的顆粒的自燃溫度要比堆積狀態(tài)粉體的自燃溫度高很多。懸浮顆粒的粒徑越小、比外表積越大、濃度越高越易自燃。堆積粉體較松散，環(huán)境溫度較低，通風良好，就不易自燃。34粉塵的自燃性和爆炸性 懸浮在空氣中的某些粉塵如煤粉等到達一定濃度時，假設在高溫、明火、電火花、

15、摩擦、靜電、撞擊等條件下就會引起爆炸，稱這類粉塵為爆炸性粉塵。粉塵爆炸條件：粉塵具有可燃性或氧化性；粉塵到達一定濃度；氣體中到達一定氧含量；氣體到達一定溫度；存在火星、火源或靜電。 能夠引起可燃混合物爆炸的最低可燃物濃度，稱為爆炸極限的下限；最高可燃物濃度，稱為爆炸極限的上限。粉塵的粒徑越小，那么比外表積越大，其爆炸的危險就越大；粉塵的揮發(fā)性越大，爆炸的危險越大；粉塵的濕度越大，爆炸的危險越小。 35粉塵的自燃性和爆炸性 對于有爆炸危險或火災危險的粉塵在進行通風除塵設計時必須要給予充分注意，采取必要的措施。有些粉塵由于能和水發(fā)生化學反響，它們與水接觸后也會引起自燃或爆炸如鎂粉、碳化鈣粉等，因此

16、不能用濕法除塵；有些粉塵之間就能發(fā)生化學反響，因此它們互相接觸或混合時也會引起爆炸如溴與磷、鋅粉和鎂粉等，在除塵時應注意防爆。 36374.3 塵粒在流體中的動力特性塵粒的沉降速度塵粒在管道中的運動特性含塵氣流在管道中的流速384.4 除塵裝置的性能指標和分類經(jīng)濟指標經(jīng)濟指標主要包括一次性投資和運行費用。一次性投資包括裝置的建設費如設備費、施工安裝調(diào)試費、占地面積或占用空間體積等因素運行費用包括裝置運行時的動力消耗、人工、運輸、折舊、使用的資金按銀行貸款利率計算以及管理、維修費用等在選擇使用除塵器時，要對上述指標綜合考慮。40技術指標含塵氣體處理量漏風率除塵效率壓力損失41含塵氣體處理量除塵器

17、處理能力重要的指標，一般用工況體積流量表示。m3/s,m3/h注意單位注：設備工作狀況，漏風與不漏風情況工況風量換算成標準狀態(tài)下風量 標況：0273K，1個標準大氣壓(101325Pa注意溫度單位 42漏風率 由于加工或操作的原因，會出現(xiàn)進口氣體量與出口氣體量不同的現(xiàn)象，這是由于漏風造成的，一般用漏風率來表示除塵器的嚴密程度。 43除塵效率 除塵器全效率 % 假設裝置不漏風，且進出口狀態(tài)相同，于是有： 44除塵效率 通過率P%通過率是指在同一時間內(nèi)，穿過除塵器的粒子質(zhì)量與進入的粒子質(zhì)量的比 45除塵效率 分級效率i表示除塵裝置對某一粒徑dpi或粒徑間隔dp內(nèi)粉塵的除塵效率。S：質(zhì)量流量 對于分級效率，一個非常重要的值是分級效率i50，與此值相對應的粒徑稱為除塵器的分割粒徑，一般用dc表示。 46分級效率與全除塵效率的關系 由全效率求分級效率由分級效率求全效率47多級串聯(lián)除塵系統(tǒng)總效率 兩臺串聯(lián)：多臺串聯(lián)48除塵裝置的壓力損失 含塵氣體經(jīng)過除塵裝置后產(chǎn)的壓力損失被稱為除塵裝置的壓力降，通常用P