第4章顆粒污染物控制

第4章顆粒污染物控制技術(shù)1教學內(nèi)容§1粉塵的粒徑及粒徑分布§2粉塵的物理性質(zhì)§3凈化裝置的性能1、除塵技術(shù)基礎(chǔ)2空氣污染物的性質(zhì)和存在狀態(tài)不同，其凈化機理、方法及所選用的裝置也各不相同。空氣污染物分為氣溶膠（顆粒物）污染物和氣態(tài)污染物。以后各節(jié)將介紹顆粒物的處理方法。氣溶膠（AEROPAL）是非均相污染物，主要污染物是分散于氣體介質(zhì)中的顆粒物（固體、液體），可用除塵技術(shù)把粒狀物從氣體介質(zhì)中分離出來，分離方法一般采用物理法。依據(jù)：氣、固、液體粒子在物理性質(zhì)上的差異將其分離。機械法：利用重力、慣性力、離心力分離。過濾介質(zhì)分離：利用粒子的尺寸、重量較氣體分子大分離。濕式洗滌分離法：利用粒子易被水潤濕，凝拼增大而被捕獲的特性。電除塵：利用荷電性、靜電力分離。等等。3§1顆粒的粒徑及粒徑分布一、顆粒的粒徑定義：在實際中，因顆粒大小、形狀各異，故表示方法有所不同。一般分為兩類：單一粒徑：單個粒子的直徑；平均粒徑：粒子群的直徑。球形顆粒：d=直徑

單一粒徑分成

投影徑

非球形顆粒：

幾何當量徑

物理當量徑4§1顆粒的粒徑及粒徑分布一、顆粒的粒徑（1）顯微鏡法定向直徑dF，也稱菲雷特（Feret直徑）：為各顆粒在投影圖中同一方向上的最大投影長度定向面積等分直徑dM，也稱馬丁（Martin直徑）：為各顆粒在投影圖中同一方向?qū)㈩w粒投影面積二等分的線段長度投影面積直徑dA，也稱黑烏德（Heywood直徑）：為與顆粒投影面積相等的圓的直徑Heywood測定分析表明，同一顆粒的dF>dA>dM5一、顆粒的直徑顯微鏡法觀測粒徑直徑的三種方法a-定向直徑b-定向面積等分直徑c-投影面積直徑6一、顆粒的直徑（2）篩分法篩分直徑：顆粒能夠通過的最小方篩孔的寬度篩孔的大小用目表示－每英寸長度上篩孔的個數(shù)（3）光散射法等體積直徑dV：與顆粒體積相等的球體的直徑（4）沉降法斯托克斯（Stokes）直徑ds：同一流體中與顆粒密度相同、沉降速度相等的球體直徑空氣動力學當量直徑da：在空氣中與顆粒沉降速度相等的單位密度（1g/cm3）的球體的直徑斯托克斯直徑和空氣動力學當量直徑與顆粒的空氣動力學行為密切相關(guān)，是除塵技術(shù)中應用最多的兩種直徑7一、顆粒的直徑粒徑的測定結(jié)果與顆粒的形狀有關(guān)通常用圓球度表示顆粒形狀與球形不一致的程度圓球度：與顆粒體積相等的球體的表面積和顆粒的表面積之比Φs（Φs<1）正立方體Φs＝0.806，圓柱體Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)8一、顆粒的直徑某些顆粒的圓球度9二、粒徑分布粒徑分布指不同粒徑范圍內(nèi)顆粒的個數(shù)（或質(zhì)量或表面積）所占的比例1.個數(shù)分布:每一間隔內(nèi)的顆粒個數(shù)（1）個數(shù)頻率：第i個間隔中的顆粒個數(shù)ni與顆?？倲?shù)Σni之比∑?i﹦110由計算結(jié)果可繪出頻度分布f的直方圖，用粒徑間隔中值可繪出頻度分布曲線，見圖b。最大頻度的粒徑dom稱為眾徑。11二、粒徑分布（2）個數(shù)篩下累積頻率：小于第i個間隔上限粒徑的所有顆粒個數(shù)與顆粒總個數(shù)之比Fi=∑?iFN=Σ?i=112二、粒徑分布（3）個數(shù)頻率密度單位粒徑間隔（即1um）時的頻率13二、粒徑分布粒數(shù)分布的測定及計算14二、粒徑分布粒數(shù)眾徑－頻度p最大時對應的粒徑，此時粒數(shù)中位徑（NMD）－累計頻率F=0.5時對應的粒徑15二、粒徑分布2.質(zhì)量分布類似于數(shù)量分布，也有質(zhì)量頻率、質(zhì)量篩下累積頻率、質(zhì)量頻率密度在所有顆粒具有相同密度、顆粒質(zhì)量與粒徑立方成正比的假設下，粒數(shù)分布與質(zhì)量分布可以相互換算同樣的，也有質(zhì)量眾徑和質(zhì)量中位徑（MMD）16三、平均粒徑前面定義的眾徑和中位徑是常用的平均粒徑之一長度平均直徑表面積平均直徑體積平均直徑體積－表面積平均直徑17§2粉塵的物理性質(zhì)一、粉塵的密度單位體積粉塵的質(zhì)量，kg/m3或g/cm3粉塵體積不包括顆粒內(nèi)部和之間的縫隙－真密度用堆積體積計算——堆積密度空隙率——粉塵顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積總體積之比1819二、粉塵的安息角與滑動角安息角：粉塵從漏斗連續(xù)落下自然堆積形成的圓錐體母線與地面的夾角。一般為35°~55°滑動角：自然堆積在光滑平板上的粉塵隨平板做傾斜運動時粉塵開始發(fā)生滑動的平板傾角一般為40°~55°安息角與滑動角是評價粉塵流動特性的重要指標安息角和滑動角的影響因素：粉塵粒徑、含水率、顆粒形狀、顆粒表面光滑程度、粉塵粘性2021三、粉塵的比表面積單位體積粉塵所具有的表面積以質(zhì)量表示的比表面積以堆積體積表示的比表面積22四、粉塵的含水率粉塵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分以及顆粒內(nèi)部的結(jié)合水分含水率－水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量之比含水率影響粉塵的導電性、粘附性、流動性等物理特性吸濕現(xiàn)象平衡含水率23五、粉塵的潤濕性潤濕性－粉塵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)潤濕性與粉塵的種類、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液體之間的粘附力和接觸方式有關(guān)。粉塵的潤濕性隨壓力增大而增大，隨溫度升高而下降潤濕速度－潤濕性是選擇濕式除塵器的主要依據(jù)2425六、粉塵的荷電性和導電性1.粉塵的荷電性天然粉塵和工業(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)生的離子或電子被捕獲、顆粒間或顆粒與壁面間摩擦、產(chǎn)生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（1.66*1010電子/cm2或2.7*10-9C/cm2）的1/10荷電量隨溫度增高、表面積增大及含水率減小而增加，且與化學組成有關(guān)2627六、粉塵的荷電性和導電性粉塵的導電性比電阻導電機制：高溫（200oC以上），粉塵本體內(nèi)部的電子和離子—體積比電阻低溫（100oC以下），粉塵表面吸附的水分或其他化學物質(zhì)－表面比電阻中間溫度，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104～101028六、粉塵的導電性和荷電性典型溫度－比電阻曲線29七、粉塵的粘附性粉塵顆粒附著在固體表面上，或者顆粒彼此相互附著的現(xiàn)象稱為粘附。后者也稱為自粘。粘附力－克服附著現(xiàn)象所需要的力粘附力：分子力（范德華力）、毛細力、靜電力（庫侖力）斷裂強度－表征粉塵自粘性的指標，等于粉塵斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面積分類：不粘性、微粘性、中等粘性、強粘性粒徑、形狀、表面粗糙度、潤濕性、荷電量均影響粘附性3031八粉塵的自燃性和爆炸性1.粉塵的自燃性自燃自然發(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)境存放過程中自然發(fā)熱熱量積累達到燃點燃燒322.粉塵的爆炸性粉塵發(fā)生爆炸必備的條件：一、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－爆炸濃度下限爆炸濃度上限二、存在能量足夠的火源33§3凈化裝置的性能一、評價凈化裝置性能的指標1.技術(shù)指標處理氣體流量凈化效率壓力損失2.經(jīng)濟指標設備費運行費占地面積34一、凈化裝置技術(shù)性能的表示方法1.處理氣體流量漏風率2.凈化效率3.壓力損失35二.凈化效率的表示方法1.總凈化效率2.通過率3.分級除塵效率分割粒徑－除塵效率為50％的粒徑364.分級效率與總效率的關(guān)系（1）由總效率求分級效率（2）由分級效率求總效率375.多級串聯(lián)的總凈化效率總分級通過率總分級效率總除塵效率3839§4顆粒捕集的理論基礎(chǔ)對顆粒施加外力使顆粒相對氣流產(chǎn)生一定位移并從氣流中分離顆粒捕集過程中需要考慮的作用力：外力、流體阻力、顆粒間相互作用力外力：重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、熱力、泳力等顆粒間相互作用力：顆粒濃度不高時可以忽略40一、流體阻力流體阻力＝形狀阻力＋摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反

41一、流體阻力流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系

42一、流體阻力顆粒尺寸與氣體平均自由程接近時，顆粒發(fā)生滑動——坎寧漢修正43二、阻力導致的減速運動根據(jù)牛頓第二定律若僅考慮Stokes區(qū)域積分得速度由u0減速到u所遷移的距離若引入坎寧漢修正系數(shù)C停止距離－馳豫時間或松弛時間44三、重力沉降力平衡關(guān)系Stokes顆粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影響）湍流過渡區(qū)牛頓區(qū)Stokes直徑空氣動力學直徑45四、離心沉降力平衡關(guān)系Stokes顆粒的末端沉降速度46五、靜電沉降力平衡關(guān)系靜電沉降的末端速度習慣上稱為驅(qū)進速度，用表示，對于Stokes粒子：47六、慣性沉降顆粒接近靶時的運動情況481.慣性碰撞慣性碰撞的捕集效率取決于三個因素氣流速度在靶周圍的分布，用ReD衡量顆粒運動軌跡，用Stokes數(shù)描述顆粒對捕集體的附著，通常假定為100％491.慣性碰撞慣性碰撞分級效率與的關(guān)系502.攔截直接攔截發(fā)生在顆粒距捕集體dp/2的距離內(nèi)攔截效率用直接攔截比R表示對于慣性大的顆粒對于慣性小的顆粒51七、擴散沉降1.擴散系數(shù)和均方根位移顆粒的擴散類似于氣體分子的擴散對于粒徑約等于或大于氣體分子平均自由程的顆粒對于粒徑大于分子但小于氣體平均自由程的顆粒布朗擴散作用對于小粒子的捕集影響較大顆粒的均方根位移（時間t秒鐘）52七、擴散沉降標準狀態(tài)下布朗擴散平均位移與重力沉降的比較53七、擴散沉降效率擴散沉降效率取決于皮克萊數(shù)Pe和雷諾數(shù)ReD粘性流單個圓柱體的效率勢流單個圓柱體效