大氣污染3課件

第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)污染物質(zhì)治理的一般思路：根據(jù)其物理、化學(xué)性質(zhì)，結(jié)合治理要達(dá)到的要求、目的等，進(jìn)行治理對(duì)固態(tài)物質(zhì)主要是除塵對(duì)氣態(tài)物質(zhì)，可利用其理化性質(zhì)進(jìn)行吸收、吸附綜合治理？除塵分類：機(jī)械式、洗滌式、過濾式、電除塵除塵類型和設(shè)備的選擇要根據(jù)煙塵產(chǎn)生量、煙塵的物理、化學(xué)及不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、要求、前景和社會(huì)要求等多種因素決定不同類型的除塵方式，設(shè)備不同，效果不同

新疆60余塵肺病患者洗肺有人洗出48瓶黑水2010年10月26日在自治區(qū)職業(yè)病醫(yī)院病房中礦工華秧興（左）和龍懷文（右）在談?wù)摲喂嘞闯龅暮谒?。FLDC系列脈沖布袋除塵器LBL、LPL系列菱型袋式除塵器LCPM型分室側(cè)噴低壓脈沖除塵SWB型靜電除塵器鋼鐵巨獸WDCM型靜電除塵器大型旋風(fēng)除塵器電除塵器性能：包括處理能力、效率兩方面處理能力：處理量、耗能（壓力）損失、負(fù)荷適應(yīng)性、運(yùn)行費(fèi)用比處理效率：除塵效率、通過率、分級(jí)除塵率、串聯(lián)運(yùn)行總效率

第一節(jié)粉塵的性質(zhì)

一、粒徑及粒徑分布1、單一顆粒的粒徑粉塵顆粒大小不同，其物理、化學(xué)特性不同，對(duì)人和環(huán)境的危害亦不同，且對(duì)除塵裝置的性能影響很大，所以是粉塵的基本特性之一

若顆粒是大小均勻的球體，則可用其直徑作為顆粒大小的代表性尺寸。但實(shí)際上，不僅顆粒的大小不同，而且形狀也各種各樣。所以需要按一定的方法確定一個(gè)表示顆粒大小的代表性尺寸，作為顆粒的直徑，簡(jiǎn)稱為粒徑

粒徑大小的研究方法（1）用顯微鏡法觀測(cè)顆粒時(shí)，采用以下幾種粒徑：

定向直徑，也稱菲雷特（Feret）直徑，為各顆粒在投影圖同一方向上的最大投影長(zhǎng)度，如圖a所示定向面積等分直徑，也稱馬?。∕artin）直徑，為各顆粒在投影圖上按同一方向?qū)㈩w粒投影面積二等分的線段長(zhǎng)度；如圖b所示投影圓直徑，也稱黑烏德（Heywood）直徑，為與顆粒投影面積相等的圓的直徑，如圖c所示。若顆粒投影面積為A，則=根據(jù)分析，同一顆粒的＞＞（3）等體積直徑用光散射法則定時(shí)可得到等體積直徑實(shí)質(zhì)是與顆粒體積相等的球的直徑若顆粒體積為V，則（4）用沉降法測(cè)定時(shí)，一般采用如下兩種定義斯托克斯（Stokes）直徑，為在同一流體中與顆粒的密度相同和沉降速度相等的球的直徑。空氣動(dòng)力學(xué)直徑，為在空氣中與顆粒的沉降速度相等的單位密度的球的直徑

總的看，粒徑的測(cè)定和定義方法可歸納為兩類：一類：按顆粒的幾何性質(zhì)來直接測(cè)定和定義，如顯微鏡法和篩分法另一類：按照顆粒的某種物理性質(zhì)間接測(cè)定和定義，如斯托克斯直徑、等體積直徑等

實(shí)際中多是根據(jù)應(yīng)用目的來選擇粒徑的測(cè)定和定義方法

粒徑的測(cè)定結(jié)果還與顆粒的形狀密切相關(guān)，通常用球形度來表示顆粒形狀與球形顆粒不一致程度的尺度

球形度是與顆粒體積相等的球的表面積和顆粒表面積之比，以表示，總是小于1如正方體=0.806下表給出某些顆粒的實(shí)測(cè)值

單個(gè)的顆粒2、

粒徑分布粉塵的粒徑分布是指某種粉塵中，各種粒徑的顆粒所占的比例，也稱粉塵的分散度以顆粒的粒數(shù)表示所占的比例時(shí)，稱為粒數(shù)分布；以顆粒的質(zhì)量表示所占比例時(shí)，稱為質(zhì)量分布除塵技術(shù)中多采用質(zhì)量分布。測(cè)定某種粉塵粒徑分布時(shí)，采取的塵樣質(zhì)最m0=10g，經(jīng)測(cè)定某粒徑寬度的粉塵質(zhì)量為

將所有測(cè)定數(shù)據(jù)列表并繪圖，見下圖a、b、c。

篩分粒徑粒徑范圍（1）頻率分布g（％）粒徑寬度內(nèi)的樣品占總樣品的質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為=×100（%）并有=100％由g值也可繪出頻率分布直方圖（參考圖a）由圖可見頻率分布g值與選取的粒徑間隔的大小有關(guān)

眾徑中位直徑粒徑范圍所占比例a圖中每一單位粒徑范圍（多大？）的頻率占總量的百分百1cm310微米的粉塵，大約2×1012（2）頻率密度分布（％/μm）簡(jiǎn)稱頻度分布，系指單位粒徑間隔寬度時(shí)的頻率分布，即粒徑間隔寬度=1μm

時(shí)塵樣質(zhì)量占全樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，所以=（％/μm）由計(jì)算結(jié)果可繪出頻度分布的直方圖，用粒徑間隔中值可繪出頻度分布曲線（參考圖b）

眾徑中位直徑實(shí)際上相當(dāng)于b/a圖中從小到大每一粒徑范圍的頻率之和（3）篩下累積頻率分布（％）簡(jiǎn)稱篩下累積分布，系指小于某一粒徑的塵樣質(zhì)量占?jí)m樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，即==×反之，將大于某一粒徑的塵樣質(zhì)量占?jí)m樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)稱為篩上累積分布（％），有=由計(jì)算出的各值，可以繪出篩下累積分布曲線（參考圖c）如果粒徑間隔寬度0，可取為極限形式，上式可改寫為微積分形式==+=1003、平均粒徑

為了簡(jiǎn)明地表示顆粒群的某一物理特性和平均尺寸的大小，往往需要求出一個(gè)平均粒徑

最常用的有算術(shù)平均直徑、中位直徑、眾徑及幾何平均直徑等

眾徑中位直徑眾徑中位直徑（1）算術(shù)平均直徑，即所有顆粒直徑之和與顆?？偭?shù)之比，也稱長(zhǎng)度平均直徑，表達(dá)式=其中 ：以為中值的粒徑間隔內(nèi)的顆粒粒數(shù)：顆粒群總長(zhǎng)度：顆?？偭?shù)

（2）中位直徑為粒徑分布的累積頻率等于50％的粒徑，即把頻度分布曲線下面積二等分時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑如圖b，中位直徑

約為13μm

（3）眾徑為粒徑分布中頻度q值最大時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑令==0，方程的解即為眾徑眾徑也對(duì)應(yīng)于累積分布曲線的拐點(diǎn)圖b中眾徑約為3.9μm

對(duì)于頻度分布曲線是對(duì)稱性的分布（如正態(tài)概率分布），算術(shù)平均直徑、一中位直徑和眾徑具有相同的值，即為對(duì)稱軸對(duì)應(yīng)的直徑

對(duì)于頻度分布曲線是非對(duì)稱性分布，有：

“眾徑＜中位直徑＜算術(shù)平均直徑”

（4）幾何平均直徑N個(gè)顆粒的粒徑之積的N次方根，即=幾何平均直徑也表示為=對(duì)于單分散氣溶膠有=否則＜

4、粒徑分布函數(shù)

采用某種數(shù)學(xué)函數(shù)來描述粒徑分布曲線，應(yīng)用時(shí)更為方便

y=f(dp)二、粉塵的物理性質(zhì)如粉塵的密度、比表面積、含水率、導(dǎo)電性、摩擦角、粘附性及爆炸性等1、粉塵的密度因粉塵產(chǎn)生的情況不同，測(cè)試條件不同，獲得的密度值亦不同一般將粉塵的密度分為真密度和堆積密度等不同的概念

（1）

真密度

將粉塵顆粒表面及其內(nèi)部的空氣排出后測(cè)得的粉塵自身的密度，稱為真密度以表示

粉塵真密度測(cè)定裝置示意圖1、比重瓶2、真空表3、溫度計(jì)4、調(diào)節(jié)閥5、真空干燥器6、氣液分離瓶7、緩沖瓶8、真空泵（2）堆積密度固體磨碎形成的粉塵，在表面未氧化時(shí)，其真密度與母料密度相同呈堆積狀態(tài)的粉塵（即粉體），每個(gè)顆粒及顆粒之間的空隙中皆含有空氣一般將包括粉體顆粒間氣體空間在內(nèi)的粉體密度稱為堆積密度，用表示

對(duì)于同一種粉塵來說，＜如粉煤燃燒產(chǎn)生的飛灰顆粒，含有熔凝的空心球（煤胞），其堆積密度約為1070kg／m3，真密度約為2200kg／m3，粉體的真密度與堆積密度之間存在如下關(guān)系：=（）為粉體空隙率，取決于粉體種類、粒徑大小、充填方式等

粉塵的真密度用于研究塵粒在氣體中的運(yùn)動(dòng)等方面，堆積密度用于貯倉(cāng)或灰斗的容積確定等方面

2、粉塵的比表面積儀器：比表面積及孔徑分析儀

粉狀物料的許多理化性質(zhì)，往往與其表面積大小有關(guān)，細(xì)顆粒往往表現(xiàn)出顯著的物理、化學(xué)活動(dòng)性例如：通過顆粒層的流體阻力，會(huì)因細(xì)顆粒表面積增大而增大氧化、溶解、蒸發(fā)、吸附、催化及生理效應(yīng)等，都因細(xì)顆粒表面積增大而被加速有些粉塵的爆炸性和毒性，隨粒徑減小而增加

粉塵比表面積增大，將增強(qiáng)其物理和化學(xué)活性，影響粉塵的濡濕性和黏附性，對(duì)同一類粉塵，比表面積大的粉塵要比比表面積小的粉塵難于捕捉。

全自動(dòng)4站比表面積及孔隙度測(cè)定儀價(jià)格：95500元/套粉塵的比表面積定義為單位體積（或質(zhì)量）粉塵所具有的表面積以粉塵自身體積（即凈體積）表示的比表面積可表示成（非球體，對(duì)于球體可直接列方程計(jì)算）==式中：：粉塵的平均表面積，cm2：粉塵的平均凈體積，cm3：粉塵的體積表面積平均直徑，cm：粉塵的卡門形狀系數(shù),有=細(xì)砂平均=0.75細(xì)煤粉=0.73煙灰=0.55纖維塵中=0.30以粉塵質(zhì)量表示的比表面積為 ==式中為粉塵真密度（g／cm3）以堆積體積表示的比表面積為==粉塵的比表面積值的變化范圍很廣，大部分煙塵在1000cm2/g（粗煙塵）到10000cm2/g（細(xì)煙）的范圍內(nèi)變化

3、粉塵的潤(rùn)濕性

①粉塵中所含水分一般可分為二類：自由水：附著在表面或包含在凹面及細(xì)孔中的水分結(jié)合水：緊密結(jié)合在顆粒內(nèi)部，用一般干燥方法不易全部去除的水分化學(xué)結(jié)合水是顆粒的組成部分，如結(jié)晶水通過干燥過程可以除去自由水分和一部分結(jié)合水分，其余部分作為平衡水分殘留，其量隨干燥條件而變化

②潤(rùn)濕性

粉塵顆粒能否與液體相互附著或附著難易的性質(zhì)稱為粉塵的潤(rùn)濕性

一般根據(jù)粉塵能被液體潤(rùn)濕的程度將粉塵大致分為兩類：容易被水潤(rùn)濕的親水性粉塵；難以被水潤(rùn)濕的疏水性粉塵粉塵的潤(rùn)濕性與粉塵的性質(zhì)，如粒徑、生成條件、溫度、含水率、表面粗糙度、荷電性等有關(guān)，還與液體的表面張力、塵粒和液體間的粘附力及相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等有關(guān)例如：5μm以下的粉塵特別是1μm以下的很難被濕潤(rùn)

1μm的粉塵，大約相當(dāng)于1012氫原子4、

粉塵的荷電性及導(dǎo)電性：BDL型粉塵比電阻測(cè)定儀（1）粉塵的荷電性

粉塵在其產(chǎn)生及運(yùn)動(dòng)過程中，由于相互碰撞、摩擦、放射線、照射、電暈放電及接觸帶電體等原因，幾乎總帶一定的電量粉塵荷電后將改變其某些物理性質(zhì)，如凝聚性、附著性及在氣體中的穩(wěn)定性等粉塵的荷電量隨溫度增高、表面積加大和含水率減小而增大，還與其化學(xué)成分等有關(guān)粉塵層電阻率測(cè)定方法GB／T16427—1996（2）粉塵的比電阻

粉塵導(dǎo)電性類似金屬導(dǎo)線，用電阻率表示，單位.cm容積導(dǎo)電:粉塵層導(dǎo)電靠粉塵顆粒體內(nèi)的電子或離子發(fā)生導(dǎo)電表面導(dǎo)電:靠顆粒表面吸附的水分和化學(xué)膜發(fā)生導(dǎo)電對(duì)于電阻率高的粉塵，溫度較低時(shí)（約為100℃以下），主要是表面導(dǎo)電；溫度較高時(shí)（約在200℃以上），主要是容積導(dǎo)電

因此，粉塵的電阻率與測(cè)定時(shí)的條件有關(guān)，如氣體的溫度、濕度和成分，粉塵的粒徑、成分和堆積的松散度等

在表面導(dǎo)電占優(yōu)勢(shì)的低溫范圍內(nèi)，粉塵比電阻稱為表面比電阻，其值隨溫度升高而增大，隨含水率增大而減小在容積導(dǎo)電占優(yōu)勢(shì)的高溫范圍內(nèi)，粉塵比電阻稱為容積比電阻，其值隨溫度升高而減小在兩種導(dǎo)電機(jī)制皆重要的中間溫度范圍內(nèi)，粉塵比電阻是表面比電阻和容積比電阻的合成，其值最高工業(yè)排氣中的粉塵比電阻值變化范圍很廣，低者（炭黑）約為103.cm，高者（105℃石灰石粉）可達(dá)1014.cm5、粉塵的粘附性

粉塵顆粒附著在固體表面上，或顆粒彼此相互附著的現(xiàn)象稱為粘附

粉塵的粘附性不僅與煙氣和粉塵的組成成分有關(guān)，而且與粉塵的粒徑有關(guān)，粒徑愈小，粘附性愈強(qiáng)

粉塵的粘附性主要包括分子引力、毛細(xì)管粘著力、靜電庫(kù)倫引力，等

為克服粉塵粘附性大的缺點(diǎn)，除塵器振打錘的設(shè)計(jì)一定要科學(xué)合理，既要保證有效清除極板極線上的粉塵，又要保證不產(chǎn)生二次飛揚(yáng)。振打制度也要設(shè)置合理，對(duì)收塵極振打可以通過調(diào)整振打時(shí)間，保證極板上的粉塵成片剝落；對(duì)放電極振打，可通過調(diào)整振打錘的提升角度來保證足夠的振打力，如將頂部提升振打改為腰部撓臂振打，既提高了振打錘的振打力，又加快了振打周期，使電暈線經(jīng)常保持正常的工作狀態(tài)，保證電除塵器的高效除塵率

6、粉塵的安息角

粉塵通過小孔連續(xù)地下落到水平面上時(shí)，堆積成的錐體母線與水平面的夾角稱為安息角，也稱靜止角或堆積角測(cè)定方法有多種，測(cè)定方法和裝置尺寸不同，結(jié)果也有差別安息角是粉狀物料特有的性質(zhì)，與物料種類、粒徑、形狀和含水率等因素有關(guān)對(duì)同一種粉塵，粒徑大、接近球形、表面光滑、含水率低時(shí)，安息角變小許多粉塵的安息角的平均值約為35°~40°左右。安息角是設(shè)計(jì)料倉(cāng)的錐角和含塵管道傾角的主要依據(jù)

7、粉塵的自燃性和爆炸性

粉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(zhǎng)時(shí)間，達(dá)到該粉塵的燃點(diǎn)而引起燃燒

爆炸則是可燃物的劇烈氧化作用，在瞬間產(chǎn)生大量的熱量和燃燒產(chǎn)物，在空間造成很高的溫度和壓力

自燃原因氧化熱，即粉塵與空氣中的氧接觸而發(fā)熱，包括金屬粉類（鋅、鋁、鉆、錫、鐵、鎂、錳等及其合金的粉末），碳素粉末類，其他粉末（膠木、黃鐵礦、煤、橡膠、原棉、骨粉、魚粉等）聚合熱，因粉塵中所含的聚合物單體發(fā)生聚合而發(fā)熱分解熱，因粉塵中一些化學(xué)物質(zhì)自然分解而發(fā)熱發(fā)酵熱，因微生物和酶的作用使粉塵中所含的有機(jī)物降解而發(fā)熱的物質(zhì)，如干草、飼料等爆炸條件粉塵具有可燃性（或氧化性）存在火源：火星、火源或靜電粉塵處于一定濃度氣體有足夠氧含量氣體達(dá)到一定溫度可燃混合物中可燃物的濃度，只有在一定范圍內(nèi)才能引起爆炸能夠引起可燃混合物爆炸的最低可燃物濃度，稱為爆炸濃度下限；最高可燃物濃度稱為爆炸濃度上限在可燃物濃度低于爆炸濃度下限或高于爆炸濃度上限時(shí)，均無(wú)爆炸危險(xiǎn)一般上限濃度值過大（如：糖粉在空氣中的爆炸濃度上限為13.5kg／m3），在多數(shù)場(chǎng)合下都達(dá)不到，故實(shí)際意義不大其他因素：粒徑：粉塵粒徑越小，比表面積越大，其爆炸的危險(xiǎn)就越大；揮發(fā)性：粉塵揮發(fā)性越大，爆炸的危險(xiǎn)越大；濕度：粉塵濕度越大，爆炸的危險(xiǎn)越小氣態(tài)燃料的比表面積？8、粉塵磨擦性粉塵在流動(dòng)過程中對(duì)器壁(或管壁)的磨損程度稱為粉塵磨擦性。硬度高、密度大，帶有棱角的粉塵磨損性大。粉塵的磨損性與氣流速度的2一3次方成正比。在除塵技術(shù)中，為了減輕粉塵的磨損，需要適當(dāng)?shù)剡x取除塵管道中的流速和壁厚。對(duì)磨損性大的粉塵，最好在易于磨損的部位，如管道的彎頭、旋風(fēng)除塵器的內(nèi)壁等處采用耐磨材料作內(nèi)襯。內(nèi)襯除采用一般的耐磨涂料外，還可以采用鑄石、鑄鐵等材料9、粉塵凝并微細(xì)塵粒通過不同的途徑互相接觸而結(jié)合成較大的顆粒稱為塵粒凝并。塵粒凝并也稱塵粒凝聚，在除塵技術(shù)中具有重要意義。因?yàn)槟⒖墒刮⒓?xì)塵粒增大，使之易于被除塵器捕集，同時(shí)可以大大節(jié)省能量第二節(jié)

凈化裝置的性能

設(shè)備費(fèi)安裝費(fèi)用經(jīng)濟(jì)指標(biāo)運(yùn)行費(fèi)操控費(fèi)用檢修維護(hù)費(fèi)用占地面積

總效率

通過率

凈化效率分級(jí)除塵效率

分級(jí)效率與總效率

串聯(lián)與并聯(lián)問題

符號(hào)含義參考下圖

進(jìn)氣口為什么多在下方總效率：同一時(shí)間內(nèi)凈化裝置去除的污染物量與進(jìn)入量之比：=1-=1-=1-通過率：即總效率的相反概念，一般用于凈化效率高或?yàn)檎f明排放情況=1-分級(jí)除塵效率：除塵裝置的總除塵效率的高低，與粉塵粒徑大小有很大關(guān)系為表示除少效率與粉塵粒徑的關(guān)系提出分級(jí)除塵效率概念

串聯(lián)效率并聯(lián)效率第三節(jié)

顆粒捕集理論基礎(chǔ)塵粒在管道中的運(yùn)動(dòng)特征

單一粉塵粒子在水管道中的運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖

拋物線下降水平方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，豎直方向停滯拋物線上升GD扭轉(zhuǎn)力矩隨氣流運(yùn)動(dòng)的塵粒，因重力作用逐漸沉降，并在管底停留瞬間，又在氣流作用下沿著管底向前滾動(dòng)（或滑動(dòng)）當(dāng)氣流流過沿管底滾動(dòng)的塵粒時(shí)，由繞流的作用，塵粒上部氣流速度增高，壓力相對(duì)降低，塵粒下部氣流速度減低，壓力增高，從而使塵粒重新懸浮起來，隨著氣流運(yùn)動(dòng)當(dāng)塵粒