顆粒物捕集理論基礎(chǔ)

顆粒物捕集理論基礎(chǔ)第1頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四1教學(xué)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§4顆粒捕集理論基礎(chǔ)第5章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)第2頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四21、教學(xué)要求要求理解和掌握顆粒物的粒徑分布及其他物理性質(zhì)、評價凈化裝置性能的技術(shù)指標(biāo)以及顆粒物捕集的動力學(xué)理論基礎(chǔ)。2、教學(xué)重點要求了解除塵技術(shù)的理論基礎(chǔ)，掌握顆粒污染物的性質(zhì)。3、教學(xué)難點除塵技術(shù)的理論基礎(chǔ)以及顆粒物捕集的動力學(xué)理論基礎(chǔ)。第5章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)第3頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四3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?？諝馕廴疚锓譃闅馊苣z（顆粒物）污染物和氣態(tài)污染物。以后各章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。第5章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)第4頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四4第5章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)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，凝并增大而被捕獲的特性。電除塵：利用荷電性、靜電力分離等等。第5頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四5顆粒物尺寸：顆粒最重要的幾何特征參數(shù)之一;表征顆粒物尺寸的主要參數(shù)：粒徑和粒徑分布;粒徑：以單個顆粒為對象，表征單顆粒幾何尺寸的大小;粒徑分布：以顆粒群為對象，表征所有顆粒在總體上幾何尺寸的大小。第6頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四6第一節(jié)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

投影直徑

非球形顆粒：

幾何當(dāng)量直徑

物理當(dāng)量直徑第7頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四71、球形顆粒常用直徑d表示其特征長度，則體積表面積比表面積比表面積：單位體積球體具有的表面積，m2/m3。對一定的顆粒，直徑越小，比表面積越大。第8頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四81、非球形顆粒常用當(dāng)量直徑和球形度表示其特性，常用的有：1）體積當(dāng)量直徑dv

2）表面當(dāng)量直徑ds

3）比表面積當(dāng)量直徑dA第9頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四94）形狀系數(shù)（球形度）：球形顆粒與實際顆粒體積相等時，球形表面積與實際顆粒表面積之比，即：由于體積相同時，球體的體積最小，所以形狀系數(shù)第10頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四10某些顆粒的圓球度第11頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四11第12頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四12§1顆粒的粒徑及粒徑分布一、顆粒的粒徑1、投影直徑粉塵顆粒在顯微鏡下所觀測到的某一直線尺寸定向直徑dF，定向面積等分直徑dM，a-定向直徑b-定向面積等分直徑c-投影面積直徑對于顆粒群觀測可以反映其投影面的的尺寸與分布，只有觀測足夠數(shù)量的顆粒才有意義。第13頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四13一、顆粒的直徑2、幾何當(dāng)量直徑與顆粒的某一幾何量相同的球形顆粒的直徑。（1）投影面積直徑dA，（2）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))第14頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四14(3）等體積直徑———光散射法第15頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四15一、顆粒的直徑3、物理當(dāng)量直徑

與顆粒某一物理特性相同球形顆粒直徑（1）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，條件：①顆粒的，在層流區(qū)，自由沉降②，自由沉降比層流區(qū)大；③，用斯托克斯公式求得直徑約小2%；④時，計算公式要進行修正。（2）空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑da：在空氣中與顆粒沉降速度相等的單位密度（1g/cm3）的球體的直徑第16頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四16二、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）所占的比例粒數(shù)分布:每一間隔內(nèi)的顆粒個數(shù)粒數(shù)頻率：第i個間隔中的顆粒個數(shù)ni與顆?？倲?shù)Σni之比第17頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四17二、粒徑分布粒數(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?？倐€數(shù)之比第18頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四18二、粒徑分布粒數(shù)頻率密度第19頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四19二、粒徑分布粒數(shù)分布的測定及計算第20頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四20二、粒徑分布粒數(shù)眾徑－頻度p最大時對應(yīng)的粒徑，此時粒數(shù)中位徑（NMD）－累計頻率F=0.5時對應(yīng)的粒徑第21頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四21二、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(shè)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）第22頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四22第23頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四23第24頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四24第25頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四25第26頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四26第27頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四27第28頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四28三、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－表面積平均直徑第29頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四29三、平均粒徑（續(xù)）幾何平均直徑對于頻率密度分布曲線對稱的分布，眾徑、中位徑和算術(shù)平均直徑相等頻率密度非對稱的分布，單分散氣溶膠，；否則，第30頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四30四、粒徑分布函數(shù)用一些半經(jīng)驗函數(shù)描述一定種類粉塵的粒徑分布1.正態(tài)分布頻率密度篩下累積頻率標(biāo)準(zhǔn)差第31頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四31四、粒徑分布函數(shù)1.正態(tài)分布（續(xù)）正態(tài)分布是最簡單的分布函數(shù)（1）（2）累計頻率曲線在正態(tài)概率坐標(biāo)紙上為一條直線，其斜率取決于σ（3）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第32頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四32四、粒徑分布函數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線第33頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四33四、粒徑分布函數(shù)2.對數(shù)正態(tài)分布以lndp代替dp得到的正態(tài)分布的頻度曲線第34頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四34四、粒徑分布函數(shù)2.對數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）對數(shù)正態(tài)分布在對數(shù)概率坐標(biāo)紙上為一直線，斜率決定于第35頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四35四、粒徑分布函數(shù)2.對數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）可用、MMD和NMD計算出各種平均直徑第36頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四36四、粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線第37頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四37四、粒徑分布函數(shù)3.羅辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）

若設(shè)得到一般多選用質(zhì)量中位徑或第38頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四38四、粒徑分布函數(shù)3.羅辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）判斷是否符合R－R分布應(yīng)為一條直線R－R的適用范圍較廣，特別對破碎、研磨、篩分過程產(chǎn)生的較細(xì)粉塵更為適用分布指數(shù)n>1時，近似于對數(shù)正態(tài)分布；n>3時，更適合于正態(tài)分布第39頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四39第二節(jié)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第40頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四40粉塵密度測試方法（1）堆積密度：①將粉塵樣品在105?C下干燥2小時，放置于室內(nèi)自然冷卻后通過80目標(biāo)準(zhǔn)篩除去雜質(zhì)；②利用自然堆積法測③把裝有粉塵的量筒取下稱重（分析天平）；④計算：⑤連續(xù)3次測定粉塵質(zhì)量的最大值與最小值之間的差值不于1g，否則應(yīng)該重新測定。第41頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四41粉塵密度測試方法：（2）真密度：①比重瓶法：②全自動真密度儀：第42頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四42二、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（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（40-55?）安息角與滑動角是評價粉塵流動特性的重要指標(biāo)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。第43頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四43第44頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四44三、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第45頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四45四、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(xì)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（與粉塵的吸濕能力有關(guān)）含水率影響粉塵的導(dǎo)電性、粘附性、流動性等物理特性吸濕現(xiàn)象平衡含水率第46頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四46第47頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四47五、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)潤濕速度－潤濕性是選擇濕式除塵器的主要依據(jù)第48頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四48五、粉塵的潤濕性親水性粉塵憎水性粉塵粉塵種類，形狀（圓球比不規(guī)則顆粒差）粒徑（越小越差），粒徑很小的粉塵由于存在氣膜，所以浸潤性很差壓力（壓力升高，浸潤性好）溫度（溫度升高，浸潤性下降）表面粗糙度及荷電性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)第49頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四49六、粉塵的荷電性和導(dǎo)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(xué)組成有關(guān)第50頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四50六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性2、粉塵的導(dǎo)電性比電阻導(dǎo)電機制：1）高溫（220oC以上起主導(dǎo)作用），粉塵本體內(nèi)部的電子和離子—體積比電阻體積比電阻（1）鈉、鉀、鋰離子導(dǎo)電（溫度在高于150?C起作用）（2）金屬氧化物和氧化硅中電子起主導(dǎo)作用第51頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四512）低溫（100oC以下），表面吸附的水分或化學(xué)物質(zhì)在低溫條件下形成的膜所形成導(dǎo)電層－表面比電阻（1）水分冷凝和凝結(jié)被吸附于表面積上（溫度低于180oC）（2）燃煤中的含硫量在低溫下形成的SO33）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104～1010六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性第52頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四52六、粉塵的導(dǎo)電性和荷電性典型溫度－比電阻曲線第53頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四53六、粉塵的導(dǎo)電性和荷電性溫度和相對濕度對粉塵比電阻的影響較為干燥的粉塵的比電阻在3000F（420K）左右達到最大值第54頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四54第55頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四55七、粉塵的粘附性1、除塵器的捕集機制利用塵粒在捕集表面的黏附2、氣體中的輸送管道和凈化設(shè)備，防止堵塞，所以要防止附著粘附力：（1）分子力（范德華力）——圓球與平面間的分子力d-圓球直徑S0-兩黏附體間的距離，取4×10-10mHw-范德華常數(shù)，塑料為0.6ev,金屬和半導(dǎo)體2-11ev第56頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四56（2）毛細(xì)力潮濕環(huán)境中，水分可在兩黏附之間架橋，產(chǎn)生毛細(xì)力，與單位自由能及其表面張力有關(guān)，在直徑相同的兩個圓球之間。（上式適用于完全濕潤而吸收的水量不多的情況）（3）靜電力（庫侖力）七、粉塵的粘附性第57頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四57八、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第58頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四582.粉塵的爆炸性粉塵發(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－爆炸濃度下限爆炸濃度上限存在能量足夠的火源第59頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四59第三節(jié)凈化裝置的性能一、評價凈化裝置性能的指標(biāo)

1.技術(shù)指標(biāo)處理氣體流量凈化效率壓力損失

2.經(jīng)濟指標(biāo)設(shè)備費運行費占地面積第60頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四60一、凈化裝置技術(shù)性能的表示方法1.處理氣體流量漏風(fēng)率2.壓力損失第61頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四61測量壓力損失方法1、U形壓力計——測煙氣壓力壓力大時，液體使用水銀，否則使用酒精或水2、傾斜式微壓計第62頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四62二.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％的粒徑第63頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四634.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第64頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四645.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第65頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四65第四節(jié)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第66頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四66一、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

第67頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四67一、流體阻力第68頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四68一、流體阻力流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系

第69頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四69一、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——坎寧漢修正第70頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四70二、阻力導(dǎo)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第71頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四71三、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(xué)直徑第72頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四72四、離心沉降力平衡關(guān)系Stokes顆粒的末端沉降速度第73頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四73五、靜電沉降力平衡關(guān)系靜電沉降的末端速度習(xí)慣上稱為驅(qū)進速度，用表示，對于Stokes粒子：第74頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四74六、慣性沉降顆粒接近靶時的運動情況第75頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四751.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％第76頁，共89頁，2023年，2月20日，星期四761.慣性碰撞慣