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1、第五章 颗粒污染物控制技术基础,1.粉尘的粒径及粒径分布2.粉尘的物理性质3.颗粒在流体中的动力特性4.净化装置的分类和性能表示方法,落尘:dp10 m 粉尘 飘尘:dp10 m 收集起来：除尘除尘技术：从排气中去除或捕集颗粒物的技术。除尘装置或除尘器：用以实现除尘过程的设备。从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置。,第一节 粉尘的粒径及粒径分布,一、颗粒的粒径：粒径：按照一定的方法确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径，称为粒径。单一粒径：单个粒子的直径 平均粒径：粒子群的直径 1、单一颗粒粒径：球形颗粒：d=直径 投影径 非球形颗粒：几何当量径 物理当量径,1、单一颗
2、粒粒径,（1）投影镜：颗粒在显微镜下观察到的粒径。a.定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度。b.定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度。c长径，颗粒投影面相对两边的两根平行线间的最大距离，即不考虑方向的最长径。d短径，不考虑方向的最短径。,显微镜法观测粒径直径的方法 Heywood 测定分析表明，同一颗粒的 dFdAdM,（2）几何当量径：指颗粒的某一几何量（面积、体积等）相同时的球形颗粒的直径。等投影面积径dA（圆等直径）：与颗粒投影面积相同的某一圆的直径。等体积径dV或 dr（球等直径）：指与被
3、测颗粒体积相等的球的直径。等表面积径dS：指与被测颗粒表面积相等的球的直径。体积表面积平均径de：与颗粒体积与外表面积相同的圆球的直径。,（3）物理当量径：取颗粒某一物理量相同时的球形颗粒粒径。a：斯托克斯径ds：同一流体中,若一球体与颗粒的密度相同且沉降速度相等，此球的直径称为斯托克斯径。定义式：,（3）物理当量径：b.空气动力学直径da：在空气中与粉尘颗粒沉降速度相同，单位密度为1g/cm3（1000kg/m3）的圆球的直径。ds与da的关系:当 得 c.分割粒径（半分离粒径）d50：即除尘器的分级效率为50%的颗粒直径。d.筛分径:以颗粒能够通过的最小筛孔宽度定义的直径。,筛分径：颗粒能
4、通过的最小方筛孔的宽度。目数，就是孔数，就是每平方英寸上的孔数目。目数越大，孔径越小。一般来说，目数孔径（微米数）15000。比如：400目的筛网的孔径为38微米左右；500目的筛网的孔径是30微米左右。,常用的单一粒径：投影径、等体积径、斯托克斯径、分割粒径、空气动力学径da（是除尘技术中用得最多的）。,单一粒径：,粒径的测定结果与颗粒的形状有关通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比s（s1）正立方体s0.806，圆柱体s2.62(l/d)2/3/(1+2l/d),s=与颗粒体积相等的圆球的表面积/颗粒的表面积表5-1：一些颗粒的圆球
5、度的实测值,圆球度 s：表示颗粒形状与圆球形颗粒的差异程度。,某些颗粒的圆球度,某种粒径大小和形状不同的粒子组成的实际粒子群，若与均匀的球形颗粒组成的假想粒子群具有相同的物理性质，则称此球形颗粒的直径为实际粒子的平均粒径。常用的平均粒径：中位径、众径等。,2、颗粒群的平均粒径：,二、粉尘的粒径分布及其表达方式,1定义：粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，亦称粒子的分散度。表示方法：粒（个）数分布：以粒子的个数所占的比例来表示；表面积分布：以粒子表面积表示；质量分布：以粒子质量表示。,2常见的表示方法（1）频数分布（频率分布）g（%）：指粒径dp至（dp+dp）之间的粒子质量（个数
6、）占粒子群总质量（个数）的百分数。（a）g与选取的粒径间隔的大小有关。,二、粉尘的粒径分布及其表达方式,尘样总质量 m0=4.28g,频率分布直方图:由计算结果可绘出的直方图，用粒径间隔中值可绘出分布曲线,2常见的表示方法（2）频度分布 f（%m-1）：粒径间隔宽度dp为1m时尘样质量占尘样总质量的百分数，或单位粒径间隔宽度时的频率分布百分数。%m-1 微分定义式：众径：频度分布 达到最大值时对应的粒径，记作dd。,二、粉尘的粒径分布及其表达方式,频率密度分布直方图:由计算结果可绘出频度分布f的直方图，用粒径间隔中值可绘出频度分布曲线,(3)筛上累积频率分布R（%）：又称筛上累积分布指大于某一
7、粒径dp的尘样质量占尘样总质量的百分数。,（4）筛下累积频率分布G（%）：又称筛下累积分布指小于某一粒径dp的颗粒质量占尘样总质量的百分数。除尘技术中，筛上累积分布R比使用频度分布更为方便，所以，在一些国家粉尘标准中多用R表示粒径分布。,筛上（下）累积频率分布直方图,中位径：筛上累积频率分布和筛下累积频率分布相等（R=G=50%）时的粒径称为中位径，记作d50。众径：频率分布f达到最大值时相对应的粒径，记作dd。,2、粒径分布的表示方法：表格法：图示法：函数法：正态分布 对数正态分布 罗辛-拉姆勒分布,三、粉尘粒径的测定方法：,1、显微镜法：,三、粉尘粒径的测定方法：,2、筛分法：筛分直径：颗
8、粒能够通过的最小方筛孔的宽度筛孔的大小用目表示每英寸长度上筛孔的个数3、光散射法：等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径4、沉降法：斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/cm3）的球体的直径,第二节 粉尘的物理性质,一、粉尘的密度：单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm31、真密度p：粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙 粉尘的真密度=粉尘自身的质量/粉尘自身的体积 粉尘所占的体积=粉尘自身的体积+空隙2、堆积密度：用堆积体积计算 堆积密度=粉尘自身的质量/粉尘自身的体积+空隙
9、一般 pb P133 表5-5：几种工业粉尘的真密度和堆积密度,一、粉尘的密度：,3、粉尘的空隙率：粉尘粒子间空隙体积与堆积体积之比。真密度p与堆积密度b之间的关系：用途不同：真密度：一般用于粉尘的气动输送和研究在尘粒在空气中的运动。堆积密度：一般用于仓储和灰斗的设计。,二、粉尘的比表面积：单位体积粉尘所具有的表面积 Sp=总表面积/粉尘体积（m2/m3）例如：（1）颗粒为粒径dp的球体：（2）一般颗粒堆积粉尘：成球系数，形状系数,三、含水量和润湿性（浸润性）：,粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分；自由水 水分 结合水 化学结合水含水率=水分质量/
10、粉尘总质量（含水量+干粉尘质量）；含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性；测量水分的方法：称重、蒸馏法、化学反应法、电测法,三、含水量和润湿性：,润湿性：粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降。润湿性是选择湿式除尘器的主要依据。亲水粉尘：锅炉飞灰、石英等 疏（憎）水粉尘：石蜡、石墨、沥青等 水硬性：水泥、熟石灰、白云石砂等,三、含水量和润湿性：,润湿性的表征：液体对试管内粉尘的润湿
11、速度。取20分钟的润湿高度L20：（mm/min）P136 表 5-7 根据润湿速度粉尘的分类：绝对憎水、憎水、中等亲水、强亲水,四、粉尘的荷电性和导电性,粉尘的荷电性荷电因素-电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电；P137 表5-8 某些粉尘的天然荷电；天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量（干空气情况 2.710-9C/cm2）的1/10量级；影响因素：荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学组成有关。天然粉尘和工业粉尘荷电量小-电晕放电。,四、粉尘的荷电性和导电性,粉尘的导电性比电阻:（P137式5-42）导电机制：
12、容积（本体）导电和表面导电表面比电阻：表面导电，低温（100oC以下），粉尘表面吸附的水分或其他化学物质导电；体（容）积比电阻：本体导电，高温（200oC以上），粉尘本体内部的电子和离子导电；中间温度，同时起作用，两种比电阻的合成；比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围1041010,图5-11 典型温度比电阻曲线,五、粉尘的粘附性,粘附和自粘现象粘附力克服附着现象所需要的力粘附力：分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）断裂强度表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性，P140表5-9影响因素:粒径、形状、表面粗糙度、含水率
13、、荷电量、含水率等,六、粉尘的安息角与滑动角,安息角（休止角、堆积角、安置角、动安息角）：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角。滑动角：自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性,七、粉尘的自燃性和爆炸性,粉尘的自燃性自燃：自然发热的原因氧化热、分解热、聚合热、发酵热影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境,爆炸性,化学爆炸：可燃物的剧烈氧化作用，在瞬间产生大量的热量和燃烧产物，在空间造成很高的温度和压力。引起爆炸的
14、条件：可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度最低可燃物浓度爆炸浓度下限爆炸浓度上限存在足够能量的火源,爆炸性,根据粉尘爆炸性和火灾危险性：爆炸危险性最大的粉尘：下限浓度小于15克/立方米，胶木粉、硫等 有爆炸危险性的粉尘：下限浓度为1665克/立方米，铝粉、亚麻等 火灾危险性最大粉尘：自燃温度低于250，烟草粉（205）等 有火灾危险性粉尘：自燃温度高于250，锯末（275）等 影响因素：分散度、惰性粉尘、湿度、挥发性可燃气体,八、磨损性,粉尘的磨损性是指粉尘在流动过程中对器壁或管壁的磨损性能。影响因素：粉尘的硬度、形状、大小、密度等。粉尘的磨损性与气流的速度的23次方成正比。,九、
15、光学特性,粉尘的光学特性包括 对光的反射、吸收和透光程度等。用途：测定粉尘的浓度和分散度；由烟囱排出烟尘的透明度作为排放标准。,第三节 除尘装置的性能,评价净化装置性能的指标技术指标处理气体量净化效率（捕集效率、处理效率）压力损失经济指标装置的基建投资与运行管理费用装置的使用寿命占地面积或占用空间的大小装置的安装、操作、检修的难易程度,一、净化装置技术性能的表示方法,1、处理气体量Q：指除尘器在单位时间内所能处理的含尘气体的流量。常用体积流量（m3/s或m3/h）2、捕集效率：被捕集的粉尘量与进入装置的粉尘量之比。3、压力损失：与装置进口气流的动压成正比。式中:P：含尘气体通过除尘装置的压力损
16、失，Pa：含尘装置的压损系数（实验或经验公式确定）vi：装置进口气流速度，m/s：含尘气流密度，kg/m3,二、除尘效率的表示方法,1、总净化效率 气体体积流量Q（m3/s）粉尘浓度C（mg/m3）粉尘质量流量S（mg/s）2、通过率P：未捕集的粉尘量占进入除尘装置总量的百分数。,二、除尘效率的表示方法,3、排出气体粉尘浓度Co和排放量So：当无漏气时：除尘器出口的排放量：,4、串联运行时的总除尘效率,应用条件：当气体的含尘浓度高，经一个除尘器净化，C0不能达标。C0达标，Q过大，导致除尘器堵塞或性能不稳定。n 级除尘器串联后的总除尘效率为：,三、分级除尘效率d：,分级除尘效率是指除尘器对某一
17、粒径dp或粒径范围dp至dp+dp内的粉尘的除尘效率，用d表示。1、由总除尘效率求分级效率：Si：除尘器进口粒径为dp（或dp至dp+dp范围）的粉尘流量，g/s；Sc：除尘器捕集的粒径为dp（或dp至dp+dp范围）的粉尘流量，g/s；fi：除尘器进口粉尘的频度分布；fo：除尘器出口粉尘的频度分布；fc：除尘器捕集粉尘的粒径频度分布,三、分级除尘效率：,2、由分级除尘效率求总除尘效率：上式积分，改成求和形式：,第四节 除尘装置的分类与选择,从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置。一、除尘装置的分类 根据除尘机理：机械式除尘器 湿式除尘器 过滤式除尘器 静电除尘器,一、除尘装置的分
18、类,立式电除尘器 湿式电除尘器 卧式电除尘器 干式 立式电除尘器 卧式电除尘器 高能湿式除尘器 湿式 低能湿式除尘器 机械除尘器 颗粒层除尘器 过滤式 干式 袋式除尘器 旋风除尘器 惯性除尘器 重力沉降室,二、除尘装置的选择,1、选用的除尘器必须满足国家 或地方规定的排放标准；2、效果好；3、无二次污染；4、成本低（一次性投资和运行费用低）。,第五节 尘粒在流体中的动力特性,一、粉尘颗粒的沉降速度：假定颗粒为球体，粒径dp，密度p，假定气体粘度为，为静止的流体,颗粒自由沉降；如图：颗粒在铅直方向受力：（1）重力F1：（N）（2）气体浮力F2：（N）（3）阻力F3：（N）,dp,F3,F2,F1
19、,一、粉尘颗粒的沉降速度：,沉降速度vS：颗粒在流体中沉降时，在铅直方向受到的重力F1、浮力F2、阻力F3相平衡时，此时颗粒的沉降速度，称为 最终沉降速度，简称为颗粒的沉降速度(vs)。即:F1=F2+F3 得：（m/s）,dp,F3,F2,F1,其中：阻力系数CD为雷诺数的函数（试验可知）系数K、指数的值取决于尘粒周围的流动状态。雷诺数：与相对速度、粒径、密度成正比，与粘性成反比。粉尘在流体中下降时所受的阻力：动压阻力和摩擦阻力。层流时，主要克服摩擦阻力；紊流时，主要克服动压阻力。,层流区：雷诺数Re1，流体处于层流区，对球形粒子，适用于斯托克斯阻力定律范围：当介质为空气时，p则有：由上式可
20、见Vs,若dp小，则Vs就小，故小颗粒就难分离。,由前可知：阻力系数CD为雷诺数的函数：P147图5-14：球形颗粒的流体阻力与雷诺数的关系曲线：三个区域：Re1时，K=24，=1，直线关系：Re=1500时，介流区，K=10，=1/2，或伯德公式：Re=5002105时，紊流区 CD=0.44,将阻力系数CD 分别代入阻力公式：Re1时，适用于斯托克斯定律范围：Re=1500时，适用于奥伦定律范围：,将阻力系数CD 分别代入阻力公式：Re=5002105时，适用于牛顿定律范围,二、尘粒在除尘管道中的运动特性,-主要讨论尘粒在管道中的输送问题。单一粉尘在水平管道中的运动轨迹（下图）,二、尘粒在
21、除尘管道中的运动特性,管道中边界层内水平气流速度vm对球形颗粒产生的悬浮力:其中：vm为边界层速度,K为悬浮系数(由实验测得)当悬浮力=重力（忽略浮力）时,尘粒开始上升,得边界层速度为:球形颗粒，K=0.44，常压空气，简化为：,二、尘粒在除尘管道中的运动特性,根据管道内粉尘的受力分析，得：（1）在水平管道内输送粉尘所需要的平均气流速度：（2）在垂直管道中运动时，（3）倾斜管道中的气流速度应介于水平管道和垂直管道的输送速度之间，应根据管道的倾斜角度而定。,作业：,1、已知某种粉尘的粒径分布如下表：计算出粉尘的频数分布、频度分布、筛上筛下累积分布，并绘出尘粒分布直方图。,作业：,2、在某工厂对运行中的除尘器进行测定，测得除尘器进口和出口气流中粉尘的浓度分别为3200mg/m3和480mg/m3，进、出口粉尘的粒径分布如下表所示：计算该除尘器的分级除尘效率及总除尘效率。,
