環(huán)境工程第5章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)

1、2016第第5 5章章 顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)1教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容1 1粉塵的粒徑及粒徑分布粉塵的粒徑及粒徑分布2粉塵的物理性質(zhì)粉塵的物理性質(zhì)3凈化裝置的性能凈化裝置的性能4顆粒捕集理論基礎(chǔ)顆粒捕集理論基礎(chǔ)第第5章章 顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)21顆粒的粒徑及粒徑分布一、顆粒的粒徑單一粒徑：代表單個(gè)粒子大小的直徑；平均粒徑：由不同大小的顆粒組成的粒子群的直徑。 球形顆粒：d=直徑 單一粒徑分成 投影徑 非球形顆粒： 幾何當(dāng)量徑 物理當(dāng)量徑31顆粒的粒徑及粒徑分布（一）、顆粒的粒徑-單一粒徑1.投影徑-顆粒在顯微鏡下觀察到的粒徑 （1）面積等分徑dM，也稱馬

2、?。∕artin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.其與所取的方向有關(guān)，常采用與底邊平行的線作為粒徑。 （2）定向徑dF，也稱菲雷特（Feret 直徑）-為各顆粒在投影圖中同一方向上兩平行切線間的距離，可取任意方向，通常取與底邊平行的線。41顆粒的粒徑及粒徑分布（一）、顆粒的粒徑-單一粒徑1.投影徑-顆粒在顯微鏡下觀察到的粒徑長徑，不考慮方向的最長徑。短徑，不考慮方向的最短徑。5一、顆粒的直徑顯微鏡法觀測粒徑直徑的三種方法a-定向直徑定向直徑b-定向面積等分直徑定向面積等分直徑c-投影面積直徑投影面積直徑6一、顆粒的直徑2.幾何當(dāng)量徑-與顆粒的某一幾何量（面積、體

3、積等）相等的球形顆粒的直徑。等投影面積徑dA：與顆粒投影面積相同的某一圓面積的直徑。等體積徑dV：與顆粒體積相等的球體的直徑等表面積徑ds：與顆粒外表面積相同的某一圓球的直徑。體積表面積平均徑de：顆粒體積與表面積之比相同的圓球的直徑。7一、顆粒的直徑3.物理當(dāng)量徑-與顆粒的某一物理量相等的球形顆粒的直徑自由沉降徑dl：特定氣體中，在重力作用下，密度相同的顆粒因自由沉降所達(dá)到的末速度與球形顆粒所達(dá)到的末速度相同時(shí)球形顆粒的直徑?？諝鈩?dòng)力徑da：在靜止的空氣中，顆粒沉降速度與單位密度（1g/cm3）的球體的沉降速度相等的圓球直徑。8一、顆粒的直徑3.物理當(dāng)量徑斯托克斯（Stokes）直徑dst：

4、在層流區(qū)內(nèi)（對(duì)顆粒的雷諾數(shù)Re2.0）的空氣動(dòng)力徑，即同一流體中與顆粒密度相同、沉降速度相等的球體直徑9一、顆粒的直徑4.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（25.4mm）長度上篩孔的個(gè)數(shù)3.物理當(dāng)量徑物理當(dāng)量徑（4）分割粒徑：）分割粒徑： 分級(jí)效率為分級(jí)效率為50%時(shí)顆粒的直徑。表示除塵器性能。時(shí)顆粒的直徑。表示除塵器性能。10一、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s（ s1）正立方體s0.806，圓柱體s2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)11一、

5、顆粒的直徑某些顆粒的圓球度12（二）、平均粒徑 對(duì)于一個(gè)由大小和形狀不相同的粒子組成的實(shí)際粒子群與一個(gè)由均一的球形粒子組成的假想粒子群相比，若兩者的粒徑全長相同，則稱此球形粒子的直徑為實(shí)際粒子群的平均粒徑。13(nd)d1,n1,d2,n2圖圖 （2-2）關(guān)于粒子群的全長）關(guān)于粒子群的全長14（二）平均粒徑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pLp iiiiin ddf dn2p1/22 1/2Sp() iiiiin ddf dn3p1/33 1/3Vp() iiiiinddf dn33ppSV22ppiiiiiiiindf ddndf d15（二）、平均粒徑（二）、平均粒

6、徑各種方法計(jì)算的平均粒徑，數(shù)值相差很大。各種方法計(jì)算的平均粒徑，數(shù)值相差很大。一般順序：一般順序：d1dsdvd2d31時(shí)，近似于對(duì)數(shù)正態(tài)分布；時(shí)，近似于對(duì)數(shù)正態(tài)分布；n3時(shí)，時(shí)，更適合于正態(tài)分布更適合于正態(tài)分布p1lgln()lglg1ndG3839402 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(jì)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，粉塵越細(xì)，吸附的空氣越多，越大。真密度用于研究塵粒在氣體中的運(yùn)動(dòng)、分離和去除等，堆積密度用于倉儲(chǔ)和灰斗設(shè)計(jì)。bp(1) bp4142二、粉塵的安息角與滑動(dòng)角安

7、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(dòng)角：自然堆積在光滑平板上的粉塵隨平板做傾斜運(yùn)動(dòng)時(shí)粉塵開始發(fā)生滑動(dòng)的平板傾角,一般為40-55安息角與滑動(dòng)角是評(píng)價(jià)粉塵流動(dòng)特性的重要指標(biāo)。安息角越小，粉塵流動(dòng)性越好。是設(shè)計(jì)除塵器灰斗錐度，除塵管路或輸灰管路傾斜度的重要依據(jù)。安息角和滑動(dòng)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。粒徑越小，安息角越大。4344三、粉塵的比表面積三、粉塵的比表面積單位體積粉塵所具有的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質(zhì)量表示的比表面積以堆積體積表示的比表面積以堆積體積表示的比表面積23VS

8、V6 (cm /cm )SSVd2mppSV6 (cm /g)SSVd23bVSV(1)6(1)(1) (cm /cm )SSSVd45四、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，結(jié)晶水不作為粉塵水分的范圍。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(dǎo)電性、粘附性、流動(dòng)性等物理特性吸濕現(xiàn)象：粉塵從周圍空氣中吸收水分的能力。平衡含水率:氣體的每一相對(duì)濕度，都對(duì)應(yīng)粉塵的一定含水率，稱為平衡含水率 46四、粉塵的含水率粉塵含水率增加對(duì)下列特性有哪些影響？粉塵含水率增加對(duì)下列特性有哪些影響？（1）粘性）粘性（2）導(dǎo)電性）導(dǎo)電性（3）腐蝕性）腐蝕

9、性（4）流動(dòng)性）流動(dòng)性47四、粉塵的含水率48五、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)潤濕性是選擇濕式除塵器的主要依據(jù)潤濕性粉塵：與液體接觸后，接觸面能擴(kuò)大而相互附著的粉塵。非潤濕性粉塵：與液體接觸后，接觸面趨于縮小不能附著的粉塵。4950五、粉塵的潤濕性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)。一般酒精和煤油比水對(duì)粉塵潤濕性好；顆粒球度越大、粒徑越小，則潤濕性越差；溫度增加、壓力減小都能降低粉塵的潤濕性。某些細(xì)粉塵，特別是粒徑小于 1mm 的粉塵很難被水潤

10、濕 潤濕速度2020(mm/min)20Lv51五、粉塵的潤濕性52根據(jù)粉塵潤濕速度，可以將粉塵分成根據(jù)粉塵潤濕速度，可以將粉塵分成絕對(duì)憎水、絕對(duì)憎水、憎水、中等親水和強(qiáng)親水憎水、中等親水和強(qiáng)親水四類：四類： 五、粉塵的潤濕性53五、粉塵的潤濕性54六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性1.粉塵的荷電性粉塵的荷電性粉塵的荷電性粉塵的荷電性即粉塵帶電量大小，它對(duì)除塵過程有重要意義，即粉塵帶電量大小，它對(duì)除塵過程有重要意義，電電除塵器除塵器就通過粉塵荷電而將其捕集，袋式除塵器和濕式除塵器也就通過粉塵荷電而將其捕集，袋式除塵器和濕式除塵器也可以利用粉塵或液滴荷電而增加捕集效率。可以利用粉塵或液滴荷電而增加捕集效率

11、。 天然粉塵和工業(yè)粉塵幾乎都帶有一定的電荷天然粉塵和工業(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、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)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)組成有關(guān)5556六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性比電阻導(dǎo)電機(jī)制：高溫（200oC以上），粉塵本體內(nèi)部的電子和離子

12、體積比電阻低溫（100oC以下），粉塵表面吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)中的離子表面比電阻中間溫度，同時(shí)起作用比電阻對(duì)電除塵器運(yùn)行有很大影響，最適宜范圍1041010d ( cm)Vjcm57六、粉塵的導(dǎo)電性和荷電性典型溫度比電阻曲線58七、粉塵的粘附性粘附：粉塵顆粒附著在固體表面上或顆粒彼此相互粘附：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。附著的現(xiàn)象。粘附力克服附著現(xiàn)象所需要的力粘附力克服附著現(xiàn)象所需要的力粘附力：粘附力：分子力（范德華力）、毛細(xì)力、靜電力分子力（范德華力）、毛細(xì)力、靜電力（庫侖力）（庫侖力）斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度表征粉塵自粘性的指標(biāo)，等于粉塵斷裂表征粉塵自粘性的指標(biāo)，等于粉塵

13、斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面積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(qiáng)粘性分類：不粘性、微粘性、中等粘性、強(qiáng)粘性粒徑、形狀、表面粗糙度、潤濕性、荷電量均影響粒徑、形狀、表面粗糙度、潤濕性、荷電量均影響粘附性粘附性59七、粉塵的粘附性60八粉塵的自燃性和爆炸性1.粉塵的自燃性在確定除塵設(shè)備清灰時(shí)間以及灰塵存放方式時(shí)，需要考慮粉塵的自燃性和爆炸性。 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)熱存放過程中自然發(fā)熱熱量積累熱量積累達(dá)到燃點(diǎn)達(dá)到燃點(diǎn)燃燒燃燒612.粉塵的爆炸性粉塵的爆炸性粉塵發(fā)生爆炸必備的條

14、件：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(dá)到一定的濃度可燃物與空氣或氧氣構(gòu)成的可燃混合物達(dá)到一定的濃度最低可燃物濃度爆炸濃度下限最低可燃物濃度爆炸濃度下限爆炸濃度上限爆炸濃度上限存在能量足夠的火源存在能量足夠的火源6263643 凈化裝置的性能一、評(píng)價(jià)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(jì)指標(biāo)設(shè)備費(fèi)運(yùn)行費(fèi)占地面積65一、凈化裝置技術(shù)性能的表示方法1.處理氣體流量(除塵器結(jié)構(gòu)及除塵過程)漏風(fēng)率2.凈化效率3.壓力損失1N3N2NN1() (m/s)2QQQ1N2N1N100 (%)QQQ21 (Pa)2vP66二.凈化效率的表示方法1.總凈化效率

15、2.通過率3.分級(jí)除塵效率分割粒徑dc除塵效率為50的粒徑22N2N11N2N11 SQSQ22N2N11N1N1SQPSQ32111iiiiiSSSS67 4.分級(jí)效率與總效率的關(guān)系（1）由總效率求分級(jí)效率（2）由分級(jí)效率求總效率333112221112311/iiiiiiiiiiiiiS ggS ggS ggPS ggPgg1111p00ddiiiiigGqd685.多級(jí)串聯(lián)的總凈化效率總分級(jí)通過率總分級(jí)效率總除塵效率12iTiiinPP PP1211(1)(1)(1)iTiTiiinP 121 (1)(1)(1)Tn 694 顆粒捕集的理論基礎(chǔ)（可以不講）對(duì)顆粒施加外力使顆粒相對(duì)氣流產(chǎn)生

16、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(shí)可以忽略70一、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 2DDpDpp1 (N)2() pFC AuduCf ReRe71一、流體阻力流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系 72一、流體阻力 pDpDp241 Stokes3 (N) ReCReFd u（層流）時(shí) 得到公式：pD0.6p18.51500 ReCRe湍流過渡區(qū) pD22Dp500 0.440.055 ReCFd u湍流區(qū)（牛頓區(qū)） 73一、流體阻力顆粒

17、尺寸與氣體平均自由程接近時(shí)，顆粒發(fā)生滑動(dòng)坎寧漢修正pDp31.1011.257 0.400exp() 2 /8 (m) , (m/s)0.499 其中努森數(shù)d uFCCKnKndKnRTvMv74二、阻力導(dǎo)致的減速運(yùn)動(dòng)若僅考慮Stokes區(qū)域馳豫時(shí)間或松弛時(shí)間馳豫時(shí)間或松弛時(shí)間322pppDD2Dppd6d42d3 d4 即dduuFCtuuCtd2Pp2Ppd18 d18 其中duuutd75二、阻力導(dǎo)致的減速運(yùn)動(dòng)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/0e (m/s)tuu/00()(1 e)txuuu/0(1e)tCxu Cs0 xu C76四、離心沉降力平衡關(guān)系S

18、tokes顆粒的末端沉降速度23tDCpp6uFFdR22pptcc2tc18 其中duuCa CRuaR77五、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(jìn)速度，用表示，對(duì)于Stokes粒子：DEFFqEp3qECd78六、慣性沉降顆粒接近靶時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況791.慣性碰撞慣性碰撞的捕集效率取決于三個(gè)因素氣流速度在靶周圍的分布，用ReD衡量顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡，用Stokes數(shù)描述顆粒對(duì)捕集體的附著，通常假定為1000DcuDRe2pp0s0ccc18du Cx Cu CStDDD802.攔截?cái)r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(duì)于慣性大的顆粒對(duì)于慣性小的顆粒DI2DI 圓柱形捕集體 球形捕集