第02章除塵技術(shù)基礎(chǔ)

1、第二章第二章 除塵技術(shù)基礎(chǔ)除塵技術(shù)基礎(chǔ)n第一節(jié)第一節(jié) 概述概述n第二節(jié)第二節(jié) 粉塵的粒徑和粒徑分布粉塵的粒徑和粒徑分布n第三節(jié)第三節(jié) 粉塵的物理性質(zhì)粉塵的物理性質(zhì)n第四節(jié)第四節(jié) 粉塵顆粒的捕集粉塵顆粒的捕集n第五節(jié)第五節(jié) 除塵裝置及其性能除塵裝置及其性能 n重點(diǎn)：重點(diǎn)：n第二節(jié) 粉塵的粒徑和粒徑分布 眾徑、中位徑、眾徑、中位徑、stokes徑、頻率分布、篩上頻徑、頻率分布、篩上頻度分布、篩下累計(jì)分布度分布、篩下累計(jì)分布。n第三節(jié) 粉塵的物理性質(zhì)粉塵的真密度、堆積密度粉塵的真密度、堆積密度。n第四節(jié) 除塵裝置的性能 除塵效率（總效率、分級效率）除塵效率（總效率、分級效率） 2-1 概概 述述 n

2、 空氣污染物的性質(zhì)和存在狀態(tài)不同，其凈化機(jī)理、方空氣污染物的性質(zhì)和存在狀態(tài)不同，其凈化機(jī)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。（顆粒物）污染物和氣態(tài)污染物。n氣溶膠（氣溶膠（AEROPAL）是非均相污染物，主要污染物是分散）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。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。n依據(jù)：氣、固、液體粒子在物理性質(zhì)上的差異將其

3、分離。依據(jù)：氣、固、液體粒子在物理性質(zhì)上的差異將其分離。n機(jī)械法：利用重力、慣性力、離心力分離。機(jī)械法：利用重力、慣性力、離心力分離。n過濾介質(zhì)分離：利用粒子的尺寸、重量較氣體分子大分離。過濾介質(zhì)分離：利用粒子的尺寸、重量較氣體分子大分離。n濕式洗滌分離法：利用粒子易被水潤濕，凝拼增大而被捕濕式洗滌分離法：利用粒子易被水潤濕，凝拼增大而被捕獲的特性。獲的特性。n電除塵：利用荷電性、靜電力分離。等等電除塵：利用荷電性、靜電力分離。等等。2-2粉塵粒徑和粒徑分布粉塵粒徑和粒徑分布n一、粉塵粒徑一、粉塵粒徑n1 定義：在實(shí)際中，因顆粒大小、形狀各異，故表定義：在實(shí)際中，因顆粒大小、形狀各異，故表示方

4、法有所不同。示方法有所不同。n一般分為兩類：一般分為兩類：n單一粒徑：單個(gè)粒子的直徑；單一粒徑：單個(gè)粒子的直徑；n平均粒徑：粒子群的直徑。平均粒徑：粒子群的直徑。n（一）單一粒徑（一）單一粒徑 球形顆粒：球形顆粒：d=直徑直徑n 單一粒徑分成單一粒徑分成 投影徑投影徑n 非球形顆粒非球形顆粒 幾何當(dāng)量徑幾何當(dāng)量徑n 物理當(dāng)量徑物理當(dāng)量徑n（1）投影徑：指顆粒在顯微鏡下觀察到的粒徑。）投影徑：指顆粒在顯微鏡下觀察到的粒徑。n na面積等分徑（面積等分徑（martine），指顆粒的投影面積二等分的），指顆粒的投影面積二等分的直線長度，其與所取的方向有關(guān)，常采用與底邊平行的線直線長度，其與所取的方向

5、有關(guān)，常采用與底邊平行的線作為粒徑。作為粒徑。nb定向徑（定向徑（feret），指顆粒投影面上兩平行切線間的距），指顆粒投影面上兩平行切線間的距離。離。nc長徑，不考慮方向的最長徑。長徑，不考慮方向的最長徑。nd短徑，不考慮方向的最短徑。短徑，不考慮方向的最短徑。c d a b n（2）幾何當(dāng)量徑：指顆粒的某一幾何量（面積、體積等）幾何當(dāng)量徑：指顆粒的某一幾何量（面積、體積等) )）相同時(shí)的球形顆粒的直徑。相同時(shí)的球形顆粒的直徑。na 等投影面積徑等投影面積徑dA：與顆粒投影面積相同的某一圓面積：與顆粒投影面積相同的某一圓面積的直徑。的直徑。n nb 等體積徑等體積徑dV： n nc 等表面積

6、徑等表面積徑dS：n nd 體積表面積平均徑體積表面積平均徑de：顆粒體積與外表面積相同的圓：顆粒體積與外表面積相同的圓球的直徑。球的直徑。2/12/1128. 14ppAAAd24ApdA顆粒投影面積33124. 16ppVVVd36ppdV21psSdppeSVd6n（3）物理當(dāng)量徑物理當(dāng)量徑：取顆粒某一物理量相同時(shí)的球形顆粒粒徑。取顆粒某一物理量相同時(shí)的球形顆粒粒徑。na 自由沉降自由沉降d dt t：特定氣體中，在重力作用下，密度相同的顆粒因自：特定氣體中，在重力作用下，密度相同的顆粒因自由沉降而達(dá)到的末速度與球形顆粒所達(dá)到的末速度相同時(shí)的球形顆粒由沉降而達(dá)到的末速度與球形顆粒所達(dá)到的

7、末速度相同時(shí)的球形顆粒的直徑。的直徑。nb 空氣動(dòng)力徑空氣動(dòng)力徑d da a：在靜止的空氣中顆粒的沉降速度與密度為：在靜止的空氣中顆粒的沉降速度與密度為1g/cm3的圓球的沉降速度相同時(shí)的圓球的直徑。的圓球的沉降速度相同時(shí)的圓球的直徑。n單位單位nc 斯托克斯徑斯托克斯徑(Stokes) dst(Stokes) dst。n在層流區(qū)內(nèi)（對顆粒的雷諾數(shù)在層流區(qū)內(nèi)（對顆粒的雷諾數(shù)Re2.0）的空氣動(dòng)力徑。）的空氣動(dòng)力徑。n Vt顆粒在流體中的終端沉降速度（顆粒在流體中的終端沉降速度（m/s）nd分割粒徑（半分離粒徑）分割粒徑（半分離粒徑）d d5050：即分級效率為：即分級效率為50%的顆粒直徑。的

8、顆粒直徑。代表mAcmgm213)/(2118gVdptstn（二）平均粒徑（二）平均粒徑n 對于一個(gè)由大小和形狀不相同的粒子組成的實(shí)對于一個(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。粒子的直徑為實(shí)際粒子群的平均粒徑。n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。n一般順序：一般順序：d1dsdvd2d3d4n常用的單一粒徑：常用的單一粒徑：投影徑、等體積徑、斯托克斯投影徑

9、、等體積徑、斯托克斯徑、分割粒徑徑、分割粒徑dcdc5050、空氣動(dòng)力學(xué)徑、空氣動(dòng)力學(xué)徑dada（是除塵技（是除塵技術(shù)中用得最多的）。術(shù)中用得最多的）。n平均粒徑：中位徑、眾徑。平均粒徑：中位徑、眾徑。二、粒徑分布二、粒徑分布1定義：n 粒徑分布是指某一粒子群中不同粒徑的粒粒徑分布是指某一粒子群中不同粒徑的粒子所占的比例，亦稱粒子的分散度。子所占的比例，亦稱粒子的分散度。n表示方法表示方法：n 個(gè)數(shù)分布個(gè)數(shù)分布：以粒子的個(gè)數(shù)所占的比例來表示；以粒子的個(gè)數(shù)所占的比例來表示；n 表面積分布表面積分布：以粒子表面積表示；：以粒子表面積表示；n 質(zhì)量分布質(zhì)量分布：以粒子質(zhì)量表示：以粒子質(zhì)量表示。n2常

10、見的表示方法常見的表示方法n（1）頻數(shù)分布）頻數(shù)分布R：它是指粒徑：它是指粒徑dp至（至（dp+dp）之間的粒子質(zhì)量占粒子群總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。見圖之間的粒子質(zhì)量占粒子群總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。見圖a。 R與選取的粒徑間隔的大小有關(guān)。與選取的粒徑間隔的大小有關(guān)。n（2）頻度分布）頻度分布f：是：是dp=1m時(shí)粒子質(zhì)量占粒子時(shí)粒子質(zhì)量占粒子群的或單位粒徑間隔寬度時(shí)的頻率分布百分?jǐn)?shù)。群的或單位粒徑間隔寬度時(shí)的頻率分布百分?jǐn)?shù)。即：即： 其微分定義式：其微分定義式：%1000mmR%100RpdRfdpdpddRf2-3 2-3 粉塵的物理性質(zhì)粉塵的物理性質(zhì)n 粉塵的結(jié)構(gòu)和形狀粉塵的結(jié)構(gòu)和形狀n 粉塵的密度粉塵的

11、密度n 粉塵的濕潤性粉塵的濕潤性n 粉塵的粘附性粉塵的粘附性n 粉塵的自燃性和爆炸性粉塵的自燃性和爆炸性n 粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的荷電性和導(dǎo)電性n 粉塵的安息角粉塵的安息角n一、一、 粉塵的結(jié)構(gòu)和形狀粉塵的結(jié)構(gòu)和形狀n（一）（一） 單顆粒的結(jié)構(gòu)形態(tài)單顆粒的結(jié)構(gòu)形態(tài)n（1 1） 各向線性尺度相同的粒子各向線性尺度相同的粒子n（2 2） 平板狀粒子平板狀粒子n（3 3） 針狀粒子針狀粒子n（二）（二） 聚合體的形狀聚合體的形狀n（）各向同長（）各向同長n（）線形鏈（）線形鏈n（三）（三） 球形系數(shù)球形系數(shù)n球形度球形度n粒徑的測定結(jié)果與顆粒的形狀有關(guān)粒徑的測定結(jié)果與顆粒的形狀有關(guān)n通常用圓球度

12、表示顆粒形狀與球形不一致的通常用圓球度表示顆粒形狀與球形不一致的程度程度n圓球度：與顆粒體積相等的球體的表面積和圓球度：與顆粒體積相等的球體的表面積和顆粒的表面積之比顆粒的表面積之比s（ s1）n正立方體s0.806，圓柱體s2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)顆粒的直徑n某些顆粒的圓球度n粉塵的密度粉塵的密度n 單位體積粉塵的質(zhì)量，單位體積粉塵的質(zhì)量，kg/m3或或g/cm3n粉塵體積不包括顆粒內(nèi)部和之間的縫隙粉塵體積不包括顆粒內(nèi)部和之間的縫隙真真密度密度n用堆積體積計(jì)算用堆積體積計(jì)算堆積密度堆積密度n空隙率空隙率粉塵顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與粉塵顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積總體積之比堆

13、積總體積之比bp(1) bp粉塵的安息角與滑動(dòng)角n安息角：粉塵從漏斗連續(xù)落下自然堆積形成的圓安息角：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錐體母線與地面的夾角n滑動(dòng)角：自然堆積在光滑平板上的粉塵隨平板做滑動(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)的平板傾角傾斜運(yùn)動(dòng)時(shí)粉塵開始發(fā)生滑動(dòng)的平板傾角n安息角與滑動(dòng)角是評價(jià)粉塵流動(dòng)特性的重要指標(biāo)安息角與滑動(dòng)角是評價(jià)粉塵流動(dòng)特性的重要指標(biāo)n安息角和滑動(dòng)角的影響因素：粉塵粒徑、含水率、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、粉塵粘性顆粒形狀、顆粒表面光滑程度、粉塵粘性粉塵的比表面積粉塵的

14、比表面積n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n以質(zhì)量表示的比表面積以質(zhì)量表示的比表面積n以堆積體積表示的比表面積以堆積體積表示的比表面積23VSV6 (cm /cm )SSVd2mppSV6 (cm /g)SSVd23bVSV(1)6(1)(1) (cm /cm )SSSVd粉塵的含水率n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)孔中的自由水分自由水分以及顆粒內(nèi)部的以及顆粒內(nèi)部的結(jié)合水分結(jié)合水分n含水率水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量之比含水率水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量之比n含水率影響粉塵的導(dǎo)電性、粘附性、流動(dòng)性等物理特性含水率影響粉塵的導(dǎo)電

15、性、粘附性、流動(dòng)性等物理特性n吸濕現(xiàn)象吸濕現(xiàn)象n平衡含水率平衡含水率粉塵的潤濕性n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)難易程度的性質(zhì)n潤濕性與粉塵的種類、粒徑、形狀、生成條件、組分、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)。表面張力及塵粒與液體之間的粘附力和接觸方式有關(guān)。n粉塵的潤濕性隨壓力增大而增大，隨溫度升高而下降粉塵的潤濕性隨壓力增大而增大，隨溫度升高而下降n潤濕速度潤濕

16、速度n潤濕性是選擇濕式除塵器的主要依據(jù)潤濕性是選擇濕式除塵器的主要依據(jù)2020(mm/min)20Lv粉塵的荷電性和導(dǎo)電性n粉塵的荷電性粉塵的荷電性n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n荷電因素電離輻射、高壓放電、高溫產(chǎn)生的離子或電子荷電因素電離輻射、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)生過程中荷電被捕獲、顆粒間或顆粒與壁面間摩擦、產(chǎn)生過程中荷電n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1/10n荷電量隨溫度增高、表面積增大及含水率減小而增加，且荷電量隨溫度增高、表面積增大及

17、含水率減小而增加，且與化學(xué)組成有關(guān)與化學(xué)組成有關(guān)粉塵的荷電性和導(dǎo)電性n粉塵的導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性n比電阻比電阻n導(dǎo)電機(jī)制：導(dǎo)電機(jī)制：n高溫（高溫（200oC以上），粉塵本體內(nèi)部的電子和離子以上），粉塵本體內(nèi)部的電子和離子體積比電體積比電阻阻n低溫（低溫（100oC以下），粉塵表面吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)以下），粉塵表面吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)表面比電阻表面比電阻n中間溫度，同時(shí)起作用中間溫度，同時(shí)起作用n比電阻對電除塵器運(yùn)行有很大影響，最適宜范圍比電阻對電除塵器運(yùn)行有很大影響，最適宜范圍1041010d ( cm)Vjcm粉塵的粘附性n粘附和自粘現(xiàn)象粘附和自粘現(xiàn)象n粘附力克服附著現(xiàn)象所需要的力粘

18、附力克服附著現(xiàn)象所需要的力n粘附力：分子力（范德華力）、毛細(xì)力、靜電力（庫侖力）粘附力：分子力（范德華力）、毛細(xì)力、靜電力（庫侖力）n斷裂強(qiáng)度表征粉塵自粘性的指標(biāo)，等于粉塵斷裂所需的力斷裂強(qiáng)度表征粉塵自粘性的指標(biāo)，等于粉塵斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面積除以其斷裂的接觸面積n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n粒徑、形狀、表面粗糙度、潤濕性、荷電量均影響粘附性粒徑、形狀、表面粗糙度、潤濕性、荷電量均影響粘附性粉塵的自燃性和爆炸性n粉塵的自燃性粉塵的自燃性n自燃自燃n自然發(fā)熱的原因氧化熱、分解熱、聚合熱、發(fā)酵自然發(fā)熱的原因氧化熱、分解熱、聚合熱、發(fā)酵熱熱

19、n影響因素：粉塵的結(jié)構(gòu)和物化特性、粉塵的存在狀影響因素：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)燃燒燃燒粉塵的爆炸性n粉塵發(fā)生爆炸必備的條件：粉塵發(fā)生爆炸必備的條件：n可燃物與空氣或氧氣構(gòu)成的可燃混合物達(dá)到可燃物與空氣或氧氣構(gòu)成的可燃混合物達(dá)到一定的濃度一定的濃度n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n爆炸濃度上限爆炸濃度上限n存在能量足夠的火源存在能量足夠的火源n評價(jià)凈化裝置性能的指標(biāo)n技術(shù)指標(biāo)n處理氣體流量n凈化效率n壓力損失n經(jīng)濟(jì)指標(biāo)n設(shè)備費(fèi)n運(yùn)行費(fèi)n占地面積2-4 2-4 除塵裝置的捕集效率除

20、塵裝置的捕集效率n除塵裝置的捕集效率代表裝置捕集粉塵效果的除塵裝置的捕集效率代表裝置捕集粉塵效果的重要指標(biāo)。有以下幾種表示方法：重要指標(biāo)。有以下幾種表示方法：n1 1總捕集效率總捕集效率T T：T指在同一時(shí)間內(nèi)凈化裝指在同一時(shí)間內(nèi)凈化裝置去除污染物的量與進(jìn)入裝置的污染物量之百置去除污染物的量與進(jìn)入裝置的污染物量之百分比。分比。n2 2除塵裝置的分級捕集效率除塵裝置的分級捕集效率n除塵裝置總除塵效率的高低，往往與粉塵粒徑除塵裝置總除塵效率的高低，往往與粉塵粒徑大小有很大關(guān)系。為了表示除塵效率與粒徑間大小有很大關(guān)系。為了表示除塵效率與粒徑間的關(guān)系，提出分級效率的概念的關(guān)系，提出分級效率的概念 。i

21、d多級串聯(lián)的總凈化效率n總分級通過率n總分級效率n總除塵效率12iTiiinPP PP1211(1)(1)(1)iTiTiiinP 121 (1)(1)(1)Tn 2-4 2-4 顆粒捕集的理論基礎(chǔ)顆粒捕集的理論基礎(chǔ)n對顆粒施加外力使顆粒相對氣流產(chǎn)生一定位移并從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氣流中分離n顆粒捕集過程中需要考慮的作用力：外力、流體阻顆粒捕集過程中需要考慮的作用力：外力、流體阻力、顆粒間相互作用力力、顆粒間相互作用力n外力：重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、熱力、泳外力：重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、熱力、泳力等力等n顆粒間相互作用力：顆粒濃度不高時(shí)可以忽略顆粒間相互作用力：顆粒濃度不高時(shí)可以忽略重力沉降重力沉降n力平衡關(guān)系力平衡關(guān)系nStokes顆粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影響）顆粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影響）n湍流過渡區(qū)湍流過渡區(qū)n牛頓區(qū)牛頓區(qū)nStokes直徑直徑n空氣動(dòng)力學(xué)直徑空氣動(dòng)力學(xué)直徑2pDGBp()6dFFFg2pps18dugCgC1.140.7140.71