第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)

第四章除塵技術(shù)基礎(chǔ)第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)

概述第二節(jié)

粉塵的粒徑和粒徑分布第三節(jié)

粉塵的物理性質(zhì)第四節(jié)

粉塵顆粒的捕集第五節(jié)除塵裝置及其性能

第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日重點(diǎn)：第二節(jié)粉塵的粒徑和粒徑分布

眾徑、中位徑、stokes徑、頻率分布、篩上頻度分布、篩下累計(jì)分布。第三節(jié)粉塵的物理性質(zhì)粉塵的真密度、堆積密度。第四節(jié)除塵裝置的性能

除塵效率（總效率、分級(jí)效率）

第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日§4-1概述

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（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。機(jī)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，凝拼增大而被捕獲的特性。電除塵：利用荷電性、靜電力分離。等等。第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日§4-2粉塵粒徑和粒徑分布一、粉塵粒徑1．

定義：在實(shí)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(gè)粒子的直徑；平均粒徑：粒子群的直徑。（一）單一粒徑球形顆粒：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)量徑第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日（1）投影徑：指顆粒在顯微鏡下觀察到的粒徑。

a．面積等分徑（martine），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作為粒徑。b．定向徑（feret），指顆粒投影面上兩平行切線間的距離。c．長徑，不考慮方向的最長徑。d．短徑，不考慮方向的最短徑。第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日（2）．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。a．

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。

b．

等體積徑dV：

c．

等表面積徑dS：

d．

體積表面積平均徑de：顆粒體積與外表面積相同的圓球的直徑。第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日（3）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。a．

自由沉降dt：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)的球形顆粒的直徑。b．

空氣動(dòng)力徑da：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。單位c．

斯托克斯徑(Stokes)dst。在層流區(qū)內(nèi)（對(duì)顆粒的雷諾數(shù)Re<2.0）的空氣動(dòng)力徑。

Vt——顆粒在流體中的終端沉降速度（m/s）d．分割粒徑（半分離粒徑）d50：即分級(jí)效率為50%的顆粒直徑。第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日（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。各種方法計(jì)算的平均粒徑，數(shù)值相差很大。一般順序：d1<ds<dv<d2<d3<d4常用的單一粒徑：投影徑、等體積徑、斯托克斯徑、分割粒徑dc50、空氣動(dòng)力學(xué)徑da（是除塵技術(shù)中用得最多的）。平均粒徑：中位徑、眾徑。第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、粒徑分布1．定義：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。表示方法：

個(gè)數(shù)分布：以粒子的個(gè)數(shù)所占的比例來表示；

表面積分布：以粒子表面積表示；

質(zhì)量分布：以粒子質(zhì)量表示。第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日2．常見的表示方法（1）頻數(shù)分布ΔR：它是指粒徑dp至（dp+Δdp）之間的粒子質(zhì)量占粒子群總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。見圖a。ΔR與選取的粒徑間隔的大小有關(guān)。（2）頻度分布f：是Δdp=1μm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)。即：

其微分定義式：第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日由計(jì)算結(jié)果可繪出頻度分布f的直方圖，用粒徑間隔中值可繪出頻度分布曲線，見圖b。最大頻度的粒徑dom稱為眾徑。第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日(3)篩下累積頻率分布D/%：指小于某一粒徑dp的塵樣質(zhì)量占?jí)m樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。

反之為篩上累積分布R：D=1-R當(dāng)D=R=50%時(shí)的dp叫中位徑d50。由圖可見，篩上分布R對(duì)dp之比為負(fù)梯度，篩下分布D對(duì)dp之比為正值。因此若已知R、D，則若粒徑間隔寬度即取極限，則：即：篩上分布為減函數(shù)；篩下分布為增函數(shù)。在除塵技術(shù)中，篩上累積分布R比使用頻度分布更為方便，所以，在一些國家粉塵標(biāo)準(zhǔn)中多用R表示粒徑分布。第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日3．粒徑分布函數(shù)常見的分布函數(shù)

1.正態(tài)分布函數(shù)：對(duì)稱2.對(duì)數(shù)正態(tài)分布：dp取對(duì)數(shù)后對(duì)稱，實(shí)際大氣中氣溶膠、工業(yè)粉塵多服從此分布3.羅率—拉姆勒分布：破碎篩分過程多服從此分布后兩者分布為非對(duì)稱性的。第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日采用某種數(shù)學(xué)函數(shù)來描述粒徑分布曲線，更為應(yīng)用方便。據(jù)大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明對(duì)數(shù)正態(tài)分布，正態(tài)分布以及羅辛—拉姆勒（Rosin—Rammler）分布較常用。下面介紹世界上用的較多的R—R分布。R—R分布是：

（a）(b)式中：n——分布指數(shù)；

β、β’——分布系數(shù)，并有。第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日對(duì)(b)兩端兩次求對(duì)數(shù)得：以lgdp為橫坐標(biāo)，以lg為縱坐標(biāo)，可的一條直線，其斜率為n。將中位徑d50代入(a)式可求得那麼R—R函數(shù)表達(dá)式為：在R—R坐標(biāo)紙上繪制的篩上累積分布曲線（R）為直線，并能方便地求出n、β’、d50等。第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日(一)正態(tài)分布函數(shù)（1）——算術(shù)平均粒徑，mdp——粒徑，mδ——標(biāo)準(zhǔn)差，N——粉塵粒子的總個(gè)數(shù)。其特征數(shù)為：δ，dp。特點(diǎn)：圖形對(duì)稱，眾位徑dd=中位徑d50=平均粒徑第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日（二）對(duì)數(shù)正態(tài)分布f～dp圖形非對(duì)稱，但f～lndp圖形對(duì)稱.將(1)式變換即為其表達(dá)式：特征數(shù)：d50，δg（幾何標(biāo)準(zhǔn)差）特點(diǎn)：無論是質(zhì)量分布，粒數(shù)分布還是表面積分布均是對(duì)數(shù)正態(tài)分布，且?guī)缀螛?biāo)準(zhǔn)差相同。據(jù)d50，δg可求出平均粒徑。第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日（三）羅率—拉姆勒分布（R—R分布）表達(dá)式：（3）R—R曲線特征值：β，β’，n～lgdp是一條直線，斜率為n，截距為lgβ’，代入（3）式進(jìn)而可求得R。

第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日§4-3粉塵的物理性質(zhì)一、

粉塵的結(jié)構(gòu)和形狀二、

粉塵的密度三、

粉塵的濕潤性四、

粉塵的粘附性五、

粉塵的自燃性和爆炸性六、

粉塵的荷電性和導(dǎo)電性七、

粉塵的安息角第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日一、

粉塵的結(jié)構(gòu)和形狀（一）

單顆粒的結(jié)構(gòu)形態(tài)（1）

各向線性尺度相同的粒子（2）

平板狀粒子（3）

針狀粒子（二）

聚合體的形狀（１）各向同長（２）線形鏈（三）

球形系數(shù)球形度第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日§4-4粉塵顆粒的捕集

一、

理想氣體及氣體流動(dòng)基本方程式（一）理想氣體狀態(tài)方程式（二）氣體流動(dòng)方程式二、

粉塵顆粒的流體阻力（一）層流區(qū)（二）紊流過渡區(qū)（三）紊流區(qū)三、粉塵顆粒的重力沉降

第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日§4-5除塵裝置的捕集效率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：1．總捕集效率ηT：ηT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分比。2．除塵裝置的分級(jí)捕集效率除塵裝置的總除塵效率的高低，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的關(guān)系，提出分級(jí)效率的概念。第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日1．總捕集效率ηT

第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日λ0氣體流量Q0（m3/s）；污染物流量G0（g/s）；污染物濃度C0（g/m3）。出口相應(yīng)的為Qe，Ge，Ce。凈化裝置捕集的污染物流量Gc（g/s）有

G0=Ge+Gc

∵G=CQ∴∵Q0,Qe與狀態(tài)有關(guān)，∴常換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0℃，1.013×105Pa）下干氣體流量表示，并加腳標(biāo)“N”第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日若裝置不漏風(fēng)，QON=QeN

實(shí)際上凈化裝置常有漏風(fēng)，式中：k——漏風(fēng)系數(shù)串聯(lián)使用凈化裝置：設(shè)每一級(jí)的捕集效率為η1、η2、…ηn總效率：凈化器的性能還可用另一指標(biāo)表示：即通過率P第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日2．除塵裝置的分級(jí)捕集效率定義：指除塵裝置對(duì)某一粒徑dPi或粒徑間隔dPi至dPi+Δdp內(nèi)粉塵的除塵效率。a．

由分級(jí)效率求總除塵效率

ΔR為頻數(shù)分布若分級(jí)效率以

的函數(shù)形式給出，入口粒徑分布以累計(jì)分布函數(shù)（Di）或頻度分布fi=fi(dp)形式給出，則有第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日a．

由總效率求分級(jí)效率

第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日§5-2重力沉降室重力沉降室是通過重力從氣流中分離塵粒的。其結(jié)構(gòu)如圖所示。

第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日一、原理：利用含塵氣體中的顆粒受重力作用而自然沉降的原理。含塵氣流進(jìn)入沉降室后，引流動(dòng)截面積擴(kuò)大，流速迅速下降，氣流為層流，塵粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降。a．沉降速度懸浮在空氣中的塵粒在重力作用下降落時(shí)，起初作加速運(yùn)動(dòng)，但當(dāng)空氣的阻力增大到使塵粒所受的合力為零時(shí)，它就開始作勻速下降，塵粒的降落速度達(dá)到最大恒定速度，該速度即為沉降速度us。第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日層流區(qū)：雷諾數(shù)Rep≤1，對(duì)球形粒子而言：（5-2）當(dāng)介質(zhì)為空氣時(shí)ρp>>ρ則有：

（5-3）由上式可見Vt,若dp小，則Vt就小，故小顆粒就難分離。若將雷諾數(shù)Rep=1代入，可求出塵粒沉降時(shí)的臨界粒徑dc。

得

代入（5-2）得：