《大氣污染物控制工程》顆粒物捕集技術(shù)基礎(chǔ)課件

第五章

顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)第五章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)1主要內(nèi)容圖片來源：EPA5-1

粒徑與粒徑分布5.2

顆粒物的形貌特征5.3

顆粒物的化學(xué)組成與光學(xué)特性5.4

粉塵的物理性質(zhì)5.5

凈化裝置的性能5.6

顆粒捕集的理論基礎(chǔ)主要內(nèi)容圖片來源：EPA5-1粒徑與粒徑分布5.2顆粒物2KennethT.Whitby一、顆粒物粒徑分布KennethT.Whitby一、顆粒物粒徑分布3圖片修改自：KennethT.

Whitby2液滴揚塵海鹽濺沫火山灰植物顆粒均相成核冷凝核成長凝聚凝聚氣體向非揮發(fā)性蒸汽化學(xué)轉(zhuǎn)化蒸汽熱蒸汽冷凝一次顆粒物凝聚鏈聚合物凝聚雨水沖刷沉降作用0.0020.010.1110粒徑/

μm愛根核模細顆粒物粗顆粒物環(huán)境大氣顆粒物的粒徑分布積聚模一、顆粒物粒徑分布粗模圖片修改自：KennethT.Whitby2液滴揚塵4一、顆粒物粒徑分布一、顆粒物粒徑分布5肺部鼻腔支氣管質(zhì)量中位粒徑，μm圖片來源：NCRP,

1997.沉積比例顆粒物在呼吸系統(tǒng)的沉積一、顆粒物粒徑分布肺部鼻腔支氣管質(zhì)量中位粒徑，μm沉積比例顆粒物在呼吸系統(tǒng)的沉6粒徑對除塵效率的影響050100除塵效率，%分割直徑粒徑dp，μm一、顆粒物粒徑分布粒徑對除塵效率的影響050100除塵效率，%分割直徑粒徑7一、顆粒物粒徑90

μm海邊細沙50～70

μm頭發(fā)絲<2.5

μm<10

μm圖片來源：EPA一、顆粒物粒徑90μm50～70μm圖片來源：EPA8《大氣污染物控制工程》顆粒物捕集技術(shù)基礎(chǔ)ppt課件9二、顆粒物粒徑的定義

顯微鏡法

在顯微鏡下觀測到的表征顆粒物投影長度或面積的直徑，包括：投影面積直徑dA（Heywood直徑）定向直徑dF（Feret

直徑）定向面積等分直徑dM（Martin直徑）篩分法

顆粒能夠通過的最小篩孔的寬度二、顆粒物粒徑的定義顯微鏡法投影面積直徑dA定向直徑dF10二、顆粒物粒徑的定義等體積直徑dv與顆粒體積相等的球體的直徑,若顆粒物的體積為V，則dv

3

6V π等表面積直徑des與顆粒表面積相等的球體的直徑,若顆粒物的表面積為S，則des

S πdv=2.48

μmdes=2.76

μm二、顆粒物粒徑的定義等體積直徑dvdv 36V πd11二、顆粒物粒徑的定義斯托克斯（Stokes）直徑ds同一流體中與顆粒密度相同、沉降速度相等的圓球直徑空氣動力學(xué)直徑da在空氣中與顆粒沉降速度相等的單位密度（1

g/cm3）的圓球的直徑dv=5.0

μmρp=4

g/cm3VTS=2.2

mm/sds=4.3

μmpρ =4

g/cm3VTS=2.2

mm/sda=8.6

μmρp=1

g/cm3VTS=2.2

mm/s二、顆粒物粒徑的定義斯托克斯（Stokes）直徑ds空氣12三、粒徑分布-PSD定義：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。

個數(shù)分布：每一粒徑區(qū)間內(nèi)的顆粒數(shù)量或濃度的頻數(shù)或頻率

質(zhì)量分布：每一粒徑區(qū)間內(nèi)的顆粒質(zhì)量或質(zhì)量濃度的頻數(shù)或頻率

表面積分布：每一粒徑區(qū)間內(nèi)的顆粒表面積或表面積濃度的頻數(shù)或頻率三、粒徑分布-PSD定義：粒徑分布指不同粒徑范圍內(nèi)顆粒的個數(shù)13(1)個數(shù)頻率f：第i個間隔中的顆粒個數(shù)ni與顆粒總數(shù)Σni之比

個數(shù)分布(1)個數(shù)頻率f：個數(shù)分布14個數(shù)分布(2)個數(shù)篩下累積頻率(F)：小于第i個間隔上限粒徑的所有顆粒個數(shù)與顆?？倐€數(shù)之比篩上累積頻率(R)：是指大于某一粒徑dp的所有顆粒個數(shù)與顆粒總個數(shù)之比個數(shù)分布(2)個數(shù)篩下累積頻率(F)：小于第i個間隔上限粒15

fa~b=Fa-Fb(2)個數(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fa~b=Fa-Fb(2)個數(shù)篩下累積頻率：16個數(shù)分布(3)個數(shù)頻率密度(p):單位粒徑間隔時的頻率，簡稱個數(shù)頻度.pi=fi/dp個數(shù)分布(3)個數(shù)頻率密度(p):單位粒徑間隔時的頻率，p17粒數(shù)分布的測定及計算pi=fi/dp粒數(shù)分布的測定及計算pi=fi/dp18三、粒徑分布篩下累積頻率F：小于第i個間隔上限粒徑的所有顆粒個數(shù)與顆粒總個數(shù)之比粒數(shù)頻率密度(頻度)p:單位粒徑間隔的個數(shù)頻率ppptotaltotalddNNp

d

N d

dN 粒徑dp，μm篩下累積頻率F1粒徑dp，μm頻度p,μm-10pddp

1眾徑dd三、粒徑分布篩下累積頻率F：小于第i個間隔上限粒徑的所有19d50中位粒徑d50－累計頻率F=0.5時對應(yīng)的粒徑，也叫中位徑或中值粒徑，NMD意義：直徑大于d50的粉塵顆粒數(shù)與直徑小于d50的粉塵顆粒數(shù)目相等d50常用來表示粉體的平均粒徑d50中位粒徑d50－累計頻率F=0.5時對應(yīng)的粒徑，也叫中20眾徑dd

頻度p最大時對應(yīng)的粒徑，此時：dd眾徑dddd21質(zhì)量分布類似于個數(shù)分布，質(zhì)量分布也有質(zhì)量頻率、質(zhì)量篩下累積頻率、質(zhì)量頻率密度等質(zhì)量頻率(g)：粒徑dp至（dp+Δdp）之間的粉塵質(zhì)量占粉塵試樣總質(zhì)量的百分數(shù)。質(zhì)量篩下累積頻率(G)：將小于某一粒徑間隔上限的所有粒子質(zhì)量占粉塵試樣總質(zhì)量的百分數(shù)。質(zhì)量頻率密度(q)：單位粒徑間隔時的質(zhì)量頻率質(zhì)量中位直徑：

G＝0.5對應(yīng)的粒徑，MMD質(zhì)量分布22質(zhì)量分布假定：所有顆粒具有相同密度、顆粒質(zhì)量與粒徑立方成正比粒數(shù)分布與質(zhì)量分布可以相互換算質(zhì)量分布23三、粒徑分布個數(shù)累積頻率分布與質(zhì)量累積頻率分布的比較個數(shù)頻度與質(zhì)量頻度的比較個數(shù)個數(shù)質(zhì)量質(zhì)量粒徑dp，μm粒徑dp，μm頻度p或q，μm-1累積頻率F或G三、粒徑分布個數(shù)累積頻率分布與質(zhì)量累積頻率分布的比較個數(shù)頻度24平均粒徑

(1)長度平均直徑(算術(shù)平均直徑)：粉塵第i個直徑di與其個數(shù)ni乘積的總和除以顆粒總個數(shù)(2)表面積平均直徑：粉塵表面積總和除以粉塵顆粒數(shù)，再取其平方根(3)體積平均直徑：各種粒徑體積的總和除以顆?？倲?shù)，再開立方平均粒徑(1)長度平均直徑(算術(shù)平均直徑)：粉塵第25平均粒徑（續(xù)）(4)幾何平均直徑設(shè)粒徑為d1、d2、…、dN的粉塵的顆粒數(shù)分別為n1、n2、…、nN幾何平均直徑dg實質(zhì)上是lndp的算術(shù)平均值。平均粒徑（續(xù)）(4)幾何平均直徑設(shè)粒徑為d1、d2、…、dN26粒徑分布函數(shù)

正態(tài)分布頻率密度累積頻率標(biāo)準(zhǔn)差p

1 exp2

ddp(d)

p p 22

2π2pp0

1 exp

dp

ddF(d)

dd

p p 22

2π2]1/

2

[N

1nidpi

dp

p(dp)dp???dp?2??dp?3??dpdp+??dp+2??dp+3??累積頻率F的曲線在正態(tài)概率坐標(biāo)紙上為一條直線，斜率取決于標(biāo)準(zhǔn)差篩下累計頻率F,

%粒徑dp,

μmN(dp,

σ)粒徑分布函數(shù)正態(tài)分布頻率密度累積頻率標(biāo)準(zhǔn)差p 1 ex27粒徑分布函數(shù)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（3）粒徑分布函數(shù)正態(tài)分布是最簡單的分布函數(shù)28正態(tài)分布的累積頻率分布曲線正態(tài)分布函數(shù)很少用于描述顆粒的粒徑分布，因為大多數(shù)顆粒的頻度曲線會發(fā)生偏移正態(tài)分布的累積頻率分布曲線正態(tài)分布函數(shù)很少用于描述顆粒的粒徑294.粒徑分布函數(shù):用一些半經(jīng)驗函數(shù)描述顆粒的粒徑分布

正態(tài)分布頻率密度篩下累積頻率標(biāo)準(zhǔn)差(1)(2)(3)σ:標(biāo)準(zhǔn)差

dp:算術(shù)平均粒徑4.粒徑分布函數(shù):用一些半經(jīng)驗函數(shù)描述顆粒的粒徑分布(130粒徑分布函數(shù)

對數(shù)正態(tài)分布以lndp代替dp得到的正態(tài)分布的頻度曲線頻率密度累積頻率標(biāo)準(zhǔn)差dg

——幾何平均粒徑，描述顆粒物的平均大??；σg——幾何標(biāo)準(zhǔn)差，描述顆粒物關(guān)于dg

的分散性pp12

exp

p g

dF

d

ln

d /

dp(d)

ddp2π

lng

p2

lng2gp

exp

1 ln

dlndp/

dF

(dp

)

d ln

d2π

lng2

lng1/

22gln

=

N

1

nilndpi/dg

11000.00.20.40.60.810粒徑dp，μm?F/?lndpdg

=d50對數(shù)正態(tài)分布的頻數(shù)密度分布曲線粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布頻率密度累積頻率標(biāo)準(zhǔn)差dg——31粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布(1)dp以lndp代替，平均粒徑用lndp的算術(shù)平均直徑(幾何平均直徑)代替，得到的對數(shù)正態(tài)分布的頻度曲線(1)(2)(3):幾何標(biāo)準(zhǔn)差

dg:幾何平均直徑粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布(1)(2)(3):幾何標(biāo)準(zhǔn)差d32粒徑分布函數(shù)（2）對數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線正態(tài)概率刻度對數(shù)刻度對數(shù)概率坐標(biāo)紙粒徑分布函數(shù)（2）對數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線正態(tài)概率刻度33粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）

幾何標(biāo)準(zhǔn)差的求取

幾何標(biāo)準(zhǔn)差為兩個粒徑之比粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）幾何標(biāo)準(zhǔn)差為兩個粒徑之比34粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）(4)性質(zhì)

符合對數(shù)正態(tài)分布的粉塵，頻度分布曲線為對稱性鐘形曲線符合對數(shù)正態(tài)分布的粉塵，累積頻率分布曲線在對數(shù)概率坐標(biāo)中為一直線。如果某種粉塵的粒徑分布符合對數(shù)正態(tài)分布，則以顆粒的個數(shù)或顆粒質(zhì)量或顆粒表面積表示的粒徑分布，皆符合對數(shù)正態(tài)分布，并具有相同的幾何標(biāo)準(zhǔn)差。因此，它們的累計頻率分布曲線在對數(shù)概率坐標(biāo)上為互相平行的直線，即幾何標(biāo)準(zhǔn)差相等。粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）35《大氣污染物控制工程》顆粒物捕集技術(shù)基礎(chǔ)ppt課件365.2

顆粒物的形貌特征5.2顆粒物的形貌特征37一、表征顆粒形貌的參數(shù)

圓柱體

Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)顆

粒

種

類Φs砂

粒0.53~0.63鐵催化劑0.58煙

煤0.62次乙酰塑料0.86破碎的固體0.63二氧化硅0.55～0.63粉

煤0.70圓球度、形貌因子、分形維數(shù)圓球度：與顆粒體積相等的圓球的表面積與顆粒的表面積之比Φs（

Φs<1）幾種典型顆粒的圓球度

正立方體

Φs＝0.806一、表征顆粒形貌的參數(shù)圓柱體Φs＝2.62(l/d)238一、表征顆粒形貌的參數(shù)Df

1.8Df

2.4D

3M.Kahnert,

2011形貌因子：相同速度下，顆粒物所受阻力與等體積的球形顆粒物所受阻力之比

χ。分形維數(shù)：表征顆粒物團簇中所含單個超細顆粒物數(shù)目隨粒徑變化關(guān)系的參數(shù)。一、表征顆粒形貌的參數(shù)Df1.8Df2.4D39二、形貌特征的分析方法主要測量方法

顯微鏡法：直接觀測亞微米級以上顆粒物的形貌

掃描電子顯微鏡（SEM）

透射電子顯微鏡（TEM）

原子力顯微鏡（AFM）圖片來源：透射電子顯微鏡JEM-2100二、形貌特征的分析方法主要測量方法圖片來源：http://40三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)鏈狀顆粒物（a）

新釋放的、呈鏈狀的典型碳粒聚集體；（b）老化的碳粒聚集體，基本上仍呈鏈狀；（c）團聚的碳粒聚集體；（d）

老化的碳粒聚集體三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)鏈狀顆粒物（a）新釋放的、呈鏈狀的典41三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)球形顆粒物（a）典型的圓球形、表面光滑的飛灰；（b）表面光滑的飛灰，上黏附有一個粒度很小的顆粒物；（c）粒度較大的飛灰附近黏附一個較小的燃煤飛灰；（d）表面覆蓋一層鹽類成分的燃煤飛灰，兩個圓圈之間的為鹽類組分。三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)球形顆粒物（a）典型的圓球形、表面光滑42三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)似圓狀顆粒物（a）似圓狀粒子，表面稍顯粗糙；（b）似圓狀粒子，具有一定的長方形特征；（c）似圓狀粒子；（d）圖c中的粒子由于電子的轟擊，部分物質(zhì)已經(jīng)揮發(fā)，揮發(fā)物質(zhì)為碳質(zhì)。三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)似圓狀顆粒物（a）似圓狀粒子，表面稍顯43三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)長條狀顆粒物（a）、（b）和（d）為不同地區(qū)大氣顆粒物中的長條狀粒子；（c）電子轟擊后的長條狀粒子。三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)長條狀顆粒物（a）、（b）和（d）為不44三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)局部規(guī)則顆粒物（a）局部具似圓狀形態(tài)的粒子；（b）局部具長條狀或立方體狀形態(tài)的粒子。三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)局部規(guī)則顆粒物（a）局部具似圓狀形態(tài)的45三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)立方體顆粒物(a)

近似立方體；(b)

立方體形狀。三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)立方體顆粒物(a)近似立方體；(b)46三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)不規(guī)則狀粗顆粒物（a）典型的礦物粒子；（b）表面發(fā)生反應(yīng)而殘留結(jié)晶物的礦物粒子；（c）粒度相對較小的礦物粒子；（d）生物碎屑。三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)不規(guī)則狀粗顆粒物（a）典型的礦物粒子；47三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)生物氣溶膠（a）~（h）不同種類生物氣溶膠的顯微形貌三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)生物氣溶膠（a）~（h）不同種類生物氣48四、顆粒物形貌分析的應(yīng)用單顆粒類型化學(xué)組成特征可能的來源形貌特征化學(xué)組分來源比表面積形成與老化機理光學(xué)特性鏈狀顆粒主要為C和H機動車尾氣、燃煤、生物質(zhì)燃燒球形顆粒通常為Si和Al燃煤長條狀顆粒通常為S、K、Ca大氣反應(yīng)（二次顆粒物）似圓狀顆粒鹽類和有機物云中過程（二次顆粒物）局部規(guī)則細顆粒鹽類為主大氣反應(yīng)（二次顆粒物）立方體顆粒海鹽海洋不規(guī)則粗顆粒物通常為Si、Al、Ca、Fe等風(fēng)起揚塵、建筑揚塵等生物顆粒以C和O為主生物釋放四、顆粒物形貌分析的應(yīng)用單顆粒類型化學(xué)組成特征可能的來源形貌495.3

顆粒物的化學(xué)組成與光學(xué)特性5.3顆粒物的化學(xué)組成與光學(xué)特性50一、顆粒物的化學(xué)組成OC：有機碳，主要包括脂肪族化合物、芳香族化合物、有機酸等有機物。EC：元素碳，主要是含碳燃料在缺氧條件下的不完全燃燒過程中由碳氫化合物的熱解而生成的產(chǎn)物。有機物50.05%K9.94%

EC7.65%NH43.69%2-NO3-0.24%SO41.54%+13.77%0.03%地殼元素0.88%未知組分12.21%Cl-

源排放細顆粒物的化學(xué)組成小麥秸稈露天焚燒微量元素OC2.30%K0.80%EC1.10%NH4+8.20%SO42-45.00%NO3-0.90%Cl-1.30%Al8.10%Ca19.60%其他元素12.70%燃煤電廠排放一、顆粒物的化學(xué)組成OC：有機碳，主要包括脂肪族化合物、芳香51一、顆粒物的化學(xué)組成SO42-、NO3-、NH4+：合稱為二次無機氣溶膠(SNA)，主要來自于氣粒轉(zhuǎn)化。數(shù)據(jù)來源：北京市環(huán)保局

北京市2012-2013年度PM2.5主要成分質(zhì)量百分比有機物26%EC3%NH

+411%NO

-317%地殼物質(zhì)12%SO

2-416%微量元素5%其他10%一、顆粒物的化學(xué)組成SO42-、NO3-、NH4+：數(shù)據(jù)來源52化學(xué)組分的粒徑分布：

某一粒徑下顆粒物總體的化學(xué)組成。一、顆粒物的化學(xué)組成圖片來源:Walletal,

1988.空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑Dae

,微米NH4SO24NO3Na+HCl化學(xué)組分的粒徑分布：某一粒徑下顆粒物總體的化學(xué)組成。一、53一、顆粒物的化學(xué)組成化學(xué)分析數(shù)據(jù)分析提取42SO =8.4μg

m-3化學(xué)分析數(shù)據(jù)分析進樣裝置SO24時間泵樣品采集離線采樣和在線分析幾種常用的在線分析儀器：氣溶膠質(zhì)譜儀（AMS）氣溶膠飛行時間質(zhì)譜儀（ATOFMS）氣溶膠化學(xué)組分在線監(jiān)測儀（ACSM）離線采樣在線分析一、顆粒物的化學(xué)組成化學(xué)數(shù)據(jù)分析提取42SO =8.4μ54圖片來源:SeinfeldACP

book散射：顆粒物使入射光方向改變，但沒有能量損失。吸收：顆粒物吸收入射光線的能量，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。二、顆粒物的光學(xué)特性入射光熱輻射折射衍射熒光拉曼反射入射輻射和單個顆粒相互作用的機理示意圖圖片來源:SeinfeldACPbook散射：顆粒物使55二、顆粒物的光學(xué)特性散射項吸收項I

I0eext

z消光系數(shù)

折射系數(shù)：m

m

ma

i吸光度圖片來源:Hinds,AerosolTechnology

book

消光：顆粒物通過散射和吸收作用使光的強度降低的作用。

消光系數(shù)：m

1.12m

1.2m

1.3m

1.12

0.0472i消光系數(shù)

d

p二、顆粒物的光學(xué)特性散射項吸收項II0eext56二、顆粒物的光學(xué)特性圖片來源：IPCCFifthReport

(AR5).化石燃料和生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒黑炭有機碳礦物粉塵0.64[0.40;0.20;0.04]-0.29[-0.09;-0.20]-0.10氣溶膠成云作用

-0.45-0.50.0

影響消光系數(shù)的因素：粒徑、化學(xué)組分、混合狀態(tài)、形貌特征等。

不同化學(xué)組分顆粒物對輻射強迫的貢獻0.5 1.0輻射強迫，W/m2二、顆粒物的光學(xué)特性圖片來源：IPCCFifthRepo575.4

粉塵的物理性質(zhì)5.4粉塵的物理性質(zhì)58一、粉塵的密度定義：單位體積顆粒的質(zhì)量，kg/m3或g/cm3真密度

p——顆粒體積不包括顆粒內(nèi)部和之間的縫隙堆積密度b

——用堆積體積計算空隙率ε——粉塵顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積總體積之比b

(1

)pvvvvvv

vvvvv

vvvv一、粉塵的密度定義：單位體積顆粒的質(zhì)量，kg/m3或g/c59二、粉塵的安息角與滑動角安息角與滑動角是評價顆粒物流動特性的重要指標(biāo)安息角：顆粒從漏斗連續(xù)落下自然堆積形成的圓錐體母線與地面的夾角滑動角：自然堆積在光滑平板上的顆粒隨平板做傾斜運動時顆粒開始發(fā)生滑動的平板傾角影響因素：顆粒粒徑、含水率、顆粒形狀、表面光滑程度、顆粒黏性二、粉塵的安息角與滑動角安息角與滑動角是評價顆粒物流動特性60三、粉塵的比表面積以單位體積（或質(zhì)量）顆粒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V6(cm2/cm3

)S

S

VdSV三、粉塵的比表面積以單位體積（或質(zhì)量）顆粒所具有的表面積61四、粉塵的含水率顆粒物從周圍空氣中吸收水分的能力含水率水分質(zhì)量與顆粒物總質(zhì)量之比顆粒中的水分自由水分結(jié)合水分吸濕性平衡含水率含水率影響導(dǎo)電性 粘附性 流動性氣體的每一相對濕度所對應(yīng)顆粒物的含水率包含在凹坑和細孔中顆粒內(nèi)部四、粉塵的含水率顆粒物從周圍空氣中吸收水分的能力含水率水分質(zhì)62五、粉塵的潤濕性定義：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)影響因素：顆粒的種類、粒徑、形狀、生成條件、組分、溫度、含水率、表面粗糙度及荷電性；液體的表面張力及塵粒與液體之間的粘附力和接觸方式壓力

、溫度

潤濕性

潤濕速度：2020L20(mm

/

min)v 潤濕性是選擇濕式除塵器的主要依據(jù)按潤濕性對粉塵分類粉塵類型ⅠⅡⅢⅣ潤濕性絕對憎水憎水中等親水強親水V20<0.50.5~2.52.5~8.0>8.0粉塵舉例石蠟、聚四氟乙烯、瀝青石墨、煤、硫玻璃微珠、石英鍋爐飛灰、鈣五、粉塵的潤濕性定義：粉塵顆粒與液體接觸后能夠互相附著或附63六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的荷電性荷電因素：電離輻射、高壓放電、離子或電子捕獲、摩擦天然粉塵和工業(yè)粉塵幾乎都帶有一定的電荷干空氣中粉塵最大荷電量約為1.66×1010電子/cm2天然粉塵和人工粉塵的荷電量一般為最大荷電量的1/10溫度

、表面積

、含水率

荷電量

，與化學(xué)組成有關(guān)六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的荷電性64粉塵的導(dǎo)電性比電阻比電阻對電除塵器運行有很大影響，適宜范圍104～1010

Ω·cm導(dǎo)電機制：? 體積比電阻（200oC以上）：顆粒本體內(nèi)部的電子和離子? 表面積比電阻（100oC以下）：顆粒表面吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性(cm)Vdj體積比電阻表面積比電阻同時作用10141013101210111010

109溫度，℃39

60

84

111

144

181

227

282

352

442

560V——通過粉塵層的電壓；j

——粉塵層的電流密度，A/cm2

——粉塵層厚度，cm。比電阻

d，

cm中間溫度，同時起作用粉塵的導(dǎo)電性比電阻對電除塵器運行有很大影響，導(dǎo)電機制：65粉塵的導(dǎo)電性比電阻比電阻對電除塵器運行有很大影響，適宜范圍104～1010

Ω·cm導(dǎo)電機制：? 體積比電阻（200oC以上）：顆粒本體內(nèi)部的電子和離子? 表面積比電阻（100oC以下）：顆粒表面吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性(cm)VdjV——通過粉塵層的電壓；j

——粉塵層的電流密度，A/cm2

——粉塵層厚度，cm。比電阻

d，

cm中間溫度，同時起作用化學(xué)組分、氣體組成的影響粉塵的導(dǎo)電性比電阻對電除塵器運行有很大影響，導(dǎo)電機制：66七、粉塵的黏附性黏附和自黏現(xiàn)象：顆粒附著在固體表面上或顆粒相互附著斷裂強度：表征粉塵自黏性的指標(biāo)，等于粉塵斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面積分類：不黏性、微黏性、中等黏性、強黏性影響因素：粒徑、形狀、表面粗糙度、潤濕性、荷電量均影響?zhàn)じ叫苑蹓m類型ⅠⅡⅢⅣ黏性不黏性微黏性中等黏性強黏性斷裂強度/Pa<6060~300粉塵舉例干礦渣粉、石英粉（干砂）、干黏土含有未燃燒完全產(chǎn)物的飛灰、焦粉、干鎂粉、頁巖灰、干滑石粉、高爐灰、爐料粉濕鎂粉、金屬粉、黃鐵礦粉、氧化鋁、氧化鋅、氧化錫、干水泥、炭黑、干牛奶粉、面粉、鋸末300~600 >600完全燃盡得飛灰、泥煤粉、泥煤灰、

潮濕空氣中的水泥、石膏粉、雪花石膏粉、熟料灰、含鹽的鈉、纖維塵（石棉、棉纖維、毛纖維）黏附力：克服附著現(xiàn)象所需要的力分子力黏附力毛細力 靜電力七、粉塵的黏附性黏附和自黏現(xiàn)象：顆粒附著在固體表面上或顆粒67八、粉塵的自燃性與爆炸性粉塵的自燃性自燃：存放過程中自然發(fā)熱熱量積累達到燃點燃燒

粉塵結(jié)構(gòu)和組成：容易發(fā)生氧化、分解、聚合、發(fā)酵反應(yīng)的粉塵，以及自然溫度低的粉塵，易自燃；

粒徑

、濃度

、比表面積

容易自燃；

存在狀態(tài)和環(huán)境：懸浮狀態(tài)比堆積狀態(tài)自燃溫度高、環(huán)境溫度低、通風(fēng)良好，就不易自燃。八、粉塵的自燃性與爆炸性粉塵的自燃性熱量積累達到燃點燃燒68八、粉塵的自燃性與爆炸性粉塵類型金屬熱塑性塑料熱固性塑料塑料一次原料塑料填充劑農(nóng)產(chǎn)品等爆炸下限，g/m320~

42520~

6520~

3020~

5035~

5520~

85起火點，℃常溫

~860360~

670460~

540380~

680420~

470430~

610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? 最高可燃物濃度——爆炸濃度上限存在能量足夠的火源部分粉塵的爆炸濃度下限和起火點八、粉塵的自燃性與爆炸性粉塵類型金屬熱塑性塑料熱固性塑料塑料695.5

凈化裝置的性能5.5凈化裝置的性能70凈化裝置的性能技術(shù)指標(biāo)處理氣體流量凈化效率壓力損失經(jīng)濟指標(biāo)設(shè)備費運行費占地面積凈化裝置的性能技術(shù)指標(biāo)71一、處理氣體流量平均處理氣體流量:N 1N2NNm

3

/

s2Q

1

(Q

Q

)%Q1N漏風(fēng)率:

=

Q1N

Q2N

100%一、處理氣體流量平均處理氣體流量:N 1N2NNm 372二、壓力損失壓力損失與通風(fēng)機的功耗成正比旋風(fēng)除塵器類型局部阻力系數(shù)XLT5.3XLT/A6.5XLP/A8.0XLP/B5.8

1

Pa2ρv

2ΔP=定義：進口和出口氣流全壓之差，代表凈化裝置能耗大小與凈化裝置進口氣流的動壓成正比

幾種旋風(fēng)除塵器的局部阻力系數(shù)值二、壓力損失壓力損失與通風(fēng)機的功耗成正比旋風(fēng)除塵器類型局部73三、凈化效率總凈化效率:通過率:三、凈化效率總凈化效率:通過率:74分級除塵效率:除塵裝置對某一粒徑dpi或粒徑間隔Δdp內(nèi)粉塵的除塵效率分割粒徑:50％除塵效率對應(yīng)的粒徑三、凈化效率分級除塵效率:分割粒徑:三、凈化效率75分級效率與總效率的關(guān)系由總效率求分級效率粒徑間隔，μm質(zhì)量頻率，%分級效率，%進口g1i出口g2i捕集g3i按式(1)按式(2)按式(3)三式平均0~510.481.63.228.027.527.927.85~1014.015.012.883.190.089.887.610~2019.62.420.092.898.798.996.820~4022.41.023.294.299.599.697.840~6014.0014.896.010010098.7>6019.6026.0100100100100三、凈化效率i1i3S3

g3iS2

g2i

+S3

g3ig3i

+P

g2i

S3i

S3g3i

g3i

S3ii2S1i

S1g1i

g1i

1

S2iS1i

S1g1i

g1i

S1i

1

S2

g2i

1

P

g2i旋風(fēng)除塵器分級效率計算實例（總除塵效率

=90.8%）分級效率與總效率的關(guān)系粒徑間隔，質(zhì)量頻率，%分級效率，%進76由分級效率求總效率由粒徑分布和分級效率計算總效率分級效率與總效率的關(guān)系粒徑間隔dP

，μm0~5.85.8~8.28.2~11.7

11.7~16.516.5~22.622.6~3333~47>47進口質(zhì)量頻率g1i

，%314781319108分級效率ηi

，%618593969899100100總效率η，%ηi

gli18.93.46.57.712.718.810.08.0η=∑ηi

gli86.0

g3iig1ii

i

g1i100i

1i 1 P

dG

g

dd三、凈化效率由分級效率求總效率由粒徑分布和分級效率計算總效率分級效77三、凈化效率多級串聯(lián)運行時的總凈化效率總分級通過率：PiT

Pi1Pi2

Pin總分級除塵效率:iT

=1

PiT

1

1i1

1i2

1in

總除塵效率：T

=1

11

12

1n

三、凈化效率多級串聯(lián)運行時的總凈化效率785.6

流體阻力和顆粒的沉降5.6流體阻力和顆粒的沉降79顆粒物捕集原理

除塵基本原理：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、顆粒之間相互作

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。顆粒物捕集原理除塵基本原理：對顆粒施加外力，使顆粒相對氣80一、流體阻力

形狀阻力：由于顆粒具有一定的形狀，運動時必須排開其周圍的流體，導(dǎo)致的前后壓力差。

摩擦阻力：顆粒與其周圍流體之間產(chǎn)生摩擦而受到的阻力。

阻力方向：總是和速度方向相反。

阻力大?。喝Q于顆粒的形狀、粒徑、表面特性、運動速度及流體的種類和性質(zhì)。一、流體阻力形狀阻力：由于顆粒具有一定的形狀，運動時必須81阻力大?。篊D——阻力系數(shù)，無因次；Ap——顆粒在運動方向的投影面積，m2；ρ

——流體密度，kg/m3；u

——顆粒與流體的相對運動速度，m/s；μ——流體粘度(Pa·s)；dp

——顆粒粒徑一、流體阻力顆粒物的雷諾數(shù)阻力大?。篊D——阻力系數(shù)，無因次；一、流體阻力顆粒物82一、流體阻力Rep≤1，

CD與Rep成直線關(guān)系：

層流區(qū)(Stokes區(qū)）剛性小球不可壓縮，無滑移流場無限大一、流體阻力Rep≤1，CD與Rep成直線關(guān)系： 層流83

湍流過渡區(qū)(Allen區(qū))一、流體阻力p1<Re<500，

CDp與Re

成曲線關(guān)系：0.6

1.4

0.4

1.4pFD

2.315

d

u 湍流過渡區(qū)(Allen區(qū))一、流體阻力p1<Re<5084湍流區(qū)(Newton區(qū))一、流體阻力2 2PDd

uF

0.055p500<Re<2×105，

CDp不受Re

影響：CD

0.44湍流區(qū)(Newton區(qū))一、流體阻力2 2PDduF 85坎寧漢系數(shù)與氣體的溫度、壓力和顆粒的大小有關(guān)。293K、101325Pa

時，C＝1＋0.165/dp坎寧漢修正：

Stokes定律的適用性顆粒粒徑太小時：顆粒尺寸與氣體分子平均自由程接近時，顆粒發(fā)生滑動溫度小于80度101325Pa

時一、流體阻力坎寧漢系數(shù)與氣體的溫度、壓力和顆粒的大小有關(guān)?？矊帩h修正：86例題5－4先求雷諾數(shù)Rep，然后選公式當(dāng)顆粒的粒徑dp≤1μm時，對上述公式進行坎寧漢修正（C）例題5－4先求雷諾數(shù)Rep，然后選公式當(dāng)顆粒的粒徑dp≤187二、阻力導(dǎo)致的減速運動若僅考慮Stokes區(qū)域：322423

p D DDpp根據(jù)牛頓第二定律：

πdpdtduu2

C4dtdp

u

du

F

C

d6即0積分得：

u

u

et

/)t

/速度由u0減速到u所遷移的距離：x(u0

u)u0(1

e馳豫時間若引入坎寧漢修正系數(shù)C：

x

停止距離：

x

u0Ct

u0C

1

exp

C

p ρudu 18

u

dt d

2

p pd

2

18(m/s)二、阻力導(dǎo)致的減速運動若僅考慮Stokes區(qū)域：3224288三、阻力作用下的勻速運動

重力沉降Stokes顆粒的重力沉降末端速度：湍流過渡區(qū)：牛頓區(qū)：pDp6π

d

3力平衡關(guān)系：

F

FG

FB

(

)gFB+

FDFGus三、阻力作用下的勻速運動重力沉降Stokes顆粒的重力89

重力沉降Stokes直徑空氣動力學(xué)直徑sp18us

gCd 1000gC18usda

FB顆粒物粒徑，μm重力沉降末端速度,m/s0.001 6.9×10-90.01 7.0×10-80.1 8.8×10-71 3.5×10-510 0.0031100 0.25三、阻力作用下的勻速運動重力沉降Stokes直徑空氣動力學(xué)直徑sp18us90

離心沉降力平衡關(guān)系Stokes顆粒的末端沉降速度三、阻力作用下的勻速運動流體阻力離心力FCut離心沉降Stokes顆粒的末端沉降速度三、阻力作用下的91

靜電沉降力平衡關(guān)系FD

FE

qE靜電沉降的末端速度一般稱為驅(qū)進速度，對于Stokes粒子：三、阻力作用下的勻速運動靜電沉降三、阻力作用下的勻速運動925.7

慣性沉降、機械攔截和擴散5.7慣性沉降、機械攔截和擴散93一、慣性沉降含塵氣流通過一靜止或者緩慢移動的捕集體，氣流發(fā)生繞流運動。一、慣性沉降含塵氣流通過一靜止或者緩慢移動的捕集體，氣流發(fā)生94一、慣性沉降顆粒物1粒徑較小，能隨氣流一起繞過捕集體。11一、慣性沉降顆粒物1粒徑較小，能隨氣流一起繞過捕集體。195顆粒物2距離停滯流線較遠，也能順利繞過捕集體。一、慣性沉降122顆粒物2距離停滯流線較遠，也能順利繞過捕集體。一、慣性沉降196顆粒物3粒徑較大，距停滯線較近，因為慣性將保持原來的運動方向，與捕集體發(fā)生碰撞，繼而被捕集，這種作用稱為慣性碰撞。一、慣性沉降1233顆粒物3粒徑較大，距停滯線較近，因為慣性將保持原來的運動97氣流速度在捕集體周圍的分布，用ReD衡量ReD

u0

Dcpρp顆粒對捕集體的附著，通常假定為100％xs ——停止距離；C ——坎寧漢滑移系數(shù)；τ ——弛豫時間；d ——顆粒物粒徑；——顆粒物密度。u0

——未被擾動的上游氣流相對于捕集體的流速；ρ ——氣體密度；顆粒運動軌跡，用Stokes數(shù)描述Dc

——捕集體的尺寸；μ ——氣體動力粘度。一、慣性沉降氣流速度在捕集體周圍的分布，用ReD衡量ReDu098慣性碰撞分級效率與

St

的關(guān)系p p 0d2

u

C18

DcSt

一、慣性沉降99989590806040201052