《大氣污染控制工程》教案第五章

1、第五章 顆粒物燃物控制技術(shù)基礎(chǔ)為了深入理解各種除塵器的除塵機(jī)理和性能，正確設(shè)計(jì)、選擇和應(yīng)用各種除 塵器，必須了解粉塵的物理性質(zhì)和除塵器性能的表示方法及粉塵性質(zhì)和除塵器性 能之間的關(guān)系。第一節(jié) 粉塵的粒徑及粒徑分布一、顆粒的粒徑1.單一顆粒粒徑粉塵顆粒大小不同，其物理、化學(xué)特性不同，對(duì)人和環(huán)境的危害亦不同，而 且對(duì)除塵裝置的性能影響很大，所以是粉塵的基本特性之一。若顆粒是大小均勻的球體則可用其直徑作為顆粒大小的代表性尺寸。但實(shí) 際上，不僅顆粒的大小不同而且形狀也各種各樣。所以需要按一定的方法確定 一個(gè)表示顆粒大小的代表性尺寸，作為顆粒的直徑簡(jiǎn)稱為粒徑。下面介紹幾種 常用的粒徑定義方法。(1)用顯

2、微鏡法觀測(cè)顧粒時(shí)，采用如下幾種粒徑：i.定向直徑 dF， 也稱菲雷待 (Feret) 直徑 為各顆粒在投影圖中同一方向上的最 大投影長(zhǎng)度，如圖 4 1(a)所示。ii.定向面積等分直徑 dM， 也稱馬丁 (Martin) 直徑， 為各顆粒在投影圖上按同一方向?qū)㈩w粒投影面積二等分的線段長(zhǎng)度，如圖 4 1(b)所示。iii.投影面積直徑 dA，也稱黑烏德(Heywood)直徑，為與顆粒投影面積相等的圓的直徑，如圖 4 一 1(c)所示。若顆粒投影面積為A，則 dA= (4A/n1/2。根據(jù)黑烏德測(cè)定分析表明，同一顆粒的dF dA dM。(2)用篩分法測(cè)定時(shí)可得到篩分直徑為顆粒能夠通過的最小方孔的寬

3、度。用光散射法測(cè)定時(shí)可得到等體積直徑dv為與顆粒體積相等的球的直徑。若顆粒體積為 V,則 dv= (6V/n3。(4)用沉降法測(cè)定時(shí)，一殷采用如下兩種定義：i.斯托克斯(stokes)直徑 ds,為在同一流體中與顆粒的密度相同和沉降速度 相等的球的直徑。ii.空氣動(dòng)力學(xué)直徑 da,為在空氣中與顆粒的沉降速度相等的單位密度的球 的直徑。斯托克斯直徑和空氣動(dòng)力學(xué)直徑是除塵技術(shù)中應(yīng)用最多的兩種直徑,原因在于它們與顆粒在流體中的動(dòng)力學(xué)行為密切相關(guān)。綜上所述,粒徑的測(cè)定和定義方法可歸納為兩類：一類是按顆粒的幾何性質(zhì) 來直接測(cè)定和定義的,如顯微鏡法和篩分法；另一類則是按照顆粒的某種物理性 質(zhì)間接測(cè)定和定義

4、的。如斯托克斯直徑、等體積直徑等。粒徑的測(cè)定方法不同, 其定義方法也不同得到的粒徑數(shù)值往往差別很大很難進(jìn)行比較，因而實(shí)際中 多是根據(jù)應(yīng)用目的來選擇粒徑的測(cè)定和定義方法。此外，粒徑的測(cè)定結(jié)果還與顆粒的形狀密切相關(guān)。通常用球形度來表示賴粒 形狀與球形顆粒不一致程度的尺度。 球形度是與顆粒體積相等的球的表面積和顆 粒表面積之比。以S表示，它的值總是小于 1。2. 粒徑分布粉塵的粒徑分布是指某種粉塵中，各種粒徑的顆粒所占的比例也稱粉塵的 分散度 。以顆粒的個(gè)數(shù)表示所占的比例時(shí)，稱為個(gè)數(shù)分布；以顆粒的質(zhì)量表示所 占比例時(shí)，稱為質(zhì)量分布。除塵技術(shù)中多采用質(zhì)量分布。下面以粒徑分布測(cè)定數(shù) 據(jù)的整理過程來說明粒

5、徑分布的表示方法及相應(yīng)定義。(1) 個(gè)數(shù)分布i.個(gè)數(shù)頻率ii.個(gè)數(shù)篩下累積頻率iii.個(gè)數(shù)頻率密度(2)質(zhì)量分布3. 平均粒徑i.算術(shù)平均粒徑ii.表面積平均粒徑iii.體積平均粒徑iv.體積表面積平均粒徑v.幾何平均粒徑4. 粒徑分布函數(shù)(1) 正態(tài)分布(2)對(duì)數(shù)正態(tài)分布(3)羅辛拉姆勒分布第二節(jié) 粉塵的物理性質(zhì)一、粉塵的密度單位體積粉塵的質(zhì)量稱為粉塵的密度，單位kg/m3。 根據(jù)粉塵測(cè)定條件及應(yīng)用條件的不同， 可分為真密度和堆積密度。(1) 真密度 將粉塵顆粒表面及其內(nèi)部的空氣排出后測(cè)得的粉塵自身的密度， 稱為真密度。以pp 表示。(2) 堆積密度 固體磨碎形成的粉塵， 在表面末氧化時(shí)，

6、其真密度與母料密度相同。呈堆積狀的舶粉塵 (即粉體 )，每個(gè)顆粒及顆粒之間的空隙中皆含有空氣。 一般將包括物體顆粒間氣體空間在內(nèi)的粉體密度稱為堆積密度用pb 表示 。二、粉塵的安息角與滑動(dòng)角 安息角：粉塵從漏斗連續(xù)落到水平面上，自然堆積成一個(gè)圓錐體，圓錐體母 線與水平面的夾角稱為粉塵的安息角。也稱動(dòng)安息角或堆積角?；瑒?dòng)角：指自然堆放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)時(shí)的平板傾斜角，也成靜安息角。影響粉塵安息角和滑動(dòng)角的因素主要有：粉塵粒徑、含水率、顆粒形狀、顆 粒表面光滑程度及粉塵粘性等 。對(duì)于一種粉塵，粒徑越小，安息角越大；粉塵含 水率增加，安息角增大；表面越光滑和越

7、接近球形的顆粒，安息角越小。三、粉塵的比表面積粉狀物料的許多理化性質(zhì)， 往往與其表面積大小有關(guān)， 細(xì)顆粒往往表現(xiàn)出顯 著的物理、化學(xué)活動(dòng)性。粉塵的比表面積定義為單位體積 （或質(zhì)量 ） 粉塵所具有的表面積。 以粉塵自身 體積 （即凈體積 ） 表示的比表面積。四、粉塵的含水率 粉塵中的水分包括附著在顆粒表面上的和包含在凹坑處與細(xì)孔中的自由水 分，以及緊密結(jié)合在顆粒內(nèi)部的結(jié)合水分。粉塵中的水分含量， 用含水率 w 表示， 指粉塵中所含水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量 （包括干粉塵與水分）之比。五、粉塵的潤(rùn)濕性 粉塵顆粒能否與液體相互附著或附著難易的性質(zhì)稱為粉塵的潤(rùn)濕性 。當(dāng)塵粒與液體接觸時(shí)，接觸面能擴(kuò)大而相互附

8、著，就是能潤(rùn)濕；反之，接觸面趨于縮小 而不能附著，則是不能潤(rùn)濕。 一般根據(jù)粉塵能被液體潤(rùn)濕的程度將粉塵大致分為 兩類：容易被水潤(rùn)濕的親水性粉塵，難以被水潤(rùn)濕的疏水性粉塵。粉塵的潤(rùn)濕性 與粉塵的性質(zhì)，如粒徑，生成條件、 溫度、含水率、 表面粗糙度、荷電性等有關(guān)， 還與液體的表面張力、塵粒和液體間的粘附力及相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等有關(guān)。此外，粉 塵的潤(rùn)濕性還隨壓力的增加而增加，隨溫度升高而減小，隨液體表面張力減小而 增強(qiáng)。各種濕式除塵裝置主要是依靠粉塵與水的潤(rùn)濕作用來捕集粉塵的。六、粉塵的荷電性及導(dǎo)電性l 粉塵的荷電性 粉塵在其產(chǎn)生及運(yùn)動(dòng)過程中，由于相互碰撞、摩擦、放射線照射、電暈放電 及接觸帶電體等原因，

9、幾乎總是帶存一定量的電荷。粉塵荷電后將改變其某些物 理性質(zhì)，如凝聚性、附著性及在氣體中的穩(wěn)定性等 。粉塵的荷電量隨溫度增高、 表面積加大和含水率減小而增大、還與其化學(xué)成分等有關(guān)。2粉塵的導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性與金屬導(dǎo)線類似，用比電阻pd表示，粉塵的導(dǎo)電機(jī)制有兩種，取決于粉塵、氣體的溫度和組成成分。在表面導(dǎo)電占優(yōu)勢(shì)的低溫范圍內(nèi)，粉塵比電 阻稱為表面比電阻，其值隨溫度升高而增大，隨含水率增大而減??；在容積導(dǎo)電 占優(yōu)勢(shì)的高溫范圍內(nèi)、粉塵比電阻稱為容積比電阻，其值隨溫度升高而減小；在 兩種導(dǎo)電機(jī)制皆重要的中間溫度范圍內(nèi)， 粉塵比電阻是表面比電阻和容積比電阻 的合成。其值最高。七、粉塵的粘附性 粉塵顆粒附著

10、在固體表面上、或者顆粒彼此相互附著的現(xiàn)象稱為粘附。后者 也稱自粘。 附著強(qiáng)度，即克服附著現(xiàn)象所需要的人力 （垂直作用在粒粒重心上 ）稱為粘附力。粉塵的粘附是一種常見的實(shí)際現(xiàn)象，既有共其有利的一面，也有其有 害的一向。八、粉塵的自燃性和爆炸性1.粉塵的自燃性 自燃指粉塵在常溫下存放過程中自然發(fā)熱，此熱量經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的積累，達(dá)到該 粉塵的燃點(diǎn)而引起的燃燒現(xiàn)象 。2.粉塵的爆炸性 這里所說的爆炸是指可燃物的劇烈氧化作用、 在瞬間產(chǎn)生大量的熱量和燃燒產(chǎn)物，在空間造成很高的溫度和壓力，故稱為化學(xué)爆炸?？扇嘉锇扇挤蹓m、 可燃?xì)怏w和蒸氣等。 引起可燃物爆炸必須具備的條件有兩個(gè)：一是由可燃物與空 氣或氧構(gòu)成的

11、可燃混合物達(dá)到一定的濃度；二是存在能量足夠的火源。可燃混合物中可燃物的濃度，只有在一定范圍內(nèi)才能引起爆炸。能夠引起可 燃混合物爆炸的最低可燃物濃度、稱為爆炸濃度下限；最高可燃物濃度稱為爆炸 濃度上限。在可燃物濃度低于爆炸濃度下限或高于爆炸濃度上限時(shí)，均無爆炸危 險(xiǎn)。由于上限濃度值過大（如糖粉在空氣中的爆炸濃度上限為 13. 5kg/m3），在多數(shù)場(chǎng)合下都達(dá) 不到，故實(shí)際意義不大。此外。有些粉塵與水接觸后會(huì)引起自燃或爆炸，如鎂粉、碳化鈣粉等；有些 粉塵互相接觸或混合后也會(huì)引起爆炸.磷、鋅粉與鎂粉等。第三節(jié) 凈化裝置的性能評(píng)價(jià)凈化裝置性能的指標(biāo).包括技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)兩方面。技術(shù)指標(biāo)主要 有處理氣

12、體流量、凈化效率和壓力損失等；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要有設(shè)備費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)和占 地面積等。此外，還應(yīng)考慮裝置的安裝。操作、檢修的難易等因素。本節(jié)以凈化效率為主來介紹凈化裝置技術(shù)性能的表示方法。一、凈化裝置技術(shù)性能的表示方法1.處理氣體流量 處理氣體流量是代表裝置處理氣體能力大小的指標(biāo)，一般以體積流量表示。實(shí)際運(yùn)行的凈化裝置 由于本體漏氣等原因 往往裝置進(jìn)口和出口的氣體流量不 同， 因此 用兩者的平均值作為處理氣體流量的代表2凈化效率 凈化效率是表示裝置凈化污染物效果的重要技術(shù)指標(biāo)。 對(duì)于除塵裝置稱為除塵效率，對(duì)于吸收裝置稱為吸收效率，對(duì)于吸附裝置則稱為吸附效率。3 壓力損失 壓力損失是代表裝置能耗大小的技術(shù)經(jīng)

13、濟(jì)指標(biāo) 系指裝置的進(jìn)口和出口氣流 全壓之差。凈化裝置壓力損失的大小，不僅取決于裝置的種類和結(jié)構(gòu)型式，還與 處理氣體流量大小有關(guān)。通常壓力損失與裝置進(jìn)口氣流的動(dòng)壓成正比。二、凈化效率的表示方法1.總效率 總效率系指在向一時(shí)間內(nèi)凈化裝置去除的污染物數(shù)量與進(jìn)入裝置的污染物 數(shù)量之比 。2.通過率 當(dāng)凈化效率很高時(shí)， 或?yàn)榱苏f明污染物的排放率， 用通過率來表示裝置性能。3 分級(jí)除塵效率 除塵裝置的總效率的高低，往往與粉塵粒徑大小有很大關(guān)系。為了表示除塵 效率與粉塵粒徑的關(guān)系，提出分級(jí)除塵效率的概念。分級(jí)除土效率系指除塵裝置 對(duì)某一粒徑或粒徑間隔內(nèi)粉塵的除塵效率， 簡(jiǎn)稱分級(jí)效率。 分級(jí)效率可以用表格、曲

14、線圖或顯函數(shù)n=f(dpi)的形式表現(xiàn)。dpi代表某一粒徑或粒徑間隔。 對(duì)于分級(jí)效率，一個(gè)非常重要的值是n= 50%,與此值相對(duì)應(yīng)的粒徑稱為除塵器的分割粒徑，一般用de表示。分割粒徑 de在討論除塵器性能時(shí)經(jīng)常用到。4. 分級(jí)效率與總除塵效率之間的關(guān)系(1) 由總效率求分級(jí)效率 在除塵器實(shí)驗(yàn)中, 可以測(cè)出除塵器進(jìn)口和出口的粉 塵濃度，并計(jì)算出總除塵效率n為了求出分級(jí)效率， 還需同時(shí)測(cè)出除塵器進(jìn)口、 出口和捕集的粉塵的粒徑頻率分布中任意兩組數(shù)據(jù)。(2) 由分級(jí)效率求總除塵效率這類計(jì)算屬于設(shè)計(jì)計(jì)算, 即根據(jù)某種除塵器凈化某類粉土的分級(jí)效率數(shù)據(jù)和策粉塵的粒徑分布數(shù)據(jù),計(jì)算該種除坐器凈化該粉塵時(shí)能達(dá)到的總除塵效率。由分級(jí)效率計(jì)算式計(jì)算總效率。5. 多級(jí)串聯(lián)運(yùn)行時(shí)的總凈化效率在實(shí)際工程中,有時(shí)需要把兩種或多種不同型式的除塵器串聯(lián)起來使用,形成兩級(jí)或多級(jí)除塵系統(tǒng)。若多級(jí)除塵器中每一級(jí)的運(yùn)行性能是獨(dú)立的,凈化第 i 級(jí)粉塵的分組通過率分別為別為 屯nn,則此多級(jí)除塵器凈化第i 級(jí)粉塵的總分級(jí)效率為nT=l-PiT=l-(l-n)(l-布(1-n)第四節(jié) 顆粒捕集理論基礎(chǔ)（自學(xué)）除塵過程的機(jī)理就是，將含塵氣體引入具有一種或幾種力作用的除塵器，使 顆粒相對(duì)其過載氣流產(chǎn)生一定的位移，并從氣流中分離出來，最后沉降到捕集表