大氣污染控制工程 (2)ppt課件

1、第五章第五章 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)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：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)學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求： 掌握顆粒粒徑分布特點(diǎn)，學(xué)會(huì)計(jì)算平均粒徑；掌握粉塵物理掌握顆粒粒徑分布特點(diǎn)，學(xué)會(huì)計(jì)算平均粒徑；掌握粉塵物理性質(zhì)；掌握除塵系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，學(xué)會(huì)計(jì)算除塵效率；掌握顆粒性質(zhì)；掌握除塵系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，學(xué)會(huì)計(jì)算除塵效率；掌握顆粒捕集的理論基礎(chǔ)，學(xué)會(huì)計(jì)算幾種主要作用力及分級(jí)除塵效率。捕集的理論基礎(chǔ)，學(xué)會(huì)計(jì)算幾種主要作用力及分級(jí)除塵效率。1；.第一節(jié)第一節(jié) 顆粒的粒徑及

2、粒徑分布顆粒的粒徑及粒徑分布n顆粒的粒徑顆粒的粒徑顯微鏡法顯微鏡法定向直徑定向直徑dF（Feret 直徑）：各顆粒在投影圖中同一方向上的直徑）：各顆粒在投影圖中同一方向上的最大投影長度最大投影長度定向面積等分直徑定向面積等分直徑dM（Martin直徑）：各顆粒在投影圖中同直徑）：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一方向?qū)㈩w粒投影面積二等分的線段長度投影面積直徑投影面積直徑dA（Heywood直徑）：與顆粒投影面積相等的圓直徑）：與顆粒投影面積相等的圓的直徑的直徑 Heywood測定分析表明，同一顆粒的測定分析表明，同一顆粒的dFdAdM2；.顆粒的直徑顆粒的直徑n顯微鏡法觀

3、測粒徑直徑的三種方法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3；.顆粒的直徑顆粒的直徑篩分法篩分法篩分直徑：顆粒能夠通過的最小方篩孔的寬度篩分直徑：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長度上篩孔的個(gè)數(shù)篩孔的大小用目表示每英寸長度上篩孔的個(gè)數(shù)光散射法光散射法等體積直徑等體積直徑dV：與顆粒體積相等的球體的直徑：與顆粒體積相等的球體的直徑沉降法沉降法斯托克斯（斯托克斯（Stokes）直徑）直徑ds：同一流體中與顆粒密度相同、沉：同一流體中與顆粒密度相同、沉降速度相等的球體直徑降速度相等的球體直徑空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)

4、量直徑空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑da：在空氣中與顆粒沉降速度相等的單位：在空氣中與顆粒沉降速度相等的單位密度（密度（1g/cm3）的球體的直徑）的球體的直徑 斯托克斯直徑和空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑與顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)行為密斯托克斯直徑和空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑與顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)行為密切相關(guān)，是除塵技術(shù)中應(yīng)用最多的兩種直徑切相關(guān)，是除塵技術(shù)中應(yīng)用最多的兩種直徑4；.顆粒的直徑顆粒的直徑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通常用圓球度表示顆粒形狀與球形不一致的程度通常用圓球度表示顆粒形狀與球形不一致的程度n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圓球度：與顆粒體積相等的球體的表

5、面積和顆粒的表面積之比s（ s1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)，更適合于正態(tài)分時(shí)，更適合于正態(tài)分布布p1lgln()lglg1ndG23；.第二節(jié)第二節(jié) 粉塵的物理性質(zhì)粉塵的物理性質(zhì)n粉塵的密度粉塵的密度單位體積粉塵的質(zhì)量，單位體積粉塵的質(zhì)量，kg/m3或或g/cm3粉塵體積不包括顆粒內(nèi)部和之間的縫隙真密度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)算用堆積體積計(jì)算堆積密度堆積密度空隙率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顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積總體積之比bp(1) bp24；.粉塵的安息角與滑動(dòng)角粉塵的安息角與滑動(dòng)角n安息角：粉塵從漏斗連續(xù)

6、落下自然堆積形成的圓錐體母線與地面的夾角安息角：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n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)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)的平板傾角生滑動(dòng)的平板傾角n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)安息角與滑動(dòng)角是評(píng)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、顆粒形狀、顆粒表面安息角和滑動(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、粉塵粘性光滑程度、粉塵粘性25；.粉塵的比表面積粉塵的比表面積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

7、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 )SSSVd26；.粉塵的含水率粉塵的含水率n粉塵中的水分包括附在顆粒表面和包含在凹坑和細(xì)孔中的自由水分以及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)合水分顆粒內(nèi)部的結(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)電性、粘附性、流動(dòng)性等物理特性n吸濕現(xiàn)象吸濕現(xiàn)

8、象:溶液上方的水蒸汽壓小于周圍氣體的水蒸汽壓溶液上方的水蒸汽壓小于周圍氣體的水蒸汽壓,粉塵從氣體中粉塵從氣體中吸收水蒸汽吸收水蒸汽n平衡含水率平衡含水率:氣體的每一相對(duì)濕度氣體的每一相對(duì)濕度,都對(duì)應(yīng)于粉塵的一定的含水率都對(duì)應(yīng)于粉塵的一定的含水率27；.粉塵的潤濕性粉塵的潤濕性n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)n潤濕性與粉塵的種類、粒徑、形狀、生成條件、組分、溫度、含水率、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表面粗糙度及荷

9、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)。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)20Lv28；.粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的荷電性和導(dǎo)電性n粉塵的荷電性粉塵的荷電性天然粉塵和工業(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

10、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)29；.粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的荷電性和導(dǎo)電性n粉塵的導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性比電阻比電阻導(dǎo)電機(jī)制：導(dǎo)電機(jī)制：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阻體積比電阻低溫（低溫（100oC以下），粉塵表面吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)表面比以下），粉塵表面吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)表面比電阻電阻中

11、間溫度，同時(shí)起作用中間溫度，同時(shí)起作用比電阻對(duì)電除塵器運(yùn)行有很大影響，最適宜范圍比電阻對(duì)電除塵器運(yùn)行有很大影響，最適宜范圍1041010d ( cm)Vjcm30；.粉塵的導(dǎo)電性和荷電性粉塵的導(dǎo)電性和荷電性n典型溫度比電阻曲線典型溫度比電阻曲線31；.粉塵的粘附性粉塵的粘附性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除以其斷裂的斷裂強(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

12、面積接觸面積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32；.粉塵的自燃性和爆炸性粉塵的自燃性和爆炸性n粉塵的自燃性粉塵的自燃性自燃自燃自然發(fā)熱的原因氧化熱、分解熱、聚合熱、發(fā)酵熱自然發(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33；.粉塵的爆炸性粉塵的爆炸性n粉塵發(fā)生爆炸必備的條件：

13、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最高可燃物濃度爆炸濃度上限最高可燃物濃度爆炸濃度上限存在能量足夠的火源存在能量足夠的火源34；.第三節(jié)第三節(jié) 凈化裝置的性能凈化裝置的性能n評(píng)價(jià)凈化裝置性能的指標(biāo)評(píng)價(jià)凈化裝置性能的指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)處理氣體流量處理氣體流量凈化效率凈化效率壓力損失壓力損失經(jīng)濟(jì)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)備費(fèi)設(shè)備費(fèi)運(yùn)行費(fèi)運(yùn)行費(fèi)占地面積占地面積35；.凈化裝置技術(shù)性能的表示方法凈化裝置技術(shù)性能的表示方法n處理氣體流量處理氣體流量漏風(fēng)率漏風(fēng)率n壓力損失壓力損失

14、1N3N2NN1() (m/s)2QQQ1N2N1N100 (%)QQQ21 (Pa)2vP36；.總凈化效率的表示方法總凈化效率的表示方法n總凈化效率：同一時(shí)間內(nèi)凈化去除的污染物數(shù)量與進(jìn)入裝置的污染物總凈化效率：同一時(shí)間內(nèi)凈化去除的污染物數(shù)量與進(jìn)入裝置的污染物數(shù)量之比數(shù)量之比n通過率：通過率：n分級(jí)除塵效率分級(jí)除塵效率n分割粒徑分級(jí)除塵效率為分割粒徑分級(jí)除塵效率為50的粒徑的粒徑22N2N11N2N11 SQSQ22N2N11N1N1 SQPSQ32111 iiiiiSSSS37；.分級(jí)效率與總效率的關(guān)系分級(jí)效率與總效率的關(guān)系n由總效率求分級(jí)效率由總效率求分級(jí)效率n由分級(jí)效率求總效率由分級(jí)效

15、率求總效率333112221112311/iiiiiiiiiiiiiS ggS ggS ggPS ggPgg1111p00ddiiiiigGq d38；.多級(jí)串聯(lián)的總凈化效率多級(jí)串聯(lián)的總凈化效率n總分級(jí)通過率總分級(jí)通過率n總分級(jí)效率總分級(jí)效率n總除塵效率總除塵效率12iTiiinPP PP1211 (1)(1)(1)iTiTiiinP 121 (1)(1)(1)Tn 39；.第四節(jié)第四節(jié) 顆粒捕集的理論基礎(chǔ)顆粒捕集的理論基礎(chǔ)n對(duì)顆粒施加外力使顆粒相對(duì)氣流產(chǎn)生一定位移并從氣流中分離對(duì)顆粒施加外力使顆粒相對(duì)氣流產(chǎn)生一定位移并從氣流中分離n顆粒捕集過程中需要考慮的作用力：外力、流體阻力、顆粒間相互作

16、用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外力：重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、熱力、泳力等外力：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)可以忽略顆粒間相互作用力：顆粒濃度不高時(shí)可以忽略40；.流體阻力流體阻力n流體阻力形狀阻力摩擦阻力流體阻力形狀阻力摩擦阻力n阻力的方向和速度向量方向相反阻力的方向和速度向量方向相反n n n 2DDpDpp1 (N)2() pFC AuduCf ReRepDpDp241 Stokes3 (N) ReCReFd u（層流）時(shí) 得到公式：pD0.6p18.51500 ReCRe湍流過渡區(qū) pD

17、22Dp500 0.440.055 ReCFd u湍流區(qū)（牛頓區(qū)） 41；.流體阻力流體阻力n流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系 42；.流體阻力流體阻力n顆粒尺寸與氣體平均自由程接近時(shí)，顆粒發(fā)生滑動(dòng)顆粒尺寸與氣體平均自由程接近時(shí)，顆粒發(fā)生滑動(dòng)坎寧漢修正坎寧漢修正pDp31.1011.2570.400exp() 2 /8 (m) , (m/s)0.499 其中努森數(shù)d uFCCKnKndKnRTvMv43；.4.5 4.5 試計(jì)算下列條件下，球形粉塵粒子在靜止空氣中的沉降阻力：試計(jì)算下列條件下，球形粉塵粒子在靜止空氣中的沉降阻力：（1 1） （2 2） （3 3） 解：由題給

18、空氣溫度，查附錄解：由題給空氣溫度，查附錄6 6，當(dāng)，當(dāng)t=20t=20時(shí)，時(shí)，=1.81=1.811010-5-5pa.spa.s，=1.20kg/m=1.20kg/m3 3,t=100,t=100時(shí)，時(shí)，=2.1g=2.1g1010-5-5pa.spa.s，=0.947kg/m=0.947kg/m3 3PapCtmkgmdopp53100 . 1,20,/1000,80PapCtmkgmdopp53100 . 1,20,/1000,40351,1000/,100,1.0 10oppdmkg m tC pPa44；. （1 1）若雷諾數(shù)）若雷諾數(shù)Rep1Rep1，在斯托克斯區(qū)，在斯托克斯區(qū)

19、由式由式4.264.26， 由式由式4.124.12，R Repep=d=dp p u/u/ =1 =1 假設(shè)正確。由式假設(shè)正確。由式4.144.14 smgdupps/19.0182)(1059. 239NudFpD45；. （2 2）當(dāng)）當(dāng)d dp p=40=40m m時(shí)時(shí) 由由4.26 4.26 R Repep=d=dp p u/=0.231u/=0.231 smgdupps/108.41822)(1027. 3310NudFpD46；. (3)(3)當(dāng)當(dāng)d dp p=1.0m=1.0m時(shí)時(shí) 由式由式4.274.27，其中由式其中由式4.184.18計(jì)算計(jì)算 smCgdupps/101.

20、31852)10. 1exp(400. 0257. 1 1nnkkCsmMRTu/4.516/8mmuM281093.81093.8499.047；. k kn n=2/d=2/d =2 =28.93/1.08.93/1.0 =0.179 =0.179 R Repep=d=dp p u/ =1.35u/ =1.351010-4-411 225.1)179.010.1exp(400.0257.1 179.01C)(102 .5/315NCudFpD48；.阻力導(dǎo)致的減速運(yùn)動(dòng)阻力導(dǎo)致的減速運(yùn)動(dòng)n根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律n若僅考慮若僅考慮Stokes區(qū)域區(qū)域n積分得積分得 或或 n速度由速度

21、由u0減速到減速到u所遷移的距離所遷移的距離n若引入坎寧漢修正系數(shù)若引入坎寧漢修正系數(shù)Cn停止距離停止距離馳豫時(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duuutd/0e (m/s)tuu/00()(1e)txuuu/0(1e)tCxu Cs0 xu Cuut/ln049；.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(

22、)6dFFFg2pps18dugCgC1.140.7140.714pps0.4280.2860.153()dgu1/2spp1.74() /udgssp18udgCsaa181000udgC50；.離心沉降離心沉降n力平衡關(guān)系力平衡關(guān)系nStokes顆粒的末端沉降速度顆粒的末端沉降速度23tDCpp6uFFdR22pptcc2tc18 其中duuCa CRuaR51；.靜電沉降靜電沉降n力平衡關(guān)系力平衡關(guān)系n靜電沉降的末端速度習(xí)慣上稱為驅(qū)進(jìn)速度，用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)于表示，對(duì)于Stokes粒子：粒子：DEFFqEp3qECd52；.慣性沉降慣性沉降n顆粒接近靶時(shí)

23、的運(yùn)動(dòng)情況顆粒接近靶時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況53；.慣性碰撞慣性碰撞n慣性碰撞的捕集效率取決于三個(gè)因素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，用氣流速度在靶周圍的分布，用ReD衡量衡量顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡，用顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡，用Stokes數(shù)描述數(shù)描述顆粒對(duì)捕集體的附著，通常假定為顆粒對(duì)捕集體的附著，通常假定為1000DcuDRe2pp0s0ccc18du Cx Cu CStDDD54；.慣性碰撞慣性碰撞n慣性碰撞分級(jí)效率慣性碰撞分級(jí)效率與與 的關(guān)系的關(guān)系St55；.攔截?cái)r截n直接攔截發(fā)生在顆粒距捕集體直接攔截發(fā)生在顆粒距捕集體dp/2的距離內(nèi)的距離內(nèi)n攔截效率用直接攔截比攔截效率用直接攔截比R表示表

24、示n對(duì)于慣性大的顆粒對(duì)于慣性大的顆粒n對(duì)于慣性小的顆粒對(duì)于慣性小的顆粒pcdRDDI2DI2DIDDD22DI112 (R0.1) 11(1)3 (R0.1) 11(2)(1)ln(1) (R0.07,0.5) 2.002ln2(1)2.002ln3(1)13(1) (R0.1) 22(1)2RRRRRRRRRRRReReRReRRRR 圓柱體勢流球體勢流圓柱體粘性流球體粘性流222DIDIRRRR球形捕集體圓柱形捕集體56；.擴(kuò)散沉降擴(kuò)散沉降n擴(kuò)散系數(shù)和均方根位移擴(kuò)散系數(shù)和均方根位移布朗擴(kuò)散作用對(duì)于小粒子的捕集影響較大布朗擴(kuò)散作用對(duì)于小粒子的捕集影響較大顆粒的擴(kuò)散類似于氣體分子的擴(kuò)散顆粒的擴(kuò)散類似于氣體分子的擴(kuò)散對(duì)于粒徑約等于或大于氣體分子平均自由程的顆粒對(duì)于粒徑約等于或大于氣體分子平均自由程的顆粒用愛因斯坦公式計(jì)算：用愛因斯坦公式計(jì)算：對(duì)于粒徑大于分子但小于氣