《大氣污染物控制工程》顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件

1、第五章 顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共104頁(yè)。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)第2頁(yè)，共104頁(yè)。Kenneth T. Whitby一、顆粒物粒徑分布第3頁(yè)，共104頁(yè)。圖片修改自：Kenneth T. Whitby2液滴揚(yáng)塵 海鹽濺沫 火山灰 植物顆粒均相成核冷凝核成長(zhǎng)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/ m愛根核模細(xì)顆粒物粗顆粒物環(huán)境大氣顆粒物的粒

2、徑分布積聚模一、顆粒物粒徑分布粗模第4頁(yè)，共104頁(yè)。一、顆粒物粒徑分布第5頁(yè)，共104頁(yè)。肺部鼻腔支氣管質(zhì)量中位粒徑，m圖片來源：NCRP, 1997.沉積比例顆粒物在呼吸系統(tǒng)的沉積一、顆粒物粒徑分布第6頁(yè)，共104頁(yè)。粒徑對(duì)除塵效率的影響050100除塵效率，%分割直徑 粒徑dp，m一、顆粒物粒徑分布第7頁(yè)，共104頁(yè)。一、顆粒物粒徑90 m海邊細(xì)沙5070 m頭發(fā)絲2.5 m10 m圖片來源：EPA第8頁(yè)，共104頁(yè)。第9頁(yè)，共104頁(yè)。二、顆粒物粒徑的定義 顯微鏡法在顯微鏡下觀測(cè)到的表征顆粒物投影長(zhǎng)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

3、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第10頁(yè)，共104頁(yè)。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desSdv = 2.48 mdes = 2.76 m第11頁(yè)，共104頁(yè)。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(dòng)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 mp = 4 g/cm3VTS = 2.2 mm

4、/sds = 4.3 mp= 4 g/cm3VTS = 2.2 mm/sda = 8.6 mp = 1 g/cm3VTS = 2.2 mm/s第12頁(yè)，共104頁(yè)。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(gè)數(shù)（或質(zhì)量或表面積）所占的比例。 個(gè)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)或頻率第13頁(yè)，共104頁(yè)。(1) 個(gè)數(shù)頻率 f ：第i個(gè)間隔中的顆粒個(gè)數(shù)ni與顆?？倲?shù)ni之比 個(gè) 數(shù) 分 布第14頁(yè)，共104頁(yè)。個(gè)數(shù)分布(2) 個(gè)數(shù)篩下累積頻率(F)：小

5、于第i個(gè)間隔上限粒徑的所有顆粒個(gè)數(shù)與顆?？倐€(gè)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(gè)數(shù)與顆?？倐€(gè)數(shù)之比第15頁(yè)，共104頁(yè)。 fab=Fa-Fb(2) 個(gè)數(shù)篩下累積頻率：小于第i個(gè)間隔上限粒徑的所有顆粒個(gè)數(shù)與顆?？倐€(gè)數(shù)之比第16頁(yè)，共104頁(yè)。個(gè)數(shù)分布(3)個(gè)數(shù)頻率密度(p): 單位粒徑間隔時(shí)的頻率， 簡(jiǎn)稱個(gè)數(shù)頻度.pi=fi /dp第17頁(yè)，共104頁(yè)。粒數(shù)分布的測(cè)定及計(jì)算pi=fi /dp第18頁(yè)，共104頁(yè)。三、粒徑分布篩下累積頻率F：小于第i個(gè)間隔上限粒徑的所有 顆粒個(gè)數(shù)與顆?？倐€(gè)數(shù)之比粒數(shù)頻率密度(頻度)p:單位粒徑間隔的個(gè)數(shù)頻率ppptotaltotalddNNp

6、 d Nd dN粒徑dp，m篩下累積頻率F1粒徑dp，m頻度p,m-10p ddp 1眾徑dd第19頁(yè)，共104頁(yè)。d50中位粒徑d50累計(jì)頻率F=0.5時(shí)對(duì)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第20頁(yè)，共104頁(yè)。眾徑dd 頻度 p最大時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑，此時(shí)：dd第21頁(yè)，共104頁(yè)。質(zhì)量分布類似于個(gè)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+dp）之間的粉塵質(zhì)量占粉塵試樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?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

7、質(zhì)量占粉塵試樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。質(zhì)量頻率密度(q)：?jiǎn)挝涣介g隔時(shí)的質(zhì)量頻率質(zhì)量中位直徑： G0.5對(duì)應(yīng)的粒徑，MMD第22頁(yè)，共104頁(yè)。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第23頁(yè)，共104頁(yè)。三、粒徑分布個(gè)數(shù)累積頻率分布與質(zhì)量累積頻率分布的比較個(gè)數(shù)頻度與質(zhì)量頻度的比較個(gè)數(shù)個(gè)數(shù)質(zhì)量質(zhì)量粒徑dp，m粒徑dp，m頻度p或q，m-1累積頻率F或G第24頁(yè)，共104頁(yè)。平均粒徑 (1)長(zhǎng)度平均直徑(算術(shù)平均直徑)：粉塵第i個(gè)直徑di與其個(gè)數(shù)ni乘積的總和除以顆?？倐€(gè)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

8、均直徑：各種粒徑體積的總和除以顆粒總數(shù)，再開立方第25頁(yè)，共104頁(yè)。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(shí)質(zhì)上是lndp的算術(shù)平均值。第26頁(yè)，共104頁(yè)。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 1exp2 ddp(d ) pp2222pp0 1exp dp ddF (d ) dd pp22221/ 2 N 1ni dpi dp p(dp)dpdp2dp3dpdp+dp+2dp+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(jì)頻率F, %粒徑dp, mN(dp, )第27頁(yè)，共104頁(yè)。

9、粒徑分布函數(shù)正態(tài)分布是最簡(jiǎn)單的分布函數(shù)（1）（2）累計(jì)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）第28頁(yè)，共104頁(yè)。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?yàn)榇蠖鄶?shù)顆粒的頻度曲線會(huì)發(fā)生偏移第29頁(yè)，共104頁(yè)。4. 粒徑分布函數(shù): 用一些半經(jīng)驗(yàn)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): 標(biāo)準(zhǔn)差 dp:算術(shù)平均粒徑第30頁(yè)，共104頁(yè)。粒徑分布函數(shù) 對(duì)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??；g 幾何標(biāo)準(zhǔn)差，描述顆粒物關(guān)于 dg 的分散性pp

10、12 exp pg dF d ln d/ dp(d ) ddp2 lngp2 lng2gp exp 1ln dln dp / dF (dp ) dln d2 lng2 lng1/ 22gln =N 1ni ln dpi / dg 11000.00.20.40.60.810粒徑dp，mF/lndpdg =d50對(duì)數(shù)正態(tài)分布的頻數(shù)密度分布曲線第31頁(yè)，共104頁(yè)。粒徑分布函數(shù)對(duì)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(duì)數(shù)正態(tài)分布的頻度曲線(1)(2)(3) :幾何標(biāo)準(zhǔn)差 dg:幾何平均直徑第32頁(yè)，共104頁(yè)。粒徑分布函數(shù)（2）對(duì)數(shù)正態(tài)分布

11、的累積頻率分布曲線正態(tài)概率刻度對(duì)數(shù)刻度對(duì)數(shù)概率坐標(biāo)紙第33頁(yè)，共104頁(yè)。粒徑分布函數(shù)對(duì)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(gè)粒徑之比第34頁(yè)，共104頁(yè)。粒徑分布函數(shù)對(duì)數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）(4) 性質(zhì) 符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布的粉塵，頻度分布曲線為對(duì)稱性鐘形曲線 符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布的粉塵，累積頻率分布曲線在對(duì)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(duì)數(shù)正態(tài)分布，則以顆粒的個(gè)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(duì)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(jì)頻率分布曲線在對(duì)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。第35頁(yè)，共104頁(yè)。第36頁(yè)，共104頁(yè)。5.

12、2 顆粒物的形貌特征第37頁(yè)，共104頁(yè)。一、表征顆粒形貌的參數(shù) 圓柱體 s2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)顆 粒 種 類s砂 粒0.530.63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0.550.63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s（ s1）幾種典型顆粒的圓球度 正立方體 s0.806第38頁(yè)，共104頁(yè)。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 。分形維數(shù)：表征顆粒物團(tuán)簇中

13、所含單個(gè)超細(xì)顆粒物數(shù)目隨 粒徑變化關(guān)系的參數(shù)。第39頁(yè)，共104頁(yè)。二、形貌特征的分析方法主要測(cè)量方法 顯微鏡法：直接觀測(cè)亞微米級(jí)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第40頁(yè)，共104頁(yè)。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(tuán)聚的碳粒聚集體；（d） 老化的碳粒聚集體第41頁(yè)，共104頁(yè)。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(gè)粒度很小的顆粒物；（c）粒度較大的飛灰

14、附近黏附一個(gè)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(gè)圓圈之間的為鹽類組分。第42頁(yè)，共104頁(yè)。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(zhǎng)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)。第43頁(yè)，共104頁(yè)。三、顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)長(zhǎng)條狀顆粒物（a）、（b）和（d）為不同地區(qū)大氣顆粒物中的長(zhǎng)條狀粒子；（c）電子轟擊后的長(zhǎng)條狀粒子。第44頁(yè)，共104頁(yè)。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(zhǎng)條狀或立方體狀形態(tài)的粒子。第45頁(yè)，共104頁(yè)。三、顆

15、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。第46頁(yè)，共104頁(yè)。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(duì)較小的礦物粒子；（d）生物碎屑。第47頁(yè)，共104頁(yè)。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第48頁(yè)，共104頁(yè)。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(jī)理光學(xué)特性鏈狀顆粒主要為C和H機(jī)動(dòng)車尾氣、燃煤、生物質(zhì)燃燒球形顆粒通常為Si和Al燃煤長(zhǎng)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

16、和有機(jī)物云中過程（二次顆粒物）局部規(guī)則細(xì)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(yáng)塵、 建筑揚(yáng)塵等生物顆粒以C和O為主生物釋放第49頁(yè)，共104頁(yè)。5.3 顆粒物的化學(xué)組成與光學(xué)特性第50頁(yè)，共104頁(yè)。一、顆粒物的化學(xué)組成OC：有機(jī)碳，主要包括脂肪族化合物、芳香族化合物、有機(jī)酸等有機(jī)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?xì)浠衔?的熱解而生成的產(chǎn)物。有機(jī)物50.05%K 9.94% EC7.65%NH43.69%2-NO3-0.24% SO4 1.54%+13.77%0.03%地殼元素 0.88%未知組

17、分12.21%Cl- 源排放細(xì)顆粒物的化學(xué)組成小麥秸稈露天焚燒微量元素OC 2.30%K0.80%EC1.10%NH4+8.20%SO42-45.00%NO3-0.90%Cl-1.30%Al8.10%Ca 19.60%其他元素12.70%燃煤電廠排放第51頁(yè)，共104頁(yè)。一、顆粒物的化學(xué)組成SO42-、NO3-、NH4+：合稱為二次無機(jī)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(jī)物26%EC 3%NH +411%NO -317%地殼物質(zhì)12%SO 2-416%微量元素5%其他10%第52頁(yè)，共104頁(yè)。化學(xué)組分的粒

18、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: Wall et al, 1988.空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑Dae ,微米NH4SO24NO3Na+HCl第53頁(yè)，共104頁(yè)。一、顆粒物的化學(xué)組成化學(xué)分析數(shù)據(jù)分析提取42SO=8.4 g m-3化學(xué)分析數(shù)據(jù)分析進(jìn)樣裝置SO2 4時(shí)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(shí)間質(zhì)譜儀（ATOFMS）氣溶膠化學(xué)組分在線監(jiān)測(cè)儀（ACSM）離線采樣在線分析第54頁(yè)，共104頁(yè)。圖片來源: Seinfeld ACP 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

19、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(gè)顆粒相互作用的機(jī)理示意圖第55頁(yè)，共104頁(yè)。二、顆粒物的光學(xué)特性散射項(xiàng)吸收項(xiàng)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, Aerosol Technology book 消光： 顆粒物通過散射和吸收作用使光的強(qiáng)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第56頁(yè)，共104頁(yè)。二、顆粒物的光學(xué)特性圖片來源：IPCC Fifth Report (AR5).化石燃料和生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒黑炭有機(jī)碳礦物粉塵0.640

20、.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(duì)輻射強(qiáng)迫的貢獻(xiàn)0.51.0輻射強(qiáng)迫，W/m2第57頁(yè)，共104頁(yè)。5.4 粉塵的物理性質(zhì)第58頁(yè)，共104頁(yè)。一、粉塵的密度定義：?jiǎn)挝惑w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(jì)算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b (1 )pvvvv v v vvvvv vv vv第59頁(yè)，共104頁(yè)。二、粉塵的安息角與滑動(dòng)角安息角與滑動(dòng)角是評(píng)

21、價(jià)顆粒物流動(dòng)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(dòng)角：自然堆積在光滑平板上的顆粒隨平板做傾 斜運(yùn)動(dòng)時(shí)顆粒開始發(fā)生滑動(dòng)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、顆粒黏性第60頁(yè)，共104頁(yè)。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第61頁(yè)，共104頁(yè)。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(dòng)性氣體的每一相對(duì)濕度所對(duì)應(yīng)顆粒物

22、的含水率包含在凹坑和細(xì)孔中顆粒內(nèi)部第62頁(yè)，共104頁(yè)。五、粉塵的潤(rùn)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(rùn)濕性 潤(rùn)濕速度：2020L20(mm / min)v潤(rùn)濕性是選擇濕式除塵器的主要依據(jù)按潤(rùn)濕性對(duì)粉塵分類粉塵類型潤(rùn)濕性絕對(duì)憎水憎水中等親水強(qiáng)親水V208.0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、鈣第63頁(yè)，共104頁(yè)。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

23、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1.661010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)第64頁(yè)，共104頁(yè)。粉塵的導(dǎo)電性比電阻比電阻對(duì)電除塵器運(yùn)行有很大影響，適宜范圍1041010 cm導(dǎo)電機(jī)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)Vd j體積比電阻表面積 比電阻同時(shí)作用10141013101210111010 109溫度，39 60 84 111 144 181

24、 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(shí)起作用第65頁(yè)，共104頁(yè)。粉塵的導(dǎo)電性比電阻比電阻對(duì)電除塵器運(yùn)行有很大影響，適宜范圍1041010 cm導(dǎo)電機(jī)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)Vd jV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(shí)起作用化學(xué)組分、氣體組成的影響第66頁(yè)，共104頁(yè)。七、粉塵的黏附性黏附和自

25、黏現(xiàn)象：顆粒附著在固體表面上或顆粒相互附著斷裂強(qiáng)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(qiáng)黏性影響因素：粒徑、形狀、表面粗糙度、潤(rùn)濕性、荷電量均影響?zhàn)じ叫苑蹓m類型黏性不黏性微黏性中等黏性強(qiáng)黏性斷裂強(qiáng)度/Pa600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(xì)力靜電力第67頁(yè)，共104頁(yè)。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(dá)到燃點(diǎn)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)

26、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。第68頁(yè)，共104頁(yè)。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(diǎn)，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(dá)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

27、限和起火點(diǎn)第69頁(yè)，共104頁(yè)。5.5 凈化裝置的性能第70頁(yè)，共104頁(yè)。凈化裝置的性能技術(shù)指標(biāo)處理氣體流量?jī)艋蕢毫p失經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)備費(fèi)運(yùn)行費(fèi)占地面積第71頁(yè)，共104頁(yè)。一、處理氣體流量平均處理氣體流量:N1N2NNm3 / s2Q 1 (Q Q)%Q1N漏風(fēng)率: = Q1N Q2N 100%第72頁(yè)，共104頁(yè)。二、壓力損失壓力損失與通風(fēng)機(jī)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 Pa2v 2P=定義：進(jìn)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(jìn)口氣流的動(dòng)壓成正比 幾種旋風(fēng)除塵器的局部阻力系數(shù)值第73頁(yè)，共104

28、頁(yè)。三、凈化效率總凈化效率:通過率:第74頁(yè)，共104頁(yè)。分級(jí)除塵效率:除塵裝置對(duì)某一粒徑dpi或粒徑間隔dp內(nèi)粉塵的除塵效率分割粒徑:50除塵效率對(duì)應(yīng)的粒徑三、凈化效率第75頁(yè)，共104頁(yè)。分級(jí)效率與總效率的關(guān)系由總效率求分級(jí)效率粒徑間隔，m質(zhì)量頻率，%分級(jí)效率，%進(jìn)口g1i出口g2i捕集g3i按式(1)按式(2)按式(3)三式平均0510.481.63.228.027.527.927.851014.015.012.883.190.089.887.6102019.62.420.092.898.798.996.8204022.41.023.294.299.599.697.8406014.001

29、4.896.010010098.76019.6026.0100100100100三、凈化效率i1i3S3 g3iS2 g2i +S3 g3ig3i +P g2i S3i S3 g3i g3i S3ii2S1iS1g1ig1i 1 S2iS1iS1g1ig1iS1i 1 S2 g2i 1 P g2i旋風(fēng)除塵器分級(jí)效率計(jì)算實(shí)例（總除塵效率 =90.8%）第76頁(yè)，共104頁(yè)。由分級(jí)效率求總效率由粒徑分布和分級(jí)效率計(jì)算總效率分級(jí)效率與總效率的關(guān)系粒徑間隔dP ，m05.85.88.28.211.7 11.716.516.522.622.633334747進(jìn)口質(zhì)量頻率g1i ，%31478131910

30、8分級(jí)效率i ，%618593969899100100總效率，%i gli18.93.46.57.712.718.810.08.0=i gli86.0 g3i i g1ii i g1i100i 1i1P dG g dd三、凈化效率第77頁(yè)，共104頁(yè)。三、凈化效率多級(jí)串聯(lián)運(yùn)行時(shí)的總凈化效率總分級(jí)通過率：PiT Pi1Pi2 Pin總分級(jí)除塵效率:iT =1 PiT 1 1i1 1i2 1in 總除塵效率：T =1 11 12 1n 第78頁(yè)，共104頁(yè)。5.6 流體阻力和顆粒的沉降第79頁(yè)，共104頁(yè)。顆粒物捕集原理 除塵基本原理：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。

31、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(shí)可以忽略。第80頁(yè)，共104頁(yè)。一、流體阻力 形狀阻力：由于顆粒具有一定的形狀，運(yùn)動(dòng)時(shí)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。 阻力大小：取決于顆粒的形狀、粒徑、表面特性、運(yùn)動(dòng)速度及流體的種類和性質(zhì)。第81頁(yè)，共104頁(yè)。阻力大小：CD阻力系數(shù)，無因次； Ap顆粒在運(yùn)動(dòng)方向的投影面積，m2； 流體密度，kg/m3；u 顆粒與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，m/s

32、；流體粘度(Pas)； dp 顆粒粒徑一、流體阻力顆粒物的雷諾數(shù)第82頁(yè)，共104頁(yè)。一、流體阻力Rep1， 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(chǎng)無限大第83頁(yè)，共104頁(yè)。湍流過渡區(qū)(Allen區(qū))一、流體阻力p1Re 500， CDp與Re 成曲線關(guān)系：0.61.40.41.4pFD 2.315 du第84頁(yè)，共104頁(yè)。湍流區(qū)(Newton區(qū))一、流體阻力22PDd uF 0.055p500Re 2105， CDp不受Re 影響：CD 0.44第85頁(yè)，共104頁(yè)?？矊帩h系數(shù)與氣體的溫度、壓力和顆粒的大小有關(guān)。293 K、101325 Pa 時(shí)，

33、C10.165/dp坎寧漢修正： Stokes定律的適用性顆粒粒徑太小時(shí)：顆粒尺寸與氣體分子平均 自由程接近時(shí)，顆粒發(fā)生滑動(dòng)溫度小于80度101325 Pa 時(shí)一、流體阻力第86頁(yè)，共104頁(yè)。例題54先求雷諾數(shù)Rep，然后選公式當(dāng)顆粒的粒徑dp 1m時(shí)，對(duì)上述公式進(jìn)行坎寧漢修正（C）第87頁(yè)，共104頁(yè)。二、阻力導(dǎo)致的減速運(yùn)動(dòng)若僅考慮Stokes區(qū)域：322423pDDDpp根據(jù)牛頓第二定律： dpdtduu2 C4dtdp u du F Cd6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(shí)間若引入坎寧漢修正系數(shù)C： x 停止距

34、離： x u0Ct u0C 1exp C pudu18 u dtd 2ppd 2 18(m/s)第88頁(yè)，共104頁(yè)。三、阻力作用下的勻速運(yùn)動(dòng) 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)：pDp6 d 3力平衡關(guān)系： F FG FB ( )gFB + FDFGus第89頁(yè)，共104頁(yè)。 重力沉降Stokes直徑空氣動(dòng)力學(xué)直徑sp18usgCd1000gC18usda FB顆粒物粒徑，m重力沉降末端速度,m/s0.0016.910-90.017.010-80.18.810-713.510-5100.00311000.25三、阻力作用下的勻速運(yùn)動(dòng)第90頁(yè)，共104頁(yè)。 離心沉降

35、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(yùn)動(dòng)流體阻力離心力FCut第91頁(yè)，共104頁(yè)。 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(jìn)速度，對(duì)于Stokes粒子：三、阻力作用下的勻速運(yùn)動(dòng)第92頁(yè)，共104頁(yè)。5.7 慣性沉降、機(jī)械攔截和擴(kuò)散第93頁(yè)，共104頁(yè)。一、慣性沉降含塵氣流通過一靜止或者緩慢移動(dòng)的捕集體，氣流發(fā)生繞流運(yùn)動(dòng)。第94頁(yè)，共104頁(yè)。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第95頁(yè)，共104頁(yè)。顆粒物2距離停滯流線較遠(yuǎn)，也能順利繞過捕集體。一、慣性沉降122第96頁(yè)，共104頁(yè)。顆粒物3粒徑較大，距停滯線較近，因?yàn)閼T性將保持原來的運(yùn)動(dòng) 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第97頁(yè)，共104頁(yè)。氣流速度在捕集體周圍的分布，用ReD衡量ReD u0 Dcpp顆粒對(duì)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)；弛豫時(shí)間；d顆粒物粒徑；顆粒物密度。u0 未被擾動(dòng)的上游氣流相對(duì)于