第五章颗粒污染物控制技术基础

第五章颗粒污染物控制技术基础重点：第二节粉尘的粒径和粒径分布、重径、中位径、stock径、频率分布、筛上频度分布、筛下累计统计。第三节粉尘的物理性质、粉尘的真密度、堆积密度。第四节除尘装置的性能、除尘效率（总效率、分级效率）空气污染物的性质和存在状态不同，其净化机理、方法及所选用的装置也各不相同。空气污染物分为气溶胶（颗粒物）污染物和气态污染物。本章介绍颗粒物的处理方法。气溶胶（AEROPAL）是非均向污染物，主要污染物是分散于气体介质中的颗粒物（固体、液体），可用除尘技术把粒状物从气体介质中分离出来，分离方法一般采用物理法。依据：气、固、液、粒子在物理性质上的差异。粒子的密度比气体分子的大得多。机械法：利用重力、惯性力、离心力分离。过滤介质分离：利用粒子的尺寸、重量较气体分子大分离。湿式洗涤分离法：利用粒子易被水润湿，凝拼增大而被捕获的特性。电除尘：利用荷电性、静电力分离。等等。要掌握除尘技术，必须掌握主要基础参数。§5-1粉尘粒径和粒径分布一、粉尘粒径1．定义：在实际中，因颗粒大小、形状各异，故表示方法有所不同。一般分为两类：单一粒径：单个粒子的；球形颗粒：d=直径平均粒径：粒子群的。一）单一粒径单一粒径分成投影径非球形颗粒几何当量径物理当量径1．投影径：指颗粒在显微镜下观察到的粒径。a．面积等分径（martine），指颗粒的投影面积二等分的直线长度，其与所取的方向有关，常采用与底边平行的线作为粒径。b．定向径（feret），指颗粒投影面上两平行切线间的距离。cdabc．长径，不考虑方向的最长径。d．短径，不考虑方向的最短径。2．几何当量径：取颗粒的某一几何量（面积、体积等）相同时的球形颗粒的直径。a．等投影面积径dA：与颗粒投影面积相同的某一圆面积的直径。2/12/1128.14ppAAAd24ApdA颗粒投影面积b．等体积径dV：33124.16ppVVVd36ppdVc．等表面积径dS：21psSd2dSp颗粒的外表面积d．体积表面积平均径de：颗粒体积与外表面积相同的圆球的直径。ppeSVd63．物理当量径：取颗粒某一物理量相同时的球形颗粒粒径。a．自由沉降dt：特定气体中，在重力作用下，密度相同的颗粒因自由沉降而达到的末速度与球形颗粒所达到的末速度相同时的球形颗粒的直径。b．空气动力径da：在静止的空气中颗粒的沉降速度与密度为1g/cm3的圆球的沉降速度相同时的圆球的直径。单位代表mAcmgm213)/(。c．斯托克斯径(Stokes)dst。在层流区内（对颗粒的雷诺数Re2.0）的空气动力径。2118gVdptstVt——颗粒在流体中的终端沉降速度（m/s）d．分割粒径（半分离粒径）d50：即分级效率为50%的颗粒直径。（二）平均粒径对于一个由大小和形状不相同的粒子组成的实际粒子群与一个由均一的球形粒子组成的假想粒子群相比，若两者的粒径全长相同，则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径。表7-1列出了各种方法计算的平均粒径，数值相差很大。P282。一般顺序：d1dsdvd2d3d4常用的单一粒径：投影径、等体积径、斯托克斯径、分割粒径dc50、空气动力学径da（是除尘技术中用得最多的）。平均粒径：中位径、众径。二、粒径分布1．定义：粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，亦称粒子的分散度。表示方法：个数分布：以粒子的个数所占的比例来表示；表面积分布：以粒子表面积表示；质量分布：以粒子质量表示。2．常见的表示方法（1）频数分布ΔR：它是指粒径dp至（dp+Δdp）之间的粒子质量占粒子群总质量的百分数。见图a。%1000mmR%100RΔR与选取的粒径间隔的大小有关。（2）频度分布f：是Δdp=1μm时粒子质量占粒子群的或单位粒径间隔宽度时的频率分布百分数。即：pdRfm%其微分定义式：dpdpddRf有计算结果可绘出频度分布f的直方图，用粒径间隔中值可绘出频度分布曲线，见图b。最大频度的粒径dom称为众径。频率（%）图adp/(μm)dp/(μm)图c50%100%D（%）d50频率密度图bdp/(μm)dom(3)筛下累积频率分布D/%：指小于某一粒径dp的尘样质量占尘样总质量的百分数。dpdpddpdpddpdfdDDminmin反之为筛上累积分布R：D=1-R当D=R=50%时的dp位中位径d50。由图可见，筛上分布R对dp之比为负梯度，筛下分布D对dp之比为正值。因此若已知R、D，则dpdpdpddDddRf或也可这样说：若粒径间隔宽度0dp即取极限，则：dpdpdpdpdpdpddRddDfdpfddpfgR即即：筛上分布为减函数；筛下分布为增函数。在除尘技术中，筛上累积分布R比使用频度分布更为方便，所以，在一些国家粉尘标准中多用R表示粒径分布。3．粒径分布函数正态分布函数：对称常见的分布函数对数正态分布：dp取对数后服从对称，实际大气中气溶胶、工业粉尘多服从此分布罗率—拉姆勒分布：破碎筛分过程多服从此分布后两者分布为非对称性的。采用某种数学函数来描述粒径分布曲线，更为应用方便。据大量数据的统计结果表明对数正态分布，正态分布以及罗率—拉姆勒（Rosin—Rammler）分布较常用。我们见面介绍下世界上用的较多的R—R分布。R—R分布是：npdpdRexp（a）nRddpR'10(b)式中：n——分布指数；β、β’——分布系数，并有'303.2'10ln。对(b)两端两次求对数得：dpnRdplg'lg1lglg，以lgdp为横坐标，以lgdpR1lg为纵坐标，可的一条直线，其斜率为n。将中位径d50代入(a)式可求得nndd5050693.02ln那麽R—R函数表达式为：ndpddpR50693.0exp在R—R坐标纸上绘制的筛上累积分布曲线（R）为直线，并能方便地求出n、β’、d50等。§5-2粉尘的物理性质1.粉尘的堆积密度，真密度。2.粉尘的比表面积3.粉尘的含水率4.粉尘的安息角5.粉尘的润湿性6.粉尘的荷电性7.粉尘的粘附性8.粉尘的自燃性和爆炸性§5-3除尘装置的捕集效率除尘装置的捕集效率代表装置捕集粉尘效果的重要指标。有以下几种表示：1．总捕集效率ηT：ηT指在同一时间内净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之百分比。见下图：出口Geλ0C0Q0G0m0=Q0×C0如图：λ0气体流量Q0（m3/s）；污染物流量G0（g/s）；污染物浓度C0（g/m3）。出口相应的为Qe，Ge，Ce。净化装置捕集的污染物流量Gc（g/s）有G0=Ge+Gc教学内容%1001%10000GGGGecT∵G=CQ∴%100100GQGQeeT∵Q0,Qe与状态有关，∴常换算成标准状态（0℃，1.013×105Pa）下干气体流量表示，并加脚标“N”%100100NNeNeNTQCQC若装置不漏风，QON=QeN%10010NeNTCC实际上净化装置常有漏风，%10010kCCNeNTk——漏风系数串联使用净化装置：设每一级的捕集效率为η1、η2、…ηn总效率：3211111T净化器的性能还可用令一指标表示：即通过率PTONONeNeNeQCQCGGP1%100%10002．除尘装置的分级捕集效率除尘装置的总除尘效率的高低，往往与粉尘粒径大小由很大关系。为了表示除尘效率与粒径间的关系，提出分级效率的概念id。定义：指除尘装置对某一粒径dPi或粒径间隔dPi至dPi+Δdp内粉尘的除尘效率。%1000GGcda．由分级效率求总除尘效率iiididTgRniiΔR为频数分布若分级效率以dpii的函数形式给出，入口粒径分布以累计分布函数（Di）或频度分布fi=fi(dp)形式给出。dpiiiidfdD010教学内容b.由总效率求分级效率iiiiiiiiiiiiiiRGRGRGRRRRRRRRPRGRG11221112121212112211111iiiiiiiiiiiiiiffPffdpgfggPgsgsgggsgs1213121122131133111同理因为iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiggPnnPggggPgggPggPgggPgg32233323232332311111所以因为(一)正态分布函数222exp2100pddpfdp（1）pd——算术平均粒径，mdp——粒径，mδ——标准差，122NpddpN——粉尘粒子的总个数。其特征数为：δ，dp。%13.84%87.1521RdpRdp特点：图形对称，众位径dd=中位径d50=平均粒径pd（二）对数正态分布f～dp图形非对称，但f～lndp图形对称.将(1)式变换即为其表达式：2150505022ln%13.84%87.15%87.15%13.84%50ln2lnlnexp2ln100RdpRdpdRdpRdpdRdgdgdgddpfgggdp—几何平均粒径，—式中：教学内容特征数：d50，δg（几何标准差）特点：无论是质量分布，粒数分布还是表面积分布均是对数正态分布，且几何标准差相同。据d50，δg可求出平均粒径，式（4.61—4.64）。（三）罗率—拉姆勒分布（R—R分布）表达式：nddpR50693.0exp100（3）R—R曲线特征值：β，β’，nR100lglg～lgdp是一条直线，斜率为n，截距为lgβ’，代入（3）式进而可求得R。第10次课2学时上次课复习：1、颗粒物的粒径分布及其物理性质；2、评价净化装置的技术指标。本次课题（或教材章节题目）：第五章机械式除尘器第一节重力沉降室第二节惯性除尘器第三节旋风除尘器教学要求：1、理解并掌握重力沉降室和旋风除尘器的工作原理；3、掌握影响旋风除尘器除尘效率的因素及压力损失。重点：1.重力沉降室的设计2.旋风除尘器的工作原理3.旋风除尘器的压力损失、结构及影响除尘效率的因素难点：100％除去的最小粒径，半分离直径教学手段及教具：多媒体讲授内容及时间分配：一、重力沉降室二、旋风除尘器讲课时间：2学时课后作业P825.25.3565.8参考资料