大气3颗粒污染物控制原理

第四章大气污染物扩散模式第一节湍流扩散的基本理论•扩散的要素–风：平流输送为主，风大则湍流大–湍流：扩散比分子扩散快105～106倍•湍流的基本概念–湍流——大气的无规则运动•风速的脉动•风向的摆动•起因与两种形式–热力：温度垂直分布不均（不稳定）–机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度第二节高斯扩散模式•高斯模式的有关假定–坐标系右手坐标，y为横风向，z为垂直向–四点假设•a．污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布•b．全部高度风速均匀稳定•c．源强是连续均匀稳定的•d．扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）高斯扩散模式•高斯扩散模式的坐标系高架连续点源扩散模式222222()()(,,,)exp(){exp[]exp[]}2222yyzyzqyzHzHcxyzHu实际浓度高架连续点源扩散模式2222(,,,)exp()exp()22yzyzqyHcxyzHu地面浓度模式：取z＝0代入上式，得22(,,,)exp()2zyzqHcxyzHu地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式22(,,,)exp()2zyzqHcxyzHuxyz上式，增大，则、增大，第一项减小，第二项增大，必然在某x处有最大值地面最大浓度模式：考虑地面轴线浓度模式高架连续点源扩散模式2222(,,,0)exp[()]22yzyzqyzcxyzu地面源高斯模式（令H＝0）：相当于无限源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）yzconst(,0,0,)0zdcxHdmax22zyqcuHemax|2czxxH地面最大浓度模式（续）：设（实际中成立）由此求得第三节污染物浓度的估算•q源强－计算或实测•平均风速－多年的风速资料•H有效烟囱高度•、扩散参数uyz1.烟气抬升高度的计算初始动量：速度、内径烟温度－浮力烟气抬升sHHHsHH――烟囱几何高度――抬升高度有效源高烟气抬升高度的计算•抬升高度计算式（1）Holland公式93：适用于中性大气条件（稳定时减小，不稳时增加10－20％）31(1.52.7)(1.59.610)ssasHsvDTTHDvDQTuuHolland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下烟气抬升高度的计算•抬升高度计算式（续）（2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件11/32/3H11/32/3H2100010H=0.362Q10H=1.55QHsssQkWxHxuxHHu当时11/31/3H3/52/5H6/53/53/5H210003*H=0.362Q3*H=0.332Q*=0.33QHssQkWxxxuxxHxHu当时烟气抬升高度的计算•抬升高度计算式（续）（3）我国“制订地方排放标准的技术方法”(GB/T13201-91)中的公式例：4-1121nn0HHH121H121000()35QQ=0.3517000210001700=()4002(1.50.01)0=HasaVassHsQkWTsTKHnHuTPQTTTTkWQkWQHHHHvDQHu(1)当和时(2)当时HH1/4H.048(1700)17000352(1.50.01)=1700035=5.5(0.0098)HsHaQuQkWTKvDQHuQkWTKdTHQdz(3)当或时(4)当或时扩散参数的确定•P－G曲线法P－G曲线Pasquill常规气象资料估算Giffard制成图表~yx方法要点大气分成A－F共六个稳定度等级（云、日照、风速……）曲线（六条）（对应A、B……F稳定度级）扩散参数的确定－P－G曲线法•P－G曲线的应用–根据常规资料确定稳定度级别扩散参数的确定－P－G曲线法•P－G曲线的应用–利用扩散曲线确定和yz扩散参数的确定－P－G曲线法•P－G曲线的应用–地面最大浓度估算•例：4-2第五章颗粒污染物控制技术基础第一节颗粒的粒径及粒径分布•颗粒的粒径•显微镜法•定向直径dF（Feret直径）：各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度•定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度•投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相等的圆的直径Heywood测定分析表明，同一颗粒的dFdAdMa-定向直径b-定向面积等分直径c-投影面积直径颗粒的直径–筛分法•筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度•筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数–光散射法•等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径–沉降法•斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径•空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/m3）的球体的直径斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径粒径分布•粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例•粒数分布:每一间隔内的颗粒个数•粒数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数Σni之比iiNinfn粒径分布•粒数筛下累积频率：小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比iiiNinFn粒径分布•粒数频率密度130()/pppddFdd粒径分布•粒数分布的测定及计算粒径分布•粒数众径－频度p最大时对应的粒径，此时•粒数中位径（NMD）－累计频率F=0.5时对应的粒径220ppdpdFdddd粒径分布•质量分布–类似于数量分布，也有质量频率、质量筛下累积频率、质量频率密度等–在所有颗粒具有相同密度、颗粒质量与粒径立方成正比的假设下，粒数分布与质量分布可以相互换算–同样的，也有质量众径和质量中位径（MMD）第二节粉尘的物理性质143•粉尘的密度–单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3–粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙－真密度–用堆积体积计算——堆积密度–空隙率——粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比pb(1)bp粉尘的安息角与滑动角•安息角：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角•滑动角：自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角•安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标•安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性粉尘的比表面积145•单位体积粉尘所具有的表面积•以质量表示的比表面积•以堆积体积表示的比表面积236(/)VSVSScmcmVd26(/)mppSVSScmgVd23(1)6(1)(1)(/)bVSVSSScmcmVd粉尘的含水率146•粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分•含水率－水分质量与粉尘总质量之比•含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性•吸湿现象•平衡含水率粉尘的润湿性•润湿性－粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质•润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。•粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降•润湿速度－•润湿性是选择湿式除尘器的主要依据粉尘的荷电性和导电性•粉尘的荷电性–天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷–荷电因素－电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电–天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1/10–荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学组成有关粉尘的荷电性和导电性•粉尘的导电性–比电阻148–导电机制：•高温（200oC以上），粉尘本体内部的电子和离子—体积比电阻•低温（100oC以下），粉尘表面吸附的水分或其他化学物质－表面积比电阻•中间温度，同时起作用–比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围104～1010()dVcmjcm粉尘的导电性和荷电性•典型温度－比电阻曲线粉尘的粘附性•粘附和自粘现象•粘附力－克服附着现象所需要的力•粘附力：分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）•断裂强度－表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积•分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性•粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性粉尘的自燃性和爆炸性•粉尘的自燃性–自燃–自然发热的原因－氧化热、分解热、聚合热、发酵热–影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境存放过程中自然发热热量积累达到燃点燃烧粉尘的爆炸性#•粉尘发生爆炸必备的条件：–可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度•最低可燃物浓度－爆炸浓度下限•爆炸浓度上限–存在能量足够的火源第三节净化装置的性能151•评价净化装置性能的指标–技术指标•处理气体流量•净化效率•压力损失–经济指标•设备费•运行费•占地面积净化装置技术性能的表示方法•处理气体流量–漏风率121100(%)NNNQQQ总净化效率的表示方法•总净化效率•通过率•分级除尘效率•分割粒径－除尘效率为50％的粒径22211211NNNNQSSQ2221111NNNNQSPSQ33111iiiiiSSSS分级效率与总效率的关系•由总效率求分级效率•由分级效率求总效率33311232112311/iiiiiiiiiiiiiiiiiSggSggSggPSggPgg111100iiiiipgdGqdd多级串联的总净化效率155•总分级通过率•总分级效率•总除尘效率12iTiiinPPPP1211(1)(1)(1)iTiTiiinP121(1)(1)(1)Tn