第五章颗粒污染物控制技术基础

大气污染控制工程讲义５４第五章颗粒污染物控制技术基础第一节粉尘的粒径及粒径分布一单一颗粒的粒径1．显微镜法a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b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c投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相等的圆的直径结论：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2．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3．光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径4．沉降法a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b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/cm3）的球体的直径结论：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补充；粒径的测定结果与颗粒的形状有关通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比Φs颗粒的表面积球的表面积s1例如，正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)P118表5-1给出某些颗粒的圆球度实测值．二粒径分布（分散度：各种粒径的颗粒所占的比例）大气污染控制工程讲义５５个数粒径分布：不同粒径范围内颗粒的个数所占的比例质量粒径分布：不同粒径范围内颗粒的质量所占的比例表面积粒径分布：不同粒径范围内颗粒的表面积所占的比例1．个数粒径分布（粒数分布）的表示方法粒数分布:每一间隔内的颗粒个数1）个数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数Σni之比iiinnfdpi0-55-1010-2020-40Nni5151020502）个数筛下累积频率：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fi=Fa-Fb=FaFbdF=ddpddpdFdpadpb=ddpPdpadpb,P=ddpdF个数筛上累积频率：大于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比P121图5-3，个数累积频率分布曲线3）个数频率密度：单位粒径间隔（即1μm）时的频率分布，简称个数频度iiiiiddpdFdpfPdF=Pddp,积分得，F=dpPddp0，若积分上限为∞，则F=0Pddp=1；P121图5-4，个数频度分布曲线例题：P119表5-2个数分布的测定数据及其计算结果2．质量分布的表示方法类似于个数分布，也有质量频率、质量筛下累积频率、质量频率密度等1）质量频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数Σni之比iiimmg2）质量筛下累积频率：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Gi=Nimimi质量筛上累积频率：大于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比iiiNinFn大气污染控制工程讲义５６3）质量频率密度：单位粒径间隔（即1μm）时的频率分布，简称个数频度iiiiiddpdGdpgq3．个数分布与质量分布的转化假定：a所有颗粒具有相同密度b颗粒质量与粒径立方成正比mi∝dpi3，以粒径间隔中点粒径dpi作为该粒径间隔内的平均粒径，则3iiidpknmiiimmg3333iiiiiipiipdpndpndpnkdpnkmimiGi=∑gi=Niiiiidpndpn33例题：P123表5-3计算三平均粒径1．长度（或算术）平均直径Ldni——以dpi为粒径中值的粒径间隔内的颗粒个数2．中位直径d50：累计频率F=0.5或G=0.5时对应的粒径个数中位径（NMD）质量中位径（MMD）或将频度分布曲线下面积两等分对应的粒径也为d503．众径dd：频度p或q最大时对应的粒径4．几何平均直径dg022ddpFdddpdp或022ddpGdddpdq5．表面积平均直径pLpiiiiinddfdn3121/g123pg(...)lnexp()或nnnNiiddddnddN2p1/221/2Sp[]()iiiiinddfdn大气污染控制工程讲义５７6．体积平均直径7．体积－表面积平均直径结论：1）对于频率密度分布曲线呈对称的分布，众径dd、中位直径d50和算术平均直径Ld相等；2）频率密度非对称的分布，ddd50Ld。第二节粉尘的物理性质一粉尘的密度定义：单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm31．真密度－粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙，用p表示；研究尘粒在气体中的运动时用p或将粉尘颗粒表面及其内部的空气排出后测得的粉尘自身的密度，以p表示；2．堆积密度—用堆积体积计算，包括粉尘颗粒间在内的粉尘密度，以b表示；用于贮仓或灰斗容积确定时用b（b≤p）3．空隙率—粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比，用表示关系：b=（1－）p对一定种类的粉尘，真密度为一定值，堆积密度b随空隙率而变化；二粉尘的比表面积1．定义：单位体积（或质量）粉尘所具有的表面积2．表示方法：a单位体积粉尘所具有的表面积S——粉尘的平均表面积，cm2；V——粉尘的平均净体积，cm3；3p1/331/3Vp[]()iiiiinddfdn33ppSV22ppiiiiiiiindfddndfd23VSV6(cm/cm)SSVd大气污染控制工程讲义５８svd——粉尘的表面积-体积的平均直径，cm；b以堆积体积表示的比表面积bVS1VVbc以质量表示的比表面积三粉尘的润湿性1．定义：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2．分类：（按照被液体润湿程度）亲水性粉尘—容易被水润湿疏水性粉尘—难以被水润湿水硬性粉尘—亲水性，吸水后形成不溶于水的硬垢易使管道和装置堵塞，不易用湿法除尘（如水泥、石灰粉尘）润湿性是选择湿式除尘器的主要依据3．影响因素：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，随温度升高而下降四粉尘的荷电性和导电性1．粉尘的荷电性：粉尘由于相互碰撞、摩擦、放射线照射、接触带电体等总是带有一定量的电荷；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2．粉尘的导电性：用比电阻d表示比电阻：)(cmjvdv——通过粉尘层的电压，V；j——通过粉尘层的电流密度，A/cm2；——粉尘层的厚度，cm；导电机制：23bVSV(1)6(1)(1)(cm/cm)SSSVd2mppSV6(cm/g)SSVd大气污染控制工程讲义５９高温（200oC以上），粉尘本体内部的电子和离子—体积比电阻（容积导电）低温（100oC以下），粉尘表面吸附的水分或其他化学物质（化学膜导电）－表面比电阻（表面导电）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典型温度－比电阻曲线：五粉尘的粘附性1．定义：粉尘颗粒附着在固体表面上，或颗粒彼此相互附着的现象2．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）3．影响因素：粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性利用粘附性——除尘装置；克服粘附性——管道和设备的堵塞；六粉尘的安息角与滑动角1．定义：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，也称静止角或堆积角，范围35°～40°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2．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3、用途：安息角用来设计料仓的锥角和含尘管道的倾角七粉尘的自燃性和爆炸性1．自燃—存放过程中自然发热→热量积累→达到燃点→燃烧自然发热的原因－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P141举例大气污染控制工程讲义６０2．粉尘发生爆炸必备的条件：a可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度——爆炸浓度最低可燃物浓度－爆炸浓度下限爆炸浓度上限小于下限或大于上限，粉尘均不会爆炸，实际很少涉及上限，对同一种类的可燃粉尘，其粒径越小，比表面积越大，粉尘和空气的湿度越小，则爆炸危险性越大。b存在能量足够的火源措施：及时清理沉积的粉尘是预防爆炸的重要措施。第三节净化装置的性能一处理气体流量NQ：除尘装置在单位时间内所能处理的含尘气体的流量NQ=（NQ1＋NQ2）/2（m3/s）由于实际运行的除尘装置本身不严密漏风，进出口气体流量往往不一致，通常用两者的平均值作为除尘装置处理气体的流量漏风率δ：δ=（NQ1－NQ2）/NQ1×100%二压力损失（或阻力）：表示净化装置能耗大小的技术指标△P=设备进出口气流全压之差；——压力损失系数，V1——进口流速，m/s，——气体密度，kg/m3；影响因素：设备的种类、结构、进口处的动压希望压力损失越小越好，多数除尘装置的压力损失2kpa；△P500pa低阻除尘器△P=500～2000pa中阻除尘器△P=2000～20000pa高阻除尘器；三总净化效率的表示方法：表示装置净化污染物有效果的重要技术指标——除尘效率进口：气体流量Q1N（m3N/s）污染物流量S1（g/s）污染物浓度1N(g/m3N)出口：Q2N（m3N/s）S2（g/s）2N(g/m3N)捕集：污染物流量S3（g/s）关系：S1=S2+S3S1=Q1N×1N,S2=Q2N×2N。a总净化效率21(Pa)2vP大气污染控制工程讲义６１在同一时间内，净化装置去除的污染物与进入装置的污染物数量之比；13SS①质量法：称重S1、S2，用于实验室，结果准确；②浓度法：同时测除尘器前后的空气含尘浓度，由于含尘气体在管道内的分布既不均匀，也不稳定，故得准备结果较困难；对②讨论：若装置不漏气，则Q1N=Q2N，NN121若装置漏气，则由NNNNNQQQQQ121211，)1(12NNQQ则)1(112NNb通过率：净化效率很高成为说明污染物的排放率低举例：两台除尘装置，除尘效率分别为99.9%和99.0%，多了0.9%，通过率则为0.1%和1.0%，P为10倍，说明：从第2台排放到大气中的粉尘量是第1台的10倍，从环保角度看，用P直观c分级除尘效率：除尘装置对某一粒径dpi或粒径间隔dpi～dpi+△dpi内粉尘的除尘效率，简称分级效率，用i表示，设除尘器进口、出口和捕集的dpi颗粒质量流量分别为S1i、S2i、S3i；分割粒径dc－除尘效率为50％时所对应的粒径四分级效率与总效率的关系1）由总效率求分级效率设除尘器进口、出口和捕集的粉尘的质量频率分别为g1i、g2i、g3i；则333222111,,ssgssgssgiiiiii；S1i=S2i+S3i=iiss13①②连立①②式得g1i=g3i+pg2i,再代入①式得22N2N11N2N11SQSQ22N2N11N1N1SQPSQ32111iiiiiSSSS333112221112311/iiiiiiiiiiiiiSggSggSggPSggPgg大气污染控制工程讲义６２③2）由分级效率求总效率由①式iiigg13得iiigg31，两边对各种粒径间隔求和，iiigg31得（13ig）五多级串联的总净化效率