颗粒污染物控制

第六章颗粒污染物控制烟尘（粉尘、烟、雾等）是指悬浮于空气中的微粒。在冶金、机械、建材、轻工、电力等许多行业的生产过程中，都会产生大量的烟尘，如果不采取有效的控制措施，将污染车间及大气环境人体健康和工农业生产造成极大的危害。烟尘的来源和危害烟尘的来源烟尘的来源主要有以下几个方面：1.各种物质的燃烧，如锅炉中煤炭的燃烧、木材和各种农作物的燃烧等；2.粉末物料的混合、筛分、包装、及运输等，如水泥的包装运输过程；3.固体物料的机械粉碎研磨，如破碎机、球磨机在破碎矿石和研磨煤粉的过程；4.物质加热时产生的蒸气在空气中凝结或被氧化的过程，如铸铜时产生的氧化锌固体微粒。5.固体表面加工过程，如砂轮机的磨光过程，抛光机的抛光过程室内空间也存在大量的污染机会室内空气污染•人类最重要的空间……室内空间成年人有70—80％的时间在室内，老弱病残者在室内的时间更多可达到90％以上。•在一般情况，室内环境空气的质量总是劣于室外的空气质量据世界卫生组织透露：室内的空气的质量及其污染程度对人类造成的危害，在某种程度上说，比室外污染的影响更严重。随着我国城镇家庭装修业的迅速发展，装修产生的室内环境污染问题日趋严重，在室内约可检测出300多种污染物，大约60％以上的人体疾病与空气污染有关。人类活动燃料燃烧及加热建筑材料及装饰材料室外来源家用电器•室内空气污染指由于室内引入能释放有害物质的污染源或室内空气通风不佳而导致室内空气中有害物质无论是从数量上还是种类上不断增加，并引起人的一系列不适症状的现象。•主要有颗粒物（烟雾、油烟）和气态污染物（甲醛、甲苯、二甲苯、NH3等）烟尘的扩散原理烟尘主要是依赖气流的运动来进行扩散的，烟尘从静止状态变成悬浮于周围空气的作用称为尘化作用。工业企业常见的几种尘化作用如下:1.剪切压缩造成的尘化作用筛分物料的振动筛上下振动时，使疏松的物料不断受挤压，物料间的烟尘随高速向外运动的气流一起逸出。2.诱导空气造成的尘化作用物体或块、粒状物料在空气中高速运动时，带动周围空气随其一起运动，这部分空气称为诱导空气。例如，砂轮磨光金属时，在砂轮高速旋转下甩出的金属屑会产生诱导空气，使磨削下来的细烟尘随其扩散。3.热气流上升造成的尘化作用由于一些产尘设备产生大量的热量，其表面的空气被加热而产生上升热气流，一些烟尘在上升热气流的作用下，会随着上升热气流一起运动，产生尘化作用。例如锅炉中煤炭的燃烧、炼钢电炉、加热炉以及金属浇铸等过程所引起的尘化作用。4.综合性尘化作用综合性尘化作用是指由剪切和诱导空气等几个因素共同作用的一种尘化作用。例如皮带运输机运输的粉料从高处下落到地面的过程。通常把尘粒由静止状态变为空气中浮游的尘化作用称为一次尘化作用，引起一次尘化作用的气流称为尘化气流。由于细小的烟尘本身没有独立运动能力，一次尘化作用带给烟尘的能量并不能使烟尘扩散飞扬，只能在局部地点造成空气污染。由于通风或冷热气流对流所形成的空间气流（称为二次气流），在局部地点带动含尘空气在整个车间内流动，造成烟尘进一步扩散。污染空气环境的主要原因是二次气流。二次气流速度越大，烟尘扩散越严重.烟尘的危害1.对人的危害烟尘的危害包括三个方面：①有毒烟尘引起中毒；烟尘的化学性质是危害人体的主要因素，有毒的金属烟尘（铬、锰、铅、汞、砷等）进入人体后，会引起中毒以至死亡。另外，这些物质进入肺部都能直接对肺部产生危害。②一般烟尘引起各种尘肺病；在有烟尘产生的生产过程中，无毒性烟尘对人体的主要危害是烟尘进入人体肺部后可能引起各种尘肺病。由各种生产性有害因素引起的职业病中，尘肺约占60％。还有一些物质本身并没有毒性，例如锌，但是其加热后形成的烟状氧化物可与人体内的蛋白质作用而引起发烧，发生所谓的铸造热病。烟尘中的有害化学因素为游离二氧化硅、硅酸盐等。根据接触不同成分和浓度的烟尘，尘肺又可分为矽肺（游离二氧化硅所致）、硅酸盐肺（如滑石肺、石棉肺，系硅酸盐所致）、煤肺（煤尘所致）、金属粉未沉着症、铸工尘肺、电焊工尘肺等。③有的烟尘(如硫化矿尘)引起皮肤炎。2.对环境的危害烟尘不仅会危害室内空气环境，如不加控制地排入大气，会造成大气污染，在更广阔的范围内破坏大气环境。3.对生产的危害烟尘对生产的影响主要是降低产品质量和机器工作精度。烟尘还使光照度和能见度降低，影响室内作业的视野，甚至诱发事故；有些烟尘如煤尘、铝尘和谷物烟尘在一定条件下会发生爆炸，造成经济损失和人员伤亡。影响烟尘危害大小的因素主要是其物理化学性质、粒径大小和浓度。防治措施多年的治理实践证明，在大多数情况下，单独依靠一种方法来控制有害物的危害，既不经济也很难能达到预期的效果，必须采取综合措施。1.改善能源结构。2.提高能源利用率和利用水平，改进工艺设备和生产操作方法，从根本上防止和减少有害物的产生3.采用通风和稀释等方法控制有害物浓度4.采用烟尘控制设备及措施控制烟尘排放5.建立严格的检查管理制度颗粒污染物治理技术针对颗粒污染物粒径性质，最常用的就是袋式除尘器（过滤）、旋风式除尘器（干法）、泡沫除尘器（湿法）、静电除尘等。袋式除尘器旋风除尘器静电除尘器湿法除尘器除尘装置的选择•烟尘的性质•处理气量•共存物质等其他因素•经济因素一、烟尘的粒径及分布1、烟尘的粒径烟尘颗粒的大小不同，不仅其化学性质有很大差异，而且对人体和生物带来不同的危害，对除尘器的性能影响各有不同。粒径分为：单一粒径—代表单个粒子的直径；平均粒径—代表各种不同大小的粒子的平均粒径。测定方法（1）用显微镜法观测颗粒（2）用筛分法测定（3）用光散射法测定（4）沉降法测定（5）分割粒径⑴单一粒径：离子的几何形状不规则，测定方法和应用不同，粒径的定义和表示方法也不相同。投影径、几何当量径、物理当量径p350～3511）投影径：投影径是用显微镜观测颗粒时所采用的粒径。（有五种表示方法：长径、短径、定向直径、定向面积等分径、圆等直径）2）几何当量径：取与颗粒的某一几何量（面积、体积）相同的球形颗粒的直径为其几何当量径。3）物理当量径：取与颗粒的某一物理量相同的球形颗粒的直径为颗粒的物理当量径。（如：空气动力学直径、斯托克斯径）空气动力学直径与被测尘粒在空气中沉降速度相同，密度为1g/cm3的球形粒子直径即为空气动力学直径，空气动力粒径与尘粒在流体中运动的动力特性密切相关，在除尘技术中应用最多。斯托克斯径是在层流区Re2.0的空气动力学直径。平均粒径nn21gddddnnddpnndd22333nndd名称计算公式物理意义应用范围几何平均粒径单一粒径的几何平均值粒径分布算术平均值单一粒径的算术平均值蒸发、各种粒径的比较平均平方根粒径将总面积除以总个数取其平方根吸收、吸附、能见度平均立方根粒径将总体积除以总个数取其立方根333nnddndnddsl223ndnddv名称计算公式物理意义应用范围平均立方根粒径将总体积除以总个数取其立方根面积长度平均径表面积总和除以直径的总和吸附体面积平均径全部粒子的体积除以总表面积传质、粒子充填层的流体阻力，充填材料的强度ad/16名称计算公式物理意义应用范围比表面积径由比表面积计算的粒径蒸发、分子扩散中位径d50粒径分布的累计值为50%时的粒径分离、分级装置性能的表示众径dd粒径分布中频度最高的粒径分割粒径d除尘过程中分级效率为50％时的粒径研究旋风除尘器和洗涤式除尘器的性能粉尘的粒径分布1、概念：粒径分布是指某种粉尘中，不同粒径的颗粒所占的比例，也称粉尘的分散度。2、表示形式：质量分布：用颗粒的质量分数来表示粒数分布：用颗粒的个数百分数来表示3、表示方法：列表法图示法函数法粉尘的粒径分布1.列表法（l）频率分布g（％）：粒径dp至dp±Δdp/2之间的尘样质量占尘样总质量的百分数（2）频率密度分布f（％·μm-1）：简称频度分布，粒径间隔宽度Δdp=1μm时尘样质量占尘样总质量的百分数（3）筛上累积频率分布R（%）：简称筛上累积分布。指大于某一粒径dp的全部颗粒质量占尘样总质量的百分数（4）筛下累积频率分布R（%）：与筛上累积分布相对应%100ommgpdgfmaxmaxmaxddpddpddpdpfdpdpggR2.图示法3.函数法（l）正态分布（或Gauss分布）正态分布函数：22pppdd21exp2100df正态分布曲线及特征数估计3.函数法（2）对数正态分布对数正态分布函数：2lnlnln21exp2ln100lnggpgpdddf对数正态分布曲线及特征数估计粉尘粒径分布的测定方法1.显微镜法：用放大率450~600倍的显微镜之下，对尘粒逐个测量，从而取得定向径、走向面积等分径等。用显微镜观测颗粒的直径2.筛分法：取100g尘样为标准，通过一套筛子进行筛分，按不同孔组上残留率进行计算，找出占总质量的百分数。3.库尔特计数器：使尘粒在电解介质中通过孔口，由于电阻的变化而引起的电压波动，其波动值与尘粒的体积成正比。特点：是细孔通过法中的一种，此法测得的是颗粒的球等直径。4.液体沉降法：根据不同大小颗粒在液体介质中的沉降速度各不相同这一原理而得出的。沉降曲线沉降天平法原理图沉降天平结构示意图l-称量盘，2-沉降瓶，3-天平横梁，4-光源，5-反光镜，6-光电二极管，7-放大镜，8-驱动装置，9-记录装置，10-加载装置4.液体沉降法：仪器分析结果部分显示5.气体沉降法：使尘粒在气体介质中进行沉降的测定方法。离心分级机带有一套节流片，可以改变分级机的风量。调节风量可以逐级吹出粉尘，使粉尘由细到粗逐渐分级。两次分级室内残留的粉尘质量差就是对应的尘粒粒径间隔之问的粉尘质量。计算粒径分布。离心分级机结构示意图l一带金属筛的试料容器，2一带调节螺钉的垂直遮板3一供料漏斗，4一小孔，5一旋转通道，6一气流出口7一分级室，8一节流，9一节流片，10一电机，11一圆柱状芯子，12一均流片，13一辐射叶片，14一上部边缘，15一保护圈二、烟尘的一般性质1、物理性质烟尘的密度—单位体积中烟尘的质量。ρp单位：kg/m3重度—单位体积烟尘所受的重力。rp=ρp·g真密度—将吸附在烟尘粒子表面及内部的空气排出后测得的烟尘的自身密度ρb。堆积密度—包含烟尘粒子之间气体空间在内的密度。ρbρp空隙率—将烟尘之间的空间体积与包含空间的烟尘总体积之比ε。ρb=（1-ε）ρp2、烟尘的比表面积定义:单位体积内的烟尘具有的总表面积cm2/cm3Пdp2(1-ε)6(1-ε)Sp==(1/6)Пdp3dp对于非球形粒子组成的烟尘6(1-ε)Sm=φmdpφm粒子群的形状系数φm=S/Sm细砂细煤粉烟灰纤维灰φm0.750.730.550.303、烟尘的含水量及润湿性①烟尘的含水量一般分为三类：a、自由水：附着在表面或包含在凹面细孔中的水分；b、结合水：紧密结合在粒子内部，用一般干燥方法不易全部去除的水分，c、化学结合水：是粒子的组成部分，如结晶水。干燥可以去除自由水和一部分结合水，其余部分作为平衡水分残留，其量随干燥条件而变。Ww含水率W%=×100%Ww+Wd②烟尘的润湿性烟尘粒子能否与液体相互附着的难易的性质称为烟尘的润湿性。当烟尘与液滴接触时，如果接触面能扩大而相互附着，就是能润湿；当接触面趋于缩小而不能附着，则是不能润湿。以其能否被水润湿的程度，可分为亲水烟尘和疏水烟尘。4、烟尘的荷电性及导电性①烟尘的荷电性烟尘在其生产过程中，由于相互碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电及接触带电等原因，总会带有一定的电荷，而改变其物理性质如凝聚性、附着性等。荷电性强的粒子对人体的危害有所增加。②烟尘的导电性烟尘的导电性不仅包括烟尘颗粒的容积导电，而且包括颗粒表面因吸附水分等形成的化学膜的表面导电。在低温条件下，T100℃,主要靠表面导电；高温条件下，T200℃,容积导电占主导，因此电导率与测定时的温度条件有关。粒子的比电阻在104-5×1010Ω˙cm一种物质的比电