第5章 颗粒污染物控制技术基础讲授人：彭艳1教学内容 w1粉尘的粒径及粒径分布 w2粉尘的物理性质 w3净化装置的性能 w4颗粒捕集理论基础第5章 颗粒污染物控制技术基础2w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。以后各章将介绍颗粒物的处理方法。w气溶胶（Aeropal）是非均相污染物，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。第5章 颗粒污染物控制技术基础3依据：气、固、液体粒子在物理性质上的 差异将其分离。w机械法：利用重力、惯性力、离心力分离。 w过滤介质分离：利用粒子的尺寸、重量 较气 体分子大 分离。 w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。 w电除尘：利用荷电性、静电力分离。等等。第5章 颗粒污染物控制技术基础41颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径 w定义：在实际中，因颗粒大小、形状各异，故表示方 法有所不同。 w一般分为两类： w单一粒径：单个粒子的直径； w平均粒径：粒子群的直径。球形颗粒：d=直径单一粒径分成 投影径非球形颗粒： 几何当量径物理当量径51颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径（1）显微镜法w定向直径dF，也称菲雷特（Feret 直径）：为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度w定向面积等分直径dM，也称马丁（Martin直径）：为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w投影面积直径dA，也称黑乌德（Heywood直径）：为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6一、颗粒的直径（2）筛分法w筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的 宽度 w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 w等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的 直径7一、颗粒的直径（4）沉降法 w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 w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。8一、颗粒的直径w粒径的测定结果与颗粒的形状有关w通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度w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s（ s1时，近似于对数正态分布；n3时，更 适合于正态分布272 粉尘的物理性质w一、粉尘的密度 w单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3n粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙真密度n用堆积体积计算堆积密度n空隙率粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比28二、粉尘的安息角与滑动角w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w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w安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标w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29三、粉尘的比表面积w单位体积粉尘所具有的表面积w以质量表示的比表面积w以堆积体积表示的比表面积30四、粉尘的含水率w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w含水率水分质量与粉尘总质量之比w含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性w吸湿现象w平衡含水率31五、粉尘的润湿性w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w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。w粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降w润湿速度w润湿性是选择湿式除尘器的主要依据32六、粉尘的荷电性和导电性1.粉尘的荷电性n天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷n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n天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1/10n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33六、粉尘的荷电性和导电性粉尘的导电性n比电阻n导电机制：w高温（200oC以上），粉尘本体内部的电子和离子体积比电阻w低温（100oC以下），粉尘表面吸附的水分或其他化学物质表面比电阻w中间温度，同时起作用n比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围104101034七、粉尘的粘附性w粘附和自粘现象w粘附力附着的强度，即克服附着现象所需要的力w粘附力：分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）w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w分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性w粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性35八、粉尘的自燃性和爆炸性w1.粉尘的自燃性n自燃n自然发热的原因氧化热、分解热、聚合热、发酵热n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362.粉尘的爆炸性w粉尘发生爆炸必备的条件：n可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的 浓度w最低可燃物浓度爆炸浓度下限w爆炸浓度上限n存在能量足够的火源37小结 2粉尘的物理性质w粉尘的密度 w粉尘的安息角与滑动角 w粉尘的比表面积 w粉尘的含水率 w粉尘的润湿性 w粉尘的荷电性和导电性 w粉尘的粘附性 w粉尘的自燃性和爆炸性383 净化装置的性能w一、评价净化装置性能的指标1.技术指标w处理气体流量w净化效率w压力损失2.经济指标w设备费w运行费w占地面积39一、净化装置技术性能的表示方法w1.处理气体流量处理气体能力大小的指标n漏风率w2.净化效率 w3.压力损失40二.净化效率的表示方法w1.总净化效率w2.通过率w3.分级除尘效率w分割粒径除尘效率为50的粒径414.分级效率与总效率的关系w（1）由总效率求分级效率w（2）由分级效率求总效率425.多级串联的总净化效率w总分级通过率w总分级效率w总除尘效率434 颗粒捕集的理论基础w对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气 流中分离w颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力 、颗粒间相互作用力n外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热 力、泳力等n颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略44一、流体阻力w流体阻力形状阻力摩擦阻力 w阻力的方向和速度向量方向相反45一、流体阻力w流体阻力与雷诺数的函数关系46一、流体阻力w颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动 坎宁汉修正47二、阻力导致的减速运动w根据牛顿第二定律w若仅考虑Stokes区域w积分得w速度由u0减速到u所迁移的距离 w若引入坎宁汉修正系数C w停止距离驰豫时间或松弛时间48三、重力沉降w力平衡关系wStokes颗粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影响）w湍流过渡区w牛顿区 Stokes直径w空气动力学直径49四、离心沉降w力平衡关系wStokes颗粒的末端沉降速度50五、静电沉降w力平衡关系w静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用 表示， 对于Stokes粒子：51六、惯性沉降w颗粒接近靶时的运动情况521.惯性碰撞w惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素n气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量n颗粒运动轨迹，用Stokes数描述n颗粒对捕集体的附着，通常假定为100531.惯性碰撞w惯性碰撞分级 效率与 的关 系542.拦截w直接拦截发生在颗粒距捕集体dp/2的距离内 w拦截效率用直接拦截比R表示w对于惯性大的颗粒 w对于惯性小的颗粒55七、扩散沉降w1.扩散系数和均方根位移n颗粒的扩散类似于气体分子的扩散n对于粒径约等于或大于气体分子平均自由程的颗粒n对于粒径大于分子但小于气体平均自由程的颗粒n布朗扩散作用对于小粒子的捕集影响较大n颗粒的均方根位移（时间t秒钟）56七、扩散沉降w标准状态下布朗扩散平均位移与重力沉降的比较57七、扩散沉降效率w扩散沉降效率取决于皮克莱数Pe和雷诺数ReDw粘性流单个圆柱体的效率w势流单个圆柱体效率w孤立球形捕集体w从理论上讲， 是可能的582.扩散沉降效率w惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较59本章小结w理解和掌握颗粒物的粒径分布 w理解和掌握颗粒物的物理性质 w掌握评价净化装置性能的技术指标 w理解和掌握颗粒物捕集的动力学理论基础。作业题P158-160 1.3.5.960