1、第五章 颗粒污染物控制技术基础颗粒物污染控制理论基础除尘技术颗粒的物理特性颗粒的分离沉降和捕集除尘器除尘器的选择、设计和使用捕集理论n粉尘的粒径及粒径分布n粉尘的物理性质n净化装置的性能n颗粒捕集理论基础主主 要要 内内 容容第一节第一节 颗粒的粒径及粒径分布颗粒的粒径及粒径分布n一、颗粒的粒径1、粒径的测定方法：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/cm3）的球体的直径 n圆球度表示颗粒形状
2、与球形不一致的程度圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度n圆球度：与颗粒圆球度：与颗粒体积相等的球体体积相等的球体的表面积和颗粒的的表面积和颗粒的表表面积之比面积之比s（s1）n正立方体正立方体s0.806，圆柱体，圆柱体s2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)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。2、粒径的测定结果：与颗粒的形状有关圆球度n某些颗粒的圆球度二、粒径分布二、粒径分布n粒径分布定义：粒径分布定义：iiNinfn个数分布：质量分布：粒径分布1、个数分布（1）个数频率：第）个数频率：第i个间隔中的个间隔中的颗粒个数颗粒个数n
3、i与颗粒总数与颗粒总数ni之比之比Nif1并有：并有：不同粒径范围内颗粒的个数所占的比例。不同粒径范围内颗粒的质量所占的比例。除尘技术中多采用质量分布。小于第小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比iiifFiiiNinFnA、累积频率曲线可以求出任意粒径间隔的频率f或或并有：并有：NiNfF1（2）个数筛下累积频率：ababbaFFfab间隔的个数频率？B、类似：个数筛上累积频率（3）个数频率密度pp()d/dp dFd单位粒径间隔1m时的频率，简称个数频度。定义：定义：频度单位是？频度单位是？m-1是否为正态分布？是否为正态分布？pa
4、ppbpabappbddddFFddpFFabbadpddddFFf（4）粒数分布的测定及计算频度频度p 最大时对应的粒径，此时最大时对应的粒径，此时22ppdd0ddpFdd（5）粒数众径）粒数众径（6）粒数中位径）粒数中位径（NMD）累计频率累计频率F=0.5 时对应的粒径时对应的粒径颗粒具有相同密度、假设颗粒质量与粒径立方成正比，颗粒具有相同密度、假设颗粒质量与粒径立方成正比，粒数分布与质量分布可以相互换算粒数分布与质量分布可以相互换算Npiipiiiiidndnmmg332、质量分布133iiNiNpiiipiiiigGdndngGdpGddg（1）质量频率（2）质量筛下 累积频率（3
5、）质量频率密度（4）质量众径和质量中位径（MMD）类似个数分布133iiNiNpiiipiiiigGdndngG例：某种颗粒的原始个数分级数据如下表，计算该颗粒的个数分布数据和质量分布数据。（频率、筛下累计频率和频率密度）P133个数筛下累积频率曲线个数筛下累积频率曲线F质量筛下累积频率曲线质量筛下累积频率曲线G个数频度曲线个数频度曲线p质量频度曲线质量频度曲线q钟形钟形S形形质量分布q、G比个数分布p、F右移三、平均粒径三、平均粒径n众径和中位径 常用的平均粒径之一pLp iiiiinddf dn2p1/22 1/2Sp()iiiiinddf dn3p1/33 1/3Vp()iiiiindd
6、f dn33ppSV22ppiiiiiiiindf ddndf d表面积体积n体积表面积平均直径n体积平均直径n表面积平均直径n长度平均直径n几何平均直径几何平均直径n对于频率密度分布曲线对于频率密度分布曲线对称对称的分布，众径的分布，众径 、中位径、中位径 和算术平均直径和算术平均直径 相等相等3121/g123pg(.)lnexp()或 nnnNiiddddnddNdd50dLd四、粒径分布函数四、粒径分布函数n用一些半经验函数描述一定种类粉尘的粒径分布n如正态分布 (最简单的分布函数)频率密度筛下累积频率标准差2ppp2()1()exp22ddp dp2pppp20()1()expd22
7、dddF dd2pp1/2()1iin ddN（1）（2）累计频率曲线在正态概率坐标纸上为一条直线，其斜率取决于（3）p50dddd84.1505015.984.115.91()2dddddd正态分布函数很少用于描述粉尘的粒径分布，为什么？特点：正态分布的累积频率分布曲线因为大多数粉尘的频度曲线向大颗粒方向偏移第二节第二节 粉尘的物理性质粉尘的物理性质bp(1)bp单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3一、粉尘的密度真密度真密度 ：堆积密度堆积密度 ：粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙用堆积体积计算空隙率：空隙率：粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比两者的异同：真密度用于研究尘粒在气
8、体中的运动、分离、去除等；堆积密度用在贮仓或灰斗的容积确定等。二、粉尘的安息角与滑动角二、粉尘的安息角与滑动角安息角：滑动角：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，一般为3555。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，一般为4055 用途：是评价粉尘流动特性的重要指标；安息角小的粉尘，流动性好。影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性是设计除尘器灰斗的锥度及输灰管路倾斜度的主要依据 除尘设备灰斗的倾斜角应按粉尘滑动角考虑，一般不宜 小于55，以保证灰斗内粉尘自然卸出。几种粉尘的安息角：三、粉尘的比表面积三、粉尘的比表面
9、积n以质量表示的比表面积n以堆积体积表示的比表面积23VSV6(cm/cm)SSVd2mppSV6(cm/g)SSVd23bVSV(1)6(1)(1)(cm/cm)SSSVd单位体积粉尘所具有的表面积四、粉尘的含水率及润湿性四、粉尘的含水率及润湿性粉尘中的水分自由水分结合水分附着在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中颗粒内部含水率：含水率：水分质量与粉尘总质量之比。含水率的影响：含水率的影响：粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性化学结合水：颗粒的组成部分，不属于粉尘水分范畴。%100dwwWWWW润湿性定义：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润湿性是选择湿式除尘器的主要依据。粉尘
10、对水的润湿性：五、粉尘的荷电性和导电性五、粉尘的荷电性和导电性1、粉尘的荷电性荷电因素：电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被颗粒捕获、颗粒间碰撞摩擦产生静电。某些粉尘的天然电荷P147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，且与化学组成有关荷电量：粉尘荷电是电除尘器除尘的第一步。比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围1041010高温（200oC以上）：靠粉尘本体内部的电子和离子进行 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中间温度，表面比电阻中间温度：同时起作用d (cm)Vjcm2、粉尘的导电性
11、比电阻：比电阻：导电机制：导电机制：V：通过粉尘的电压j：通过粉尘的电流密度：粉尘层的厚度n典型温度比电阻曲线典型温度比电阻曲线六、粉尘的粘附性六、粉尘的粘附性粘附性定义：粉尘颗粒附着在固体表面上，或颗粒彼此相互附着的现象粘附和自粘粘附力：克服附着现象所需要的力分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）粘附性影响因素：粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量除尘系统中，尽量减少粉尘的粘附性。颗粒小含水率高荷电量大粗糙度大粘附性大七、粉尘的自燃性和爆炸性七、粉尘的自燃性和爆炸性自燃自燃自然原因自然原因：氧化热、分解热、聚合热、发酵热：氧化热、分解热、聚合热、发酵热影响因素影响因素：粉尘的结构和物
12、化特性、粉尘的存在状态和环境：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存放过程中自然发热热量积累热量积累达到燃点达到燃点燃烧燃烧1、粉尘的自燃性、粉尘的自燃性可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度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：爆炸浓度下限最高可燃物浓度：爆炸浓度上限存在能量足够的火源存在能量足够的火源爆炸：可燃物的剧烈氧化作用。发生爆炸必备的条件：发生爆炸必备的条件：第三节第三节 净化装置的性能净化装置的性能n评价净化装置性能的指标评价净化装置性能的指标技术指标技术指标处理气体流量处理气体流量净化效率净化效率压力损失压力损失经济指
13、标经济指标设备费设备费运行费运行费占地面积占地面积一、净化装置技术性能的表示方法一、净化装置技术性能的表示方法1N3N2NN1()(m/s)2QQQ1N2N1N100 (%)QQQn处理气体流量处理气体流量漏风率漏风率n压力损失压力损失21 (Pa)2vP压损系数压损系数进口气体流速进口气体流速Q1N进口气体流量Q2N出口进口气体二、净化效率的表示方法二、净化效率的表示方法n总净化效率总净化效率n通过率通过率n分级除尘效率分级除尘效率22N2N11N2N11 SQSQ22 N2 N11N1N1SQPSQ32111 iiiiiSSSSQ:气体流量气体流量 m3/sS：污染物流量：污染物流量 g/
14、s：污染物浓度：污染物浓度 g/m3g:粉尘质量频率粉尘质量频率 S=Q分割粒径分割粒径：除尘效率为：除尘效率为50的粒径的粒径分级效率与总效率的关系分级效率与总效率的关系n由总效率求分级效率由总效率求分级效率:n由分级效率求总效率由分级效率求总效率:333112221112311/iiiiiiiiiiiiiS ggS ggS ggPS ggPgg1111p00ddiiiiigGq d求和求和图解法或积分法图解法或积分法333112221112311/iiiiiiiiiiiiiS ggS ggS ggPS ggPgg333112221112311/iiiiiiiiiiiiiS ggS ggS
15、ggPS ggPgg1111p00ddiiiiigGq d累计分布函数分级效率与总效率的关系分级效率与总效率的关系多级串联运行的总净化效率多级串联运行的总净化效率n总分级通过率总分级通过率n总分级效率总分级效率n总除尘效率总除尘效率12iTiiinPP PP1211(1)(1)(1)iTiTiiinP 121(1)(1)(1)Tn 第四节第四节 颗粒捕集的理论基础颗粒捕集的理论基础外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等热力、泳力等流体阻力：最基本的作用力流体阻力：最基本的作用力颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以颗粒间相互作用力：颗粒浓
16、度不高时可以忽略忽略除尘机理：除尘机理：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颗粒受力：颗粒受力：一、流体阻力一、流体阻力n流体阻力形状阻力摩擦阻力n阻力的方向和速度向量方向相反 2DDpDpp1 (N)2()pFC AuduCf ReRepDpDp241 Stokes3 (N)ReCReFd u（层流）时 得到公式：pD0.6p18.51500 ReCRe湍流过渡区 pD22Dp500 0.440.055 ReCFd u湍流区（牛顿区）阻力大小：Ap：颗粒在其运动方向上 的投影面积Cd：阻力系数：流体密度 u:颗粒与流体相对运动速度颗粒雷诺数流体阻力流体阻力n流体阻力与雷诺数
17、的函数关系流体阻力与雷诺数的函数关系 层流区过渡区湍流区流体阻力修正：n颗粒尺寸与颗粒尺寸与气体平均自由程气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动接近时，颗粒发生滑动 坎宁汉修正坎宁汉修正pDp31.1011.2570.400exp()2/8 (m),(m/s)0.499 其中努森数d uFCCKnKndKnRTvMv气体平均自由程气体平均自由程数量级：数量级：10-8米米气体分子的算术气体分子的算术平均速度平均速度二、重力沉降二、重力沉降2pDGBp()6dFFFg2pps18dugCgC1.140.7140.714pps0.4280.2860.153()dgu1/2spp1.74()/udgss
18、p18udgC力平衡关系：阻力重力浮力2Pp2Ppd18 d18 其中duuutdStokes颗粒的重力沉降末端速度湍流过渡区湍流过渡区牛顿区牛顿区Stokes直径层流区层流区需要坎宁汉修正时才有C（忽略浮力影响）三、离心沉降三、离心沉降n力平衡关系力平衡关系Stokes颗粒的末端沉降速度颗粒的末端沉降速度23tDCpp6uFFdR22pptcc2tc18 其中duuCa CRuaRR旋转气流流线的半径utR处气流的切向速度四、静电沉降四、静电沉降n力平衡关系力平衡关系n静电沉降的末端速度习惯上称为静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度驱进速度，用，用 表示，表示，对于对于Stokes粒子：粒子
19、：DEFFqEp3qECd五、惯性沉降五、惯性沉降n颗粒接近靶时的运动情况颗粒接近靶时的运动情况六、扩散沉降六、扩散沉降捕集很小的颗粒，布朗扩散作用。比采用惯性沉降机制估计更有效。惯性碰撞惯性碰撞拦截拦截拦截随气流绕过能避开思考题思考题1、什么是、什么是斯托克斯（Stokes）直径？2、什么是个数（质量）频率、筛下累积频率、频度？3、真密度和堆积密度的区别?4、安息角和滑动角的概念？如何确定灰斗的倾斜角？5、比电阻对电除尘器运行的最适宜范围？粉尘导电机理？6、评价净化装置性能的指标有哪些？评价净化装置性能的指标有哪些？本本 章章 小小 结结1、粒径分布的含义和相关计算：、粒径分布的含义和相关计
20、算：个数频率分布，个数频度，个数筛下累积频率个数频率分布，个数频度，个数筛下累积频率 质量频率分布，质量频度，质量筛下累积频率质量频率分布，质量频度，质量筛下累积频率2、平均粒径平均粒径 众径，中位径众径，中位径 其他平均粒径其他平均粒径 （了解）了解）3、粒径分布函数、粒径分布函数 （了解）了解）了解三种粒径分布函数，以及对应的累积频率分布（直线）了解三种粒径分布函数，以及对应的累积频率分布（直线）4、粉尘的物理性质、粉尘的物理性质 理解粉尘的各种物理性质以及和除尘设备的关系理解粉尘的各种物理性质以及和除尘设备的关系（重点理解）（重点理解）（掌握）掌握）（掌握）（掌握）5、净化装置的性能、净化装置的性能 除尘效率计算除尘效率计算 （包括总除尘效率和分级（包括总除尘效率和分级 除尘效率以及两者换算）除尘效率以及两者换算）6、颗粒捕集的理论基础、颗粒捕集的理论基础 流体阻力，重力沉降，离心沉降、静电沉降的理论流体阻力，重力沉降，离心沉降、静电沉降的理论 及相关计算；及相关计算；（掌握）（掌握）惯性沉降与扩散沉降（掌握）（掌握）（理解）（理解）作业：作业：5.5，5.8，5.10
