1、第五章第五章 顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ) 5.1 5.1 顆粒的粒徑及粒徑分布顆粒的粒徑及粒徑分布 5.2 5.2 粉塵的物理性質(zhì)粉塵的物理性質(zhì) 5.3 5.3 凈化裝置的性能凈化裝置的性能 5.4 5.4 顆粒捕集理論基礎(chǔ)顆粒捕集理論基礎(chǔ)5.1 5.1 顆粒的粒徑及粒徑分布顆粒的粒徑及粒徑分布 5.1.1 5.1.1 顆粒的粒徑顆粒的粒徑粒徑粒徑：顆粒的直徑，用以表征顆粒大小的代表性尺寸：顆粒的直徑，用以表征顆粒大小的代表性尺寸1 1）定向直徑）定向直徑d dF F，也稱，也稱FeretFeret直徑，為各顆粒在投影圖中同一方向上直徑，為各顆粒在投影圖中同一方向上的最大投影

2、長度；的最大投影長度；2 2）定向面積等分直徑）定向面積等分直徑d dM M，也稱，也稱MartinMartin直徑，為各顆粒在投影圖中按直徑，為各顆粒在投影圖中按同一方向?qū)⑼队懊娣e二等分的線段長度；同一方向?qū)⑼队懊娣e二等分的線段長度；3 3）投影面積直徑）投影面積直徑d dA A，也稱，也稱HeywoodHeywood直徑，為與顆粒投影面積相等的直徑，為與顆粒投影面積相等的圓的直徑，圓的直徑，d dA A=(4A/)=(4A/)1/21/2上述直徑是用顯微鏡法觀測得到，一般上述直徑是用顯微鏡法觀測得到，一般d dM M d dA A d 11時(shí)，近似于對數(shù)正態(tài)分布；時(shí)，近似于對數(shù)正態(tài)分布；n

3、 n33時(shí)，更適合于正時(shí)，更適合于正態(tài)分布態(tài)分布p1lgln()lglg1ndG 5.2.1 5.2.1 粉塵的密度粉塵的密度 單位體積粉塵的質(zhì)量稱為粉塵的密度，單位單位體積粉塵的質(zhì)量稱為粉塵的密度，單位kg/mkg/m3 3，或或g/mg/m3 3； 真密度真密度p p：根據(jù)粉塵自身真實(shí)體積（凈體積）計(jì)算：根據(jù)粉塵自身真實(shí)體積（凈體積）計(jì)算的密度；的密度； 堆積密度堆積密度b b：根據(jù)粉塵堆積體積計(jì)算的密度；：根據(jù)粉塵堆積體積計(jì)算的密度； 空隙率空隙率：粉體顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積粉：粉體顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積粉體的總體積之比；體的總體積之比； pb 15.2 5.2 粉塵的物理性

4、質(zhì)粉塵的物理性質(zhì) 5.2.2 5.2.2 粉塵的安息角與滑動角粉塵的安息角與滑動角 安息角安息角：粉塵從漏斗連續(xù)落到水平面上，自然堆積：粉塵從漏斗連續(xù)落到水平面上，自然堆積成一個(gè)圓錐體，圓錐體母線與水平面的夾角即為安成一個(gè)圓錐體，圓錐體母線與水平面的夾角即為安息角，也稱移動安息角、休止角或堆積角，一般為息角，也稱移動安息角、休止角或堆積角，一般為35355555； 滑動角滑動角：自然堆放在光滑平板上的粉塵，隨平板做：自然堆放在光滑平板上的粉塵，隨平板做傾斜運(yùn)動時(shí)，粉塵開始發(fā)生滑動時(shí)的平板傾斜角，傾斜運(yùn)動時(shí)，粉塵開始發(fā)生滑動時(shí)的平板傾斜角，一般為一般為40405555； 影響粉塵安息角和滑動角的

5、因素主要有：粉塵粒徑、影響粉塵安息角和滑動角的因素主要有：粉塵粒徑、含水率、顆粒形狀、顆粒表面光滑程度。含水率、顆粒形狀、顆粒表面光滑程度。 5.2.3 5.2.3 粉塵的比表面積粉塵的比表面積 1 1）以粉塵自身體積表示的比表面積）以粉塵自身體積表示的比表面積S SV V 2 2）以粉塵質(zhì)量表示的比表面積）以粉塵質(zhì)量表示的比表面積S Sm m 3 3）以粉塵堆積體積表示的比表面積）以粉塵堆積體積表示的比表面積S Sb b)/(632cmcmdVSSSVV )/(62gcmdVSSSVppm )/(16)1(132cmcmdSVSSSVVb 5.2.4 5.2.4 粉塵的含水率粉塵的含水率 粉

6、塵含有的水分包括兩部分：附著在顆粒表面上的粉塵含有的水分包括兩部分：附著在顆粒表面上的和包含在凹坑處與細(xì)孔中的自由水分及緊密結(jié)合在和包含在凹坑處與細(xì)孔中的自由水分及緊密結(jié)合在顆粒內(nèi)部的結(jié)合水分。顆粒內(nèi)部的結(jié)合水分。 粉塵的含水率以粉塵的含水率以W W表示，指粉塵中所含水分質(zhì)量與表示，指粉塵中所含水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量（包括干粉塵與水分）之比。粉塵總質(zhì)量（包括干粉塵與水分）之比。 測定粉塵含水量的方法很多，最基本的方法是在恒測定粉塵含水量的方法很多，最基本的方法是在恒溫烘箱中（溫烘箱中（105105下）干燥稱重的方法。下）干燥稱重的方法。 干燥操作可以除去自由水分和部分結(jié)合水分，其余干燥操作可以除

7、去自由水分和部分結(jié)合水分，其余部分作為平衡水分殘留，其數(shù)量隨干燥條件而變化。部分作為平衡水分殘留，其數(shù)量隨干燥條件而變化。工業(yè)測定的水分，是指總水分與平衡水分之差。工業(yè)測定的水分，是指總水分與平衡水分之差。 5.2.5 5.2.5 粉塵的潤濕性粉塵的潤濕性 粉塵顆粒與液體接觸后能否相互附著或附著難易程度的粉塵顆粒與液體接觸后能否相互附著或附著難易程度的性質(zhì)稱為粉塵的潤濕性。性質(zhì)稱為粉塵的潤濕性。 粉塵的潤濕性與粉塵的種類、粒徑和形狀、生成條件、粉塵的潤濕性與粉塵的種類、粒徑和形狀、生成條件、組分、溫度、含水率、表面粗糙度及荷電性等性質(zhì)有關(guān)。組分、溫度、含水率、表面粗糙度及荷電性等性質(zhì)有關(guān)。 粉

8、塵的潤濕速度：潤濕時(shí)間為粉塵的潤濕速度：潤濕時(shí)間為20min20min時(shí)，試管中粉塵的潤時(shí)，試管中粉塵的潤濕高度濕高度L L2020 。即。即 粉塵的潤濕性是選用濕式除塵器的主要依據(jù)。粉塵的潤濕性是選用濕式除塵器的主要依據(jù)。min)/(202020mmL 5.2.6 5.2.6 粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的荷電性和導(dǎo)電性 5.2.6.1 5.2.6.1 粉塵的荷電性粉塵的荷電性 粉塵在產(chǎn)生或運(yùn)動過程中，由于碰撞、摩擦或粉塵在產(chǎn)生或運(yùn)動過程中，由于碰撞、摩擦或其它原因而帶有一定電荷的性質(zhì)，稱為荷電性。其它原因而帶有一定電荷的性質(zhì)，稱為荷電性。 粉塵荷電后，將改變其某些物理特性，如凝聚粉塵荷電后，將

9、改變其某些物理特性，如凝聚性、附著性及其在氣體中的穩(wěn)定性等，同時(shí)對性、附著性及其在氣體中的穩(wěn)定性等，同時(shí)對人體的危害也將增強(qiáng)。人體的危害也將增強(qiáng)。 粉塵的荷電量隨溫度增高、表面積增大及含水粉塵的荷電量隨溫度增高、表面積增大及含水率減小而增加，還與其化學(xué)組成有關(guān)。率減小而增加，還與其化學(xué)組成有關(guān)。 5.2.6.2 5.2.6.2 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 粉塵的導(dǎo)電性常用粉塵的導(dǎo)電性常用比電阻比電阻（電阻率）（電阻率）d d表示表示 粉塵導(dǎo)電的機(jī)制有兩種：在高溫范圍（粉塵導(dǎo)電的機(jī)制有兩種：在高溫范圍（200200）內(nèi)，粉塵層）內(nèi)，粉塵層的導(dǎo)電主要靠粉塵本體內(nèi)部的電子或離子進(jìn)行，稱為容積導(dǎo)的導(dǎo)電主要靠粉塵本體

10、內(nèi)部的電子或離子進(jìn)行，稱為容積導(dǎo)電；在低溫范圍（電；在低溫范圍（100100）內(nèi)，粉塵的導(dǎo)電主要靠粉塵表面）內(nèi)，粉塵的導(dǎo)電主要靠粉塵表面吸附的水分或其它化學(xué)物質(zhì)中的離子進(jìn)行，稱為表面導(dǎo)電。吸附的水分或其它化學(xué)物質(zhì)中的離子進(jìn)行，稱為表面導(dǎo)電。粉塵比電阻是這兩種導(dǎo)電機(jī)制得綜合表現(xiàn)。粉塵比電阻是這兩種導(dǎo)電機(jī)制得綜合表現(xiàn)。 在高溫范圍內(nèi)，粉塵比電阻隨溫度升高而降低，其大小取決在高溫范圍內(nèi)，粉塵比電阻隨溫度升高而降低，其大小取決于粉塵的化學(xué)組成；在低溫范圍，粉塵比電阻隨溫度升高而于粉塵的化學(xué)組成；在低溫范圍，粉塵比電阻隨溫度升高而增大，并隨氣體中水分和其它化學(xué)物質(zhì)的增加而降低增大，并隨氣體中水分和其它化

11、學(xué)物質(zhì)的增加而降低 jVd 典型溫度比電阻曲線典型溫度比電阻曲線溫度和相對濕度對粉塵比電阻的影響溫度和相對濕度對粉塵比電阻的影響 較為干燥的粉塵的比電阻在較為干燥的粉塵的比電阻在3000F3000F（420K420K）左右達(dá)到最大值）左右達(dá)到最大值 5.2.7 5.2.7 粉塵的粘附性粉塵的粘附性 粉塵附著在固體表面上，或粉塵顆粒彼此相互附著粉塵附著在固體表面上，或粉塵顆粒彼此相互附著（自粘）的現(xiàn)象稱為（自粘）的現(xiàn)象稱為粘附粘附。 克服附著現(xiàn)象所需要的力（垂直作用于顆粒重心上）克服附著現(xiàn)象所需要的力（垂直作用于顆粒重心上）稱為稱為粘附力粘附力。 粉塵顆粒之間的粘附力除化學(xué)粘附力外，可分為三種：

12、粉塵顆粒之間的粘附力除化學(xué)粘附力外，可分為三種：分子力（范德華力）、毛細(xì)力和靜電力（庫侖力）。分子力（范德華力）、毛細(xì)力和靜電力（庫侖力）。 通常用粉塵層的斷裂強(qiáng)度表征粉塵自粘性的大小。斷通常用粉塵層的斷裂強(qiáng)度表征粉塵自粘性的大小。斷裂強(qiáng)度等于粉塵層斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面裂強(qiáng)度等于粉塵層斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面積。積。 根據(jù)斷裂強(qiáng)度，可以將各種粉塵分為四類：不粘性、根據(jù)斷裂強(qiáng)度，可以將各種粉塵分為四類：不粘性、微粘性、中等粘性和強(qiáng)粘性。微粘性、中等粘性和強(qiáng)粘性。 5.2.8 5.2.8 粉塵的自燃性和爆炸性粉塵的自燃性和爆炸性 5.2.8.1 5.2.8.1 粉塵的自燃性粉塵的自

13、燃性 自燃自燃：粉塵在常溫下存放過程中自然發(fā)熱，熱量經(jīng)長時(shí)間累積，達(dá)到該粉塵的：粉塵在常溫下存放過程中自然發(fā)熱，熱量經(jīng)長時(shí)間累積，達(dá)到該粉塵的燃點(diǎn)而引起燃燒的現(xiàn)象。燃點(diǎn)而引起燃燒的現(xiàn)象。 引起粉塵自燃的原因有：氧化熱、分解熱、聚合熱、發(fā)酵熱。引起粉塵自燃的原因有：氧化熱、分解熱、聚合熱、發(fā)酵熱。 不同粉塵的自燃溫度相差很大。不同粉塵的自燃溫度相差很大。 影響粉塵自燃的因素，包括粉塵本身的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)組成、粉塵的存在狀態(tài)影響粉塵自燃的因素，包括粉塵本身的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)組成、粉塵的存在狀態(tài)和環(huán)境等。和環(huán)境等。 5.2.8.2 5.2.8.2 粉塵的爆炸性粉塵的爆炸性 化學(xué)爆炸化學(xué)爆炸：由于可燃物

14、的劇烈氧化作用，在瞬間產(chǎn)生大量的熱量和燃燒產(chǎn)物，：由于可燃物的劇烈氧化作用，在瞬間產(chǎn)生大量的熱量和燃燒產(chǎn)物，在一定空間內(nèi)造成很高的溫度和壓力的現(xiàn)象。在一定空間內(nèi)造成很高的溫度和壓力的現(xiàn)象。 達(dá)成爆炸的條件：一是由可燃物與空氣或氧構(gòu)成的可燃混合物達(dá)到一定的濃度；達(dá)成爆炸的條件：一是由可燃物與空氣或氧構(gòu)成的可燃混合物達(dá)到一定的濃度；二是存在能量足夠的火源。二是存在能量足夠的火源。 只有可燃混合物中可燃物的濃度在一定范圍內(nèi)才可能發(fā)生爆炸。能引起爆炸的只有可燃混合物中可燃物的濃度在一定范圍內(nèi)才可能發(fā)生爆炸。能引起爆炸的最低可燃混合物濃度稱為爆炸濃度下限；最高可燃物濃度稱為爆炸濃度上限。最低可燃混合物濃

15、度稱為爆炸濃度下限；最高可燃物濃度稱為爆炸濃度上限。可燃物濃度低于爆炸濃度下限或高于爆炸濃度上限，均無爆炸危險(xiǎn)?？扇嘉餄舛鹊陀诒舛认孪藁蚋哂诒舛壬舷?，均無爆炸危險(xiǎn)。 5.3.1 5.3.1 凈化裝置技術(shù)性能的表示方法凈化裝置技術(shù)性能的表示方法1 1）處理氣體流量）處理氣體流量2 2）凈化效率）凈化效率3 3）壓力損失）壓力損失 )/(21321smQQQNNNN (%)100121 NNNQQQ )(221PaP 5.3 5.3 凈化裝置的性能凈化裝置的性能 5.3.2 5.3.2 凈化效率的表示方法凈化效率的表示方法 5.3.2.1 5.3.2.1 總效率總效率同一時(shí)間內(nèi)凈化裝置去除

16、的污染物數(shù)量與進(jìn)入裝置的污染物數(shù)量之比。同一時(shí)間內(nèi)凈化裝置去除的污染物數(shù)量與進(jìn)入裝置的污染物數(shù)量之比。 5.3.2.2 5.3.2.2 通過率通過率 5.3.2.3 5.3.2.3 分級除塵效率分級除塵效率除塵裝置對某一粒徑或粒徑間隔內(nèi)粉塵的除塵效率，簡稱分級效率。除塵裝置對某一粒徑或粒徑間隔內(nèi)粉塵的除塵效率，簡稱分級效率。NNNNQQSSSS1122121311 1112212NNNNQQSSP 分割粒徑：分級效率等于分割粒徑：分級效率等于5050時(shí)所對應(yīng)的粒徑。時(shí)所對應(yīng)的粒徑。 5.3.2.4 5.3.2.4 分級效率與總除塵效率之間的關(guān)系分級效率與總除塵效率之間的關(guān)系 1 1）由總效率求

17、分級效率）由總效率求分級效率iiiiiSSSS12131 iiiiigggSgS131133 iiiiiggPgSgS12112211 iiigPg32/ 2 2）由分級效率求總除塵效率）由分級效率求總除塵效率 5.3.2.5 5.3.2.5 多級串聯(lián)運(yùn)行時(shí)的總凈化效率多級串聯(lián)運(yùn)行時(shí)的總凈化效率 iiig1 01101piiddqdG nT 111121 除塵機(jī)理除塵機(jī)理：將含塵氣體引入一種或幾種力作用的：將含塵氣體引入一種或幾種力作用的除塵器，使顆粒相對其運(yùn)載氣流產(chǎn)生一定的位移，除塵器，使顆粒相對其運(yùn)載氣流產(chǎn)生一定的位移，并從氣流中分離出來，最后沉降到捕集表面上。并從氣流中分離出來，最后沉降

18、到捕集表面上。 顆粒在捕集過程中的受力主要包括外力、流體阻顆粒在捕集過程中的受力主要包括外力、流體阻力和顆粒間的相互作用力。力和顆粒間的相互作用力。 外力：重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、外力：重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、熱力、泳力等等。熱力、泳力等等。5.4 5.4 顆粒捕集的理論基礎(chǔ)顆粒捕集的理論基礎(chǔ) 5.4.1 5.4.1 流體阻力流體阻力 5.4.1.1 5.4.1.1 計(jì)算公式計(jì)算公式 5.4.1.2 5.4.1.2 顆粒雷諾數(shù)與阻力系數(shù)的關(guān)系顆粒雷諾數(shù)與阻力系數(shù)的關(guān)系 1 1）ReRep p1 1時(shí)，顆粒運(yùn)動屬于層流狀態(tài)時(shí)，顆粒運(yùn)動屬于層流狀態(tài))(212NuACFpDD

19、 udpp RepDCRe24 udFpD 3 2 2）當(dāng)）當(dāng)1Re1Rep p500500時(shí)，顆粒運(yùn)動處于湍流過渡區(qū)時(shí)，顆粒運(yùn)動處于湍流過渡區(qū) 3 3）當(dāng)）當(dāng)500Re500Rep p2210105 5時(shí)，顆粒運(yùn)動處于湍流狀態(tài)，時(shí)，顆粒運(yùn)動處于湍流狀態(tài)，C CD D幾乎不幾乎不隨隨ReRep p變化，近似取變化，近似取C CD D0.440.44，此時(shí)，此時(shí) 5.4.1.3 5.4.1.3 坎寧漢（坎寧漢（CunninghamCunningham）修正）修正 當(dāng)顆粒尺寸小到與氣體分子平均自由程差不多時(shí)，顆粒與氣體當(dāng)顆粒尺寸小到與氣體分子平均自由程差不多時(shí)，顆粒與氣體分子之間會發(fā)生分子之間會發(fā)

20、生“滑動滑動”，即，即6.0Re5.18pDC )(055.022NudFpD CudFpD 3 5.4.2 阻力導(dǎo)致的減速運(yùn)動 若僅考慮Stokes區(qū)域 弛豫時(shí)間：由于流體阻力使顆粒速度減小為其初速度的1/e時(shí)所需的時(shí)間； 停止距離：由于流體阻力使顆粒作減速運(yùn)動，顆粒從開始運(yùn)動到停止之間遷移的距離。 若引入坎寧漢修正系數(shù)C CteCux /01 2Pp2Ppd18 d18 其中duuutd馳豫時(shí)間或松弛時(shí)間/00()(1e)txuuu 5.4.3 5.4.3 重力沉降重力沉降 1 1）重力沉降末速）重力沉降末速 對于小顆粒，必須考慮坎寧漢修正。不能確定顆粒運(yùn)動狀態(tài)時(shí)，對于小顆粒，必須考慮坎寧漢修正。不能確定顆粒運(yùn)動狀態(tài)時(shí)，可按照可按照StokesStokes公式計(jì)算出沉降末速和雷諾數(shù)，再加以確定。公式計(jì)算出沉降末速和雷諾數(shù)，再加以確定。 2 2）空氣動力學(xué)直徑與）空氣動力學(xué)直徑與StokesStokes直徑之間的關(guān)系直徑之間的關(guān)系 )/(182smgdupps 2/1 apsaCCdd 5.4.4 5.4.4 離心沉降離心沉降 5.4.5 5.4.5 靜電沉降靜電沉降 力平衡關(guān)系力平衡關(guān)系 靜電沉降的