环境工程颗粒污染物控制技术基础.ppt

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1、第第5 5章章 颗粒污染物控制技术基础颗粒污染物控制技术基础1教学内容教学内容1 1粉尘的粒径及粒径分布粉尘的粒径及粒径分布2粉尘的物理性质粉尘的物理性质3净化装置的性能净化装置的性能4颗粒捕集理论基础颗粒捕集理论基础第第5章章 颗粒污染物控制技术基础颗粒污染物控制技术基础21颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径单一粒径：代表单个粒子大小的直径；平均粒径：由不同大小的颗粒组成的粒子群的直径。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31颗粒的粒径及粒径分布（一）、颗粒的粒径-单一粒径1.投影径-颗粒在显微镜下观察到的粒径 （1）面积等分径dM，也称马丁（Mart

2、in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.其与所取的方向有关，常采用与底边平行的线作为粒径。（2）定向径dF，也称菲雷特（Feret 直径）-为各颗粒在投影图中同一方向上两平行切线间的距离，可取任意方向，通常取与底边平行的线。41颗粒的粒径及粒径分布（一）、颗粒的粒径-单一粒径1.投影径-颗粒在显微镜下观察到的粒径长径，不考虑方向的最长径。短径，不考虑方向的最短径。5一、颗粒的直径显微镜法观测粒径直径的三种方法a-定向直径定向直径b-定向面积等分直径定向面积等分直径c-投影面积直径投影面积直径6一、颗粒的直径2.几何当量径-与颗粒的某一几何量（面积、体积等）相等的球

3、形颗粒的直径。等投影面积径dA：与颗粒投影面积相同的某一圆面积的直径。等体积径dV：与颗粒体积相等的球体的直径等表面积径ds：与颗粒外表面积相同的某一圆球的直径。体积表面积平均径de：颗粒体积与表面积之比相同的圆球的直径。7一、颗粒的直径3.物理当量径-与颗粒的某一物理量相等的球形颗粒的直径自由沉降径dl：特定气体中，在重力作用下，密度相同的颗粒因自由沉降所达到的末速度与球形颗粒所达到的末速度相同时球形颗粒的直径。空气动力径da：在静止的空气中，颗粒沉降速度与单位密度（1g/cm3）的球体的沉降速度相等的圆球直径。8一、颗粒的直径3.物理当量径斯托克斯（Stokes）直径dst：在层流区内（对

4、颗粒的雷诺数Re2.0）的空气动力径，即同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径9一、颗粒的直径4.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（25.4mm）长度上筛孔的个数3.物理当量径物理当量径（4）分割粒径：）分割粒径：分级效率为分级效率为50%时颗粒的直径。表示除尘器性能。时颗粒的直径。表示除尘器性能。10一、颗粒的直径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s（s1）正立方体s0.806，圆柱体s2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)11一、颗粒的直径某些颗粒

5、的圆球度12（二）、平均粒径 对于一个由大小和形状不相同的粒子组成的实际粒子群与一个由均一的球形粒子组成的假想粒子群相比，若两者的粒径全长相同，则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径。13(nd)d1,n1,d2,n2图图（2-2）关于粒子群的全长）关于粒子群的全长14（二）平均粒径长度平均直径表面积平均直径体积平均直径体积表面积平均直径pLp iiiiinddf dn2p1/22 1/2Sp()iiiiin ddf dn3p1/33 1/3Vp()iiiiinddf dn33ppSV22ppiiiiiiiindf ddndf d15（二）、平均粒径（二）、平均粒径各种方法计算的平均粒径，

6、数值相差很大。各种方法计算的平均粒径，数值相差很大。一般顺序：一般顺序：d1dsdvd2d31时，近似于对数正态分布；时，近似于对数正态分布；n3时，时，更适合于正态分布更适合于正态分布p1lgln()lglg1ndG3839402 粉尘的物理性质一、粉尘的密度单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙真密度用堆积体积计算堆积密度空隙率粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比，粉尘越细，吸附的空气越多，越大。真密度用于研究尘粒在气体中的运动、分离和去除等，堆积密度用于仓储和灰斗设计。bp(1)bp4142二、粉尘的安息角与滑动角安息角：粉尘从漏斗连续落下自然

7、堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角,一般为35-55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,一般为40-55安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标。安息角越小，粉尘流动性越好。是设计除尘器灰斗锥度，除尘管路或输灰管路倾斜度的重要依据。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。粒径越小，安息角越大。4344三、粉尘的比表面积三、粉尘的比表面积单位体积粉尘所具有的表面积单位体积粉尘所具有的表面积以质量表示的比表面积以质量表示的比表面积以堆积体积表示的比表面积以堆积体积表示的比表面积23VSV6(cm/cm)SSVd2

8、mppSV6(cm/g)SSVd23bVSV(1)6(1)(1)(cm/cm)SSSVd45四、粉尘的含水率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，结晶水不作为粉尘水分的范围。含水率水分质量与粉尘总质量之比含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性吸湿现象：粉尘从周围空气中吸收水分的能力。平衡含水率:气体的每一相对湿度，都对应粉尘的一定含水率，称为平衡含水率 46四、粉尘的含水率粉尘含水率增加对下列特性有哪些影响？粉尘含水率增加对下列特性有哪些影响？（1）粘性）粘性（2）导电性）导电性（3）腐蚀性）腐蚀性（4）流动性）流动性47四、粉尘的含水率4

9、8五、粉尘的润湿性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润湿性是选择湿式除尘器的主要依据润湿性粉尘：与液体接触后，接触面能扩大而相互附着的粉尘。非润湿性粉尘：与液体接触后，接触面趋于缩小不能附着的粉尘。4950五、粉尘的润湿性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。一般酒精和煤油比水对粉尘润湿性好；颗粒球度越大、粒径越小，则润湿性越差；温度增加、压力减小都能降低粉尘的润湿性。某些细粉尘，特别是粒径小于 1mm 的粉尘很难被水润湿 润湿速度2020(mm/min)20Lv

10、51五、粉尘的润湿性52根据粉尘润湿速度，可以将粉尘分成根据粉尘润湿速度，可以将粉尘分成绝对憎水、绝对憎水、憎水、中等亲水和强亲水憎水、中等亲水和强亲水四类：四类：五、粉尘的润湿性53五、粉尘的润湿性54六、粉尘的荷电性和导电性1.粉尘的荷电性粉尘的荷电性粉尘的荷电性粉尘的荷电性即粉尘带电量大小，它对除尘过程有重要意义，即粉尘带电量大小，它对除尘过程有重要意义，电电除尘器除尘器就通过粉尘荷电而将其捕集，袋式除尘器和湿式除尘器也就通过粉尘荷电而将其捕集，袋式除尘器和湿式除尘器也可以利用粉尘或液滴荷电而增加捕集效率。可以利用粉尘或液滴荷电而增加捕集效率。天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷天然粉

11、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、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，且与化学组成有关组成有关5556六、粉尘的荷电性和导电性粉尘的导电性比电阻导电机制：高温（200oC以上），粉尘本体内部的电子和离子体积比电阻低温（100oC以下），粉尘表面吸附的

12、水分或其他化学物质中的离子表面比电阻中间温度，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1041010d (cm)Vjcm57六、粉尘的导电性和荷电性典型温度比电阻曲线58七、粉尘的粘附性粘附：粉尘颗粒附着在固体表面上或颗粒彼此相互粘附：粉尘颗粒附着在固体表面上或颗粒彼此相互附着的现象。附着的现象。粘附力克服附着现象所需要的力粘附力克服附着现象所需要的力粘附力：粘附力：分子力（范德华力）、毛细力、静电力分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）（库仑力）断裂强度断裂强度表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂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所需的力除以其断裂

13、的接触面积分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性粘附性59七、粉尘的粘附性60八粉尘的自燃性和爆炸性1.粉尘的自燃性在确定除尘设备清灰时间以及灰尘存放方式时，需要考虑粉尘的自燃性和爆炸性。自燃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612.粉尘的爆炸性粉尘的爆炸性粉尘发生爆炸必备的条件：粉尘发生爆炸必备的条件：可燃物与空气或氧气构成的

14、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低可燃物浓度爆炸浓度下限爆炸浓度上限爆炸浓度上限存在能量足够的火源存在能量足够的火源6263643 净化装置的性能一、评价净化装置性能的指标1.技术指标处理气体流量净化效率压力损失2.经济指标设备费运行费占地面积65一、净化装置技术性能的表示方法1.处理气体流量(除尘器结构及除尘过程)漏风率2.净化效率3.压力损失1N3N2NN1()(m/s)2QQQ1N2N1N100 (%)QQQ21 (Pa)2vP66二.净化效率的表示方法1.总净化效率2.通过率3.分级除尘效率分割粒径dc除尘效率为50的

15、粒径22N2N11N2N11 SQSQ22N2N11N1N1SQPSQ32111iiiiiSSSS67 4.分级效率与总效率的关系（1）由总效率求分级效率（2）由分级效率求总效率333112221112311/iiiiiiiiiiiiiS ggS ggS ggPS ggPgg1111p00ddiiiiigGqd685.多级串联的总净化效率总分级通过率总分级效率总除尘效率12iTiiinPP PP1211(1)(1)(1)iTiTiiinP 121(1)(1)(1)Tn 694 颗粒捕集的理论基础（可以不讲）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捕集过程中需要考虑的作用力：外

16、力、流体阻力、颗粒间相互作用力外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略70一、流体阻力流体阻力形状阻力摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反 2DDpDpp1 (N)2()pFC AuduCf ReRe71一、流体阻力流体阻力与雷诺数的函数关系 72一、流体阻力 pDpDp241 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）73一、流体阻力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pDp31.1011.257 0.400exp()2/8 (m),(m/s)0.499 其中努森数d uFCCKnKndKnRTvMv74二、阻力导致的减速运动若仅考虑Stokes区域驰豫时间或松弛时间驰豫时间或松弛时间322pppDD2Dppd6d42d3 d4 即dduuFCtuuCtd2Pp2Ppd18 d18 其中duuutd75二、阻力导致的减速运动速度由u0减速到u所迁移的距离若引入坎宁汉修正系数