颗粒污染物基础-大气污染控制工程-教学课件.ppt

1、5、颗粒污染物 控制技术基础 5.1 气溶胶颗粒的分类 按气溶胶颗粒的形成过程分类1机械分散系 固体经破碎、碾磨、筛分或液体经喷洒、雾化等机械过程所形成的，并悬浮于大气中的微粒称为机械分散系。固体粒径1m，液体粒径10m。2凝结分散系 液体经蒸发、高温燃烧或固体经升华形成的气态物，再经降温而凝结成固、液态悬浮的气溶胶称为凝结分散系。固体粒径lm，液体粒径50104160161756718661791034010000.1040.1600.1610.0750.0670.1860.0610.0790.1030.0040.0001.0046891014162035500.1040.2640.4250

2、.5000.5670.7530.8140.8930.9961.0001.0004221142415150.0260.0800.08050.0750.0670.04650.03050.01970.00680.00030.000算术平均粒径算术平均粒径d dL=11.8m m 中位粒径中位粒径 d50=9.0m m众径众径 dd=6.0m m 几何平均粒径几何平均粒径 dg=8.96m m（1）个数频率）个数频率 为第为第i个粒径间隔中的颗粒个数个粒径间隔中的颗粒个数ni与颗粒总个与颗粒总个数数ni之比（或百分比）之比（或百分比）1 iiiifnnf且有返回返回返回（2 2）个数筛下累积频率个数筛

3、下累积频率 为小于第为小于第i i个粒径间隔上限粒径的所有颗粒个个粒径间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比（或百分比）数与颗粒总个数之比（或百分比）（3 3）个数个数筛上累积频率筛上累积频率R R 将大于第将大于第i i个粒径间隔上限粒径的所有颗粒个个粒径间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比（或百分比）称为筛上累计数与颗粒总个数之比（或百分比）称为筛上累计分布频率。分布频率。1 1111NiNiiiNiiiifFfFnnF并有或者筛下累积频率分布分布曲线筛下累积频率分布分布曲线问题：已知筛下累积分布曲线，如左图所示，如何求粒径间隔2030 m的频率？个数中位径（个数中位径（NMDN

4、MD）：F=0.5F=0.5时对应的时对应的粒径，以粒径，以d d5050表示。表示。返回返回返回（4）个数频率密度个数频率密度 个数频率密度简称个数频度，定义式如下个数频率密度简称个数频度，定义式如下：频率密度可以理解为单位粒径间隔（即频率密度可以理解为单位粒径间隔（即1 m）时的频率。时的频率。按照按照pi对粒径间隔中值可以作出一条曲线，对粒径间隔中值可以作出一条曲线，称为频率密度分布曲线，简称频度分布曲线。称为频率密度分布曲线，简称频度分布曲线。piipiipppdfdFdpdddFdp)()(定义式个数频率密度分布曲线个数频率密度分布曲线问题：左图中的频度分布曲线出现了一个拐点（极值点

5、），这一点代表了什么含义？众径众径 d dd d022ppddFddddp二、粉尘粒子的质量分布 以颗粒个数给出的粒径分布数据，可以转换为以以颗粒个数给出的粒径分布数据，可以转换为以颗粒质量表示的粒径分级分布数据，或者进行相反颗粒质量表示的粒径分级分布数据，或者进行相反的换算。这样，类似于按个数分级数据所作的定义，的换算。这样，类似于按个数分级数据所作的定义，可以按质量分级给出频率、筛下累积频率和频率密可以按质量分级给出频率、筛下累积频率和频率密度的定义式：度的定义式：ppiiiiiidGdddGqgGmmg 1质量频率密度质量筛下累计频率质量频率质量中位径质量中位径（MMDMMD）质量众径质

6、量众径对于粒径连续分布的情况，存在几组关系对于粒径连续分布的情况，存在几组关系00%100pppdpdpddqRGdddRdddGqddqRddqGpp5.4 气溶胶颗粒粒径的分布函数 粒径分布函数是指粉尘的频率密度或者筛下累计粒径分布函数是指粉尘的频率密度或者筛下累计频率与粉尘粒径间的函数关系。频率与粉尘粒径间的函数关系。1.1.正态分布正态分布 正态分布也称高斯（正态分布也称高斯（GaussGauss）分布，其频率密）分布，其频率密度度p p（或（或q q）形式为：）形式为：222exp21pppdddp筛下累积频率筛下累积频率F（或（或G）可从上式积分得到）可从上式积分得到pppdpdd

7、dddFp2202exp21其中，其中，为标准偏差，为标准偏差，定义式为定义式为2/121Nddnppii 为算术平均粒径为算术平均粒径，定义式为定义式为pdNdndpiip 正态分布是最简单的函数形式，正态分布是最简单的函数形式，它的频率密它的频率密度度p p分布曲线是关于算术平均粒径的对称性钟形曲分布曲线是关于算术平均粒径的对称性钟形曲线，它的累积频率曲线在正态概率坐标纸上为一线，它的累积频率曲线在正态概率坐标纸上为一条直线，其斜率决定于标准差值。条直线，其斜率决定于标准差值。从曲线图（见从曲线图（见下一页）中可以查出，对应于下一页）中可以查出，对应于F F=15.87%=15.87%的粒

8、径的粒径d d15.8715.87，F=F=84.13%84.13%的粒径的粒径d d84.1384.13，以及，以及F F=50%=50%的中位的中位粒径粒径d d5050，则可以按下式计算出标准差：，则可以按下式计算出标准差：87.1513.8487.15505013.8421dddddd 正态分布函数很少用于描述粉尘的粒径分布，正态分布函数很少用于描述粉尘的粒径分布，正态分布函数可以用于描述单分散的实验粉尘、某正态分布函数可以用于描述单分散的实验粉尘、某些花粉和孢子以及专门制备的聚苯乙烯乳胶球等。些花粉和孢子以及专门制备的聚苯乙烯乳胶球等。正态概率坐标纸下的累积频率分布曲线（正态分布）正

9、态概率坐标纸下的累积频率分布曲线（正态分布）正态坐标正态坐标2 2对数正态分布对数正态分布 对数正态分布是最常用的粒径分布函数。对数正态分布是最常用的粒径分布函数。仿照仿照正态分布函数形式，可以给出对数正态分布的筛下正态分布函数形式，可以给出对数正态分布的筛下累积频率累积频率F F（或（或G G）的表达式）的表达式 pdggpgpdddddFplnln2/lnexpln21ln2频率密度频率密度p p（或（或q q）为）为 2ln2/lnexpln21ggpgppppdddddddFdp 式中式中dg为几何中位粒径，为几何中位粒径，g为几何标准差，为几何标准差，它们的定义分别为它们的定义分别为

10、Ndndpiiglnln2/121)/(lnlnNddngpiig 几何标准差几何标准差g g11，反映了粒径分布离散的程，反映了粒径分布离散的程度。当度。当g g=1=1时，说明粉尘是单分散的，即所有颗时，说明粉尘是单分散的，即所有颗粒的粒径相同。粒的粒径相同。对数正态分布的频率密度分布曲线对数正态分布的频率密度分布曲线对数坐标对数正态分布的累积频率分布曲线对数正态分布的累积频率分布曲线 这也是检验这也是检验粉尘粒径分布是粉尘粒径分布是否符合对数正态否符合对数正态分布的一种简便分布的一种简便方法。方法。219.151.849.1550501.84 ddddddg 对数正态分布有个特点：如果粉

11、尘以质量表示的粒径分布遵循对数正态分布时，则以粒子个数或以粒子表面积所表示的粉尘粒径分布也都呈对数正态分布，而且这三种对数正态分布的标准差均相同。既表现为累积频率分布曲线在对数概率坐标图总为相互平行的直线，只是沿粒径坐标移动了一个常量距离。MMDMMD质量中位径；质量中位径；NMDNMD个数中位径；个数中位径；SMDSMD表面积中位径；表面积中位径；ggNMDSMDNMDMMD22ln2lnlnln3lnln 各种中位径间的关系：各种中位径间的关系：例例51（P122）由）由Irani和和Callis提供的玻璃珠样提供的玻璃珠样品的累积频率分布数据如表中所给。（品的累积频率分布数据如表中所给。

12、（1）检验这些）检验这些数据是否符合对数正态分布；（数据是否符合对数正态分布；（2）如果符合，确定、）如果符合，确定、NMD、MMD和表面积体积平均粒径；（和表面积体积平均粒径；（3）绘出表）绘出表面积分布曲线；面积分布曲线；粒径粒径d dp(m m)质量分布质量分布个数分布个数分布筛下值筛下值G G(%)(%)筛上值筛上值(%)%)筛下值筛下值F F(%)(%)筛上值筛上值(%)%)510152025303540455055601000.00.11.610.528.550.067.980.889.294.097.098.1100.0100.099.998.489.571.550.032.11

13、9.210.86.03.01.90.00.01.013.842.068.085.093.097.298.899.599.8599.91100.0100.099.086.258.032.015.07.02.81.20.50.150.090.0解：（解：（1 1）将）将原始数据标绘原始数据标绘在对数概率坐在对数概率坐标纸上，得到标纸上，得到了两条相互平了两条相互平行的直线（图行的直线（图中的中的F F和和G G直直线），说明玻线），说明玻璃珠样品的粒璃珠样品的粒径分布符合对径分布符合对数正态分布。数正态分布。（2）由图3-12中读出：质量分布G 个数分布Fd84.141.729.7d50 30(M

14、MD)21.5(NMD)d15.9 21.715.5395.1 ln3lnln2ggNMDMMD得386.1 5.09.151.84ggdd（质量）得438.1 5.09.151.84ggdd（个数）得g 可见，两种方法求得的值一致性很好，取可见，两种方法求得的值一致性很好，取1.391.39。由。由P129P129页式（页式（5-295-29）求得表面积体积平均粒径）求得表面积体积平均粒径 m4.28 ln21lnln2svgsvdMMDd解得（3 3）由）由P129P129页式（页式（5-255-25）求得表面积体积平均粒径）求得表面积体积平均粒径 m4.28SMD 然后可以绘出表面积分布

15、曲线。3.3.罗辛拉姆勒分布罗辛拉姆勒分布 简称简称R-RR-R分布，分布函数是以质量筛下累积频分布，分布函数是以质量筛下累积频率表示的两常数方程：率表示的两常数方程：)exp(1npadG 在在双对数坐标纸双对数坐标纸上用上用1n1/(1-G)1n1/(1-G)对对dpdp作图，作图，若得到一条直线，则说明粒径分布数据符合若得到一条直线，则说明粒径分布数据符合R-RR-R分分布，由直线的截距求出常数，由直线的斜率求出布，由直线的截距求出常数，由直线的斜率求出指数。指数。R-RR-R分布函数适用范围较广，特别对破碎、分布函数适用范围较广，特别对破碎、研磨、筛分过程产生的较细粉尘更为适用。研磨、

16、筛分过程产生的较细粉尘更为适用。5.4 粉尘的物理性质粉尘的物理性质l粉尘的密度粉尘的密度l粉尘的安息角与滑动角粉尘的安息角与滑动角l粉尘的比表面积粉尘的比表面积l粉尘的含水率粉尘的含水率l粉尘的湿润性粉尘的湿润性l粉尘的荷电性和导电性粉尘的荷电性和导电性l粉尘的粘附性粉尘的粘附性l粉尘的自然性和爆炸性粉尘的自然性和爆炸性l粉尘的磨损性1.粉尘的密度 单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度。堆积密度：并以b表示。真密度：粉尘体积不包括粉尘颗粒之间和颗粒内部的空隙体积，而是粉尘自身所占的真实体积，则以这真实体积求得的密度称为粉尘的真密度，并以p表示。若将粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积粉体的总体积之比

17、称为空隙率，用表示，则空隙率与和之间关系为pb)1(2.粉尘的安息角和滑动角 安息角 滑动角 影响粉尘安息角和滑动角的因素主要有：粉尘粒径、含水率、粒子形状、粒子表面光滑程度 粉尘的粘性等 粉尘的安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的一个重要指标。安息角小的粉尘，其流动性好，安息角大的粉尘其流动性就差。l45 流动性一般 粉尘的安息角与滑动角是设计除尘器灰斗（或粉料仓）的锥度及除尘管路和输灰管路倾斜度的主要依据。3.粉尘的比表面积 单位体积（或质量）粉尘所具有的表面积。大部分粉尘的比表面积在1000cm2/g（粗烟尘）到10000cm2/g（细烟）范围内变化。4.粉尘的含水率 是指粉尘中所含水分质

18、量与粉尘总质量（包括干粉尘与水分）之比，一般用W 表示。粉尘含水率的大小，会影响到粉尘的其他物理性质，如导电性、粘附性、流动性等，所有这些在设计除尘装置时都必须加以考虑。5.粉尘的润湿性 粉尘颗粒与液体接触后能否相互附着和附着难易程度的性质称为粉尘的润湿性。当粉尘与液体接触时，如果接触面能扩大而相互附着，则称为润湿性粉尘，反之，则称为非润湿性粉尘。粉尘的润湿性与粉尘的种类、粒径和形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性等性质有关。粉尘的润湿性是选用湿式除尘器的主要依据。对于润湿性好的亲水性粉尘（中等亲水、强亲水），可以选用湿式除尘器净化，对于润湿性差的憎水性粉尘，则不宜采用湿法除

19、尘。6、粉尘的荷电性及导电性（l）荷电性 粉尘在其产生及运动过程中，由于相互碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电及接触带电体等原因，几乎总是带存一定量的电荷。粉尘的荷电量与其化学成分等有关，并随温度增高、表面积加大和含水率减小而增大。（2）粉尘的导电性 粉尘的导电性一般用粉尘的比电阻来表示，单位.cm。定义式如下：式中 V通过粉尘层的电压，V；j通过粉尘层的电流密度，A/cm2；粉尘层的厚度，cm。jVd（cm）粉尘的导电机制：取决于粉尘、气体的温度和组成成份。l在高温（一般在200以上）范围内：主要靠粉尘本体内部的电子或离子进行，称为体积比电阻。l在低温（一般在100以下）范围内，主要靠尘粒表面

20、吸附的水分或化学物质中的离子进行，称为表面比电阻。l在中间温度范围内，两种导电机制皆起作用，粉尘比电阻是表面和体积比电阻的合成。下图是粉尘比电阻与温度关系的典型曲线。不同露点温度（烟气成分）情况下，粉尘比电阻的变化飞灰组分对比电阻的影响 粉尘比电阻对电除尘器的运行有很大影响，最适宜于电除尘器运行的粉尘比电阻范围为1041010 cm。当比电阻值超出这一范围时，则需采取措施进行调节。7.粉尘的粘附性 粉尘颗粒附着在固体表面上、或颗粒彼此相互附着的现象称为粘附。在气体介质中产生粘附力主要有范德华力、静电引力和毛细力等。一般情况下，粉尘的粒径小、形状不规则、表面粗糙、含水率高、润湿性好及荷电量大时，

21、易于产生粘附现象。在含尘气流管道和某些设备中，要防止粉尘在壁面上的粘附，以免造成管道和设备的堵塞。8.粉尘的爆炸性及自燃性 粉尘的自燃是指粉尘在常温下存放过程中自然发热，此热量经长时间的积累并达到该粉尘的燃点而引起燃烧的现象。由可燃粉尘与空气（或氧气）组成的可燃混合物，在某一浓度范围内，当存在引火源时将引起化学爆炸。其中可燃混合物的最低爆炸浓度称为爆炸浓度下限，最高爆炸浓度称为爆炸浓度上限。引起可燃物爆炸必须具备的条件有两个：一是可燃物浓度处于爆炸上、下限之间；二是存在能量足够的火源。9.粉尘的磨损性 粉尘对器壁的磨损非常常见，主要有两类：l 粒子直接冲击器壁引起的磨损：以90直冲器壁时最为严

22、重，对硬度高的金属尤为严重，所以要采用韧性好的钢材；l 粒子与器壁摩擦所引起的磨损：以30冲角冲击器壁时最为严重，冲角7580时就没有这类磨损了，适宜采用硬度高的材料。5.6 净化装置的性能净化装置的性能 评价净化装置性能的指标包括技术指标和经济指标两方面。技术指标主要有：处理气体流量 净化效率 压力损失等；经济指标主要有：设备费 运行费 占地面积等。此外，还应考虑装置的安装。操作、检修的难易等因素。一、净化装置技术性能的表示方法1.处理气体流量 处理流量是净化装置的主要性能指标之一，在净化装置的性能中应该体现出来。实际中，由于管道、本体漏风，装置进、出口的气体流量不同，因此，用两者的平均值作

23、为处理气体流量的代表。NNNQQQ2121%100121NNNQQQ漏风率2.净化效率 净化效率是表示装置净化污染物效果的重要技术指标。净化效率的表示方法，在下面重点介绍。3.压力损失 是指装置的进口和出口气流全压之差，简称压损。净化装置压损与装置的种类和结构型式有关，还与处理气体流量大小有关。）（Pa 221vP。气体的密度，；装置进口气流速度，净化装置的压损系数；式中：31kg/m m/s v1.1.总效率总效率 总效率系指在同一时间内，净化装置捕集的污染物数量总效率系指在同一时间内，净化装置捕集的污染物数量与进入装置的污染物数量之比。与进入装置的污染物数量之比。如图所示，净化装置入口的气

24、体流量为如图所示，净化装置入口的气体流量为Q Q1 1(m(m3 3/s)/s)、进入装、进入装置的污染物数量为置的污染物数量为S S1 1(g/s)(g/s)、污染物浓度、污染物浓度1 1(g/m(g/m3 3)，净化装置，净化装置出口的相应量为出口的相应量为Q Q2 2(m(m3 3/s)/s)、S S2 2(g/s)(g/s)及及2 2(g/m(g/m3 3)。若净化装置。若净化装置捕集的污染物数量为捕集的污染物数量为S S3 3(g/S)(g/S)。321SSSNNNNQQQQSSSS112211221213111NNQQ12211,则若装置不漏风，即二、净化效率的表示方法2.2.通过

25、率通过率 通过率系指从净化装置出口逸散的污染物数量通过率系指从净化装置出口逸散的污染物数量与入口污染物数量之比，与入口污染物数量之比，P P值越大，说明出口逸散值越大，说明出口逸散量越大。通过率量越大。通过率P P可以下式表示：可以下式表示：1112212NNNNQCQCSSP3.3.分级除尘效率分级除尘效率 分级除尘效率是基于除尘装置的总除尘效率一分级除尘效率是基于除尘装置的总除尘效率一般都随粉尘粒径而变化，为确切地表示除尘效率与般都随粉尘粒径而变化，为确切地表示除尘效率与粒径分布的关系而提出的，分级除尘效率（简称分粒径分布的关系而提出的，分级除尘效率（简称分级效率）系指除尘装置对某一粒径级

26、效率）系指除尘装置对某一粒径dpdpi i或粒径间隔或粒径间隔dpdp内粉尘的除尘效率。内粉尘的除尘效率。若设除尘器入口、出口和捕集的若设除尘器入口、出口和捕集的dpdpi i颗粒质量流颗粒质量流量分别为量分别为S1、S2和和S3，则该除尘器对粒径，则该除尘器对粒径dpdpi i颗粒的颗粒的分级效率为：分级效率为：iiiiiSSSS121314.4.分级效率和总效率分级效率和总效率问题：问题：分级效率和总效率间的关系？分级效率和总效率间的关系？知道分级效率，如何求总效率？知道分级效率，如何求总效率？知道总效率如何求分级效率？知道总效率如何求分级效率？（1 1）由总效率求分级效率）由总效率求分级

27、效率 除尘器入口、出口及捕集粉尘的质量频率除尘器入口、出口及捕集粉尘的质量频率g g1i1i、g g2i2i、g g3i3i也也可以通过测定分析求得。则根据可以通过测定分析求得。则根据质量频率质量频率的定义和的定义和分级效率分级效率的定义式的定义式可得：可得：iiiiiigSSgSSgSS333222111iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiggPgSgSgSgSgSgSgSgSgSggPgSgSgggSgS32313331223133332233121122131133 11 （2）由分级效率求总效率 若分级效率以i ii i(d(dp p)函数形式给出，进口粉尘粒径分

28、布以累积频率分布函数G G1 1G G1 1(d(dp p)形式或频度函数q q1 1q q1 1(d(dp p)形式给出，则总除尘效率可按积分式计算：piidqGdd01101也可将积分式改写成求和形式，则可得 iiig1 若i和G G1 1（或q q1 1）是显函数，可求得精确积分值，否则只能用图解法或数值近似计算法求值。5.多级串联运行时的总净化效率 若多级除尘系统（n级）中每一级的运行性能时独立的，第i个粒径间隔粉尘的分级通过率分别为Pi1，Pi2，Pin，或者分级效率分别为i1，i2，in，则多级除尘系统对第则多级除尘系统对第i级粉尘的总分级通过率为级粉尘的总分级通过率为iniiiT

29、PPPP21总分级效率为iniiiTiTP1111121nT111121 若已知各级除尘器的除尘效率为1，2，n，也可以仿照上式计算多级除尘器的总除尘效率工工程程调调查查污染物测污染物测定及分析定及分析气体特性气体特性粉尘特性粉尘特性生产设备生产设备及操作运及操作运行条件行条件操作工况操作工况给水排水给水排水空间界限空间界限生产要求生产要求综合利综合利用情况用情况产品回收产品回收热量回收热量回收废弃物处理废弃物处理净净化化方方法法的的选选定定环环境境标标准准工工艺艺过过程程特特性性评评价价应应达达到到的的净净化化效效率率净净化化流流程程确确定定各各种种形形式式净净化化装装置置的的比比较较技技术术指指标标分分析析经经济济指指标标分分析析净化效率净化效率压力损失压力损失操作弹性操作弹性设设 备备 费费运运 行行 费费维维 修修 等等净净化化装装置置的的选选定定考考查查排排放放浓浓度度本章习题：本章习题：P158页页 5.3 5.5 5.8