5 颗粒污染物控制技术

1、第五章第五章 颗粒污染物控制技术基础颗粒污染物控制技术基础2本章主要内容本章主要内容粉尘的粒径及粒径分布粉尘的粒径及粒径分布粉尘的物理性质粉尘的物理性质净化装置的性能净化装置的性能颗粒捕集理论基础颗粒捕集理论基础三三模模态态大大气气气气溶溶胶胶分分布布0.052.5一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 1 1、粉尘的粒径、粉尘的粒径Kenneth T. Whitby3粒径与消光系数粒径与消光系数1 1、粉尘的粒径、粉尘的粒径一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 4不同粒径颗粒物在呼吸系统内的沉积不同粒径颗粒物在呼吸系统内的沉积1 1、粉尘的粒径、粉尘的粒径一、粉尘一、粉

2、尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 5粒径与除尘效率粒径与除尘效率1 1、粉尘的粒径、粉尘的粒径一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 6 单个颗粒的粒径：反映单个颗粒大小单个颗粒的粒径：反映单个颗粒大小 1 1、粉尘的粒径、粉尘的粒径一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 7 单颗粒粒径的确定单颗粒粒径的确定 显微镜法显微镜法 定向直径定向直径dF（Feret 直径）直径）：颗粒在投：颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度影图中同一方向上的最大投影长度 定向面积等分直径定向面积等分直径dM（Martin直径）直径）：颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面颗粒在投影图中同一方向

3、将颗粒投影面积二等分的线段长度积二等分的线段长度 投影面积直径投影面积直径dA（Heywood直径）直径）：与：与颗粒投影面积相等的圆的直径颗粒投影面积相等的圆的直径 同一颗粒的同一颗粒的dFdAdM1 1、粉尘的粒径、粉尘的粒径一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 8 筛分法筛分法 筛分直径：筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度 光散射法光散射法 等体积直径等体积直径dV：与颗粒体积相等的圆球的直径：与颗粒体积相等的圆球的直径 沉降法沉降法 斯托克斯（斯托克斯（Stokes）直径）直径ds：同一流体中与颗粒密度相：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速

4、度相等的圆球直径同、沉降速度相等的圆球直径 空气动力学当量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：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（的单位密度（1g/m3）的圆球的直径）的圆球的直径 斯托克斯直径和空气动力学当量直径是除尘技术中应用最斯托克斯直径和空气动力学当量直径是除尘技术中应用最多的两种直径。两者的关系？多的两种直径。两者的关系？ 单颗粒粒径的确定单颗粒粒径的确定1 1、粉尘的粒径、粉尘的粒径一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 9方法方法名名 称称 符号符号定义定义投影投影径径面积等分径面积等分径定向径定向径投影面积径投影面积径 dMdFdA 将颗粒的投影

5、面积二等分的直线长度将颗粒的投影面积二等分的直线长度颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度与颗粒投影面积相等的圆的直径与颗粒投影面积相等的圆的直径几何几何当量当量径径等体积直径等体积直径等表面积直径等表面积直径等面积体积直径等面积体积直径 dVdSdSV与颗粒具有相同体积的圆球体直径与颗粒具有相同体积的圆球体直径与颗粒具有相同表面积的圆球体直径与颗粒具有相同表面积的圆球体直径与颗粒具有相同的表面积与体积的圆球体直径与颗粒具有相同的表面积与体积的圆球体直径 物理物理当量当量径径空气动力直径空气动力直径Stokes直径直径分割直径分割直径dadddc50在空气

6、中在空气中,与颗粒有相同沉降速度，密度为与颗粒有相同沉降速度，密度为103kg/m3的圆球体直径的圆球体直径一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的圆一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的圆球直径球直径除尘器分级效率为除尘器分级效率为50%的颗粒的直径的颗粒的直径 单个颗粒尺寸的表达法单个颗粒尺寸的表达法 一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 101 1、粉尘的粒径、粉尘的粒径 粒径的测定结果与颗粒的形状有关粒径的测定结果与颗粒的形状有关 通常用通常用圆球度圆球度(sphericity)表示颗粒形状与圆球形不表示颗粒形状与圆球形不一致的程度一致的程度 圆球度：圆球度：与颗粒体积相等的

7、圆球的表面积与颗粒的与颗粒体积相等的圆球的表面积与颗粒的表面积之比表面积之比s（ s1） 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) 单颗粒粒径的确定单颗粒粒径的确定1 1、粉尘的粒径、粉尘的粒径一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 11某些颗粒的圆球度某些颗粒的圆球度 单颗粒粒径的确定单颗粒粒径的确定1 1、粉尘的粒径、粉尘的粒径一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 12颗颗 粒粒 种种 类类砂砂 粒粒铁催化剂铁催化剂烟烟 煤煤次乙酰塑料次乙酰塑料破碎的固体破碎的固体二氧化硅二氧化硅粉粉 煤煤0.5340.6280.5780

8、.6250.8610.630.5540.6280.696s定义：粒径分布指不同粒径范围内颗粒的粒数定义：粒径分布指不同粒径范围内颗粒的粒数（或质量或表面积）所占的比例（或质量或表面积）所占的比例2、粒径分布、粒径分布 Particle size distribution一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 13 粒数分布：粒数分布：每一粒径间隔内的颗粒个数所占每一粒径间隔内的颗粒个数所占的比例的比例 质量分布：质量分布：每一粒径间隔内的颗粒质量所占每一粒径间隔内的颗粒质量所占的比例的比例 表格法表格法 表示方法表示方法 图形法图形法 函数法函数法 iiNinfn粒数频率：粒数频率：

9、第第i个间隔个间隔中的颗粒个数中的颗粒个数ni与颗粒与颗粒总数总数ni之比之比2、粒径分布、粒径分布一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 14粒数分布粒数分布 粒数分布粒数分布iiiNinFn个数中位粒径个数中位粒径d50：累积频率：累积频率达到达到50%的点对应的粒径的点对应的粒径粒数筛下累积频率粒数筛下累积频率：小于：小于第第i i个间隔上限粒径的所个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数有颗粒个数与颗粒总个数之比之比一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 152、粒径分布、粒径分布iiifF粒数频率密度粒数频率密度 :单位粒单位粒径间隔的粒数频率径间隔的粒数频率()

10、/ppp ddF ddpdpddpF001pddp众径众径dd：在频度曲线上，：在频度曲线上，频度最大值对应的粒径频度最大值对应的粒径一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 16 粒数分布粒数分布2、粒径分布、粒径分布0)d(d)d(dfpdp一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 17 粒数分布粒数分布2、粒径分布、粒径分布频率、累积频率与粒数频率密度之间的关系频率、累积频率与粒数频率密度之间的关系一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 18 粒径质量分布粒径质量分布2、粒径分布、粒径分布 在在所有颗粒具有相同密度所有颗粒具有相同密度、颗粒质量与粒径立方成颗粒质

11、量与粒径立方成正比正比的假设下，粒数分布与质量分布可以相互换算的假设下，粒数分布与质量分布可以相互换算 第第i级颗粒发生的质量频率：级颗粒发生的质量频率：小于第小于第i间隔上限粒径的所有颗粒发生的质量频率，间隔上限粒径的所有颗粒发生的质量频率，即质量筛下累积频率即质量筛下累积频率：单位粒径间隔的质量频率，即质量频率密度：单位粒径间隔的质量频率，即质量频率密度：3p3piiNiiiiidndnmmg3p3piiNiiiiiidndngGpddGdq 个数累积频率分布与质量累积频率分布的比较个数累积频率分布与质量累积频率分布的比较一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 19 粒径质量分布

12、粒径质量分布2、粒径分布、粒径分布个数频度与质量频度的比较个数频度与质量频度的比较20 粒径质量分布粒径质量分布2、粒径分布、粒径分布一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 前面定义的众径和中位径是常用的平均粒径前面定义的众径和中位径是常用的平均粒径, 另外还有另外还有 长度平均直径：所有颗粒粒径总长度对颗粒粒数的平均长度平均直径：所有颗粒粒径总长度对颗粒粒数的平均 表面积平均直径：所有颗粒总表面积与颗粒粒数的平均表面积平均直径：所有颗粒总表面积与颗粒粒数的平均 体积平均直径：所有颗粒总体积对颗粒粒数的平均体积平均直径：所有颗粒总体积对颗粒粒数的平均 体积表面积平均直径：所有颗粒总体

13、积对颗粒总表面积的平均体积表面积平均直径：所有颗粒总体积对颗粒总表面积的平均ipiLipiinddf dn 21/22 1/2()ipiSipiinddf dn 31/33 1/3()ipiVipiinddf dn 3322ipiipiSVipiipindf ddndf d3、平均粒径、平均粒径一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 21 几何平均直径：所有颗粒粒径的乘积开几何平均直径：所有颗粒粒径的乘积开 N 次方或所有颗次方或所有颗粒粒径的乘积开粒粒径的乘积开 N 次方并取对数次方并取对数对于频率密度分布曲线对称的分布，众径对于频率密度分布曲线对称的分布，众径 、中位径、中位径

14、和算术平均直径和算术平均直径 相等相等频率密度非对称的分布，频率密度非对称的分布，单分散气溶胶单分散气溶胶(monodisperse aerosol)， dd50dLd50dLdddLgdd一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 223、平均粒径、平均粒径Ndddd/1321g)(NdndiigplnexpNdndiigplnln数学函数法的优点：数学函数法的优点： 可用较少特征参数确定的数学函数来表示粒可用较少特征参数确定的数学函数来表示粒径分布，应用更为方便。径分布，应用更为方便。 常用粒径分布函数表示法：常用粒径分布函数表示法： 正态分布正态分布 对数正态分布对数正态分布 罗辛

15、罗辛-拉姆勒分布（拉姆勒分布（R-R分布）分布）4、粒径分布函数、粒径分布函数一、粉尘的粒径及粒径分布一、粉尘的粒径及粒径分布 正态分布正态分布（高斯分布）（高斯分布）频率密度频率密度筛下累计频率筛下累计频率标准差标准差22()1()exp22pppddp d220()1()exp22pdppppddF ddd21/2()1ipipn ddN4、粒径分布函数、粒径分布函数一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 24( )f o小大o( )f +d12一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 25正态分布正态分布4、粒径分布函数、粒径分布函数一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒

16、径及粒径分布 26正态分布正态分布4、粒径分布函数、粒径分布函数（1）（2）累积频率曲线在正态概率）累积频率曲线在正态概率坐标纸上为一条直线，其斜坐标纸上为一条直线，其斜率决定于率决定于（3）50pdddd84.1505015.984.115.91()2dddddd正态分布函数很少用于描述粉尘的粒径分布，因为大正态分布函数很少用于描述粉尘的粒径分布，因为大多数粉尘的频度曲线向大颗粒方向偏移多数粉尘的频度曲线向大颗粒方向偏移一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 27正态分布正态分布4、粒径分布函数、粒径分布函数 以以lndp代替代替dp得到的正态分布的频度曲线得到的正态分布的频度曲线

17、一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 28对数正态分布对数正态分布4、粒径分布函数、粒径分布函数21/2(ln/)ln1ipiggnddNln2ln/1()exp () (ln)2ln2lnpdpgppggddF ddd2()ln/1()exp () 2ln2lnppgpppggdF dddp dddddg 为几何平均粒径，描述粉尘颗粒大小；为几何平均粒径，描述粉尘颗粒大小；g 为几何标准差，描述粉尘颗粒关于为几何标准差，描述粉尘颗粒关于 dg 的分散性的分散性一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 29对数正态分布对数正态分布4、粒径分布函数、粒径分布函数频度频度累计频

18、率累计频率标准差标准差 频度关于几何平均粒径的对数呈对称钟形，因而频度关于几何平均粒径的对数呈对称钟形，因而 dgd50。 在对数概率坐标纸上，累积频率曲线是一条直线，斜率取决于在对数概率坐标纸上，累积频率曲线是一条直线，斜率取决于几何标准差几何标准差对数刻度对数刻度正态概率刻度正态概率刻度1/284.15084.15015.915.9()gdddddd1 (=1g时为单分散粉尘）一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 30对数正态分布对数正态分布4、粒径分布函数、粒径分布函数粒数分布、质量分布和表粒数分布、质量分布和表面积分布的几何标准差都面积分布的几何标准差都相等，因而频度分布曲

19、线相等，因而频度分布曲线形状相同，累积频率曲线形状相同，累积频率曲线在对数概率坐标图中为互在对数概率坐标图中为互相平行的直线相平行的直线22lnln3lnlnln2lnMMDNMDSMDNMD一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 31对数正态分布对数正态分布4、粒径分布函数、粒径分布函数 可用可用 、MMD和和NMD计算出各种平均直径计算出各种平均直径g22222215lnlnlnlnln22lnlnlnln2ln33lnlnlnlnln22LggSggVggdNMDMMDdNMDMMDdNMDMMDggd22svln21lnMMDln25lnNMDln一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径

20、分布的粒径及粒径分布 32对数正态分布对数正态分布4、粒径分布函数、粒径分布函数算数平均直径算数平均直径表面积平均直径表面积平均直径体积平均直径体积平均直径体积体积- -表面积平均直径表面积平均直径例题：例题：经测定某城市大气飘尘的质量粒径分布遵从对数正态经测定某城市大气飘尘的质量粒径分布遵从对数正态分布规律，其中位径为分布规律，其中位径为d50=9.0m，筛上累计分布，筛上累计分布R=15.87%时，粒径时，粒径d15.875.7m。试确定以个数表示时对数正态分布。试确定以个数表示时对数正态分布函数的特征数。函数的特征数。 解答：解答：对数正态分布函数的特征数是中位径和几何标准差。对数正态分

21、布函数的特征数是中位径和几何标准差。由于以个数和质量表示的粒径分布函数的几何标准差相等，由于以个数和质量表示的粒径分布函数的几何标准差相等，则：则： 一、粉尘的粒径及粒径分布一、粉尘的粒径及粒径分布 对数正态分布对数正态分布4、粒径分布函数、粒径分布函数84.1350g5015.879.01.585.7dddd以个数表示的中位径：以个数表示的中位径：505022g9.04.80exp(3ln)exp(3ln 1.58)ddmm 如果在双对数坐标纸上用如果在双对数坐标纸上用ln1/(1G) 对对 dp 作图，结果作图，结果为一条直线，则该粉尘符合罗辛拉姆勒分布为一条直线，则该粉尘符合罗辛拉姆勒分

22、布对于符合罗辛拉姆勒分布的粉尘对于符合罗辛拉姆勒分布的粉尘: 若设若设 得到得到 一般一般 多选用质量中位径多选用质量中位径 或或1 exp()npGd 1/(1/)npd1 exp () pnpdGd pd50d63.2d一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 34罗辛拉姆勒分布（罗辛拉姆勒分布（RosinRammler）4、粒径分布函数、粒径分布函数nddG50p693. 0exp1nddG2 .63pexp12 .63/150693. 0ddn2 .63/1d)1(dnndn一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 35罗辛拉姆勒分布罗辛拉姆勒分布4、粒径分布函数、粒径

23、分布函数plglg11lnlgdnG如何确定粉尘粒径的分布符合哪种函数？如何确定粉尘粒径的分布符合哪种函数？一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 364、粒径分布函数、粒径分布函数SMPSAPS扫描电迁移率粒径谱仪扫描电迁移率粒径谱仪粒径范围：粒径范围：0.0031m 最大颗粒物浓度：最大颗粒物浓度：108#/cm3 测量周期：测量周期：60600 sec 操作温度：操作温度：1035 1.操作压强：操作压强：10020 kPa颗粒物空气力学粒径谱仪颗粒物空气力学粒径谱仪1、粒径范围：、粒径范围：0.5-20m(空气动力直径空气动力直径)0.37-20m(光散射直径光散射直径)2、

24、最大颗粒物浓度：、最大颗粒物浓度：104 #/cm3 3、操作温度：、操作温度：1040 4、压强：、压强：40-100kPa5、粒径分布测定、粒径分布测定一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 37一、粉尘一、粉尘的粒径及粒径分布的粒径及粒径分布 385、粒径分布测定、粒径分布测定0102030405060110100100010000Interval Average .SMPS, sample 3, 08/05/08 01:19:51 32 c/d / Interval Average .APS, sample 3, 08/05/08 01:22:02dM/dlogDp (g/m

25、)Aerodynamic Diameter (nm)本章主要内容本章主要内容粉尘的粒径及粒径分布粉尘的粒径及粒径分布粉尘的物理性质粉尘的物理性质净化装置的性能净化装置的性能颗粒捕集理论基础颗粒捕集理论基础39二、粉尘的其它物理性质二、粉尘的其它物理性质 单位体积颗粒的质量，单位体积颗粒的质量，kg/m3或或g/cm3 若颗粒体积不包括颗粒内部和之间的缝隙真密度若颗粒体积不包括颗粒内部和之间的缝隙真密度 用堆积体积计算用堆积体积计算堆积密度堆积密度 空隙率空隙率粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比体积之比pb(1)bp 1 1、粉尘的密度、粉尘的密度40安

26、息角：安息角：颗粒从漏斗连续落下自然堆积形成的颗粒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圆锥体母线与地面的夹角滑动角：滑动角：自然堆积在光滑平板上的颗粒随平板自然堆积在光滑平板上的颗粒随平板做倾斜运动时颗粒开始发生滑动的平板倾角做倾斜运动时颗粒开始发生滑动的平板倾角安息角与滑动角是评价安息角与滑动角是评价颗粒物流动特性颗粒物流动特性的重要的重要指标指标安息角和滑动角的影响因素：安息角和滑动角的影响因素：颗粒粒径、含水颗粒粒径、含水率、颗粒形状、表面光滑程度、颗粒粘性率、颗粒形状、表面光滑程度、颗粒粘性2 2、颗粒的安息角与滑动角、颗粒的安息角与滑动角二、粉尘的其它物理性质二、粉尘的

27、其它物理性质41 单位体积颗粒所具有的表面积单位体积颗粒所具有的表面积 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236 (/)VSVSScmcmVd26 (/)mppSVSScmgVd23(1)6(1)(1) (/)bVSVSSScmcmVd3 3、颗粒的比表面积、颗粒的比表面积二、粉尘的其它物理性质二、粉尘的其它物理性质42含水率含水率水分质量与粉尘总质量之比水分质量与粉尘总质量之比颗粒中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的颗粒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自由水分水分以及颗粒内部的以及颗粒内部的结合水分结合水分含

28、水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性吸湿性：吸湿性：粉尘从周围空气中吸收水分的能力粉尘从周围空气中吸收水分的能力平衡含水率：平衡含水率：气体的每一相对湿度所对应粉尘的含水率气体的每一相对湿度所对应粉尘的含水率4 4、颗粒的含水率、颗粒的含水率二、粉尘的其它物理性质二、粉尘的其它物理性质43 润湿性润湿性颗粒物的颗粒与液体接触后能够互相附着或附着颗粒物的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的难易程度的性质 润湿性与颗粒的润湿性与颗粒的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙

29、度及荷电性度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与有关，还与液体的表面液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。有关。 颗粒的润湿性颗粒的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降随压力增大而增大，随温度升高而下降 润湿速度润湿速度 润湿性粉尘和非润湿性粉尘润湿性粉尘和非润湿性粉尘 润湿性是选择湿式除尘器的主要依据润湿性是选择湿式除尘器的主要依据2020(/min)20Lvmm5 5、颗粒的润湿性、颗粒的润湿性二、粉尘的其它物理性质二、粉尘的其它物理性质44 颗粒的荷电性颗粒的荷电性 天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷天然粉尘和工业粉尘几乎都

30、带有一定的电荷 荷电因素荷电因素电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、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 在干空气条件下，粉尘的最大荷电量约为在干空气条件下，粉尘的最大荷电量约为1.661010电子电子/cm2 天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的最大荷电量的1/10 荷电量随荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学而增加，且与化学组成有关组成有关6 6、颗粒的荷电性和导电性、颗粒的荷电性和导电性二、粉尘

31、的其它物理性质二、粉尘的其它物理性质45 颗粒的导电性颗粒的导电性 比电阻比电阻 比电阻对电除尘器运行有很大影响，适宜范围比电阻对电除尘器运行有很大影响，适宜范围1041010 导电机制：导电机制： 高温高温(200oC以上以上)，颗粒本体内部的电子和离子，颗粒本体内部的电子和离子体积比电阻体积比电阻 低温低温(100oC以下以下)，颗粒表面吸附的水分或其他化学物质表，颗粒表面吸附的水分或其他化学物质表面积比电阻面积比电阻 中间温度，同时起作用中间温度，同时起作用 ()dVcmjcmV通过粉尘层的电压；通过粉尘层的电压；j粉尘层的电流密度，粉尘层的电流密度，(A/cm2) 粉尘层厚度，粉尘层厚

32、度，(cm)。二、粉尘的其它物理性质二、粉尘的其它物理性质466 6、颗粒的荷电性和导电性、颗粒的荷电性和导电性二、粉尘的其它物理性质二、粉尘的其它物理性质476 6、颗粒的荷电性和导电性、颗粒的荷电性和导电性温度温度比电阻曲线比电阻曲线 温度和相对湿度对粉尘比电阻的影响温度和相对湿度对粉尘比电阻的影响 干燥粉尘的比电阻在干燥粉尘的比电阻在3000F（420K）左右达到最大值）左右达到最大值二、粉尘的其它物理性质二、粉尘的其它物理性质486 6、颗粒的荷电性和导电性、颗粒的荷电性和导电性二、粉尘的其它物理性质二、粉尘的其它物理性质496 6、颗粒的荷电性和导电性、颗粒的荷电性和导电性粉尘和气体

33、组成对比电阻的影粉尘和气体组成对比电阻的影响响粘附和自粘现象：粘附和自粘现象：颗粒附着在固体表面上或颗粒相互附着颗粒附着在固体表面上或颗粒相互附着粘附力粘附力克服附着现象所需要的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（库仑力）分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）断裂强度断裂强度表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需的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力除以其断裂的接触面积分类：分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性影响因素：影响因素：粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均粒径、形状、表面粗

34、糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性影响粘附性7 7、粉尘的粘附性、粉尘的粘附性二、粉尘的其它物理性质二、粉尘的其它物理性质50分类分类 粉尘性质粉尘性质 断裂强度断裂强度/Pa举举 例例I不黏性不黏性600潮湿空气中的水泥、石膏粉、雪花石膏粉、潮湿空气中的水泥、石膏粉、雪花石膏粉、熟料灰、含盐的钠、纤维尘（石棉、棉纤熟料灰、含盐的钠、纤维尘（石棉、棉纤维、毛纤维）维、毛纤维） 粉尘的自燃性粉尘的自燃性自燃：存放过程中自然发热自燃：存放过程中自然发热 热量积累热量积累 达到燃达到燃点点 燃烧燃烧自然发热的原因：氧化热、分解热、聚合热、发酵热自然发热的原因：氧化热、分解热、聚合热、发酵热影响因素？影

35、响因素？8 8、粉尘的自燃性和爆炸性、粉尘的自燃性和爆炸性二、粉尘的其它物理性质二、粉尘的其它物理性质51 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可可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度燃混合物达到一定的浓度 最低可燃物浓度爆炸浓度最低可燃物浓度爆炸浓度下限下限 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如何处置易燃易爆粉尘？如何处置易燃易爆粉尘？二、粉尘的其它物理性质二、粉尘的其它物理性质528 8、粉尘的自燃性和爆炸性、粉尘的自燃性和爆炸性本章主要内容本章主要内容粉尘的粒径及粒径分布粉尘的粒径及粒径分布粉尘的物理性质粉尘的物理性质净

36、化装置的性能净化装置的性能颗粒捕集理论基础颗粒捕集理论基础53三、净化装置的性能三、净化装置的性能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541 1、净化装置的技术性能、净化装置的技术性能 处理气体流量处理气体流量 漏风率漏风率 压力损失压力损失(12kPa)132N1() (m/s)2NNNQQQ21 (Pa)2vP(%)%100N1N2N1QQQ压力损失增大意味着什么？压力损失增大意味着什么？三、净化装置的性能三、净化装置的性能552 2、净化效率

37、、净化效率总净化效率总净化效率通过率通过率分级除尘效率分级除尘效率:除尘装置对某一粒除尘装置对某一粒径径dpi或粒径间隔或粒径间隔dp内粉尘的除内粉尘的除尘效率尘效率分割粒径分割粒径:除尘效率为除尘效率为50的粒径的粒径2221111NNNNQSPSQ iiiiiSSSS12131三、净化装置的性能三、净化装置的性能56N1N1N2N2121311QQSSSS分级效率与总效率的关系分级效率与总效率的关系 由总效率求分级效率由总效率求分级效率旋风除尘器分级效率计算实例（总除尘效率旋风除尘器分级效率计算实例（总除尘效率 =90.8%）三、净化装置的性能三、净化装置的性能572 2、净化效率、净化效

38、率粒径间隔粒径间隔/m质量频率质量频率/%分级效率分级效率 进口进口g1i出口出口g2i捕集捕集g3i按式按式(5-51) 按式按式(5-52) 按式按式(5-53) 三式平均三式平均055101020204040606010.414.019.622.414.019.681.615.02.41.0003.212.820.023.214.826.028.083.192.894.296.010027.590.098.799.510010027.989.898.999.610010027.887.696.897.898.7100分级效率与总效率的关系分级效率与总效率的关系 由分级效率求总效率由分级效

39、率求总效率由粒径分布和分级效率计算总效率由粒径分布和分级效率计算总效率三、净化装置的性能三、净化装置的性能582 2、净化效率、净化效率粒径间隔粒径间隔dP / m05.85.88.28.211.711.716.516.522.622.633334747进口质量频率进口质量频率g1i / %314781319108分级效率分级效率i / %618593969899100100总效率总效率/ %i gli18.93.46.57.712.718.810.08.0=i gli86.0iiigg13iiig1P10110ddqdGii多级串联的总净化效率多级串联的总净化效率 总分级通过率总分级通过率

40、总分级除尘效率总分级除尘效率 总除尘效率总除尘效率12iTiiinPP PP1211 (1)(1)(1)iTiTiiinP 121 (1)(1)(1)Tn 三、净化装置的性能三、净化装置的性能592 2、净化效率、净化效率本章主要内容本章主要内容粉尘的粒径及粒径分布粉尘的粒径及粒径分布粉尘的物理性质粉尘的物理性质净化装置的性能净化装置的性能颗粒捕集理论基础颗粒捕集理论基础60四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础 除尘的基本原理：除尘的基本原理：对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一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

41、：外力、流体阻力、颗颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力粒间相互作用力外力：外力：重力、离心力、惯性力、静电力重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等、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颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略611 1、流体阻力、流体阻力形状阻力：形状阻力：由于颗粒具有一定的形状，运动时必须排开其周围的流体由于颗粒具有一定的形状，运动时必须排开其周围的流体，导致其前面的压力较后面大。，导致其前面的压力较后面大。摩擦阻力：摩擦阻力：颗粒与其周围流体之间产生摩擦而受到的阻力。颗粒与其周围流体之间产生摩擦而受到的阻力。阻力

42、方向：阻力方向：总是和速度向量方向相反。总是和速度向量方向相反。阻力大小：阻力大小：取决于颗粒的形状、粒径、表面特性、运动速度及流体的取决于颗粒的形状、粒径、表面特性、运动速度及流体的种类和性质。种类和性质。四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础62 阻力大小：阻力大小： 21 (N)2(Re ) ReDDppDppFC AuduCfCD阻力系数，无因次；阻力系数，无因次；Ap颗粒在运动方向的投影面积，颗粒在运动方向的投影面积，m2； 流体密度，流体密度，kg/m3；u 颗粒与流体的相对运动速度，颗粒与流体的相对运动速度，m/s； 流体粘度流体粘度(Pas)；dp 颗粒粒径颗粒粒径四、颗

43、粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1 1、流体阻力、流体阻力63四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1、流体阻力、流体阻力 层流区层流区(Stokes区）区区）区64四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1、流体阻力、流体阻力 湍流过渡区湍流过渡区(Allen区区)65CD 0.4422PD055. 0udF四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1、流体阻力、流体阻力 湍流区湍流区(Newton区区)66四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1 1、流体阻力、流体阻力Stokes定律的适用性定律的适用性 相对密度为相对密度为2的球形颗粒在的球形颗粒在标准状态空气中

44、的末端沉降标准状态空气中的末端沉降速度速度67颗粒粒径太小时：颗粒粒径太小时：颗粒尺寸与气体分颗粒尺寸与气体分子平均自由程接近时，颗粒发生滑动子平均自由程接近时，颗粒发生滑动 坎宁汉修正坎宁汉修正坎宁汉系数与气体的温度、压力和颗粒的大小有关，坎宁汉系数与气体的温度、压力和颗粒的大小有关，293K、101325 Pa 时，时，C10.165/dp四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1 1、流体阻力、流体阻力CudFpD3Kn.exp.KnC101400025711pd/Kn2v.4990MRTv8Stokes定律的适用性定律的适用性68温度小于温度小于80度、度、101325 Pa 时时

45、四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1 1、流体阻力、流体阻力公式公式允许误差允许误差1%10%Stokes定律定律16md30m1.6md70m坎宁汉系数修正的坎宁汉系数修正的Stokes定律定律0.36md30m0.1md70mStokes定律适用的粒径范围定律适用的粒径范围颗粒粒径太大时，如何修正颗粒粒径太大时，如何修正Stokes定律？定律？Stokes定律的适用性定律的适用性692 2、阻力导致的减速运动、阻力导致的减速运动 根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律 若仅考虑若仅考虑Stokes区域区域 积分得积分得 速度由速度由u0减速到减速到u所迁移的距离所迁移的距离 若引入坎宁

46、汉修正系数若引入坎宁汉修正系数C 停止距离停止距离32226423 4pppDDDppddduuFCdtduuCdtd 即/0 (m/s)tuu e/00()(1)txuuue0 xu C驰豫时间驰豫时间或松弛时间或松弛时间 exp10CtCux四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础uuddtdu2p18182ppd703 3、重力沉降、重力沉降 力平衡关系力平衡关系 Stokes颗粒的重力沉降末端速度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直径直径 空气动力学直径空气动力学直径218ppsdugCgC1.140.7140.7140.4280.2860.1

47、53()ppspdgu1/21.74() /sppudg18sspudgC181000saudgCFDFGFB dp36(p)g四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础FB71Stokes直径与空气直径与空气动力学直径的关系？动力学直径的关系？4 4、离心沉降、离心沉降 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236tDcppuFFdR22218 pptcctcduuCa CRuaR其中四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础72ut5 5、静电沉降、静电沉降 力平衡关系力平衡关系 静电沉降的末端速度习惯静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，对于上称为驱进

48、速度，对于Stokes粒子：粒子：DEFFqE3pqECd四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础736 6、惯性沉降、惯性沉降惯性沉降过程惯性沉降过程四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础74四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6 6、惯性沉降、惯性沉降惯性沉降过程惯性沉降过程75四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6 6、惯性沉降、惯性沉降惯性沉降过程惯性沉降过程76四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6 6、惯性沉降、惯性沉降惯性沉降过程惯性沉降过程77四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6 6、惯性沉降、惯性沉降惯性沉降过程惯性沉降过程78惯性

49、碰撞惯性碰撞 气流速度在靶周围的分布，用气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量衡量 颗粒运动轨迹，用颗粒运动轨迹，用Stokes准数描述准数描述 颗粒对捕集体的附着，通常假定为颗粒对捕集体的附着，通常假定为1000RecDuD靶子周围流体的雷诺数高靶子周围流体的雷诺数高低与惯性碰撞几率的关系？低与惯性碰撞几率的关系？Stokes准数大小与惯性碰撞准数大小与惯性碰撞几率的关系？几率的关系？四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6 6、惯性沉降、惯性沉降79c0p2pc0cs18 DCudDCuDCxSt 惯性碰撞分级惯性碰撞分级效率与效率与 的的关系关系St四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集

50、的理论基础6 6、惯性沉降、惯性沉降cppDCudSt1802惯性碰撞惯性碰撞80 机械拦截机械拦截机械拦截发生在颗粒距捕集体机械拦截发生在颗粒距捕集体dp/2的距离内的距离内拦截效率用直接拦截比拦截效率用直接拦截比R表示表示对于惯性大的颗粒对于惯性大的颗粒对于惯性小的颗粒对于惯性小的颗粒pcdRDRRR2221D圆球：圆柱：RDI四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6 6、惯性沉降、惯性沉降817 7、扩散沉降、扩散沉降扩散系数和均方根位移扩散系数和均方根位移 布朗扩散作用对于小粒子的捕集影响较大布朗扩散作用对于小粒子的捕集影响较大 颗粒的扩散类似于气体分子的扩散颗粒的扩散类似于气体

51、分子的扩散 对于粒径大于气体分子平均自由程的颗粒对于粒径大于气体分子平均自由程的颗粒 对于粒径大于分子但小于气体平均自由程的颗粒对于粒径大于分子但小于气体平均自由程的颗粒 颗粒的均方根位移（时间颗粒的均方根位移（时间t秒钟）秒钟）222222()nnnnDtxyz2 (m /s)3pCkTDd2248 (m /s)3pkTRTDdPM2xDtk波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，1.3810-23 J/K四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础82 标准状态下布朗扩散平均位移与重力沉降的比较标准状态下布朗扩散平均位移与重力沉降的比较四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础7 7、扩散沉降、扩散

52、沉降83粒径粒径 dp /mxBM / mxG / mxBM / xG0.000370.010.11.010610-32.610-43.010-55.910-61.710-62.410-96.610-88.610-73.510-53.010-32.51063900350.175.710-4等于一个等于一个“空气分子空气分子”的直径的直径 扩散沉降效率扩散沉降效率 扩散沉降效率取决于皮克莱数扩散沉降效率取决于皮克莱数Pe和雷诺数和雷诺数Re 单个圆柱体的效率：单个圆柱体的效率： 粘性流粘性流 势流势流 孤立球形捕集体孤立球形捕集体 从理论上讲，从理论上讲， 是可能的是可能的0cu DPeD2/31/31.71(2lnRe )BDDPe1/23.19BDPe1/