《大气污染物控制工程》颗粒物捕集技术基础课件

第五章

颗粒污染物控制技术基础第五章颗粒污染物控制技术基础1主要内容图片来源：EPA5-1

粒径与粒径分布5.2

颗粒物的形貌特征5.3

颗粒物的化学组成与光学特性5.4

粉尘的物理性质5.5

净化装置的性能5.6

颗粒捕集的理论基础主要内容图片来源：EPA5-1粒径与粒径分布5.2颗粒物2KennethT.Whitby一、颗粒物粒径分布KennethT.Whitby一、颗粒物粒径分布3图片修改自：KennethT.

Whitby2液滴扬尘海盐溅沫火山灰植物颗粒均相成核冷凝核成长凝聚凝聚气体向非挥发性蒸汽化学转化蒸汽热蒸汽冷凝一次颗粒物凝聚链聚合物凝聚雨水冲刷沉降作用0.0020.010.1110粒径/

μm爱根核模细颗粒物粗颗粒物环境大气颗粒物的粒径分布积聚模一、颗粒物粒径分布粗模图片修改自：KennethT.Whitby2液滴扬尘4一、颗粒物粒径分布一、颗粒物粒径分布5肺部鼻腔支气管质量中位粒径，μm图片来源：NCRP,

1997.沉积比例颗粒物在呼吸系统的沉积一、颗粒物粒径分布肺部鼻腔支气管质量中位粒径，μm沉积比例颗粒物在呼吸系统的沉6粒径对除尘效率的影响050100除尘效率，%分割直径粒径dp，μm一、颗粒物粒径分布粒径对除尘效率的影响050100除尘效率，%分割直径粒径7一、颗粒物粒径90

μm海边细沙50～70

μm头发丝<2.5

μm<10

μm图片来源：EPA一、颗粒物粒径90μm50～70μm图片来源：EPA8《大气污染物控制工程》颗粒物捕集技术基础ppt课件9二、颗粒物粒径的定义

显微镜法

在显微镜下观测到的表征颗粒物投影长度或面积的直径，包括：投影面积直径dA（Heywood直径）定向直径dF（Feret

直径）定向面积等分直径dM（Martin直径）筛分法

颗粒能够通过的最小筛孔的宽度二、颗粒物粒径的定义显微镜法投影面积直径dA定向直径dF10二、颗粒物粒径的定义等体积直径dv与颗粒体积相等的球体的直径,若颗粒物的体积为V，则dv

3

6V π等表面积直径des与颗粒表面积相等的球体的直径,若颗粒物的表面积为S，则des

S πdv=2.48

μmdes=2.76

μm二、颗粒物粒径的定义等体积直径dvdv 36V πd11二、颗粒物粒径的定义斯托克斯（Stokes）直径ds同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的圆球直径空气动力学直径da在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1

g/cm3）的圆球的直径dv=5.0

μmρp=4

g/cm3VTS=2.2

mm/sds=4.3

μmpρ =4

g/cm3VTS=2.2

mm/sda=8.6

μmρp=1

g/cm3VTS=2.2

mm/s二、颗粒物粒径的定义斯托克斯（Stokes）直径ds空气12三、粒径分布-PSD定义：粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例。

个数分布：每一粒径区间内的颗粒数量或浓度的频数或频率

质量分布：每一粒径区间内的颗粒质量或质量浓度的频数或频率

表面积分布：每一粒径区间内的颗粒表面积或表面积浓度的频数或频率三、粒径分布-PSD定义：粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数13(1)个数频率f：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数Σni之比

个数分布(1)个数频率f：个数分布14个数分布(2)个数筛下累积频率(F)：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筛上累积频率(R)：是指大于某一粒径dp的所有颗粒个数与颗粒总个数之比个数分布(2)个数筛下累积频率(F)：小于第i个间隔上限粒15

fa~b=Fa-Fb(2)个数筛下累积频率：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fa~b=Fa-Fb(2)个数筛下累积频率：16个数分布(3)个数频率密度(p):单位粒径间隔时的频率，简称个数频度.pi=fi/dp个数分布(3)个数频率密度(p):单位粒径间隔时的频率，p17粒数分布的测定及计算pi=fi/dp粒数分布的测定及计算pi=fi/dp18三、粒径分布筛下累积频率F：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粒数频率密度(频度)p:单位粒径间隔的个数频率ppptotaltotalddNNp

d

N d

dN 粒径dp，μm筛下累积频率F1粒径dp，μm频度p,μm-10pddp

1众径dd三、粒径分布筛下累积频率F：小于第i个间隔上限粒径的所有19d50中位粒径d50－累计频率F=0.5时对应的粒径，也叫中位径或中值粒径，NMD意义：直径大于d50的粉尘颗粒数与直径小于d50的粉尘颗粒数目相等d50常用来表示粉体的平均粒径d50中位粒径d50－累计频率F=0.5时对应的粒径，也叫中20众径dd

频度p最大时对应的粒径，此时：dd众径dddd21质量分布类似于个数分布，质量分布也有质量频率、质量筛下累积频率、质量频率密度等质量频率(g)：粒径dp至（dp+Δdp）之间的粉尘质量占粉尘试样总质量的百分数。质量筛下累积频率(G)：将小于某一粒径间隔上限的所有粒子质量占粉尘试样总质量的百分数。质量频率密度(q)：单位粒径间隔时的质量频率质量中位直径：

G＝0.5对应的粒径，MMD质量分布22质量分布假定：所有颗粒具有相同密度、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质量分布23三、粒径分布个数累积频率分布与质量累积频率分布的比较个数频度与质量频度的比较个数个数质量质量粒径dp，μm粒径dp，μm频度p或q，μm-1累积频率F或G三、粒径分布个数累积频率分布与质量累积频率分布的比较个数频度24平均粒径

(1)长度平均直径(算术平均直径)：粉尘第i个直径di与其个数ni乘积的总和除以颗粒总个数(2)表面积平均直径：粉尘表面积总和除以粉尘颗粒数，再取其平方根(3)体积平均直径：各种粒径体积的总和除以颗粒总数，再开立方平均粒径(1)长度平均直径(算术平均直径)：粉尘第25平均粒径（续）(4)几何平均直径设粒径为d1、d2、…、dN的粉尘的颗粒数分别为n1、n2、…、nN几何平均直径dg实质上是lndp的算术平均值。平均粒径（续）(4)几何平均直径设粒径为d1、d2、…、dN26粒径分布函数

正态分布频率密度累积频率标准差p

1 exp2

ddp(d)

p p 22

2π2pp0

1 exp

dp

ddF(d)

dd

p p 22

2π2]1/

2

[N

1nidpi

dp

p(dp)dp−𝜎dp−2𝜎dp−3𝜎dpdp+𝜎dp+2𝜎dp+3𝜎累积频率F的曲线在正态概率坐标纸上为一条直线，斜率取决于标准差筛下累计频率F,

%粒径dp,

μmN(dp,

σ)粒径分布函数正态分布频率密度累积频率标准差p 1 ex27粒径分布函数正态分布是最简单的分布函数（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）粒径分布函数正态分布是最简单的分布函数28正态分布的累积频率分布曲线正态分布函数很少用于描述颗粒的粒径分布，因为大多数颗粒的频度曲线会发生偏移正态分布的累积频率分布曲线正态分布函数很少用于描述颗粒的粒径294.粒径分布函数:用一些半经验函数描述颗粒的粒径分布

正态分布频率密度筛下累积频率标准差(1)(2)(3)σ:标准差

dp:算术平均粒径4.粒径分布函数:用一些半经验函数描述颗粒的粒径分布(130粒径分布函数

对数正态分布以lndp代替dp得到的正态分布的频度曲线频率密度累积频率标准差dg

——几何平均粒径，描述颗粒物的平均大小；σg——几何标准差，描述颗粒物关于dg

的分散性pp12

exp

p g

dF

d

ln

d /

dp(d)

ddp2π

lng

p2

lng2gp

exp

1 ln

dlndp/

dF

(dp

)

d ln

d2π

lng2

lng1/

22gln

=

N

1

nilndpi/dg

11000.00.20.40.60.810粒径dp，μm∆F/∆lndpdg

=d50对数正态分布的频数密度分布曲线粒径分布函数对数正态分布频率密度累积频率标准差dg——31粒径分布函数对数正态分布(1)dp以lndp代替，平均粒径用lndp的算术平均直径(几何平均直径)代替，得到的对数正态分布的频度曲线(1)(2)(3):几何标准差

dg:几何平均直径粒径分布函数对数正态分布(1)(2)(3):几何标准差d32粒径分布函数（2）对数正态分布的累积频率分布曲线正态概率刻度对数刻度对数概率坐标纸粒径分布函数（2）对数正态分布的累积频率分布曲线正态概率刻度33粒径分布函数对数正态分布（续）

几何标准差的求取

几何标准差为两个粒径之比粒径分布函数对数正态分布（续）几何标准差为两个粒径之比34粒径分布函数对数正态分布（续）(4)性质

符合对数正态分布的粉尘，频度分布曲线为对称性钟形曲线符合对数正态分布的粉尘，累积频率分布曲线在对数概率坐标中为一直线。如果某种粉尘的粒径分布符合对数正态分布，则以颗粒的个数或颗粒质量或颗粒表面积表示的粒径分布，皆符合对数正态分布，并具有相同的几何标准差。因此，它们的累计频率分布曲线在对数概率坐标上为互相平行的直线，即几何标准差相等。粒径分布函数对数正态分布（续）35《大气污染物控制工程》颗粒物捕集技术基础ppt课件365.2

颗粒物的形貌特征5.2颗粒物的形貌特征37一、表征颗粒形貌的参数

圆柱体

Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)颗

粒

种

类Φs砂

粒0.53~0.63铁催化剂0.58烟

煤0.62次乙酰塑料0.86破碎的固体0.63二氧化硅0.55～0.63粉

煤0.70圆球度、形貌因子、分形维数圆球度：与颗粒体积相等的圆球的表面积与颗粒的表面积之比Φs（

Φs<1）几种典型颗粒的圆球度

正立方体

Φs＝0.806一、表征颗粒形貌的参数圆柱体Φs＝2.62(l/d)238一、表征颗粒形貌的参数Df

1.8Df

2.4D

3M.Kahnert,

2011形貌因子：相同速度下，颗粒物所受阻力与等体积的球形颗粒物所受阻力之比

χ。分形维数：表征颗粒物团簇中所含单个超细颗粒物数目随粒径变化关系的参数。一、表征颗粒形貌的参数Df1.8Df2.4D39二、形貌特征的分析方法主要测量方法

显微镜法：直接观测亚微米级以上颗粒物的形貌

扫描电子显微镜（SEM）

透射电子显微镜（TEM）

原子力显微镜（AFM）图片来源：透射电子显微镜JEM-2100二、形貌特征的分析方法主要测量方法图片来源：http://40三、颗粒物的显微结构链状颗粒物（a）

新释放的、呈链状的典型碳粒聚集体；（b）老化的碳粒聚集体，基本上仍呈链状；（c）团聚的碳粒聚集体；（d）

老化的碳粒聚集体三、颗粒物的显微结构链状颗粒物（a）新释放的、呈链状的典41三、颗粒物的显微结构球形颗粒物（a）典型的圆球形、表面光滑的飞灰；（b）表面光滑的飞灰，上黏附有一个粒度很小的颗粒物；（c）粒度较大的飞灰附近黏附一个较小的燃煤飞灰；（d）表面覆盖一层盐类成分的燃煤飞灰，两个圆圈之间的为盐类组分。三、颗粒物的显微结构球形颗粒物（a）典型的圆球形、表面光滑42三、颗粒物的显微结构似圆状颗粒物（a）似圆状粒子，表面稍显粗糙；（b）似圆状粒子，具有一定的长方形特征；（c）似圆状粒子；（d）图c中的粒子由于电子的轰击，部分物质已经挥发，挥发物质为碳质。三、颗粒物的显微结构似圆状颗粒物（a）似圆状粒子，表面稍显43三、颗粒物的显微结构长条状颗粒物（a）、（b）和（d）为不同地区大气颗粒物中的长条状粒子；（c）电子轰击后的长条状粒子。三、颗粒物的显微结构长条状颗粒物（a）、（b）和（d）为不44三、颗粒物的显微结构局部规则颗粒物（a）局部具似圆状形态的粒子；（b）局部具长条状或立方体状形态的粒子。三、颗粒物的显微结构局部规则颗粒物（a）局部具似圆状形态的45三、颗粒物的显微结构立方体颗粒物(a)

近似立方体；(b)

立方体形状。三、颗粒物的显微结构立方体颗粒物(a)近似立方体；(b)46三、颗粒物的显微结构不规则状粗颗粒物（a）典型的矿物粒子；（b）表面发生反应而残留结晶物的矿物粒子；（c）粒度相对较小的矿物粒子；（d）生物碎屑。三、颗粒物的显微结构不规则状粗颗粒物（a）典型的矿物粒子；47三、颗粒物的显微结构生物气溶胶（a）~（h）不同种类生物气溶胶的显微形貌三、颗粒物的显微结构生物气溶胶（a）~（h）不同种类生物气48四、颗粒物形貌分析的应用单颗粒类型化学组成特征可能的来源形貌特征化学组分来源比表面积形成与老化机理光学特性链状颗粒主要为C和H机动车尾气、燃煤、生物质燃烧球形颗粒通常为Si和Al燃煤长条状颗粒通常为S、K、Ca大气反应（二次颗粒物）似圆状颗粒盐类和有机物云中过程（二次颗粒物）局部规则细颗粒盐类为主大气反应（二次颗粒物）立方体颗粒海盐海洋不规则粗颗粒物通常为Si、Al、Ca、Fe等风起扬尘、建筑扬尘等生物颗粒以C和O为主生物释放四、颗粒物形貌分析的应用单颗粒类型化学组成特征可能的来源形貌495.3

颗粒物的化学组成与光学特性5.3颗粒物的化学组成与光学特性50一、颗粒物的化学组成OC：有机碳，主要包括脂肪族化合物、芳香族化合物、有机酸等有机物。EC：元素碳，主要是含碳燃料在缺氧条件下的不完全燃烧过程中由碳氢化合物的热解而生成的产物。有机物50.05%K9.94%

EC7.65%NH43.69%2-NO3-0.24%SO41.54%+13.77%0.03%地壳元素0.88%未知组分12.21%Cl-

源排放细颗粒物的化学组成小麦秸秆露天焚烧微量元素OC2.30%K0.80%EC1.10%NH4+8.20%SO42-45.00%NO3-0.90%Cl-1.30%Al8.10%Ca19.60%其他元素12.70%燃煤电厂排放一、颗粒物的化学组成OC：有机碳，主要包括脂肪族化合物、芳香51一、颗粒物的化学组成SO42-、NO3-、NH4+：合称为二次无机气溶胶(SNA)，主要来自于气粒转化。数据来源：北京市环保局

北京市2012-2013年度PM2.5主要成分质量百分比有机物26%EC3%NH

+411%NO

-317%地壳物质12%SO

2-416%微量元素5%其他10%一、颗粒物的化学组成SO42-、NO3-、NH4+：数据来源52化学组分的粒径分布：

某一粒径下颗粒物总体的化学组成。一、颗粒物的化学组成图片来源:Walletal,

1988.空气动力学当量直径Dae

,微米NH4SO24NO3Na+HCl化学组分的粒径分布：某一粒径下颗粒物总体的化学组成。一、53一、颗粒物的化学组成化学分析数据分析提取42SO =8.4μg

m-3化学分析数据分析进样装置SO24时间泵样品采集离线采样和在线分析几种常用的在线分析仪器：气溶胶质谱仪（AMS）气溶胶飞行时间质谱仪（ATOFMS）气溶胶化学组分在线监测仪（ACSM）离线采样在线分析一、颗粒物的化学组成化学数据分析提取42SO =8.4μ54图片来源:SeinfeldACP

book散射：颗粒物使入射光方向改变，但没有能量损失。吸收：颗粒物吸收入射光线的能量，转化为内能。二、颗粒物的光学特性入射光热辐射折射衍射荧光拉曼反射入射辐射和单个颗粒相互作用的机理示意图图片来源:SeinfeldACPbook散射：颗粒物使55二、颗粒物的光学特性散射项吸收项I

I0eext

z消光系数

折射系数：m

m

ma

i吸光度图片来源:Hinds,AerosolTechnology

book

消光：颗粒物通过散射和吸收作用使光的强度降低的作用。

消光系数：m

1.12m

1.2m

1.3m

1.12

0.0472i消光系数

d

p二、颗粒物的光学特性散射项吸收项II0eext56二、颗粒物的光学特性图片来源：IPCCFifthReport

(AR5).化石燃料和生物质生物质燃烧黑炭有机碳矿物粉尘0.64[0.40;0.20;0.04]-0.29[-0.09;-0.20]-0.10气溶胶成云作用

-0.45-0.50.0

影响消光系数的因素：粒径、化学组分、混合状态、形貌特征等。

不同化学组分颗粒物对辐射强迫的贡献0.5 1.0辐射强迫，W/m2二、颗粒物的光学特性图片来源：IPCCFifthRepo575.4

粉尘的物理性质5.4粉尘的物理性质58一、粉尘的密度定义：单位体积颗粒的质量，kg/m3或g/cm3真密度

p——颗粒体积不包括颗粒内部和之间的缝隙堆积密度b

——用堆积体积计算空隙率ε——粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比b

(1

)pvvvvvv

vvvvv

vvvv一、粉尘的密度定义：单位体积颗粒的质量，kg/m3或g/c59二、粉尘的安息角与滑动角安息角与滑动角是评价颗粒物流动特性的重要指标安息角：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滑动角：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影响因素：颗粒粒径、含水率、颗粒形状、表面光滑程度、颗粒黏性二、粉尘的安息角与滑动角安息角与滑动角是评价颗粒物流动特性60三、粉尘的比表面积以单位体积（或质量）颗粒所具有的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V6(cm2/cm3

)S

S

VdSV三、粉尘的比表面积以单位体积（或质量）颗粒所具有的表面积61四、粉尘的含水率颗粒物从周围空气中吸收水分的能力含水率水分质量与颗粒物总质量之比颗粒中的水分自由水分结合水分吸湿性平衡含水率含水率影响导电性 粘附性 流动性气体的每一相对湿度所对应颗粒物的含水率包含在凹坑和细孔中颗粒内部四、粉尘的含水率颗粒物从周围空气中吸收水分的能力含水率水分质62五、粉尘的润湿性定义：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影响因素：颗粒的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性；液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式压力

、温度

润湿性

润湿速度：2020L20(mm

/

min)v 润湿性是选择湿式除尘器的主要依据按润湿性对粉尘分类粉尘类型ⅠⅡⅢⅣ润湿性绝对憎水憎水中等亲水强亲水V20<0.50.5~2.52.5~8.0>8.0粉尘举例石蜡、聚四氟乙烯、沥青石墨、煤、硫玻璃微珠、石英锅炉飞灰、钙五、粉尘的润湿性定义：粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附63六、粉尘的荷电性和导电性粉尘的荷电性荷电因素：电离辐射、高压放电、离子或电子捕获、摩擦天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷干空气中粉尘最大荷电量约为1.66×1010电子/cm2天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1/10温度

、表面积

、含水率

荷电量

，与化学组成有关六、粉尘的荷电性和导电性粉尘的荷电性64粉尘的导电性比电阻比电阻对电除尘器运行有很大影响，适宜范围104～1010

Ω·cm导电机制：• 体积比电阻（200oC以上）：颗粒本体内部的电子和离子• 表面积比电阻（100oC以下）：颗粒表面吸附的水分或其他化学物质六、粉尘的荷电性和导电性(cm)Vdj体积比电阻表面积比电阻同时作用10141013101210111010

109温度，℃39

60

84

111

144

181

227

282

352

442

560V——通过粉尘层的电压；j

——粉尘层的电流密度，A/cm2

——粉尘层厚度，cm。比电阻

d，

cm中间温度，同时起作用粉尘的导电性比电阻对电除尘器运行有很大影响，导电机制：65粉尘的导电性比电阻比电阻对电除尘器运行有很大影响，适宜范围104～1010

Ω·cm导电机制：• 体积比电阻（200oC以上）：颗粒本体内部的电子和离子• 表面积比电阻（100oC以下）：颗粒表面吸附的水分或其他化学物质六、粉尘的荷电性和导电性(cm)VdjV——通过粉尘层的电压；j

——粉尘层的电流密度，A/cm2

——粉尘层厚度，cm。比电阻

d，

cm中间温度，同时起作用化学组分、气体组成的影响粉尘的导电性比电阻对电除尘器运行有很大影响，导电机制：66七、粉尘的黏附性黏附和自黏现象：颗粒附着在固体表面上或颗粒相互附着断裂强度：表征粉尘自黏性的指标，等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积分类：不黏性、微黏性、中等黏性、强黏性影响因素：粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响黏附性粉尘类型ⅠⅡⅢⅣ黏性不黏性微黏性中等黏性强黏性断裂强度/Pa<6060~300粉尘举例干矿渣粉、石英粉（干砂）、干黏土含有未燃烧完全产物的飞灰、焦粉、干镁粉、页岩灰、干滑石粉、高炉灰、炉料粉湿镁粉、金属粉、黄铁矿粉、氧化铝、氧化锌、氧化锡、干水泥、炭黑、干牛奶粉、面粉、锯末300~600 >600完全燃尽得飞灰、泥煤粉、泥煤灰、

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、棉纤维、毛纤维）黏附力：克服附着现象所需要的力分子力黏附力毛细力 静电力七、粉尘的黏附性黏附和自黏现象：颗粒附着在固体表面上或颗粒67八、粉尘的自燃性与爆炸性粉尘的自燃性自燃：存放过程中自然发热热量积累达到燃点燃烧

粉尘结构和组成：容易发生氧化、分解、聚合、发酵反应的粉尘，以及自然温度低的粉尘，易自燃；

粒径

、浓度

、比表面积

容易自燃；

存在状态和环境：悬浮状态比堆积状态自燃温度高、环境温度低、通风良好，就不易自燃。八、粉尘的自燃性与爆炸性粉尘的自燃性热量积累达到燃点燃烧68八、粉尘的自燃性与爆炸性粉尘类型金属热塑性塑料热固性塑料塑料一次原料塑料填充剂农产品等爆炸下限，g/m320~

42520~

6520~

3020~

5035~

5520~

85起火点，℃常温

~860360~

670460~

540380~

680420~

470430~

610粉尘发生爆炸必备的条件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部分粉尘的爆炸浓度下限和起火点八、粉尘的自燃性与爆炸性粉尘类型金属热塑性塑料热固性塑料塑料695.5

净化装置的性能5.5净化装置的性能70净化装置的性能技术指标处理气体流量净化效率压力损失经济指标设备费运行费占地面积净化装置的性能技术指标71一、处理气体流量平均处理气体流量:N 1N2NNm

3

/

s2Q

1

(Q

Q

)%Q1N漏风率:

=

Q1N

Q2N

100%一、处理气体流量平均处理气体流量:N 1N2NNm 372二、压力损失压力损失与通风机的功耗成正比旋风除尘器类型局部阻力系数XLT5.3XLT/A6.5XLP/A8.0XLP/B5.8

1

Pa2ρv

2ΔP=定义：进口和出口气流全压之差，代表净化装置能耗大小与净化装置进口气流的动压成正比

几种旋风除尘器的局部阻力系数值二、压力损失压力损失与通风机的功耗成正比旋风除尘器类型局部73三、净化效率总净化效率:通过率:三、净化效率总净化效率:通过率:74分级除尘效率:除尘装置对某一粒径dpi或粒径间隔Δdp内粉尘的除尘效率分割粒径:50％除尘效率对应的粒径三、净化效率分级除尘效率:分割粒径:三、净化效率75分级效率与总效率的关系由总效率求分级效率粒径间隔，μm质量频率，%分级效率，%进口g1i出口g2i捕集g3i按式(1)按式(2)按式(3)三式平均0~510.481.63.228.027.527.927.85~1014.015.012.883.190.089.887.610~2019.62.420.092.898.798.996.820~4022.41.023.294.299.599.697.840~6014.0014.896.010010098.7>6019.6026.0100100100100三、净化效率i1i3S3

g3iS2

g2i

+S3

g3ig3i

+P

g2i

S3i

S3g3i

g3i

S3ii2S1i

S1g1i

g1i

1

S2iS1i

S1g1i

g1i

S1i

1

S2

g2i

1

P

g2i旋风除尘器分级效率计算实例（总除尘效率

=90.8%）分级效率与总效率的关系粒径间隔，质量频率，%分级效率，%进76由分级效率求总效率由粒径分布和分级效率计算总效率分级效率与总效率的关系粒径间隔dP

，μm0~5.85.8~8.28.2~11.7

11.7~16.516.5~22.622.6~3333~47>47进口质量频率g1i

，%314781319108分级效率ηi

，%618593969899100100总效率η，%ηi

gli18.93.46.57.712.718.810.08.0η=∑ηi

gli86.0

g3iig1ii

i

g1i100i

1i 1 P

dG

g

dd三、净化效率由分级效率求总效率由粒径分布和分级效率计算总效率分级效77三、净化效率多级串联运行时的总净化效率总分级通过率：PiT

Pi1Pi2

Pin总分级除尘效率:iT

=1

PiT

1

1i1

1i2

1in

总除尘效率：T

=1

11

12

1n

三、净化效率多级串联运行时的总净化效率785.6

流体阻力和颗粒的沉降5.6流体阻力和颗粒的沉降79颗粒物捕集原理

除尘基本原理：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。

颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒之间相互作

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。颗粒物捕集原理除尘基本原理：对颗粒施加外力，使颗粒相对气80一、流体阻力

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，导致的前后压力差。

摩擦阻力：颗粒与其周围流体之间产生摩擦而受到的阻力。

阻力方向：总是和速度方向相反。

阻力大小：取决于颗粒的形状、粒径、表面特性、运动速度及流体的种类和性质。一、流体阻力形状阻力：由于颗粒具有一定的形状，运动时必须81阻力大小：CD——阻力系数，无因次；Ap——颗粒在运动方向的投影面积，m2；ρ

——流体密度，kg/m3；u

——颗粒与流体的相对运动速度，m/s；μ——流体粘度(Pa·s)；dp

——颗粒粒径一、流体阻力颗粒物的雷诺数阻力大小：CD——阻力系数，无因次；一、流体阻力颗粒物82一、流体阻力Rep≤1，

CD与Rep成直线关系：

层流区(Stokes区）刚性小球不可压缩，无滑移流场无限大一、流体阻力Rep≤1，CD与Rep成直线关系： 层流83

湍流过渡区(Allen区)一、流体阻力p1<Re<500，

CDp与Re

成曲线关系：0.6

1.4

0.4

1.4pFD

2.315

d

u 湍流过渡区(Allen区)一、流体阻力p1<Re<5084湍流区(Newton区)一、流体阻力2 2PDd

uF

0.055p500<Re<2×105，

CDp不受Re

影响：CD

0.44湍流区(Newton区)一、流体阻力2 2PDduF 85坎宁汉系数与气体的温度、压力和颗粒的大小有关。293K、101325Pa

时，C＝1＋0.165/dp坎宁汉修正：

Stokes定律的适用性颗粒粒径太小时：颗粒尺寸与气体分子平均自由程接近时，颗粒发生滑动温度小于80度101325Pa

时一、流体阻力坎宁汉系数与气体的温度、压力和颗粒的大小有关。坎宁汉修正：86例题5－4先求雷诺数Rep，然后选公式当颗粒的粒径dp≤1μm时，对上述公式进行坎宁汉修正（C）例题5－4先求雷诺数Rep，然后选公式当颗粒的粒径dp≤187二、阻力导致的减速运动若仅考虑Stokes区域：322423

p D DDpp根据牛顿第二定律：

πdpdtduu2

C4dtdp

u

du

F

C

d6即0积分得：

u

u

et

/)t

/速度由u0减速到u所迁移的距离：x(u0

u)u0(1

e驰豫时间若引入坎宁汉修正系数C：

x

停止距离：

x

u0Ct

u0C

1

exp

C

p ρudu 18

u

dt d

2

p pd

2

18(m/s)二、阻力导致的减速运动若仅考虑Stokes区域：3224288三、阻力作用下的匀速运动

重力沉降Stokes颗粒的重力沉降末端速度：湍流过渡区：牛顿区：pDp6π

d

3力平衡关系：

F

FG

FB

(

)gFB+

FDFGus三、阻力作用下的匀速运动重力沉降Stokes颗粒的重力89

重力沉降Stokes直径空气动力学直径sp18us

gCd 1000gC18usda

FB颗粒物粒径，μm重力沉降末端速度,m/s0.001 6.9×10-90.01 7.0×10-80.1 8.8×10-71 3.5×10-510 0.0031100 0.25三、阻力作用下的匀速运动重力沉降Stokes直径空气动力学直径sp18us90

离心沉降力平衡关系Stokes颗粒的末端沉降速度三、阻力作用下的匀速运动流体阻力离心力FCut离心沉降Stokes颗粒的末端沉降速度三、阻力作用下的91

静电沉降力平衡关系FD

FE

qE静电沉降的末端速度一般称为驱进速度，对于Stokes粒子：三、阻力作用下的匀速运动静电沉降三、阻力作用下的匀速运动925.7

惯性沉降、机械拦截和扩散5.7惯性沉降、机械拦截和扩散93一、惯性沉降含尘气流通过一静止或者缓慢移动的捕集体，气流发生绕流运动。一、惯性沉降含尘气流通过一静止或者缓慢移动的捕集体，气流发生94一、惯性沉降颗粒物1粒径较小，能随气流一起绕过捕集体。11一、惯性沉降颗粒物1粒径较小，能随气流一起绕过捕集体。195颗粒物2距离停滞流线较远，也能顺利绕过捕集体。一、惯性沉降122颗粒物2距离停滞流线较远，也能顺利绕过捕集体。一、惯性沉降196颗粒物3粒径较大，距停滞线较近，因为惯性将保持原来的运动方向，与捕集体发生碰撞，继而被捕集，这种作用称为惯性碰撞。一、惯性沉降1233颗粒物3粒径较大，距停滞线较近，因为惯性将保持原来的运动97气流速度在捕集体周围的分布，用ReD衡量ReD

u0

Dcpρp颗粒对捕集体的附着，通常假定为100％xs ——停止距离；C ——坎宁汉滑移系数；τ ——弛豫时间；d ——颗粒物粒径；——颗粒物密度。u0

——未被扰动的上游气流相对于捕集体的流速；ρ ——气体密度；颗粒运动轨迹，用Stokes数描述Dc

——捕集体的尺寸；μ ——气体动力粘度。一、惯性沉降气流速度在捕集体周围的分布，用ReD衡量ReDu098惯性碰撞分级效率与

St

的关系p p 0d2

u

C18

DcSt

一、惯性沉降99989590806040201052