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1第五章颗粒污染物控制技术基础5.1颗粒的粒径及粒径分布目的要求：了解颗粒粒径的各种定义形式，理解颗粒的粒径分布相关概念；重点：粒径分布；授课方式：讲授一、颗粒的粒径按一定方法确定的一个表示颗粒大小的代表性尺寸作为颗粒的直径，简称粒径。几种常用的粒径定义方法：1、用显微镜法观测颗粒时，采用如下几种粒径：（1）定向直径dF，也称菲雷特（Feret）直径，为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度；（2）定向面积等分直径dM，也称马丁（Martin）直径，为各颗粒在投影图中按同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度；（3）投影面积直径dA，也称黑乌德（Heywood）直径，为与颗粒投影面积相等的圆的直径。根据黑乌德测定分析表明，同一颗粒的dF＞dA＞dM；2、用筛分法测定时可得到筛分直径，为颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度；3、用光散射法测定时可得到等体积直径dV，为与颗粒体积相等的圆球的直径；4、用沉降法测定时，一般采用如下两种定义：（1）斯托克斯（Stokes）直径ds，为在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的圆球的直径；（2）空气动力学当量直径da，为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度的圆球直径；斯托克斯直径和空气动力学直径是除尘技术中应用最多的两种直径；另外，通常用圆球度来表示颗粒形状与圆球形颗粒不一致程度的尺度。圆球度是与颗粒体积相等的圆球的表面积和颗粒的表面积之比，以s表示，其值总是小于1。二、粒径分布2粒径分布是指不同粒径范围内的颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例。以颗粒的个数表示所占的比例时，称为个数分布；以颗粒的质量（或表面积）表示时，称为质量分布（或表面积分布）。除尘技术中多采用粒径的质量分布。1、个数分布结合表5-2（颗粒个数分布的测定数据及其测定结果）和图5-2（颗粒个数分布直方图）；（1）个数频率（fi）：为第i个间隔中颗粒个数ni与颗粒总个数in之比（或百分比）；（2）个数筛下累积频率（Fi）：为小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比（或百分比）；根据计算出的各级筛下累积频率Fi值对各级上限粒径dp可以画出筛下累积频率分布曲线（图5-3）；由累积频率曲线可以求出任一粒径间隔的频率f值；（3）个数频率密度：单位粒径间隔时的频率；频度分布曲线（F曲线）；F曲线是一有拐点的“S”形曲线，拐点发生在频度p为最大值时对应的粒径处，这一粒径称为众径dd；累积频率F=0.5时对应的粒径d50称为个数中位粒径（NMD）；2、质量分布根据所有颗粒都具有相同的密度，以及颗粒的质量与其粒径的立方成正比的假定对颗粒的个数分布和质量分布进行换算；得到按质量给出的频率、筛下累积频率和频率密度等定义；例5-1颗粒个数分布与质量分布的换算；三、平均粒径表示颗粒群的某一物理特性和平均尺寸的大小，需要求出颗粒群的平均粒径；长度平均（或算术平均）粒径；（Ld）表面积平均粒径；（sd）体积平均粒径；（Vd）表面积-体积平均粒径；（SVd）几何平均粒径；（gd）对于频率密度分布曲线是对称性的分布（如正态分布），其众径dd、中位直径50d和算术平均直径Ld相等，即dd=50d=Ld；对于频率密度3分布曲线是非对称性的分布，dd＜50d＜Ld；例5-2计算颗粒群的各种平均粒径；四、粒径分布函数5.2粉尘的物理性质目的要求：了解粉尘的八种物理性质，理解相关概念；重点：无授课方式：讲授、自学一、粉尘的密度单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度，单位为kg/m3或g/cm3。粉尘的真密度（p）：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，以此真实体积求得的密度称为粉尘的真密度；粉尘的堆积密度（b）：呈堆积状态存在的粉尘，它的堆积体积包括颗粒之间和颗粒内部的空隙体积，以此堆积体积求得的密度称为粉尘的堆积密度；若将粉体颗粒间和内部空隙的体积与堆积粉体的总体积之比称为空隙率，用表示，则空隙率与p和b之间的关系为：b=（1-）p；对于一定种类的粉尘，其真密度为一定值，堆积密度则随空隙率而变化；二、粉尘的安息角与滑动角粉尘的安息角：粉尘从漏斗连续落到水平面上，自然堆积成一个圆锥体，圆锥体母线与水平面的夹角称为粉尘的安息角，也称动安息角或堆积角等，一般为35°-55°。粉尘的滑动角：自然堆放在光滑平板上的粉尘，随平板做倾斜运动时，粉尘开始发生滑动时的平板倾斜角，也称静安息角，一般为40°-55°。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；影响粉尘安息角和滑动角的因素主要有：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度及粉尘粘性等。三、粉尘的比表面积粉尘的比表面积定义为单位体积（或质量）粉尘所具有的表面积。（1）以粉尘自身体积（即净体积）表示的比表面积VS，用显微镜法测得的定义为：4sv/6/dVSSV（cm2/cm3）（5-38）式中：S——粉尘的平均表面积，cm2；V——粉尘的平均净体积，cm3；svd——粉尘的表面积-体积平均直径，cm；（2）以粉尘质量表示的比表面积mS：msv6SdppSV（cm2/g）（5-39）（3）以堆积体积表示的比表面积bS：bsv(1)6(1)S(1)dVSSV（cm2/cm3）（5-40）四、粉尘的含水率粉尘的含水率W表示粉尘中的水分含量，是指粉尘中所含水分质量与粉尘总质量（包括干粉尘与水分）之比；五、粉尘的润湿性粉尘颗粒与液体接触后能否相互附着或附着难以程度的性质称为粉尘的润湿性。当尘粒与液体接触时，如果接触面能扩大而相互附着，则称为润湿性粉尘；如果接触面趋于缩小而不能附着，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；粉尘的润湿性可以用液体对试管中粉尘的润湿速度来表征。通常取润湿时间为20min，测出此时的润湿高度L20（mm），于是润湿速度为：v20=L20/20（mm/min）（5-41）按润湿速度v20作为评定粉尘润湿性的指标，可将粉尘分为四类：绝对憎水、憎水、中等亲水、强亲水；粉尘的润湿性是选用湿式除尘器的主要依据。六、粉尘的荷电性和导电性1、粉尘的荷电性粉尘的荷电在除尘中有重要作用，如电除尘器就是利用粉尘荷电而除尘的，在袋式除尘器和湿式除尘器中也可利用粉尘或液滴荷电来进一5步提高对细尘粒的捕集性能。天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷，也有中性的。使粉尘荷电的因素很多，诸如电离辐射、高压放电或高温产生的离子或电子被颗粒所捕获，固体颗粒相互碰撞或它们与壁面发生摩擦时产生的静电。实际中，由于粉尘天然荷电量很小，并且有两种极性，所以一般多采用高压电晕放电等方法来实现粉尘荷电的。2、粉尘的导电性粉尘的导电性通常用比电阻d来表示：/()dVjcm（5-42）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；粉尘的导电机制有两种：本体导电（高温，一般在200℃以上）：主要依靠粉尘本体内部的电子或离子进行，这种本体导电占优势的粉尘比电阻称为体积比电阻；表面导电（低温，一般在100℃以下）：主要依靠尘粒表面吸附的水分或其他化学物质中的离子进行，这种表面导电占优势的粉尘比电阻称为表面比电阻；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。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比电阻范围为104-1010cm，当比电阻值超出这一范围时，则需采取措施进行调节。七、粉尘的粘附性粉尘颗粒附着在固体表面上，或者颗粒彼此相互附着的现象称为粘附。附着的强度，即克服附着现象所需要的力称为粘附力。粉尘颗粒之间的粘附力分为三种（不包括化学粘附力）：分子力（范德华力）、毛细力和静电力；八、粉尘的自燃性和爆炸性61、粉尘的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，此热量经常时间的积累，达到该粉尘的燃点而引起燃烧的现象。引起粉尘自然发热的原因有：氧化热、分解热、聚合热和发酵热；2、粉尘的爆炸性这里所说的爆炸主要指化学爆炸；爆炸浓度下限和爆炸浓度上限；5.3净化装置的性能目的要求：了解净化装置性能的表示方法，理解净化效率的计算；重点：净化效率授课方式：讲授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、净化效率和压力损失等，本节以净化效率为主介绍净化装置技术性能的表示方法。一、净化装置技术性能的表示方法1、处理气体流量处理气体流量是代表净化装置处理气体能力大小的指标，一般以体积流量表示。实际运行的净化装置，用装置进口和出口气体流量的平均值作为处理气体流量的代表：121()2NNNQQQ（mN3/s）（5-43）式中：1NQ和2NQ分别代表装置进口和出口处的气体流量；净化装置漏风率121100%NNNQQQ（5-44）2、净化效率净化效率是表示装置净化污染物效果的重要指标。对于除尘装置称为除尘效率，对于吸收装置称为吸收效率，对于吸附装置称为吸附效率。除尘效率后面重点介绍；3、压力损失压力损失代表装置能耗大小的技术经济指标，系指装置的进口和出口气流全压之差，净化装置压力损失的大小，不仅取决于装置的种类和7结构型式，还与处理气体流量大小有关。通常压力损失与装置进口气流的动压成正比，即：212vP（Pa）（5-45）二、净化效率的表示方法1、总效率总效率指在同一时间内净化装置去除的污染物数量与进入装置的污染物数量之比。3211(1)100%SSSS（5-46）或2211(1)100%NNNNQQ（5-47）式中：1NQ、2NQ——标准状态下装置进出口气体流量，mN3/s；S1、S2——装置进出口粉尘流量，g/s；1N、2N——装置进出口气流中粉尘浓度，g/m3；S3——装置捕集的粉尘流量，g/s；若净化装置不漏气，则1NQ=2NQ，则211NN（5-48）2、通过率当净化效率很高时，或为了说明污染物的排放量，有时也可以用未被捕集的粉尘量占进入装置总量的百分数来表示，称之为通过率，用P表示：2221111NNNNQSPSQ（5-49）3、分级除尘效率分级除尘效率指除尘装置对某一粒径pid或粒径间隔pd内粉尘的除尘效率，简称分级效率；若设除尘器进口、出口和捕集的pid颗粒质量流量分别为1iS、2iS和3iS，则该除尘器对pid颗粒的分级效率为：832111iiiiiSSSS（5-50）其中分级效率中，一个非常重要的值是50%i，与此值相对应的粒径称为除尘器的分割粒径，一般用cd表示；4、分级效率与总除尘效率之间的关系（1）由总效率求分级效率由质量频率定义式（5-6）和分级频率定义式（5-50）有：333111iiiiiSggSgg（5-51）或22211111iiiiiSggPSgg（5-52）或23/iiiPgg（5-53）（2）由分级效率求总除尘效率由分级效率计算式（5-51）有31iiigg，等式两端对各种粒径间隔求和，并考虑到31iig，便得到计算总除尘效率的公式1iiig（5-54）5、多级串联运行时的总净化效率若多级除尘器中每一级的运行性能是独立的，净化第i级粉尘的分级通过率分别为12,,....iiinPPP，或分级效率分别为12,...iiin，则此多级除尘器净化第i级粉尘的总分级通过率为12....iTiiinPPPP（5-56）或总分级效率为：1211(1)(1)...(1)iTiTiiinP（5-57）计算出总分级效率后，由除尘系统总进口的粉尘粒径分布数据，按式（5-54）计算多级除尘系统的总除尘效率。9若已知各级除尘器的除尘效率为12,...n，也可计算多级除尘系统的总除尘效率：121(1)(1)...(1)Tn（5-58）5.4颗粒捕集的理论基础目的要求：了解颗粒物在各种力场中的空气动力学行为——分离、沉降、捕集