五章颗粒污染物控制技术基础

粒数众径——频度p最大时对应的粒径，此时
dp dd p
d2F dd p2
0
粒数中位径（NMD）——累计频率F=0.5时对应的粒径
F
粒径
粒径分布
质量分布
➢ 类似于数量分布，也有质量频率(gi)、质量筛下累积 频率(Gi)、质量频率密度(q)等
➢ 在所有颗粒具有相同密度、颗粒质量与粒径立方成 正比的假设下，粒数分布与质量分布可以相互换算
lndS lnNMDln2g lnMMD2ln2g
lndV lnNMD23ln2g lnMMD23ln2g
例 某粉煤燃烧产生的飞灰的粒径分布遵从对数正态分布，当以质量表示 其粒径分布时，中位径为21.5μm，dp（D=15.87%）=9.8μm。试确定以 及个数表示时对数正态分布函数的特征值和算术平均粒径。
➢ 同样的，也有质量众径和质量中位径（MMD）
平均粒径
前面定义的众径和中位径是常用的平均粒径之一
长度平均直径
dL
nidpi ni
fidpi
表面积平均直径 dS[nidnipi2]1/2(fidpi2)1/2
体积平均直径
dV[nindipi3]1/3(fidpi3)1/3
体积－表面积平均直径
➢ 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
粉尘的爆炸性
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 ✓ 爆炸浓度上限
➢ 存在能量足够的火源
第三节 净化装置的性能
N
ni
粒数筛下累积频率：小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个 数占总颗粒数的百分比
i
ni
Fi N
ni
粒数筛上累积频率：大于
第i个间隔上限粒径的所有颗粒
个数占总颗粒数的百分比
筛上分布为减函数；
筛下分布为增函数。
粒数频率密度（粒数频度） ——单位粒径间隔时的频率
粒数分布的测定及计算
0.425
总除尘效率
T 1 ( 1 1 ) ( 1 2 )( 1 n )
第四节 颗粒捕集的理论基础
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
➢ 天然粉尘和工业粉尘几乎都有一定的电荷。使粉尘带电 的过程叫做荷电过程，包括自然荷电和人工荷电过程。
➢ 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
粉尘的荷电性和导电性
粉尘的导电性
➢ 粉尘的导电性是判断是否使用电除尘器的依据，可以用比电
阻表征：比电阻
d
V
j
(Ωcm)
➢ 比电阻越大，则导电性越差。一般最适合电除尘器运行的比
N1
d p ——算术平均粒径； dp——粒径；
σ——标准差， N——粉尘粒子的总个数。
其特征数为： σ ， d p 。
特点：图形对称，众位径dd=中位径d50=平均粒径
f (δ)
f (δ)
1
2 σ
小
o δ δ + dδ δ
大
o
δ
粒径分布函数
正态分布（续）
➢ 正态分布是最简单的分布函数
（1） dp d50 dd
R ep500湍 流 区 （ 牛 顿 区 ）C D0.44
F D0.055πdp2u2
流体阻力与雷诺数的函数关系
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，此 时流体阻力将减小——需作坎宁汉修正
FD3πCdpu
C1Kn[1.2570.400exp(1.10)] Kn
其中努森数Kn2/dp
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。
解：对数正态分布函数的特征数是中位径和几何标准差。
gdp(D d1g .5 8% 7） 29.8 .1 52.19
由于对数正态分布以个数和质量表示的几何标准差相等，故即为以 个数表示的几何标准差。
NMdD50exp32l(n1.252.19)3.4 μm
d 1 3 .4e0 x 0 .5 lp 2 n 2 .( 1) 9 4 .6μ2 m
粒径分布函数
罗辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）
G1exp(dpn)
若设 dp (1/ )1/n 得到
G 1exp[(dp )n] dp
➢ 一般 d p 多选用质量中位径 d 5 0 或 d 6 3 .2
G1exp[0.693(dp)n] 或G1exp[( dp )n] ...RRS分 布 函 数
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
安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标 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
粉尘的比表面积
粉尘表面积对于粉尘的物理、化学和生物活性有重要影响， 比表面积大的粉尘通过捕集体的阻力增加，氧化、溶解、 蒸发、吸附和催化效应增强，爆炸性和毒性增大。
总净化效率
通过率
PS2 2NQ2N 1
S1
Q 1N 1N
分级除尘效率——指除尘装置对某一粒径dpi 或粒
径间隔Δdp内粉尘的除尘效率。 i
S3i S1i
1 S2i S1i
分割粒径－除尘效率为50％时所对应的粒径
分级效率与总效率的关系
由总效率求分级效率
i
S 3g 3i S1g i
g 3i g 1i
一般将粒径反映单个颗粒的单一粒径和反映由不同颗 粒组成的颗粒群的平均粒径
粒径分布
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。除尘技术中多采用粒径的质量分布。
粒数分布:每一粒径间隔内的颗粒个数分布。 粒数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数Σni之比
fi
ni
dSV
nidpi3 nidpi2
fidpi3 fidpi2
粒径分布函数
用一些半经验函数描述一定种类粉尘的粒径分布
正态分布
➢ 频率密度
p(dp)12πexp[(dp2d2p)2]
➢ 筛下累积频率
F(dp)12πd0p exp[(dp2 d 2p)2]ddp
➢ 标准差
[ ni(dpi dp)2]1/2
(m) , v 8RT (m/s)
0.499v
πM
温度越高、压力越低、粒径越小，C值越大。
对大于1μm的粒子，在常温常压下的空气中运动时一般可忽 略滑动修正。
阻力导致的减速运动
根据牛顿第二定律
πdp3 6
p
du dt
FD
CD
πdp2 4
u2
2
即
若仅考虑Stokes区域
1
exp[( ln d p / dg )2 ]
2πd p ln g
2 ln g
ln g [
ni (ln d pi / d g )2 ]1/ 2 N 1
特征数：几何平均粒径dg=d50， g （几何标准差）
粒径分布函数
对数正态分布的累积频率分布曲线
对数正态分布
➢ 对数正态分布在对数概率坐标纸上为一直线，斜率决定于 g
附着的强度称为粘附力，其大小可用断裂强度来判断。
断裂强度－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
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、荷电量均影响粘附性
粉尘的自燃性和爆炸性
粉尘的自燃性
➢ 自燃 存放过程中自然发热 燃烧
热量积累
达到燃点
电阻范围为： 104～1010 cm
➢ 影响导电性的因素有温度、粉尘和气体组成。不同温度范围 内，粉尘导电的机制各异。
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。
粉尘粘附性对除尘过程的影响是双面的：一些除尘器的捕集机 制就是依靠尘粒在捕集表面上被粘附；但尘粒在气体管道和净 化设备壁面上的粘附又能引起管道堵塞。
评价净化装置性能的指标 ➢ 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
净化装置技术性能的表示方法
处理气体流量
QN1 2(Q1NQ2N) (mN3/s)
➢ 漏风率
Q1NQ2N100 (%)
Q1N
压力损失
P v12
(Pa)
2
总净化效率的表示方法
单位体积粉尘所具有的表面积
SV
S V
6 dSV
(cm2/cm3)
以质量表示的比表面积
Sm
S
pV
6
pdSV
(cm2/g)
以堆积体积表示的比表面积
S bS(1 V )(1 )S V6 (1 d S V )(cm 2/cm 3)
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
d50
d63.2
d500.6931/nd63.2
dd(nn1)1/nd63.2
粒径分布函数
罗辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）
➢ 判断是否符合R－R分布
➢
lg[ln(1 1G)]lgnlgdp 应为一条直线
➢ 该直线的斜率为n，截距为lgβ
➢ R－R的适用范围较广，特别对破碎、研磨、筛分过程产生 的较细粉尘更为适用
g
d84.1 d50
d50 d15.9
(d84.1)1/2 d15.9
平均粒径的换算关系
lnMMDlnNMD3ln2g
MMD：质量中位直径 NMD：个数中位直径 SMD：表面积中位直径
lnSMDlnNMD2ln2g ➢ 可用 g 、MMD和NMD计算出各种平均直径
lndL lnNMD12ln2g lnMMD25ln2g
’，
第二节 粉尘的物理性质
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 p ➢ 用堆积体积计算——堆积密度 b ➢ 空隙率——粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体
积之比
b (1)p
粉尘的安息角与滑动角
安息角：粉尘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
粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降
润湿速度－
v20
L20 20
(mm/min)
润湿性是选择湿式除尘器的主要依据
粉尘的荷电性和导电性
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，电除尘器就通过粉尘荷电而将其捕集，袋式除尘器和 湿式除尘器也可以利用粉尘或液滴荷电而增加捕集效率。
（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σ
（3）
1 d 8 4 .1 d 5 0 d 5 0 d 1 5 .92(d 8 4 .1 d 1 5 .9)
➢ 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
粒径分布函数
正态分布的累积频率分布曲线
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
FD
1 2
CD
Ap
u2
(N)
CD f (Rep)
Rep
dpu
Rep1（层流）时 CDR2e4p 得 对到 于球形颗粒，得到
Stokes公式：FD3πdpu (N)
1R ep500湍 流 过 渡 区C DR 1e 8 p .0 5 .6
i
1
Baidu Nhomakorabea
S 2g 2i S 1g 1i
1
P
g 2i g 1i
i
P g 2i /
g 3i
由分级效率求总效率
i g1i
i
1
i dG1 iq1dd p
0
0
多级串联的总净化效率
总分级通过率
PiTPi1Pi2Pin
总分级效率
i T 1 P i T 1 ( 1 i 1 ) ( 1 i 2 ) ( 1 i n )
五章颗粒污染物控制技术基础
第一节 颗粒的粒径及粒径分布
大气污染中涉及到的颗粒物，一般指粒径介于0.01～ 100μm的粒子。颗粒的大小不同，其物理、化学特性不 同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的影 响甚大，因此颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。
实际颗粒的形状多是不规则的，所以需要按一定的方 法确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的 直径，简称为粒径。
对数正态分布
➢ 粉尘粒径分布曲线很少像正态分布那样成对称的钟形 曲线，以lndp代替dp就可以将其转化为近似正态分布 曲线的对称性钟形曲线。
F (d p )
1
ln dp
2π ln g
exp[( ln d p / dg 2 ln g
)2 ]d(ln d p )
p(d p )
dF (dp) dd p