《大气污染控制工程》教案-第五章

第五章颗粒物燃物控制技术基础为了深入理解各种除尘器的除尘机理和性能，正确设计、选择和应用各种除尘器，必须了解粉尘的物理性质和除尘器性能的表示方法及粉尘性质和除尘器性能之间的关系。

第一节粉尘的粒径及粒径分布

一、颗粒的粒径

1.单一颗粒粒径

粉尘颗粒大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的性能影响很大，所以是粉尘的基本特性之一。

若颗粒是大小均匀的球体．则可用其直径作为颗粒大小的代表性尺寸。但实际上，不仅颗粒的大小不同．而且形状也各种各样。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。下面介绍几种常用的粒径定义方法。

(1)用显微镜法观测顾粒时，采用如下几种粒径：

i.定向直径d F，也称菲雷待(Feret)直径．为各颗粒在投影图中同一方向上的最

大投影长度，如图4—1(a)所示。

ii.定向面积等分直径d M，也称马丁(Martin)直径，为各颗粒在投影图上按同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度，如图4—1(b)所示。

iii.投影面积直径d A，也称黑乌德(Heywood)直径，为与颗粒投影面积相等的圆的直径，如图4一l(c)所示。若颗粒投影面积为A，则d A＝(4A／π)1/2。

根据黑乌德测定分析表明，同一颗粒的d F＞d A＞d M。

(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孔的宽度。

(3)用光散射法测定时可得到等体积直径d V．为与颗粒体积相等的球的直径。若颗粒体积为V,则d V＝(6V／π)1/3。

(4)用沉降法测定时，一殷采用如下两种定义：

i.斯托克斯(stokes)直径d S，为在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速

度相等的球的直径。

ii.空气动力学直径da，为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度的球的直径。

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，原因在于它们与颗粒在流体中的动力学行为密切相关。

综上所述，粒径的测定和定义方法可归纳为两类：一类是按颗粒的几何性质来直接测定和定义的，如显微镜法和筛分法；另一类则是按照颗粒的某种物理性质间接测定和定义的。如斯托克斯直径、等体积直径等。粒径的测定方法不同，其定义方法也不同．得到的粒径数值往往差别很大．很难进行比较，因而实际中多是根据应用目的来选择粒径的测定和定义方法。

此外，粒径的测定结果还与颗粒的形状密切相关。通常用球形度来表示赖粒形状与球形颗粒不一致程度的尺度。球形度是与颗粒体积相等的球的表面积和颗粒表面积之比。以ФS表示，它的值总是小于1。

2.粒径分布

粉尘的粒径分布是指某种粉尘中，各种粒径的颗粒所占的比例．也称粉尘的分散度。以颗粒的个数表示所占的比例时，称为个数分布；以颗粒的质量表示所占比例时，称为质量分布。除尘技术中多采用质量分布。下面以粒径分布测定数据的整理过程来说明粒径分布的表示方法及相应定义。

(1)个数分布

i.个数频率

ii.个数筛下累积频率

iii.个数频率密度

(2)质量分布

3.平均粒径

i.算术平均粒径

ii.表面积平均粒径

iii.体积平均粒径

iv.体积－表面积平均粒径

v.几何平均粒径

4.粒径分布函数

(1)正态分布

(2)对数正态分布

(3)罗辛－拉姆勒分布

第二节粉尘的物理性质

一、粉尘的密度

单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度，单位kg/m3。根据粉尘测定条件及应用条件的不同，可分为真密度和堆积密度。

(1)真密度将粉尘颗粒表面及其内部的空气排出后测得的粉尘自身的密度，称为真密度。以ρp表示。

(2)堆积密度固体磨碎形成的粉尘，在表面末氧化时，其真密度与母料密度相同。呈堆积状的舶粉尘(即粉体)，每个颗粒及颗粒之间的空隙中皆含有空气。一般将包括物体颗粒间气体空间在内的粉体密度称为堆积密度．用ρb表示。二、粉尘的安息角与滑动角

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。

滑动角：指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，也成静安息角。

影响粉尘安息角和滑动角的因素主要有：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度及粉尘粘性等。对于一种粉尘，粒径越小，安息角越大；粉尘含水率增加，安息角增大；表面越光滑和越接近球形的颗粒，安息角越小。

三、粉尘的比表面积

粉状物料的许多理化性质，往往与其表面积大小有关，细颗粒往往表现出显著的物理、化学活动性。

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。以粉尘自身体积(即净体积)表示的比表面积。

四、粉尘的含水率

粉尘中的水分包括附着在颗粒表面上的和包含在凹坑处与细孔中的自由水分，以及紧密结合在颗粒内部的结合水分。

粉尘中的水分含量，用含水率w表示，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

粉尘颗粒能否与液体相互附着或附着难易的性质称为粉尘的润湿性。当尘粒与液体接触时，接触面能扩大而相互附着，就是能润湿；反之，接触面趋于缩小而不能附着，则是不能润湿。一般根据粉尘能被液体润湿的程度将粉尘大致分为

两类：容易被水润湿的亲水性粉尘，难以被水润湿的疏水性粉尘。粉尘的润湿性与粉尘的性质，如粒径，生成条件、温度、含水率、表面粗糙度、荷电性等有关，还与液体的表面张力、尘粒和液体间的粘附力及相对运动速度等有关。此外，粉尘的润湿性还随压力的增加而增加，随温度升高而减小，随液体表面张力减小而增强。各种湿式除尘装置．主要是依靠粉尘与水的润湿作用来捕集粉尘的。六、粉尘的荷电性及导电性

l粉尘的荷电性

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。粉尘荷电后将改变其某些物理性质，如凝聚性、附着性及在气体中的稳定性等。粉尘的荷电量随温度增高、表面积加大和含水率减小而增大、还与其化学成分等有关。

2．粉尘的导电性

粉尘的导电性与金属导线类似，用比电阻ρd表示，粉尘的导电机制有两种，取决于粉尘、气体的温度和组成成分。在表面导电占优势的低温范围内，粉尘比电阻称为表面比电阻，其值随温度升高而增大，随含水率增大而减小；在容积导电占优势的高温范围内、粉尘比电阻称为容积比电阻，其值随温度升高而减小；在两种导电机制皆重要的中间温度范围内，粉尘比电阻是表面比电阻和容积比电阻的合成。其值最高。