颗粒污染物控制技术基础
颗粒污染物控制技术
粉尘种类
真密度 g/cm3 3.8~4.2 6.4 2.1 5.0 4~5 2 2.7 3.1 2.76 3.0
堆积密度 g/cm3 1.5~2.6 2.60 0.60 0.7 0.2 0.3 1.0 0.13 0.29 0.6
滑石粉 碳黑烟尘 硅沙粉尘（105μ m） 硅沙粉尘（30μ m） 硅沙粉尘（8μ m） 硅沙粉尘（0.5~72μ m） 飞灰（0.7~5.6μ m） 电炉冶炼炉尘 化铁尘炉 锌精炼炉
一、粉尘的密度
4.应用： 真密度应用于研究尘粒在空气中的运动 堆积密度可用于存仓或灰斗容积的计算 5.常见工业粉尘的真密度和堆积密度 ：
粉尘种类
真密度 g/cm3 2.75 1.85 2.63 2.63 2.63 2.63 2.20 4.50 2.0 5 堆积密度 g/cm3 0.56~0.71 0.04 1.55 1.45 1.15 1.26 1.07 0.6~1.5 0.8 0.5
三、粉尘的粒径分布
七、粉尘的安息角
1、定义：指粉尘通过小孔连续地下落到水平板 上时，堆积成的锥体母线与水平面的夹角（也 叫静止角或堆积角）。 2、影响因素：粉尘的种类、粒径、形状和含水 量等因素有关。 3、作用：安息角是粉状物料所具有的动力特性 之一 。
八、粉尘的爆炸性
1、粉尘的几种爆炸性：
①有些粉尘与水接触后引起自然爆炸（如镁粉、碳 化钙粉尘）。 ②有些粉尘在空气中达到一定浓度时，在外界的高 温、摩擦、震动、碰撞以及放电火花等作用下会引起 爆炸（如硫矿粉、煤尘等） 。 ③有些粉尘互相接触或混合后引起爆炸 （化学爆炸 ） 。
2、几何当量径：取与颗粒的某一几何量（面积、 体积）相同的球形颗粒的直径为其几何当量径。 3、物理当量径：取与颗粒的某一物理量相同的 球形颗粒的直径为颗粒的物理当量径。
5《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，所以颗粒的大小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．．．．观测颗粒时，采用如下几种粒径表示方法：①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5—1(a)所示。
②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5—1(b)所示。
③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5一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：①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。
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（ρp=1g/cm3）的球的直径。
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。
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第一节颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径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。
下面介绍几种常用的粒径定义方法。
1.显微镜法定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相等的圆的直径（ Heywood测定分析表明，同一颗粒的dF>dA>dM）显微镜法观测粒径直径的三种方法a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径2.筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度（筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数）3.光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径4.沉降法斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体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的单位密度（1g/cm3）的球体的直径斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径粒径的测定结果与颗粒的形状有关，通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比Φs（Φs<1）正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)某些颗粒的圆球度二、粒径分布粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，也称粒子的分散度。
有个数分布、表面积分布、质量分布等，除尘技术中多采用质量分布。
粒径分布的表示方法有列表法、图示法和函数法。
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第一节颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径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。
下面介绍几种常用的粒径定义方法。
1.显微镜法定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相等的圆的直径（ Heywood测定分析表明，同一颗粒的dF>dA>dM）显微镜法观测粒径直径的三种方法a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径2.筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度（筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数）3.光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径4.沉降法斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体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的单位密度（1g/cm3）的球体的直径斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径粒径的测定结果与颗粒的形状有关，通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比Φs（Φs<1）正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)某些颗粒的圆球度二、粒径分布粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，也称粒子的分散度。
有个数分布、表面积分布、质量分布等，除尘技术中多采用质量分布。
粒径分布的表示方法有列表法、图示法和函数法。
内科大大气污染控制工程教案第5章 颗粒污染物控制技术基础
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 和 之间的关系为： =（1- ） ；
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；
（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 表示，其值总是小于1。
二、粒径分布
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。
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；（ ）
表面积平均粒径；（ ）
体积平均粒径；（ ）
表面积-体积平均粒径；（ ）
几何平均粒径；（ ）
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 、中位直径 和算术平均直径 相等，即 = = ；对于频率密度分布曲线是非对称性的分布， ＜ ＜ ；
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。
大气污染控制工程：第五章 颗粒污染物控制技术基础2
➢ 惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较
[例题] 试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径 为0.001~20μm的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体 为直径100μm的纤维，在293K和101325Pa下的气流速度为 0.1 m/s。
34
四、颗粒捕集的理论基础
7、扩散沉降
➢ 惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较
第五章 颗粒污染物控制技术基础
本章主要内容
粉尘的粒径及粒径分布 粉尘的物理性质 净化装置的性能 颗粒捕集理论基础
2
三、净化装置的性能
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
3
三、净化装置的性能
1、净化装置的技术性能
18
四、颗粒捕集的理论基础
2、阻力导致的减速运动
➢ 根据牛顿第二定律
d
3 p
6
p
du dt
FD
CD
d p2 4
u2
2
即
➢ 若仅考虑Stokes区域
du dt
3 4
CD
p
u2 dp
du 18 u u
dt
d
2 p
ρ
d
2 p
p
18
驰豫时间 或松弛时间
➢ 积分得 u u0et / (m/s) ➢ 速度由u0减速到u所迁移的距离
6、惯性沉降
➢ 惯性碰撞
– 气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量
ReD
u0 Dc
靶子周围流体的雷诺数高 低与惯性碰撞几率的关系？
– 颗粒运动轨迹，用Stokes准数描述
大气 第3章 除尘技术基础
38
如果某种粉尘的粒径分布符合对数正态分布， 则无论是质量分布、粒径分布，还是表面分布：
他们的几何标准差бg相同； 频率密度分布曲线形状相同； 累积频率分布曲线在对数概率坐标图中为相互平行的 直线，只是沿粒径坐标移动了一个常量距离。
39
若用MMD表示质量中位直径，NMD表示个数中位直
值有关。
36
对这 数也 正是 态检 分验 布粉 的尘 一粒 种径 简分 便布 方 法是 。否 符 合
d15.9 d50 d84.1
37
对于对数正态分布，几何标准差的计算：
d 84.1 d 50 d 84.1 1 / 2 g ( ) d 50 d15.9 d15.9
几何标准差总是бg≥1。当бg=1时，则称为单分
dp dp
（ %）
22
最常用的有算术平均直径、中位直径、众径及几
何平均直径等。
23
三、平均粒径
平均粒径
几何平均直径 众径
算术平均直径 中位直径
24
1、算术平均直径 d L
所有颗粒直径之和与颗粒总粒数之比。
dL
式中
nd n
i i
i
ni——以di为中值的粒径间隔内的颗粒粒数；
∑nidi——颗粒群总长度； ∑ni——颗粒总粒数。
3
（1）定向直径dF (Feret直径)
为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度。
图4-1 用显微镜法观测颗粒直径的三种方法
4
（2）定向面积等分直径dM (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
图4-1 用显微镜法观测颗粒直径的三种方法
坎宁汉修正
17
三、粉尘的比表面积
单位体积(净体积)粉尘所具有的表面积
SV S 6 (cm2 /cm3 ) V dSV
以质量表示的比表面积
Sm S 6 (cm2 /g) pV p dSV
以堆积体积表示的比表面积
Sb S (1 ) 6(1 ) (1 ) SV (cm2 /cm3 ) V dSV
静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用 表示， 对于Stokes粒子：
qE C 3π d p
39
六、惯性沉降
颗粒接近靶时的运动情况
40
1、惯性碰撞
惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素
气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量
ReD
u0 Dc
颗粒运动轨迹，用Stokes准数描述: 颗粒的停止距离与 捕集体直径之比
33
例5-4 计算流体阻力
34
二、阻力导致的减速运动
根据牛顿第二定律
πd p u 2 du p FD CD 6 dt 4 2 du 3 u2 即 CD dt 4 p d p πd p3
2
若仅考虑Stokes区域 2 dP p du 18 u －驰豫时间或松弛时间 2 u 其中 ＝ dt d P p 18
S2 2NQ2N P 1 S1 1NQ1N
通过率
分级除尘效率
S3i S2 i i 1 S1i S1i
串联的总除尘效率
T 1 (1 1 )(1 2 ) (1 n )
29
第四节 颗粒捕集的理论基础
大气污染控制工程-05颗粒污染物控制技术基础-2008修改
（3）从上图得到：d 84.1=19.6 μm ；d 50=11.2 μm 。则几何平均差 为：
g
个数中位径为：
d84.1 19.6 1.75 d50 11.2
质量中位径为： d 50=11.2 μm
ln NMD ln MMD 3ln 2 g ln11.2 3ln 2 1.75 1.48 NMD 4.39 m
N i N
f a b Fa Fb
Fa
Fb
d pa dF dF dd p p dd p d pb dd d pb p d pa
（3）个数频率密度
单位粒径间隔时的频率，简称个数频度
p(d p ) dF / dd p
（4）个数分布的测定及计算
（5）个数众径—频度p最大时 对应的粒径
d84.1 d50 d50 d15.9
1 (d84.1 d15.9 ) 2
正态分布函数很少用于描述气溶胶的粒径分布，因为大多数 颗粒物的频度曲线向大颗粒方向偏移
2、对数正态分布
以lndp代替dp得到对 数正态分布的频度曲 线如图 （1）频率密度
p(d p ) dF (d p ) dd p ln d p / d g 2 1 exp[( ) ] 2 d p ln g 2 ln g
性质
净化机理 净化方法
空气污染物
存在状态 气态污染物 气溶胶(颗粒物)污染物
净化所用装置 非均相污染物 分散在气体介质中 固体、液体颗粒 除尘分离技术—物理法
除尘分离技术依据及方法
依据：气体与固、液粒子在物理性质上的差异
方法 机械法：利用重力、惯性力、离心力分离 过滤介质分离：利用粒子的尺寸、重量较气体分子大分离 湿式洗涤分离法：利用粒子易被水润湿、冷凝并增大而被捕获 电除尘：利用荷电性、静电力分离 要掌握除尘技术，必须掌握颗粒物主要基础参数
颗粒污染物控制技术基础
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颗粒的粒径及粒径分布粉尘的物理性质净化装置的性能颗粒捕集理论基础颗粒的粒径及粒径分布颗粒的粒径粒径：颗粒的直径用以表征颗粒大小的代表性尺寸）定向直径dF也称Feret直径为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度）定向面积等分直径dM也称Martin直径为各颗粒在投影图中按同一方向将投影面积二等分的线段长度）投影面积直径dA也称Heywood直径为与颗粒投影面积相等的圆的直径dA=(Aπ)上述直径是用显微镜法观测得到一般dMdAdF）筛分直径用筛分法测得为颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度）等体积直径dV用光散射法测得为与颗粒体积相等的圆球的直径一般dV=(Vπ)）Stokes直径ds用沉降法测定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）空气动力学当量直径da用沉降法测定为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度（ρp=gcm）的圆球的直径。
圆球度：用以表示颗粒形状与圆球形颗粒不一致的程度等于颗粒体积相等的圆球的表面积和颗粒的表面积之比以фs表示。
某些颗粒的圆球度粒径分布粒径分布是指不同粒径范围内的颗粒个数（质量或表面积）所占的比例个数分布：以颗粒的个数表示所占的比例质量分布：以颗粒的质量表示所占的比例表面积分布：以颗粒的表面积表示所占的比例个数分布）个数频率：第i间隔中的颗粒个数ni与颗粒总个数∑ni之比（或百分比）即）个数筛下累积频率：小于第i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）即）个数筛上累积频率：大于第i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）。
）个数频率密度：单位粒径间隔（μm）的频率分布。
众径dd指频度最大时所对应的粒径中位粒径d（NMD）指累积频率等于％时对应的粒径。
质量分布）质量频率）质量筛下累积频率）质量频率密度平均粒径）算术平均粒径）表面积平均直径）体积平均直径）表面积体积平均直径）几何平均直径对于对称的频度分布对于非对称分布则对于单分散气溶胶粒径分布函数）正态分布正态分布是最简单的分布函数频率密度筛下累积频率标准差正态分布的累积频率分布曲线）对数正态分布以lndp代替dp得到的正态分布的频度曲线对数正态分布的累积频率分布曲线）罗辛拉姆勒公式（Rosin－Rammler）若设得到一般多选用质量中位径或判断是否符合R－R分布应为一条直线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分布指数n时近似于对数正态分布n时更适合于正态分布粉尘的物理性质粉尘的密度单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度单位kgm或gm真密度ρp：根据粉尘自身真实体积（净体积）计算的密度堆积密度ρb：根据粉尘堆积体积计算的密度空隙率ε：粉体颗粒间和内部空隙的体积与堆积粉体的总体积之比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即为安息角也称移动安息角、休止角或堆积角一般为°～°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一般为°～°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。
颗粒污染物控制技术基础
13
1.4 粒径质量分布
➢ 类似于数量分布，也有质量频率、质量筛下累积 频率、质量频率密度等。
➢ 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。
➢ 同样的，也有质量众径和质量中位径（MMD）
14
1.5 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
[ nidpi2 ni
]1/ 2
(fidpi2 )1/ 2
体积平均直径
dV
[ nidpi3 ]1/ 3 ni
(fidpi3 )1/ 3
体积－表面积平均直径
dSV
ni d pi 3 ni d pi 2
f i d pi 3 f i d pi 2
15
第二节 粉尘的物理性质
2.1 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
16
2.2 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
➢ 沉降法
✓斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相 同、沉降速度相等的球体直径。
✓空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相 等的单位密度（1g/cm3）的球体的直径。
斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力 学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径。
5
颗粒污染物控制技术基础
作业习题第五章颗粒污染物控制技术基础5.1根据以往的分析知道，由破碎过程产生的粉尘的粒径分布符合对数正态分布，为此在对该粉尘进行粒径分布测定时只取了四组数据（见下表），试确定：1）几何平均直径和几何标准差；2）绘制频率密度分布曲线。
5.2根据下列四种污染源排放的烟尘的对数正态分布数据，在对数概率坐标纸上绘出它们的筛下累积频率曲线。
污染源质量中位直径集合标准差平炉0.36 2.14飞灰 6.8 4.54水泥窑16.5 2.35化铁炉60.0 17.655.3已知某粉尘粒径分布数据（见下表），1）判断该粉尘的粒径分布是否符合对数正态分布；2）如果符合，求其几何标准差、质量中位直径、个数中位直径、算数平均直径及表面积－5.4对于题5.3中的粉尘，已知真密度为1900kg/m3，填充空隙率0.7，试确定其比表面积（分别以质量、净体积和堆积体积表示）。
5.5根据对某旋风除尘器的现场测试得到：除尘器进口的气体流量为10000m3N/h，含尘浓度为4.2g/ m3N。
除尘器出口的气体流量为12000 m3N/h，含尘浓度为340mg/ m3N。
试计算该除尘器的处理气体流量、漏风率和除尘效率（分别按考虑漏风和不考虑漏风两种情况计算）。
5.6对于题5.5中给出的条件，已知旋风除尘器进口面积为0.24m2，除尘器阻力系数为9.8，进口气流温度为423K，气体静压为－490Pa，试确定该处尘器运行时的压力损失（假定气体成分接近空气）。
5.7有一两级除尘系统，已知系统的流量为2.22m3/s，工艺设备产生粉尘量为22.2g/s，各级除尘效率分别为80%和95%。
试计算该处尘系统的总除尘效率、粉尘排放浓度和排放量。
5.8某燃煤电厂除尘器的进口和出口的烟尘粒径分布数据如下，若除尘器总除尘效率为5.10计算粒径不同的三种飞灰颗粒在空气中的重力沉降速度，以及每种颗粒在30秒钟内的μ，空气温度为387.5K，沉降高度。
假定飞灰颗粒为球形，颗粒直径分别为为0.4、40、4000m压力为101325Pa，飞灰真密度为2310kg/m3。
柴油机尾气排放中的颗粒物与氮氧化物控制技术
柴油机尾气排放中的颗粒物与氮氧化物控制技术柴油机是一种高效可靠的动力设备，它的能量密度高、耗油量低，因此在工农业、运输业等领域得到广泛应用。
但是，柴油机的尾气排放却成为了一个严重的环境问题，其中主要的污染物为颗粒物和氮氧化物。
如何有效控制柴油机尾气中的颗粒物和氮氧化物的排放，是当前需要解决的重要问题。
一、颗粒物的控制技术颗粒物是指直径小于或等于10微米的固体或液体微粒，它会对人体健康和环境造成影响，因此应该力求最小化排放。
目前，主要采用的颗粒物控制技术有以下几种方法：（1）颗粒物捕集滤清器(DPF)这是一种通过过滤器滤除颗粒物的技术，它的原理是利用多孔滤纸、陶瓷、金属纤维等材料，将颗粒物截留在滤纸上，而使废气中的颗粒物得到精细过滤。
但是，DPF还需要进行周期性的再生，以去除被积累在滤纸上的颗粒物，这会增加设备成本。
（2）氧化催化剂氧化催化剂是一种能够将一氧化碳、氢气和有机化合物氧化成二氧化碳和水的催化剂，其原理类似于三元催化剂。
氧化催化剂主要负责氧化颗粒物中的有机污染物，使之变成二氧化碳和水，减少颗粒物的排放浓度。
（3）尿素催化还原(SCR)尿素催化还原是一种利用选择性催化还原剂(SCR)来降解氮氧化物的技术。
SCR技术是通过将氨水/尿素溶液注入一系列反应体积，以在某些选择性吸附材料上转化氮氧化物。
这种技术可以有效地去除柴油机尾气中的氮氧化物，但是它需要一个额外的尿素喷射系统，成本比较高。
二、氮氧化物的控制技术氮氧化物包括氮氧化物(NOx)和氧化氮化物，它们的排放会对大气造成严重的污染。
现在常用的氮氧化物控制技术主要有以下几种：（1）选择性催化还原(SCR)SCR技术不仅可以去除颗粒物中的污染物，同样还可以减少车辆尾气中的氮氧化物排放。
目前，SCR技术已经应用于所有类型的内燃机和热电站等领域中。
（2）外部废气再循环(EGR)EGR是通过重复管路和气流样板将部分废气直接引入发动机燃烧室内，使得废气中的氮氧化物再次与空气混合，从而降低NOx的排放。
第8章 大气污染治理-颗粒污染物治理技术((1))
A 16 2 de
A：旋风除尘器进口面积 局部阻力系数：
旋风除尘器型式 ξ XLT XLT⁄A XLP⁄A XLP⁄B 5.3 6.5 8.0 5.8
2、旋风除尘器的性能指标
• 旋风除尘器的压力损失
相对尺寸对压力损失影响较大，除尘器结构型式相同 时，几何相似放大或缩小，压力损失基本不变
扁平形，或在室内均匀设置多层水平隔板，构成多层降尘室，
隔板间距40-l00mm
净化气体 含尘气体 粉尘
V s b lu t
隔板
若降尘室设置n层水平隔板，则多层降尘室的生产能力变为 Vs≤(n+1)blut
注意：
• ut应按需分离下来的最小颗粒计算 • u不宜过高，避免沉降下来的颗粒重新卷起
• 分离效率较低，适用于d>50μm分离，作预除尘器使用
二、惯性除尘器 • 1、结构形式
冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子
反转式－改变气流方向捕集较细粒子
冲击式惯性除尘装置 a单级型 b多级型
反转式惯性除尘装置 a 弯管型 b 百叶窗型 c 多层隔板型
二、惯性除尘器
• 2、应用
一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘
净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级
被重新吹起，实际效率低于理论效率 • 通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器内壁上，能 有效地控制二次效应 • 临界入口速度
3、影响旋风除尘器效率的因素
（2）比例尺寸
比例变化 增大旋风除尘器直径 性能趋向 压力损失 降低 效率 降低 投资趋向 提高
加长筒体
增大入口面积（流量不变）
稍有降低
降低
提高
降低
提高
二、分类：
空气过滤器
颗粒污染物控制技术
粉尘粒径(d/μm) 0-5 5-10 10-20 20-40 ＞40
除尘器进口
20
10
15
20
35
质量分数%
除尘器出口
78
14
7.4
n-集尘室的通道个数;
b-集尘极间距,m; h-集尘极高度,m; L-电场长度, m;
例4-6：设计一电除尘器用来处理石膏粉尘。若处理风量为 129600m3/h，入口含尘浓度为3*10-2kg/m3，要求出口含尘浓度降为 1.5*10-5 kg/m3 ，试计算该除尘器所需的极板面积、电场断面面积、 通道数和电场长度。
二、文丘里除尘器的效率与影响因素 1、效率： η=（1- 4525.3 × △P-1.3）×100%
△P-除尘器压力损失, Pa.
2、压力损失：△P=1.03 ×10-3u02(L/G)
△P-除尘器压力损失, cmH2O柱。(1cmH2O柱=98.06Pa); u0-喉颈烟气速度, cm/s; L/G-液气比, m3/m3。 练习：以液气比为1.0L/m3的比率将水喷入文丘里除尘器的喉 部，气体流速为122m/s，试确定该除尘器的效率。
三、影响旋风除尘器性能的因素
1、几何尺寸 进口形式 筒体直径 筒体和锥体高度 排气管直径与高度 灰斗
2、操作条件 进口风速 气体含尘浓度
四、旋风除尘器的设计
（1）根据除尘器允许压力降确定入口风速 △P=ζρu2/2
（2）根据烟气量和入口烟速确定除尘器的进口截面积 Qv=A×u
（3）根据几种主要除尘器的尺寸比例确定几何尺寸
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
粒径分布函数
罗辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）
G
1
exp(
d
n p
)
若设 dp (1/ )1/n 得到
G 1 exp[( dp )n ] dp
➢ 一般 dp 多选用质量中位径 d50或 d63.2
G 1 exp[0.693( dp )n ] 或 G 1 exp[( dp )n ] ...RRS分布函数
➢ 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
(Ω cm)
➢ 比电阻越大，则导电性越差。一般最适合电除尘器运行的比
Heywood测定分析表明， 同一颗粒的dF>dA>dM
a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径
➢ 筛分径
✓ 筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度筛孔的大小， 用目(－每英寸长度上筛孔的个数)表示
➢ 当量直径
光散射法
✓ 等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径
沉降法
✓ 斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、 沉降速度相等的球体直径
体积平均直径
dV
[ nidpi3 ]1/ 3 ni
(fidpi3 )1/ 3
体积－表面积平均直径
dSV
ni d pi 3 ni d pi 2
f i d pi 3 f i d pi 2
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)
1 2π
exp[ (dp dp )2 ]
2 2
➢ 筛下累积频率
F (dp )
1 2π
dp 0
exp[
(d
p d 2 2
p
)2
]dd
p
➢ 标准差
[ ni (dpi dp )2 ]1/ 2
N 1
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)
1
2 σ
f (δ)
小
大
o δ δ+dδ δ
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
（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）
d84.1 d50
d50
d15.9
1 2 (d84.1 d15.9 )
➢ 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
✓ 空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单 位密度（1g/cm3）的球体的直径
斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相 关，是除尘技术中应用最多的两种直径
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。
单位体积粉尘所具有的表面积
SV
S V
6 dSV
(cm 2 /cm3 )
以质量表示的比表面积
Sm
S
pV
6
p dSV
(cm2/g)
以堆积体积表示的比表面积
Sb
S(1
V
)
(1
) SV
6(1 )
dSV
(cm 2 /cm3 )
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
2
总净化效率的表示方法
总净化效率
通过率
P S2 2NQ2N 1 S1 1NQ1N
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 3 g 3i S1 g i
g 3i g1i
i
1
S2 g 2i S1 g1i
1 P
g2i g1i
i
Pg2i
/
g 3i
由分级效率求总效率
i g1i
i
1
i dG1 iq1ddp
0
0
多级串联的总净化效率
总分级通过率
PiT P i1 Pi2 Pin
总分级效率
iT 1 PiT 1 (1 i1)(1i2 ) (1in )
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
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；
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。
粒径分布函数
正态分布的累积频率分布曲线
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 (dp )
1
ln dp
2π ln g
exp[( ln dp / dg
2 ln g
)2 ]d(ln dp )
第五章 颗粒污染物控制技术基础
1.粉尘的粒径及粒径分布 2.粉尘的物理性质 3.净化装置的性能 4.颗粒捕集理论基础
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。
➢ 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
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
QN
1 2
(Q 1N
Q2N )
(mN3/s)
➢ 漏风率
Q1N Q2N 100 (%)
Q1N
压力损失
P v12
(Pa)
g
d84.1 d50
d50 d15.9
( d84.1 )1/ 2 d15.9
平均粒径的换算关系
ln MMD ln NMD 3ln2 g
MMD：质量中位直径 NMD：个数中位直径 SMD：表面积中位直径
ln SMD ln NMD 2 ln2 g
➢ 可用 g 、MMD和NMD计算出各种平均直径
➢ 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
➢ 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
[ nidpi2 ni
]1/ 2
(fidpi2 )1/ 2
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。
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。
d50
d 63.2
d50 0.6931/ n d63.2
dd
(
n
n
1)1/
n
d
63.2
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
lg
n lg dp
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