环境污染控制工程(大气篇第二讲)

环境工程
由于质量分布更能反映不同粒径粉尘对环 境和除尘器性能的影响，所以在除尘技术中 多采用质量分布来表示粒径分布。 表格法 粒径分布的 表示方法 图形法
函数法（较完美）
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2、粉尘的密度
粉尘的密度：指单位体积粉尘的质量，单 位是kg/m3。 粉尘在自然堆积状态下，颗粒之间和颗 粒内部都存在空隙。在自然堆积状态下单 位体积粉尘的质量要比密实状态下小得多。
粉尘的粒径 d/µ m 除尘器 质量 进口 分数 除尘器 /% 出口 0-5 5-10 1020 2040 >40
20
78
10
14
15
7.4
20
0.6
35
0
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计算该除尘器的分级效率和除尘效率。
解：（1）计算除尘器的分级效率，根据 式 gd1C1 gd2 C2 gd2 C2 d 100% 1 100% gd1C1 gd1C1
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4、粉尘的润湿性
粉尘的润湿性：是指粉尘能否与液体相互 附着或附着难易的性质。 根据粉尘被液体润湿的难易程度将粉尘分 成两大类。
亲水性粉尘：指容易被水润湿的粉尘；如锅炉 飞灰、石灰粉尘。 疏水性粉尘：难被水润湿的粉尘；如石墨粉尘、 炭黑。
5、粉尘的粘附性
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粉尘的粘附性：粉尘颗粒相互附着或 附着于固体表面上的现象。 粉尘的粒径小、形状不规则、表面粗糙、 含水率高、润湿性好以及荷电量大时，易产 生粘附现象。
gdid i
式中： gdi----除尘器进口中粒径为 di的粉 尘的质量分数，%； ηdi---粒径为di的粉尘的分级效率。
i 1
n
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例 在现场对某除尘器进行测定，测得除 尘器进口和出口气体中含尘浓度分别为 3.2×10-3kg/m3 和 4.8×10-4kg/m3 ，除尘器 进口和出口粉尘的粒径分布如下：
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根据除尘效率的定义，除尘效率可 用下式表示：
G3 100% G1
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由于G3=G1-G2，G1=Q1C1，G2=Q2C2，
因此有：
G1 G2 G2 100% (1 ) 100% G1 G1
Q2C2 (1 ) 100% Q1C1
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7、粉尘的比电阻
粉尘的导电性通常用比电阻来表示。 比电阻是指电流通过面积为1cm2、厚度 为 1cm 的粉尘时具有的电阻值，单位是 Ω.cm。 粉尘的导电性主要取决于粉尘和气 体的温度和成分。
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8、粉尘的爆炸性 粉尘的爆炸性是指悬浮在空气中的某些 粉尘（如煤粉等）达到一定浓度时，若 在高温、明火、电火花、磨擦、撞击等 条件下就会引起爆炸的性质。
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解：该系统的总效率为 η1-2=1-（1-η1）（1-η2）
=1-（1-0.6）（1-0.85） =0.94
尘后，从第二级除尘器排入大气的气体 含尘浓度为: C2=C1（1-η1-2）
=3000×（1-0.94）
C2 (1 ) 100% 根据式 ，经两级除 C1
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=180(mg/m3)
=85%
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3、除尘装置的压力损失
压力损失是指含尘气体经过除尘装 置后会产生压力降。
压力损失常用净化装置进出口气流 的全压差表示，单位是Pa。 压力损失的大上除了与装置的结构 形式有关之外，还与流体的流速有关。
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两者之间的关系是：
p
u
2
2 1
式中：ΔP-----除尘装置的压力损失，Pa； ε------净化装置的阻力系数； ρ------气体的密度，kg/m3； u1------装置进口气体流速，m/s
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第一节
除尘技术基础
一、粉尘的性质
1、粉尘的粒径和粒径分布 粒径是粉尘的基本特性之一，粉尘
颗粒大小不同，它的物理、化学性质 也就不同 。
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粒
径
单一粒径：代表单个粒子大 小（ μm） 。 平均粒径：代表各种不同大小 粒子组成的粒子群（ μm）。
• 粉尘的粒径分布：是指某种粉尘中各种直径颗粒 所占的比例。 •若用粒数表示，称为粒数分布； •若以质量表示，称为质量分布；
由于装置漏气等原因，造成除尘器的进出 口气体流量不同。可用二者的平均值表示 除尘器的气体处理量。
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式中： Q1-----除尘器入口气体标准状态 下的体积流量，m3/s； Q2-----除尘器出口气体标准状态下的体 积流量，m3/s； Q-----除尘器处理气体标准状态下的体 积流量，m3/s。
7.4 480 1 92.5% 15 3200 0.6 480 1 99.55% 20 3200
η>40=100%
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(2)计算除尘器的除尘效率
gdid i
i 1 n
=(20×0.415+10×0.79+15×0.925+
20×0.9955+35×1）/100
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根据排放浓度的国家标准是
200mg/m3，可见净化后的粉尘浓度达
到国家规定的排放标准。
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（2）分级效率
除尘装置的分级效率是指某一粒径 或一定范围内的粒径粉尘的除尘效率， 用ηi表示。
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分级效率能够反映出除尘装置对不同
粒径粉尘，特别是对大气环境和人体健 康危害较大的细微粉尘的捕集能力。 分级效率可以用质量法或浓度法表示。
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浓度分级效率用ηd表示，可用下式计算：
Q1 gd1C1 Q2 gd2C2 d 100% Q1 gd1C1
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如果除尘装置不漏风， Q1=Q2 ，则上 式可简化为：
gd1C1 gd2 C2 d 100% gd1C1
环境工程
式中： Q1 、 Q2--- 分别为除尘器进口和出
口风量，m3/h； gd1,gd2--- 分别为除尘器进口和被除尘 器捕集的粉尘中，粒径为d的粉尘质量分 数，%； C1 、 C2--- 分别为除尘器进口和出口气 体的含尘浓度，g/m3。
环境工程
对某一除尘装置，如果进口含尘气体 中粉尘的粒径分布gdi 和它的分级效率ηdi， 则可由下式计算除尘装置的除尘效率 η 。
dp=0~5µ m粉尘 dp=5~10µ m粉尘
0~5
78 480 1 41.5% 20 3200
5~10
14 480 1 79.0% 10 3200
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dp=5~10µ m粉尘 dp=5~10µ m粉尘 dp>40µ m粉尘
10 ~ 20
20~ 40
二、除尘装置的性能指标
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一般采用技术指标和经济指标来评价 除尘器的优劣。
技术指标主要包括含尘气体处理量、 净化效率和压力损失等。 经济指标主要包括设备费、占地面积 或占用间体积、使用寿命等。
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1、含尘气体处理量
含尘气体处理量是衡量除尘器处理气 体能力的指标，一般用气体的体积流量来 表示。
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堆积密度：自然堆积状态下单位体积 粉尘的质量，用ρb表示。 它与粉尘的贮运设备和除尘器灰斗的设 计有密切关系。 真密度：密实状态下单位体积粉尘的质 量，用ρp表示。 它对机械式除尘器的工作和效率有较 大的影响。
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对于粒径大，真密度大的粉尘可以选用机械 力除尘器，而对于真密度小的粉尘，即使颗粒 大也不宜采用这种类型的除尘设备。
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第二章
颗粒污染物控制
颗粒污染物控制技术是我国大气污染控 制的重点，学生学习本章时简单了解颗粒 物的性质、性能指标等除尘技术基础知识， 重点要掌握各类除尘装置的工作原理、性 能和结构、适用范围、安全运行等方面的 知识，要特别注意对几种高效除尘器的结 构、选型设计方法及典型的净化工艺流程 的学习。
作业
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2 、有一两级除尘系统用来处理含石棉粉 尘的气体。已知含尘气体流量为2.5m3/s， 工艺设备的产尘量为 22.5g/s ，各级除尘效 率分别为83%和95%。 （ 1 ）计算该除尘系统总除尘效率和粉尘 排放量，粉尘排放浓度是否达标？ （ 2 ）若仅使用第一级除尘，粉尘排放浓 度是否达标？
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除尘装置的压力损失是一项重要的 经济技术指标。装置的压力损失大，动 力消耗也大，通风机的设备费用和运行 费用就高。通常，除尘装置的压力损失 一般控制在2000Pa以下。
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作业
1、有一两级除尘系统，第一级为旋风除 尘器，第二级为电除尘器，用于处理起 始含尘浓度为 12g/m3 游离二氧化硅含量 10% 以上的粉尘。已知旋风除尘器的效 率为 90% ，若达到国家规定的排放标准， 选用的电除尘器的效率至少应是多少？
6、粉尘的荷电性
环境工程
粉尘的荷电性是指粉尘在产生和运动过程中， 由于相互碰撞、磨擦、放射、照射、电晕放电以 及接触带电体等原因而带有一定的电荷的性质。
温度升高、比表面积加大及含水率减小都可以使 粉尘的荷电性增大。粉尘荷电后将改变其某些物理 性质，如凝聚性、附着性和在气体中的稳定性等。
电除尘器就是利用粉尘的荷电性进行工作的。
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当几台除尘装置串联使用时
η1-n=1-（1-η1）（1-η2）(1-η3)……..
（1-ηn）
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例 有一两级除尘系统，除尘效率分 别为 60% 和 85% ，用以处理含尘浓度为 3g/m3的锅炉烟尘，计算该系统的总除尘 效率和排放浓度。净化后的粉尘浓度是 否达到国家规定的排放标准？（国标为 200mg/m3）
这类粉尘为爆炸性粉尘。
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具有爆炸危险的粉尘只有浓度在一定
的范围内才能发生爆炸，这个爆炸范围 的最低浓度叫做爆炸下限。
粉尘的粒径越小，比表面越大，粉尘和
空气的湿度越小，爆炸的危险越大。
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有些粉尘与水接触后也会引起自燃或 爆炸，不能用湿法除尘，如镁粉、碳化 钙粉等。
有些粉尘互相接触或混合时也会引起 爆炸，在除尘时应注意防爆，如溴与磷、 锌粉和镁粉等。
若装置不漏风，Q1=Q2，于是有：
C2 (1 ) 100 % C1
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（1）总效率
当入口气体中含尘浓度很高，或者要 求出口气体中含尘浓度较低时，用一种除 尘装置往往不能满足除尘效率的要求。可 将两种或多种不同类型的除尘器串联起来 使用，形成两级或多级除尘系统。
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若两台除尘装置串联使用时，η1和η2 分别是第一级和第二级除尘器的除尘效 率，则除尘系统的总效率为： η1-2=1-（1-η1）（1-η2）
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2、除尘效率
除尘效率是表示除尘器性能的重要技 术指标。
除尘效率分为总效率和分级效率两种 表示方法。
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除尘器的总效率：是指在同一时间 内被除尘装置捕集的粉尘质量占进入除 尘装置的粉尘质量的百分数，常用η表示。
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假定：
Q1---进口的气体流量（m3/s）,粉尘流入量 为G1(g/s)，气体含尘浓度C1(g/m3); Q2---出口的气体流量（m3/s）,粉尘流出量 为G2(g/s)，气体含尘浓度C2(g/m3); G3---除尘装置捕集的粉尘(g/s)。
为什么？
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3、安息角
安息角：将粉尘通过小孔连续自然堆 放在水平面上，堆积锥体的母线与水平 面的夹角，也称静止角或堆积角。
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将粉尘置于光滑的平板上，使该倾斜 到粉尘开始滑动时，板与水平面的夹角称 为粉尘的动安息角或滑动角。
粉尘的安息角是评价粉尘流动性的重 要指标。它与粉尘的粒径、含水率、形状、 表面光滑程度、粘附性等因素有关。安息 角是确定灰斗锥度和含尘通风管道倾斜角 的主要依据。
(Q1 Q2 ) Q 2
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若进出口气体不是在标准状态
（T=272K，P=101.3×103Pa），可用下
式将其换算为标准状态下的体积流量。
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式中:
T P Q0 Q T0 P0
Q0,T0,P0---- 标准状态下的流量（ m3/s ）、 温度（K）、压力（Pa）； Q,T,P----- 操作状态下的流量（ m3/s ）、 温度（K）、压力（Pa）；
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质量分级效率用ηi表示，可用下式计算：
G3 gd3 i 100% G1 gd1
式中： G1 、 G3---- 分别为除尘器进口和被除 尘器捕集的粉尘量，kg/h； gd1,gd2--- 分别为除尘器进口和被除尘器捕集 的粉尘中，粒径为d的粉尘质量分数，%； ηi------质量法表示的分级效率。
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尘粒在液体中的粘附性要比在气体中 弱得多；在粗糙或粘性物质的固体表面 上，粘附力会大大提高。
这是 为什 么？
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利用粉尘的粘附性可以使粉尘相互凝聚和
附着在固体表面上，这有利于粉尘的捕集和
避免二次扬尘。但在含尘气体通过的设备或 管道中，又会因为粉尘的粘附和堆积，造成 管道和设备的堵塞。