第五章颗粒污染物控制技术基础.ppt

第五章第五章颗粒污染物控制技术基础颗粒污染物控制技术基础Thetechniquefoundationofparticlepollutantcontrols大气污染控制中涉及到的颗粒物，一般是所有大于分子大气污染控制中涉及到的颗粒物，一般是所有大于分子的颗粒物，但实际最小限界为的颗粒物，但实际最小限界为0.01m左右。左右。充分认识粉尘颗粒的大小等物理特性，是研究颗粒的分充分认识粉尘颗粒的大小等物理特性，是研究颗粒的分离、沉降和捕集机理以及选择、设计和使用除尘装置的基础。离、沉降和捕集机理以及选择、设计和使用除尘装置的基础。在讨论颗粒的粒径分布等物理特性及除尘装置性能表示在讨论颗粒的粒径分布等物理特性及除尘装置性能表示方法的基础上，对粉尘颗粒在各种力场中的空气动力学行为方法的基础上，对粉尘颗粒在各种力场中的空气动力学行为分离、沉降、捕集等进行介绍。分离、沉降、捕集等进行介绍。第一节第一节颗粒的粒径及粒径分布颗粒的粒径及粒径分布theparticlediameteranditsdistributing一、颗粒的粒径一、颗粒的粒径theparticlediameter颗粒的大小不同，其物理、化学特性不同，对除尘装置颗粒的大小不同，其物理、化学特性不同，对除尘装置的性能影响很大，所以颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。的性能影响很大，所以颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。几种常用的粒径定义方法。几种常用的粒径定义方法。1、用显微镜观测颗粒时，采用如下几种粒径：、用显微镜观测颗粒时，采用如下几种粒径：定向直径定向直径dF，也称菲雷特直径（图，也称菲雷特直径（图5la）。）。定向面积等分直径定向面积等分直径dM，或马丁直径，或马丁直径(图图5lb）。）。投影面积直径投影面积直径dA，也称黑乌德直径。，也称黑乌德直径。2、用筛分法测定时可得到筛分直径，为颗粒能够通过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。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用光散射法测定时可得到等体积直径dv，为与颗粒，为与颗粒体积相等的圆球的直径。若颗粒体积为体积相等的圆球的直径。若颗粒体积为V，则，则dv(6V/)1/3。4、用沉降法测定时，一般采用如下两种定义：、用沉降法测定时，一般采用如下两种定义：斯托克斯（斯托克斯（Stokes）直径）直径dS，为在同一流体中与颗粒的，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。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空气动力学当量直径da-在空气中与颗粒的沉降速度相等在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度的单位密度Plg/cm3的圆球的直径。的圆球的直径。粒径的测定结果还与颗粒的形状密切相关。通常用圆粒径的测定结果还与颗粒的形状密切相关。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，以比，以s表示。表示。s的值总是小于的值总是小于1。对于正方体。对于正方体s0.806；对于圆柱体，若其直径为；对于圆柱体，若其直径为d、高为、高为L，则，则s2.62（L/d）2/3/(12L/d）。表）。表5一一1给出了某些颗粒给出了某些颗粒s的的实测值。实测值。二、粒径分布二、粒径分布 particlediameterdistributing 粒径分布是指不同粒径范围内的颗粒的个数所占的比例。粒径分布是指不同粒径范围内的颗粒的个数所占的比例。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（表面积）表示时，称为质量分布（表面积分布）质量（表面积）表示时，称为质量分布（表面积分布）.除尘技术中多采用粒径的质量分布。除尘技术中多采用粒径的质量分布。1、个数分布、个数分布按粒径间隔给出的个数分布测定数据列在表按粒径间隔给出的个数分布测定数据列在表52中，图中，图52为其个数分布直方图，其中为其个数分布直方图，其中ni为每一间隔测得的颗粒个为每一间隔测得的颗粒个数，数，N=ni，为颗粒的总个数。据此可以作出个数分布的其，为颗粒的总个数。据此可以作出个数分布的其它定义。它定义。(1)个数频率：为第个数频率：为第i间隔中的颗粒个数间隔中的颗粒个数ni与颗粒总个数与颗粒总个数ni之比（或百分比）之比（或百分比）(2)个数筛下累积频率：为小于第个数筛下累积频率：为小于第i间隔上限粒径的所有颗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）粒个数与颗粒总个数之比（或百分比）,根据计算出的各级筛根据计算出的各级筛下累积频率下累积频率Fi值对各级上限粒径值对各级上限粒径dp可以画出筛下累积频率分可以画出筛下累积频率分布曲线（图布曲线（图53）。）。由累积频率曲线可以求出任一粒径间隔的频率由累积频率曲线可以求出任一粒径间隔的频率f值。值。(3)个数频率密度：函数个数频率密度：函数p(dp(dP P)dF/dddF/ddP P称为个数频率密度，称为个数频率密度，简称个数频度，采用单位为简称个数频度，采用单位为m m-1-1。显然，频率密度为单位粒。显然，频率密度为单位粒径间隔（即径间隔（即1m1m）时的频率。）时的频率。根据表根据表5 52 2中的数据可以计算出每一间隔的平均频度中的数据可以计算出每一间隔的平均频度 ,按值对间隔中值按值对间隔中值d dpipi，作出频度分布曲线（图，作出频度分布曲线（图5 54 4）。）。筛下累积频率筛下累积频率F和频度和频度p皆是粒径皆是粒径dp的连续函数，由其定的连续函数，由其定义可以得到：义可以得到：和和（54）在极限条件下，当在极限条件下，当dp0时，时，p0，F0，dp/ddp0;当当dp时，时，p0，F1，dp/ddp0，F曲线应是有一拐曲线应是有一拐点的点的“S”形曲线，拐点发生在频度形曲线，拐点发生在频度p为最大值时对应的粒径为最大值时对应的粒径处，这一粒径称为众径处，这一粒径称为众径dd（本例中（本例中dd6.0m），即此处：），即此处：(55)累积频率累积频率F 0.5时对应的粒径时对应的粒径d50为个数中位粒径（为个数中位粒径（NMD）2、质量分布、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。按质量给出频率、筛下累积频率粒径的立方成正比的假定。按质量给出频率、筛下累积频率和频率密度的定义式：第和频率密度的定义式：第i级颗粒发生的质量频率：级颗粒发生的质量频率：(5-6)小于第小于第i间隔上限粒径的所有颗粒发生的质量频率，即质间隔上限粒径的所有颗粒发生的质量频率，即质量筛下累积频率：量筛下累积频率：（57）质量频率密度：质量频率密度：（58）质量筛下累积频率质量筛下累积频率G和质量频率密度和质量频率密度q也是粒径也是粒径dp的连续的连续函数，由其定义式可得到：函数，由其定义式可得到：和和（59）G曲线也是有一拐点的曲线也是有一拐点的“S”形曲线，拐点位于形曲线，拐点位于 处，对应的粒径称为质量众径。处，对应的粒径称为质量众径。质量累积频率质量累积频率G=0.5时对应的粒径时对应的粒径d50，称为质量中位直径，称为质量中位直径（MMD）。下面以例题来说明个数分布和质量分布之间的）。下面以例题来说明个数分布和质量分布之间的换算关系。换算关系。例例1某种颗粒的原始个数分级数据如下表所给，计算该某种颗粒的原始个数分级数据如下表所给，计算该颗粒的个数频、筛下累积频和频率密度颗粒的个数频、筛下累积频和频率密度p。此外，再按这些。此外，再按这些数据变换为质量分布数据，即求出质量频率数据变换为质量分布数据，即求出质量频率g gi i、筛下累积频、筛下累积频率率G Gi i和频率密度和频率密度q。同时绘出相应的。同时绘出相应的F、p、G和和q的曲线图。的曲线图。解：由定义式解：由定义式(5-1)和和(5-2)计算出计算出f fi i和和F Fi i值，按各粒径间隔中值，按各粒径间隔中F曲线的平均斜率曲线的平均斜率 计算出计算出p的平均值，再按定义式的平均值，再按定义式(5-6)，(5-7)和和(5)计算出计算出g gi i 、G Gi i 和值，并将和值，并将计算结果列入表计算结果列入表53中，同时绘出中，同时绘出p、q和和F、G曲线（图曲线（图55）。）。q和和G曲线相对曲线相对p和和F曲线皆向右偏移，这是很典型的情曲线皆向右偏移，这是很典型的情况。况。三、平均粒径三、平均粒径 average diameter of particlesaverage diameter of particles为了简明地表示颗粒群的某一物理特性和平均尺寸的大为了简明地表示颗粒群的某一物理特性和平均尺寸的大小，往往需要求出颗粒群的平均粒径。前面定义的众径小，往往需要求出颗粒群的平均粒径。前面定义的众径dd和中和中位直径位直径d50皆是常用的平均粒径之一。除此之外，再给出几种皆是常用的平均粒径之一。除此之外，再给出几种常用的平均粒径：常用的平均粒径：长度平均粒径：长度平均粒径：（510）表面积平均粒径：表面积平均粒径：（511）体积平均粒径：体积平均粒径：（512）几何平均粒径：几何平均粒径：（514）按按lndg表示的几何平均粒径：表示的几何平均粒径：(5-15)对于频率密度分布曲线是对称性的分布（如正态分布），对于频率密度分布曲线是对称性的分布（如正态分布），其众径其众径dd、中位直径、中位直径d50和算术平均直径和算术平均直径相等，即相等，即dd=d50=；对于频率密度分布曲线是非对称性的分布，；对于频率密度分布曲线是非对称性的分布，ddd50。对于单分散气溶胶，所有颗粒的粒径相同，对于单分散气溶胶，所有颗粒的粒径相同，dg；否则否则dg。四、粒径分布函数四、粒径分布函数Thefunctionofparticlediameterdistributing如图如图5-3至图至图5-5中的分布曲线，它们的典型特征是：频中的分布曲线，它们的典型特征是：频率密度（率密度（p或或q）曲线大致呈钟形，累积频率（）曲线大致呈钟形，累积频率（F或或G）呈）呈“S”形。因此，可以找到一些简单的方程式来描述给出的形。因此，可以找到一些简单的方程式来描述给出的分布曲线。这一方程既可以用分布曲线。这一方程既可以用p(或或q)对对dp，也可以用，也可以用F（或（或G）对）对dp的函数形式给出。理想的函数形式应是只包含两个的函数形式给出。理想的函数形式应是只包含两个常数，一个常数应表示该粉尘颗粒总体尺寸的大小，即平均常数，一个常数应表示该粉尘颗粒总体尺寸的大小，即平均粒径；另一个常数应表示粒径范围关于该平均值的分散情况。粒径；另一个常数应表示粒径范围关于该平均值的分散情况。常用的有正态分布函数、对数正态分布函数、罗辛一拉常用的有正态分布函数、对数正态分布函数、罗辛一拉姆勒（姆勒（Rosin-Rammler）分布函数等半经验函数形式。）分布函数等半经验函数形式。第二节第二节 粉尘的物理性质粉尘的物理性质Physical property of the dust Physical property of the dust 本节要介绍的粉尘物理性质包括粉尘的密度、安息角与本节要介绍的粉尘物理性质包括粉尘的密度、安息角与滑动角、比表面积、含水率、润湿性、荷电性和导电性、粘滑动角、比表面积、含水率、润湿性、荷电性和导电性、粘附性及自燃性和爆炸性等。附性及自燃性和爆炸性等。一、粉尘的密度一、粉尘的密度densityofthedust若所指的粉尘体积不包括粉尘颗粒之间和颗粒内部的空若所指的粉尘体积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，则以此真实体积求隙体积，而是粉尘自身所占的真实体积，则以此真实体积求得的密度称为粉尘的真密度，并以得的密度称为粉尘的真密度，并以 p表示。呈堆积状态存在表示。呈堆积状态存在的粉尘（即粉体），它的堆积体积包括颗粒之间和颗粒内部的粉尘（即粉体），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，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，并以并以 b表示。可见，对同一种粉尘来说，表示。可见，对同一种粉尘来说，b p。若将粉体颗粒间和内部空隙的体积与堆积粉体的总体积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，用之比称为空隙率，用 表示，则空隙率表示，则空隙率 与与 b b 和和 p p 之之间的关系为：间的关系为：（537）对于一定种类的粉尘，其真密度为一定值，堆积密度则随空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隙率 而变化。空隙率而变化。空隙率 与粉尘的种类、粒径大小及充填与粉尘的种类、粒径大小及充填方式等因素有关。粉尘愈细，吸附的空气愈多，方式等因素有关。粉尘愈细，吸附的空气愈多，值愈大；值愈大；充填过程加压或进行振动，充填过程加压或进行振动，值减小。值减小。二、粉尘的安息角与滑动角二、粉尘的安息角与滑动角quiteangleandglideangleofthedust 粉尘从漏斗连续落到水平面上，自然堆积成一个圆锥体，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，一般为角或堆积角等，一般为353555550 0 。粉尘的滑动角系指自然堆放在光滑平板上的粉尘，随平粉尘的滑动角系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，也称板做倾斜运动时，粉尘开始发生滑动时的平板倾斜角，也称静安息角，一般为静安息角，一般为40400 055550 0。粉尘的安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指粉尘的安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标。安息角小的粉尘，其流动性好；安息角大的粉尘，其流标。安息角小的粉尘，其流动性好；安息角大的粉尘，其流动性就差。影响粉尘安息角和滑动角的因素主要有：粉尘粒动性就差。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。径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度及粉尘粘性等。三、粉尘的比表面积三、粉尘的比表面积 thecomparedsurfaceareaofdust粉状物料的许多理化性质，往往与其表面积大小有关，粉状物料的许多理化性质，往往与其表面积大小有关，细颗粒表现出显著的物理、化学活性。例如，通过颗粒层细颗粒表现出显著的物理、化学活性。例如，通过颗粒层的流体阻力，会因细颗粒表面积增大而增大；氧化、溶解、的流体阻力，会因细颗粒表面积增大而增大；氧化、溶解、蒸发、吸附、催化及生理效应等，都因细颗粒表面积增大蒸发、吸附、催化及生理效应等，都因细颗粒表面积增大而被加速，有些粉尘的爆炸性和毒性，随粒径减小而增加。而被加速，有些粉尘的爆炸性和毒性，随粒径减小而增加。粉尘的比表面积定义为单位体积（或质量）粉尘所具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。有的表面积。以粉尘自身体积（即净体积）表示的比表面积以粉尘自身体积（即净体积）表示的比表面积Sv:（538）式中：式中：粉尘的平均表面积，粉尘的平均表面积，cm2。粉尘的平均净体粉尘的平均净体积积，cm3。粉尘的表面积粉尘的表面积体积平均直径体积平均直径，cm。以粉尘质量表示的比表面积以粉尘质量表示的比表面积Sm则为：则为：（539）式中：式中：粉尘真密度，粉尘真密度，g/cm3。以堆积体积表示的比表面积以堆积体积表示的比表面积Sb应为：应为：(5-40)四、粉尘的含水率四、粉尘的含水率 Moisturecontentofthedust 粉尘中的水分含量，一般用含水率粉尘中的水分含量，一般用含水率W表示，是指粉尘中表示，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。所含水分质量与粉尘总质量（包括干粉尘与水分）之比。粉尘含水率的大小，会影响到粉尘的其它物理性质，如粉尘含水率的大小，会影响到粉尘的其它物理性质，如导电性、粘附性、流动性等，所有这些在设计除尘装置时都导电性、粘附性、流动性等，所有这些在设计除尘装置时都必须加以考虑。必须加以考虑。粉尘的含水率与粉尘的吸湿性，即粉尘从周围空气中吸粉尘的含水率与粉尘的吸湿性，即粉尘从周围空气中吸收水分的能力有关。若尘粒能溶于水，则在潮湿气体中尘粒收水分的能力有关。若尘粒能溶于水，则在潮湿气体中尘粒表面上会形成溶有该物质的饱和水溶液。如果溶液上方的水表面上会形成溶有该物质的饱和水溶液。如果溶液上方的水蒸气分压小于周围气体中的水蒸气分压，该物质将由气体中蒸气分压小于周围气体中的水蒸气分压，该物质将由气体中吸收水蒸气，这就形成了吸湿现象。吸收水蒸气，这就形成了吸湿现象。五、粉尘的润湿性五、粉尘的润湿性 Wettingofthedust粉尘颗粒与液体接触后能否相互附着或附着难易程度粉尘颗粒与液体接触后能否相互附着或附着难易程度的性质称为粉尘的润湿性。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，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；则称为润湿性粉尘；如果接触面趋于缩小而不能附着，则称为非润湿性粉如果接触面趋于缩小而不能附着，则称为非润湿性粉尘。尘。粉尘的润湿性与粉尘的种类、粒径和形状、生成条件、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。组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性等性质有关。水对飞灰的润湿性要比对滑石粉好得多：球形颗粒水对飞灰的润湿性要比对滑石粉好得多：球形颗粒的润湿性要比形状不规则表面粗糙的颗粒差；粉尘越细，的润湿性要比形状不规则表面粗糙的颗粒差；粉尘越细，润湿性越差，如石英的润湿性虽好，但粉碎成粉末后润润湿性越差，如石英的润湿性虽好，但粉碎成粉末后润湿性将大为降低。粉尘的润湿性随压力的增大而增大，湿性将大为降低。粉尘的润湿性随压力的增大而增大，随温度的升高而下降。粉尘的润湿性还与液体的表面张随温度的升高而下降。粉尘的润湿性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。例如，力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。例如，酒精、煤油的表面张力小，对粉尘的润湿性就比水好。酒精、煤油的表面张力小，对粉尘的润湿性就比水好。粉尘的润湿性用液体对试管中粉尘的润湿速度来表征。粉尘的润湿性用液体对试管中粉尘的润湿速度来表征。常取润湿时间为常取润湿时间为20min，测出此时的润湿高度测出此时的润湿高度L20（mm）,于于是润湿速度为：是润湿速度为：（mm/minmm/min）（）（5 54141）按润湿速度按润湿速度v v2020作为评定粉尘润湿性的指标，可将粉尘分为四作为评定粉尘润湿性的指标，可将粉尘分为四类（表类（表5 5一一7 7）。）。六、粉尘的荷电性和导电性六、粉尘的荷电性和导电性 burdenelectricityandelectricconductivity ofthedust1、粉尘的荷电性、粉尘的荷电性天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷（正电荷或天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷（正电荷或负电荷），也有中性的。使粉尘荷电的因素很多，诸如电离负电荷），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。体颗粒相互碰撞或它们与壁面发生摩擦时产生的静电。粉尘荷电后，将改变其某些物理特性，如凝聚性、附着粉尘荷电后，将改变其某些物理特性，如凝聚性、附着性及其在气体中的稳定性等。粉尘的荷电量随温度增高、表性及其在气体中的稳定性等。粉尘的荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，还与其化学组成等有关。面积增大及含水率减小而增加，还与其化学组成等有关。2 2、粉尘的导电性、粉尘的导电性粉尘的导电性通常用比电阻粉尘的导电性通常用比电阻d来表示：来表示：(5-42)式中：式中：V通过粉尘层的电压，通过粉尘层的电压，V；j通过粉尘层的电流密度，通过粉尘层的电流密度，A/cm2；粉尘层的厚度，粉尘层的厚度，cm。粉尘的导电机制有两种。在高温（一般在粉尘的导电机制有两种。在高温（一般在200200以上）以上）范围内，粉尘层的导电主要靠粉尘本体内部的电子或离子进范围内，粉尘层的导电主要靠粉尘本体内部的电子或离子进行，称为体积比电阻。在低温（一般在行，称为体积比电阻。在低温（一般在100100以下）范围内，以下）范围内，粉尘的导电主要靠尘粒表面吸附的水分或其它化学物质中的粉尘的导电主要靠尘粒表面吸附的水分或其它化学物质中的离子进行，称为表面比电阻。离子进行，称为表面比电阻。在高温范围内，粉尘比电阻随温度升高而降低，其大在高温范围内，粉尘比电阻随温度升高而降低，其大小取决于粉尘的化学组成。例如，具有相似组成的燃煤锅小取决于粉尘的化学组成。例如，具有相似组成的燃煤锅炉飞灰，比电阻随飞灰中钠或锂的含量增加而降低（图炉飞灰，比电阻随飞灰中钠或锂的含量增加而降低（图5一一12）。在低温范围内，粉尘比电阻随温度的升高而增大，）。在低温范围内，粉尘比电阻随温度的升高而增大，还随气体中水分或其它化学物质（如还随气体中水分或其它化学物质（如S03）含量的增加而降）含量的增加而降低。在中间温度范围内，两种导电机制皆较弱，因而粉尘低。在中间温度范围内，两种导电机制皆较弱，因而粉尘比电阻达到最大值。比电阻达到最大值。粉尘比电阻对电除尘器的运行有很大影响，最适宜于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电除尘器运行的比电阻范围为1041010cm。当比电阻。当比电阻值超出这一范围时，则需采取措施进行调节。值超出这一范围时，则需采取措施进行调节。七、粉尘的粘附性七、粉尘的粘附性 conglutinationofthedust粉尘颗粒附着在固体表面上，或者颗粒彼此相互附着的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现象称为粘附。附着的强度，即克服附着现象所需要的力（垂直作用于颗粒重心上）称为粘附力。（垂直作用于颗粒重心上）称为粘附力。粉尘颗粒之间的粘附力分为三种（不包括化学粘合力）：粉尘颗粒之间的粘附力分为三种（不包括化学粘合力）：分子力（范德华力）、毛细力和静电力（库仑力）。三种力分子力（范德华力）、毛细力和静电力（库仑力）。三种力的综合作用形成粉尘的粘附力。采用粉尘层的断裂强度作为的综合作用形成粉尘的粘附力。采用粉尘层的断裂强度作为表征粉尘自粘性的基本指标。在数值上断裂强度等于粉尘层表征粉尘自粘性的基本指标。在数值上断裂强度等于粉尘层断裂所需的力除以其断裂的接触面积。根据粉尘层的断裂强断裂所需的力除以其断裂的接触面积。根据粉尘层的断裂强度大小，分成四类：不粘性、微粘性、中等粘性和强粘性。度大小，分成四类：不粘性、微粘性、中等粘性和强粘性。各类粉尘的断裂强度指标及粉尘举例在表各类粉尘的断裂强度指标及粉尘举例在表5 5一一9 9中。中。以上的分类是有条件的，粉尘的受潮或干燥，都将影响粉以上的分类是有条件的，粉尘的受潮或干燥，都将影响粉尘颗粒间的各种力的变化，从而使其粘性发生很大变化。尘颗粒间的各种力的变化，从而使其粘性发生很大变化。八、粉尘的自燃性和爆炸性八、粉尘的自燃性和爆炸性 Spontaneouscombustionandexplosibilityofthedust 粉尘自燃是指粉尘在常温下存放过程中自然发热，此热粉尘自燃是指粉尘在常温下存放过程中自然发热，此热量经长时间的积累，达到该粉尘的燃点而引起燃烧的现象。量经长时间的积累，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：引起粉尘自然发热的原因有：氧化热，即因吸收氧而发热的粉尘，包括金属粉类（锌、氧化热，即因吸收氧而发热的粉尘，包括金属粉类（锌、锰等及其合金的粉末），碳素粉末类（活性炭、炭黑等），锰等及其合金的粉末），碳素粉末类（活性炭、炭黑等），其它粉末（胶木煤、橡胶、骨粉等）。其它粉末（胶木煤、橡胶、骨粉等）。分解热，因自然分解而发热的粉尘，包括硝化棉等。分解热，因自然分解而发热的粉尘，包括硝化棉等。聚合热，因发生聚合而发热的粉料，如苯乙烯等。聚合热，因发生聚合而发热的粉料，如苯乙烯等。发酵热，因微生物和酶的作用而发热的物质，如饲料等发酵热，因微生物和酶的作用而发热的物质，如饲料等 各种粉尘的自燃温度相差很大。某些粉尘的自燃温度较各种粉尘的自燃温度相差很大。某些粉尘的自燃温度较低，如黄磷、还原铁粉、还原镍粉、烷基铝等，由于它们低，如黄磷、还原铁粉、还原镍粉、烷基铝等，由于它们同空气反应的活化能极小，所以在常温下暴露于空气中就同空气反应的活化能极小，所以在常温下暴露于空气中就可能直接起火。可能直接起火。影响粉尘自燃的因素，除了决定于粉尘本身的结构和影响粉尘自燃的因素，除了决定于粉尘本身的结构和物理化学性质外，还取决于粉尘的存在状态和环境。处于物理化学性质外，还取决于粉尘的存在状态和环境。处于悬浮状态的粉尘的自燃温度要比堆积状态粉体的自燃温度悬浮状态的粉尘的自燃温度要比堆积状态粉体的自燃温度高很多。悬浮粉尘的粒径越小、比表面越大、浓度越高，高很多。悬浮粉尘的粒径越小、比表面越大、浓度越高，越易自燃。堆积粉体较松散，环境温度较低，通风良好，越易自燃。堆积粉体较松散，环境温度较低，通风良好，就不易自燃。就不易自燃。2、粉尘的爆炸性、粉尘的爆炸性 可燃物的剧烈氧化作用，在瞬间产生大量的热量和燃烧可燃物的剧烈氧化作用，在瞬间产生大量的热量和燃烧产物，在空间造成很高的温度和压力，故称为化学爆炸。可产物，在空间造成很高的温度和压力，故称为化学爆炸。可燃物包括可燃粉尘、可燃气体和蒸气等，引起可燃物爆炸必燃物包括可燃粉尘、可燃气体和蒸气等，引起可燃物爆炸必须具备的条件有两个：一是由可燃物与空气或氧构成的可燃须具备的条件有两个：一是由可燃物与空气或氧构成的可燃混合物达到一定的浓度；二是存在能量足够的火源。混合物达到一定的浓度；二是存在能量足够的火源。可燃混合物中可燃物的浓度，只有在一定范围内才能引可燃混合物中可燃物的浓度，只有在一定范围内才能引起爆炸。能够引起可燃混合物爆炸的最低可燃物浓度，称为起爆炸。能够引起可燃混合物爆炸的最低可燃物浓度，称为爆炸浓度下限；最高可燃物浓度称为爆炸浓度上限。在浓度爆炸浓度下限；最高可燃物浓度称为爆炸浓度上限。在浓度低于爆炸浓度下限或高于爆炸浓度上限时，均无爆炸危险。低于爆炸浓度下限或高于爆炸浓度上限时，均无爆炸危险。第三节第三节 净化装置的性能净化装置的性能 Thecapabilityofpurifydevice 评价净化装置性能的指标，包括技术指标和经济指标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。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技术指标主要有处理气体流量、净化效率和压力损失 经济指标主要有设备费、运行费和占地面积等。此外，经济指标主要有设备费、运行费和占地面积等。此外，还应考虑装置的安装、操作、检修的难易等因素。还应考虑装置的安装、操作、检修的难易等因素。本节以净化效率为主来介绍净化装置技术性能的表示本节以净化效率为主来介绍净化装置技术性能的表示方法。方法。一、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expressionmeasureofthetechnicalfeatureofpurifydevice 1 1、处理气体流量处理气体流量 处理气体流量是代表装置处理气体能力大小的指标，处理气体流量是代表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，由于本体一般以体积流量表示。实际运行的净化装置，由于本体漏气等原因，往往装置进口和出口的气体流量不同，因漏气等原因，往往装置进口和出口的气体流量不同，因此，用两者的平均值作为处理气体流量的代表。此，用两者的平均值作为处理气体流量的代表。(5-43)式中：式中：Q1N-装置进口气体流量，装置进口气体流量，Q2N-装置出口气体流量，装置出口气体流量，净化装置漏风率净化装置漏风率 可按下式表示：可按下式表示：(%)(5-44)2、净化效率、净化效率净化效率是表示装置净化污染物效果的重要技术指标。净化效率是表示装置净化污染物效果的重要技术指标。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，对于吸附装置则称为吸附效率。对于吸附装置则称为吸附效率。3、压力损失、压力损失压力损失系指装置的进口和出口气流全压之差。通常压压力损失系指装置的进口和出口气流全压之差。通常压力损失与装置进口气流的动压成正比，即力损失与装置进口气流的动压成正比，即(545)式中：式中：净化装置的压损系数；净化装置的压损系数；1装置进口气流速度，装置进口气流速度，m/s；气体的密度，气体的密度，kg/m3。净化装置的压力损失，实质上是气流通过装置时所消净化装置的压力损失，实质上是气流通过装置时所消耗的机械能，它与通风机所耗功率成正比。多数除尘装置的耗的机械能，它与通风机所耗功率成正比。多数除尘装置的压力损失为压力损失为1-2kPa，原因是一般通风机具有，原因是一般通风机具有2kPa左右的压左右的压力。压力再高，通风机造价高，又增加了消声问题。力。压力再高，通风机造价高，又增加了消声问题。二、净化效率的表示方法二、净化效率的表示方法 theexpressionofpurifyefficiency1、总效率、总效率总效率系指在同一时间内净化装置去除的污总效率系指在同一时间内净化装置去除的污染物数量与进人装置的污染物数量之比。染物数量与进人装置的污染物数量之比。如图如图5一一13所示，装置进口的气体流量为所示，装置进口的气体流量为QlN（m mN N3 3s ）、）、污染物流量为污染物流量为S1(g/s)、污染物浓度为、污染物浓度为 ,装置出口装置出口的相应量为的相应量为Q2N（m mN N3 3s）、）、S2（g/s）、）、，装置，装置捕集的污染物流量为捕集的污染物流量为S S3 3(g/s)(g/s)，则有：，则有：净化效率净化效率 可表示为：可表示为：或或2、通过率、通过率当净化效率很高时，或为了说明污染物的排放率，有时当净化效率很高时，或为了说明污染物的排放率，有时采用通过率采用通过率P P来表示装置性能：来表示装置性能：（549）3 3、分级除尘效率、分级除尘效率 除尘装置的总除尘效率的高低，往往与粉尘粒径大小有除尘装置的总除尘效率的高低，往往与粉尘粒径大小有很大关系。为了表示除尘效率与粉尘粒径的关系，提出分级很大关系。为了表示除尘效率与粉尘粒径的关系，提出分级除尘效率的概念。分级除尘效率系指除尘装置对某一粒径除尘效率的概念。分级除尘效率系指除尘装置对某一粒径d dpipi或粒径间隔内粉尘的除尘效率，简称分级效率。分级效率可或粒径间隔内粉尘的除尘效率，简称分级效率。分级效率可以用表格、曲线图或显函数以用表格、曲线图或显函数的形式表示。这里的的形式表示。这里的d dpipi代表某一粒径或粒径间隔。代表某一粒径或粒径间隔。若设除尘器进口、出口和捕集的若设除尘器进口、出口和捕集的dpi颗粒质量流量分别为颗粒质量流量分别为S1i，S2i和和S3i，则该除尘器对则该除尘器对dpi颗粒的分级效率为：颗粒的分级效率为：(550)对于分级效率，一个非常重要的值是对于分级效率，一个非常重要的值是50%，与此值相，与此值相对应的粒径称为除尘器的分割粒径，一般用对应的粒径称为除尘器的分割粒径，一般用dc表示。分割粒表示。分割粒径径dc在讨论除尘器性能时经常用到。在讨论除尘器性能时经常用到。4 4、分级效率与总除尘效率之间的关系分级效率与总除尘效率之间的关系 (1)(1)由总效率求分级效率：在除尘器实验中，可以测出由总效率求分级效率：在除尘器实验中，可以测出除尘器进口和出口的粉尘浓度除尘器进口和出口的粉尘浓度 1 1和和 2 2，并计算出总除尘效率。，并计算出总除尘效率。为了求出分级效率，还需同时测出进口、出口和捕集的粉尘为了求出分级效率，还需同时测出进口、出口和捕集的粉尘的质量频率的质量频率g g1i1i、g g2i2i、g g3i3i中任意两组数据。中任意两组数据。由质量频率式（由质量频率式（56）和分级效率定义式（）和分级效率定义式（550）有：有：表表510所示为某种旋风除尘器分级效率的计算实所示为某种旋风除尘器分级效率的计算实例，根据实验得到的总除尘效率和粉尘粒径分布数据，例，根据实验得到的总除尘效率和粉尘粒径分布数据，计算出该除尘器净化该种粉尘的分级效率。计算出该除尘器净化该种粉尘的分级效率。(2)由分级效率求总除尘效率：由分级效率求总除尘效率：这类计算属于设计计算，即根据某种除尘器净化某类粉这类计算属于设计计算，即根据某种除尘器净化某类粉尘的分级效率数据和某粉尘的粒径分布数据，计算该种除尘尘的分级效率数据和某粉尘的粒径分布数据，计算该种除尘器净化该粉尘时能达到的总除尘效率。由分级效率计算式器净化该粉尘时能达到的总除尘效率。由分级效率计算式（551）有有 ,等式两端对各种粒径间隔求和，并考虑等式两端对各种粒径间隔求和，并考虑到到 ,便得到计算总除尘效率的公式便得到计算总除尘效率的公式（5-54）若分级效率以若分级效率以 函数形式给出，进口粉尘粒径分布函数形式给出，进口粉尘粒径分布以累积分布函数以累积分布函数 形式或频度函数形式或频度函数 形式形式给出，则总除尘效率可按积分式计算：给出，则总除尘效率可按积分式计算：（5-55）为求出上式积分值，可用解析法或图解法。为求出上式积分值，可用解析法或图解法。表表511给出这类计算的实例。给出这类计算的实例。5、多级串联运行时的总净化效率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级粉尘的分级通过率分别为Pi1，Pi2，Pin或分级效率分或分级效率分别为别为i1，i2，in，则此多级除尘器净化第，则此多级除尘器净化第i级粉尘的总分级级粉尘的总分级通过率为通过率为:PiT=Pi1Pi2Pin(5-56)或总分级效率为或总分级效率为:iT=1-PiT=1-(1-i1)(1-i2)(1-in)(5-57）按上式计算出总分级效率后，由除尘系统总进口的粉尘按上式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，即可按式（粒径分布数据，即可按式（554）等计算出多级除尘系统）等计算出多级除尘系统的总除尘效率。的总除尘效率。若已知各级除尘器的除尘效率为若已知各级除尘器的除尘效率为1，2n，也可仿照，也可仿照上式计算多级除尘系统的总除尘效率：上式计算多级除尘系统的总除尘效率：T=1-PiT=1-(1-1)(1-2)(1-n)(5-58)第四节第四节颗粒捕集的理论基础颗粒捕集的理论基础thetheoreticfoundationofparticlearrest 除尘过程的机理是：将含尘气体引入具有一种或几种除尘过程的机理是：将含尘气体引入具有一种或几种力作用的除尘器，使颗粒相对其运载气流产生一定的位移，力作用的除尘器，使颗粒相对其运载气流产生一定的位移，并从气流中分离出来，最后沉降到捕集器表面上。颗粒的粒并从气流中分离出来，最后沉降到捕集器表面上。颗粒的粒径大小和种类不同，所受作用力不同，颗粒的动力学行为亦径大小和种类不同，所受作用力不同，颗粒的动力学行为亦不同。颗粒捕集过程所要考虑的作用力有外力、流体阻力和不同。颗粒捕集过程所要考虑的作用力有外力、流体阻力和颗粒间的相互作用力。外力一般包括重力、离心力、惯性力、颗粒间的相互作用力。外力一般包括重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等；作用