大气污染过程控制工程教案.docx

第一章绪论（1学时） 教学重点:大气的结构和组成，大气污染物及其来源，环境空气质量标准，空气 污染指数。教学难点:大气污染物及其来源。教学要求:掌握大气的结构和组成，大气污染发生和发展过程，大气污染物及其 来源，空气污染指数；了解环境空气质量标准，国内外大气污染控制现状。教学内容：人是完全靠空气生存的，成年人平均每天约需1 Kg粮食和2Kg水，但对空气的 需求就大得多，每天约13.6Kg （合10n?）。若三者都断绝供应，引起死亡的首 先是空气，要是空气中混进有毒害的物质，则毒物随空气不断地被吸入肺部， 通过血液遍布全身，对人体健康直接产生危害.大气污染对人的影响不同于土壤 和水的污染，它不仅时间长且范围广（较多是地域性的，也有全球性的）。地 球上发生的八大“公害事件”，其中五起是因大气污染造成的。当然，空气污 染的原因不只是人类的活动，还有像森林、火灾和火山爆发一类的天然事件。 不过后者通常在空气污染中起次要作用。§ lo 1大气与大气污染一、大气的结构和组成1、大气圈随地球引力而转的大气层叫大气圈。大气圈的最外层的界限是很难确切划分的，但大气也 不能认为是无限的.在地球场内受引力而旋转的气层高度可达10,000作.有的学者就以 lO.OOOKm作为大气圈的最外层。一般情况下认为，从地球表面到1,000l,400Km的气层 作为大气圈的厚度，超出l,400Km以外气体非常稀薄，就是宇宙空间了。大气圈中的空气分布是不均匀的,海平面上的空气最稠密.在近地层的大气层里，气体的密 度随高度的上升而迅速的变稀。但是在400l,400Km大气层里空气是渐渐变稀薄的。大气 圈的总质量约为6000万亿吨，约为地球质量的百万分之一。大气的构造：根据大气圈中大气组成状况及大气在垂直高度上的温度变化，划分大气圈层的结构如下 图：从地球表面向上，大约到90Km高度，大气的主要成分氧和氮的组成比例几乎无什么变化， 具有这样特性的大气层叫均质大气层（简称均质层）.在均质层以上和外围空间的大气层,其 气体的组成随高度升高有很大变化，这个圈层叫非均质层。三、天然气一般组成CIL85%,乙烷10%,丙烷3%,此外还有上0、C02, N2> He、H2s等。§2.2燃料燃烧过程（0.5学时）一、影响燃烧过程的主要因素1 .燃烧过程及燃烧产物燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相 应的氧化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是C02、水蒸汽;不完全燃烧过程将产生黑烟、 CO和其它部分氧化产物等.I若燃料中含S、N会生成SO?和NOx,燃烧温度较高时，空气中的部分氮会被氧化成NOx。2 .燃料完全燃烧的条件燃料完全燃烧的条件是适量的空气、足够的温度、必要的燃烧时间、燃料与空气的充分混 合。（1）空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。（2）温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧.着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。（3）时间条件：燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素.燃料在高温区的停留时间 应超过燃料燃烧所需时间。（4）燃烧与空气的混合条件：燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。在大气污染物排放量最低条件实现有 效燃烧的四个因素：空气与燃料之比、温度、时间、湍流度。（三T）.发热量及热损失1发热量单位量燃料完全燃烧产生的热量.即反应物开始状态和反应物终了状态相同情况下（常温 298K, 101325Pa）的热量变化值，称为燃料的发热量,单位是KJ/Kg.（固体）KJ/而（气 体）.发热量有高位、低位之分.高位：包括燃料燃烧生成物中水蒸汽的汽化潜热，Q-,低位:指燃料燃烧生成物中水蒸汽仍以气态存在时，完全燃烧释放的热最。Q1I根据煤的工业分析数据计算.煤的发热量注意：煤中H有两种形态可燃氢（参根据燃料的关加燃烧）、自由氢。结合氢（与。2）系分析数据计算自由氢与c、S结合需应用基来表明组成注：干燥基（上标d）可燃基（上标b）应用基（上标a）排烟热损失：热损失为612%：不完全燃烧热损失:化学不完全燃烧、机械不完全燃烧.散热损失：由设备管道温度高于周围空气温度造成热损失.4、燃烧产生的污染物硫的SOx：随温度变化不大，主要是煤中S.粉尘：随温度的增高、不变、降低而变化。CO及HC化合物烟:随温度的增高、不变、降低而变化。NOx：随温度的增高、不变、降低而变化。二、燃料燃烧的理论空气量.理论空气量（）所需要的氧一般从空气中获得。单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需的空气量称为理论空气量.理论空气量（1）可由燃烧反应方程式获得（2）经验公式（由热值）固体燃料液体燃料气体燃料天然气（式2. 17）建立燃烧化学方程式时，假定：1）空气仅由M和0?组成，气体积比为79/21=3. 76；2）燃料中的固态氧可用于燃烧；3）燃料中的硫被氧化成SO?;4）计算理论空气量时忽略NOx的生成量；5）燃料的化学时为CHS。，其中下标x、v、z、*分别代表C、H、S、。的原子数。完全燃烧的化学反应方程式：Q代表燃烧热理论空气量：3。66。0褐煤彳一般煤的理论空气量7.58.5无烟煤9、10烟煤液体燃料（燃料油）的煤炉：4o 55。5 千：8o 849.01煤气液化气：2. 97天然气高炉：0。7湿：11。412. 11 .空气过剩系数a世纪空气量V“与理论空气量匕°之比为空气过剩系数a通常a>l.空燃比（AF）定义：单位质量燃料燃烧所需的空气质量，它可由燃烧方程直接求得。例：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（按质量）C： 88o 3%, H:9.5%, S： 1.6%,灰分:0. 10机 试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。解:以1kg重油燃烧为基础，则：重量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）C88373. 5873. 58H9547. 523. 75S160. 50. 5H-00. 50. 02780理论需氧量为：73. 58+23. 75+0o 5=97. 83 mol/kg 重油假定空气中用与。2的摩尔比为3。76 （体积比）则，理论空气量为：mol/kg重油即Nm7kg重油§2。3烟气体积及污染物排放量计算（1学时）一、烟气体积计算L理论烟气体积在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积以Vf表示,烟气成分 主要是CO?、SO?、N?和水蒸气。干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气；湿烟气:包括水蒸气在内的烟气。Vf；=V+烟气+V水蒸气V理水将，二v燃料中虱燃烧值的水盛气+V燃料中附给+V理论空气城带入的2。实际烟气体积 黑 W Vrg°+ (a-1) V；3.烟气体积和密度的校正燃烧产生的烟气其T、P总高于标态(273Ks latm)故需换算成标态.大多数烟气可视为理气，故可应用理气方程。设观测状态下：(R、P,下)烟气的体积为R,密度为Ps。标态下：(Tn、网下)烟气的体积为以，密度为Pn.标态下体积为：标态卜密度为：应指出，美国、日本和国际全球监测系统网的标准态是298K、latm在作数据比较时应注品、o2.过剩空气较正因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与 过剩空气量之和。用奥氏烟气分析仪测定烟气中的C02、02和C0的含量,可以确定燃烧设备在运行中烟气成 分和空气过剩系数。空气过剩系数为a=m过剩空气中的过剩系数设燃烧是完全燃烧，过剩空气中的氧只以6形式存在，燃烧产物用下标P表示，假设空气只有6、凡分别为21%、79%,则空气中总氧量为理论需氧量：0.266厢一02P 所以若燃烧完全若燃烧不完全产生co须校正，即从测得的过剩氧中减CO氧化为C02所需的（）2各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。二、污染物排放量的计算例2对例1给定的重油，若燃料中硫会转化为SOx （其中SO2占97%）,试计算空气过剩系 数a=l. 20时烟气中SO?及SO：,的浓度，以ppm表示，并计算此时烟气中 队的含量，以体积 百分比表示。解：由例1可知，理论空气量条件下烟气组成（mol）为：C02： 73. 58 H20： 47.5+0。0278S0： 0o 5 Nx：理论烟气量:73. 58+0. 5+ （47.5+0。0278） + （） =489. 45mol/kg 重油即 489. 45=10. 96nfN/kg 重油空气过剩系数a=l. 2时，实际烟气量为：其中10. 43为理论空气量，即IKg重油完全燃烧所需理论空气量。烟气中SO2的体积为烟气中SO,的体积为所以，烟气中S&、S（h的浓度分别为：当a =1.2时,干烟气量为：C0;体枳为：所以干烟气中C0的含量以体积计为：例3：已知某电厂烟气温度为473K,压力为96.93Kpa,湿烟气量Q=10400m3/niin,含水汽6。25%（体积），奥萨特仪分析结果是：C02占10。7%,。2占8.2%,不含C0,污染物排放的 质量流量为22。7Kg/min.（1）污染物排放的质量速率（以t/d表示）（2）污染物在烟气中浓度（3）烟气中空气过剩系数校正至空气过剩系数a =1. 8时污染物在烟气中的浓度.解：（1）污染物排放的质量流量为：（2）测定条件下的干空气量为：测定状态下干烟气中污染物的浓度：标态下的浓度：（3）空气过剩系数：（4）校正至a =1.8条件下的浓度：§2.4燃烧过程中污染物的形成与控制（1学时）一、燃烧中硫氧化物的形成燃料中的硫在燃烧过程中与氯反应，主要产物是SO：,和SO,，但SO,的浓度相当低，既使在贫 燃料状态下，生成的SO：,也只占SO?生成量的百分之几。在富燃料状态下，除S0?外，还有一 些其它S的氧化物，如SO及其二聚物（SO） 2,还有少量一氧化二硫S?0。这些产物化学反 应能力强，所以仅在各种氧化反应中以中间体形式出现.燃烧时：故一般主要生成S02,计算时可忽略SOso燃烧过程中硫氧化物、颗粒污染物、氮氧化物和其它污染物的形成与控制。第三章 大气污染气象学基础（2学时）教学重点：主要气象要素，大气的热力过程，大气的运动和风速廓线模式。教学难点：大气稳定度,逆温，风速廓线模式.教学要求：掌握大气的热力过程、大气稳定度、逆温和风速廓线模式。教学内容：§30 1大气圈结构与气象要素（0.5学时）一、影响大气污染的主要气象要素气象要素（因子）：表示大气状态和物理现象的物理量。1、气温：2、气湿：空气湿度是反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量，常用的表示方法有：绝对 湿度、水蒸气压力、体积百分比、含湿量、相对湿度、露点等.3、风a）定义：什么是风？空气水平方向的流动叫风。b）形成:风主要由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由湿度分布 不均造成.风的形成除热力原因外,还有动力原因，自然界的风是由于这两种原因综合作用的 结果，但只要有温差存在，空气就不会停止运动。c）风的度量风的特性用风向与风速表示，它是一向量.风的大小有叫风速：在单位时间内，空气水平流动的距离，m/so风向：分为16方位，4、云云是发生在高空的水汽凝结现象。形成的基本条件：水蒸汽和使水蒸汽达到饱和凝结的环 境。云的分类：高云：离地面5000m以上，冰晶构成；中云:离地面25005000m间，过冷的微小水滴及冰晶构成； 低云:离地面2500m以下,由微小水滴和冰晶构成. 云量：云量是指云遮蔽天空的成数。将天空分为十份。这十分中被云所遮盖的成数称为云 量.如在云层中还有少量空隙（空隙总量不到天空的1/20）记为10；当天空无云或云量不 到1/20时,云量为0。国外云量与我国云量间的关系，国际云量总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度。低云量：低云的云掩盖天空的成数。云量的纪录：一般云量/低云量的形式记录，如10/7。云高：指云底距地面的垂直距离，以米为单位.5、能见度在当时的天气情况下，正常人的眼睛所能看到的最大距离叫能见度。能见就是能把目标物的轮廓从它的天空背景上分辨出来，为了知道能见距离的远近，首先 必须选择若干固定的目标物，量出他们距测点的距离.能见度的大小反应了大气的混浊程度,反应出大气中杂质的多少。§3.2大气的热力过程（1学时）一、太阳辐射太阳的辐射能是地球表面和大气的唯一能量来源，地面和大气获得辐射能增热的同时，本 身放出热辐射而冷却，所以大气内部始终存在着冷与暖的变化，冷、暖在某种意义上讲决 定着空气的干湿与降水，决定着低气压的分布,影响着大气的运动，也就影响了排放至大气的 污染物质的扩散稀释.大气的热力过程,大气稳定度,逆温的形成与类型.§ 3. 3大气的运动和风（0。5学时）大气水平运动，大气边界层风随高度变化，风速廓线模式，大气的湍流运动， 地方性风场.第四章 大气污染物扩散模式（6学时）教学重点:湍流统计理论（正态分布理论），高斯扩散模式，扩散参数，各种气 象条件下的扩散模式,烟气抬升高度。教学难点：高斯扩散模式和扩散参数的确定。教学要求：掌握高斯扩散模式及其常见形式，能够根据地形、背景浓度以及风 向、风速、温度层结等气象因素及模式计算大气污染物浓度，可以根据不同要 求估算烟筒高度，并对厂址选择提出初步方案.教学内容：4o 1湍流扩散的基本理论（1学时）梯度输送理论，湍流统计理论（正态分布理论），相似理论。4.2 高斯扩散模式（1学时）高斯模式的假设条件，高架连续点源扩散的高斯模式。4.3 污染物浓度的估算方法（2学时）地面浓度，地面轴线浓度，地面轴线最大浓度，扩散参数的确定。4.4 特殊气象条件下的扩散模式（0。5学时）小风、静风、熏烟条件下的扩散模式，扩散参数的确定.4o 5城市及山区的扩散模式（0.5学时）4.6烟囱高度的设计和厂址的选择（1学时）烟囱有效源高，烟气抬升高度，厂址的选择.第五章除尘技术基础与除尘设备（8学时）教学重点：粉尘的粒径分布和物理性质,净化装置性能的表示方法,颗粒捕集的 理论基础，除尘设备工作原理。教学难点：颗粒捕集的理论基础，除尘设备工作原理.教学要求:掌握粉尘的粒径分布、净化装置性能的表示方法、颗粒捕集的理论和 各种除尘设备的工作原理，能够计算除尘设备的净化效率。教学内容：§50 1粉尘粒径与粒径分布（1学时）一、粉尘粒径1.定义：在实际中，因颗粒大小、形状各异，故表示方法有所不同。一般分为两类:在均质层中，根据气体的温度沿地球表面垂直方向的变化分为：对流层、平流层、中间 层、电离层、散逸层。各层特点：一对流层：1）相对于整个大气圈厚度而言很薄,按最厚处计，占总厚度的6-9船占总 质量的75虬在这一层中除了有纯净的干空气以外，还含有一定量的水蒸气，适度的温度对 人和动植物的生存起到重要的作用。2）一般情况下，温度自地表面向高空递减，0.65C/上升100米。在对流层中，由于太阳的辐射以及下垫面特性和大气环流的影响，使得在该层中出现极其 复杂的自然现象,有时形成易于扩散的气象特征,有时形成对生态系统产生有危害的逆温气 象条件，雨、雪、霜、雾、雷电等自然现象也都出现在这一层。3）大气有较强的对流运动，大气污染也主要发生在这一层，特别是在靠近地面l-2Km的 近地层更易造成污染。近地层的大气污染物的扩散能力主要取决于当时的气象条件。4）温度、湿度等各要素水平分布不均匀。一一平流层：1 ）在这一层里气体的温度差随高度上升有缓慢的增加,30-35Km, T=-55C。 然后上升（气温）较快，这是因为在该层中的臭氧强烈吸收太阳紫外线所致。2 ）几乎不存在水蒸汽和尘埃，一般处于平流运动。3 ）大气很干燥，没有云、雨等现 象，是飞机理想的飞行区域。-中间层：气温随高度增加迅速降低，有强烈的垂直对流运动。-一电离层:气温随高度增加迅速上升，空气处于高度电离状态，发电报是靠这层反射回 来。散逸层:气体温度很低，气体粒子能克服地球引力而逸向星际空间。星际空间内每一 空间有数十个离子存在.研究重点：对流层，平流层2、大气组成大气（空气）从自然科学角度来看，空气和大气常常作为同义词，二者没有实质性的差 别。但在研究近地层的空气污染规律及对空气质品进行评价时，为便于说明问题，有时两 个名词分别使用.一般对于居住在室内或特指某个地方（如车间、厂区等）供动植物生存的 气体习惯上称为空气.在大气物理、大气气象、自然地理以及环境科学研究中，常常是以大 区域或全球性的气流作为研究对象，因此，就常用大气一词.大气是一个多种气体的混合物，有混合气体、水气和悬浮微粒组成，可分为：一恒定组分：0,（20.95%） , N2（78o 09%）、氢（0. 93% ）、惰性气体.上述组分的比例在 地球表面上任何地方几乎是可以看作不变的。单一粒径：单个粒子的；球形颗粒：d=直径平均粒径：粒子群的.-）单一粒径<J单一粒径分成投影径非球形颗粒几何当量径物理当量径.投影径:指颗粒在显微镜下观察到的粒径。a.面积等分径（martine）,指颗粒的投影面积二等分的直线长度，其与所取的方向有关, 常采用与底边平行的线作为粒径。b.定向径（feret）,指颗粒投影面上两平行切线间的距离。c.长径，不考虑方向的最长径。d.短径，不考虑方向的最短径。1 .几何当量径:取颗粒的某一几何量（面积、体积等）相同时的球形颗粒的直径。a.等投影面积径小：与颗粒投影面积相同的某圆面积的直径。b.等体积径九c.等表面积径ds：d.体积表面积平均径5:颗粒体积与外表面积相同的圆球的直径.2 .物理当量径:取颗粒某一物理量相同时的球形颗粒粒径.a.自由沉降ck：特定气体中，在重力作用下，密度相同的颗粒因自由沉降而达到的末速度 与球形颗粒所达到的末速度相同时的球形颗粒的直径。b.空气动力径也：在静止的空气中颗粒的沉降速度与密度为Ig/cn?的圆球的沉降速度相 同时的圆球的直径.单位.C.斯托克斯径（Stokes）dst。在层流区内（对颗粒的雷诺数Re （2.0）的空气动力径.Vt颗粒在流体中的终端沉降速度（m/s）d.分割粒径（半分离粒径）d5。：即分级效率为50%的颗粒直径.（二）平均粒径对于一个由大小和形状不相同的粒子组成的实际粒子群与一个由均一的球形粒子组成的假 想粒子群相比，若两者的粒径全长相同，则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒 径。表71列出了各种方法计算的平均粒径，数值相差很大.P282。一般顺序:di<d8 <dv <d2 <d3 <d,常用的单一粒径：投影径、等体积径、斯托克斯径、分割粒径加处空气动力学径da （是 除尘技术中用得最多的）。平均粒径：中位径、众径。二、粒径分布1.定义：粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，亦称粒子的分散度.表示方法：个数分布：以粒子的个数所占的比例来表示；表面积分布：以粒子表面积表示；质量分布：以粒子质量表示。2.常见的表示方法（1）频数分布AR：它是指粒径dp至（dp+Adp）之间的粒子质量占粒子群总质量的百分数。见图a。 AR与选取的粒径间隔的大小有关。（2）频度分布f：是A dp=lum时粒子质量占粒子群的或单位粒径间隔宽度时的频率分布 百分数.即：其微分定义式：有计算结果可绘出频度分布f的直方图，用粒径间隔中值可绘出频度分布曲线，见图b。最大频度的粒径如称为众径。（3）筛下累积频率分布D/%：指小于某一粒径dp的尘样质量占尘样总质量的百分数。反之为筛上累积分布R： D=lR当D=R=50%时的dp位中位径也。由图可见，筛上分布R对dp之比为负梯度，筛下分布D 对dp之比为正值.因此若已知R、D,则或也可这样说:若粒径间隔宽度即取极限，则：即：筛上分布为减函数；筛下分布为增函数。在除尘技术中，筛上累积分布R比使用频度分布更为方便，所以，在一些国家粉尘标准中 多用R表示粒径分布。3.粒径分布函数正态分布函数：对称常见的分布函数对数正态分布：dp取对数后服从对称，实际大气中气溶胶、工业粉尘多 服从此分布罗率一拉姆勒分布：破碎筛分过程多服从此分布后两者分布为非对称性的。采用某种数学函数来描述粒径分布曲线，更为应用方便。据大量数据的统计结果表明对数正 态分布，正态分布以及罗率-拉姆勒(RosinRammler )分布较常用。我们见面介绍下世界 上用的较多的RR分布.R-R分布是：(a)(b)式中：n分布指数；BB '分布系数，并有。对(b)两端两次求对数得：，以Igdp为横坐标，以1g为纵坐标，可的一条直线，其斜率为 n.将中位径d5°代入(a)式可求得那麽R-R函数表达式为：在R-R坐标纸上绘制的筛上累积分布曲线(R)为直线，并能方便地求出n、B'、ck等。例4-1,自学，粉尘的堆积密度，直密度。粉尘的粒径，粒径分布与粒径分布函数，平均粒径。§5o 2粉尘的物理性质（1学时） 一、密度单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度,单位为kg/n?或g/m3o若所指的粉尘体积 不包括粉尘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 积求得的密度称为粉尘的真密度。固体粉碎所形成的粉尘，在表面未氧化时， 其真密度与母料密度相同。呈堆积状态存在的粉尘,它的堆积体积包括颗粒之间 和颗粒内部的空隙体积，以此体积求得的密度称为粉尘的堆积密度。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。粉尘的真密度用在研究粉尘在气体中的运动、分离和去除等方面，堆积密度用 在贮仓或灰斗的容积确定等方面。二、粉尘的安息角和滑动角粉尘从漏斗连续滑落到水平面上，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。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。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，是设计除尘器灰 斗的锥度及除尘管路或输灰管路倾斜度的主要依据。三、粉尘的比表面积粉尘的比表面积定义为单位体积粉尘所具有的表面积.四、粉尘的含水率粉尘中一半均含有一定的水分,它包括附着在颗粒表面上的和包含在傲坑处与细 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，一般用含水率W表示,是指粉尘中所含水分质量与粉尘总质 量之比.含水率大小，会影响到粉尘的其他物理性质，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收水分的能力有关。五、粉尘的润湿性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。当粉尘与液体接触时，如果接触面能扩大而相互附着，则称为润湿性粉尘; 相反，为非润湿性粉尘粉尘的润湿性是选用湿式除尘器的主要依据。六、粉尘的荷电性和导电性1、荷电性天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷，也有中性的。粉尘荷电后，将改 变其某些物理性质，如凝聚性、附着性及其在气体中的稳定性等，同时对人体 的危害也将增强。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。2、导电性粉尘的导电性通常用比电阻表示。导电机制有两种，取决于粉尘、气体的温度 和组成成分。本体导电占优势的粉尘称为体积比电阻，表面导电占优势的粉尘 比电阻称为表面比电阻。粉尘比电阻对电除尘器的运行有很大影响。七、粉尘的粘附性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称为粘附力。粉尘颗粒之间的粘附力分为分子力、毛细力和静电力.通常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断裂所需 的力除以断裂的接触面积。八、粉尘的自燃性和爆炸性粉尘的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。引起粉尘自然发热的原因有：氧化热、分解 热、聚合热、发酵热.爆炸是指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.可燃物包括可燃粉尘、可燃气体和蒸汽等，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混合物达到一 定的浓度；二是存在足够的火源。§5o 3净化装置的性能（1学时）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。技术指标主要有 处理气体流量、净化效率和压力损失等；经济指标主要有设备费、运行费和占 地面积等。1、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，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，因此，用两者的平均值作为处理气体流量的代表。Qx=(Qin+Q2x)/22、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。对于除尘装置称为除尘 效率，对于吸收装置称为吸收效率，对于媳妇装置称为吸附效率.3、压力损失压力损失是代表装置能耗大小的技术经济指标，系指装置的进口和出口气流全 压之差，净化装置压力损失的大小，不仅取决于装置的种类和结构形式，还与处 理气体流量大小有关.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,所以总是希望尽可能小些.§ 50 4颗粒捕集的理论基础(1学时)颗粒物在各种力场中的空气动力学行为-一分离、沉降、捕集等.§5.5除尘设备及其工作原理(3学时)一、机械除尘器机械力除尘装置是相对电除尘器而言.除重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器外，还包括 湿式除尘器和袋式除尘器等，其除尘机理可概括为五个方面：1 .重力沉降：气流中的尘粒依靠重力自然沉降，从气流中分离出来.主要适用于粒径较大的 尘粒，沉降速度V较小。2 .离心碰撞：含尘气流作圆周运动时，在惯性离心力作用下，尘粒和气流产生相对运动， 使尘粒从气流中分离。主要适用于10 um以上的尘粒。3 .惯性碰撞：含尘气流运动过程中遇到障碍物(如挡板、水滴等)时，气流会改变方向而绕 流,细小的尘粒会随气流一起流动，而较大的尘粒惯性较大,则脱离流线保持自身的惯性运 动，于是尘粒就和物体发生了碰撞.见图51(a)。4 .滞留：细小的尘粒随气流绕流时，如流线和物体表面靠得很近，有些尘粒就和物体表面 接触，从气流中分离出来.见图5-2(b)。5 .扩散：小于1 um的微小粒子在气流中会和气体一样作不规则的布朗运动，布朗运动 随粒径减小而增大。若作布朗运动的尘粒和物体表面接触，就可能从气流中分离，这种分离 机理称为扩散。见图51 (c)。除此之外,还涉及筛滤、静电力和声波凝聚作用等。(一)、重力沉降室重力沉降室是通过重力从气流中分离尘粒的.其结构如图517所示。沉降室可能是所有空气污染控制装置中最简单和最粗糙的装置。就其本身的特点而论，有 广泛的用途。能用于分离颗粒分布中的大颗粒，在某些情况下，其本身就是能进行适当的污 染控制，它的主要用途是对更有效的控制装置作为一种初筛选装置。在大颗粒特别多的地 方，沉降室能除掉颗粒分布中的大量大颗粒，这些颗粒如不除掉，就要堵塞其它控制装置。一、原理：利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理.含尘气流进入沉降室后， 引流动截面积扩大，流速迅速下降，气流为层流，尘粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。a.沉降速度由第三章可知，悬浮在空气中的尘粒在重力作用卜.降落时，起初作加速运动，但当空气的阻 力增大到使尘粒所受的合力为零时，它就开始作匀速下降，尘粒的降落速度达到最大恒定 速度，该速度即为沉降速度必层流区：雷诺数RcpWl,对球形粒子而言：(见式 329) (3-2)当介质为空气时Pp> ) P则有：(3-3)由上式可见Vt,若dp小，则Vt就小，故小颗粒就难分离.若将雷诺数Rep=l代入,可求出尘粒沉降时的临界粒径小。得代入(5-2)得：(34)一般说来方程式3-3应用于粒径小于50 u m的球形尘粒，小于100 u m得尘粒误差也不大. 工业粉尘粒径大致为1一1()0 P m，粒径小于5 u m的尘粒实际沉降速度要比Stocks定律预 示的大，需修正。故dpW5 u m的尘粒：us=c , Us , Stocksc为修正系数，在空气中温度为20C,压强为latm时，dp 为 P m.在其它温度下，Kc值就变化,二、旋风除尘器旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的，用来分离粒径大于 10um的尘粒。（一）、工作原理.除尘器内气流与尘粒的运动气流从宏观上看可归结为三个运动:外涡旋、内涡旋、上涡旋。普通旋风器由筒体、锥体、排出管等部分组成，见图53。含尘气流由进口沿切线方向进 入除尘器后，沿器壁由上而下作旋转运动，这股旋转向下的气流称为外涡旋（外涡流）， 外涡旋到达锥体底部转而沿轴心向上旋转，最后经排出管排出。这股向上旋转的气流称为 内涡旋（内涡流）.外涡旋和内涡旋的旋转方向相同，含尘气流作旋转运动时，尘粒在惯性 离心力推动下移向外壁,到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗。气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部压力下降，一部分气流会带着细尘粒沿外壁面旋 转向上,到达顶部后，在沿排出管旋转向下，从排出管排出.这股旋转向上的气流称为上涡 旋.旋风分离器内气流运动是很复杂的，除切向和轴向运动外，还有径向运动.在这里，上涡旋 不利于除尘.如何减少上涡旋，降低底部的二次夹带及出口室气流旋转所消耗的动力，成为当前改进旋 风器的主要问题。V rtl= 1530m/s对同样流量的气流而言，旋风分离器比重力沉降室小得多，但动力消耗多。1 .气流的速度a.切向速度Vt:用球形皮托管测定。切向速度分布见书P290,图7-9。外涡旋:Vt随半径r的减小而增大，在内外涡旋的交界面上Vt最大，交界面半径肾七（0。 660。65） rP,4为排出管半径。内涡旋：Vt随半径r的减小而减小。某一断面上的切向速度分布规律为：外旋:n=0. 5,有内旋:n=l,有 内外交界面：n=0,有Vt二常数，最大，对应直径为Di, Di=（0. 6-1.0）De （排气管直径）。b.径向速度Vr：假设内外涡旋的交界面是圆柱面，外涡旋均匀通过该柱面进入内涡旋,那麽认为气流通过此 圆柱面时的平均速度就是外涡旋气流的平均径向速度VI。Q处理气体最；F假想圆柱面表面积。轴向速度二、临界粒径与压降分级效率为50%的粉尘粒径为半分离直径或切割直径d。临界粒径九愈小，除尘效率愈高。除尘器内的压力分布见图54,尘粒在旋风器中受到两个力的作用：离心力ft：向心力fd： (RepWl时)在交界面上尘粒有三种情况：移向外壁fd£移向内壁fkfd进去50%,出来50%,即除尘效率为50%。一般而言:dp (100%) -2-3dp (50%)为什麽忽略了粉尘的质量呢？因为重力等于mg,离心力设Vt=30m/s, r=0o 1m,禽心力远远大于重力，故重力可忽略。临界粒径：dep, ft=fd得:r。一假想圆柱面半径2.阻力：&一一阻力系数缺乏实验数据时，可用下式表示：缺乏实验数据时，可用卜.式表示：K一一常数，等于2040；A 进口面积，aXb；L-一筒体长度；H-锥体长度；dw排出管直径.三、电除尘器气体除尘从广义上来说可以分为机械方法和电气方法两大类.机械的方法包括基本上依靠惯 性力和机械力回收粒子的一切方法在内，如重力沉降法、离心分离法、气体洗涤法、介质 过滤法等等.电气的方法就是电除尘.它与一切机械方法的区别在于作用在悬浮粒子上的使 粒子与气体分离的力。特点：1 .分离的作用力直接施之于粒子本身，这种力是由电场中粉尘荷电引起的库仑力，而机械 方法大多把作用力作用在整个气体。2 .直接作用的结果使得电除尘器比其它除尘器所需功率最少，气流阻力最小。处理 lOOOmVh 的气体,耗电 0。10. 8 度, P=l（）0lOOOPa。3 .它既不象重力沉降法或惯性法那样只限于回收粗粒子，也不象介质过滤法或洗涤法那样 受到气体运动阻力的限制，能回收微型范围的细小粒子.（lum左右的）.除尘效率高，一般在95-99%。处理气量大，可应用于高温、高压，具有克服气体和粒 子腐蚀的能力.连续操作并可自动化，故广泛应用于许多方面。（国外）冶金领域：铜、铅、锌冶炼厂，贵金属回收（回收金）；钢铁工业方面；水泥生产方面；化 学工业和工艺过程方面；燃料煤气的脱焦;煤烟的除尘；炭黑的回收；造纸厂中的应用；电 力生产中的应用；电子工业的空气净化等等。由于除尘器的主要缺点是设备庞大，消耗钢材多，初投资大,要求安装和运行管理技术较 高，故目前我国电除尘的应用还不太普遍。（一）、原理电除尘是何种装置呢?概括而言，电除尘是利用强电场使气体发生电离，气体中的粉尘荷电 在电场力的作用下，使气体中的悬浮粒子分离出来的装置。这种装置由许多不同的型式，但最基本的组成部分都是一对电极（高电位的放电电极和接 地的收尘电极），简单模式见书P6-2。除尘过程大致就是这样一过程，两电极间加一电 压。一对电极的电位差必须大得使放电极周围产生电晕（常常加直流），而电压使含尘气体 通过这对电极之间时，形成气体离子（正离子、负离子）这些负离子迅速向集尘极运动，并 且由于同粒子相撞而把电荷转移给它们粉尘荷电，然后与粒子上的电荷互相作用的电场就-可变组分：COz、水蒸汽、。3这些组分在大气中的含量是随季节、气象的变化以及人们 的生产、生活活动的影响而发牛.变化。一一不定组分：第一环境问题引起的：由自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震 等暂时性灾难所引起的。污染物有尘埃、S、H2S、SOx、NOx等。第二环境问题引起的由于人类社会的生产工业化和经济建设速度增长，人口剧增等使得大气中增加或增多了某 些不定组分.大气中含有的不定组分的种类和多少由地区的条件而定的.冶金工厂、电厂所 在的地区，大气中含有煤烟、尘、SOx、NOx等组分就多.而在化工区，则有机或无机的化学 物质等不定组分就多。当这些不定组分排放于大气中时就会使大气污染，不定组分达到一 定浓度时，将会对动植物造成严重的危害，这是环保工作者研究的主要对象.二、大气污染的定义大气污染的含义：国家标准组织定义（ISO）定义指自然界中局部的职能变化和人类的生产和生活活动改变大气圈中某些原有成分和向大气 中排放有毒害物质，以致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体 健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等的损坏.三、大气污染的发生和发展大气污染可看作是污染源所排放出的污染物和对污染物起着扩散稀释作用的大气，以及承 受污染的物体三者相互关联所产生的一种效应.一个地区的大气污染情况是与该地区的污染 源所排放出的污染物总量有关的。这个总量是不因气象条件的影响而发生变化的。但是， 排放出的污染物的浓度在时空分布上却是受到气象条件的控制.由于气象条件的不同,污染 物作用于承