大气污染课件3.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 除尘技术基础,污染物质治理的一般思路：,根据其物理、化学性质，结合治理要达到的要求、目的等，进行治理,对固态物质主要是除尘,对气态物质，可利用其理化性质进行吸收、吸附,综合治理？,除尘分类：,机械式、洗涤式、过滤式、电除尘,除尘类型和设备的选择要根据烟尘产生量、烟尘的物理、化学及不同的经济发展水平、要求、前景和社会要求等多种因素决定,不同类型的除尘方式，设备不同，效果不同,在田里收玉米，尽管戴上了口罩、眼镜，,还围了头巾，但还是呛得咳嗽,新疆,60,余尘肺病患者洗肺 有人洗出,48,瓶黑水,2010年,10,月,26,日在自治区职业病医院病房中矿工华秧兴（左）和龙怀文（右）在谈论肺灌洗出的黑水。,BH,型旋风除尘器,FLDC,系列脉冲布袋除尘器,LBL,、,LPL,系列菱型袋式除尘器,LCPM,型分室侧喷低压脉冲除尘,LMN-IV,回转反吹扁袋除尘,SWB,型静电除尘器,钢铁巨兽,WDCM,型静电除尘器,大型旋风除尘器,高炉煤气袋式除尘器,电除尘器,性能：,包括处理能力、效率两方面,处理能力：处理量、耗能（压力）损失、负荷适应性、运行费用比,处理效率：除尘效率、通过率、分级除尘率、串联运行总效率,第一节 粉尘的性质,金属表面电镀处理微观扫描电镜图,一、粒径及粒径分布,1,、单一颗粒的粒径,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，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,粒径大小的研究方法,（,1,）用显微镜法观测颗粒时，采用以下几种粒径：,定向直径 ，也称菲雷特（,Feret,）,直径，为各颗粒在投影图同一方向上的最大投影长度，如图,a,所示,定向面积等分直径 ，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,b,所示,投影圆直径 ，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,c,所示。若颗粒,投影面积为,A,，,则,=,根据分析，同一颗粒的,定向直径,-,菲雷特直径,定向面积等分,马丁直径,投影圆直径,黑乌德直径,（,2,）筛分直径 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,）等体积直径,用光散射法则定时可得到等体积直径,实质是与颗粒体积相等的球的直径,若颗粒体积为,V,，则,（,4,）用沉降法测定时，一般采用如下两种定义,斯托克斯（,Stokes,）,直径 ，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。,空气动力学直径 ，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,总的看，粒径的测定和定义方法可归纳为两类：,一类：按颗粒的几何性质来直接测定和定义，如显微镜法和筛分法,另一类：按照颗粒的某种物理性质间接测定和定义，如斯托克斯直径、等体积直径等,实际中多是根据应用目的来选择粒径的测定和定义方法,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颗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 表示，总是小于,1,如 正方体,=0.806,下,表给出某些颗粒的实测值,单个的颗粒,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,以颗粒的粒数表示所占的比例时，称为粒数分布；,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。,测定某种粉尘粒径分布时，采取的尘样质最,m,0,=10g,，,经测定某粒径宽度 的粉尘质量为,将所有测定数据列表并绘图，见下图,a,、,b,、,c,。,筛分粒径,粒径范围,（,1,）频率分布,g,（）,粒径宽度 内的样品占总样品的质量的百分数为,=100,（,%,）,并有,=100,由,g,值也可绘出频率分布直方图（参考图,a,）,由图可见频率分布,g,值与选取的粒径间隔的大小有关,众径,中位直径,粒径范围,所占比例,a,图中每一,单位粒径范围（多大的频率占总量的百分百,1cm,3,10,微米的粉尘，大约,210,12,（,2,）频率密度分布 （,/,m,）,简称频度分布，系指单位粒径间隔宽度时的频率分布，,即粒径间隔宽度,=,1,m,时尘样质量占全样总质量,的百分数，所以,=,（,/,m,）,由计算结果可绘出频度分布 的直方图，用粒径,间隔中值可绘出频度分布曲线（参考图,b,）,众径,中位直径,实际上相当于,b/,a,图中从小到大每一粒径范围的频率之和,（,3,）筛下累积频率分布 （）,简称筛下累积分布，系指小于某一粒径 的尘样质量占尘样总质量的百分数，即,=,反之，将大于某一粒径 的尘样质量占尘样总质量的百,分数称为筛上累积分布 （），有,=,由计算出的各 值，可以绘出筛下累积分布曲线（参考图,c,）,如果粒径间隔宽度,0,，可取为极限形式，,上式可改写为微积分形式,=,=,+=100,3,、平均粒径,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，往往需要求出一个平均粒径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,众径,中位直径,众径,中位直径,（,1,）算术平均直径 ，即所有颗粒直径之和与颗粒总粒数之比，也称长度平均直径，表达式,=,其中,：以 为中值的粒径间隔内的颗粒粒数,：颗粒群总长度,：颗粒总粒数,（,2,）中位直径,为粒径分布的累积频率等于,50,的粒径，即把频度分布曲线下面积二等分时对应的粒径,如图,b,，,中位直径,约为,13,m,（,3,）众径,为粒径分布中频度,q,值最大时对应的粒径,令,=0,，方程的解即为众径,众径也对应于累积分布曲线的拐点,图,b,中众径 约为,3.9,m,对于频度分布曲线是对称性的分布（如正态概率分布），算术平均直径、一中位直径和众径具有相同的值，即为对称轴对应的直径对于频度分布曲线是非对称性分布，有：,“众径中位直径算术平均直径”,（,4,）几何平均直径,N,个颗粒的粒径之积的,N,次方根，即,=,几何平均直径也表示为,=,对于单分散气溶胶有,=,否则 ,4,、粒径分布函数,采用某种数学函数来描述粒径分布曲线，应用时更为方便,y,=,f(d,p),二、粉尘的物理性质,如粉尘的密度、比表面积、含水率、导电性、摩擦角、粘附性及爆炸性等,1,、粉尘的密度,因粉尘产生的情况不同，测试条件不同，获得的密度值亦不同,一般将粉尘的密度分为真密度和堆积密度等不同的概念,（,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 表示,粉尘真密度测定装置示意图,1,、比重瓶,2,、真空表,3,、温度计,4,、调节阀,5,、真空干燥器,6,、气液分离瓶,7,、缓冲瓶,8,、真空泵,（,2,）,堆积密度,固体磨碎形成的粉尘，在表面未氧化时，其真密度与母料密度相同,呈堆积状态的粉尘（即粉体），每个颗粒及颗粒之间的空隙中皆含有空气,一般将包括粉体颗粒间气体,空间在内的粉体密度称为堆,积密度，用 表示,对于同一种粉尘来说，,如粉煤燃烧产生的飞灰颗粒，含有熔凝的空心球（煤胞），其堆积密度约为,1070kg,m,3,，,真密度约为,2200kg,m,3,，,粉体的真密度与堆积密度之间存在如下关系：,=,（）,为粉体空隙率，取决于粉体种类、粒径大小、充填方式等,粉尘的真密度用于研究尘粒在气体中的运动等方面，堆积密度用于贮仓或灰斗的容积确定等方面,2,、粉尘的,比表面积 仪器：,比表面积及孔径分析仪,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,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、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,粉尘比表面积增大，将增强其物理和化学活性，影响粉尘的濡湿性和黏附性，对同一类粉尘，比表面积大的粉尘要比比表面积小的粉尘难于捕捉。,全自动,4,站比表面积及孔隙度测定仪,价格：,95500,元,/,套,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）表示的比表面积可表示成（非球体，对于球体可直接列方程计算）,=,式中：,：粉尘的平均表面积，,cm,2,：,粉尘的平均净体积，,cm,3,：,粉尘的体积表面积平均直径，,cm,：,粉尘的卡门形状系数,有,=,细砂平均,=0.75,细煤粉,=0.73,烟灰,=0.55,纤维尘中,=0.30,以粉尘质量表示的比表面积为,=,式中为粉尘真密度（,g,cm,3,）,以堆积体积表示的比表面积为,=,粉尘的比表面积值的变化范围很广，大部分烟尘在,1000 cm,2,/g,（,粗烟尘）到,10000 cm,2,/g,（,细烟）的范围内变化,3,、粉尘的润湿性,粉尘中所含水分一般可分为二类：,自由水：附着在表面或包含在凹面及细孔中的水分,结合水：紧密结合在颗粒内部，用一般干燥方法不易全部去除的水分,化学结合水是颗粒的组成部分，如结晶水,通过干燥过程可以除去自由水分和一部分结合水分，其余部分作为平衡水分残留，其量,随干燥条件而变化,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,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,例如：,5,m,以下的粉尘特别是,1,m,以下的很难被湿润,1m,的粉尘，大约相当于,10,12,氢原子,4,、,粉尘的荷电性及导电性：,BDL,型粉尘比电阻测定仪,（,1,）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，几乎总带一定的电量,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,粉尘层电阻率测定方法,GB,T 164271996,（,2,）粉尘的比电阻,粉尘导电性类似金属导线，用电阻率表示，单位,.cm,容积导电,:,粉尘层导电靠粉尘颗粒体内的电子或离子发生导电,表面导电,:,靠颗粒表面吸附的水分和化学膜发生导电,对于电阻率高的粉尘，温度较低时（约为,100,以下），主要是,表面导电,；温度较高时（约在,200,以上），主要是,容积导电,因此，粉尘的电阻率与测定时的条件有关，如气体的温度、湿度和成分，粉尘的粒径、成分和堆积的松散度等,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,工业排气中的粉尘比电阻值变化范围很广，低者（炭黑）约,为,10,3,.cm,，,高者（,105,石灰石粉）可达,10,14,.cm,5,、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,粉尘的粘附性不仅与烟气和粉尘的组成成分有关，而且与粉尘的粒径有关，粒径愈小，粘附性愈强粉尘的粘附性主要包括分子引力、毛细管粘着力、静电库伦引力，等,为克服粉尘粘附性大的缺点，除尘器振打锤的设计一定要科学合理，既要保证有效清除极板极线上的粉尘，又要保证不产生二次飞扬。振打制度也要设置合理，对收尘极振打可以通过调整振打时间，保证极板上的粉尘成片剥落；对放电极振打，可通过调整振打锤的提升角度来保证足够的振打力，如将顶部提升振打改为腰部挠臂振打，既提高了振打锤的振打力，又加快了振打周期，使电晕线经常保持正常的工作状态，保证电除尘器的高效除尘率,6,、粉尘的安息角,粉尘通过小孔连续地下落到水平面上时，堆积成的锥体母线与水平面的夹角称为,安息角,，也称静止角或堆积角,测定方法有多种，测定方法和装置尺寸不同，结果也有差别,安息角是粉状物料特有的性质，与物料种类、粒径、形状和含水率等因素有关,对同一种粉尘，粒径大、接近球形、表面光滑、含水率低时，安息角变小,许多粉尘的安息角的平均值约为,35,40,左右。,安息角是设计料仓的锥角和含尘管道倾角的主要依据,7,、粉尘的自燃性和爆炸性 粉尘的自燃性是指粉尘在常温下存放的过程中自然发热，此热量经过长时间，达到该粉尘的燃点而引起燃烧,爆炸则是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,自燃原因,氧化热，即粉尘与空气中的氧接触而发热，包括金属粉类（锌、铝、钻、锡、铁、镁、锰等及其合金的粉末），碳素粉末类，其他粉末（胶木、黄铁矿、煤、橡胶、原棉、骨粉、鱼粉等）,聚合热，因粉尘中所含的聚合物单体发生聚合而发热,分解热，因粉尘中一些化学物质自然分解而发热,发酵热，因微生物和酶的作用使粉尘中所含的有机物降解而发热的物质，如干草、饲料等,爆炸条件,粉尘具有可燃性（或氧化性）,存在火源：火星、火源或静电,粉尘处于一定浓度,气体有足够氧含量,气体达到一定温度,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,爆炸浓度下限,；最高可燃物浓度称为,爆炸浓度上限,在可燃物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,一般上限浓度值过大（如：糖粉在空气中的爆炸浓度上限为,13.5kg,m,3,），,在多数场合下都达不到，故实际意义不大,其他因素：粒径：粉尘粒径越小，比表面积越大，其爆炸的危险就越大；挥发性：粉尘挥发性越大，爆炸的危险越大；湿度：粉尘湿度越大，爆炸的危险越小,气态燃料的比表面积？,8,、粉尘磨擦性,粉尘在流动过程中对器壁,(,或管壁,),的磨损程度称为粉尘磨擦性。硬度高、密度大，带有棱角的粉尘磨损性大。粉尘的磨损性与气流速度的,2,一,3,次方成正比。在除尘技术中，为了减轻粉尘的磨损，需要适当地选取除尘管道中的流速和壁厚。对磨损性大的粉尘，最好在易于磨损的部位，如管道的弯头、旋风除尘器的内壁等处采用耐磨材料作内衬。内衬除采用一般的耐磨涂料外，还可以采用铸石、铸铁等材料,9,、粉尘凝并,微细尘粒通过不同的途径互相接触而结合成较大的颗粒称为尘粒凝并。尘粒凝并也称尘粒凝聚，在除尘技术中具有重要意义。因为凝并可使微细尘粒增大，使之易于被除尘器捕集，同时可以大大节省能量,第二节净化装置的性能,设备费,安装费用,经济指标 运行费 操控费用,检修维护费用,占地面积,总效率,通过率,净化效率,分级除尘效率,分级效率与总效率,串联与并联问题,符号含义参考下图,进气口为什么多在下方,总效率 ：同一时间内净化装置去除的污染物量与进入量之比：,=1-,=1-,=1-,通过率 ：即总效率的相反概念，一般用于净化效率高,或为说明排放情况,=1-,分级除尘效率：除尘装置的总除尘效率的高低，与粉尘粒径大小有很大关系,为表示除少效率与粉尘粒径的关系提出分级除尘效率概念,串联效率,并联效率,第三节颗粒捕集理论基础,尘粒在管道中的运动特征,单一粉尘粒子在水管道中的运动轨迹如下图,抛物线下降,水平方向继续运动，,竖直方向停滞,抛物线上升,G,D,扭转力矩,随气流运动的尘粒，因重力作用逐渐沉降，并在管底停留瞬间，又在气流作用下沿着管底向前滚动（或滑动）,当气流流过沿管底滚动的尘粒时，由绕流的作用，尘粒上部气流速度增高，压力相对降低，尘粒下部气流速度减低，压力增高，从而使尘粒重新悬浮起来，随着气流运动,当尘粒上升到其上下两面气流速度接近相同时，便又开始重力沉降，这样周而复始，呈波浪状向前运动,若尘粒为球形，管道边界层内水平气流速度 造成的浮力,F,可按下式计算,=,式中：悬浮系数，实验值,沿尘粒表面流过的气流水平速度,称为边界层速度（,m,S,）,当悬浮力 等于尘粒重力 （忽略浮力）时，即,=,尘粒上浮，这时有尘粒悬浮所需的气流速度（即边界层速度）,=3.62,对球形颗粒，悬浮系数,K,与垂直流过颗粒时的阻力系数 大,致相同，因此，在紊乱状态下以近似取,K=0.44,。,这样，在分散介质为常压的空气（,p,1.2kg/m,3,）,时，上式简便化为：,=,由于管道内气流速度分布不均匀，边界层流速远小于管道内的平均速度，所以,水平管道,内输送粉尘所需的平均气流速度应随粉尘粒径和管道直径不同而异，取边界层流速的,23,倍，即,=,（,23,）,=,（,1015,）,当粉尘由各种粒径组成时。则应按最大粒径计算悬浮速度，,并应根据管网结构及布置情况选取比值 ，然后决定粉尘输送速度。,尘粒在,垂直管道,中的运动比较简单，只要保证管道内气流速度大于尘粒的沉降速度 即可。但考虑到管道内气流速度分布的不均匀和能较顺利地输送贴近管壁的尘粒，管内平均气流速度应取沉降速度的,1.3,1.7,倍，即,=,（,1.3,1.7,）,倾斜管道中尘粒的输送速度值应介于水平管道和垂直管道的输送速度之间，观管道的倾斜角度而定。当管道的倾斜角大干粉尘的安息角时，粉尘的输送速度要取较大值,