大氣污染控制基礎(chǔ)知識(shí).ppt

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第四章大氣污染物控制的基礎(chǔ)知識(shí) 主要介紹大氣中污染物 顆粒物和氣態(tài)污染物的特性和控制的基礎(chǔ)理論知識(shí) 重點(diǎn) 顆粒的粒徑和顆徑分布 凈化裝置的性能難點(diǎn) 物料衡算與能量衡算 氣體中的顆粒動(dòng)力學(xué) 第一節(jié)氣體的物理性質(zhì) 一 氣體的狀態(tài)方程 PV mR0T M 一般形式 R R0 MPV mRT 工程上應(yīng)用的形式 式中 m 氣體的總質(zhì)量 kg M 氣體的摩爾質(zhì)量 kg mol P 壓力 Pa R0 8 314J mol K 干空氣的氣體常數(shù)R 287 0J kg K 應(yīng)用條件 理想氣體 實(shí)際工程應(yīng)用中 只要壓力不太大 溫度不接近氣體液化點(diǎn)時(shí) 也可應(yīng)用上述方程 注意 當(dāng)壓力單位取Pa時(shí) R0 8 314Pa m3 mol K 當(dāng)壓力單位取kg m2時(shí) R0 0 848kg m mol K 二 氣體的基本物理性質(zhì) 1 濕度 表示氣體中水蒸氣含量的多少 1 絕對(duì)濕度 指單位體積氣體中所含的水蒸氣質(zhì)量 等于水蒸氣分壓下的水蒸氣密度 2 相對(duì)濕度 指氣體的絕對(duì)濕度與同溫度下的飽和絕對(duì)濕度之比 3 含濕量 單位質(zhì)量的氣體中所含液態(tài)蒸汽量 2 密度 理想氣體混合物的平均密度 m VPV mR0T M 式中 a i 空氣和氣態(tài)污染物的體積分?jǐn)?shù) a i 混合物總壓下空氣和污染物的密度 kg m3 單位質(zhì)量 物質(zhì)的量 物質(zhì)溫度升高1K所需要的熱量 分恒壓比熱 Cp 和恒容比熱 Cv 對(duì)于理想氣體Cp Cv R R R0 M 空氣 氣態(tài)污染物和顆粒混合物的平均比熱是混合物各組分比熱的加權(quán)平均值 3 比熱 wa wi 空氣和氣態(tài)污染物的質(zhì)量分?jǐn)?shù) Cp Cv 恒壓 恒容比熱 J kg K 4 粘度 定義式 F A d dy F 內(nèi)摩擦力 NA 層間的接觸面積 m2d 層間的相對(duì)速度 m sdy 層間的垂直距離 動(dòng)力粘度 簡(jiǎn)稱(chēng)粘度 氣體污染物與空氣混合物的平均粘度在低壓下可用右式計(jì)算 粘度產(chǎn)生的原因 一是氣體分子間的引力 二是分子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)而交換動(dòng)量的結(jié)果 動(dòng)力粘度 與運(yùn)動(dòng)粘度 的關(guān)系 式中 氣體密度 kg m3注意 在大氣污染控制工程中 一般以空氣的粘度來(lái)代替混合氣體的粘度 可從有關(guān)的手冊(cè)中查到 第二節(jié)物料衡算與能量衡算 一 物料衡算 1 物料衡算式理論依據(jù) 質(zhì)量守恒定律物料衡算的一般形式 輸入的物料量 反應(yīng)生成或消耗的物料量 輸出的物料量 積累的物料量 2 物料衡算的基本方法 搜集計(jì)算數(shù)據(jù) 如輸入和輸出物料的流量 溫度 壓力 濃度 密度等 使用統(tǒng)一的單位制 畫(huà)出物料流程簡(jiǎn)圖 標(biāo)示所有物料線 注明所有已知和未知變量 確定衡算體系 寫(xiě)出化學(xué)反應(yīng)方程式包括主反應(yīng)和副反應(yīng) 如無(wú)化學(xué)反應(yīng)可省去 選擇合適的計(jì)算基準(zhǔn) 對(duì)連續(xù)流動(dòng)體系 通常用時(shí)間作基準(zhǔn) 列出物料衡算式 進(jìn)行數(shù)學(xué)求解 例題 脫硫系統(tǒng)如圖所示 煙氣流量為3 105m3 h 煙氣中含SO25 0g m3 新鮮石灰石中CaO含量為92 系統(tǒng)在鈣硫比 Ca S 為1 4時(shí) 使尾氣中SO2降到了1 0g m3 計(jì)算石灰的消耗量 解 系統(tǒng)中CaO和SO2發(fā)生如下反應(yīng) CaO SO2 1 2O2 CaSO4 據(jù)題意進(jìn)行物料衡算1 進(jìn)入系統(tǒng)的SO2量為5 0 10 3 3 105kg h 15002 流出系統(tǒng)的SO2量為1 0 10 3 3 105kg h 3003 系統(tǒng)內(nèi)無(wú)SO2生成 即A積累量為0 4 SO2的消耗量為1200kg h 18 75kmol h 等于CaO的反應(yīng)量5 穩(wěn)態(tài)過(guò)程 GA 0 則石灰石的消耗量 18 75kmol h 56kg kmol 1 4 0 92 1598kg h 二 熱量恒算依據(jù) 能量守恒定律 連續(xù)穩(wěn)定過(guò)程熱量衡算的基本關(guān)系式如下 單位時(shí)間內(nèi)隨物料進(jìn)入系統(tǒng)的總熱量 kJ s 單位時(shí)間內(nèi)隨物料離開(kāi)系統(tǒng)的總熱量 kJ s 單位時(shí)間內(nèi)向環(huán)境散失的總熱量 kJ s 教材例題3 2 需要說(shuō)明的一個(gè)問(wèn)題在例題中Q2 njCpj T Q2 343 04 0 13T 27 174 10 6T2 T 298 轉(zhuǎn)化過(guò)程 Cp與溫度間存在如下關(guān)系 Cp a bT cT2 dT3上述四種氣體的有關(guān)參數(shù)如下 上述四種氣體的定壓摩爾熱容 隨意輸入T 1000 如圖 顯然T 1000K不是方程的解 已知Q2 343 04 0 13T 27 174 10 6T2 T 298 求T 使用EXCEL進(jìn)行試差法求解 在EXCEL表格B2單元格輸入公式 343 04 0 13 A2 0 000027174 A2 2 A2 298 第三節(jié)顆粒粒徑及粒徑分布 一 粒徑 顆粒的大小不同 其物 化特性不同 對(duì)人和環(huán)境的危害亦不同 而且對(duì)除塵裝置的影響甚大 因此顆粒的大小是顆粒物的基本特性之一 實(shí)際顆粒的形狀多是不規(guī)則的 所以需要按一定的方法確定一個(gè)表示顆粒大小的最佳代表性尺寸 作為顆粒的直徑 簡(jiǎn)稱(chēng)為粒徑 一般將粒徑反映單個(gè)顆粒的單一粒徑和反映由不同顆粒組成的顆粒群的平均粒徑 一 單一顆粒的粒徑 1 投影直徑粉塵顆粒在顯微鏡下所觀測(cè)到的某一直線尺寸定向直徑dF 定向面積等分直徑dM 投影面積直徑dA 2 篩分徑篩分直徑 顆粒能夠通過(guò)的最小方篩孔的寬度篩孔的大小 用目 每英寸長(zhǎng)度上篩孔的個(gè)數(shù) 表示 光散射法等體積直徑dV 與顆粒體積相等的球體的直徑沉降法斯托克斯 Stokes 直徑ds 同一流體中與顆粒密度相同 沉降速度相等的球體直徑空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑da 在空氣中與顆粒沉降速度相等的單位密度 1g cm3 的球體的直徑分割直徑 dc50 除塵器分級(jí)效率為50 的顆粒的直徑 3 當(dāng)量直徑 斯托克斯直徑和空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑與顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)行為密切相關(guān) 是除塵技術(shù)中應(yīng)用最多的兩種直徑 算術(shù)平均徑 d10 中位徑 d50 重點(diǎn) 眾徑 dd 幾何平均徑 dg 加權(quán)平均徑 d40 二 粒子群的平均粒徑 平均粒徑 質(zhì)量中位徑 d50 粒子群中把顆粒質(zhì)量平分一半時(shí)的顆粒的直徑 表3 2顆粒群平均粒徑的表示方法 1 粒徑分布又稱(chēng)顆粒的分散度 指某一顆粒群中各種粒徑的顆粒所占的比例 如以顆粒所占的個(gè)數(shù)來(lái)表示 稱(chēng)為粒數(shù)分布 如以顆粒的質(zhì)量所占比例來(lái)表示 稱(chēng)為質(zhì)量分布 粒徑分布的表示方法表格法 圖形法 函數(shù)法 二 粒徑分布的表示方法 取一粉塵試樣 其質(zhì)量m0 4 28g 測(cè)定得到各粒徑范圍 dp內(nèi)的質(zhì)量為 m g 測(cè)定如下表所列 表3 3粒徑分布測(cè)定和計(jì)算結(jié)果 圖3 4粒徑的頻率 頻度及累計(jì)頻率分布 1 頻率分布 D 相對(duì)頻數(shù)分布 粒徑由dp至dp dp之間的粒子質(zhì)量占?jí)m樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù) 即 D m m0 100 如粒徑10 14 m的粉塵的頻率分布為 D 0 098 4 28 100 2 29 2 頻率密度分布f 頻度分布 m 1 指單位粒徑間隔時(shí)的頻率分布 即 dp 1 m時(shí)的塵樣質(zhì)量占?jí)m樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù) 因此f D dp 如粒徑10 14 m的粉塵的頻度分布為 f 2 29 4 0 57 m 1 3 篩上累計(jì)頻率分布R 簡(jiǎn)稱(chēng)篩上累計(jì)分布 系指大于某一粒徑dp的全部粒子質(zhì)量占?jí)m樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù) 即 4 篩下累計(jì)頻率分布D 簡(jiǎn)稱(chēng)篩下累計(jì)分布 系指小于某一粒徑dp的全部粒子質(zhì)量占?jí)m樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù) 即 篩下累積頻率 小于第i個(gè)間隔上限粒徑的所有顆粒質(zhì)量占總顆粒質(zhì)量的百分比篩上累積頻率 大于第i個(gè)間隔上限粒徑的所有顆粒質(zhì)量占總顆粒質(zhì)量的百分比篩上分布為減函數(shù) 篩下分布為增函數(shù) 表3 3粒徑分布測(cè)定和計(jì)算結(jié)果 若已知分布曲線函數(shù) 可計(jì)算特定粒徑1 加權(quán)平均徑 指f dP 曲線下形心位置的的直徑 為常用平均粒徑 2 眾徑dd 位于f dP 曲線最高點(diǎn)的直徑3 中位徑d50 R D 50 所對(duì)應(yīng)的直徑 三 粒徑分布函數(shù) 由上可見(jiàn) 粒徑分布曲線均有一定的規(guī)律性 如頻率密度曲線大致呈鐘型 累積頻率曲線呈 S 型 因此 目前 對(duì)于描述一定種類(lèi)粉塵的粒徑分布 已經(jīng)找到一些半經(jīng)驗(yàn)函數(shù)形式 1 正態(tài)分布粉塵粒徑的正態(tài)分布是最簡(jiǎn)單的呈對(duì)稱(chēng)的分布 正態(tài)分布的頻率密度函數(shù)為 其特征數(shù)為 d10 算術(shù)平均粒徑 幾何標(biāo)準(zhǔn)差 特點(diǎn) 圖形對(duì)稱(chēng) 眾位徑dd 中位徑d50 平均粒徑 圖3 5正態(tài)分布曲線及其特征值估計(jì) 2 對(duì)數(shù)正態(tài)分布粉塵粒徑分布曲線很少像正態(tài)分布那樣成對(duì)稱(chēng)的鐘形曲線 以lndp代替dp就可以將其轉(zhuǎn)化為近似正態(tài)分布曲線的對(duì)稱(chēng)性鐘形曲線 特征數(shù) 幾何平均粒徑dg d50 幾何標(biāo)準(zhǔn)差 g 對(duì)數(shù)分布的特點(diǎn) 無(wú)論是以質(zhì)量分布還是以個(gè)數(shù)或表面積表示的粒徑分布 都遵從對(duì)數(shù)正態(tài)分布 且?guī)缀螛?biāo)準(zhǔn)差相等 其中位徑的換算式為 以個(gè)數(shù)表示時(shí)的中位徑 以質(zhì)量表示時(shí)的中位徑 以表面積表示時(shí)的中位徑 算術(shù)平均徑 算術(shù)平均徑 個(gè)數(shù)中位徑 質(zhì)量中位徑 例題 粉煤燃燒產(chǎn)生的飛灰的粒徑分布遵從對(duì)數(shù)正態(tài)分布 當(dāng)以質(zhì)量表示其粒徑分布時(shí) 中位徑為21 5 m dp D 15 87 9 8 m 試確定以個(gè)數(shù)表示時(shí)對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)的特征數(shù)和算術(shù)平均粒徑 解 對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)的特征數(shù)是中位徑和幾何標(biāo)準(zhǔn)差 由于以個(gè)數(shù)和質(zhì)量表示時(shí)的幾何標(biāo)準(zhǔn)差相等 所以按式 3 23 有 算術(shù)平均徑為 以個(gè)數(shù)表示時(shí)的中位徑為 3 羅辛 拉姆勒 R R 分布 R R的適用范圍較廣 特別對(duì)破碎 研磨 篩分過(guò)程產(chǎn)生的較細(xì)粉塵更為適用 其函數(shù)表達(dá)式為 R dp exp dnp 式中 n 分布指數(shù) 分布系數(shù) 對(duì)式 3 26 兩端取兩次對(duì)數(shù)可得 圖羅辛 拉姆勒粒徑分布 將中位徑d50代入式 3 26 可求得 得到一個(gè)常用的R R分布函數(shù)表達(dá)式 例題 已知煉鋼電弧爐產(chǎn)生的煙塵遵從R R分布 中位徑為0 11 m 分布指數(shù)為0 50 試確定小于1 m的顆粒在總煙塵中所占的比例 又有R D 100 所以 解 由式 3 28 得 D 1 R 87 6 即 小于1 m的顆粒所占的比例為87 6 第四節(jié)粉塵顆粒的物理性質(zhì) 1 真密度 p 將粉塵顆粒表面和其內(nèi)部的空氣排出后測(cè)得的粉塵自身的密度 常用于研究塵粒在氣體中的運(yùn)動(dòng) 2 堆積密度 b 包含粉塵顆粒間氣體空間在內(nèi)的粉體密度 用于計(jì)算粉體容積 二者的關(guān)系 b 1 p 式中 粉塵的空隙率 一 密度 單位體積粉塵顆粒的質(zhì)量 二 比表面積單位體積 或質(zhì)量 粉塵所具有的表面積 粉塵表面積對(duì)于粉塵的物化和生物活性有重要影響 比表面積大的粉塵通過(guò)捕集體的阻力增加 氧化 溶解 蒸發(fā) 吸附和催化效應(yīng)增強(qiáng) 爆炸性和毒性增大 以粉塵體積表示的比表面積以粉塵質(zhì)量表示的比表面積 三 顆粒的潤(rùn)濕性 粉塵顆粒與液體附著難易程度的性質(zhì) 潤(rùn)濕性與粉塵的粒徑 形狀 組分 溫度 含水率 表面粗糙度及荷電性有關(guān) 還與液體的表面張力 粘附力及固液接觸方式有關(guān) 一般而言 顆粒物形狀越不規(guī)則 粒徑越大 表面越粗糙 越易濕潤(rùn) 例如球形顆粒的潤(rùn)濕性比形狀不規(guī)則表面粗糙的顆粒差 又如石英的潤(rùn)濕性雖好 但粉碎成粉末后潤(rùn)濕性大為降低 粉塵潤(rùn)濕性能分類(lèi) 親水性粉塵憎水性粉塵 當(dāng)塵粒與液體一旦接觸就能擴(kuò)大濕潤(rùn)表面而相互附著的粉塵稱(chēng)為濕潤(rùn)性 親水性 粉塵 如水泥 飛灰 石灰 適于濕式除塵 反之 稱(chēng)為非濕潤(rùn)性 疏水性 粉塵 如煤粉 石墨粉 不適于濕式除塵 可通過(guò)在水中加入某種浸濕劑來(lái)改善顆粒潤(rùn)濕性 粉塵對(duì)水的潤(rùn)濕性 1 顆粒的荷電性 顆粒在其產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于粒子間的碰撞 粒子與器壁間的摩擦使顆粒帶電的現(xiàn)象稱(chēng)為顆粒荷電 粉塵荷電后其物理特性等將被改變 如凝聚性 附著性及其在氣體中的穩(wěn)定性等 對(duì)人體危害也將增加 顆粒荷電對(duì)除塵過(guò)程有重要意義 電除塵器就通過(guò)粉塵荷電而將其捕集 袋式除塵器和濕式除塵器也可以利用粉塵或液滴荷電而增加捕集效率 四 顆粒的荷電性與導(dǎo)電性 2 顆粒的導(dǎo)電性指顆粒由于內(nèi)部的電子或離子的運(yùn)動(dòng) 或者由于表面吸附的水分和化學(xué)膜而發(fā)生導(dǎo)電的現(xiàn)象 用比電阻來(lái)表示 比電阻越大 則導(dǎo)電性越差 粉塵的導(dǎo)電性是判斷是否使用電除塵器的依據(jù) 一般最適合電除塵器運(yùn)行的比電阻范圍為 104 1010影響導(dǎo)電性的因素有溫度 粉塵和氣體組成 不同溫度范圍內(nèi) 粉塵導(dǎo)電的機(jī)制各異 粉塵從漏斗連續(xù)落下自然堆積形成的圓錐體母線與地面的夾角 一般為35 55 是評(píng)價(jià)粉塵流動(dòng)特性的重要指標(biāo) 安息角越小 粉塵流動(dòng)性越好 也是除塵器灰斗 管路斜度設(shè)計(jì)的重要依據(jù) 影響因素 粉體粒徑 含水率 粒子形狀 粒子表面光滑程度 粉塵的粘性等 五 顆粒的休止角 安息角 堆積角 用休止角 r來(lái)判斷顆粒的流動(dòng)性 r 30 易于自由流動(dòng)粉體 30 r 38 可以自由流動(dòng)粉體 38 r 45 可以流動(dòng)粉體 45 r 55 粘性粉體 55 r 十分粘性粉體 粉塵顆粒附著在固體表面上 或顆粒彼此相互附著的現(xiàn)象稱(chēng)為粘附 粉塵粘附性對(duì)除塵過(guò)程的影響是雙方面的一方面粉塵相互粘附使粒徑增大 有利于顆粒物的分離 一些除塵器的捕集機(jī)制就是依靠塵粒在捕集表面上被粘附 但另一方面塵粒在氣體管道和凈化設(shè)備壁面上的粘附又能引起管道堵塞 六 顆粒的粘附性能 七 粉塵的自燃性和爆炸性 自然發(fā)熱的原因 氧化熱 分解熱 聚合熱 發(fā)酵熱影響因素 粉塵的結(jié)構(gòu)和物化特性 粉塵的存在狀態(tài)和環(huán)境 粉塵的自燃性 爆炸性 可燃物 劇烈氧化 瞬間產(chǎn)生大量的熱量和燃燒產(chǎn)物 在空間造成很高的溫度和壓力可燃物爆炸的兩個(gè)基本條件 可燃物與空氣或氧氣構(gòu)成的可燃混合物達(dá)到一定的濃度 存在能量足夠的火源 第五節(jié)顆粒捕集的理論基礎(chǔ) 一 流體阻力 流體阻力 形狀阻力 摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反 顆粒物的流體阻力是指流體繞過(guò)粒子時(shí) 所發(fā)生的阻力 FD 流體阻力 N fr 顆粒的形狀阻力 N fd 顆粒的摩擦阻力 N CD 阻力系數(shù) Ap 顆粒在運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積 m2 流體的密度 kg m3 vS 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 m s 流體粘度 Pa s 球形顆粒 當(dāng)顆粒為球形時(shí) 確定流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 選擇相應(yīng)的計(jì)算公式 先計(jì)算雷諾數(shù) 關(guān)于阻力系數(shù)CD的確定 流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系 63 流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系 斯托克斯公式 在層流區(qū) 當(dāng)顆粒尺寸接近于氣體分子自由程 標(biāo)況下約6 8 10 2 m 時(shí) 顆粒產(chǎn)生滑動(dòng) 阻力減小 常采用康寧漢系數(shù)C修正 64 努森數(shù) 氣體分子自由程 氣體分子算術(shù)平均速度 此時(shí) 斯托克斯公式變?yōu)?FD 3 dp s C 對(duì)常壓下的氣體可用卡爾弗特式進(jìn)行計(jì)算 C 1 6 21 10 10T dp注 當(dāng)dp 1 m時(shí) 不進(jìn)行修正 例題 試確定某一球形顆粒在靜止干空氣中的阻力 已知 dp 90 m 0 90m s T 293k p 101 33kPa 干空氣粘度 1 81 10 5Pa s 密度 1 205kg m3 解 靜止?fàn)顟B(tài)的顆粒在外力作用下作加速運(yùn)動(dòng) 隨著速度加快 流體阻力不斷增大 直到外力與阻力相等時(shí) 顆粒達(dá)到其終端速度 并保持這一速度作勻速運(yùn)動(dòng) 在大氣污染控制工程中 我們主要關(guān)注顆粒達(dá)到終端沉降速度的時(shí)間 通過(guò)的距離及顆粒的終端沉降速度 二 受外力作用的球形顆粒在流體中的運(yùn)動(dòng) 設(shè)顆粒的運(yùn)動(dòng)方向與外力作用方向一致 則上式可表示成下列方程 當(dāng)加速度dvs dt 即顆粒運(yùn)動(dòng)達(dá)平衡時(shí) 則顆粒達(dá)到恒速狀態(tài) vt為一定值 這時(shí)的速度稱(chēng)為終端速度vt 三 重力沉降 在重力場(chǎng)中 懸浮顆粒會(huì)在重力的作用下發(fā)生沉降 在斯托克斯區(qū) 重力F mg d3p pg 6 代入前式得 例題 顆粒直徑為0 25 m 密度為2250kg m3 在重力作用下 在20 常壓空氣中降落 試計(jì)算其終端速度 解 常壓下空氣的康寧漢修正因子為 終端速度為 同理 顆粒直徑為2 5 m時(shí) vt 4 21 10 4m s 理論上1h沉降1 5m 四 離心沉降 在離心力作用下 顆粒在斯托克斯沉降區(qū)內(nèi)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) 顆粒受到的離心力與流體阻力相互平衡 顆粒在旋轉(zhuǎn)半徑為r的軌道以角速度 運(yùn)動(dòng)時(shí) 其所受的離心力為 mr 2 d3p pr 2 代入前式得到 在除塵裝置中 離心力的運(yùn)用非常普遍 旋風(fēng)分離器就主要根據(jù)離心原理實(shí)現(xiàn)氣固分離的 五 靜電沉降 在強(qiáng)電場(chǎng)中 如在電除塵器中 如忽略重力和慣性力等的作用 荷電顆粒所受作用力主要是靜電力和氣流阻力 當(dāng)顆粒的荷電量為qp 電場(chǎng)強(qiáng)度為 時(shí) 則顆粒所受的電場(chǎng)力為F qp E 代入上式得到 六 慣性沉降 含塵氣流通過(guò)捕集體 靶子 時(shí) 氣體將沿氣流流線繞過(guò)捕集體 而粉塵顆粒則因具有更大的慣性力而脫離氣體流線 沿虛線向前運(yùn)動(dòng) 并與捕集體相撞而被捕獲 這種捕獲稱(chēng)為慣性沉降 1 慣性碰撞 慣性碰撞的沉降效率又稱(chēng)中靶效率 主要取決于捕集體周?chē)臍饬魉俣确植技胺蹓m顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡等因素 式中 v0 氣流未擾動(dòng)時(shí)的顆粒初速度 m s D 捕集體的特征尺寸 如球和圓柱體的半徑 m 通常用斯托克斯準(zhǔn)數(shù)Stk 又稱(chēng)慣性碰撞參數(shù) 表征顆粒運(yùn)動(dòng)特征 在Stk 0 1的區(qū)域內(nèi) 有勢(shì)流動(dòng)的情況下 球面捕集體的沉降效率 可用下式確定 流體中粉塵粒子的Stk數(shù)達(dá)到一定值后 顆粒將偏離流線與捕集體相撞 當(dāng)含塵氣流中粉塵粒子的Stk大于臨界斯托克斯準(zhǔn)數(shù)Stkcr時(shí) 粉塵粒子會(huì)被捕集 反之則不會(huì)被捕集 2 攔截捕集 攔截捕集能夠捕集流線與捕集體表面距離小于或等于顆粒半徑的所有顆粒 攔截沉降效率取決于攔截參數(shù)R dP D 其定義為顆粒直徑與捕集體直徑之比 當(dāng)流體為有勢(shì)流時(shí) 攔截捕集效率 g可由下式進(jìn)行計(jì)算 對(duì)球形捕集體 對(duì)圓柱形捕集體 七 擴(kuò)散沉降 利用慣性沉降捕集顆粒時(shí) 由于顆粒的布朗運(yùn)動(dòng) 一些不在靶體有效捕集范圍內(nèi)的顆粒也會(huì)運(yùn)動(dòng)到靶體附近發(fā)生捕集或攔截 這一過(guò)程增加了除塵效率 導(dǎo)致這種現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)制叫做擴(kuò)散沉降 粒徑小的顆粒在氣體中一般都存在布朗運(yùn)動(dòng) 由表可見(jiàn) 隨著粒徑的減小 相同時(shí)間內(nèi)布朗擴(kuò)散的平均位移比重力沉降大得多 下表給出了單位密度的球形顆粒在1秒鐘內(nèi)布朗擴(kuò)散的平均距離及重力沉降距離 第六節(jié)凈化裝置的性能 技術(shù)指標(biāo)處理氣體流量?jī)艋蕢毫p失經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)備費(fèi)運(yùn)行費(fèi)占地面積 代表裝置處理能力的指標(biāo) 常用體積流量來(lái)表示 由于實(shí)際運(yùn)行中處理裝置漏氣等原因 導(dǎo)致裝置進(jìn)出口的氣體流量不同 因此用兩者的平均值來(lái)代表氣體的處理流量 QN Q1N Q2N 2 1 氣體處理量 漏風(fēng)率 Q1N Q2N 100 Q1N 指凈化裝置進(jìn)口與出口靜壓之差 它是分離過(guò)程所必須耗損的能量 用 P表示 凈化裝置的壓降與它的結(jié)構(gòu)形式 操作條件 如氣體粘度 氣流速度等 有關(guān) 2 壓降 流體密度 kg m3 流體速度 m s 阻力系數(shù) 與分離器結(jié)構(gòu)形式 尺寸 表面粗糙度及雷諾數(shù)等有關(guān) 單位時(shí)間內(nèi)凈化裝置去除污染物的量與進(jìn)入裝置的污染物量之百分比 用 表示 除塵裝置 除塵效率 吸收裝置 吸收效率 吸附裝置 吸附效率 3 凈化效率 一 凈化總效率 以下圖 除塵裝置為例 qV 1N 1N qm 1 入口管 出口管 捕集粉塵 qV 氣體流量 mN3 s qm 污染物流量 g s N 污染物濃度 g mN3 qV 2N 2N qm 2 qm 3 1 單級(jí)凈化裝置 qm 3 qm 1 1 qm 2 qm 1或 1 2NqV 2N 1NqV 1N 1 2N 1N 不漏風(fēng) 2 多級(jí)凈化裝置 通過(guò)率 指未被捕集的污染物量占進(jìn)入裝置的污染物量的百分?jǐn)?shù) 即P qm 2 qm 1 1 二 分級(jí)效率 i 指除塵裝置對(duì)某一粒徑dpi或粒徑間隔dpi dp內(nèi)的顆粒物的除塵效率 分級(jí)效率可用表格 曲線圖和函數(shù)形式表示 分割粒徑 當(dāng) i 50 所對(duì)應(yīng)的粒徑 用dc50表示 di qm 3i qm 1i 1 qm 2i qm 1i 若以 D1i D2i D3i f1i f2i f3i 分別代表進(jìn)口 出口和捕集顆粒物的相對(duì)頻數(shù)分布 粒徑頻率密度 三 分級(jí)效率與總除塵效率的關(guān)系1 由總效率求分級(jí)效率 2 由分級(jí)效率求總效率 di D1i 例 某粉塵的粒徑分布和分級(jí)除塵效率數(shù)據(jù)如下 試確定總除塵效率 di d 解 T Di d 10 0 0 4 48 0 7 6 69 0 25 100 0 1 1 79 59 表3 5分級(jí)效率計(jì)算實(shí)例 90 8