颗粒污染物控制技术基础

第五章颗粒物燃物控制技术基础为了深入理解各种除尘器的除尘机理和性能，正确设计、选择和应用各种除尘器，必须了解粉尘的物理性质和除尘器性能的表示方法及粉尘性质和除尘器性能之间的关系。

第一节粉尘的粒径及粒径分布一、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，而且对除尘装置的性能影响很大，所以颗粒的大小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。

下面介绍几种常用的粒径定义方法。

（1）用显微镜法．．．．观测颗粒时，采用如下几种粒径表示方法：①定向直径d F，也称菲雷待(Feret)直径；为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度，如图5—1(a)所示。

②定向面积等分直径d M，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5—1(b)所示。

③投影面积直径d A，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5一l(c)所示。

若颗粒投影面积为A，则d A＝(4A／π)1/2。

根据黑乌德测定分析表明，同一颗粒的d F＞d A＞d M。

（2）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）用光散射法．．．．测定时可得到等体积直径d V，为与颗粒体积相等的球的直径。

若颗粒体积为V,则d V＝(6V ／π)1/3。

（4）用沉降法．．．测定时，一殷采用如下两种定义：①斯托克斯(stokes)直径d S，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。

②空气动力学当量直径da，为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度（ρp=1g/cm3）的球的直径。

斯托克斯直径和空气动力学当量直径是除尘技术中应用最多的两种直径，原因在于它们与颗粒在流体中的动力学行为密切相关。

第五章颗粒污染物控制技术基础第一节颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径大气污染中涉及到的颗粒物，一般指粒径介于0.01～100μm的粒子。

颗粒的大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的影响甚大，因此颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。

实际颗粒的形状多是不规则的，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。

下面介绍几种常用的粒径定义方法。

1.显微镜法定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相等的圆的直径（ Heywood测定分析表明，同一颗粒的dF>dA>dM）显微镜法观测粒径直径的三种方法a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径2.筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度（筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数）3.光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径4.沉降法斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/cm3）的球体的直径斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径粒径的测定结果与颗粒的形状有关，通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比Φs（Φs<1）正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)某些颗粒的圆球度二、粒径分布粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，也称粒子的分散度。

有个数分布、表面积分布、质量分布等，除尘技术中多采用质量分布。

粒径分布的表示方法有列表法、图示法和函数法。

第五章颗粒污染物控制技术基础第一节颗粒的粒径及粒径分布一、颗粒的粒径大气污染中涉及到的颗粒物，一般指粒径介于0.01～100μm的粒子。

颗粒的大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的影响甚大，因此颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。

实际颗粒的形状多是不规则的，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。

下面介绍几种常用的粒径定义方法。

1.显微镜法定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒在投影图中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相等的圆的直径（ Heywood测定分析表明，同一颗粒的dF>dA>dM）显微镜法观测粒径直径的三种方法a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径2.筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度（筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数）3.光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径4.沉降法斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/cm3）的球体的直径斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径粒径的测定结果与颗粒的形状有关，通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比Φs（Φs<1）正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)某些颗粒的圆球度二、粒径分布粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，也称粒子的分散度。

有个数分布、表面积分布、质量分布等，除尘技术中多采用质量分布。

粒径分布的表示方法有列表法、图示法和函数法。

颗粒污染物控制技术基础第五章颗粒污染物控制技术基础颗粒的粒径及粒径分布粉尘的物理性质净化装置的性能颗粒捕集理论基础颗粒的粒径及粒径分布颗粒的粒径粒径：颗粒的直径用以表征颗粒大小的代表性尺寸）定向直径dF也称Feret直径为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度）定向面积等分直径dM也称Martin直径为各颗粒在投影图中按同一方向将投影面积二等分的线段长度）投影面积直径dA也称Heywood直径为与颗粒投影面积相等的圆的直径dA=(Aπ)上述直径是用显微镜法观测得到一般dMdAdF）筛分直径用筛分法测得为颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度）等体积直径dV用光散射法测得为与颗粒体积相等的圆球的直径一般dV=(Vπ)）Stokes直径ds用沉降法测定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）空气动力学当量直径da用沉降法测定为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度（ρp=gcm）的圆球的直径。

圆球度：用以表示颗粒形状与圆球形颗粒不一致的程度等于颗粒体积相等的圆球的表面积和颗粒的表面积之比以фs表示。

某些颗粒的圆球度粒径分布粒径分布是指不同粒径范围内的颗粒个数（质量或表面积）所占的比例个数分布：以颗粒的个数表示所占的比例质量分布：以颗粒的质量表示所占的比例表面积分布：以颗粒的表面积表示所占的比例个数分布）个数频率：第i间隔中的颗粒个数ni与颗粒总个数∑ni之比（或百分比）即）个数筛下累积频率：小于第i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）即）个数筛上累积频率：大于第i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）。

）个数频率密度：单位粒径间隔（μm）的频率分布。

众径dd指频度最大时所对应的粒径中位粒径d（NMD）指累积频率等于％时对应的粒径。

质量分布）质量频率）质量筛下累积频率）质量频率密度平均粒径）算术平均粒径）表面积平均直径）体积平均直径）表面积体积平均直径）几何平均直径对于对称的频度分布对于非对称分布则对于单分散气溶胶粒径分布函数）正态分布正态分布是最简单的分布函数频率密度筛下累积频率标准差正态分布的累积频率分布曲线）对数正态分布以lndp代替dp得到的正态分布的频度曲线对数正态分布的累积频率分布曲线）罗辛拉姆勒公式（Rosin－Rammler）若设得到一般多选用质量中位径或判断是否符合R－R分布应为一条直线R－R的适用范围较广特别对破碎、研磨、筛分过程产生的较细粉尘更为适用分布指数n时近似于对数正态分布n时更适合于正态分布粉尘的物理性质粉尘的密度单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度单位kgm或gm真密度ρp：根据粉尘自身真实体积（净体积）计算的密度堆积密度ρb：根据粉尘堆积体积计算的密度空隙率ε：粉体颗粒间和内部空隙的体积与堆积粉体的总体积之比粉尘的安息角与滑动角安息角：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即为安息角也称移动安息角、休止角或堆积角一般为°～°滑动角：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一般为°～°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。

作业习题第五章颗粒污染物控制技术基础5.1根据以往的分析知道，由破碎过程产生的粉尘的粒径分布符合对数正态分布，为此在对该粉尘进行粒径分布测定时只取了四组数据（见下表），试确定：1）几何平均直径和几何标准差；2）绘制频率密度分布曲线。

5.2根据下列四种污染源排放的烟尘的对数正态分布数据，在对数概率坐标纸上绘出它们的筛下累积频率曲线。

污染源质量中位直径集合标准差平炉0.36 2.14飞灰 6.8 4.54水泥窑16.5 2.35化铁炉60.0 17.655.3已知某粉尘粒径分布数据（见下表），1）判断该粉尘的粒径分布是否符合对数正态分布；2）如果符合，求其几何标准差、质量中位直径、个数中位直径、算数平均直径及表面积－5.4对于题5.3中的粉尘，已知真密度为1900kg/m3，填充空隙率0.7，试确定其比表面积（分别以质量、净体积和堆积体积表示）。

5.5根据对某旋风除尘器的现场测试得到：除尘器进口的气体流量为10000m3N/h，含尘浓度为4.2g/ m3N。

除尘器出口的气体流量为12000 m3N/h，含尘浓度为340mg/ m3N。

试计算该除尘器的处理气体流量、漏风率和除尘效率（分别按考虑漏风和不考虑漏风两种情况计算）。

5.6对于题5.5中给出的条件，已知旋风除尘器进口面积为0.24m2，除尘器阻力系数为9.8，进口气流温度为423K，气体静压为－490Pa，试确定该处尘器运行时的压力损失（假定气体成分接近空气）。

5.7有一两级除尘系统，已知系统的流量为2.22m3/s，工艺设备产生粉尘量为22.2g/s，各级除尘效率分别为80%和95%。

试计算该处尘系统的总除尘效率、粉尘排放浓度和排放量。

5.8某燃煤电厂除尘器的进口和出口的烟尘粒径分布数据如下，若除尘器总除尘效率为5.10计算粒径不同的三种飞灰颗粒在空气中的重力沉降速度，以及每种颗粒在30秒钟内的μ，空气温度为387.5K，沉降高度。

假定飞灰颗粒为球形，颗粒直径分别为为0.4、40、4000m压力为101325Pa，飞灰真密度为2310kg/m3。

柴油机尾气排放中的颗粒物与氮氧化物控制技术柴油机是一种高效可靠的动力设备，它的能量密度高、耗油量低，因此在工农业、运输业等领域得到广泛应用。

但是，柴油机的尾气排放却成为了一个严重的环境问题，其中主要的污染物为颗粒物和氮氧化物。

如何有效控制柴油机尾气中的颗粒物和氮氧化物的排放，是当前需要解决的重要问题。

一、颗粒物的控制技术颗粒物是指直径小于或等于10微米的固体或液体微粒，它会对人体健康和环境造成影响，因此应该力求最小化排放。

目前，主要采用的颗粒物控制技术有以下几种方法：（1）颗粒物捕集滤清器(DPF)这是一种通过过滤器滤除颗粒物的技术，它的原理是利用多孔滤纸、陶瓷、金属纤维等材料，将颗粒物截留在滤纸上，而使废气中的颗粒物得到精细过滤。

但是，DPF还需要进行周期性的再生，以去除被积累在滤纸上的颗粒物，这会增加设备成本。

（2）氧化催化剂氧化催化剂是一种能够将一氧化碳、氢气和有机化合物氧化成二氧化碳和水的催化剂，其原理类似于三元催化剂。

氧化催化剂主要负责氧化颗粒物中的有机污染物，使之变成二氧化碳和水，减少颗粒物的排放浓度。

（3）尿素催化还原(SCR)尿素催化还原是一种利用选择性催化还原剂(SCR)来降解氮氧化物的技术。

SCR技术是通过将氨水/尿素溶液注入一系列反应体积，以在某些选择性吸附材料上转化氮氧化物。

这种技术可以有效地去除柴油机尾气中的氮氧化物，但是它需要一个额外的尿素喷射系统，成本比较高。

二、氮氧化物的控制技术氮氧化物包括氮氧化物(NOx)和氧化氮化物，它们的排放会对大气造成严重的污染。

现在常用的氮氧化物控制技术主要有以下几种：（1）选择性催化还原(SCR)SCR技术不仅可以去除颗粒物中的污染物，同样还可以减少车辆尾气中的氮氧化物排放。

目前，SCR技术已经应用于所有类型的内燃机和热电站等领域中。

（2）外部废气再循环(EGR)EGR是通过重复管路和气流样板将部分废气直接引入发动机燃烧室内，使得废气中的氮氧化物再次与空气混合，从而降低NOx的排放。