1、第二章 除尘技术基础,1.粉尘的粒径及粒径分布2.粉尘的物理性质3.除尘装置的性能4.颗粒捕集理论基础,2-1 颗粒的粒径及 粒径分布,一、单个粉尘的粒径,显微镜法筛分法光散射法沉降法,显微镜法,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,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dFdAdM,筛分法,筛分直径：
2、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光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径沉降法斯托克斯（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,两者之间的关系：,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s（ s1时，近似于对数正态分布； n3时，更适合于正态分布,
3、R-R分布,2-2 粉尘的物理性质,粉尘的密度粉尘的安息角与滑动角粉尘的比表面积粉尘的含水率粉尘的润湿性粉尘的荷电性和导电性粉尘的粘附性粉尘的自燃性和爆炸性,单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙真密度用堆积体积计算堆积密度空隙率粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比。,1.粉尘的密度,2.粉尘的安息角与滑动角,安息角：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角滑动角：自然堆积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的平板倾角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，粉尘流动特性好。安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径
4、、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性,3.粉尘的比表面积: 单位体积粉尘具有的总表面积。,以自身体积表示的比表面积以质量表示的比表面积以堆积体积表示的比表面积,4.粉尘的含水率,粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分含水率：水分质量与粉尘总质量之比含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性平衡含水率：气体的每一相对湿度，都相应粉尘一定的含水率。,5.粉尘的润湿性,润湿性粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、温度、压力、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触
5、方式有关。粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降润湿速度分为绝对憎水、憎水、中等亲水、亲水,6.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荷电因素电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1/10荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学组成有关,7.粉尘的导电性,比电阻: 导电机制：比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围1041010,高温（200以上），粉尘本体内部的电子和离子体积比电阻 低温（100以下），粉尘表面吸附的水分或其他化 学物质表面比电阻 中间温度，同
6、时起作用,典型温度比电阻曲线,温度和相对湿度对粉尘比电阻的影响,较为干燥的粉尘的比电阻在3000F（420K）左右达到最大值,8.粉尘的粘附性,粘附和自粘现象粘附力克服附着现象所需要的力粘附力：分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）断裂强度表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性,9.粉尘的自燃性,自燃自然发热的原因氧化热、分解热、聚合热、发酵热影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境,10.粉尘的爆炸性,粉尘发生爆炸必备的条件： 可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达
7、到一定的浓度爆炸浓度下限爆炸浓度上限 存在能量足够的火源,2-3 除尘装置的性能,除尘装置技术性能的表示方法除尘效率的表示方法,技术指标处理气体流量能力大小指标。除尘效率除尘效果指标。压力损失消耗能量指标。 经济指标设备费运行费占地面积,评价除尘装置性能的指标,处理气体流量漏风率 压力损失,除尘效率的表示方法,总除尘效率通过率分级除尘效率分割粒径除尘效率为50的粒径,分级效率与总效率的关系,由总效率求分级效率由分级效率求总效率,1,多级串联的总除尘效率,总分级通过率总分级效率总除尘效率,2-4 尘粒捕集理论基础,流体阻力阻力导致的减速运动重力沉降离心沉降静电沉降惯性沉降扩散沉降,除尘机理,对颗
8、粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略, 流体阻力,流体阻力形状阻力摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反,CD阻力系数Ap颗粒在运动方向上的投影面积，m2 流体的密度，kg/m3u 相对运动速度，m/s 流体粘度，Pa s,流体阻力与雷诺数的函数关系,流体阻力,颗粒尺寸与气体分子平均自由程（）接近时，颗粒发生滑动坎宁汉修正, Kn C FD,流体阻力,阻力导致的减速运动,根据牛顿第二定律,驰豫时间,若仅考虑Stokes区域,阻
9、力导致的减速运动,积分得速度由u0减速到u所迁移的距离若引入坎宁汉修正系数C停止距离, 重力沉降,力平衡关系Stokes颗粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影响）湍流过渡区,3,重力沉降,牛顿区Stokes直径空气动力学直径, 离心沉降,力平衡关系Stokes颗粒的末端沉降速度, 静电沉降,力平衡关系静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度 ，用 表示，对于Stokes粒子：, 惯性沉降,颗粒接近靶时的运动情况,靶,惯性碰撞,惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量颗粒运动轨迹，用Stokes数描述颗粒对捕集体的附着，通常假定为100,拦截,直接拦截发生在颗粒距捕集体dp/
10、2的距离内拦截效率用直接拦截比R表示对于惯性大的颗粒对于惯性小的颗粒, 扩散沉降,扩散系数和均方根位移布朗扩散作用对于小粒子的捕集影响较大颗粒的扩散类似于气体分子的扩散对于粒径约等于或大于气体分子平均自由程的颗粒对于粒径大于分子但小于气体平均自由程的颗粒颗粒的均方根位移（时间t秒钟）,标准状态下布朗扩散平均位移与重力沉降的比较,扩散沉降效率,扩散沉降效率取决于皮克莱数Pe和雷诺数ReD粘性流单个圆柱体的效率势流单个圆柱体效率孤立球形捕集体从理论上讲， 是可能的.,惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较,2-5 尘粒在流体中的动力特性,当阻力、浮力、重力平衡,即F1-F2=F3时,微粒达到等速沉降,
11、此时的速度v=vs,称vs为沉降速度或斯托克斯速度(m/s),可由斯托克斯速度式求出：,1.微粒的重力沉降作用-沉降速度,图4.4 球形微粒沉降时受到的力,式中： 微粒直径(m); 微粒和空气的密度(kg/m3); 阻力系数。取决于微粒在气流中的流动状态。,对于非球形微粒,当达到等速沉降时,其沉降速度vs(cm/s)(斯托克斯速度)可简化为：,式中,在气溶胶技术中一般设 =1000kg/m3,而对大气尘微粒一般设 =2000kg/m3,若以大气尘微粒密度为例,则可得到us与 关系式:,从计算结果可以得出,对于 1m的微粒,vs0.006cm/s,从工作区(离地面0.8m)降到地面就需4h;而对于0.5m以下的微粒,其扩散距离接近甚至超过了沉降距离,所以就更不容易沉降了。因此,重力沉降作用对极小微粒不会有多大影响。,2.尘粒在管道中的运动特性,尘粒,V2,P2,V1,P1,在压差（P1-P2)的作用下，产生一个悬浮力：当F重力时，尘粒上浮。即：所以，最小悬浮速度：,当K=0.44，空气密度为1.2kg/m3时，,所以，除尘风管的最小允许速度： 水平管：v=(23)vm 垂直管：v=(1.31.7)vs,
