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
1.粉尘的粒径及粒径分布
2.粉尘的物理性质
3.净化装置的性能
4.颗粒捕集理论基础
第一节颗粒的粒径及粒径分布
?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。
?一般将粒径反映单个颗粒的单一粒径和反映由不同颗
粒组成的颗粒群的平均粒径
?单一颗粒的粒径
投影径
?定向直径d F（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d M（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d A(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d F>d A>d M
a-定向直径b-定向面积等分直径c-投影面积直径
筛分径
?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(－每英寸长度上筛孔的个数)表示
当量直径
?光散射法
?等体积直径d V：与颗粒体积相等的球体的直径
?沉降法
?斯托克斯（Stokes）直径d s：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d a：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
粒径分布?
粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例。除尘技术中多采用粒径的质量分布。?
粒数分布:每一粒径间隔内的颗粒个数分布。?粒数频率：第i 个间隔中的颗粒个数n i 与颗粒总数Σn i 之比
i
i N
i
n f n =∑
?粒数筛下累积频率：小于第i 个间隔上限粒径的所有颗粒个
数占总颗粒数的百分比?粒数筛上累积频率：大于
第i 个间隔上限粒径的所有颗粒
个数占总颗粒数的百分比
筛上分布为减函数；
筛下分布为增函数。
?粒数频率密度（粒数频度）
——单位粒径间隔时的频率
i
i
i N
i
n F n =∑
∑
粒数分布的测定及计算
0.425
?粒数众径——频度p 最大时对应的粒径，此时
?粒数中位径（NMD ）——累计频率F =0.5时对应的粒径
22p p
d d 0
d d ==p F
d d F
粒径
粒径分布
?质量分布
类似于数量分布，也有质量频率(g i)、质量筛下累积频率(G
)、质量频率密度(q)等
i
在所有颗粒具有相同密度、颗粒质量与粒径立方成正比的假设下，粒数分布与质量分布可以相互换算 同样的，也有质量众径和质量中位径（MMD）
平均粒径
?
前面定义的众径和中位径是常用的平均粒径之一?长度平均直径?表面积平均直径
?体积平均直径?体积－表面积平均直径
p L p ∑==∑∑i i i i i
n d d f d n 2p 1/221/2S p []()∑==∑∑i i
i i i
n d d f d n 3p 1/331/3
V p []()∑==∑∑i i
i i i n d d f d n 33p p SV 22
p p ∑∑==∑∑i i
i i i i i i n d f d d n d f d
粒径分布函数
?
用一些半经验函数描述一定种类粉尘的粒径分布?正态分布 频率密度 筛下累积频率 标准差2
p p p 2()1()exp[]22π
-=-d d p d σσp
2p p p p
20()1()exp[]d 22π-=-?d d d F d d σσ2p p
1/2
()[]1-=-∑i i n d d N σ?
——算术平均粒径；dp ——粒径；?
σ——标准差，N ——粉尘粒子的总个数。?
其特征数为：σ，。?特点：图形对称，众位径d d =中位径d 50=平均粒径
p d p d
() fδ
o
小
σ
σ大
δ
o
()
fδ
δδ+dδ
δ
1 2πσ
粒径分布函数
?正态分布（续）
正态分布是最简单的分布函数
（1）（2）累计频率曲线在正态概率坐标纸上为一条直线，其斜率
取决于σ
（3） 正态分布函数很少用于描述粉尘的粒径分布，因为大多数
粉尘的频度曲线向大颗粒方向偏移
p 50d
==d d d 84.1505015.984.115.91()
2d d d d d d σ=-=-=-
粒径分布函数
正态分布的累积频率分布曲线
?对数正态分布
粉尘粒径分布曲线很少像正态分布那样成对称的钟形
曲线，以ln d p 代替d p 就可以将其转化为近似正态分布
曲线的对称性钟形曲线。
]∑1)=1)2
p g 1/2
g (ln /)ln [1=-i i n d d N σp ln p g 2p p g
g ln /()exp[(]d(ln )2πln 2ln -∞-?d d d F d d σσp p g 2p p p g g
d ()
ln /()exp[(]d 2πln 2ln ==-F d d d p d d d σσ特征数：几何平均粒径d g =d 50，
（几何标准差）g σ
粒径分布函数
对数正态分布的累积频率分布曲线
?对数正态分布
对数正态分布在对数概率坐标纸上为一直线，斜率决定于g
σ1/284.15084.1g 5015.915.9
()===d d d d d d σ2g
2g
ln MMD ln NMD 3ln lnSMD ln NMD 2ln =+=+σσ平均粒径的换算关系
可用、MMD 和NMD 计算出各种平均直径
22L g g 22S g g
22V g g 15ln ln NMD ln ln MMD ln 22
ln ln NMD ln ln MMD 2ln 33ln ln NMD ln ln MMD ln 22
=+=-=+=-=+=-d d d σσσσσσg σMMD ：质量中位直径NMD ：个数中位直径SMD ：表面积中位直径
例某粉煤燃烧产生的飞灰的粒径分布遵从对数正态分布，当以质量表示其粒径分布时，中位径为21.5μm ，dp （D=15.87%）=9.8μm 。试确定以及个数表示时对数正态分布函数的特征值和算术平均粒径。
解：对数正态分布函数的特征数是中位径和几何标准差。
由于对数正态分布以个数和质量表示的几何标准差相等，故即为以个数表示的几何标准差。
19.28
.95.21%87.15(====）D d d p g
g σ4.3)19.2ln 3exp(5.21250=='d NMD μm 62.4)19.2ln 5.0exp(40.321==d μm
粒径分布函数
?
罗辛－拉姆勒分布（Rosin －Rammler ）??若设得到
一般多选用质量中位径或p 1exp()
=--n G d β1/p (1/)=n d βp
p 1exp[(
)]=--n d G d p d 50d 63.2
d p p 5063.2
1/5063.2
1/d 63.21exp[0.693()] 1exp[()] ...RRS 0.6931()=--=--=-=或分布函数n n n n d d G G d d d d n d d n
第五章--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 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
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 1.粉尘的粒径及粒径分布 2.粉尘的物理性质 3.净化装置的性能 4.颗粒捕集理论基础
第一节颗粒的粒径及粒径分布 ?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。 ?一般将粒径反映单个颗粒的单一粒径和反映由不同颗 粒组成的颗粒群的平均粒径
?单一颗粒的粒径 投影径 ?定向直径d F（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d M（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d A(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d F>d A>d M a-定向直径b-定向面积等分直径c-投影面积直径
筛分径 ?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(－每英寸长度上筛孔的个数)表示 当量直径 ?光散射法 ?等体积直径d V：与颗粒体积相等的球体的直径 ?沉降法 ?斯托克斯（Stokes）直径d s：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d a：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
可吸入颗粒物的去除技术
可吸入颗粒物控制技术研究热点与趋势 更新时间：2008-12-25 11:03 来源：环境污染与防治作者: 阅读：325 网友评论0条 摘要：综述了可吸入颗粒物的常规除尘技术和细颗粒凝并技术、联合脱除技术、电联合处理技术等新的控制技术。通过对可吸入颗粒物控制技术的研究现状分析，指出常规除尘技术和这些新的控制技术的应用局限性，在综合分析有关文献的基础上,提出利用纺织品滤料纤维改形（改性）后得到高效低阻的异型纤维材料来脱除可吸入颗粒物的新思路。 可吸入颗粒物指悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤10μm的颗粒物(PM2.5)。可吸入颗粒物污染已成为大气环境污染的突出问题，并日益引起人们高度重视。可吸入颗粒受到的主要作用一般是气体扩散和湍流扩散，由于它质量微小且对气流跟随性极好，故在常规除尘设备中，几乎总是跟随气流一起运动，难于从气流中分离出来。此外由于可吸入颗粒粒径小、比表面积大，因而其吸附性很强，容易成为空气中各种有毒物质的载体，特别是容易吸附多环芳烃、多环苯类和重金属及微量元素等，是多种污染物(如重金属、酸性氧化物、有害有机物等)的载体和催化剂，有时能成为多种污染物的集合体[1,2]。 因此，研究可吸入颗粒物的控制技术具有重要的意义。目前颗粒污染物控制技术的重点是如何提高细微颗粒物的分级效率，解决问题的思路有二：一是促使小颗粒变大颗粒；二是创造条件提高小颗粒的动力学捕集作用。小颗粒变大颗粒可以通过凝并也可以通过凝结作用，且在国外蒸汽凝结在冶金行业已有成功应用的案例。本文旨在对脱除可吸入颗粒物的控制技术做一定的归纳总结，以方便相关领域的科研工作。 1 控制技术的研究热点与趋势 1.1 常规除尘技术 目前工业上应用的除尘方法有干法和湿法两大类，传统的湿式除尘设备主要有水膜、泡沫、冲激、水浴等除尘器。湿法除尘存在物料难以回收、易造成污染转移以及高温环境下会造成能量浪费等缺点；干法除尘设备主要有旋风除尘器、布袋除尘器、电除尘器和颗粒层除尘器等。电除尘器对颗粒的比电阻要求严格；旋风除尘器处理粗粉尘颗粒效果较好，而对于微米级和亚微米级粒子其分离能力很低；多孔陶瓷高温除尘过滤器的除尘效率高,可达99 %以上,能除去粒径5μm以上的尘粒，但清灰比较困难；而移动颗粒层过滤除尘技术被认为是继陶瓷过滤器之后最具发展前途的高温除尘技术之一，但在高温下运行时,床层容易堵塞[3]。 为了弥补传统的控制技术在脱除超细颗粒物时的不足，细颗粒凝并技术、联合脱除技术、电催化氧化联合处理技术等新控制技术将成为未来发展的趋势,本文对这些技术的国内外研究现状进行了综述。 1.2 新控制技术 1.2.1 细颗粒凝并技术 从控制角度来看，清除可吸入颗粒可以通过内场力或外场力作用来使其发生凝并或团聚,其结果是使粒子的数目减少、粒子的有效直径增大,它易于被常规的分离设备分离，从而提高整体的清除效率。超细颗粒物凝并技术主要有声波凝并、电凝并、热凝并、化学凝并、磁凝并、光凝并和湍流边界层凝并等[3-7]。 声波凝并通过外加声波的作用使细颗粒发生碰撞团聚长大，团聚后产生的细颗粒团聚物的平均粒径大,从而通过常规的除尘设备将其清除，达到控制细颗粒排放的目的。通过声波团聚的方法控制超细颗粒物有较好的可行性和实际效果。但由于声波凝并问题本身的复杂性和超细颗粒物测试手段的局限性，目前还没有形成一个完整的体系，使得声波团聚超细颗粒物技术仍然处在实验探索和理论研究阶段。同时姚刚[6]指出，由于产生几十甚至几百千赫的声波，可能消耗大量能源，且产生很大的噪音等负面效果。
颗粒污染物控制课程设计实例
颗粒污染物控制课程设计 课程设计题目 某燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计 课程设计的目的 通过课程设计进一步消化和巩固本能课程所学内容，并使所学的知识 系统化，培养 运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。 通过设计， 了解工程设计的内容、 方法及步骤， 培养确定大气污染控制系统的设计方案、 进行设计计算、 绘制工程图、 使用技术资料、编写设计说明书的能力。 设计计算 1 、燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 ⑴ 标准状态下理论空气量 ' Y Y Y Y Q ' a =4.76（1.867C Y +5.56 H Y +0.7 S Y -0.7 O Y ）（ m3/kg ） 式中C Y , H Y , S Y , O Y ——分别为煤中各元素所含的质量分数。 Q ' a = 4.76 X （1.867 X 0.68+5.56 X 0.04+0.7 X 0.01-0.7 X 0.05） = 6.97 （ m3/kg ） ⑵ 标准状态下理论烟气量（设空气含湿量 Q ' s =1.867 （C Y +0.375 S Y ）+11.2 H 式中 Q a 标准状态下理论空气量， m3/kg ； 设计原始资料 锅炉型号： SZL4 — 1 3 型，共 4台 设计耗煤量： 600kg/h （ 台 ） 排烟温度：160 C 标准状态下烟气密度： 1.34kg/m 3 空气 过剩系数：a =1.4 排烟中飞灰占煤中不可燃烧成分的比例： 烟气在锅炉出口前阻力： 800Pa 当地大气压： 97.86kPa 冬季室外空 气温度：-1 C 标准状态下空气含水按 0.01293kg/m 3 烟气其他性质按空气计算 煤 的工业分析值： YY C Y =68% H Y =4% YY N Y =1% W Y =6% Y S Y =1% Y A Y =15% 按锅炉大气污染物排放标准（ 标准状态下烟尘浓度排放标准： 标准状态下二氧化硫排放标准： 净化系统布置场地为锅炉房北侧 16% Y O Y =5% Y V Y =13% GB 13271-2001 ）中二类区标准执行。 200mg/m3 900mg/m3 15m 以内。 四、 12.93g/m 3 Y Y ' ' Y Y +1.24 W Y +0.016 Q ' a +0.79 Q ' a +0.8 N Y （ m3/kg ）