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1、第二章第二章烟尘的形成与控制烟尘的形成与控制本章主要讨论以下问题：本章主要讨论以下问题：尘的分类及尘的分类及危害危害尘的生成尘的生成影响烟尘生成的因素影响烟尘生成的因素烟尘的控制烟尘的控制CO的生成的生成除尘设备除尘设备2.1尘的危害及分类尘的危害及分类一一尘的分类尘的分类2.1 2.1 尘的危害及分类尘的危害及分类1烟尘和粉尘烟是燃烧、氧化、升华、蒸发和冷凝等热过程所形成的细粒子，烟是燃烧、氧化、升华、蒸发和冷凝等热过程所形成的细粒子，粒径在粒径在1m以下。以下。粉尘是指一些工业生产过程中的干燥、锻烧、筛分、破碎、研磨、粉尘是指一些工业生产过程中的干燥、锻烧、筛分、破碎、研磨、输送等工序所形
2、成的粒子，粒径一般为输送等工序所形成的粒子，粒径一般为1200m。烟尘系指工业生产过程中与废气同时排出的烟和粉尘的总称。烟尘系指工业生产过程中与废气同时排出的烟和粉尘的总称。烟尘是在热过程中，在排尘过程中往往与有害气体一起排出；而烟尘是在热过程中，在排尘过程中往往与有害气体一起排出；而粉尘是指筛分等过程产生的粒子，不与有害气体同时排出。粉尘是指筛分等过程产生的粒子，不与有害气体同时排出。2.1 2.1 尘的危害及分类尘的危害及分类2降尘与飘尘降尘与飘尘烟尘按粒径大小分为降尘和飘尘。直径在烟尘按粒径大小分为降尘和飘尘。直径在10m以上以上，由于其粒由于其粒径大，在飘浮过程中能依靠其自身重量以较快
3、的速度降落在地面上，径大，在飘浮过程中能依靠其自身重量以较快的速度降落在地面上，这种烟尘称为降尘。这种烟尘称为降尘。直径小于直径小于10m的微粒，在空气中可长时间飘浮，称为飘尘或浮的微粒，在空气中可长时间飘浮，称为飘尘或浮游粒子。飘尘因其颗粒小，可以长期在空中飘浮而不易沉降，小于游粒子。飘尘因其颗粒小，可以长期在空中飘浮而不易沉降，小于0.1m的超细粒子甚至需要数年，可绕地球转而长年不落地面。飘的超细粒子甚至需要数年，可绕地球转而长年不落地面。飘尘对人体的影响较大。尘对人体的影响较大。2.1 2.1 尘的危害及分类尘的危害及分类降尘对人体的影响不大，落在附近地面，则可造成土质污染。降尘对人体的
4、影响不大，落在附近地面，则可造成土质污染。飘尘对人体的危害较大。主要是通过呼吸道，危害程度取决于飘尘对人体的危害较大。主要是通过呼吸道，危害程度取决于粒径的大小及其化学成分。粒径越小，危害越大。燃烧过程中产生粒径的大小及其化学成分。粒径越小，危害越大。燃烧过程中产生的烟尘包括碳黑、灰份及挥发份。从成分上看都含有碳黑、多环劳的烟尘包括碳黑、灰份及挥发份。从成分上看都含有碳黑、多环劳烃、苯芬蓖等致癌物质，此外还含有汞、铝、锅、铰、钒、铬、砷、烃、苯芬蓖等致癌物质，此外还含有汞、铝、锅、铰、钒、铬、砷、镍等痕量物质，后三种也有致癌性。镍等痕量物质，后三种也有致癌性。二二烟尘的危害烟尘的危害2.2 2
5、.2 烟尘的生成烟尘的生成固体、液体和气体燃料在燃烧过程所产生的烟尘，按其生成机固体、液体和气体燃料在燃烧过程所产生的烟尘，按其生成机理，主要有气相析出型烟尘、剩余型烟尘、雪片、积炭、粉尘。理，主要有气相析出型烟尘、剩余型烟尘、雪片、积炭、粉尘。1气相析出型烟尘气相析出型烟尘气相析出型烟尘是气体燃料、液体燃料和固体燃料在燃烧过程气相析出型烟尘是气体燃料、液体燃料和固体燃料在燃烧过程小放出的气体可燃物，当空气不足时热分解而生成的固体烟尘。这小放出的气体可燃物，当空气不足时热分解而生成的固体烟尘。这种烟尘很细，用电子显微镜才能测定。这些粒子的直径在种烟尘很细，用电子显微镜才能测定。这些粒子的直径在
6、100200A。一一燃烧过程中碳黑形成的类型和性质燃烧过程中碳黑形成的类型和性质2.2烟尘的生成烟尘的生成2.2 2.2 烟尘的生成烟尘的生成2.剩余型烟尘剩余型烟尘剩余型是液体燃料燃烧时剩余下来的烟尘（也称油灰）。颗粒剩余型是液体燃料燃烧时剩余下来的烟尘（也称油灰）。颗粒尺寸较大，为尺寸较大，为10300m。其中，大颗粒较少，大多数是外形接近。其中，大颗粒较少，大多数是外形接近球形的微小空心粒子。部分粒子表面上残留有气体喷出的痕迹，部球形的微小空心粒子。部分粒子表面上残留有气体喷出的痕迹，部分粒子表面光滑，而且致密，因而，又称空心微珠。分粒子表面光滑，而且致密，因而，又称空心微珠。3雪片雪片
7、上述两种烟尘在烟气温度接近露点温度时，吸收烟气中的上述两种烟尘在烟气温度接近露点温度时，吸收烟气中的H2SO4，长大成为象雪片状的烟尘，由于含，长大成为象雪片状的烟尘，由于含H2SO4，又称为酸性烟尘，由，又称为酸性烟尘，由于颗粒较大而沉落在烟囱附近。于颗粒较大而沉落在烟囱附近。2.2 2.2 烟尘的生成烟尘的生成4积炭积炭积炭也是剩余型烟尘的一种。是油滴附着在燃烧器、燃烧室炉积炭也是剩余型烟尘的一种。是油滴附着在燃烧器、燃烧室炉墙上，经炉内高温气化后的剩余物墙上，经炉内高温气化后的剩余物c由于油滴附着处的形状不同，由于油滴附着处的形状不同，附近烟气流动情况不同。积炭的形状不定，但颗粒较大。附
8、近烟气流动情况不同。积炭的形状不定，但颗粒较大。5粉尘粉尘固体燃料燃烧过程中产生的粉尘，其颗粒大小随燃烧装置不同固体燃料燃烧过程中产生的粉尘，其颗粒大小随燃烧装置不同以及煤种不同而变化。以及煤种不同而变化。2.2 2.2 烟尘的生成烟尘的生成1 1气体燃料燃烧的烟尘气体燃料燃烧的烟尘从气态烃到有从气态烃到有100A0以上的碳微粒出现的过程，一般认为经历以上的碳微粒出现的过程，一般认为经历两个阶段。两个阶段。第一阶段第一阶段:从低分子量不饱和烃中产生碳烟核，通过化学反应实从低分子量不饱和烃中产生碳烟核，通过化学反应实现高分子化和高次构造化，这一过程称为。现高分子化和高次构造化，这一过程称为。第一
9、种多环芳香烃第一种多环芳香烃(PCAH)中间体说；第二种为乙炔中间体说；中间体说；第二种为乙炔中间体说；第三种烃离子中间体说第三种烃离子中间体说。第二阶段第二阶段:所生成的碳烟核，主要经过液化和凝聚这样的物理过所生成的碳烟核，主要经过液化和凝聚这样的物理过程，长成碳烟微粒。程，长成碳烟微粒。二二烟尘的生成机理烟尘的生成机理2.2 2.2 烟尘的生成烟尘的生成(1)多环芳香烃中间体说多环芳香烃中间体说1941年鲁梅提出年鲁梅提出：芳香烃系的燃料易生成碳烟，：芳香烃系的燃料易生成碳烟，而稀烃类在热分解时生成苯，这证实了多环芳香烃中而稀烃类在热分解时生成苯，这证实了多环芳香烃中间体说。间体说。反反:
10、(1)通过对苯火焰的化学成分情况的详细研究，通过对苯火焰的化学成分情况的详细研究，发现在火焰面上，从苯消失到出现碳烟，其间存在着发现在火焰面上，从苯消失到出现碳烟，其间存在着很长的时间间隔。（很长的时间间隔。（2）达莱塞进行了低压）达莱塞进行了低压CH4O2预混合火焰的实验，研究预混合火焰的实验，研究PCAH、碳烟等在火焰中、碳烟等在火焰中心轴上的分布情况。心轴上的分布情况。普拉多对紊流扩散火焰的碳烟与普拉多对紊流扩散火焰的碳烟与PCAH的浓度分的浓度分布测定结果，发现布测定结果，发现PCAH比碳烟先行产生。比碳烟先行产生。2.2 2.2 烟尘的生成烟尘的生成2 2液体燃料燃烧的烟尘液体燃料燃
11、烧的烟尘多数情况，液体燃料燃烧系统排放物不仅仅含有气相过程生成多数情况，液体燃料燃烧系统排放物不仅仅含有气相过程生成的积炭，而且也含有由液态烃燃料本身生成的碳粒，这是液滴不完的积炭，而且也含有由液态烃燃料本身生成的碳粒，这是液滴不完全燃烧产生的。全燃烧产生的。（1）液态燃料雾化不好，油滴大。挥发份大都已蒸发、气化，）液态燃料雾化不好，油滴大。挥发份大都已蒸发、气化，不完全燃烧的残存油滴中含炭的比例大，生成烟尘是残炭型烟尘。不完全燃烧的残存油滴中含炭的比例大，生成烟尘是残炭型烟尘。（2）未燃油滴若附于温度较低的炉壁或管道上，温度升高就会）未燃油滴若附于温度较低的炉壁或管道上，温度升高就会继续燃烧
12、，温度低，则会结焦粘着，到一定大小会剥离，从而在排继续燃烧，温度低，则会结焦粘着，到一定大小会剥离，从而在排烟中以烟尘形式排出。烟中以烟尘形式排出。（3）末燃油若剧烈受热而达到较高温度，往往使这些油滴来不）末燃油若剧烈受热而达到较高温度，往往使这些油滴来不及蒸发就产生裂化。轻的分子由油滴个分离出来，以气态参加燃烧，及蒸发就产生裂化。轻的分子由油滴个分离出来，以气态参加燃烧，余下的较重的分子可能呈固态的焦炭或沥青。余下的较重的分子可能呈固态的焦炭或沥青。2.2 2.2 烟尘的生成烟尘的生成3 3固体燃料燃烧的烟尘固体燃料燃烧的烟尘燃烧条件差，煤在高温下发生热解作用。煤热解极易形成多环燃烧条件差，
13、煤在高温下发生热解作用。煤热解极易形成多环化合物，即形成黑烟。其黑烟中主要含有苯、芘、蒽、苯并蒽等。化合物，即形成黑烟。其黑烟中主要含有苯、芘、蒽、苯并蒽等。燃烧装置不同，燃烧条件不同。产生这些多环芳烃的数量有很大差燃烧装置不同，燃烧条件不同。产生这些多环芳烃的数量有很大差异，以手烧炉最差，以链条炉加抛煤机燃烧效果为最佳。异，以手烧炉最差，以链条炉加抛煤机燃烧效果为最佳。易于燃烧又不易出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤、焦炭、褐煤、易于燃烧又不易出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤、焦炭、褐煤、低挥发分烟煤、高挥发分烟煤。即烟煤最易形成黑烟。低挥发分烟煤、高挥发分烟煤。即烟煤最易形成黑烟。2.32.3 影响
14、烟尘生成的因素影响烟尘生成的因素燃料种类对烟尘产生的影响一般有如下规律：燃料种类对烟尘产生的影响一般有如下规律：1链状碳氢化合物链状碳氢化合物CnH2n比比CnH2n+2易产生烟尘；易产生烟尘；2芳香族碳氢化合物比链状碳氢化合物易产生烟尘；芳香族碳氢化合物比链状碳氢化合物易产生烟尘；3CH比越大，越易产生烟尘；比越大，越易产生烟尘；4燃料的灰分越多，烟尘的产生量也越大。燃料的灰分越多，烟尘的产生量也越大。一、燃料种类的影晌一、燃料种类的影晌2.3影响烟尘生成的因素影响烟尘生成的因素灰分的影响单从灰分的影响单从“裹裹”的作用并不大，因灰熔点低，可能未成的作用并不大，因灰熔点低，可能未成灰壳就滴落
15、下，相互碰撞又可能使灰层落掉，因此，灰壳就滴落下，相互碰撞又可能使灰层落掉，因此，“裹裹”并不算并不算严重影响。严重的是我国煤中灰分高，灰分吸收热量，使燃烧温度严重影响。严重的是我国煤中灰分高，灰分吸收热量，使燃烧温度降低、从而造成燃烧不完全，而增加残炭型的烟尘，灰本身也是尘，降低、从而造成燃烧不完全，而增加残炭型的烟尘，灰本身也是尘，因此煤的灰分高，煤粒大，则烟尘的发生量也大。因此煤的灰分高，煤粒大，则烟尘的发生量也大。2.32.3 影响烟尘生成的因素影响烟尘生成的因素2.32.3 影响烟尘生成的因素影响烟尘生成的因素二、氧气浓度和空气过剩系数的影响二、氧气浓度和空气过剩系数的影响预混燃烧几
16、乎不产生烟尘。但实际上，工业燃烧设备一般都是预混燃烧几乎不产生烟尘。但实际上，工业燃烧设备一般都是扩散燃烧，即混合过程与燃烧过程同时进行，混合过程对燃烧过程扩散燃烧，即混合过程与燃烧过程同时进行，混合过程对燃烧过程的影响比较大，如混合不好，尤其是当过剩空气少时，将产生大量的影响比较大，如混合不好，尤其是当过剩空气少时，将产生大量烟尘。烟尘。2.32.3 影响烟尘生成的因素影响烟尘生成的因素 碳黑生成的基本条件是高温、高压、缺氧。碳黑生成的基本条件是高温、高压、缺氧。烃类缺氧只能不完全燃烧，烃中的氢很活泼，容易先烧掉。烃类缺氧只能不完全燃烧，烃中的氢很活泼，容易先烧掉。煤油和重油的实验结果证明，
17、过量空气系数煤油和重油的实验结果证明，过量空气系数氧化量，超过一定温度后氧化量，超过一定温度后结果相反。结果相反。2.32.3 影响烟尘生成的因素影响烟尘生成的因素七、燃烧室内气体运动结构的影晌七、燃烧室内气体运动结构的影晌湍流强度的增加会降低碳黑的生成量，液体燃料，燃烧室的湍湍流强度的增加会降低碳黑的生成量，液体燃料，燃烧室的湍流和涡流运动能减少碳黑的生成，加速已有碳黑的氧化。流和涡流运动能减少碳黑的生成，加速已有碳黑的氧化。一般原则：有利于燃料与氧的混合，减轻火焰局部温度过高均一般原则：有利于燃料与氧的混合，减轻火焰局部温度过高均会使碳黑生成量下降。会使碳黑生成量下降。2.2.4 4 烟尘
18、的控制烟尘的控制2.4烟尘的控制烟尘的控制在燃烧设备中，防止烟尘产生的最重要措施是改善燃料和空气在燃烧设备中，防止烟尘产生的最重要措施是改善燃料和空气的混合；其次是保证足够高的温度水平和足够的燃烧时间；另外还的混合；其次是保证足够高的温度水平和足够的燃烧时间；另外还可渗入活性添加剂来抑制积炭的生成。可渗入活性添加剂来抑制积炭的生成。一一燃烧条件的控制燃烧条件的控制要使烟尘在离开燃烧设备前燃尽，以控制烟尘排放浓度、就必要使烟尘在离开燃烧设备前燃尽，以控制烟尘排放浓度、就必须保证温度和时间。须保证温度和时间。温度：温度：即在足够高的温度条件下，停留足够长的时间。还需指即在足够高的温度条件下，停留足
19、够长的时间。还需指出，烟气中氧气浓度对燃尽所需要的停留时间影响也很大，但是温出，烟气中氧气浓度对燃尽所需要的停留时间影响也很大，但是温度的影响还要大，如烟气温度从度的影响还要大，如烟气温度从1000提高到提高到1300时，燃尽所需时，燃尽所需要的时间将降低要的时间将降低90%。2.2.4 4 烟尘的控制烟尘的控制过量空气系数：过量空气系数：提高过量空气系数有助于减少碳黑生成量，有利于提高过量空气系数有助于减少碳黑生成量，有利于降低温度，降低温度，达到一定值后，碳黑生成量基本不变。达到一定值后，碳黑生成量基本不变。合理组织燃烧。合理组织燃烧。2.2.4 4 烟尘的控制烟尘的控制二烟尘再燃烧法二烟
20、尘再燃烧法烟气在高温状态下与空气适当地接触再燃烧的方法称烟尘再燃烟气在高温状态下与空气适当地接触再燃烧的方法称烟尘再燃烧法。烧法。采用改善燃烧，控制烟尘的生成，还可采用特殊燃烧方法来降采用改善燃烧，控制烟尘的生成，还可采用特殊燃烧方法来降低烟尘的产生，具体方法有：低烟尘的产生，具体方法有：2.2.4 4 烟尘的控制烟尘的控制三部分烟气混合燃烧三部分烟气混合燃烧在燃烧用的氧化剂在燃烧用的氧化剂(空气空气)中混入部分燃烧后的烟气可降低烟尘中混入部分燃烧后的烟气可降低烟尘的生成量。燃烧室出口吸一部分烟气和燃烧用的空气进行混合，然的生成量。燃烧室出口吸一部分烟气和燃烧用的空气进行混合，然后供燃烧室。后
21、供燃烧室。2.2.4 4 烟尘的控制烟尘的控制四加添加剂四加添加剂控制烟尘的添加剂有金属的、液态化合物等。金属添加剂有控制烟尘的添加剂有金属的、液态化合物等。金属添加剂有Ba，Mn，Ni，Ca，Mg等。首推碱土金属。等。首推碱土金属。金属加入的作用是控制脱氢和起催化作用，并可促使小碳微粒金属加入的作用是控制脱氢和起催化作用，并可促使小碳微粒带正电，相互排斥，不致于凝集成大颗粒，促进氧化，起到控制烟带正电，相互排斥，不致于凝集成大颗粒，促进氧化，起到控制烟尘产生的作用。尘产生的作用。液态化合物添加剂有水、乙醇、硫氢化合物等。其化学作用是液态化合物添加剂有水、乙醇、硫氢化合物等。其化学作用是增加了
22、增加了HO，HO2等活化中心，可以改善反应性能，增大燃烧速度等活化中心，可以改善反应性能，增大燃烧速度：其物理作用是由于液态添加剂造成小爆炸，使雾化直径变小，改：其物理作用是由于液态添加剂造成小爆炸，使雾化直径变小，改善了传热和传质效果，增大了燃烧速度，烟尘的发生得到控制。善了传热和传质效果，增大了燃烧速度，烟尘的发生得到控制。德林卡和哈奇粒状污染物分类德林卡和哈奇粒状污染物分类分类分类名称名称粒径粒径/m/m生成方式生成方式固体颗粒固体颗粒粉尘粉尘1 1100破碎、筛分、机械加工、扬尘破碎、筛分、机械加工、扬尘凝结固体烟雾凝结固体烟雾0.10.11金属冶炼、蒸发、升华、凝聚、燃金属冶炼、蒸发
23、、升华、凝聚、燃烧焊接烧焊接烟烟0.0010.0010.3木材、纸、布、油等燃烧而成木材、纸、布、油等燃烧而成液体颗粒液体颗粒霭霭1 1100蒸汽的凝结、化学反应、液体喷雾蒸汽的凝结、化学反应、液体喷雾雾雾50水蒸气的凝结水蒸气的凝结2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础2.5除尘技术基础除尘技术基础一、粉尘的分类一、粉尘的分类2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础按粉尘的颗粒大小可分为：按粉尘的颗粒大小可分为：1可见粉尘：粒径大于可见粉尘：粒径大于10m，用眼睛可以分辨，对人体和，用眼睛可以分辨，对人体和环境有害；环境有害；2显微粉尘：粒径为显微粉尘：粒径为0.2510m，在普通显微镜下
24、可以分，在普通显微镜下可以分辨，对人体和环境危害大；辨，对人体和环境危害大；3超显微粉尘；粒径小于超显微粉尘；粒径小于0.25m，在超倍显微镜或电子显，在超倍显微镜或电子显微镜下可以分辨，对人体和环境危害更大，其中小于微镜下可以分辨，对人体和环境危害更大，其中小于0.1m的危的危害不大大。害不大大。有时将粒径小于有时将粒径小于1m的粉尘称超微米粉尘或亚微米粉尘。的粉尘称超微米粉尘或亚微米粉尘。粒径大于粒径大于100m的粉尘易沉降，粒径在的粉尘易沉降，粒径在0.3100m则的粉尘则的粉尘是除尘的主要对象。是除尘的主要对象。10m以下的粉尘对人体和环境危害最大，以下的粉尘对人体和环境危害最大，是除
25、尘设备中必须要解决的。是除尘设备中必须要解决的。（一）几何特性（一）几何特性1 1 投影粒径投影粒径 用光学显微镜或电子显微镜测得的粒径。用光学显微镜或电子显微镜测得的粒径。二、粉尘的几何特性与粒径分布二、粉尘的几何特性与粒径分布粒径也称为粒度，是衡量粉尘颗粒大小的尺度。实际防尘中采粒径也称为粒度，是衡量粉尘颗粒大小的尺度。实际防尘中采用粉尘的投影定向长度表示粉尘的粒径用粉尘的投影定向长度表示粉尘的粒径,单位为微米单位为微米(m)。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础定向粒径定向粒径dF；粉尘在某一确定方向上的最大投影距离。粉尘在某一确定方向上的最大投影距离。定向面积等分粒径定向面积等分粒
26、径dM：粉尘在某一确定方向上将粉尘投影面积粉尘在某一确定方向上将粉尘投影面积二等分的线段长度。二等分的线段长度。投影圆等值粒径投影圆等值粒径dH：与粉尘投影面积相等的圆的直径。与粉尘投影面积相等的圆的直径。因定向粒径测定方法较简便，故较为常用。因定向粒径测定方法较简便，故较为常用。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础2 2 物理当量径物理当量径 物理当量径是指与被物理当量径是指与被测测粉粉尘尘的某一物理量相同的球形粉的某一物理量相同的球形粉尘尘的直径。的直径。斯托克斯斯托克斯(stokes)粒径粒径dS：指与被测尘粒密度相同、沉降速度相指与被测尘粒密度相同、沉降速度相同的球形粒子直径。同的
27、球形粒子直径。Re12.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础空气动力径空气动力径dH：指与被测尘粒在空气中的沉降速度相同、密度为指与被测尘粒在空气中的沉降速度相同、密度为1000kgm3的球形粒子的直径。的球形粒子的直径。斯托克斯粒径和空气动力径是除尘技术中应用最多的两种粒径，斯托克斯粒径和空气动力径是除尘技术中应用最多的两种粒径，原因在于它们皆与尘粒在流体中运动的动力特性有关。原因在于它们皆与尘粒在流体中运动的动力特性有关。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础3 3、分割粒径、分割粒径 指某除尘器的除尘效率为指某除尘器的除尘效率为5050的尘粒粒径的粒径，它是一种表的尘粒粒径的粒径，它是
28、一种表示除尘器性能的很有代表性的粒径。示除尘器性能的很有代表性的粒径。4 4、筛分粒径、筛分粒径 即尘粒能够通过的最小筛孔的宽度。即尘粒能够通过的最小筛孔的宽度。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础1粉尘分散度粉尘分散度:各粒径粉尘所占总粉尘的百分比。又分为质量分散各粒径粉尘所占总粉尘的百分比。又分为质量分散度和数量分散度。度和数量分散度。p质量分散度质量分散度Pm：是指各粒径粉尘的质量是指各粒径粉尘的质量(mg)占粉尘的总质量占粉尘的总质量(mg)的百分比。的百分比。p数量分散度数量分散度Pn：是指各粒径粉尘的颗粒数占粉尘颗粒数的百分是指各粒径粉尘的颗粒数占粉尘颗粒数的百分比。比。m某级
29、粒径粉尘的质量，某级粒径粉尘的质量，mg；n某级粒径粉尘的颗粒数，颗。某级粒径粉尘的颗粒数，颗。（二）粒径分布（二）粒径分布2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础频频率密度分布率密度分布简简称称频频度分布，系指度分布，系指单单位粒径位粒径间间隔隔宽宽度度时时的的频频率分布。即粒径率分布。即粒径间间隔隔宽宽度度时尘样质时尘样质量占量占尘尘样总质样总质量的百分数。量的百分数。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础尽管粉尘的粒径分布可以用表格或图形表示，然而尽管粉尘的粒径分布可以用表格或图形表示，然而在某些场合下用函
30、数形式表示则有利于进行数学分析。在某些场合下用函数形式表示则有利于进行数学分析。一般而言，粒径的分布是随机的，研究结果表明它还是一般而言，粒径的分布是随机的，研究结果表明它还是近似的有某种规律，因而可以用一些分布函数表不。常近似的有某种规律，因而可以用一些分布函数表不。常用的有正态分布函数、对数正态分布函数、罗辛用的有正态分布函数、对数正态分布函数、罗辛拉姆拉姆勒分布函数等。勒分布函数等。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础三、粉尘的物理性质三、粉尘的物理性质1 1、密度、密度粉尘密度：单位体积粉尘的质量粉尘密度：单位体积粉尘的质量,单位为单位为kg/m3或或g/cm3。根据。根据是否包含
31、粒间空隙体积分为真密度与假密度（表观密度）。假密度是否包含粒间空隙体积分为真密度与假密度（表观密度）。假密度与堆积状态有关。与堆积状态有关。真密度真密度(p p)：排除粉尘间空隙以纯粉尘的体积计量的密度。排除粉尘间空隙以纯粉尘的体积计量的密度。表观密度表观密度(b b)：包括粉尘间空隙体积和粉尘纯体积计量的密包括粉尘间空隙体积和粉尘纯体积计量的密度。与堆积状态有关。度。与堆积状态有关。粉尘比重：粉尘比重：指粉尘的质量与同体积水的质量之比，系无因次量。指粉尘的质量与同体积水的质量之比，系无因次量。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础b=(1-)p-空隙率，即粒子间空隙体积与粒子堆积体积的比值
32、。空隙率，即粒子间空隙体积与粒子堆积体积的比值。许许多除多除尘设备尘设备的的选择选择不不仅仅要考要考虑虑粉粉尘尘粒径的大小，而且要考粒径的大小，而且要考虑虑粉粉尘尘的真密度，在介的真密度，在介质质中的运中的运动动与其真密度有关。堆与其真密度有关。堆积积密度随密度随而而变变化，粉化，粉尘尘的空隙率与粉的空隙率与粉尘尘的粒径、形状、堆的粒径、形状、堆积积方式等因素有关。方式等因素有关。真密度真密度一般用于粉一般用于粉尘尘的沉降的沉降计计算，而算，而堆积密度堆积密度用于用于仓储设备仓储设备、除除尘尘灰斗的灰斗的设计计设计计算。算。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础2.5 2.5 除尘技术基础除
33、尘技术基础2 2、粉尘湿润性、粉尘湿润性指粉指粉尘尘被水湿被水湿润润的的难难易程度。易程度。湿润现象：湿润现象：水滴内部与水滴表面水滴内部与水滴表面间间的分子引力的分子引力为为水的表面水的表面张张力力,当水的表面当水的表面张张力小于水与固体力小于水与固体间间的分子引力的分子引力时时，固体容易被湿，固体容易被湿润润，反之，固体反之，固体则则不易被湿不易被湿润润。依此粉依此粉尘尘可分可分为为亲水性亲水性与与疏水性疏水性两两类类。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础液滴液滴衡量湿衡量湿润润性指性指标标:湿湿润润接触角接触角()。90时时,湿湿润润性差性差,属于憎水性。属于憎水性。粉粉尘尘的湿的湿
34、润润性是湿式防、除性是湿式防、除尘尘的依据。的依据。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础小于小于1微米的粉尘一般就很难被水润湿，这是因为微粒表面皆存微米的粉尘一般就很难被水润湿，这是因为微粒表面皆存在一层气膜，只有当液体以相对较高的速度冲击粉尘时，才能冲在一层气膜，只有当液体以相对较高的速度冲击粉尘时，才能冲破气膜，将粉尘润湿。破气膜，将粉尘润湿。粉尘的润湿性还随温度的升高而减小，随压力升高而增大，随粉尘的润湿性还随温度的升高而减小，随压力升高而增大，随液体表面张力的减小而增强。液体表面张力的减小而增强。在湿法除尘中，如果在水中加入某些湿润剂在湿法除尘中，如果在水中加入某些湿润剂(如皂角素
35、、平平加如皂角素、平平加等等)，可降低水的表面张力，提高粉尘的润湿性。，可降低水的表面张力，提高粉尘的润湿性。影响湿润性因素：影响湿润性因素：粉尘成分、粒径、荷电状况及水的表面张力粉尘成分、粒径、荷电状况及水的表面张力等因素。等因素。湿润性强的粉尘有利于湿式除尘。湿润性强的粉尘有利于湿式除尘。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础3 3、粉尘的安息角和滑动角、粉尘的安息角和滑动角安息角：安息角：指粉指粉尘尘自漏斗自漏斗连续连续落到水平板上，堆落到水平板上，堆积积成成圆锥圆锥体，体，圆锥圆锥体的母体的母线线与平面的与平面的夹夹角角为为安息角。安息角。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础滑动
36、角：滑动角：自然堆放在光滑平板上的粉尘，随光滑平板以其一端为轴自然堆放在光滑平板上的粉尘，随光滑平板以其一端为轴转动。平板上粉尘开始发生滑动时平板相对于水平面的倾斜角称为转动。平板上粉尘开始发生滑动时平板相对于水平面的倾斜角称为粉尘的滑动角，也有文献称之为动安置角。粉尘的滑动角，也有文献称之为动安置角。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础安息角安息角及及滑动角滑动角是粉状物料物特有的性是粉状物料物特有的性质质，与物料的种，与物料的种类类、粒径、形状、含水率、粘附性等因素有关。粒径、形状、含水率、粘附性等因素有关。对对同一种粉同一种粉尘尘：粒径：粒径越大、形状越接近于球体、含水率越低，表面越
37、光滑，越大、形状越接近于球体、含水率越低，表面越光滑，则则安息角安息角越小。越小。粉粉尘尘的安息角和滑的安息角和滑动动角是角是设计设计除除尘尘装置灰斗、料装置灰斗、料仓仓的的锥锥角和角和除除尘尘系系统统管路、管路、输输送管路的送管路的倾倾角的重要依据。角的重要依据。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础4 4、比表面积、比表面积粉尘的比表面积定义为单位体积粉尘的比表面积定义为单位体积(或质量或质量)粉尘所具有的表面积粉尘所具有的表面积以粉尘的自身体积表示的比表面积以粉尘的自身体积表示的比表面积a可表示为：可表示为：2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础比表面比表面积积与粒径成反比，粒径越小
38、，比表面与粒径成反比，粒径越小，比表面积积越大。越大。比表面比表面积积增大，增大，强强化了表面活性。它化了表面活性。它对对粉粉尘尘的湿的湿润润、凝聚、凝聚、附着以及燃附着以及燃烧烧和爆炸等性和爆炸等性质质都有明都有明显显的影响。的影响。粉尘的比表面积值的变化范围很大，如大部分烟尘的粉尘的比表面积值的变化范围很大，如大部分烟尘的质量比表面积在质量比表面积在100010000cm2g的范围内变化。的范围内变化。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础5 5、粉尘荷电性、粉尘荷电性指粉指粉尘尘能被荷能被荷电电的的难难易程度。易程度。悬悬浮空气中粉浮空气中粉尘尘荷荷电电原因：破碎原因：破碎时时的摩擦、
39、粒子的摩擦、粒子间间撞撞击击或放或放射性照射、外界离子或射性照射、外界离子或电电子附着等。子附着等。粉粉尘尘荷荷电电后会改后会改变变其某些物理性其某些物理性质质，如凝并性、粘附性等。，如凝并性、粘附性等。此外，粉此外，粉尘尘的荷的荷电电量随温度升高、比表面量随温度升高、比表面积积增大及含水率减小而增大及含水率减小而增大。增大。衡量粉衡量粉尘尘荷荷电电性的指性的指标标：粉：粉尘尘比比电电阻。阻。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础粉尘层粉尘层I粉粉尘尘的比的比电电阻，阻，cm；V施加在粉施加在粉尘层尘层上的上的电压电压，V；I通通过过粉粉尘层尘层的的电电流，流，A；A粉粉尘层尘层的面的面积积
40、，cm2；d粉粉尘层尘层的厚度，的厚度，cm。比比电电阻阻测测定：采用定：采用圆圆板板电电极法极法测测定。定。粉粉尘尘的比的比电电阻的阻的单单位位为为cm。粉粉尘尘比比电电阻阻对电对电除除尘尘影响：是除影响：是除尘尘的依据。比的依据。比电电阻在阻在1041011cm范范围围内，内，电电除除尘尘的效果的效果较较好。好。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础粉尘的导电性主要取粉尘的导电性主要取决于粉尘、气体的温度和决于粉尘、气体的温度和组成成分。在组成成分。在温度较高温度较高时时(约高于约高于200度度)，粉尘的，粉尘的导电主要靠导电主要靠粉尘内部的电粉尘内部的电子或离子进行子或离子进行(即容积
41、导即容积导电电)；而在；而在较低温度较低温度时时(约约低于低于100度度)，则主要靠，则主要靠粉粉尘表面吸附的水分和化学尘表面吸附的水分和化学膜进行膜进行(即表面导电即表面导电)。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础6 6、爆炸性、爆炸性能发生爆炸的粉尘称为可爆尘。能发生爆炸的粉尘称为可爆尘。井下具有爆炸性的粉尘主要是流化粉尘和煤尘。井下具有爆炸性的粉尘主要是流化粉尘和煤尘。粉尘爆炸能产生高温、高压粉尘爆炸能产生高温、高压,同时生成大量的有毒有害气同时生成大量的有毒有害气体体,对安全生产有极大的危害，应注意采取防爆、隔爆措施。对安全生产有极大的危害，应注意采取防爆、隔爆措施。2.5 2.5
42、 除尘技术基础除尘技术基础不同种类及存在状态的粉尘爆炸条件不同、悬浮在空气中的不同种类及存在状态的粉尘爆炸条件不同、悬浮在空气中的可燃粉尘发生爆炸的条件是：可燃粉尘发生爆炸的条件是：由可燃粉尘与空气构成的可燃混由可燃粉尘与空气构成的可燃混合物其粉尘浓度达到爆炸浓度；合物其粉尘浓度达到爆炸浓度；存在能量足够的火源。存在能量足够的火源。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础 7 7、粘附性、粘附性粉尘附着在固体表面上或粉尘彼此相互附着的难易程度的性质粉尘附着在固体表面上或粉尘彼此相互附着的难易程度的性质称为粉尘的称为粉尘的粘附性粘附性。产生粘附的原因是由于粘附力的存在产生粘附的原因是由于粘附力的
43、存在:范德华力范德华力(即分子间作用即分子间作用力力)、静电引力和毛细管作用力、静电引力和毛细管作用力等。等。影响粉尘粘附性的围素：一般情况下，粉尘的粒径小、形状影响粉尘粘附性的围素：一般情况下，粉尘的粒径小、形状不规则、表面粗糙、含水率高、带电量大时，易于产生粘附现象。不规则、表面粗糙、含水率高、带电量大时，易于产生粘附现象。粘附现象还与周围介质的性质有关，如在液体介质粉尘的粘附性比粘附现象还与周围介质的性质有关，如在液体介质粉尘的粘附性比在气体中弱得多。在气体中弱得多。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础 8 8、磨损性、磨损性粉尘的磨损性是指粉尘在流动过程中粉尘的磨损性是指粉尘在流动
44、过程中对器壁和管壁的磨损程度对器壁和管壁的磨损程度的性质。的性质。影响磨损的因素：影响磨损的因素：硬度大、密度高、粒径大、带有棱角硬度大、密度高、粒径大、带有棱角的粉尘磨损性大。的粉尘磨损性大。粉尘的磨损性还与含尘气流的流动速度有关，研究表明，粉尘的磨损性还与含尘气流的流动速度有关，研究表明，磨损磨损量与含尘气流速度的量与含尘气流速度的2 23 3次方成正比。次方成正比。2.5 2.5 除尘技术基础除尘技术基础第第2.6节节除尘装置的性能指标除尘装置的性能指标除尘装置的性能指标包括除尘装置的性能指标包括技术指标技术指标和和经济指标经济指标两大类。两大类。技术指标技术指标主要包括处理气体流量、除
45、尘效率、压力损失主要包括处理气体流量、除尘效率、压力损失(或称阻或称阻力力)、漏风率等；、漏风率等；经济指标经济指标包括设备费、运行费、维修费、占地面积、占用空间包括设备费、运行费、维修费、占地面积、占用空间体积、使用寿命等。体积、使用寿命等。还考虑除尘装置的安装、操作、检修的难易等因素。但是，还考虑除尘装置的安装、操作、检修的难易等因素。但是，低低阻（阻力低）、高效（除尘效率高）阻（阻力低）、高效（除尘效率高）仍是目前评价除尘装置的主要仍是目前评价除尘装置的主要指标。指标。2.6 2.6 除尘装置的性能指标除尘装置的性能指标一、处理气体的流量一、处理气体的流量处理气体流量：处理气体流量：表示
46、除尘装置在单位时间内所能处理的含尘气表示除尘装置在单位时间内所能处理的含尘气体的流量、一般用体积流量体的流量、一般用体积流量Q(Q(单位：单位：m m3 3s)s)表示。表示。实际运行的防尘装置由于不严密而漏风，使得进出口的气体流实际运行的防尘装置由于不严密而漏风，使得进出口的气体流量往往并不一致。通常用两者的平均值作为该除尘装置的量往往并不一致。通常用两者的平均值作为该除尘装置的处理气体处理气体流量。流量。即即2.6 2.6 除尘装置的性能指标除尘装置的性能指标二、二、压力损失压力损失(或称阻力）或称阻力）净化装置的净化装置的压力损失压力损失是表示是表示能耗能耗大小的技术指标，可通过测定净大
47、小的技术指标，可通过测定净化装置进口与出口气流的全压差而得到。其与下列因素有关：化装置进口与出口气流的全压差而得到。其与下列因素有关：净化装置的种类和结构型式净化装置的种类和结构型式；处理气体通过时的流速。处理气体通过时的流速。即即2.6 2.6 除尘装置的性能指标除尘装置的性能指标净化装置的净化装置的压力损失压力损失，实质上，实质上是是气流通过装置时所消耗的气流通过装置时所消耗的机械机械能，能，它与通风机所耗功率成正比，所以净化装置的压力它与通风机所耗功率成正比，所以净化装置的压力损失越小越损失越小越好。好。多数除尘装置的压力损失在多数除尘装置的压力损失在2000Pa以下以下根据除尘装置的压
48、力损失，防尘装置可分为：根据除尘装置的压力损失，防尘装置可分为：低阻除尘器低阻除尘器P500Pa;P500Pa;中阻除尘器中阻除尘器P=500P=5002000Pa;2000Pa;高阻除尘器高阻除尘器P=2000P=200020000Pa;20000Pa;2.6 2.6 除尘装置的性能指标除尘装置的性能指标三、三、除尘效率除尘效率除尘效率是表示除尘装置净化含尘气体效果的重要技术指标除尘效率是表示除尘装置净化含尘气体效果的重要技术指标1、总除尘效率总除尘效率总除尘效率系指在同一时间内防尘装置捕集的粉尘质量占进入总除尘效率系指在同一时间内防尘装置捕集的粉尘质量占进入除尘装置的粉尘质量的百分数。通常
49、以除尘装置的粉尘质量的百分数。通常以“”表示。表示。除尘器进口：除尘器进口：气体流量为气体流量为Q Q1 1，粉尘的质量流量为，粉尘的质量流量为S S1 1，粉尘的浓，粉尘的浓度为度为C C1 1；装置出口的相应量为：装置出口的相应量为：Q Q2 2、S S2 2、C C2 2 装置捕集的粉尘的质量为装置捕集的粉尘的质量为S S3 3S S1 1=S=S2 2+S+S3 3 S S1 1=Q=Q1 1*C*C1 1、S S2 2=Q=Q2 2*C*C2 2除尘器的总效率为除尘器的总效率为 （1 1）2.6 2.6 除尘装置的性能指标除尘装置的性能指标或：或：若除尘器不漏风若除尘器不漏风利用上式
50、（利用上式（1）通过称重可求得总除生效率。这种方法称为）通过称重可求得总除生效率。这种方法称为质量质量法，法，用这种方法测出的结果比较准确，用这种方法测出的结果比较准确，主要用于实验室。主要用于实验室。在在现场测定除尘器的总除尘效率现场测定除尘器的总除尘效率时，通常先同时测出除尘器前时，通常先同时测出除尘器前后的空气含尘浓度、再利用式（后的空气含尘浓度、再利用式（2）求得总除尘效率，这种方法称）求得总除尘效率，这种方法称为为浓度法。浓度法。（2 2）2.6 2.6 除尘装置的性能指标除尘装置的性能指标有时由于除个器进口含尘浓度很高，或者使用单位对有时由于除个器进口含尘浓度很高，或者使用单位对除