第五章顆粒物燃物控制技術基礎
為了深入理解各種除塵器的除塵機理和效能，正確設計、選擇和應用各種除塵器，必須了解粉塵的物理性質和除塵器效能的表示方法及粉塵性質和除塵器效能之間的關係。
第一節粉塵的粒徑及粒徑分布
一、顆粒的粒徑
1.單一顆粒粒徑
粉塵顆粒大小不同，其物理、化學特性不同，對人和環境的危害亦不同，而且對除塵裝置的效能影響很大，所以是粉塵的基本特性之一。
若顆粒是大小均勻的球體．則可用其直徑作為顆粒大小的代表性尺寸。但實際上，不僅顆粒的大小不同．而且形狀也各種各樣。所以需要按一定的方法確定乙個表示顆粒大小的代表性尺寸，作為顆粒的直徑．簡稱為粒徑。
下面介紹幾種常用的粒徑定義方法。
(1)用顯微鏡法觀測顧粒時，採用如下幾種粒徑：
i. 定向直徑df，也稱菲雷待(feret)直徑．為各顆粒在投影圖中同一方向上的最大投影長度，如圖4—1(a)所示。
ii. 定向面積等分直徑dm，也稱馬丁(martin)直徑，為各顆粒在投影圖上按同一方向將顆粒投影面積二等分的線段長度，如圖4—1(b)所示。
iii. 投影面積直徑da，也稱黑烏德(heywood)直徑，為與顆粒投影面積相等的圓的直徑，如圖4一l(c)所示。若顆粒投影面積為a，則da＝(4a／π)1/2。
根據黑烏德測定分析表明，同一顆粒的df＞da＞dm。
(2)用篩分法測定時可得到篩分直徑．為顆粒能夠通過的最小方孔的寬度。
(3)用光散射法測定時可得到等體積直徑dv．為與顆粒體積相等的球的直徑。若顆粒體積為v,則dv＝(6v／π)1/3。
(4)用沉降法測定時，一殷採用如下兩種定義：
i. 斯托克斯(stokes)直徑ds，為在同一流體中與顆粒的密度相同和沉降速度相等的球的直徑。
ii. 空氣動力學直徑da，為在空氣中與顆粒的沉降速度相等的單位密度的球的直徑。
斯托克斯直徑和空氣動力學直徑是除塵技術中應用最多的兩種直徑，原因在於它們與顆粒在流體中的動力學行為密切相關。
綜上所述，粒徑的測定和定義方法可歸納為兩類：一類是按顆粒的幾何性質來直接測定和定義的，如顯微鏡法和篩分法；另一類則是按照顆粒的某種物理性質間接測定和定義的。如斯托克斯直徑、等體積直徑等。
粒徑的測定方法不同，其定義方法也不同．得到的粒徑數值往往差別很大．很難進行比較，因而實際中多是根據應用目的來選擇粒徑的測定和定義方法。
此外，粒徑的測定結果還與顆粒的形狀密切相關。通常用球形度來表示賴粒形狀與球形顆粒不一致程度的尺度。球形度是與顆粒體積相等的球的表面積和顆粒表面積之比。
以фs表示，它的值總是小於1。
2.粒徑分布
粉塵的粒徑分布是指某種粉塵中，各種粒徑的顆粒所佔的比例．也稱粉塵的分散度。以顆粒的個數表示所佔的比例時，稱為個數分布；以顆粒的質量表示所佔比例時，稱為質量分布。除塵技術中多採用質量分布。
下面以粒徑分布測定資料的整理過程來說明粒徑分布的表示方法及相應定義。
(1)個數分布
i. 個數頻率
ii. 個數篩下累積頻率
iii. 個數頻率密度
(2)質量分布
3.平均粒徑
i. 算術平均粒徑
ii. 表面積平均粒徑
iii. 體積平均粒徑
iv. 體積－表面積平均粒徑
v. 幾何平均粒徑
4.粒徑分布函式
(1)正態分佈
(2)對數正態分佈
(3)羅辛－拉姆勒分布
第二節粉塵的物理性質
一、粉塵的密度
單位體積粉塵的質量稱為粉塵的密度，單位kg/m3。根據粉塵測定條件及應用條件的不同，可分為真密度和堆積密度。
(1)真密度將粉塵顆粒表面及其內部的空氣排出後測得的粉塵自身的密度，稱為真密度。以ρp表示。
(2)堆積密度固體磨碎形成的粉塵，在表面末氧化時，其真密度與母料密度相同。呈堆積狀的舶粉塵(即粉體)，每個顆粒及顆粒之間的空隙中皆含有空氣。一般將包括物體顆粒間氣體空間在內的粉體密度稱為堆積密度．用ρb表示。
二、粉塵的安息角與滑動角
安息角：粉塵從漏斗連續落到水平面上，自然堆積成乙個圓錐體，圓錐體母線與水平面的夾角稱為粉塵的安息角。也稱動安息角或堆積角。
滑動角：指自然堆放在光滑平板上的粉塵，隨平板做傾斜運動時，粉塵開始發生滑動時的平板傾斜角，也成靜安息角。
影響粉塵安息角和滑動角的因素主要有：粉塵粒徑、含水率、顆粒形狀、顆粒表面光滑程度及粉塵粘性等。對於一種粉塵，粒徑越小，安息角越大；粉塵含水率增加，安息角增大；表面越光滑和越接近球形的顆粒，安息角越小。
三、粉塵的比表面積
粉狀物料的許多理化性質，往往與其表面積大小有關，細顆粒往往表現出顯著的物理、化學活動性。
粉塵的比表面積定義為單位體積(或質量)粉塵所具有的表面積。以粉塵自身體積(即淨體積)表示的比表面積。
四、粉塵的含水率
粉塵中的水分包括附著在顆粒表面上的和包含在凹坑處與細孔中的自由水分，以及緊密結合在顆粒內部的結合水分。
粉塵中的水分含量，用含水率w表示，指粉塵中所含水分質量與粉塵總質量（包括幹粉塵與水分）之比。
五、粉塵的潤濕性
粉塵顆粒能否與液體相互附著或附著難易的性質稱為粉塵的潤濕性。當塵粒與液體接觸時，接觸面能擴大而相互附著，就是能潤濕；反之，接觸面趨於縮小而不能附著，則是不能潤濕。一般根據粉塵能被液體潤濕的程度將粉塵大致分為兩類：
容易被水潤濕的親水性粉塵，難以被水潤濕的疏水性粉塵。粉塵的潤濕性與粉塵的性質，如粒徑，生成條件、溫度、含水率、表面粗糙度、荷電性等有關，還與液體的表面張力、塵粒和液體間的粘附力及相對運動速度等有關。此外，粉塵的潤濕性還隨壓力的增加而增加，隨溫度公升高而減小，隨液體表面張力減小而增強。
各種濕式除塵裝置．主要是依靠粉塵與水的潤濕作用來捕集粉塵的。
六、粉塵的荷電性及導電性
l粉塵的荷電性
粉塵在其產生及運動過程中，由於相互碰撞、摩擦、放射線照射、電暈放電及接觸帶電體等原因，幾乎總是帶存一定量的電荷。粉塵荷電後將改變其某些物理性質，如凝聚性、附著性及在氣體中的穩定性等。粉塵的荷電量隨溫度增高、表面積加大和含水率減小而增大、還與其化學成分等有關。
2．粉塵的導電性
粉塵的導電性與金屬導線類似，用比電阻ρd表示，粉塵的導電機制有兩種，取決於粉塵、氣體的溫度和組成成分。在表面導電佔優勢的低溫範圍內，粉塵比電阻稱為表面比電阻，其值隨溫度公升高而增大，隨含水率增大而減小；在容積導電佔優勢的高溫範圍內、粉塵比電阻稱為容積比電阻，其值隨溫度公升高而減小；在兩種導電機制皆重要的中間溫度範圍內，粉塵比電阻是表面比電阻和容積比電阻的合成。其值最高。
七、粉塵的粘附性
粉塵顆粒附著在固體表面上、或者顆粒彼此相互附著的現象稱為粘附。後者也稱自粘。附著強度，即克服附著現象所需要的人力(垂直作用在粒粒重心上)稱為粘附力。
粉塵的粘附是一種常見的實際現象，既有共其有利的一面，也有其有害的一向。
八、粉塵的自燃性和**性
1.粉塵的自燃性
自燃指粉塵在常溫下存放過程中自然發熱，此熱量經長時間的積累，達到該粉塵的燃點而引起的燃燒現象。
2.粉塵的**性
這裡所說的**是指可燃物的劇烈氧化作用、在瞬間產生大量的熱量和燃燒產物，在空間造成很高的溫度和壓力，故稱為化學**。可燃物包括可燃粉塵、可燃氣體和蒸氣等。引起可燃物**必須具備的條件有兩個：
一是由可燃物與空氣或氧構成的可燃混合物達到一定的濃度；二是存在能量足夠的火源。
可燃混合物中可燃物的濃度，只有在一定範圍內才能引起**。能夠引起可燃混合物**的最低可燃物濃度、稱為**濃度下限；最高可燃物濃度稱為**濃度上限。在可燃物濃度低於**濃度下限或高於**濃度上限時，均無**危險。
由於上限濃
度值過大(如糖粉在空氣中的**濃度上限為13．5kg／m3)，在多數場合下都達不到，故實際意義不大。 』
此外。有些粉塵與水接觸後會引起自燃或**，如鎂粉、碳化鈣粉等；有些粉塵互相接觸或混合後也會引起**．磷、鋅粉與鎂粉等。
第三節淨化裝置的效能
評價淨化裝置效能的指標．包括技術指標和經濟指標兩方面。技術指標主要有處理氣體流量、淨化效率和壓力損失等；經濟指標主要有裝置費、執行費和占地面積等。此外，還應考慮裝置的安裝。
操作、檢修的難易等因素。本節以淨化效率為主來介紹淨化裝置技術效能的表示方法。
一、淨化裝置技術效能的表示方法
1.處理氣體流量
處理氣體流量是代表裝置處理氣體能力大小的指標，一般以體積流量表示。實際執行的淨化裝置．由於本體漏氣等原因．往往裝置進口和出口的氣體流量不同，因此．用兩者的平均值作為處理氣體流量的代表
2．淨化效率
淨化效率是表示裝置淨化汙染物效果的重要技術指標。對於除塵裝置稱為除塵效率，對於吸收裝置稱為吸收效率，對於吸附裝置則稱為吸附效率。
3壓力損失
壓力損失是代表裝置能耗大小的技術經濟指標．係指裝置的進口和出口氣流全壓之差。淨化裝置壓力損失的大小，不僅取決於裝置的種類和結構型式，還與處理氣體流量大小有關。通常壓力損失與裝置進口氣流的動壓成正比。
二、淨化效率的表示方法
1.總效率
總效率係指在向一時間內淨化裝置去除的汙染物數量與進入裝置的汙染物數量之比。
2.通過率
當淨化效率很高時，或為了說明汙染物的排放率，用通過率來表示裝置效能。
3分級除塵效率
除塵裝置的總效率的高低，往往與粉塵粒徑大小有很大關係。為了表示除塵效率與粉塵粒徑的關係，提出分級除塵效率的概念。分級除土效率係指除塵裝置對某一粒徑或粒徑間隔內粉塵的除塵效率，簡稱分級效率。
分級效率可以用**、曲線圖或顯函式ηi=f(dpi)的形式表現。dpi代表某一粒徑或粒徑間隔。
對於分級效率，乙個非常重要的值是ηi＝50％，與此值相對應的粒徑稱為除塵器的分割粒徑，一般用de表示。分割粒徑de在討論除塵器效能時經常用到。
4.分級效率與總除塵效率之間的關係
(1)由總效率求分級效率在除塵器實驗中，可以測出除塵器進口和出口的粉塵濃度，並計算出總除塵效率η，為了求出分級效率，還需同時測出除塵器進口、出口和捕
集的粉塵的粒徑頻率分布中任意兩組資料。
(2)由分級效率求總除塵效率這類計算屬於設計計算，即根據某種除塵器淨化某類粉土的分級效率資料和策粉塵的粒徑分布資料，計算該種除坐器淨化該粉塵時能達到的總除塵效率。由分級效率計算式計算總效率。
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