大氣污染控制技術

（第三、四章大綱不做要求，故沒有制作課件）參考文獻《大氣污染控制工程》郝吉明等編，高等教育出版社《大氣污染控制工程》林肇信等編，高等教育出版社《大氣污染控制工程》季學李等編，同濟大學出版社《空氣污染氣象學教程》蔣維楣等編，氣象出版社《空氣污染氣象學原理及應用》李宗愷等編，氣象出版社《大氣環境化學》康永鑾等編，中山大學出版社第一章概論本章內容大氣污染及其分類大氣污染的影響大氣污染防治法規與標準體系中國的大氣污染綜合防治第一節大氣污染及其分類1、大氣組成大氣干潔空氣水蒸氣雜質N278.08％O220.95％Ar0.93％CO20.03％0.01～4％1)地面~90km范圍內組成基本保持不變；2)平均分子量293）密度1.29kg/m32、大氣污染 如果大氣中的物質達到一定濃度，并持續足夠的時間，以致對公眾健康、動物、植物、材料、大氣特性或環境美學產生可測量的不利影響，這就是大氣污染。

第一節大氣污染及其分類3、大氣污染的研究內容Sourcesofairpollutants（污染源）PollutionControlTechnology（污染控制技術）Atmosphericbehaviorofairpollutants（污染物氣象學）Effectsofairpollutants（污染物的影響）Legislativeandregulatorymeasures（污染法規和控制措施）第一節大氣污染及其分類4、排放源人為源交通火電工業生產做飯、取暖垃圾焚燒其他自然源火山森林火災土壤和巖石的風化海嘯其他第一節大氣污染及其分類5、一次大氣污染物直接以原始形態排放入大氣中并達到足夠的排放量從而造成健康威脅的污染物

SourcesofPrimaryAirPollutantsPollutantSourcesCarbonmonoxideCarbondioxideIncompleteburningoffossilfuels,TobaccosmokeHydrocarbonsIncompleteburningoffossilfuels,TobaccoburningParticulatesChemicals,Burningfossilfuels,Farmingoperations,Industrialwastes,BuildingdemolitionSulfurdioxideBurningfossilfuels,SmeltingoreNitrogencompoundsBurningfossilfuels第一節大氣污染及其分類6、光化學煙霧二次大氣污染物指大氣中的一次污染物通過化學反應生成的化學物質光化學煙霧是大氣中氮氧化物和碳氫化合物在紫外線照射下反應生成的多種污染物的混合物光化學煙霧最具危害的兩種物質是臭氧(O3)和過氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates,PAN)

第一節大氣污染及其分類7、細微顆粒物污染總懸浮顆粒物TSP：空氣動力學當量直徑da≤100μmPM10:空氣動力學當量直徑da≤10μmPM2.5:空氣動力學當量直徑da≤2.5μm 細顆粒物對人體健康和大氣環境質量造成的危害要遠比粗顆粒物大細顆粒物本身可能是有毒、有害物質細顆粒物易成為其它污染物的運載體和反應體細顆粒物污染可導致低能見度顯著降低

第一節大氣污染及其分類細粒子的組成——二次粒子污染細顆粒物污染可導致低能見度顯著降低

第一節大氣污染及其分類8、霾（灰霾）

霾天氣是大氣中懸浮的大量微小塵粒使空氣混濁，能見度降低到10km以下的天氣現象，易出現在逆溫、靜風、相對濕度較大等氣象條件下。輕度霾：空氣相對濕度小于等于80%，能見度大于5公里且小于10公里；中度霾：空氣相對濕度小于等于80%，能見度大于2公里且小于等于5公里；重度霾：空氣相對濕度小于等于80%，且能見度小于等于2公里。第一節大氣污染及其分類9、酸沉降

酸沉降是指某一平面上具有致酸潛勢的物質的積累致酸物質是自然和人為活動的過程中產生的致酸物質按存在形態分為干和濕兩種 自然源、電廠以及內燃機等排放出的污染物在大氣中發生化學反應產生導致酸沉降的化學物質第一節大氣污染及其分類中國酸雨的分布變化主要位于長江以南

第一節大氣污染及其分類我國酸雨的化學特征(硫酸型）

SO42-NO3-Ca2+NH4+第一節大氣污染及其分類10、全球變暖和氣候變化主要溫室氣體名稱貢獻率(％)CO257CFCS25CH412N2O6第一節大氣污染及其分類在過去的100年間，地球的平均溫度增加了0.3～0.6℃，海平面高度增加了10～25cm氣溫和海平面高度仍會持續上升。眾多模型的模擬結果表明，到2010年氣溫將增加1～3.5℃，海平面上升15～95cm氣溫升高和大氣中溫室氣體的濃度具有很強的相關性人類活動極大地增加了大氣中溫室氣體的含量第一節大氣污染及其分類11、臭氧層破壞臭氧分子吸收紫外線分解為一個氧氣分子和一個氧原子氧氣分子可以吸收紫外線分解為兩個氧原子氧氣分子和氧原子也可以合并生成臭氧分子，以便吸收更多的紫外線上述反應過程吸收了99％的來自于太陽的紫外線第一節大氣污染及其分類氟氯烴（CFCs）很大程度上導致了平流層臭氧的減少這兩個反應都造成了臭氧的減少第一節大氣污染及其分類12、室內空氣污染第一節大氣污染及其分類吸煙的危害第一節大氣污染及其分類13、我國城市大氣污染概況TSPSO2NOx1999年全國重點城市主要大氣污染物分布第一節大氣污染及其分類2002年中國城市空氣質量狀況不同空氣質量狀況下的人口比例全國城市空氣質量分級比例第一節大氣污染及其分類不同規模城市空氣污染程度（2002年）空氣質量達標 SO2超標 顆粒物超標第一節大氣污染及其分類經濟水平和污染狀況的綜合比較AnnualTSPconcentration(μg/m3)TSPconcentrationsinselectedcitiesin1995andnationalGNPpercapita

第一節大氣污染及其分類第二節大氣污染的影響1、對人體健康的影響CO（10-6）對人體健康的影響5～10對呼吸道患者有影響30人滯留8h，視力及神經機能出現障礙40人滯留8h，出現氣喘1201h接觸，中毒，血液中CO—Hb>10%2502h接觸，頭疼，血液中CO—Hb=40%5002h接觸，劇烈心痛，眼花，虛脫300030min即死亡CO對人體健康的影響NO2對人體健康的影響NO2（10-6）對人體健康的影響1聞到臭味5聞到強臭味10～1510min眼、鼻受到刺激50

1min內人呼吸困難803min感到胸痛、惡心100～150在30～60min內死亡250很快死亡第二節大氣污染的影響臭氧對人體健康的影響注：部分人群接觸臭氧后肺功能下降第二節大氣污染的影響2、對植物的傷害注：二氧化氮濃度和暴露時間與植物死亡、葉器官損傷和新陳代謝或生長影響之間的關系

暴露時間，h

0.1

0.1

1.0

10

100

1000

NO2濃度，ppm

NO2濃度，mg/m3

暴露時間，d

第二節大氣污染的影響3、對器物和材料的影響注：平均二氧化硫濃度和不同暴露時間與低碳鋼的腐蝕之間的關系（1963－1964年9月，在芝加哥的七個地點進行的實驗）MeanSO2concentration，ppmWeightlossper100gpanel，g第二節大氣污染的影響4、對大氣能見度的影響對大氣能見度或清晰度有影響的污染物，一般應是氣溶膠粒子、能通過大氣反應生成氣溶膠粒子的氣體或有色氣體，包括：TSPSOx，在大氣中以較大反應速率生成硫酸鹽和硫酸氣溶膠粒子NOx，在大氣中反應生成硝酸鹽和硝酸氣溶膠粒子光化學煙霧，反應生成亞微米的氣溶膠粒子第二節大氣污染的影響能見度與大氣中顆粒物濃度的關系

應用最廣的估算能見度的方程是Koschmeider方程：

LV為能見度范圍，即一般人剛剛可以將暗色物體（例如山或高樓）從天空的背景上分辨出來的距離。此方程是估算方程，基于大氣顆粒物為一般組成的情況。思考題：如果大氣中顆粒物的濃度增加1μg/m3，能見度水平下降的百分比為多少？假定原能見度為20km。如果原來的能見度范圍為200km，下降的比例又為多少？第二節大氣污染的影響能見度與自然景觀美國大煙霧山國家公園（北卡羅萊納州）照片第二節大氣污染的影響第三節大氣污染防治法規與標準體系1、中華人民共和國大氣污染防治法1987年9月5日，第六屆全國人大常委會第22次會議通過，1988年6月1日起執行1995年8月29日，第八屆全國人大常委會第15次會議對該法進行了修訂2000年4月29日，第九屆全國人民代表大會常務委員會第15次會議通過修訂2014年12月23日，修訂草案提交全國人民代表大會常務委員會審議強化了酸雨和二氧化硫污染控制推動了煤炭的清潔利用加快了淘汰嚴重污染大氣的落后工藝和設備的步伐開始生產和使用無鉛汽油法規實施后，一些地區依法強化環境管理，大氣環境質量確實得到了改善1995年8月29日修改后的大氣污染防治法，在控制大氣污染，改善大氣環境質量方面起到了積極的作用：第三節大氣污染防治法規與標準體系強化了大氣污染形勢仍然十分嚴峻，大多數城市還處于比較嚴重的污染程度；缺少推動煤炭清潔利用的法律措施，燃煤污染仍然沒有得到有效遏制；大中城市機動車排氣污染正在迅速增加；大多數城市揚塵污染突出；大氣污染物排放總量居高不下，缺少有效的法律措施；現行法律的法律責任部分內容偏少，力度不夠。但未能有效地遏制大氣環境質量的惡化：第三節大氣污染防治法規與標準體系面對現實，對我國以煤為主的能源結構短期難以改變的現狀以及經濟條件給予了充分考慮；針對要害，主要是針對燃煤、機動車、揚塵等造成的大氣污染；抓住重點，主要是抓住重點城市、重點區域；在禁止超標排放、按排污量收費，以及總量控制和排污許可證方面取得了重大突破；強化法律責任，加強執法監督。2000年第二次修訂的指導思想：第三節大氣污染防治法規與標準體系總體思想：聯防聯控、源頭治理、強調科技治霾聯防聯控，避免“各自為戰”總量控制，源頭治理，力爭“霧開霾散”科技治霾，要“爬坡過坎”2014年第三次修訂草案的亮點：第三節大氣污染防治法規與標準體系2、大氣環境質量標準體系第三節大氣污染防治法規與標準體系環保部環境保護標準/hjbhbz/第三節大氣污染防治法規與標準體系3.中華人民共和國國家標準

環境空氣質量標準

Ambientairqualitystandard

GB3095－2012

(代替GB3095－1996)

環保部2012-02-29批準

2016-10-01實施主題內容與適用范圍本標準規定了環境空氣功能區分類、標準分級、污染物項目、平均時間及濃度限值、監測方法、數據統計的有效性規定及實施與監督等內容。本標準適用于全國范圍的環境空氣質量評價與管理。第三節大氣污染防治法規與標準體系環境空氣質量功能區的分類和標準分級環境空氣質量功能區分類一類區為自然保護區、風景名勝區和其他需要特殊保護的區域。二類區為居住區、商業交通居民混合區、文化區、工業區和農村地區。環境空氣質量標準分級（環境空氣質量標準分為二級）一類區執行一級標準二類區執行二級標準第三節大氣污染防治法規與標準體系環境空氣污染物基本項目濃度限值注：一類區適用一級濃度限值。二類區適用二級濃度限值。第三節大氣污染防治法規與標準體系空氣質量指數（AOI）級別第三節大氣污染防治法規與標準體系空氣質量分指數及對應的污染物項目濃度限值第三節大氣污染防治法規與標準體系空氣質量分指數計算污染物P空氣質量分指數計算公式為第三節大氣污染防治法規與標準體系空氣質量指數計算空氣質量指數計算公式為第三節大氣污染防治法規與標準體系首要污染物：AQI大于50時，IAQI最大的污染物為首要污染物。若IAQI最大的污染物為兩項或兩項以上時，并列為首要污染物。超標污染物：IAQI大于100的污染物。第四節中國的大氣污染綜合防治1、能源利用情況注：中國正在不斷提高能源使用的效率，但還未達到美國的水平（1980-1995年數據）2、主要污染物排放注：近年來GDP持續增長，主要污染物排放卻有所下降來源：中國統計年鑒，中國環境狀況公報第四節中國的大氣污染綜合防治3、控制大氣污染的技術措施清潔生產：清潔的生產過程和清潔的產品可持續發展的能源戰略改善能源供應結構和布局，提高清潔能源和優質能源比例提高能源利用效率和節約能源推廣少污染的煤炭開采技術和清潔煤技術積極開發利用新能源和可再生能源建立綜合性工業基地：各企業間相互利用原材料和廢棄物，減少污染物排放總量第四節中國的大氣污染綜合防治4、控制污染的經濟政策必要的環境保護投資環保投資占國民生產總值（GNP）的比例，發展中國家為0.5%～1％，發達國家為1%～2％我國目前比例為0.7%～0.8％，希望能達到1.5％第四節中國的大氣污染綜合防治4、控制污染的經濟政策實行“污染者和使用者支付原則”，可采用的經濟手段：建立市場（排污許可證制度等）稅收手段（污染稅、資源稅等）收費制度（排污費等）財政手段（生態環境基金等）責任制度（賠償損失和罰款等）第四節中國的大氣污染綜合防治作業P12：

1-1、1-7補充題：某市某日主要環境空氣污染物的監測數據如下（日平均值）：SO2：45μg/m3，PM2.5：219μg/m3，PM10：365μg/m3，NO2：86μg/m3。試計算該市當日環境空氣質量指數AQI和質量等級，并給出首要污染物和超標污染物。第四節中國的大氣污染綜合防治第二章燃燒與大氣污染本章內容燃料的性質燃料的燃燒過程煙氣體積計算燃燒過程中硫氧化物形成顆粒污染物的形成其他污染物的形成第一節燃料的性質1、燃料的分類

按獲得方法分

按物態分

天然燃料人工燃料固體燃料木柴、煤、油頁巖

木炭、焦炭、煤粉等

液體燃料

石油

汽油、煤油、柴油、重油

氣體燃料

天然氣

高爐煤氣、發生爐煤氣、焦爐煤氣

2、燃料的化學組成典型氣體的化學組成成分第一節燃料的性質2、燃料的化學組成典型氣體和液體燃料的化學組成成分第一節燃料的性質典型固體燃料的化學組成成分第一節燃料的性質3、燃料組成對燃燒的影響碳：可燃元素。1kg純碳完全燃燒時，放出32860kJ的熱量。當不完全燃燒生成CO時，放出9268kJ的熱量。純碳起燃溫度很高，燃燒緩慢，火焰也短。煤中的碳不是單質狀態存在，而是與氫、氮、硫等組成有機化合物。煤形成的地質年代越長，其揮發性成分含量越少，而含碳量則相對增加。例如，無煙煤含碳量約90%~98%，一般煤的含碳量約50%~95%。第一節燃料的性質3、燃料組成對燃燒的影響氫：是燃料中發熱量最高的元素。固體燃料中氫的含量為2%~10%，以碳氫化合物的形式存在，1kg氫完全燃燒時能放出120500kJ的熱量。氧：氧在燃料中與碳和氫生成化合物，降低了燃料的發熱量。氮：燃料中含氮量很少，一般為0.5%~1.5%。第一節燃料的性質硫：以三種形態存在：有機硫、硫化鐵硫和硫酸鹽硫。前兩種能放出熱量，稱之為揮發硫。硫燃燒生成產物為SO2和SO3，其中SO2占95%以上。水分：水分的存在使燃料中可燃成分相對地減少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（內部水分）組成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。內部水分要放在干燥箱中加熱到102~105C，保持2h后才能除掉。灰分：是燃料中不可燃礦物質，為燃料中有害成分。第一節燃料的性質4、煤的分類和組成煤的基本分類褐煤：最低品味的煤，形成年代最短，熱值較低。煙煤：形成年代較褐煤長，碳含量75%~90％。成焦性較強，適宜工業一般應用。無煙煤：煤化時間最長，含碳量最高（高于93％），成焦性差,發熱量大。第一節燃料的性質煤的成分分析工業分析（proximateanalysis） 測定煤中水分、揮發分、灰分和固定碳。估測硫含量和熱值，是評價工業用煤的主要指標。元素分析（ultimateanalysis） 用化學分析的方法測定去掉外部水分的煤中主要組分碳、氫、氮、硫和氧的含量。第一節燃料的性質煤的工業分析水分：一定重量13mm以下粒度的煤樣，在干燥箱內318～323K溫度下干燥8h，取出冷卻，稱重外部水分將失去外部水分的煤樣保持在375～380K下，約2h后，稱重內部水分第一節燃料的性質煤的工業分析揮發分：失去水分的試樣密封在坩堝內，放在1200K的馬弗爐中加熱7min，放入干燥箱中冷卻至常溫再稱重固定碳：失去水分和揮發分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的環境中灼燒到重量不再變化時，取出冷卻。焦炭所失去的重量為固定碳第一節燃料的性質煤的工業分析灰分：

從煤中扣除水分、灰分以及揮發分后剩余的部分為固定碳煤中灰分的組成：我國煤炭的平均灰分含量為25％灰分的存在降低了煤的熱值，也增加了煙塵污染和出渣量第一節燃料的性質煤的元素分析碳和氫：通過燃燒后分析尾氣中CO2和H2O的生成量測定氮：在催化劑作用下使煤中的氮轉化為氨，堿液吸收，滴定硫：與氧化鎂和無水硫酸鈉混合物反應，SSO42-，滴定第一節燃料的性質煤中硫的形態第一節燃料的性質煤成分的表示方法 要確切說明煤的特性，必須同時指明百分比的基準，常用的基準有以下四種：收到基：鍋爐爐前使用的燃料，包括全部灰分和水分

空氣干燥基：以去掉外部水分的燃料作為100%的成分，即在實驗室內進行燃料分析時的試樣成分第一節燃料的性質煤成分的表示方法

干燥基：以去掉全部水分的燃料作為100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少干燥無灰基：以去掉水分和灰分的燃料作為100%的成分第一節燃料的性質煤的成分的表示方法及其組成的相互關系第一節燃料的性質不同基準之間的換算公式第一節燃料的性質5、其他燃料石油液體燃料的主要來源鏈烷烴、環烷烴和芳香烴等多種化合物組成的混合物主要含碳和氫，還有少量硫、氮和氧氫含量增加時，比重減少，發熱量增加天然氣典型的氣體燃料一般組成為甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％第一節燃料的性質非常規燃料城市固體廢棄物商業和工業固體廢棄物農產物和農村廢物水生植物和水生廢物污泥處理廠廢物可燃性工業和采礦廢物天然存在的含碳和含碳氫的資源合成燃料

非常規燃料通常需要專門技術轉化為易于利用的形式 城市固體廢物用作燃料必須考慮其大氣污染問題第一節燃料的性質第二節燃料的燃燒過程1、影響燃燒過程的主要因素燃燒過程及燃燒產物

完全燃燒：CO2、H2O不完全燃燒：CO2、H2O&CO、黑煙及其他部分氧化產物如果燃料中含有S和N，則會生成SO2和NO空氣中的部分N可能被氧化成NO－熱力型NOx第二節燃料的燃燒過程1、影響燃燒過程的主要因素燃料完全燃燒的條件（3T）空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過大，會降低爐溫，增加熱損失溫度條件（Temperature）：達到燃料的著火溫度時間條件（Time）：燃料在高溫區停留時間應超過燃料燃燒所需時間燃料與空氣的混合條件（Turbulence）：燃料與氧充分混合典型燃料的著火溫度第二節燃料的燃燒過程燃燒火焰溫度與燃料混合比的關系（以CH4為例）第二節燃料的燃燒過程燃氣比和混合程度對燃燒產物的影響第二節燃料的燃燒過程2、燃料燃燒的理論空氣量建立燃燒方程式的假定：空氣組成 20.9%O2和79.1%N2，兩者體積比為：N2/O2=3.78燃料中固定氧可用于燃燒燃料中硫主要被氧化為SO2不考慮NOx的生成燃料中的N在燃燒時轉化為N2燃料的化學式為CxHySzOw第二節燃料的燃燒過程二、燃料的燃燒過程燃燒方程式：燃料重量=12x+1.008y+32z+16w理論空氣量：煤4～7m3/kg，液體燃料10～11m3/kg

例題：第二節燃料的燃燒過程空氣過剩系數實際空氣量與理論空氣量之比。以表示，通常>1部分爐型的空氣過剩系數第二節燃料的燃燒過程3、燃燒過程中產生的污染物燃燒可能釋放的污染物： CO2、CO、SOx、NOx、CH、煙、飛灰、金屬及其氧化物等溫度對燃燒產物的絕對量和相對量都有影響燃料種類和燃燒方式對燃燒產物也有影響第二節燃料的燃燒過程燃燒產物與溫度的關系第二節燃料的燃燒過程燃料種類對燃燒產物的影響（以1000MW電站為例）第二節燃料的燃燒過程4、熱化學關系式發熱量：單位燃料完全燃燒時，所放出的熱量，即在反應物開始狀態和反應產物終了狀態相同下的熱量變化（kJ/kgorkcal/kg）高位發熱量：包括燃燒生成物中水蒸氣的汽化潛熱低位發熱量：燃燒產物中的水蒸氣仍以氣態存在時，完全燃燒過程所釋放的熱量第二節燃料的燃燒過程燃燒設備的熱損失排煙熱損失不完全燃燒熱損失散熱損失在充分混合的條件下，熱損失在理論空氣量條件下最低不充分混合時，熱損失最小值出現在空氣過剩一側第二節燃料的燃燒過程燃燒熱損失與空燃比的關系第二節燃料的燃燒過程第三節煙氣體積及污染物排放量計算1、煙氣體積計算理論煙氣體積 CO2、SO2、N2和H2O 干煙氣、標準干煙氣、濕煙氣煙氣體積和密度的校正 轉化為標態下（273K、1atm）的體積和密度

注意：美、日和全球監測系統網的標態為298K、1atm。過剩空氣校正實際空氣量=（1+）（O2+3.78N2）完全燃燒：與理論空氣量相比多（O2+3.78N2）此時煙氣中，O2的量為O2P=O2，N2的量為N2P=3.78（1+）N2空氣中O2=（20.9/79.1）N2=0.264N2，即進入燃燒系統的空氣總氧量為0.264N2P第三節煙氣體積及污染物排放量計算過剩空氣校正理論需氧量=0.264N2P-O2P，空氣過剩系數=1+O2P/（0.264N2P-O2P）假如燃燒過程中產生CO，過剩氧量必須加以校正：O2P-0.5COP=1+（O2P-0.5COP）/[0.264N2P-（O2P-0.5COP）]以上組分的量均可由煙氣分析儀測定。第三節煙氣體積及污染物排放量計算2、污染物排放量計算P47例題第三節煙氣體積及污染物排放量計算第四節燃燒過程中硫氧化物的形成1、硫的氧化機理有機硫的分解溫度較低無機硫的分解速度較慢含硫燃料燃燒的特征是火焰呈藍色，由于反應：在所有的情況下，它都作為一種重要的反應中間體H2S的氧化第四節燃燒過程中硫氧化物的形成CS2和COS的氧化第四節燃燒過程中硫氧化物的形成元素S的氧化第四節燃燒過程中硫氧化物的形成有機硫化物的氧化第四節燃燒過程中硫氧化物的形成2、SO2和SO3之間的轉化反應方程式在熾熱反應區，[O]濃度很高，反應（1）和（2）起支配作用SO2+O+MSO3+M（1）SO3+OSO2+O2

（2）SO3+HSO2+OH（3）SO3+MSO2+O+M（4）第四節燃燒過程中硫氧化物的形成SO3生成速率

當d[SO3]/dt=0時，SO3濃度達到最大在富燃料條件下，[O]濃度低得多，SO3的去除反應主要為反應（3），SO3的最大濃度：第四節燃燒過程中硫氧化物的形成燃燒后煙氣中的水蒸氣可能與SO3結合生成H2SO4，轉化率:轉化率與溫度密切相關H2SO4濃度越高，酸露點越高煙氣露點升高極易引起管道和空氣凈化設施的腐蝕煙氣露點（SO2+SO3+H2O）公式：：露點溫度：煙氣水蒸氣體積％：煙氣SO3體積％第四節燃燒過程中硫氧化物的形成SO3的轉化率/%第四節燃燒過程中硫氧化物的形成第四節燃燒過程中硫氧化物的形成第五節燃燒過程中顆粒物的形成1、碳粒子的生成積炭的生成燃料的分子結構是影響積炭的主導因素積炭的生成與火焰的結構有關提高氧氣量可以防止積炭生成壓力越低則積炭的生成趨勢越小核化過程：氣相脫氫反應并產生凝聚相固體碳核表面上發生非均質反應較為緩慢的聚團和凝聚過程火焰的結構預混火焰：氣體燃料和空氣在燃燒前充分混合（bursenburner,meekerburner）擴散火焰：燃料和空氣分別進入燃燒區，混合然后發生反應（實際中應用最多），不同的區域有不同的

(0～)值層流火焰：Re<2200，分子擴散和傳導是控制過程湍流火焰：Re>2200，強烈的湍流作用，但分子擴散仍然起作用第五節燃燒過程中顆粒物的形成火焰的結構Laminar TransitionDevelopedTurbulent

heightJetvelocity第五節燃燒過程中顆粒物的形成石油焦和煤胞的生成燃料油霧滴在被充分氧化之前，與熾熱壁面接觸，發生液相裂化和高溫分解，出現結焦多組分重殘油的燃燒后期會生成煤胞，難以燃燒焦粒生成反應的順序： 烷烴烯烴帶支鏈芳烴凝聚環系瀝青 半園體瀝青瀝青焦焦炭第五節燃燒過程中顆粒物的形成煙塵：固體燃料燃燒產生的顆粒物，包括：黑煙：未燃盡的碳粒飛灰：不可燃礦物質微粒煤粉燃燒過程碳表面的燃燒產物為CO，它擴散離開表面并與O2反應灰層碳層外擴散第五節燃燒過程中顆粒物的形成煤粉燃燒過程理論上碳與氧的摩爾比近1.0時最易形成黑煙在預混火焰中，C/O大約為0.5時最易形成黑煙易燃燒又少出現黑煙的燃料順序為： 無煙煤焦炭褐煤低揮發分煙煤高灰發分煙煤碳粒子燃盡的時間與粒子的初始直徑、表面溫度、氧氣濃度等有關第五節燃燒過程中顆粒物的形成燃燒碳層中成分和溫度分布第五節燃燒過程中顆粒物的形成黑煙形成的化學過程第五節燃燒過程中顆粒物的形成高灰分燃料的擴散燃燒第五節燃燒過程中顆粒物的形成灰分中含有Hg、As、Se、Pb、Cu、Zn等污染元素第五節燃燒過程中顆粒物的形成飛灰的形成過程第五節燃燒過程中顆粒物的形成影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素煤質燃燒方式煙氣流速爐排和爐膛的熱負荷鍋爐運行負荷鍋爐結構第五節燃燒過程中顆粒物的形成影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素——煤質第五節燃燒過程中顆粒物的形成燃煤顆粒大小對飛灰含量的影響第五節燃燒過程中顆粒物的形成影響煙煤煙氣中飛灰排放特征的因素——燃燒方式第五節燃燒過程中顆粒物的形成影響煙煤煙氣中飛灰排放特征的因素——燃燒方式第五節燃燒過程中顆粒物的形成影響煙煤煙氣中飛灰排放特征的因素——燃燒方式第五節燃燒過程中顆粒物的形成影響煙煤煙氣中飛灰排放特征的因素——燃燒方式第五節燃燒過程中顆粒物的形成幾種燃燒方式的煙塵百分比第五節燃燒過程中顆粒物的形成幾種燃燒方式的煙塵顆粒概況第五節燃燒過程中顆粒物的形成影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素——運行負荷第五節燃燒過程中顆粒物的形成第六節燃燒過程中其他污染物的形成1、燃燒過程中其他污染物的形成形成歷程鏈烴分子氧化脫氫形成乙烯和乙炔延長乙炔的鏈形成各種不飽和基不飽和基進一步脫氫形成聚乙炔不飽和基通過環化反應形成C6－C2型芳香族化合物C6－C2基逐步合成為多環有機物比較活潑的碳氫化合物可能是產生光化學煙霧的直接原因碳氫化合物的產生量與燃料組成密切相關燃料中高分子碳氫化合物濃度與POM排放水平具有相關性燃料與空氣的充分混合可降低有機物的含量，但不利于NOx的控制同時減少CH和NOx的排放需要仔細控制混合的型式、溫度水平和整個系統的停留時間2、CO的形成CO是所有大氣污染物中量最大、分布最廣的一種CO的全球排放量為200×106t/a燃料中的碳都先形成CO，然后進一步氧化在火焰溫度下有足夠的氧并且停留時間足夠長，可以降低CO含量。CO的形成和破壞都由動力學控制，反應路線：第六節燃燒過程中其他污染物的形成第六節燃燒過程中其他污染物的形成3、Hg的形成與排放Hg對人的腎和神經系統有危害煤碳燃燒是Hg的一大來源煤中Hg的析出率與燃燒條件有關燃燒溫度>900oC時，析出率>90％還原性氣氛的析出率低于氧化性氣氛Hg排放控制是燃煤污染控制的新課題之一第六節燃燒過程中其他污染物的形成4、NOx的形成燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx熱力型NOx：

高溫下N2與O2反應生成的NOx瞬時NOx：低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx第六節燃燒過程中其他污染物的形成第六節燃燒過程中其他污染物的形成第六節燃燒過程中其他污染物的形成5、二惡英的形成機理第六節燃燒過程中其他污染物的形成第六節燃燒過程中其他污染物的形成第六節燃燒過程中其他污染物的形成第六節燃燒過程中其他污染物的形成燃燒條件的影響PCDD/PCDF,ng/Sm3第六節燃燒過程中其他污染物的形成顆粒物的影響CDD/CDFEmitted/RefuseFed(μmol/t)UncontrolledAsh/RefuseFed(kg/t)DataafterBartonetal,1990第六節燃燒過程中其他污染物的形成第五章顆粒污染物控制技術基礎本章內容粉塵的粒徑及粒徑分布粉塵的物理性質凈化裝置的性能顆粒捕集理論基礎第一節粉塵的粒徑及粒徑分布一顆粒的粒徑1顆粒的直徑（1）顯微鏡法定向直徑dF（Feret直徑）定向面積等分直徑dM（Martin直徑）投影面積直徑dA（Heywood直徑）第一節粉塵的粒徑及粒徑分布定向直徑dF（Feret直徑）：各顆粒在投影圖中同一方向上的最大投影長度。第一節粉塵的粒徑及粒徑分布定向面積等分直徑dM（Martin直徑）：各顆粒在投影圖中同一方向將顆粒投影面積二等分的線段長度。第一節粉塵的粒徑及粒徑分布投影面積直徑dA（Heywood直徑）：與顆粒投影面積相等的圓的直徑

Heywood測定分析表明，同一顆粒的dF>dA>dM第一節粉塵的粒徑及粒徑分布1顆粒的直徑（2）篩分法篩分直徑：顆粒能夠通過的最小方篩孔的寬度篩孔的大小用目表示－每英寸長度上篩孔的個數（3）光散射法等體積直徑dV：與顆粒體積相等的球體的直徑第一節粉塵的粒徑及粒徑分布1顆粒的直徑（4）沉降法斯托克斯（Stokes）直徑ds：同一流體中與顆粒密度相同、沉降速度相等的球體直徑空氣動力學當量直徑da：在空氣中與顆粒沉降速度相等的單位密度（1g/cm3）的球體的直徑斯托克斯直徑和空氣動力學當量直徑與顆粒的空氣動力學行為密切相關，是除塵技術中應用最多的兩種直徑。第一節粉塵的粒徑及粒徑分布2粒徑的測定粒徑的測定結果與顆粒的形狀有關通常用圓球度表示顆粒形狀與球形不一致的程度圓球度：與顆粒體積相等的球體的表面積和顆粒的表面積之比Φs（Φs<1）正立方體Φs＝0.806，圓柱體Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)第一節粉塵的粒徑及粒徑分布2粒徑的測定某些顆粒的圓球度第一節粉塵的粒徑及粒徑分布二粒徑的分布粒徑分布：粒徑分布指不同粒徑范圍內顆粒的個數（或質量或表面積）所占的比例個數分布質量分布表面積分布第一節粉塵的粒徑及粒徑分布二粒徑的分布1個數分布：每一間隔內的顆粒個數（1）個數頻率（2）個數篩下累積頻率（3）個數頻率密度（4）個數分布的測定與計算第一節粉塵的粒徑及粒徑分布個數頻率：第i個間隔中的顆粒個數ni與顆粒總數Σni之比第一節粉塵的粒徑及粒徑分布個數篩下累積頻率：小于第i個間隔上限粒徑的所有顆粒個數與顆粒總個數之比第一節粉塵的粒徑及粒徑分布個數頻率密度:簡稱個數頻度第一節粉塵的粒徑及粒徑分布個數眾徑dd:頻度p最大時對應的粒徑，此時個數中位粒徑（NMD）:累積頻率F=0.5時對應的粒徑d50第一節粉塵的粒徑及粒徑分布個數分布的測定與計算第一節粉塵的粒徑及粒徑分布類似于數量分布，也有質量頻率、質量篩下累積頻率、質量頻率密度等在所有顆粒具有相同密度、顆粒質量與粒徑立方成正比的假設下，粒數分布與質量分布可以相互換算同樣的，也有質量眾徑和質量中位直徑（MMD）二粒徑的分布2質量分布第一節粉塵的粒徑及粒徑分布三平均粒徑1眾徑dd2中位直徑d503長度平均粒徑4表面積平均粒徑5體積平均粒徑6表面積－體積平均粒徑7幾何平均粒徑討論：第一節粉塵的粒徑及粒徑分布長度平均粒徑第一節粉塵的粒徑及粒徑分布表面積平均粒徑第一節粉塵的粒徑及粒徑分布體積平均粒徑第一節粉塵的粒徑及粒徑分布表面積－體積平均粒徑第一節粉塵的粒徑及粒徑分布幾何平均粒徑第一節粉塵的粒徑及粒徑分布討論對于頻率密度分布曲線對稱的分布，眾徑dd、中位徑d50

和算術平均直徑頻率密度非對稱的分布，單分散氣溶膠，；否則，第一節粉塵的粒徑及粒徑分布四粒徑分布函數1正態分布（1）頻率密度（2）篩下累積頻率（3）標準差（4）說明（5）正態分布的累積頻率分布曲線第一節粉塵的粒徑及粒徑分布頻率密度第一節粉塵的粒徑及粒徑分布篩下累積頻率第一節粉塵的粒徑及粒徑分布標準差第一節粉塵的粒徑及粒徑分布正態分布是最簡單的分布函數

累計頻率曲線在正態概率坐標紙上為一條直線，其斜率取決于σ正態分布函數很少用于描述粉塵的粒徑分布，因為大多數粉塵的頻度曲線向大顆粒方向偏移第一節粉塵的粒徑及粒徑分布正態分布的累積頻率分布曲線第一節粉塵的粒徑及粒徑分布四粒徑分布函數2對數正態分布（1）以lndp代替dp得到的正態分布的頻度曲線第一節粉塵的粒徑及粒徑分布（2）對數正態分布在對數概率坐標紙上為一直線，斜率決定于第一節粉塵的粒徑及粒徑分布（3）平均粒徑的換算關系第一節粉塵的粒徑及粒徑分布（4）可用、MMD和NMD計算出各種平均直徑第一節粉塵的粒徑及粒徑分布（5）對數正態分布的累積頻率分布曲線第一節粉塵的粒徑及粒徑分布四粒徑分布函數3羅辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）若設得到第一節粉塵的粒徑及粒徑分布四粒徑分布函數3羅辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）一般多選用質量中位徑或第一節粉塵的粒徑及粒徑分布四粒徑分布函數3羅辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）判斷是否符合R－R分布應為一條直線R－R的適用范圍較廣，特別對破碎、研磨、篩分過程產生的較細粉塵更為適用分布指數n>1時，近似于對數正態分布；n>3時，更適合于正態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，kg/m3或g/cm3粉塵體積不包括顆粒內部和之間的縫隙－真密度用堆積體積計算——堆積密度空隙率——粉塵顆粒間和內部空隙的體積與堆積總體積之比第二節粉塵的物理性質二粉塵的安息角與滑動角安息角：粉塵從漏斗連續落下自然堆積形成的圓錐體母線與地面的夾角滑動角：自然堆積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的平板傾角安息角與滑動角是評價粉塵流動特性的重要指標安息角和滑動角的影響因素：粉塵粒徑、含水率、顆粒形狀、顆粒表面光滑程度、粉塵粘性第二節粉塵的物理性質三粉塵的比表面積單位體積粉塵所具有的表面積以質量表示的比表面積以堆積體積表示的比表面積第二節粉塵的物理性質四粉塵的含水率粉塵中的水分包括附在顆粒表面和包含在凹坑和細孔中的自由水分以及顆粒內部的結合水分含水率－水分質量與粉塵總質量之比含水率影響粉塵的導電性、粘附性、流動性等物理特性吸濕現象平衡含水率第二節粉塵的物理性質五粉塵的潤濕性潤濕性－粉塵顆粒與液體接觸后能夠互相附著或附著的難易程度的性質潤濕性與粉塵的種類、粒徑、形狀、生成條件、組分、溫度、含水率、表面粗糙度及荷電性有關，還與液體的表面張力及塵粒與液體之間的粘附力和接觸方式有關。第二節粉塵的物理性質五粉塵的潤濕性粉塵的潤濕性隨壓力增大而增大，隨溫度升高而下降潤濕速度－潤濕性是選擇濕式除塵器的主要依據第二節粉塵的物理性質六荷電性和導電性1粉塵的荷電性天然粉塵和工業粉塵幾乎都帶有一定的電荷荷電因素－電離輻射、高壓放電、高溫產生的離子或電子被捕獲、顆粒間或顆粒與壁面間摩擦、產生過程中荷電天然粉塵和人工粉塵的荷電量一般為最大荷電量的1/10荷電量隨溫度增高、表面積增大及含水率減小而增加，且與化學組成有關第二節粉塵的物理性質六荷電性和導電性2粉塵的導電性（1）比電阻（2）導電機制：高溫（200oC以上），粉塵本體內部的電子和離子—體積比電阻低溫（100oC以下），粉塵表面吸附的水分或其他化學物質－表面比電阻中間溫度，同時起作用（3）比電阻對電除塵器運行有很大影響，最適宜范圍104～1010第二節粉塵的物理性質（4）典型溫度－比電阻曲線第二節粉塵的物理性質七粉塵的粘附性粘附和自粘現象粘附力－克服附著現象所需要的力粘附力：分子力（范德華力）、毛細力、靜電力（庫侖力）斷裂強度－表征粉塵自粘性的指標，等于粉塵斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面積分類：不粘性、微粘性、中等粘性、強粘性粒徑、形狀、表面粗糙度、潤濕性、荷電量均影響粘附性第二節粉塵的物理性質八粉塵的自燃性和爆炸性1粉塵的自燃性自燃自然發熱的原因－氧化熱、分解熱、聚合熱、發酵熱影響因素：粉塵的結構和物化特性、粉塵的存在狀態和環境存放過程中自然發熱熱量積累達到燃點燃燒第二節粉塵的物理性質八粉塵的自燃性和爆炸性2粉塵的爆炸性自粉塵發生爆炸必備的條件：（1）可燃物與空氣或氧氣構成的可燃混合物達到一定的濃度最低可燃物濃度－爆炸濃度下限爆炸濃度上限（2）存在能量足夠的火源第三節凈化裝置的性能評價凈化裝置性能的指標技術指標處理氣體流量凈化效率壓力損失經濟指標設備費運行費占地面積第三節凈化裝置的性能一凈化裝置技術性能的表示方法1處理氣體流量漏風率2壓力損失第三節凈化裝置的性能二凈化效率的表示方法1總凈化效率2通過率3分級除塵效率分割粒徑dc－除塵效率為50％的粒徑第三節凈化裝置的性能二凈化效率的表示方法4分級效率與總效率的關系（1）由總效率求分級效率第三節凈化裝置的性能二凈化效率的表示方法4分級效率與總效率的關系（2）由分級效率求總效率第三節凈化裝置的性能二凈化效率的表示方法5多級串聯的總凈化效率總分級通過率總分級效率總除塵效率第四節顆粒捕集的理論基礎對顆粒施加外力使顆粒相對氣流產生一定位移并從氣流中分離顆粒捕集過程中需要考慮的作用力：外力、流體阻力、顆粒間相互作用力外力：重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、熱力、泳力等顆粒間相互作用力：顆粒濃度不高時可以忽略第四節顆粒捕集的理論基礎一流體阻力流體阻力＝形狀阻力＋摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反流體阻力的大小第四節顆粒捕集的理論基礎一流體阻力第四節顆粒捕集的理論基礎一流體阻力流體阻力與雷諾數的函數關系第四節顆粒捕集的理論基礎一流體阻力顆粒尺寸與氣體平均自由程接近時，顆粒發生滑動——坎寧漢修正第四節顆粒捕集的理論基礎二阻力導致的減速運動根據牛頓第二定律若僅考慮Stokes區域馳豫時間或松弛時間第四節顆粒捕集的理論基礎二阻力導致的減速運動積分得速度由u0減速到u所遷移的距離若引入坎寧漢修正系數C停止距離第四節顆粒捕集的理論基礎三重力沉降力平衡關系Stokes顆粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影響）湍流過渡區第四節顆粒捕集的理論基礎三重力沉降牛頓區Stokes直徑空氣動力學直徑第四節顆粒捕集的理論基礎四離心沉降力平衡關系Stokes顆粒的末端沉降速度第四節顆粒捕集的理論基礎五靜電沉降力平衡關系靜電沉降的末端速度習慣上稱為驅進速度，用w表示，對于Stokes粒子：第四節顆粒捕集的理論基礎六慣性沉降顆粒接近靶時的運動情況第四節顆粒捕集的理論基礎六慣性沉降1慣性碰撞慣性碰撞的捕集效率取決于三個因素（1）氣流速度在靶周圍的分布，用ReD衡量（2）顆粒運動軌跡，用Stokes數描述（3）顆粒對捕集體的附著，通常假定為100％第四節顆粒捕集的理論基礎六慣性沉降2攔截直接攔截發生在顆粒距捕集體dp/2的距離內攔截效率用直接攔截比R表示對于慣性大的顆粒第四節顆粒捕集的理論基礎六慣性沉降2攔截對于慣性小的顆粒第四節顆粒捕集的理論基礎七擴散沉降1擴散沉降布朗擴散作用對于小粒子的捕集影響較大顆粒的擴散類似于氣體分子的擴散對于粒徑約等于或大于氣體分子平均自由程的顆粒第四節顆粒捕集的理論基礎七擴散沉降1擴散沉降對于粒徑大于分子但小于氣體平均自由程的顆粒顆粒的均方根位移（時間t秒鐘）第四節顆粒捕集的理論基礎七擴散沉降2擴散沉降效率擴散沉降效率取決于皮克萊數Pe和雷諾數ReD粘性流單個圓柱體的效率第四節顆粒捕集的理論基礎七擴散沉降2擴散沉降效率勢流單個圓柱體效率孤立球形捕集體從理論上講，是可能的第六章除塵裝置本章內容機械除塵器電除塵器濕式除塵器過濾式除塵器除塵器的選擇與發展從氣體中除去或收集固態或液態粒子的設備稱為除塵裝置

濕式除塵裝置

干式除塵裝置第六章除塵裝置按分離原理分類：重力除塵裝置（機械式除塵裝置）

慣性力除塵裝置（機械式除塵裝置）離心力除塵裝置（機械式除塵裝置）洗滌式除塵裝置過濾式除塵裝置電除塵裝置聲波除塵裝置

第六章除塵裝置第一節機械除塵器機械除塵器通常指利用質量力（重力、慣性力和離心力）的作用使顆粒物與氣體分離的裝置，常用的有：重力沉降室慣性除塵器旋風除塵器第一節機械除塵器一重力沉降室重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置氣流進入重力沉降室后，流動截面積擴大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降層流式和湍流式兩種

第一節機械除塵器一重力沉降室1層流式重力沉降室假定沉降室內氣流為柱塞流；顆粒均勻分布于煙氣中忽略氣體浮力，粒子僅受重力和阻力的作用縱剖面示意圖第一節機械除塵器1層流式重力沉降室沉降室的長寬高分別為L、W、H，處理煙氣量為Q氣流在沉降室內的停留時間在t時間內粒子的沉降距離第一節機械除塵器1層流式重力沉降室該粒子的除塵效率第一節機械除塵器1層流式重力沉降室對于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?第一節機械除塵器1層流式重力沉降室對于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?minp36=QdgWLmrminp36=QdgWLmr由于沉降室內的氣流擾動和返混的影響，工程上一般用分級效率公式的一半作為實際分級效率第一節機械除塵器1層流式重力沉降室提高沉降室效率的主要途徑降低沉降室內氣流速度增加沉降室長度降低沉降室高度沉降室內的氣流速度一般為0.3～2.0m/s第一節機械除塵器1層流式重力沉降室沉降室內的氣流速度一般為0.3～2.0m/s不同粉塵的最高允許氣流速度第一節機械除塵器1層流式重力沉降室多層沉降室：使沉降高度減少為原來的1/（n+1），其中n為水平隔板層數考慮清灰的問題，一般隔板數在3以下第一節機械除塵器多層沉降室1.錐形閥；2.清灰孔；3.隔板第一節機械除塵器2湍流式重力沉降室湍流模式1－假定沉降室中氣流處于湍流狀態，垂直于氣流方向的每個斷面上粒子完全混合第一節機械除塵器2湍流式重力沉降室寬度為W、高度為H和長度為dx的捕集元，假定氣體流過dx距離的時間內，邊界層dy內粒徑為dp的粒子都將沉降而除去粒子在微元內的停留時間被去除的分數第一節機械除塵器2湍流式重力沉降室對上式積分得邊界條件：因此，其分級除塵效率得第一節機械除塵器2湍流式重力沉降室湍流模式2－完全混合模式，即沉降室內未捕集顆粒完全混合單位時間排出：(為除塵器內粒子濃度，均一)單位時間捕集：總分級效率重力沉降室歸一化的分級率曲線a層流－無混合b湍流－垂直混合c湍流－完全混合第一節機械除塵器3歸一化處理三種模式的分級效率均可用歸一化對Stokes顆粒，分級效率與dp成正比第一節機械除塵器4重力沉降室優缺點優點結構簡單投資少壓力損失小（一般為50～100Pa）維修管理容易缺點體積大效率低僅作為高效除塵器的預除塵裝置，除去較大和較重的粒子第一節機械除塵器二慣性除塵器1機理沉降室內設置各種形式的擋板，含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發生急劇轉變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離第一節機械除塵器2結構型式沖擊式－氣流沖擊擋板捕集較粗粒子沖擊式慣性除塵裝置a單級型b多級型第一節機械除塵器反轉式－改變氣流方向捕集較細粒子2結構型式反轉式慣性除塵裝置a彎管型

b百葉窗型

c多層隔板型第一節機械除塵器3應用一般凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵凈化效率不高，一般只用于多級除塵中的一級除塵，捕集10～20μm以上的粗顆粒壓力損失100～1000Pa第一節機械除塵器三旋風除塵器1旋風除塵器內氣流與塵粒的運動普通旋風除塵器是由進氣管、筒體、錐體和排氣管等組成氣流沿外壁由上向下旋轉運動：外渦旋少量氣體沿徑向運動到中心區域旋轉氣流在錐體底部轉而向上沿軸心旋轉：內渦旋氣流運動包括切向、軸向和徑向：切向速度、軸向速度和徑向速度第一節機械除塵器1旋風除塵器內氣流與塵粒的運動切向速度決定氣流質點離心力大小，顆粒在離心力作用下逐漸移向外壁到達外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗上渦旋－氣流從除塵器頂部向下高速旋轉時，一部分氣流帶著細小的塵粒沿筒壁旋轉向上，到達頂部后，再沿排出管外壁旋轉向下，最后從排出管排出第一節機械除塵器1旋風除塵器內氣流與塵粒的運動旋風除塵器內氣流的切向速度和壓力分布第一節機械除塵器1旋風除塵器內氣流與塵粒的運動切向速度外渦旋的切向速度分布：

此處n1，稱為渦流指數內渦旋的切向速度正比于半徑內外渦旋的界面上氣流切向速度最大交界圓柱面直徑d0=(0.6～1.0)de,de

為排氣管直徑第一節機械除塵器1旋風除塵器內氣流與塵粒的運動徑向速度假定外渦旋氣流均勻地經過交界圓柱面進入內渦旋平均徑向速度r0和h0分別為交界圓柱面的半徑和高度，m第一節機械除塵器1旋風除塵器內氣流與塵粒的運動軸向速度外渦旋的軸向速度向下內渦旋的軸向速度向上在內渦旋，軸向速度向上逐漸增大，在排出管底部達到最大值第一節機械除塵器2旋風除塵器的壓力損失：局部阻力系數A：旋風除塵器進口面積局部阻力系數旋風除塵器型式XLTXLT?AXLP?AXLP?Bξ5.36.58.05.8第一節機械除塵器2旋風除塵器的壓力損失相對尺寸對壓力損失影響較大，除塵器結構型式相同時，幾何相似放大或縮小，壓力損失基本不變含塵濃度增高，壓力降明顯下降操作運行中可以接受的壓力損失一般低于2kPa第一節機械除塵器3旋風除塵器的除塵效率計算分割直徑是確定除塵效率的基礎在交界面上，離心力FC，向心運動氣流作用于塵粒上的阻力FD

若FC>FD，顆粒移向外壁若FC<FD，顆粒進入內渦旋當FC=FD時，有50%的可能進入外渦旋，既除塵效率為50%

第一節機械除塵器3旋風除塵器的除塵效率對于球形Stokes粒子分割粒徑dc確定后，雷思一利希特模式計算其它粒子的分級效率另一種經驗公式第一節機械除塵器4影響旋風除塵器效率的因素二次效應－被捕集粒子的重新進入氣流在較小粒徑區間內，理應逸出的粒子由于聚集或被較大塵粒撞向壁面而脫離氣流獲得捕集，實際效率高于理論效率在較大粒徑區間，粒子被反彈回氣流或沉積的塵粒被重新吹起，實際效率低于理論效率通過環狀霧化器將水噴淋在旋風除塵器內壁上，能有效地控制二次效應臨界入口速度第一節機械除塵器4影響旋風除塵器效率的因素比例尺寸在相同的切向速度下，筒體直徑愈小，離心力愈大，除塵效率愈高；筒體直徑過小，粒子容易逃逸，效率下降。錐體適當加長，對提高除塵效率有利。排出管直徑愈小分割直徑愈小，即除塵效率愈高；直徑太小，壓力降增加，一般取排出管直徑de=(0.4～0.65)D。特征長度(naturallength)——亞歷山大公式旋風除塵器排出管以下部分的長度應當接近或等于l，筒體和錐體的總高度以不大于5倍的筒體直徑為宜。第一節機械除塵器4影響旋風除塵器效率的因素比例尺寸對性能的影響比例變化性能趨向投資趨向壓力損失效率增大旋風除塵器直徑降低降低提高加長筒體稍有降低提高提高增大入口面積（流量不變）降低降低——增大入口面積（速度不變）提高降低降低加長錐體稍有降低提高提高增大錐體的排出孔稍有降低提高或降低——減小錐體的排出孔稍有提高提高或降低——加長排出管伸入器內的長度提高提高或降低提高增大排氣管管徑降低降低提高

鎖氣器(a)雙翻板式(b)回轉式第一節機械除塵器4影響旋風除塵器效率的因素除塵器下部的嚴密性在不漏風的情況下進行正常排灰第一節機械除塵器4影響旋風除塵器效率的因素煙塵的物理性質氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣含塵濃度第一節機械除塵器4影響旋風除塵器效率的因素操作變量提高煙氣入口流速，旋風除塵器分割直徑變小，除塵器性能改善入口流速過大，已沉積的粒子有可能再次被吹起，重新卷入氣流中，除塵效率下降效率最高時的入口速度a.直入切向進入式b.蝸殼切向進入式c.軸向進入式第一節機械除塵器5結構型式進氣方式分切向進入式軸向進入式第一節機械除塵器5結構型式氣流組織分回流式直流式平旋式旋流式回流式多管旋風除塵器第一節機械除塵器5結構型式多管旋風除塵器由多個相同構造形狀和尺寸的小型旋風除塵器(又叫旋風子)組合在一個殼體內并聯使用的除塵器組常見的多管除塵器有回流式和直流式兩種第一節機械除塵器6旋風除塵器的設計選擇除塵器的型式根據含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征，及除塵要求、允許的阻力和制造條件等因素根據允許的壓力降確定進口氣速，或取為12～25m/s確定入口截面A，入口寬度b和高度h第一節機械除塵器6旋風除塵器的設計確定各部分幾何尺寸尺寸名稱XLP/AXLP/BXLT/AXLT入口寬度，b入口高度，h筒體直徑，D上3.85b下0.7D3.33b（b=0.3D）3.85b4.9b排出筒直徑，de上0.6D下0.6D0.6D0.6D0.58D筒體長度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D錐體長度，H上0.50D下1.00D2.3D2.0D1.3D灰口直徑，d10.296D0.43D0.3D0.145D進口速度為右值時的壓力損失12m/s700（600）5000（420）860（770）440（490）15m/s1100（940）890（700）1350（1210）670（770）18m/s1400（1260）1450（1150）1950（1740）990（1110）第一節機械除塵器6旋風除塵器的設計也可選擇其它的結構，但應遵循以下原則為防止粒子短路漏到出口管，h≤s，其中s為排氣管插入深度；為避免過高的壓力損失，b≤(D－de)/2；為保持渦流的終端在錐體內部，（H+L）≥3D；為利于粉塵易于滑動，錐角＝7o～8o；為獲得最大的除塵效率，de/D≈0.4～0.5，（H+L）/de≈8～10；s/de≈1.旋風除塵器對于

dp<5μm的粒子效率低，必須借助外力（電場力等）捕集更小的粒子;使塵粒荷電并在電場力的作用下沉積在集塵極上;與其他除塵器的根本區別在于，分離力直接作用在粒子上，而不是作用在整個氣流上;具有耗能小、氣流阻力小的特點。第二節電除塵器第二節電除塵器電除塵器的主要優點壓力損失小，一般為200～500Pa處理煙氣量大，可達105～106m3/h能耗低，大約0.2～0.4kWh/1000m3對細粉塵有很高的捕集效率，可高于99％可在高溫或強腐蝕性氣體下操作第二節電除塵器三個基本過程懸浮粒子荷電——高壓直流電暈帶電粒子在電場內遷移和捕集——延續的電暈電場（單區電除塵器）或光滑的不放電的電極之間的純靜電場（雙區電除塵器）捕集物從集塵表面上清除——振打除去接地電極上的粉塵層并使其落入灰斗一、電除塵器的工作原理第二節電除塵器一、電除塵器的工作原理第二節電除塵器一、電除塵器的工作原理第二節電除塵器單區和雙區電除塵器雙區電除塵器單區電除塵器第二節電除塵器二、電暈放電1、電暈放電機理金屬絲放出的電子迅速向正極移動，與氣體分子撞擊使之離子化氣體分子離子化的過程又產生大量電子——雪崩過程遠離金屬絲，電場強度降低，氣體離子化過程結束，電子被氣體分子捕獲氣體離子化區域——電暈區自由電子和氣體負離子是粒子荷電的電荷來源第二節電除塵器二、電暈放電第二節電除塵器二、電暈放電2、起始電暈電壓——開始產生電暈電流所施加的電壓管式電除塵器內任一點的電場強度起始電暈電壓與煙氣性質和電極形狀、幾何尺寸等因素有關，起始電暈所需要電場強度（皮克經驗公式）——空氣的相對密度m——導線光滑修正系數，無因次，0.5<m<1.0在r=a時（電暈電極表面上），起始電暈電壓第二節電除塵器二、電暈放電

正、負電暈極在空氣中的電暈電流一電壓曲線

電暈區范圍逐漸擴大致使極間空氣全部電離——電場擊穿；相應的電壓——擊穿電壓在相同電壓下通常負電暈電極產生較高的電暈電流，且擊穿電壓也高得多工業氣體凈化傾向于采用穩定性強，操作電壓和電流高的負電暈極；空氣調節系統采用正電暈極，好處在于其產生臭氧和氮氧化物的量低。第二節電除塵器二、電暈放電3、影響電暈特性的因素電極的形狀、電極間距離氣體組成、壓力、溫度不同氣體對電子的親合力、遷移率不同氣體溫度和壓力的不同影響電子平均自由程和加速電子及能產生碰撞電離所需要的電壓氣流中要捕集的粉塵的濃度、粒度、比電阻以及在電暈極和集塵極上的沉積電壓的波形第二節電除塵器三、粒子荷電兩種機理電場荷電或碰撞荷電——離子在靜電力作用下做定向運動，與粒子碰撞而使粒子荷電擴散荷電——離子的擴散現象而導致的粒子荷電過程；依賴于離子的熱能，而不是依賴于電場粒子的主要荷電過程取決于粒徑大于0.5m的微粒，以電場荷電為主小于0.15m的微粒，以擴散荷電為主介于之間的粒子，需要同時考慮這兩種過程。第二節電除塵器粒子荷電電荷累積粒子場強增加沒有氣體分子能夠到達粒子表面，電荷飽和三、粒子荷電1、電場荷電第二節電除塵器三、粒子荷電粒子獲得的飽和電荷

影響電場荷電的因素

粒徑dp和介電常數ε電場強度E0和離子密度N0

一般粒子的荷電時間僅為0.1s，一般可以認為粒子進入除塵器后立刻達到了飽和電荷1、電場荷電第二節電除塵器與電場電荷過程相反，不存在擴散荷電的最大極限值荷電量取決于離子熱運動的動能、粒子大小和荷電時間擴散荷電理論方程三、粒子荷電2、擴散荷電第二節電除塵器處于中間范圍

（0.15～0.5μm）的粒子，需同時考慮電場荷電和擴散荷電根據Robinson的研究，簡單地將電場荷電和擴散荷電的電荷相加，可近似地表示兩種過程綜合作用時的荷電量，與實驗值基本一致三、粒子荷電3、電場荷電和擴散荷電的綜合作用第二節電除塵器沉積在集塵極表面的高比電阻粒子導致在低電壓下發生火花放電或在集塵