粉尘特性

粉尘特性
粉尘本身固有的各种物理、化学性质叫做粉尘特性。

粉尘具有许多不同的特性，与防尘技术关系密切的有游离二氧化硅含量、密度、粒径和分散度、安置角和滑动角、粘附性、湿润性与水硬性、磨损性、爆炸性、荷电性(带电性)、比电阻等。

游离二氧化硅含量自然界没有纯粹的硅，它总是以化合物的形式存在，最常见的是二氧化硅(SiO2)。

游离二氧化硅是指不与其他元素的氧化物结合在一起的二氧化硅，如石英。

石棉(CaO·3MgO·4SiO2)和滑石(3MgO·4SiO2·H2O)中，虽然也有二氧化硅成分，但它是与其他元素的氧化物，如氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)结合在一起的。

这种以结合状态存在的二氧化硅，叫做硅酸盐。

各种矿石、原料和粉尘的游离二氧化硅含量，可以用化学分析方法(如焦磷酸法)或物理方法(如X线衍射法、红外线分光光度法等)测定出来。

大量的实验研究和卫生学调查都表明，粉尘中游离二氧化硅含量越高，尘肺的发病时间越短，病变发展速度越快，危害性越大。

如吸入含游离二氧化硅70％以上的粉尘时，往往形成以结节为主的弥漫性纤维化，而且发展较快，又易于融合。

当粉尘中游离二氧化硅含量低于10％时，则肺内病变以间质性为主，发展较慢且不易融合。

粉尘的密度粉尘的密度有堆积密度和真密度之分。

自然堆积状态下单位体积粉尘的质量称为堆积密度(或称容积密度)，它与粉尘的贮运设备和除尘器灰斗容积的设计有密切关系。

在粉尘(或物料)的气力输送中也要考虑粉尘的堆积密度。

密实状态下单位体积粉尘的质量称为真密度(或称尘粒密度)，它对机械类除尘器(如重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器)的工作和效率具有较大的影响。

例如，对于粒径大、真密度大的粉尘可以选用重力沉降室或旋风除尘器，而对于真密度小的粉尘，即使粒径较大也不宜采用这种类型的除尘器。

粉尘的粒径和分散度表征粉尘颗粒大小的代表性尺寸叫做粉尘的粒径。

对球形尘粒来说，是指它的直径。

实际的尘粒大多是不规则的，一般也用“粒径”来衡量其大小，然而此时的尘粒只能根据赋予的定义用某一个有代表性的尺寸作为它的粒径。

同一粉尘按不同定义所得的粒径，不但数值不同，应用场合也不一样。

因此，在使用粉尘粒径时，必须了解所采用的粒径含义。

在选取粒径测定方法时，除需考虑方法本身的精度、操作难易及费用等因素外，还应特别注意测定的目的和应用场合。

不同的粒径测定方法，得出不同概念的粒径。

因此，在给出或应用粒径分析结果时，还必须说明或了解所用的测定方法。

下面介绍几种常用的粉尘粒径：
1．投影粒径。

用显微镜法直接观测时测得的粒径为投影粒径。

根据定义不同，分为定向粒径、定向面积等分粒径和投影圆等值粒径。

2．斯托克斯粒径和空气动力粒径。

可用沉降法(如移液管法、沉降天平法等)间接测定得到。

斯托克斯粒径ds，指与被测尘粒密度相同、沉降速度相同的球形粒子直径。

当尘粒沉降的雷诺数Re≤1时，按斯托克斯定律，可得到斯托克斯粒径的定义式为：
式中μ—流体动力黏性系数，Pa·s；
Vs——沉降速度，m/s；
g——重力加速度，m/s2；
ρc——尘粒密度，kg/m3；
ρ——流体密度，kg/m3。

空气动力粒径d s，指与被测尘粒在空气中的沉降速度相同、密度为1g／cm3(1 000kg／m3)的球形粒子直径。

单位用微米(气)，并记为μmA。

斯托克斯粒径和空气动力粒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。

如果忽略空气密度ρ的影响，由两者的定义，可以得到(ρc的单位用g／cm3)空气动力粒径与斯托克斯粒径的关系式为：
3．分割粒径d c50。

分割粒径又称临界粒径，系指某除尘器能捕集一半的尘粒的直径，即除尘器分级效率为50％的尘粒直径。

这是一种表示除尘器性能的很有代表性的粒径。

粉尘的颗粒大小不同，不但对人体和环境的危害不同，而且对粉尘的吸捕方法以及除尘器的除尘机理和性能都有很大影响，所以，粒径是粉尘的最基本特性之一。

粉尘的粒径分布(也称粒径的频率分布)叫做分散度。

可用分组(按粉尘粒径大小分组)的质量百分数或个数百分数来表示。

前者称为质量分散度，后者称为计数分散度。

因质量分散度能反映不同粒径粉尘对人体和除尘器性能的影响，所以在防尘技术中多采用质量分散度。

粉尘的分散度高，即表示小粒径粉尘占的比例大，反之则小。

粉尘的分散度不同，对人体的危害以及除尘机理和所采取的除尘方式也不同。

因此，掌握粉尘的分散度是评价粉尘危害程度，评价除尘器性能和选择除尘器的基本条件。

粉尘的安置角和滑动角将粉尘自然地堆放在水平面上，堆积成圆锥体的锥底角称为安置角，也叫休止角、堆积角、安息角。

将粉尘置于光滑的平板上，使该板倾斜到粉尘开始滑动时的角度称为滑动角，也叫动安置角。

粉尘的安置角和滑动角是评价粉尘流动性的一个重要指标，它们与粉尘的粒径、含水率、尘粒形状、尘粒表面光滑程度、粉尘粘附性等因素有关，是设计除尘器灰斗或料仓锥度、除尘管道或输灰管道倾斜度的主要依据。

粉尘的粘附性粉尘之间或粉尘与固体表面(如器壁或管壁等)之间的粘附性质称为粉尘的粘附性。

粉尘相互间凝并与粉尘在器壁或管道壁上堆积，都与粉尘的粘附性有关。

前者会使尘粒增大，易被各种除尘器所捕集，后者易使除尘设备或管道发生故障和堵塞。

粉尘粘附性的强弱取决于粉尘的性质(形状、粒径、含湿量等)和外部条件(空气的温度和湿度、尘粒的运动状况、电场力、惯性力等)。

粉尘的湿润性和水硬性粉尘粒子被水(或其他液体)湿润难易的性质称为粉尘的湿润性。

有的粉尘(如锅炉飞灰、石英砂等)容易被水湿润，与水接触后会发生凝并、增重，有利于从气流中分离，这种粉尘称为亲水性粉尘。

有的粉尘(如炭黑、石墨等)很难被水湿润，这种粉尘称为憎水性粉尘。

用湿式除尘器处理憎水性粉尘，除尘效率不高。

如果在水中加入某些湿润剂(如皂角素、平平加等)，可以减小固液之间的表面张力，提高粉尘的湿润性。

有的粉尘(如水泥、石灰)与水接触后，会粘结变硬形成硬垢，这种粉尘称为水硬性粉尘。

水硬性粉尘易使湿式除尘器和排水管道结垢堵塞，故不宜采用湿法除尘。

粉尘的磨损性粉尘的磨损性是指粉尘在流动过程中对器壁或管壁的磨损程度。

硬度高、密度大、带有棱角的粉尘磨损性大。

粉尘的磨损性与气流速度的
2～3次方成正比。

为了减轻粉尘的磨损，需要适当地选取除尘管道中的气流速度和壁厚。

对磨损性大的粉尘，最好在易于磨损的部位如管道的弯头、旋风除尘器的内壁等处采用耐磨材料作内衬，除了一般耐磨涂料外，还可以采用铸石、铸铁等材料。

爆炸危险性粉尘悬浮在空气中的某些粉尘，当达到一定浓度时，如果存在着能量足够的火源(如火焰、电火花、炽热物体或由于摩擦、振动、碰撞等引起的火花)就会发生爆炸，这类粉尘称为爆炸危险性粉尘。

具有爆炸危险的粉尘在空气中的浓度只有在一定范围内才能发生爆炸，这个爆炸范围的最低浓度叫做爆炸下限，最高浓度叫做爆炸上限。

粉尘的爆炸上限，由于浓度值过大(如糖粉的爆炸上限浓度为13．5kg／m3)，在多数场合下都达不到，故设计手册一般只给出粉尘爆炸下限的数值。

粉尘的粒径越小，此表面积越大，粉尘和空气的湿度越小，爆炸危险性越大。

对于有爆炸危险性的粉尘，在通风除尘系统设计时，必须给予充分注意，采取必要的防爆措施。

粉尘的荷电性粉尘在其产生和运动过程中，由于相互碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电及接触带电体等原因而带有一定电荷的性质称为粉尘的荷电性。

电除尘器就是专门利用粉尘能荷电的特性从含尘气流中捕集粉尘的。

在其他除尘器(袋式除尘器、湿式除尘器等)中越来越多地利用粉尘的荷电性来提高对粉尘的捕集性能。

然而，粉尘的自然荷电由于具有两种极性，同时荷电量也很少，故不能满足除尘的需要。

因此，为了达到捕集粉尘的目的，往往要利用外加条件使粉尘荷电，最常用的方法是设置专门的高压电场，利用电晕放电使所用的尘粒都充分荷电。

粉尘的比电阻粉尘的比电阻是指面积为1cm2、厚度为1cm的粉尘层所具有的电阻值，可以通过实测按下式计算：
式中U——通过粉尘层的电压降，V；
I——通过粉尘层的电流，A；
F——粉尘试样的横断面积，cm2；
δ——粉尘层的厚度，cm。

粉尘的比电阻对电除尘器的效率有很大的影响，最有利的电捕集范围为104～5×1010Ω·cm。

当粉尘的比电阻不利于电除尘器捕尘时，需要采取措施来调节粉尘的比电阻，使其处于适合电捕集的范围。

在工业中经常遇到高于5×1010Ω·cm的所谓高比电阻粉尘，为了扩大电除尘器的应用范围，可采取喷雾增湿、调节烟气温度和在烟气中加入导电添加剂(如三氧化硫、氨等)等措施来降低粉尘的比电阻。