Плотность и дисперсный состав пылей и аэрозолей

Надежность и эффективность систем газоочистки во многом зависит от

физико-химических свойств пыли и от основных параметров газовых потоков, которые должны быть хорошо изучены и учтены при проектировании и эксплуатации систем газоочистки.

Важнейшей характеристикой золы и пылей является их плотность, кг/м³или г/см³. Принято рассматривать истинную, насыпную и кажущуюся плотности.

Истинная плотность частицы представляет собой отношение массы гладкой монолитной частицы к занимаемому ею объему.

Кажущаяся плотность частиц представляет собой отношение массы частиц к занимаемому ими объему, включая поры, пустоты, неровности и т.п.

Насыпная плотность пыли, в отличие от истинной, учитывает наличие

воздушных зазоров между частицами свеженасыпанной пыли. Насыпной плотностью пользуются для определения объема, который занимает пыль в бункерах в первое время до начала ее слеживания. Насыпная плотность слежавшейся пыли обычно в 1,2−1,5 раза больше, чем у свеженасыпанной.

На величину насыпной и кажущейся плотности пыли существенное влияние оказывают различные физико-химические процессы (вибрация, коагуляция, спекание, смачивание, окисление и т.д.).

Для правильного выбора пылеулавливающего аппарата необходимы, прежде всего, сведения о дисперсном составе пылей.

Дисперсный состав пылей определяют экспериментально. Для этого чаще всего используют приборы, называемые импакторами. Работа импактора основана на избирательной сепарации частиц по размерам при пропускании газа через ряд последовательно установленных сопел уменьшающегося сечения, под которыми находятся плоские осадительные пластины (подложки). Проба газа изокинетично прокачивается через прибор с постоянным расходом. На подложках импактора происходит инерционное осаждение частиц, причем средний размер их на каждой последующей подложке (ступени импактора) получается меньше, чем на предыдущей. Самые мелкие частицы (не осевшие на подложках предыдущих ступеней импактора) задерживаются абсолютным фильтром. Таким образом, анализируемые частицы оказываются рассортированными на фракции, число которых равно числу ступеней (каскадов) импактора, включая ступень абсолютного фильтра. Используют пяти-, шести- и семикаскадные импакторы.

Результаты определения дисперсного состава пыли обычно представляют в виде зависимости массовых (иногда счетных) фракций частиц от их размера.

Под фракцией понимают массовые (счетные) доли частиц, содержащихся в определенном интервале размеров частиц. Распределение частиц пылей по размерам могут быть различными, однако на практике они часто согласуются с логарифмическим нормальным законом распределения Гаусса (ЛНР). В интегральной форме это распределение описывается формулой:

(7)

где М(d_a) − относительная доля частиц размером менее d_a; d_m − медианный размер частиц, при котором доли частиц размером более и менее dm равны; lgσ −среднеквадратичное отклонение в функции ЛНР.

Графики ЛНР частиц обычно строят в вероятностно-логарифмической системе координат, текущий размер частиц откладывают на оси абсцисс, а на оси ординат − относительную долю частиц с размерами меньше d_a. Шкала оси абсцисс представляет собой логарифм диаметра частиц, а шкала оси ординат строится путем вычисления каждого из значений шкалы по уравнению:

(8)

где у = lg(d_a/d_m) / lgσ.

Цифровые значения этой функции табулированы и приводятся в сокращенном виде:

М (da), %	у	М (da), %	у
	-2,326		0,0
	-1,645		0,126
	-1,282		0,253
	-1,036		0,385
15,9	-1,00		0,524
	-0,842		0,675
	-0,675		0,824
	-0,524	84,1	1,00
	-0,384		1,036
	-0,253		1,282
	-0,126		1,645
			2,326

Если в этой системе координат интегральное распределение частиц по размерам описывается прямой линией, то данное распределение подчиняется

ЛНР. В этом случае d_m находят как абсциссу точки графика, ордината которой равна 50 %, а lgσ = lgd84,1−lgd_m. Для характеристики пылей и сравнения их между собой достаточно иметь два параметра: d_m и lgσ . Значение d_m дает средний размер частиц, а lgσ − степень полидисперсности пыли. В табл. 2 приведены значения dm и lgσ для некоторых пылей.

Таблица 2

Технологический процесс	Вид пыли	dm, мкм	lgσ
Заточка инструмента	Металл, абразив		0,214
Размол в шаровой мельнице	Цемент		0,468
Сушка угля в барабане	Каменный уголь		0,334
Экспериментальные исследования	Кварцевая пыль	3,7	0,405

По дисперсности пыли классифицированы на 5 групп:

I − очень крупнодисперсная пыль, d_m > 140 мкм;

II − крупнодисперсная пыль, d_m = 40.140 мкм;

III − среднедисперсная пыль, d_m = 10.40 мкм;

IV − мелкодисперсная пыль, d_m = 1.10 мкм;

V − очень мелкодисперсная пыль, d_m < 1 мкм.

Адгезионные свойства частиц

Эти свойства частиц определяют их склонность к слипаемости. Повышенная слипаемость частиц может привести к частичному или полному забиванию аппаратов. Чем меньше размер частиц пыли, тем легче они прилипают к поверхности аппарата. Пыли, у которых 60−70 % частиц имеют диаметр меньше 10 мкм, ведут себя как слипающиеся, хотя те же пыли с размером частиц более 10 мкм

обладают хорошей сыпучестью.

По слипаемости пыли делятся на 4 группы:

1. Неслипающаяся (сухая шлаковая, кварцевая; сухая глина);

2. Слабослипающаяся (коксовая; магнезитовая сухая; апатитовая сухая; доменная; колошниковая летучая зола, содержащая много несгоревших про-

дуктов; сланцевая зола);

3. Среднеслипающаяся (торфяная, влажная магнезитовая; металлическая, содержащая колчедан, оксиды свинца, цинка и олова, сухой цемент; летучая зола без недожига; торфяная зола; сажа, сухое молоко; мука, опилки);

4. Сильнослипающаяся (цементная; выделенная из влажного воздуха; гипсовая и алебастровая; содержащая нитрофоску, двойной суперфосфат, клинкер, соли натрия; волокнистая (асбест, хлопок, шерсть)).

Абразивность частиц

Абразивность пыли характеризует интенсивность износа металла газохода и очистных устройств. Она зависит от твердости, формы, размера и плотности частиц. Абразивность учитывают при расчетах аппаратуры (выбор скорости газа, толщины стенок аппаратуры и облицовочных материалов).

Смачиваемость частиц

Смачиваемость частиц водой оказывает влияние на эффективность мокрых пылеуловителей, особенно при работе с рециркуляцией. Гладкие частицы смачиваются лучше, чем частицы с неровной поверхностью, так как последние в большей степени оказываются покрытыми абсорбированной газовой оболочкой, затрудняющей смачивание.

По характеру смачивания все частицы из твердых материалов можно разделить на три основные группы:

1) гидрофильные материалы − хорошо смачиваемые (кальций, кварц,

большинство силикатов и окисленных минералов, галогениды щелочных металлов);

2) гидрофобные материалы − плохо смачиваемые (графит, уголь, сера);

3) абсолютно гидрофобные − парафин, тефлон, битумы.

Гигроскопичность частиц

Способность пыли впитывать влагу зависит от химического состава, размера, формы и степени шероховатости поверхности частиц. Гигроскопичность способствует их улавливанию в аппаратах мокрого типа.