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/м³ или 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 им-пакторы.

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 разме-

рам могут быть различными, однако на практике они часто согласуются с лога­рифмическим нормальным законом распределения Гаусса (ЛНР). В интеграль­ной форме это распределение описывается формулой:

 

21₈²а

(7)

где М(da) - относительная доля частиц размером менее d_a; d_m - медианный раз­мер частиц, при котором доли частиц размером более и менее dm равны; 1§а -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 da. Шкала оси абс­цисс представляет собой логарифм диаметра частиц, а шкала оси ординат стро­ится путем вычисления каждого из значений шкалы по уравнению:

100-М(с1_а) =

_к-у²/2(1у

(8)

где у = lg(d_a/d_m) / 1§ст.

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 1§а = 1§с184,1-1§с1_т. Для характеристики пылей и сравнения их ме­жду собой достаточно иметь два параметра: d_m и 1§а. Значение dm дает средний размер частиц, а 1§а - степень полидисперсности пыли. В табл. 2 приведены значения d_m и 1§а для некоторых пылей.

Таблица 2

 

Технологический процесс	Вид пыли	dm, мкм	Ыо
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, dm > 140 мкм;

II - крупнодисперсная пыль, d_m = 40н-140 мкм;

III - среднедисперсная пыль, d_m = 10н-40 мкм;

IV - мелкодисперсная пыль, d_m = 1н-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; гип­
совая 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 ме­
таллов);

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.

Электрическая проводимость слоя пыли

Этот показатель оценивается по удельному электрическому сопротивле­нию слоя пыли р_сл, которое зависит от свойств отдельных частиц (от поверхно­стной и внутренней электропроводности, формы и размеров частиц), а также от структуры слоя и параметров газового потока. Оно оказывает существенное влияние на работу электрофильтров.

В зависимости от удельного электрического сопротивления пыли делятся натри группы:

1) низкоомные пыли р_сл< 10 Ом-см (при осаждении на электроде частицы
пыли мгновенно разряжаются, что может привести к вторичному уносу);

2) пыли с р_сл = 10 -10 Ом-см (эти пыли хорошо улавливаются в электро­
фильтре, так как разряд частиц происходит не сразу, а в течение времени, необ­
ходимого для накапливания слоя);

3) пыли с р_сл= Ю -10 Ом-см (улавливание пыл ей этой группы в электро­
фильтрах вызывает большие трудности; частицы пыли этой группы образуют
на электроде пористый изолирующий слой).