7.3 Основные свойства пыли

Плотность частиц

Различают истинную, насыпную и кажущуюся плотность. Насыпная плотность (в отличие от истинной) учитывает воздушную прослойку между частицами пыли. При слеживании насыпная плотность возрастает в 1,2-1,5 раза.

Кажущаяся плотность представляет собой отношение массы частиц к занимаемому ею объему, включая поры, пустоты и неровности. Гладкие монолитные частицу имеют плотность, практически совпадающую с истинной. Пыли, склонные к коагулированию и спеканию, снижают кажущуюся плотность по отношению к истинной.

Дисперсность частиц

Размер частицы является основным ее параметром. Выбор пылеуловителя определяется дисперсным составом улавливаемой пыли.

Частицы промышленной пыли имеют различную форму (шарики, палочки, пластинки, иглы, чешуйки, волокна и т.д.). Частицы пыли могут коагулироваться и объединяться в агломераты, поэтому понятие размера частицы условно. В пылеулавливании принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения. Такой величиной служит седиментационный диаметр — диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности частицы. При этом сама частица может иметь произвольную форму. Пылевые частицы различной формы при одной и той же массе оседают с разной скоростью. Чем ближе их форма к сферической, тем быстрее они оседают.

Наибольший и наименьший размеры частиц характеризуют диапазон дисперсности данной пыли. Для характеристики дисперсного состава пыли разбивают всю массу пылинок на некоторые фракции, ограниченные частицами определенного размера с указанием, какую долю в процентах по массе (или по числу частиц) они составляют.

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:

Неслипающаяся: сухая шлаковая, кварцевая; сухая глина.

Слабослипающаяся: коксовая; магнезитовая сухая; апатитовая сухая; доменная; колошниковая летучая зола, содержащая много несгоревших продуктов; сланцевая зола.

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.

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

Со слипаемостью тесно связана другая характеристика пыли — ее сыпучесть. Сыпучесть пыли оценивается по углу естественного откоса, который принимает пыль в свеженасыпанном состоянии.

Абразивность частиц

Абразивность пыли характеризует интенсивность износа металла при одинаковых скоростях газов и концентрациях пыли. 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 твердые тела разделяют на три основные группы:
гидрофильные материалы – хорошо смачиваемые: кальций, кварц, большинство силикатов и окисленных минералов, галогениды щелочных металлов;
гидрофобные материалы – плохо смачиваемые: графит, уголь, сера;
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 ρсл 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 делят на три группы:
низкоомные пыли ρсл <104 Ом-см. При осаждении на электроде частицы пыли мгновенно разряжаются, что может привести ко вторичному уносу;
пыли с ρсл =104-1010 Ом-см. Эти пыли хорошо улавливаются в электрофильтре, так как разрядка частиц происходит не сразу, а в течение времени, необходимого для накапливания слоя;
пыли с ρсл = 1010 — 1013 Ом-см. Улавливание пылей этой группы в электрофильтрах вызывает большие трудности. Частицы пыли этой группы образуют на электроде пористый изолирующий слой.

Электрическая заряженность частиц

Знак заряда частиц зависит от способа их образования, химического состава, а также от свойств веществ, с которыми они соприкасаются. Этот показатель оказывает влияние на эффективность улавливания в газоочистных аппаратах (мокрых пылеуловителях, фильтрах и др.), на взрывоопасность и адгезионные свойства частиц.

Способность частиц пыли к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом

Горючая пыль вследствие сильно развитой поверхности контакта частиц (порядка 1 м2/г) с кислородом воздуха способна к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом. Интенсивность взрыва пыли зависит от ее химических и термических свойств, от размеров и формы частиц, их концентрации в воздухе, от влагосодержания и состава газов, размеров и температуры источника воспламенения и относительного содержания инертной пыли. Способностью к воспламенению обладают некоторые пыли органических веществ, образующиеся при переработке красителей, пластмасс, волокон, а также пыли металлов; магния, алюминия и цинка.

Минимальные взрывоопасные концентрации взвешенной в воздухе пыли — примерно 20–500 г/м3, максимальные 700 — 800 г/м3. Чем больше содержание кислорода в газовой смеси, тем вероятнее взрыв и больше его сила. При содержании кислорода менее 16% пылевое облако не взрывается.

Эффективность улавливания

Степень очистки (коэффициент полезного действия) выражается отношением количества уловленного материала к количеству материала, поступившего в газоочистной аппарат с газовым потоком за определенный период времени.