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粉尘的定义与分类

 
粉尘的定义与分类
习惯上把灰尘、尘埃、烟尘、矿尘、沙尘、烟尘等统称为粉尘,其严格定义为:由自然力或机械力产生的,能够悬浮于空气中的固体微细颗粒物。粉尘可根据某一特征进行分类。
  1. 按粉尘生成过程分类
  1. 机械粉尘:指由机械过程(如破碎、筛分、运输等)产生的可悬浮固体颗粒物。粒 径分布范围较宽,可以达到百位级(零到数百微米);
  2. 烟尘:指由高温分解或燃烧过程(如冶炼、燃烧、切割、焊接等)产生的悬浮于烟 气中的固体颗粒物。粒径较细,可以达到十位级(零到数十微米)。
  3. 烟炱:指由熔融或燃烧过程(如冶炼燃油、燃煤等)挥发的烟雾,冷凝后形成的固 体悬浮粒子,粒径微细,大都在个位级(零到数微米)。
  1. 按大气中粉尘颗粒的大小分类
  1. 飘尘:指粒径小于KVm的固体颗粒物,能较长期地在大气中飘浮,也称为浮游粉尘。
  2. 降尘:指粒径大于lOfxm的固体颗粒物。在重力作用下,它可在较短的时间内沉降到地面。
  3. 总悬浮微粒:指大气中粒径小于100(xm的所有固体颗粒物。
  1. 按工业卫生学分类
  1. 总粉尘:指悬浮于空气中粉尘的总量。一般是指粒径小于10(Vm的粉尘,简记为 TSP (总悬浮颗粒物)。
  2. 可吸人粉尘:指由于呼吸作用能进人人体内部并沉积在呼吸系统内的粉尘。一般是 指粒径小于10(xm的粉尘,简记为PM10。
  3. 呼吸性粉尘:指由于呼吸作用能进入人体内部并沉积在肺泡上的粉尘。一般是指粒 径小于2. 5 jxm的粉尘,简记为PM2. 5。
二、粉尘的基本特性
1.密度
单位体积粉尘所具有的质量称为粉尘的密度,分为真密度和堆积密度。
  1. 真密度:粉尘的真密度是指除去粉尘中空隙体积后单位体积粉尘所具有的质量,与 粉尘的沉降、输送、净化等特性密切相关。
  2. 堆积密度:粉尘的堆积密度是指在自然堆积状态下单位体积粉尘所具有的质量,也 称容积密度或假密度,是设计粉尘C存、运输设备的重要参数。
真密度和堆积密度的关系取决于粉尘堆放体积中的空隙率&可用下式表示:
^ = f1 _Ioo)Pp                                                                        (1_1)
式中pv——粉尘的堆积密度(kg/m3); pv——粉尘的真密度(kg/m3);
粉坐的空隙率
对于球形尘粒,g=30% -40% ,非球形尘粒的s值则大于球形尘粒的e值。粉尘越细, •越小,p/pp比值越大,粉尘愈难捕集,pv/pp>10时,粉尘捕集困难^
各类工艺过程排放粉尘性质见表1 - 1。
表1-1各类工艺过程排放粉尘性质
序号 尘 源 平均粒径/jxm 密度/ (103kg/m3) 含尘质量浓度 (g/m3标准) 电阻率
(ft • cm)
真密度 堆积密度
1 细煤粉锅炉 20 -25 2. 1 0.5 -0.7 20-45 1011 <1013
2 重油锅炉 10-15 1.9 0.2 0. 1 〜0.3 104 ~06
3 烧结机 5-10 3 ~4 1.7 0.5-3 1010 ~1012
4 高炉 约0.2 4.8 1,2 20-30 107 ~ 109
5 转炉 0. 2 ~ 1. 0 4.5-5 0.6 -0.7 20 ~70 108 ~10!1
6 电炉 约15 4.5 0.6 ~ 1.5 8〜30 109 〜1012
7 化铁炉 10-20 2.0 0.8 3〜5 106 -1012
8 水泥(窑、干燥机) 约20 3 0.6 10-40 1011 〜1013
9 骨料干燥器 约20 2.5 1. 1 50-60 10n ~1012
10 黑液回收锅炉 0. 1 -0.3 3. 1 0.13 5 ~6 109
11 铜精炼 <1.0 4 ~5 0.2 25 -80 108 -1011
12 黄铜熔化炉 0. 1 -0. 15 3.8-6 0. 25-1.2 约10
13 锌精炼 约3 5 0.4-0. 5 5〜10 ~1013
14 铅精炼 <1 6 <10 1012 ~1014
15 铅熔化炉 约0.5 5.5-7 约1.2 10-30 10n 〜1012
16 铝二次精炼 1.5 -2.5 3.0 0.3 约10 1010 ~1012
17 垃圾焚烧 10-20 约2. 3 0. 35 2-5 10s ~1010
18 炭黑 0. 1 ~2 1.9 0.4 0.3-10 <103
19 铸造砂 0. 1 ~ 15 2.7 约1 0. 5 ~ 15
 
 
 
2.粒径与粒径分布
粉尘的粒径是表明单个尘粒大小的尺度。如是球形粒子,即指直径;如是多边形粒子, 可用定向径或斯托克斯(Stokes)径表示s
粉尘的粒径分布是指粉尘中各种粒径尘粒所占的百分数,亦称颗粒的分散度。有按质量' 分数计暈的质量粒径分布、按颗粒数计量的计数粒径分布以及按表面积计量的表面积粒径分布等多种表示方式,除全技术中一般使用质量粒径分布。表1-2为铸造工厂工艺粉坐的质 量粒径分布,'表1 - 3为不同燃烧方式锅炉烟尘的质量粒径分布。
表1-2铸造工厂工艺粉尘质量粒径分布
工艺设备 粉尘类型 真密度   粉尘粒径分布(质量分数) (%)   中位径/fJim
/(k^m3) <5|xm 5 ~ 10|jLm 10 ~ 20 [xm 20 ~40|xm 40 ~ 60 jxm > 60jjLm  
混砂机(S114) 干型砂 2141.4 44.8 6.7 7.0 6.8 3.7 31.0 8.6
落砂机(2xl0t) 干型砂 2640. 4 46.2 17.4 20.9 11.5 2.5 1.5 6.1
B = 600mm传动带导头 干型旧砂 2644. 4 35.3 6.6 6.2 6.5 3,4 42.0 24.0
 
 

表1 -3不同燃烧方式锅炉烟尘质量粒径分布
 

 
-粉尘质量粒径分布(.康量分数(%)
  >75|xm 60 ~75jxm 47 〜60}xm 30 ~ 47 jxm 20 ~ 30jxra 15 ~20}xm 10 ~ 15jxm 5 ~ lOjjum <5jxm
链条炉排 50. 74 4. 53 6. 30 12. 05 7. 39 8.00 6, 25 5. 45 1.81
振动炉排 60. 14 3.04 4. 06 6. 94 6, 36 5.48 5. 08 9. 55 2. 64
抛煤机 61.02 7. 69 6.03 9. 93 5. 85 2. 15 2. 97 2. 33 0. 97
煤粉炉 13. 19 13.23 10.20 14. 94 11.6 3. 21 15. 36 11.65 4. 08
 
 
 
  1. 比表面积
粉尘的比表面积为单位质量(或体积)粉尘具有的表面积,一般用cm2/g或cmVcm3 表示。它是反映颗粒群总体的细度及活性的一个指标,对粉尘的润湿、凝聚、黏附、爆炸等性能有直接影响,大部分工业粉尘的比表面积为103 ~ 104cm2/g。
  1. 含水率
粉尘的含水率为粉尘中所含水分质量与粉尘总质量的比值,范围在百分之几到百分之几 十,它影响粉尘的黏附性和静电特性。通常采用干燥称量法测定烘干前后的粉尘质量之差, 求得粉尘含水率。
  1. 润湿性
尘粒与液体相互附着的性质称为粉尘的润湿性。可用润湿角0来表征,见表1-4。6^ 60°的粉尘称为润湿性好的粉尘,俗称亲水性粉尘,如玻璃、石英、锅炉飞灰、黄铁砂粉等; 0>90°的粉尘差称为润湿性差的粉尘,俗称憎水性粉尘,如石蜡、聚四氟乙烯、炭黑、煤粉等;吸水后能形成不溶于水的硬垢的粉尘称为水硬性粉尘,如水泥、熟石灰与白云石砂等。 粉尘粒径越小,润湿性越差,一般粒径<5Mjn时,粉尘很难被水润湿。
表1-4部分物质的润湿角
物质名称 润湿角/ (°) 物质名称 润湿角/ (°)
石英 0-4 石墨 60
石灰石 0 -20 焦炭 60-85
方解石 20 石蜡 105
云母 0 煤及炭黑 >90
 
 
 
6.黏附性
尘粒黏附于固体表面或尘粒之间互相凝聚的现象称为黏附。前者易使除尘设备和管道堵 塞,后者则有利宁除尘效率的提髙^黏附是物体表面之间存在的一种力的表现,这种力可以 是分子力、毛细力或静电力8 ,统称黏附力。粒径毛<l|xm的尘粒,主要靠分子力的作用而 产生黏附;吸湿性、溶水性、含水率髙的粉尘主要靠表面水分的毛细力产生黏附;带电尘粒主要靠异性静电力产生黏附;纤维粉尘的黏附则主要与壁面状态有关。
  1. 堆积角、滑动角
粉尘通过小孔连续下落到某一水平面上自然堆积成的尘堆的锥体母线与水平面上的夹角 称为堆积角或安息角。堆积角的大小与物料的种类、粒径、形状和含水率等因素有关,•一般均值为35°~40°,见表1-5。对于同#种粉尘u:粒径愈小,堆积角愈大Q
滑动角是指光滑平面倾斜到一定角度时,粉尘开始滑动的角度,一般为40°~559
粉尘的堆积角与滑动角是评价粉尘摩擦和流动特性的一个重要指标,是设计除尘器、输灰溜管以及除尘器灰斗和料仓的重要依据#
表1-5常见粉尘性质
粉尘名称 堆积角
/ (。)
介电率 爆炸下限浓度 / (g/m3)
(全部通过200目的粉尘)
粉尘名称 堆积角
/ (°)
介电率 爆炸下限浓度
/ (g/m3)
(全部通过200目的粉尘)
铝粉 35 -45 35 〜45 滑石粉 -45 5-10
锌粉 25 -55 (12) 500 飘尘 40-45 3 ~8
铁粉(还原) -38 120 上等白砂糖 50-55 3 20-30
黏土 -35 淀粉 43 -50 5 ~7 50 ~ 100
硅砂 28 ~41 4 硫磺粉 35 3 ~5 35
水泥 53 -57 5-10 合成树脂粉 40-55 2~8 20-70
氧化铝粉 35 -45 6 ~9 40 小麦粉 55 2.5 ~3 20-50
重质碳酸钙 -45 8 煤粉 35
玻璃球 22-25 5 ~8        
 
 
 
  1. 磨损性
粉尘的磨损性是指粉尘在流动过程中对固体界壁的磨损性能,主要取决于颗粒的硬度、 密度、粒径以及运动速度等因素,.尤其与运动速度的2 ~3次方成正比。磨损还与冲刷面材 料、放置角度有关,粒子以90°直冲器壁时,产生渐次变形磨损,对硬质壁板尤为严重;粒子以倾斜角冲刷器壁时产生微切割磨损,以30°冲角最为严重9,
  1. 静电特性
粉尘由于激烈的撞击、摩擦、放射性照射、:电晕放电等原因而荷电<^粉尘的静电特性对捕集和清灰都有很大影响。
物质具有固定的带电顺序,在互相接触时将按照其顺序各自带电,用电位表示。表1- 6列出了部分物质的带电顺序。如果金粒和滤料的带电顺序位置比较接近,则带电量少,对 过滤和分离比较有利。
物质具有固定的介电率,见表l-5a粒子或滤料的介电率大,利用静电效应的除尘作用将比较有效。

表1-6带电顺序表

物质名称(主要是纤维)
产生的电位
物质名称(主要是纤维)
(正)
小麦粉
石棉
氧化铝系磨粒
玻璃
文本框: 璃母 玻云
羊毛
硅加工的玻璃(长、短纤维) 羊毛毡织物 尼龙(短纤维)
丝织物 粘胶丝 棉(缎纹织)

奥纶(长纤维)
达柯纶(长纤维)
代涅尔•
奥纶(短纤维)
达柯纶(短纤维)
钢(管内侧)
聚苯乙烯 聚丙烯(长纤维)
醋酸纤维 莎纶
聚乙烯(长、短纤维)
赛璐珞
氯乙烯
(特氟纶)(管内侧)
硝酸纤维
+ 20 + 15 + 11
7~ +10
+ 6
氯乙烯
+ 4 0
-14
-10
(钢)
-14 〜17 -20
(特氟纶)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


(负)
粉尘电阻率是指横断面积为1cm2、厚度为lcm粉尘层所具有的电阻,也称比电阻,是 评定粉尘导电性能的一个指标,见表1-1。一般通过实测由下式求得:
U A
pb = y ' y                                                       (i-2)
式中Ph---- 电阻傘(O • em);
u——施加在粉尘层上的电压(V);
/通过粉尘层的电流(A);
A——粉尘层面积(cm2);
8——粉尘层的厚度(cm)0 粉尘电阻率对静电除尘器的有效运行具有显著影响。
10.爆炸性
当物质的比表面积增加时,其化学活性迅速增强。某些在堆积状态下不易燃烧的可燃 物粉金,当它以粉末状悬浮于空气中时,与空气中的氧有了充分的接触机会,在一定的

温度和质量浓度下可能发生爆炸t这个能够引起爆炸的可燃物质量浓度称为爆炸质量浓 度,能够引起爆炸的最低质量浓度称为爆炸下限质量浓度s部分粉尘的爆炸下眼质量浓 度见表1 -5。.
三、粉尘的危害
粉尘排入大气,对人体健康、自然景物与生态环境、产品质量与经济发展都有影响。影 响的严重程度取决于排出的总尘暈、粉尘的物理化学性质以及排放源的周围环境s
  1. 对人体健康的影响
  1. 呼吸器官:由于大量粒径小于2. 5pm的二氧化硅、石棉、水泥、重金属微尘等引起 各种职业性尘肺;
  2. 毒性反应:由于氟化盐、铍尘等毒性粉尘引起各种中毒病理;
  3. 对眼睛或皮肤的刺激:由于酸雾、微粒或纤维尘引起眼睑水肿、结膜炎和皮肤病&
  1. 对自然景观与生态环境的影响
  1. 污染:由于排出的大量粉尘及焦油或胶黏性粉尘造成环境污染;
  2. 混浊度(降低能见度):由于排出大量微细粉尘(即粒径小于l|xm)造成阴霾或
尘雾。
  1. 对产品质量与经济发展的影响  ’
  1. 材料和设备(活性和非活性)的损坏:由于腐蚀性、磨啄性粉尘引起对产品质量的侵害;
  2. 污染防治:增加对粉尘污染的治理费用;
  3. 二次经济损失:由于区域环境污染而引起投资环境恶化及经济萎缩。

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