10043

где 0г.вл – плотность сухих газов при нормальных условиях (кг/м3); 0,804 –

плотность водяного пара при нормальных условиях (кг/м3).

Теплоемкость и энтальпию влажных газов, также как и влагосодержание

~ относят к единице массы сухой части газа:

χ

гигроскопических свойств улавливаемой пыли. Для угольной, сланцевой пыли,

золы и других негигроскопических пылей [7]:

1.2.Свойства дисперсных материалов

1.2.1.Источники пылеобразования

При переработке сырья, получении полуфабрикатов и готового продукта в промышленности образуются пыли – взвешенные в газах мелкодисперсные твердые частицы. Отходящие промышленные газы, содержащие пыли,

9

подвергают пылеулавливанию. При переработке сырья, например каменного угля, колчедана, руды, пыль образуется при его измельчении. Пылевидные полуфабрикаты используют в лакокрасочной промышленности – пигменты красок, в резинотехнической промышленности сажу и т.д.

Пыль образуется также при получении и транспортировке готового продукта: цементная пыль в производстве цемента, пыль железных окатышей в горно-металлургической промышленности, тонкодисперсные пыли в производстве минеральных удобрений и сыпучих продуктов химической,

химико-фармацевтической и других отраслей промышленности.

На размер и концентрацию частиц пыли в газах существенное влияние оказывает технология получения продукта. Пылеобразование может происходить при механическом измельчении твердых материалов (дробление,

истирание), а также при пересыпке и транспортировке сыпучих материалов.

Размеры частицы пыли при этом составляет 5÷100 мкм и более. Пыль также образуется в химико-термических процессах (конвертерная выплавка стали,

меди и других металлов, процессы в доменных и шахтных печах, в печах для

обжига колчедана, в сажевых генераторах). Пыль может выделяться в

результате физических процессов, например конденсации паров с получением

жидких или твердых дисперсных продуктов. Примерами взвесей пыли при конденсации являются туман смол, образующийся в генераторных и

коксовых газах, пыль цветных металлов (олова, цинка, сурьмы, свинца и др.) в

цветной металлургии. При этом размеры частиц составляют менее 5 мкм.

Характеристики промышленных пылей приведены в таблице 3.

Таблица 3

Характеристика промышленных пылей

1.2.2. Физико-химические свойства пылей

На эффективность пылеуловителей значительно влияют физико-хими-

ческие свойства улавливаемой пыли. Степень очистки газа зависит также от дисперсного состава и плотности частиц пыли. Для правильного выбора пылеулавливающего оборудования необходимо учитывать и другие свойства пыли. Так, например, слипаемость пыли, склонность ее к истиранию или способность образовать статические заряды существенно влияют на выбор типа пылеуловителя. Поэтому в общем случае необходим предварительный комплексный анализ пыли как объекта улавливания. При таком анализе, кроме дисперсного состава пыли и плотности ее частиц, определяют упругость,

твердость, абразивность, гигроскопичность, химический состав, термическую стойкость, токсичность, электрические и магнитные свойства, шероховатость поверхности, форму, угол естественного откоса слоя пыли и т.д.

Дисперсность является одним из важнейших свойств, характеризующих пылевидные материалы. Знать степень дисперсности промышленных пылей необходимо для выполнения расчетов пылеуловителей и оценки их эффективности пылеулавливания. Дисперсность характеризуется диаметром

(для сферических частиц); эквивалентным диаметром δэ (для частиц произвольной формы), и удельной поверхностью частиц (s).

11

Для учёта отклонения формы реальных частиц от сферической вводят коэффициент несферичности ƒч, т.е. отношение поверхности частицы Sч к

поверхности сферы, эквивалентной ей по объему. Иногда используют обратную величину коэффициент сферичности. Для различных дисперсных материалов значения этих коэффициентов приведены в литературе [1, 9, 10].

Удельная поверхность частиц (отнесенная к единице объема) правильной сферичной формы равна:

характеристикой дисперсности является не только размер частиц, но и число или масса одинаковых частиц каждого размера (фракций). Дисперсный состав пыли записывают в виде таблиц экспериментальных данных, представляющих

собой содержание отдельных фракций с указанием размеров частиц на

границах. Для ситового анализа граничными размерами являются размеры двух смежных сит.

Проходом D, %, называется выраженная в процентах доя массы пыли,

прошедшей через сито заданного размера. Остатком R называется доля массы пыли, оставшаяся на сите. Пример дисперсного состава пыли в виде фракций

Ф, %, от общей массы пыли, проход D и остатка R, %, приведен в таблице 4.

Гистограммы зависимости Ф от размера частиц представлены на рисунке

2а (кривая l). Дифференциальная кривая распределения частиц по их размерам,

12

полученная делением процентного содержания каждой фракции на разность граничных размеров частиц фракции, представлены на рисунке 2а (кривая 2).

Интегральные кривые R и D, построенные по данным таблице 2,

изображены на рисунке 2б. Эти кривые в вероятностно-логарифмической системе координат имеют вид прямых линий (рис. 2в). Если ввести параметры

х:

где δ50 – медианный размер частиц, мкм, соответствующий содержанию 50 %

остатка; lgσ – среднеквадратическое отклонение lgδ от среднего значения.

Тогда зависимость D(δ) можно представить как функцию нормального

распределения [1, 2]:

Значения параметра х функции D, определяемого этим уравнением,

приведены в таблице 5. Дисперсный состав большинства промышленных пылей в вероятностно-логарифмической системе координат приобретает вид прямой линии, т.е. для его изображения достаточно знать параметры двух точек, либо одной точки и тангенс угла наклона линии.

Для линии D(δ) тангенс угла наклона tga = 1/lg . При построении линии дисперсного состава (см. рисунок 3в) необходимо для заданных значений D по таблице 5 найти соответствующие величины параметра х, отложить их по оси ординат (шкала равномерная), а значения lgδпо оси абсцисс.

Размер частиц δ50 определяют на линии дисперсного состава при х = 0, что соответствует содержанию 50 % прохода D.

13

Рис. 2. Кривые фракционного распределения частиц дисперсного материала по размерам: а – распределение по фракциям (кривая 1) дифференциальная кривая распределения (кривая 2); б – интегральное распределение в линейной системе координат; в

– интегральное распределение в вероятностно-логарифмической системе координат.

Плотность – это важный физический параметр частиц пыли, от которого зависит эффективность работы пылеуловителей. Чем больше плотность пыли,

тем более эффективно проходит сепарация ее частиц под действием силы тяжести, а также инерционных и центробежных сил. Так как помимо воздушных пустот между частицами они сами могут иметь пористую

14

структуру, различают истинную, насыпную, кажущуюся и объемную плотности частиц. Поры могут быть открытыми и закрытыми [1].

Истинная плотность – это плотность материала, из которого состоят частицы. Насыпная плотность – это масса единицы насыпного объема дисперсного материала. В насыпном объеме, кроме объема самого твердого материала, входит объем пространства между частицами и пор. Иногда различают еще насыпную плотность при встряхивании, т.е. при наиболее плотной упаковке частиц. Кажущаяся плотность – это масса единицы объема с учетом объема закрытых в них пор. Объемная плотность – масса единицы объема материала с учетом закрытых и открытых пор. Кажущаяся плотность гладких частиц совпадает с истинной, так как в них отсутствуют поры.

Адгезионные и аутогезионные свойства пылей и их абразивность. Все

эти свойства зависят от формы, размера и плотности частиц, а также связаны со свойствами материала, из которого изготовлен пылеуловитель.

Плотность сцепления частиц пыли с различными макроскопическими поверхностями и друг с другом определяется соответственно адгезионными и аутогезионными свойствами.

Адгезионные свойства могут проявляться только в монослое частиц,

осевших на стенках или фильтрующих поверхностях газоочистных аппаратов,

и из-за очень маленькой толщины такого слоя, как правило, не оказывают влияние на работу систем пыле и золоулавливания. Эксплуатационная надежность систем пыле- и золоулавливания зависит главным образом от аутогезионных свойств (сцепления частиц друг с другом), причем в технике газоочистки за этими свойствами прочно закрепился термин «слипаемость».

Слипаемость пыли, особенно тонкодисперсной, повышается с увеличением влажности, что обусловлено силами межмолекулярного взаимодействия соприкасающихся пылинок. Молекулы на границе пылинки с воздухом имеют свободную энергию, что обуславливает силы поверхностного натяжения [2], которые практически изучены мало. Все пыли подразделяют на группы [1]:

15

1)неслипающаяся (кварцевая пыль, сухая глина, сухая шлаковая пыль);

2)слабослипающаяся (коксовая и доменная пыль, слипающаяся зола);

3)среднеслипающаяся (торфяная зола, торфяная пыль, металлическая пыль, колчеданы, сухой цемент, сажа, сухое молоко, мучная пыль, древесные опилки и др.);

4)сильнослипающаяся (практически все пыли с частицами менее 10 мкм,

втом числе цементная во влажном газе, гипсовая, нитрофоска, суперфосфат,

волокнистые - хлопок, шерсть, асбест и др.)

Повышенная слипаемость приводит к забиванию бункеров и самих пылеуловителей пылью. Слипаемость пылей связана с сыпучестью. Более слипаемые пыли – малосыпучие, и наоборот. Сыпучесть характеризуется углом естественного откоса, который определяется следующим образом: сыпучий материал насыпают в кювету, где одна из стенок выполнена в виде заслонки.

Заслонку медленно поднимают вверх и материал, высыпаясь, образует угол а с

вертикальной плоскостью (угол естественного откоса).

При движении в газоходах и аппаратах из-за трения о стенки пыли измельчаются. Склонные к измельчению пыли называют истирающимися.

Абразивность пылей характеризуется износом металла корпуса аппарата от трения частиц пыли. Коэффициент абразивности определяют уточнением стенки поперечно обтекаемого трубки из стали Ст. 20 в местах ее максимального износа при концентрации пыли 1 г/м3, скорости потока 1 м/с,

равномерном поле скоростей и концентрации в течение 1 часа [2].

Влажность пыли влияет на ее адгезионные свойства. Повышение влажности пыли часто объясняется ее гигроскопичностью, т.е. способностью поглощать влагу из воздуха. Если для сухого способа очистки гигроскопичность пыли является отрицательным фактором (происходит налипание пыли в аппарате), то при мокром способе очистки, наоборот. В

последнем случае необходимо учитывать свойства смачиваемости частиц. По характеру смачиваемости водой выделяют три группы пылей:

1) гидрофильные – хорошо смачиваемые (кварцевый песок, силикаты);

16

2)гидрофобные – плохо смачиваемые (графит, уголь, сера и др.);

3)абсолютно гидрофобные – несмачиваемые (парафин, тефлон, жиры).

Электрические свойства пылей [10]. Удельное электрическое сопротивление (УЭС) определяют при прохождении через слой пыли

электротока. УЭС существенно влияет на работу электрофильтров и сильно

зависит от температуры и влажности пыли. По этому параметру пыли разделяют на три группы: низкоомные (УЭС < 104 Ом ∙см), высокоомные (УЭС > 1010 Ом ∙см) и среднеомные (УЭС от 104 до 1010 Ом ∙см). Последние хорошо улавливаются электрофильтрами. Низкоомные пыли при осаждении на электродах мгновенно разряжаются; возможен их вторичный унос.

Высокоомные пыли вызывают электрический пробой слоя пыли, что приводит к резкому снижению степени улавливания электрофильтра.

Электрическая заряженность частиц пыли зависит от ее химического состава, способа ее получения. Заряженность влияет на степень улавливания в электрофильтрах при мокрой очистке, а также на сыпучесть пыли. Так, в

бункерах электрофильтров пыль сначала имеет угол естественного откоса а,

близкий к нулю, а через несколько часов с потерей заряда а = 50 ÷ 90° [11].

Положительным фактором для пылеулавливания является коагуляция

(агрегирование, агломерация) очень мелких частиц в более крупные образования, которые значительно быстрее отделяются в потоке газа.

Коагуляция зависит т многих факторов: свойств материала пыли,

концентрации и дисперсного состава частиц, в значительной степени от электрического заряда частиц.

В большинстве случаев частицы получают электрический заряд в результате дробления или распыления материала при движении в потоке газа из-за трения частиц между собой и о стенки аппарата, а также при обработке материалов в раскаленном состоянии вследствие термоионной и фотоэлектрической эмиссии электронов. Частицы также могут разряжаться в результате химических реакций, под действием ультразвука, электромагнитной

инструкции, рентгеновского и радиоактивного излучения. Число

17