粉尘的主要性质

粉尘的主要性质块状物粉破碎成细小的粉状微粒后，除了继续保持原有的主要物理化学性质外，还出现了许多新的特性，如爆炸性、荷电性等等。

在这些特性中，与除尘技术关系密切的，有以下几个方面：1．粉尘的密度粉尘密度──单位体积粉尘的质量称为粉尘密度, 单位为kg/m3或g/cm3。

根据是否把尘粒间空隙体积包括在粉尘体积之内而分为真密度和容积密度（表观密度）两种。

粉尘表观密度──自然状态下堆积起来的粉尘在颗粒之间及颗粒内部充满空隙，我们把松散状态下单位体积粉尘的质量称为粉尘的容积密度。

它是包括粉尘间空隙体积和粉尘纯体积计量的密度。

粉尘真密度──如果设法排除颗粒之间及颗粒内部的空气，所测出的在密实状态下单位体积粉尘的质量，我们把它称为真密度（或尘粒密度）。

它是排除了粉尘间空隙以纯粉尘的体积计量的密度。

两种密度的应用场合不同，例如研究单个尘粒在空气中的运动时应用真密度，计算灰斗体积时则应用容积密度。

粉尘的比重是指粉尘的质量与同体积水的质量之比，系无因次量，采用标准大气压，4℃的水作标准（质量为1 g／cm3），所以，比重在数值上与其密度（g/cm3）值相等。

2．粘附性粉尘相互间的凝聚与粉尘在器壁上的附着都与粉尘的粘附性有关。

粉尘的粘附性是粉尘与粉尘之间或粉尘与器壁之间的力的表现。

这种力包括分子力、毛细粘附力及静电力等。

粘附性与粉尘的形状、大小以及吸湿等状况有关。

粒径细、吸湿性大的粉尘，其粘附性也强。

尘粒间的粘附使尘粒增大，有利于提高除尘效率，而粉尘与器壁间的粘附则会使除尘器和管道堵塞和发生故障。

3．爆炸性能发生爆炸的粉尘称为可爆粉尘，如煤尘、亚麻粉尘、镁、铝粉尘等。

粉尘爆炸能产生高温、高压，同时生成大量的有毒有害气体，对安全生产有极大的危害，应注意采取防爆、隔爆措施。

固体物料破碎后，总表面积大大增加，例如每边长1cm的立方体粉碎成每边长1μ m的小粒子后，总表面积由6cm2增加到6m2，由于表面积增加，粉尘的化学活泼性大为加强。

某些在堆积状态下不易燃烧的可燃物如糖、面粉、煤粉等，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，在一定的温度和浓度下，可能发生爆炸。

设计除尘系统时，必须高度注意。

爆炸性粉尘在空气中，只有在一定浓度范围内才能发生爆炸。

能发生爆炸的最高浓度叫爆炸上限，最低浓度叫爆炸下限。

一般认为，含硫大于10％的硫化粉尘即可有爆炸性，发生爆炸的浓度范围为250～1500g/m3，引燃温度为435～450℃。

4．荷电性悬浮于空气中的尘粒由于天然辐射、外界离子或电子的附着、尘粒间的摩擦等，都能使尘粒荷电。

此外，在粉尘生成过程中也可能使其荷电。

在这种状况下粉尘荷电的极性不稳定，荷电量也很小。

因此，在电除尘器中，需要采用人工方法，使尘粒充分荷电。

荷电性是指粉尘能被荷电的难易程度。

荷电量大小与粉尘的成分、粒径、质量、温度、湿度等有关。

粉尘荷电对其凝聚与沉积有影响。

衡量粉尘荷电性的指标为比电阻，它反映粉尘的导电性能，是粉尘的重要特性之一，对电除尘器的运行具有重大影响。

粉尘比电阻采用圆板电极法测定（如图5-1-1所示）。

其计算式为：（5-1-1）式中图5-1-1 圆板电极测定法ρ——粉尘的比电阻，Ω·cm；V——施加在粉尘层上的电压，V；I——通过粉尘层的电流，A；A——粉尘层的面积，cm2；d——粉尘层的厚度，cm。

粉尘比电阻受许多因素影响，如粉尘性质、粉尘层的孔隙率、粉尘的粒径、温度和湿度等，由实验方法确定。

粉尘比电阻对电除尘有很大影响，是除尘的依据。

比电阻在104～1011Ω·cm范围内，电除尘的效果较好。

5．湿润性粉尘颗粒能否与液体相互附着或附着难易的性质称为粉尘的润湿性。

当尘粒与液体接触时，接触面能扩大而相互附着，就是能润湿；反之，接触面趋于缩小而不能附着，则是不能润湿。

一般根据粉尘被液体润湿的程度将粉尘大致分为两类：容易被水润湿的亲水性粉尘和难以被水润湿的疏水性粉尘。

湿润现象是分子力作用的一种表现，粉尘的润湿性与液体的表面张力，尘粒与液体间粘附力有关。

水滴内部与水滴表面间的分子引力为水的表面张力，当水的表面张力小于水与固体间的分子引力时，固体容易被湿润，反之，固体则不易被湿润。

粉尘润湿性还与相对运动速度有关。

例如1 m以下尘粒很难被水润湿，这是因为细尘粒和水滴表面均附有一层气膜，只有在两者具有较高的相对速度的情况下，水滴冲破气膜才能相互附着凝并。

衡量湿润性的指标是湿润接触角（θ），如图5-1-2所示。

当θ<60°时，表示湿润性好，为亲水性；当θ>90°时，湿润性差，属于憎水性。

图5-1-2 湿润接触角（θ）粉尘的湿润性是湿式防、除尘的依据。

各种湿式除尘装置主要依靠粉尘与水的润湿作用捕集粉尘。

湿润性与粉尘成分、粒径、荷电状况及水的表面张力等因素有关。

湿润性强的粉尘有利于湿式除尘，其附着性亦强，易粘附于物体表面。

但有些粉尘（如水泥、石灰等）与水接触后，会发生粘结和变硬，这种粉尘称为水硬性粉尘。

水硬性粉尘不宜采用湿法除尘。

6．粉尘的粒度（粒径）粉尘粒径也称为粒度，它是衡量粉尘颗粒大小的尺度。

粉尘的粒径对于球形尘粒来说，是指它的直径。

实际的粉尘颗粒其大小、形状均是不规则的。

为表征颗粒的大小，需要按一定方法，确定一个表面颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径，简称粒径。

例如用显微镜法测定粒径时有定向粒径、长轴粒径、短轴粒径等；用筛分法测出的称为筛分直径；用液体沉降法测出的称为斯托克斯粒径。

粒径的测定方法不同，其定义的方法也不同，得出的粒径值差别也很大，很难进行比较。

在研究除尘效果时，常用斯托克斯粒径作为粉尘的粒径。

其定义为，在同一种流体中，尘粒密度相同并且相有相同沉降速度的球体直径称为该尘粒的斯托克斯粒径。

在分析粉尘对人体危害的防尘中常采用粉尘的投影定向长度表示粉尘的粒径，用d表示，单位为微米（μm）。

实际防尘中根据粒径大小，可分为：粗尘：粒径大于40μm，相当于一般筛分的最小粒径，在空气中易于沉降；细尘：粒径10～40μm，在明亮光线下肉眼可看见；微尘：粒径0.25～10μm，用光学显微镜可观察到；超微尘：粒径小于0.25μm，用电子显微镜才可观察到。

一般将d≤5μm的粉尘称为呼吸性粉尘，可随呼吸进入并沉积在肺部，对肺部危害最大，是防尘的主要对象。

二、粉尘粒径的分布特性除尘器的除尘性能与粉尘粒径分布(分散度)有密切的关系，因此了解粉尘的粒径分布及其函数对掌握除尘器的除尘性能计算有重要意义。

1．粉尘粒径相对频率概念设在粒径间隔d（dc）内的所有粉尘的质量百分数（即质量分散度）为dΦ，相应的粉尘颗粒百分数（即数量分散度）为dF。

则称：（5-1-4）为粒径的质量相对频率；称：（5-1-5）为粒径的计数相对频率。

由于除尘效率计算一般采用粉尘质量，因此常用质量相对频率。

2．粉尘粒径相对频率分布曲线根据定义式（5-1-4），利用积分即可得任何粒径范围内的所有粉尘质量百分数（即质量分散度）dΦ。

在范围内的尘粒所占的质量百分数，即质量分散度dΦ为：（5-1-6）粉径小于和等于dc的尘粒所占的质量百分数（即累计质量百分数）（5-1-7）在整个粒径分布范围内，尘粒的累计质量百分数为100%，所以（5-1-8）现以某厂的生产粉尘为例，其粒径分布（频率分布）如表5-1-1所示。

粒径范围～( m)粒径间隔(m)该粒径间隔的算术平均粒径( m)该粒径间隔的粒子所占的质量百分数d（%）从开始的累计质量百分数（%）0～5 5～10 10～5552.57.512.519.520.515.019.540.055.01515～2020～3030～4040～5050～60＞60 510101010—17.525354555—10.012.07.54.52.58.565.077.084.589.091.5100绘即得曲线如图5-1-4所示，图中纵坐标为，该曲线即称为粉尘粒径相对频率分布曲线。

为了消除因粒径间隔的取法不同所造成的曲线形状的差异。

由于粒径分布是连续的，粒径频率分布曲线可用函数表示。

图5-1-3 粉尘粒径频率分布直方图图5-1-4 粉尘粒径相对频率分布曲线3．粉尘粒径分布函数图形表示粉尘的粒径分布虽然直观，但不便于计算，为了计算方便，用数学函数表示。

粉尘粒径分布函数通过采用概率论或近似函数的经验方法来寻找的数学表达式，常用的分布函数有正态分布函数和对数正态分布函数。

（1）正态分布函数常用的正态分布函数表达式为：（5-1-9）其中：式中——粉尘的粒径；——粉尘的算术平均粒径；——粒径的标准偏差；——在某一粒径间隔内，尘粒所占的质量百分数；——在该粒径间隔内尘粒的平均粒径。

凡符合正态分布的函数具有左右对称的特征，图5-1-5 标准偏差值的分布特征在这种情况下算术平均粒径即为累计质量百分数为50%时的粒径，我们把这个粒径称为中位径，以表示。

标准偏差是正态分布的另一个特征值。

值的大小反映尘粒集中的程度，值大，曲线平缓，粒径分布分散；值小，曲线陡直，粒径分布集中，见图5-1-5所示。

（2）对数正态分布函数实际上符合正态分布的粉尘是很少的，大多数粉尘的粒径分布是偏态的。

对于偏态分布可用对数正态分布函数来描述。

粒径对数正态分布的数学表达式为：（5-1-10）其中：式中——粉尘的几何平均粒径；——粉尘的几何标准偏差。