Гигиеническое значение промышленных аэрозолей с твердой фазой обусловливается их физическими и химическими свойствами, из которых наиболее важными являются дисперсность, форма частиц, их консистенция, электрический заряд, растворимость, химический состав. С некоторыми из указанных свойств связана взрывчатость пыли.

Для гигиенической оценки пыли важным признаком является степень дисперсности ее, или размеры пылевых частиц, так как с этим связана как длительность пребывания взвешенной пылевой частицы в воздушной среде, так и глубина проникновения в дыхательные пути, патогенность и физико-химическая активность, электрозаряд частиц и другие свойства .

Физико-химические свойства пыли в основном зависят от ее природы, то есть от того материала или вещества, из которого образовалась эта пыль, и механизма ее образования - каким образом она получена: размельчением, конденсацией, сгоранием и т. п. По природе образования пыли делятся на две группы:

• · органическую
• · неорганическую.

К органической относятся: пыли растительного происхождения (древесины, хлопка, льна, различных видов муки и др.), животного (шерсти, волоса, размолотых костей и др.), химического (пластмасс, химических волокон и других органических продуктов химических реакций). В группу неорганических пылей входят пыль металлов и их окислов, различных минералов, неорганических солей и других химических соединений. Однако выделяют ещё один тип: смешанная , т.е.содержащая пыли первой и второй групп например, пыль, получающаяся при заточке инструментов и состоящая из минеральных и металлических частиц. В зависимости от происхождения пыли она может быть растворимой и нерастворимой в воде и в других жидкостях, включая и биосреды (кровь, лимфу, желудочный сок и т. п.). От происхождения пыли зависит также ее химический состав, удельный вес и ряд других свойств .

Однако наиболее важные физические и химические свойства пылей обуславливаются их дисперсностью, формой частиц, способностью к растворению и химическим составом. Структура пыли, то есть форма пылинок, зависит и от природы и от механизма образования пыли. По структуре пыль может быть аморфной (пылинки округлой формы), кристаллической (пылинки с острыми гранями), волокнистой (пылинки удлиненной формы), пластинчатой (пылинки в виде слоистых пластинок) и др.

Для гигиенической оценки пыли наиболее важным признаком является ее дисперсность . С размерами пылевых частиц связаны длительность пребывания их во взвешенном состоянии в воздухе, глубина проникновения в дыхательные пути, физико-химическая активность и другие свойства.

Дисперсность и поведение пылевых частиц в воздухе

При измельчении твердого вещества образующиеся пылинки получают то или иное количество электричества вследствие частичного перехода механической энергии в электрическую, кроме того, пылинки получают электрический заряд, адсорбируя на себе ионы из воздушной среды. Таким образом, пыль, находящаяся в воздухе, в той или иной степени несет на себе электрический заряд. Степень электрозаряженности оказывает существенное влияние на поведение пыли в воздухе. Электрозаряженные пылинки с противоположным знаком соединяются между собой (схлапливаются), образуя более крупные частицы, за счет чего быстрее осаждаются; пылинки с одинаковым зарядом, наоборот, отталкиваются друг от друга, что усиливает их движение в воздухе и замедляет осаждение. Исследования показывают, что высокодисперсная пыль в большей степени подвержена электрическим зарядам. Электрозаряженности способствует также нагревание пыли. Повышенная влажность воздуха или самой пыли снижает ее электрозаряженность.

Высокодисперсная пыль вследствие электрозаряженности обладает активной поверхностью, поэтому на ней сарбируются газы и другие мелкие частицы, находящиеся в воздухе. Чем меньше пылевые частицы, тем больше их активность. Газы, обволакивая пылевую частицу, способствуют более длительному витанию ее в воздухе, то есть сорбирование на пылевых частицах газов замедляет осаждение пыли.

При значительной запыленности воздуха высокодисперсной пылью электрические заряды пылевых частиц могут суммироваться и, достигнув определенного потенциала, образовывать электрические разряды -- взрывы. Чаще всего такие взрывы пыли возникают при наличии огня или сильно нагретого предмета в чрезмерно запыленной атмосфере, так как при повышении температуры резко увеличивается заряженность пылевых частиц, быстрее и с большей силой происходит электрический разряд .

Степень дисперсности промышленных аэрозолей зависит прежде всего от способа их образования. Только что образовавшиеся аэрозоли конденсации (дымы) имеют размеры меньше 1 мкм. С течением времени они агрегируются и в виде хлопьев выпадают из воздуха. Размеры аэрозолей дезинтеграции (пыли) зависят от вещества, из которого они получены, и интенсивности его размельчения. Чем тверже вещество и чем интенсивнее его размельчение, тем выше степень дисперсности пылевых частиц.

Благодаря сравнительно быстрому оседанию крупных пылевых частиц от 10 мкм и более, обычно в воздухе производственных помещений преобладают пылевые частицы до 10 мкм, причем 70--90% из них составляют частицы размером до 5 мкм.

Микроскопические частицы размером от 200 до 0,1 мк, как и все прочие тела, подчиняются закону тяготения. Но вследствие относительно большой поверхности на единицу массы они испытывают большое сопротивление воздуха и поэтому не оседают с постоянной скоростью по закону Стокса. В начале падения сила тяжести уравновешивает сопротивление воздуха, дальнейшее увеличение скорости падения вследствие этого прекращается и микроскопическая частица оседает с постоянной незначительной скоростью, измеряемой сантиметрами или миллиметрами в час. Сопротивление воздуха при движении в нем частицы изменяется в зависимости от ее размеров и формы, скорости ее оседания и подвижности воздуха.

В неподвижном воздухе кварцевые частицы диаметром 10 мк оседают медленно, а частицы менее 0,1 мк практически не оседают и находятся в постоянном броуновском движении. Таким образом, чем меньше размер пылевых частиц, тем дольше они задерживаются взвешенными в воздухе, следовательно, тем больше возможность попадания их в дыхательные пути.Некоторые изменения скорости оседания пылевых частиц возникают в связи с процессом флоккуляции. Это имеет значение в основном для аэрозолей конденсации, которые даже в неподвижном воздухе благодаря энергичному броуновскому движению часто сталкиваются друг с другом, агрегируются и в виде хлопьев выпадают из воздуха. Аэрозоли дезинтеграции не поддаются агрегированию главным образом вследствие относительно больших размеров-частиц; более того, пылевые частицы в них могут приобретать меньшие размеры.

Аэрозоли конденсации окиси магния минимальных размеров с течением времени превращаются в хлопья, а аэрозоли дезинтеграции мела в виде хлопьев -- в мельчайшие пылевые частицы. Влияние движения воздуха на флокуляцию незначительно. Увлажнение воздуха оказывает эффективное влияние на флокуляцию лишь в том случае, если оно интенсивное. Исследования показали, что аэрозоли дезинтеграции малого диаметра могут флокулироваться при наличии в воздухе водяных аэрозолей размером 0,55--0,4 мк в количестве, значительно превышающем количество твердых аэрозолей.

Степень дисперсности промышленных аэрозолей зависит прежде всего от способа их образования. Свежеполученные аэрозоли конденсации (дымы) имеют размеры частиц меньше 1 мк. Величина частиц аэрозолей дезинтеграции (пыль) зависит от вещества, из которого они получены, интенсивности дезинтеграции и возраста аэрозолей. Чем тверже вещество, чем интенсивнее дезинтеграция и чем больше возраст аэрозолей, тем больше пыли и тем выше степень дисперсности ее частиц .

Химический состав пыли.

Для гигиенической оценки пыли важно знать ее химический состав, от которого зависит биологическая активность, в частности фиброгенное (перерождение легочной ткани в соединительную), аллергенное, токсическое и раздражающее действие. Фиброгенность пыли зависит главным образом от содержания в ней свободной двуокиси кремния. Пыль, образующаяся при производстве огнеупорного кирпича, содержит 98% свободной двуокиси кремния; формовочная земля в чугунолитейных цехах - 60-80%; железная руда - до 30%, вмещающие ее породы - кварцит - до 70%; почти все породы угольных пластов Донбасса содержат более 10% свободной двуокиси кремния. Чем больше содержание в пыли двуокиси кремния, тем она более агрессивна.

Химическая активность пыли увеличивается с повышением ее дисперсности, т. е. с увеличением удельной поверхности размельчаемых веществ.

Большое значение имеет растворимость пыли. Если пыль не токсична и действие ее на ткань сводится к механическому раздражению, то хорошая растворимость такой пыли в тканевых жидкостях является благоприятным фактором. В случае токсичной пыли хорошая растворимость является отрицательным фактором.

Пыль оказывает вредное действие главным образом на дыхательные пути, вызывая заболевания как их верхних отделов, так и легких, а также действует на кожу и глаза.

При вдыхании пылевых частиц размером 5 мкм и более они всецело задерживаются в верхних дыхательных путях, в первую очередь в полости носа. Это вызывает травмирование и раздражение слизистой, которое при дальнейшем развитии процесса переходит в катар, вначале гипертрофический (т. е. с разрастанием ткани), а затем атрофический с заменой мерцательного эпителия плоским и гибелью железистого аппарата. Фильтрующая способность носовой полости поэтому сильно снижается, а в далеко зашедших случаях вовсе исчезает. Постепенно под влиянием длительного воздействия различных видов пылей развиваются хронические воспалительные процессы и на других участках дыхательных путей (риниты, фарингиты, трахеиты, бронхиты). Некоторые виды пыли, обладающие большой химической активностью (хром, мышьяк), могут при длительном воздействии вызвать изъязвление и прободение носовой перегородки.

Вне зависимости от физико-химических свойств все виды пылевых частиц вначале оказывают на легочную ткань механическое действие. При этом легочная ткань реагирует на них, как на инородное тело, стремясь удалить его. Защитная функция организма, способствующая очищению легких от пыли, носит название фагоцитоза и состоит в следующем.

Пыль, попавшая в легкие, поглощается так называемыми пылевыми клетками (клетками легочного эпителия), которые затем стремятся удалить пыль из легких различными путями. Один из путей -- удаление пыли вместе с мокротой. Другой путь -- удаление пыли по лимфатическим путям. Частицы пыли размером менее 1 мкм фагоцитируются легче; более крупные пылинки, а также кварцевая пыль удаляются медленно и накапливаются в легких и в лимфатических, узлах, приводя их к поражению.

Пыль, проникшая глубоко в дыхательные пути, может привести к развитию в них специфического заболевания -- пневмокониоза, сущность которого заключается в развитии фиброза, т. е. замещения легочной ткани соединительной тканью. В зависимости от характера вдыхаемой пыли различают следующие виды пневмокониозов:

• · силикатоз , вызываемый воздействием пыли, содержащей двуокись кремния в связанном состоянии (силикаты -- пыль асбеста, талька);
• · антракоз -- пневмокониоз, вызываемый воздействием угольной пыли;
• · сидероз -- пневмокониоз, вызываемый, например, пылью железа.

Силикоз -- наиболее тяжелый и наиболее распространенный вид пневмокониоза. Это медленно протекающий хронический процесс, который, как правило, развивается только у лиц, проработавших несколько лет в условиях значительного загрязнения воздуха кремниевой пылью. Силикоз развивается обычно через 5--10 или 15 лет работы, связанной с вдыханием кварцсодержащей пыли при очень высоком содержании свободной SiO 2 во вдыхаемой пыли, однако в отдельных случаях возможно более быстрое возникновение и течение этого заболевания, когда за сравнительно короткий срок (2~4 года) процесс достигает конечной, терминальной, стадии.

Силикоз следует рассматривать как тяжелое заболевание организма в целом, при котором происходят значительные изменения в различных органах и системах (нервной, сердечно-сосудистой, лимфатической и др.). Нередко он осложняется туберкулезом.

Кроме пневмокониоза, вдыхание пыли может быть причиной повышенной заболеваемости воспалением легких. Особенно это относится к томасовой пыли, образующейся в сталеплавильном производстве и содержащей в своем составе фосфорные соединения.

Пыли, оказывающие раздражающее действие на кожу (пыли синтетических смол, извести, карбида кальция), могут вызвать различные воспалительные процессы вплоть до язвенных поражений (дерматиты, экземы). При большой запыленности воздуха попадающие на кожу пылевые частицы могут проникнуть в отверстия сальных и потовых желез, вызвать их закупорку, а следовательно, нарушить нормальную деятельность кожи, чем будет снижена ее сопротивляемость к проникновению микробов .

Гигиеническая оценка производственной пыли

Пыль - понятие, характеризующее физическое состояние вещества, а именно раздробленность его на мельчайшие частицы. Взвешенные в воздухе твердые частицы представляют собой дисперсную систему, в которой, дисперсной фазой являются твердые частицы, а дисперсионной средой - воздух.

По характеру веществ, из которых пыль образовалась, существует следующая ее классификация:

I) Органическая пыль:

а) растительная пыль (древесная, хлопковая и др.);

б) животная (шерстяная, костяная и др.);

в) искусственная органическая пыль (пластмассовая и др.).

II) Неорганическая пыль:

а) минеральная (кварцевая, силикатная и др.);

б) металлическая (железная, алюминиевая и др.).

III) Смешанная пыль (пыль при шлифовке металла, при зачистке литья и др.).

Классификация пыли по ее дисперсности и способу образования различают аэрозоли дезинтеграции и аэрозоли конденсации.

Аэрозоли дезинтеграции образуются при добавлении какого-либо твердого вещества, например в дезинтеграторах, дробилках, мельницах, при бурении и других процессах. При этом чем тверже тело, тем меньше размеры образующихся частиц.

Аэрозоли конденсации образуются из паров металлов, металлоидов и их соединений, которые при охлаждении превращаются в твердые частицы. Например, в воздухе конденсируются пары цинка и алюминия при их плавлении, пары металлов при электросварке. При этом размеры пылевых частиц значительно меньше, чем при образовании аэрозолей дезинтеграции.

Частицы аэрозолей дезинтеграции и конденсации различаются также тем, что первые имеют всегда неправильную форму, представляются в виде обломков, а вторые - вид рыхлых агрегатов, состоящих из отдельных частиц правильной кристаллической или шарообразной формы.

Для гигиенической оценки пыли важным признаком является степень дисперсности ее, или размеры пылевых частиц, так как с этим связана как длительность пребывания взвешенной пылевой частицы в воздушной среде, так и глубина проникновения в дыхательные пути, патогенность и физико-химическая активность, электрозаряд частиц и другие свойства.

Физические и химические свойства пыли

Дисперсность и поведение пылевых частиц в воздухе. Микроскопические частицы размером от 200 до 0,1 мк, как и все прочие тела, подчиняются закону тяготения. Но вследствие относительно большой поверхности на единицу массы они испытывают большое сопротивление воздуха и поэтому не оседают с постоянной скоростью по закону Стокса. В начале падения сила тяжести уравновешивает сопротивление воздуха, дальнейшее увеличение скорости падения вследствие этого прекращается и микроскопическая частица оседает с постоянной незначительной скоростью, измеряемой сантиметрами или миллиметрами в час. Сопротивление воздуха при движении в нем частицы изменяется в зависимости от ее размеров и формы, скорости ее оседания и подвижности воздуха.

В неподвижном воздухе кварцевые частицы диаметром 10 мк оседают медленно, а частицы менее 0,1 мк практически не оседают и находятся в постоянном броуновском движении. Таким образом, чем меньше размер пылевых частиц, тем дольше они задерживаются взвешенными в воздухе, следовательно, тем больше возможность попадания их в дыхательные пути.

Форма и консистенция пылевых частиц. Как уже указывалось выше, аэрозоли дезинтеграции имеют неправильную форму и представляют по существу обломки в виде пластинок, глыбок, многогранников, вытянутых волокон с острыми зазубренными, иногда сглаженными краями.

Аэрозоли конденсации представляют собой чаще всего рыхлые агрегаты, состоящие из кристаллов или частиц шарообразной формы. От формы пылевой частицы зависит скорость ее оседания. Частица неправильной формы оседает медленно, так как она падает всегда в положении наибольшей своей поверхности, встречающей наибольшее сопротивление воздуха.

Электрические свойства пыли. Пылевые частицы, взвешенные в воздухе, несут как положительный, так и отрицательный заряд независимо от химических свойств первичного вещества.

Химический состав пыли. Для гигиенической оценки пыли важно знать ее химический состав, от которого зависит биологическая активность, в частности фиброгенное, аллергенное, токсическое и раздражающее действие. Фиброгенность пыли зависит главным образом от содержания в ней свободной двуокиси кремния (SiO 2). Чем больше содержание в пыли свободной двуокиси кремния, тем она более агрессивна.

Растворимость пыли. Растворимость пыли в воде и тканевых жидкостях может иметь положительное и отрицательное значение. Если пыль не токсична и действие ее на ткань сводится к механическому раздражению, хорошая растворимость такой пыли является фактором благоприятным, способствующим быстрому удалению ее из легких. В случае токсичной пыли хорошая растворимость является отрицательным фактором.

Пыль и микрофлора. Известны случаи заболевания легочной формой сибирской язвы, среди рабочих по сортировке тряпок и шерсти. Зерновая пыль может содержать споры различных грибов, в том числе и лучистого гриба, являющегося возбудителем актиномикоза. Воздух рабочих помещений нередко загрязняется различного вида микробам. Некоторые виды пыли могут служить питательной средой для бактерий. Обнаружено, например, огромное количество микробов в мучной пыли, взятой на мельнице. Пыль может быть носителем не только бактерий, но и клещей и яиц глистов.

Судьба пыли в организме. Не вся пыль, попадающая в дыхательные пути, достигает легких: часть ее задерживается в верхних дыхательных путях, в первую очередь в полости носа. Волоски слизистой оболочки носа, извилистые ходы, липкая слизь, покрывающая оболочку, мерцательный эпителий слизистой носа являются отличными механизмами, задерживающими пылевые частицы. Значительная часть задержанной пыли - выделяется обратно при чихании и кашле. 50% пыли достигает легких и там задерживается.

В легких происходит процесс фагоцитоза пылевых частиц, в первую очередь клетками легочного эпителия. Фагоцитоз, является защитной функцией организма и способствует очищению легких от пыли. Клетки, поглотившие пылевые частицы, так называемые пылевые клетки, стремятся удалить пыль из легких различными путями. Один из путей - удаление пыли вместе с мокротой, другой - удаление пыли по лимфатическим путям легкого в бронхиальные железы и по направлению к плевре, где, скапливаясь, пыль вызывает пролиферативную реакцию. Активность фагоцитоза различных видов пыли неодинакова.

Хорошо фагоцитирующаяся пыль, как, например, угольная, сравнительно легко удаляется из легких, в то время как кварцевая пыль, несмотря на высокую активность фагоцитоза, вследствие быстрой гибели фагоцитов удаляется медленно и накапливается в легких. Пыль, транспортируемая пылевыми клетками по лимфатическим путям, может задерживаться в местах бифуркации и изгибов лимфатических сосудов, закупоривать их, вызывать лимфостаз, способствующий в дальнейшем развитию соединительной ткани. Часть пылевых клеток под влиянием токсического действия пыли (кварца) разрушается, пылевые частицы в этом случае задерживаются в альвеолах, внедряются в ткань межальвеолярных перегородок и вызывают пролиферативную клеточную реакцию.

В дальнейшем в зависимости от агрессивности пыли процессы могут протекать в двух направлениях: развитие специфических процессов- образование патологической соединительной ткани, т. е. фиброза легких и развитие неспецифических патологических процессов, например воспаление легких, туберкулез легких, рак легких и др.

Производственная пыль. В производственных условиях источники и причины пылевыделения весьма многочисленны и разнообразны. Запыленность атмосферы и воздуха закрытых помещений может действовать вредно чисто механически, раздражая слизистые оболочки верхних ды­хательных путей и создавая благоприятную почву для инфекции. На производстве дело усложняется тем, что часть пыли, попадая в легкие, задерживается и может вызывать в зависимости от специфики качественного состава различные формы легочного фиброза.

Крупнодисперсные пылевые частицы вызывают травматические повреждения эмали зубов, обусловливая развитие некариозных поражений их твердых тканей. При действии индифферентной пыли возможно развитие катаральных форм гингивита вследствие механического воздействия. В результате растворения в слюне полости рта химические соединения цинка, меди через кровеносную систему депонируются в твердых тканях зубов, приводя к их окрашиванию, хрупкости эмали, ведущей к повышению частоты хронической травмы зубов. Токсическое действие на пульпу зуба ведет к быстрому развитию пульпита и периодонтита вплоть до развития этих па­тологических изменений в интактных зубах.

Пневмокониозы. Одно из первых мест в пылевой патологии принадлежит заболеваниям легких, возникающим в результате отложения в них различного рода пыли. Они объединены под общим названием пневмокониозы (от греч. pneumon - легкое, conia - пыль), которые прежде всего характеризуются разрастанием соединительной ткани в местах отложения пыли, т.е. фиброзом легочной ткани. В результате бронхи и сосуды сдавливаются и суживаются, альвеолярная ткань запустевает и за­твердевает в одних местах (индурация, цирроз легкого) и компенсаторно расширяется в других, что ведет к эмфиземе и бронхоэктазам. Таким образом нарушаются функции легкого и сердца. Пыль, попадая в организм, может ухудшить течение пневмонии, туберкулеза и создавать благоприятную почву для развития некоторых других патологических процессов.

Одной из наиболее распространенных разновидностей пневмокониоза является силикоз, который развивается при длительном вдыхании пыли, содержащей свободную двуокись кремния SiO 2 . Силикоз встречается у рабочих горнорудной, угольной и металлургической промышленности. Пыль, содержащая двуокись кремния в свободном состоянии, отличается наибольшей агрессивностью. Главную опасность для человека представляют пылевые частицы размером менее 5 мкм.

Двуокись кремния, находящаяся в связанном состоянии с другими элементами, вызывает силикатозы. К ним относятся асбестоз, развиваю-щийся от вдыхания асбестовой пыли, талькоз - от вдыхания талька и др.

Клиника, диагностика. Пневмокониоз характеризуется тяжелыми склеротическими изменениями в органах дыхания. Одновременно значительные нарушения происходят в нервной, сердечно-сосудистой и лимфатической системах, в желудочно-кишечном тракте. Следовательно, пневмокониоз, особенно силикоз, является заболеванием всего организма.

По клинико-рентгеноморфологической картине различают три стадии силикоза и других видов узелкового пневмокониоза.

Для I стадии характерно усиление легочного рисунка, деформирование сосудисто-бронхиального рисунка, утолщение стромы легких и появление силикотических узелков диаметром менее 1 мм, плохо различимых невооруженным глазом.

Во II стадии происходят более выраженные изменения легких. Можно наблюдать усиление диффузного процесса в паренхиме легких и в области корней. Деформация сосудисто-бронхиального рисунка значительно более выражена. Отчетливо видны многочисленные диффузные узелки диаметром 2-4 мм. Для этой стадии характерно наличие распространенной мелкобуллезной эмфиземы легких.

В III стадии количество и размер узелков резко увеличиваются. Наблюдается слияние мелких узелков в крупные узлы, в дальнейшем приобретающие опухолевидную форму, дающую на рентгенограмме массивные тени. Мелкобуллезная эмфизема постепенно заменяется крупнобуллезной.

В I стадии больные обычно жалуются на боль и чувство стеснения в груди, одышку, появляющуюся при физическом напряжении, кашель без мокроты. Объективно нередко выявляется краевая эмфизема легких, бронхит, а иногда при пробе с нагрузкой - слабо выраженная функциональная недостаточность дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Жизненная емкость легких чаще остается нормальной, но может быть повышенной или пониженной.

и их гигиеническая оценка

Гигиеническое значение промышленных пылей обусловливается их физическими и химическими свойствами, из которых наиболее важными являются дисперсность (размер пылевых частиц), формы пыли, электрический заряд, растворимость и химический состав.

От дисперсности пыли зависит как длительность пребывания пылевых частиц в воздухе, так и глубина проникновения в дыхательные пути, физико-химическая активность, электрический заряд пылевых частиц и другие свойства.

а. Дисперсность и поведение пылевых частиц в воздухе

Видимые пылевые частицы размером более 200 мк, подчиняясь закону тяготения, не испытывают большого сопротивления воздуха и быстро оседают с возрастающим ускорением. Пылевые частицы размером менее 200 мк и до 0,1 мк (микроскопические), испытывая сопротивление воздуха, оседают с постоянной незначительной скоростью, измеряемой в миллиметрах или сантиметрах в час.

Частицы пыли менее 0,1 мк (ультрамикроскопические) практически не оседают, находясь в броуновском движении.

Таким образом, чем меньше размер пылевых частиц, тем дольше они задерживаются взвешенными в воздухе, следовательно, тем больше вероятность попадания их в дыхательные пути.

Некоторые изменения скорости оседания пылевых частиц возникают в процессе флокуляции (укрупнения частиц). Это имеет значение в основном для пылей конденсации, частицы которых даже в неподвижном воздухе, благодаря энергичному движению часто сталкиваются друг с другом, агрегируются и выпадают в виде хлопьев. Пыли дезинтеграции не поддаются агрегированию главные образом вследствие относительно больших размеров частиц. Увлажнение воздуха оказывает эффективное влияние на флокуляцию лишь в том случае, если оно интенсивное.

б. Форма пылевых частиц

Как отмечалось ранее, частицы пылей дезинтеграции имеют неправильную форму, представляют собой обломки в виде пластинок, глыбок, многогранников, вытянутых волокон с острыми зазубринами, иногда со сглаженными краями.

Пыли конденсации представляют собой чаще всего рыхлые агрегаты, состоящие из кристаллов или частиц шарообразной формы. От формы пылевой частицы зависит скорость ее оседания. Частицы неправильной формы оседают медленно, так как они падают всегда в положении наибольшей своей поверхности, встречающей наибольшее сопротивление воздуха.

в. Электрические свойства пыли

Частицы пыли, взвешенные в воздухе, несут как положительный, так и отрицательный заряды, независимо от химических свойств вещества, из которого они состоят.

Почти все пылевые частицы имеют заряд, причем количество частиц с отрицательным и положительным зарядом примерно одинаково. Пылевые частицы больших размеров могут иметь несколько элементарных зарядов, а малые - обычно один элементарный заряд.

Биологическое и гигиеническое значение электрозаряженности пыли почти не изучено. Имеются сведения о том, что процент задержки в дыхательных путях электрозаряженной пыли в 2-3 раза больше, чем нейтральной. Вероятно, поэтому характер заряда может иметь значение для вывода пыли из организма. Возможно также, что знак заряда играет определенную роль при осаждении пыли из воздуха распыленной водой, поскольку капли воды тоже несут на себе электрозаряд.

г. Химический состав пыли

Для гигиенической оценки пыли важно знать ее химический состав, от которого зависит биологическая активность, в частности фиброгенное (перерождение легочной ткани в соединительную), аллергенное, токсическое и раздражающее действие. Фиброгенность пыли зависит главным образом от содержания в ней свободной двуокиси кремния. Пыль, образующаяся при производстве огнеупорного кирпича, содержит 98\% свободной двуокиси кремния; формовочная земля в чугунолитейных цехах - 60-80\%; железная руда - до 30\%, вмещающие ее породы - кварцит - до 70\%; почти все породы угольных пластов Донбасса содержат более 10\% свободной двуокиси кремния. Чем больше содержание в пыли двуокиси кремния, тем она более агрессивна.

Многие виды пыли обладают аллергенными свойствами, вызывая такие заболевания, как носовая и бронхиальная астма. К аллергенам относятся, например, пыль канифоли, кожи, льна, муки, пихты, рисовой муки, солоны, сосны, сухих спор хлебной головни, шерсти, шелка, хрома. Известно, что к аллергенам существует индивидуальная чувствительность, поэтому не все, имеющие дело с указанными выше видами пыли, заболевают носовой или бронхиальной астмой.

д. Растворимость пыли

Растворимость пыли в воде и тканевых жидкостях может иметь положительное и отрицательное значение. Если пыль не токсична и действие ее на ткань организма сводится к механическому раздражению, хорошая растворимость такой пыли является благоприятным факторов, способствующим быстрому удалению ее из легких. В том случае, если пыль токсична, хорошая ее растворимость является отрицательным факторов.

е. Удельная поверхность пыли и физико-химическая активность

Физико-химическая активность пыли в большой степени зависит от размера ее частиц, что объясняется значительным увеличением удельной поверхности с уменьшением размера пылинок. В этом легко убедиться не следующем примере. Раздробление 1 см3 твердого тела до частиц размером 0,1 мк увеличивает общую поверхность с 6 до 600 000 см2, т. е. в 100 000 раз. Такое увеличение поверхности повышает адсорбционную способность раздробленного вещества к газовом молекулам. Например, пыль доменного газа сорбирующая оксид углерода. В спокойном состоянии сорбированный оксид углерода пыли не выделяется, при перелопачивании же она десорбируется в количестве, способном вызвать острое отравление.

Увеличение удельной поверхности мелких частиц связано с повышением их химической активности. В связи с этим пыль приобретает свойства взрывчатости. Активная сорбция кислорода пылевыми частицами делает их легковоспламеняющимися при наличии открытого огня. Взрывчатыми свойствами может обладать любая пыль, но особенно взрывоопасны органические ее виды. Хорошо известны взрывы каменноугольной, пробковой, сахарной, мучной пыли. Опасность взрыва зависит от концентрации пыли, ее дисперсности, содержания в ней летучих веществ зольности (наличия неорганических веществ), влажности. Особенно взрывоопасна каменноугольная пыль, содержащая значительное количество органических летучих веществ.

Основные свойства промышленных пылей.

Для выбора аппаратов с целью эффективной очистки газа необходимо знать следующие основные свойства пыли, со­держащейся в технологических и вентиляционных газах: химический состав, плотность, угол естественного откоса, смачиваемость, удельное электрическое сопротивление, фор­му и структуру частиц, дисперсность, токсичность, воспла­меняемость и взрываемость, способность коагулировать.

Химический состав пыли. Он всегда характерен для данного производства или технологического процесса.

По химическому составу пыли судят о ее токсичности. Зная химический состав пыли, можно обоснованно выбрать мокрый или сухой способ очистки газа. Если пыль содер­жит компоненты, способные образовывать с водой или дру­гой жидкостью, подаваемой на орошение аппаратов, сое­динения, которые при оседании на стенках аппаратов и га­зоходов трудно удалять, применять мокрый способ очист­ки газов нельзя. При наличии в руде серы во время металлургических процессов в газ переходят ее оксиды, которые при мокром способе очистки образуют кислоты. В этом случае следует принимать меры по защите аппаратов и газоходов от коррозии и обеспечивать нейтрализацию шламовых вод. Поэтому для очистки таких газов целесооб­разнее применять сухой способ. При наличии в составе пы­ли оксидов кремния и аналогичных им соединений прини-мают меры по защите аппаратов и газоходов от механичес­кого истирания.

Воспламеняемость и взрывоопасность. Чем меньше раз­меры и пористее структура частиц, тем больше их удель­ная поверхность и выше физическая и химическая актив­ность пыли. Высокая химическая активность некоторых видов пыли является причиной ее взаимодействия с кисло­родом воздуха. Окисление частиц пыли сопровождается повышением температуры. Поэтому в местах скопления пыли возможны ее самовоспламенение и взрыв. Ввиду большой удельной поверхности возгонов и наличия в ряде случаев в их составе неокисленных металлов, углерода и серы возгоны более склонны к самовозгоранию. Взрыво­опасность пыли увеличивается с уменьшением ее зольности и влажности.

По степени пожаро- и взрывоопасности пыли делят на две группы и четыре класса. К группе А относят взрыво­опасные пыли с нижним концентрационным пределом взрываемости до 65 г/м 3 . Из них пыль с нижним пределом взрываемости до 15 г/м 3 относится к I классу, а остальные - ко II классу.

В группу Б входят пыли, имеющие нижний концентра­ционный предел выше 65 г/м 3 . Из них пыли, температура воспламенения которых до 250°С, относятся к III классу, а пыли, воспламеняющиеся при температуре выше 250 °С,- к IV классу.

Горючая пыль вследствие сильно развитой поверхности контакта частиц с кислородом воздуха способна к само­возгоранию и образованию врывчатых смесей с воздухом. Взрыв взвешенной в воздухе пыли - это резкое увеличение давления в результате очень быстрого сгорания ее частиц. Минимальные взрывоопасные концентрации взвешенной в воздухе пыли: 20 - 500 г/м 3 , максимальные - около 700 -8000 г/м 3 . Чем больше содержание кислорода в газо­вой смеси, тем вероятнее взрыв и больше его сила. При содержании ≤ 16% О 2 пылевое облако невзрываемо (на­пример, в смеси с СО 2 , водяными парами и т.д.).

Взрывоопасность пыли различных видов топлива зави­сит от содержания летучих, влажности, зольности, тонкос­ти помола, концентрации пыли в воздухе, температуры воздуха и пыли. Угли с содержанием компонентов менее 10 % невзрывоопасны. Пыль угля с выходом летучих более 30 % взрывоопасна при 65-70°С. Наиболее опасны кон­центрации угольной пыли в пределах от 300 до 600 г/м 3 .

Нижним и верхним пределами взрываемости пыли на­зывается соответственно наименьшая и наибольшая кон­центрации взвешенной в газах или воздухе пыли, при кото­рой возможен взрыв смеси. Нижние пределы взрываемос­ти для большинства пылей составляют 2,5-35 г/м 3 . Такие концентрации соответствуют весьма высокой запыленности воздуха, при которой трудно различать предметы на рас­стоянии нескольких метров.

Смачиваемость пыли. Характеризует ее способность смачиваться водой. Обычно ее выражают в процентах. Чем меньше размер частиц пыли, тем меньше их способность смачиваться. В частности, возгоны плохо смачиваются во­дой. Смачиванию препятствует газовая оболочка, образую­щаяся вокруг мелких частиц пыли. Чем крупнее частицы пыли и чем округлее их форма, тем слабее силы, удерживающие газовую оболочку вокруг поверхности частиц и, следовательно, тем больше их способность смачиваться. Смачиваемость пыли зависит и от ее химического состава. Смоченные частицы лучше отделяются от газа в аппаратах газоочистки. Смачиваемость определяется путем измерения доли смоченного и погрузившегося на дно сосуда порошка, насыпанного тонким слоем на поверхность воды.

Пыли по смачиваемости разделяют на три группы: гидрофобная (плохо смачиваемая, менее 30 %), умеренно смачиваемая (30-80 %), гидрофильная (хорошо смачиваемая, 80-100 %). В зависимости от химического состава некото­рые пыли при смачивании водой схватываются (цементиру­ются, затвердевают). Такие пыли при оседании на стенки аппаратов и газоходов, образуют трудно удаляемые отло­жения, которые уменьшают сечение для прохода газа и ухудшают условия газоочистки.

Плотность пыли. Различают истинную плотность на­сыпной массы. Истинная плотность пыли обусловлена хи­мическим составом материала, из которого она образована, и измеряется отношением массы пыли к занимаемому ею объему. В некоторых случаях внутри частиц пыли могут быть поры и пустоты. Величина пор и пустот зависит от формы и размера частиц. Плотность такой пыли называют кажущейся. Она будет несколько меньше истинной плот­ности, так как газ, находящийся в порах, весит мень­ше, чем пыль. На практике эти поры, как правило, не учитывают и считают кажущуюся плотность равной ис­тинной.

В процессе очистки уловленная пыль собирается в оп­ределенную емкость и образует насыпную массу. Плотность насыпной массы в отличие от истинной плотности учитыва­ет наличие воздушных зазоров между отдельными частица­ми пыли и изменяется в зависимости от способа заполнения (уплотнения) пыли в заданном объеме. Величиной насып­ной плотности пользуются для определения объема, кото­рый занимает пыль в бункерах. Чем меньше размеры час­тиц пыли, тем меньше поверхность их соприкосновения и больше количество пустот между отдельными пылинками в насыпной массе, а следовательно, меньше насыпная плот­ность по сравнению с истинной. Для крупной пыли насып­ная плотность примерно в 2,5 раза меньше истинной плот­ности, а для мелкой пыли - в 20 раз.

Угол естественного откоса пыли представляет собой угол обрушения пыли в процессе или после наполнения пылью бункеров аппаратов газоочистки или других емкостей. Его отсчитывают между горизонтальной плоскостью и образующей конуса, получаемого при насыпании пробы пыли на плоскость. По углу естественного откоса пыли делают угол наклона бункеров пылеуловителей.

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) представляет собой сопротивление образца пыли в форме куба с гранями 1 м прохождению электрического тока (Ом·м). Величина УЭС слоя пыли на электродах электро­фильтра является одним из важных факторов, влияющих на эффективность работы сухих электрофильтров.

Все пыли по УЭС разде­ляют на три группы.

Частицы пыли, имеющие УЭС меньше 10 4 Ом-м (1-я группа), легко разряжаются и, приобретая одноименный с осадительными электродами заряд, отрываются от по­верхности и попадают в газовый поток, способствуя увели­чению вторичного уноса. Примером такой пыли могут слу­жить частицы недогоревшего топлива (недожог) в дымо­вых газах котельных агрегатов, плохо улавливаемые в электрофильтрах. Такие пыли предпочтительнее улавливать в рукавных фильтрах.

Частицы пыли с удельным сопротивлением 10 4 - 10 10 Ом-м (2-я группа) удовлетворительно улавливают­ся в электрофильтрах. При осаждении на электроде эти пыли разряжаются не сразу, а через некоторое время, до­статочное для накопления слоя и формирования из мелких осажденных частиц агломератов под действием электричес­ких и аутогезионных сил. Размер агломератов обычно та­ков, что основная часть пыли при встряхивании электродов: попадает в бункер электрофильтра и только небольшое количество уносится газовым потоком, образуя вторичный унос. К таким пылям можно отнести огарковую (при про­изводстве серной кислоты в печах с кипящим слоем) и це­ментную пыль (при производстве цемента мокрым спо­собом).

При УЭС пыли выше 10 10 Ом-м (3-я группа) возника­ют наибольшие трудности, нарушающие протекание процесса электрической фильтрации. Возникает обратная ко­рона.

Обратная корона на осадительном электроде возникает в результате того, что разность потенциалов (напряжений) между поверхностью слоя и поверхностью осадительного электрода превышает пробивное напряжение слоя, и в его порах возникает тлеющий разряд, внешне напоминающий коронный, направленный от острых кромок, расположенных у трещин в пылевом слое, к коронирующему электроду.

В условиях обратного коронного разряда уменьшается пробивное (рабочее) напряжение, вследствие чего резко снижается эффективность работы электрофильтра, в ре­зультате чего увеличивается пылевынос.

Дисперсность пыли. Размер частиц пыли является од­ной из основных характеристик, определяющих выбор типа аппарата или системы аппаратов для очистки газа. Круп­ная пыль лучше, чем мелкая, оседает из газового потока и может быть уловлена в аппарате простейшего типа. Для очистки газа от мелкой пыли зачастую требуется не один, а несколько аппаратов, установленных последовательно по ходу газа. Под дисперсностью пыли понимают совокуп­ность размеров всех составляющих ее частиц.

Одной из классификаций пыли по размерам служит ее разделение на крупную пыль (размером более 10 мкм) и мелкую (размером менее 10 мкм). Возгоны содержат ча­стицы в основном размером менее 1 мкм. Пыль, образован­ная в результате механических операций (дробления, транспортировки и т.п.), обычно имеет размеры более 5- 50 мкм. В любых технологических газах металлургическо­го производства в зависимости от его физико-химических характеристик содержится пыль самого разнообразного дисперсного состава.

Токсичность пыли. Глубина проникновения частиц пы­ли в органы дыхания человека зависит от величины частиц. Особенно опасны в этом отношении туманы. Токсичность пыли зависит от их материала, из которого она образована (например, свинца, мышьяка, ртути и др.).

Главную опасность для человека представляет пребы­вание в сильно запыленной среде, при котором значитель­ное количество пыли попадает в организм. При этом созда­ются условия для длительного контакта относительно большой массы пыли со слизистой поверхностью дыхатель­ных путей, которая наиболее восприимчива к ее действию. Большое значение имеет размер пылинок, так как, чем мельче частицы пыли, тем глубже они проникают в дыха­тельную систему. Если относительно крупные пылинки при вдыхании в большой степени задерживаются в верхних дыхательных путях и постепенно удаляются оттуда со сли­зью, то мелкая пыль, как правило, проходит в легкие и осе­дает там на длительный срок, вызывая поражение легоч­ной ткани. Следовательно, высокодисперсная пыль представ­ляет большую опасность, чем крупная. Пылинки могут проникнуть в поры потовых и сальных желез, закупоривая их и затрудняя функции этих желез. Попавшие вместе с пылью микробы в закупоренных про­токах сальных желез могут развиваться, вызывая гнойнич­ковые заболевания кожи - пиодермию. Закупорка потовых желез пылью в условиях горячего цеха вызывает уменьше­ние потоотделения, что затрудняет терморегуляцию.

Нетоксичные пыли, находясь в легких длительное вре­мя постепенно вызывают разрастание вокруг каждой пы­линки соединительной ткани, которая не способна воспри­нимать кислород из вдыхаемого воздуха, насыщаться кро­вью и выделять углекислоту, как это делает легочная ткань. Этот процесс разрастания соединительной ткани протекает медленно, как правило, годами. При длительной работе в условиях высокой запыленности, разрастаясь, соедини­тельная ткань постепенно замещает легочную, снижая та­ким образом основную функцию легких - усвоение кисло­рода и выделение углекислоты.

Методы и аппаратура для определения дисперсного состава пылей (аэрозолей)

Свойства аэрозолей и способы их улавливания определяются, главным образом, концентрацией и размерами частиц дисперсной фазы.

Фотоэлектрический счетчик аэрозольных частиц типа АЗ – 5 выпускается в системе радиоэлектронной промышленности.

Действие прибора основано на том, что каждая аэрозольная частица в оптическом датчике генерирует электрический импульс, амплитуда которого пропорциональна диаметру фиксируемой частицы. Прибор позволяет определить счетную концентрацию аэрозолей в пределах от 1 до 300 тыс. частиц в 1 л исследуемого воздуха.

Продолжительность единичного измерения не превышает 1 мни. Объемная скорость просасывания воздуха 1,2 л/мин. Прибор позволяет также судить о дисперсном составе частиц и пределах 0,4-10 мкм. Погрешность определения счетной концентрации аэрозоля не превышает ±20% по отношению к эталонному прибору, на пре­деле 0,7 мкм. Прибор включают в сеть переменного тока напряже­нием 220±10 В или к источнику постоянного тока напряжением 12 В. Масса прибора-не более 8,5 кг.

В практике пылеулавливания дисперсный состав пылен в долях от массы определяют методом воздушной сепарации или седиментационным способом, пользуясь приборами собственной конструкция и изготовления. Методы определения дисперсного состава аэрозолей основаны на законе Стокса - наиболее универсальном законе дви­жения тел в вязкой среде.

Плотность вещества аэрозольных частиц, как правило, колеб­лется в пределах 1-4 г/см 3 , что в несколько тысяч раз превосходит плотность воздуха. Несмотря на такое различие в плотностях среды и частицы, высокодисперсные аэрозоли отличаются сравнительной устойчивостью в поле тяготения, обусловленной большой удельной поверхностью частиц.

К группе прямых методов определения гранулометрического со­става порошкообразных материалов относится ситовой анализ. Ме­рилом крупности частиц в этом случае является размер ячейки сита. Сито представляет собой обечайку с днищем из металлической сет­ки. Обечайки могут плотно вставляться одна в другую, образуя набор сит с уменьшающимися сверху вниз размерами ячеек. Набор заканчивается поддоном а сверху плотно закрывается крышкой.

Ситовой анализ сводится к просеиванию определенной навески порошкообразного материала через набор сит и раздельному взве­шиванию остатка на каждом сите, а также взвешиванию фракции на поддоне. Относя навеску к весу исходной пробы, определяют про­центное содержание каждой фракции.

Для комплектования набора сит используют металлические сет­ки, изготовленные согласно ГОСТ 3584-73 (сетки проволочные, тканые, с квадратными ячейками и высокой точности).

Для выполнения ситового анализа применяют различные встряхивающие устройства, действующие по заданному режиму. Продол­жительность просеивания устанавливают опытным путем приме­нительно ккаждому виду исследуемого порошкообразного мате­риала.

При определении дисперсного состава пылей в широком диапа­зоне исследуют фракцию пыли, прошедшую через сито с наимень­шими размерами ячеек (т. е. собранную на поддоне), и анализируют, применяя более тонкие методы фракционирования. При иссле­довании промышленных пылей наибольшее распространение полу­чили седиментометрическнй метод в жидких средах и способ воз­душной сепарации.

Седиментометрический анализ в жидкой среде основан на зако­не Стокса и позволяет разделять фракции от 2 - 3 до 63 мкм (при объемных весах вещества 2-3 г/см 3). Из многочисленных вариантов аппаратуры для седиментометрического анализа получил практичес­кое применение прибор с подъемной пипеткой, изготавливаемый экс­периментальными мастерскими Ленинградского института охраны труда ВЦСПС.

Для выполнения на приборе двух параллельных определений дисперсного состава требуется 5-10 г пыли. Продолжительность седиментации при анализе относительно высокодисперсных пылей достигает 5 - 6 ч, не считая затрат времени на многочисленные под­готовительные операции. Недостатком седпментометрического спо­соба является то, что для каждого ранее не изученного вида пыли необходимо подбирать подходящую жидкую среду, инертную по отношению к исследуемой дисперсной фазе

Широкое распространение нашел также метод центробежной воздушной сепарации . Этот принцип положен в основу конструкции воздушной центрифуги «Бако», выпускаемой фирмой “NEU” (Франция) и позволяющей разделять навеску исследуемой пыли около 10 г на восемь фракций в пределах от 1-2 до 60 мкм в те­чение примерно 2 ч.

Для устранения погрешностей, связанных с возможным изме­нением дисперсного состава пыли при накоплении навески и при повторном ее диспергировании в жидкой пли газовой фазах, пред­ложены методы и аппаратура для разделения пыли на фракции не­посредственно в процессе отбора пробы.

К этой группе приборов относятся: ротационный анализатор дисперсности пыли РАД-1; импактор конструкции физико-химиче­ского института им. Карпова; струйный сепаратор (импактор) НИИОГАЗ.

Способы определения физико-химических свойств пыли в значительной степени зависит от свойств пылегазового потока. При проектировании и оценке работы аппаратов и систем пылеулавливания необходимо учитывать ряд свойств подлежащей улавливанию пыли. В работе предложена классификация пылей, которая предусматривает деление свойств и соответствующих характеристик пылевидных материалов на четыре группы.

К первой группе способы определения физико-химических свойств пыли относятся свойства вещества, из которого состоят частицы: химический состав вещества, его упругость, твердость, плотность, электропроводность, диэлектрические и магнитные свойства, гигроскопичность, растворимость.

Вторую группу составляют способы определения физико-химических свойств пыли индивидуальных частиц. Сюда относятся геометрические параметры - размер, форма, шероховатость и поверхностные свойства материала, из которого состоят частицы. Поверхностные свойства и геометрические параметры наряду со свойствами материала влияют на силы аутогезии и силы трения в индивидуальных контактах.

В третью группу входят способы определения физико-химических свойств пыли пылевидного материала как совокупности множества частиц. Эти свойства не зависят от плотности упаковки частиц. Аутогезионная способность частиц и дисперсный состав определяют аутогезионную способность пылевидного материала, т е. его способность противостоять растягивающим нагрузкам за счет сил аутогезии. Эту характеристику называют также слипаемостью пыли. Ее можно количественно характеризовать по прочности на разрыв слоя, уплотненного стандартной нагрузкой (50кПа).

Методы расчета эффективности работы пылеуловителей определяют внутреннее трение пылевидного материала, от которого зависят условия сечения и разрушения пылевых слоев. Для грубодисперсных материалов внутреннее трение исчерпывающе характеризуется углом внутреннего трения и сцеплением слоя.

Методы расчета эффективности работы пылеуловителей пыли как дисперсного материала в конкретных пылеуловителях. К таким технологическим характеристикам относятся уплотняемость пыли, угол естественного откоса, угол обрушения, скорость истечения из воронки, максимальный сводообразующий размер отверстия, способность к псевдоожижению, распыляемость, комкуемость, слеживаемость.

В четвертую группу входят свойства пылевого слоя, сформированного из данного пылевидного материала. Специфическими характеристиками пылевого слоя являются плотность упаковки частиц и прочность контактов между частицами. Они зависят от свойств пылевидного материала и условий формирования слоя при механической фильтрации (рукавные фильтры, зернистые фильтры), электрической фильтрации (электрофильтры) и др.

Плотность пыли. Это одна из важнейших характеристик, от которой зависит эффективность работы пылеуловителей. Различают: истинную плотность (масса единицы объема частиц, не имеющих пор); кажущуюся плотность (масса единицы объема частиц, включая объем закрытых пор); объемную плотность (масса единицы объема частиц, включая объем закрытых и открытых пор); насыпную плотность (масса единицы объема уловленной пыли, свободно насыпанного в какую-либо емкость непосредственно после ее заполнения. В объем входят внутренние поры частиц и промежуточное пространство между ними); насыпную плотность при встряхивании (масса единицы объема пыли при самой плотной упаковке частиц, достигаемой путем встряхивания).

По данным о плотности частиц определяют седиментационный диаметр частиц, насыпную плотность для расчета и выбора объема бункеров и пылевыгрузных устройств. Плотность пыли определяют только после отделения ее частиц от газовой среды. Методики определения плотности уловленной пыли и порошкообразного материала идентичны.

Если пыль получена путем измельчения монолита, то плотность материала частиц совпадает с истинной плотностью. Частицы промышленной пыли, образующейся в результате термической обработки, гранулирования, сушки и других процессов, имеют закрытые поры, из которых не удается удалить газовые включения. Плотность таких частиц соответствует кажущейся плотности.

Промышленная пыль может состоять из частиц как одинаковой, так и различной плотности. К первому виду относятся, например, кварцевая, корундовая пыль или химически чистые соли, ко второму - летучая зола, в грубых фракциях которой имеются несгоревшие частицы топлива, а в тонких - повышенное количество солей кальция и щелочных металлов.

В зависимости от крупности фракции могут содержать частицы раз личной структуры. Так, в грубых фракциях силикагеля и синтетически моющих порошков содержатся неразрушенные полые частицы, а в той них - разрушенные, имеющие другую структуру и соответственно другую кажущуюся плотность. В тех случаях, когда плотность различных по крупности частиц существенно различается, пыль необходимо разделить на фракции, и при вычислении седиментационного диаметра еле дует принимать для отдельных фракций соответствующие значения плотности.

Для расчетов, связанных с выбором или оценкой работы пылеуловителей, требуются сведения о кажущейся плотности, найденные для всей совокупности частиц в пробе. Такие данные можно получить методом пикнометрии с применением жидкости, не смачивающей частиц! и, следовательно, не заполняющей имеющиеся в них поры.

Пикнометрический способ определения физико-химических свойств пыли основан на определении объема жидкости, вытесненной пылью, масса которой известна. Частное от деления массы пробы на вытесненный ею объем есть плотность пыли.

Применяемая жидкость не должна взаимодействовать с пылью. Поэтому целесообразно пользоваться жидкостью, применяемой для дисперсионного анализа жидкостным седиментометрическим методом.

Способы определения физико-химических свойств пыли определяется отношением массы свеженасыпанных твердых частиц к занимаемому ими объему с учетом воздушных промежутков между частицами. Величиной насыпной плотности пользуются для определения объема бункеров пылеуловителей, а также при выборе систем транспортировки уловленной пыли (шнеки, пневмонасосы и др.). С увеличением однородности частиц по размерам их насыпная плотность уменьшается, так как увеличивается относительный объем воздушных прослоек. Установлено, что насыпная масса слежавшейся пыли в 1,2 - 1,5 раза больше, чем свеженасыпанной, следовательно, она занимает объем в 0,7 - 0,9 раза меньше первоначального.

Кажущаяся плотность гладких монолитных частиц совпадает с истинной, очевидно, такие частицы будут лучше улавливаться в сухих пылеуловителях (циклонах, рукавных фильтрах, электрофильтрах), чем пористые, так как при одинаковой массе они в меньшем количестве подвержены выносу с газовым потоком из аппарата. В зависимости от степени гидратации пыли величины кажущейся и насыпной плотности могут различаться в 2 - 3 раза.

Дисперсный состав пылей. Дисперсный состав является одной из важнейших характеристик тонкоизмельченных материалов, определяющих их физико-химические свойства. В технике пылеулавливания и очистки газов дисперсный состав пыли имеет решающее значение, так как основной круг вопросов по расчету и выбору оборудования связан с этим параметром подлежащей улавливанию пыли.

Дисперсным (зерновым, гранулометрическим) составом пыли называется характеристика состава дисперсной фазы по размерам или скоростям оседания частиц. Она показывает, какую долю по массе, объему, поверхности или числу частиц составляют частицы в любом диапазоне их размеров или скоростей оседания. Дисперсный состав может быть выражен в виде таблицы, кривой или формулы распределения частиц пыли.

Степень дисперсности представляет собой качественный показатель, характеризующий "тонкость" пыли. В качестве условных показателей этого же свойства используются удельная поверхность, средний диаметр частиц, медианный диаметр и другие величины.

Проходом D (остатком R) называется выраженная в процентах доля массы пыли, прошедшая через сито (оставшаяся на сите) с заданными размерами ячеек, от общей массы просеиваемой пробы пыли. Термины "проход" и "остаток"; применяют и для подситовой области, подразумевая при этом долю массы частиц меньше или больше заданного размера.

Оформление результатов анализа. Результаты определения дисперсного состава в большинстве случаев представляются в виде таблиц. Наиболее часто данные дисперсионного анализа даются в виде фракций, выраженных в процентах от общего числа или массы (табл. 1.7).

Таблица 1.7 Фракции пыли.

В некоторых методах анализа результаты записываются в виде таблиц с указанием процента массы или числа частиц, имеющих размер больше или меньше заданного (табл. 1.8).

Результаты дисперсионного анализа можно представить в вид графиков. Принимая равномерным распределение частиц по размерам внутри каждой фракции, строят ступенчатый график, называемый гистограммой. По оси абсцисс откладывают размеры частиц, а по оси ординат - относительное содержание фракций, т. е. процентное содержание каждой фракции, отнесенное к массе всего материала (рис. 1.45, а) Если процентное содержание каждой фракции разделить на разность размеров частиц, принятых в качестве граничных, и найденные значения отложить в системе координат как ординаты точек, абсцисс которых равны среднему для соответствующих фракций размеру частиц, то через полученные точки можно провести плавную дифференциальную кривую распределения частиц по размерам (рис. 1.45, б). Однако наиболее удобным является графическое изображение результате дисперсионных анализов в виде интегральных кривых R(d ч) или D(d ч) каждая точка которых показывает относительное содержание частиц размерами больше или меньше заданного (рис. 1.45,в).

Интегральные кривые для частиц с логарифмически нормальный распределением удобно строить в вероятностно-логарифмической системе координат, где они приобретают вид прямых линий (рис. 1.45, г) Для построения такой системы координат по оси абсцисс в логарифмическом масштабе откладывают значения d ч, а по оси ординат - значения D(d ч) или R(d ч). Относительные длины отрезков х, соответствующих различным значениям D(d ч) или R(d ч).

Таблица 1.8 Фракции пыли с частицами меньше или больше заданного размера

Поскольку в вероятностно-логарифмической системе координат ось абсцисс начинается от точки на оси ординат, соответствующей значению 50%, значения х для D(d ч) или R(d ч) больше 50% откладываются вверх от начала оси абсцисс, а меньше 50 % - вниз.

Построив по результатам дисперсионного анализа интегральную функцию распределения частиц по размерам в вероятностно-логарифмической системе координат, можно (если получившийся график имеет вид прямой линии, свидетельствующий о логарифмически нормальном характере изучаемого распределения) выразить это распределение в виде параметров d m т и lg о ч (табл. 1.9).

Значению dm отвечает точка пересечения построенного графика с осью абсцисс, a lg o ч находят из соотношения, которое является свойством интеграла вероятности:

lg o ч = lg d 15,9 - lg d m = lg d m -lg dm 84.1 , если строился график функции R(d ч), или lg o ч = lg d m 84.1 - lg d m = lg d m - lg d 15,9.

Здесь d 84.1 и d 15.9 - абсциссы точек, ординаты которых имеют значения соответственно 84,1 и 15,9.

Рис. 1.45. Графическое изображение дисперсного состава:

а - распределение по фракциям; б - дифференциальная кривая распределения; в - интегральное распределение в линейном масштабе координат; г - интегральное распределение в вероятностно-логарифмической системе координат

Таблица 1.9 Дисперсный состав пылей, образующихся при некоторых технологических процессах.

Разработано большое число методов определения дисперсного состава пыли. В технике пылеулавливания и очистки газов практический интерес представляют приборы, позволяющие определить дисперсность частиц с учетом агрегации в пылегазовых потоках. К классу приборов, с помощью которых можно разделить частицы на фракции без предварительного выделения из пылегазового потока, относятся ротационные анализаторы пыли и каскадные импакторы.

Ротационный анализатор дисперсности пыли РАД-1. Метод основан на центробежной сепарации частиц пыли в процессе движения пылегазового потока по вращающемуся ротору и определении массы осадка на различном расстоянии от начала проточного канала ротора. При помощи РАД-1 можно определять дисперсный состав пыли в интервале 1,5-100 мкм при температуре газа до 160°С и запыленности газового потока до 50 г/м 3 .

Ротационный анализатор относится к классу центрифуг проточного типа. Пылегазовый поток просасывается по каналу вращающегося ротора. Под действием центробежных сил частицы пыли выделяются из потока и оседают на стенке канала. Скорость движения частиц к стенке канала пропорциональна квадрату их диаметра. Следовательно, распределение массы осадка по длине ротора обусловлено дисперсным составом пыли. Исходя из распределения массы осадка по длине канала, рассчитывают дисперсный состав пыли. Значения определяются по калибровочному графику, на котором по оси абсцисс в откладываются значения граничного седиментационного диаметра частиц, а по оси ординат значения длины канала ротора 1. На значение 1 оказывают также влияние частота вращения ротора, скорость движения запыленного потока по каналу ротора, а также плотность материала частиц и вязкость газа.

Общее количество осажденной в приборе пыли, отнесенное к объему прошедшего через ротор газа, дает величину запыленности потока.

Устройство прибора. Ротор анализатора (рис. 1.46) состоит из двух коаксиальных трубок 1 и 2 кольцевая щель 3 между ними служит проточным каналом ротора. Ротор размещен в корпусе, состоящем из трубки 6, на концах которой укреплены передняя 7 и задняя 11 головки.

Рис. 1.46. Ротационный анализатор пыли РАД-1

В головках расположены подшипники 4 и 5, а также устройства ввода и вывода потока газа из проточного канала. По оси передней головки посредством винтообразных направляющих фиксируется конус-обтекатель 7. В задней головке с помощью уплотнений 8 образуется герметичная камера 12, сообщающаяся через окна 9 и 10 в трубке 2 с проточным каналом ротора 3.

Пылегазовый поток по заборной трубке поступает в головку и направляется в кольцевой канал, где ему сообщается вращательное движение. Пылевые частицы осаждаются на внутренней поверхности трубки. С целью удобства сбора пыли в проточный канал вставляется пылесборная трубка - набор цилиндриков из алюминиевой фольги. Не осевшая в канале пыль улавливается фильтром, присоединяемым к штуцеру 13.

Перед отбором пробы исследуют поле скоростей в сечении газохода. Если скорость газа в каждой точке измерения отличается от Усредненной по сечению газохода скорости не более чем на 15 % или пыль тонкая (80-90 % частиц меньше 5 мкм), то пробу можно отбирать из одной точки сечения (обычно по оси газохода).

Других случаях дисперсный состав пыли определяют в каждой точке, а за окончательный результат принимают усредненное значение перед началом анализа пылесборные цилиндры анализатора взвешен на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Затем взвешивают цилиндры соединяют так, чтобы получилась трубка; ее заворачивают в кальку и помещают в канал ротора. После этого наворачивают головку 7 В фильтровальный патрон анализатора помещают фильтр типа АФА-ХА-18 при отборе газа с температурой до 130 °С или набивку из стекловолокна, которая выдерживает температуру 250 °С. Фильтр со стекловолокном доводится до постоянной массы высушиванием при температуре 250 °С. Набивку уплотняют гак, чтобы гидравлическое сопротивление фильтровального патрона при расходе 1 за 20 л/мин достигало 6-9 кПа. Патрон с фильтром взвешивают с точностью до 0,0001 г и помещают в фильтрующее устройство анализ затора, имеющее обогрев для предотвращения возможной конденсации влаги.

По формулам (1.10), (1.11) рассчитывают показания шкалы расходомера, исходя из условия, что расход газа через прибор во время анализа должен быть 20 л/мин. Отбор пробы пыли из газохода или воздуховода производят в следующей последовательности: определяют при помощи микроманометра и пневмометрической трубки скорость газа в точке измерения по сечению газохода; подбирают наконечник с диаметром заборного отверстия, удовлетворяющим при заданном расходе газа через прибор условию изокинетичности (диаметр наконечника рассчитывают по формуле (1.15) или находят по номограмме (см. рис. 1.28)) навинчивают на заборную трубку анализатора наконечник, а трубку - на головку прибора, устанавливают прибор в газоход так, чтобы временно (до включения двигателя ротора и побудителя тяги) устье наконечника было направлено по потоку газа; включают электрообогрев фильтра и прогревают фильтр в течение 15 мин; включают двигатель ротора; наблюдая за показанием микроамперметра, регулируют скорость вращения 524 рад/с (частота 5000 об/мин) и поддерживают ее постоянной; соединяют резиновой трубкой штуцер патрона фильтра через расходомер с побудителем тяги и, регулируя зажим на резиновой трубке, устанавливают заданный расход газа; поворачивают прибор так, чтобы устье наконечника было направлено навстречу газовому потоку, и отмечают момент начала опыта по часам (минуты и секунды) или пускают в ход секундомер; поддерживают расход газа через прибор в течение отбора пробы постоянным.

По окончании опыта анализатор разворачивают так, чтобы устье наконечника было направлено по ходу газового потока, и, не выключая ротора и побудителя тяги, извлекают анализатор из газохода. После укладывания анализатора на горизонтальную плоскость последовательна включают побудитель тяги и электропитание; отвинчивают головку на газатора пинцетом вынимают пылесборную трубку. Во избежание ссыпания пыли с первого цилиндра его помещают на лист тонкой фольги размером 40X60 мм.

Трубку с осажденной на ней пылью и фильтрующий патрон помешают в специальный пенал. В таких пеналах пылесборные трубки с пылью транспортируются в лабораторию, где трубку разделяют на отдельные цилиндрики; патрон и цилиндрики взвешивают с точностью до 0 0001 г. Результаты взвешиваний заносят в протокол (табл. 1.10) и по полученным данным строят кривую накопления массы осадка по длине канала ротора: по оси ординат откладывают суммарную массу осадка пыли в процентах, а по оси абсцисс - длину канала от начала его кромки в сантиметрах.

На рис. 1.47 приведен калибровочный график ротационного анализатора для следующих условий опыта: расход воздуха 20 л/мин; скорость вращения ротора 524 рад/с; плотность материала частиц р т = 1 г/см 3; температура воздуха 20 °С и его динамическая вязкость ȵ = 1,82 ×10 -5 Па-с.

Каскадные импакторы. Принцип действия каскадных импакторов основан на инерционной сепарации частиц по размерам при просасыванни газопылевой пробы через ряд последовательно установленных сопел.

Таблица 1.10. Протокол анализа золы ротационным анализатором.

Рис. 1.47. Калибровочный график анализатора пыли РАД-1

При проходе потока через широкое сопло с малой скоростью на подложке осаждаются крупные частицы, а при проходе его через узкое сопло с большой скоростью на следующей подложке осаждаются более мелкие частицы. Поэтому диаметры сопел подбираются так, чтобы размеры частиц, которые могут осесть в данном каскаде, были меньше размеров частиц, способных осесть в предыдущем.

Для того чтобы частицы, столкнувшись с подложкой, не покидали ее поверхности в результате упругого отскока и сдувания, на поверхность осаждения наносят специальную липкую смазку или формируют эту поверхность из волокнистого материала. На рис. 1.49 приведено устройство каскадного импактора конструкции НИИОгаза. Прибор позволяет определять дисперсный состав пылей в интервале размеров 1-12 мкм (при плотности частиц 1 г/см 3) с указанием относительного массового содержания фракций за пределами этого интервала при запыленности пылегазового потока и температуре до 250 °С.

Конструктивно прибор состоит из отдельных дисков 3, разделенных тефлоновыми прокладками 6, заключенных в едином корпусе 2 и закрепленных накидной гайкой 18 и тремя нажимными винтами 19. В каждом диске имеется сопло 4 с выемкой 5, заполняемой специальной подложкой (двухфазной смазкой) или высокотемпературным фильтровальным материалом; при этом сопло принадлежит последующей ступени, а выемка предшествующей. Число дисков, из которых собран импактор, отвечает числу ступеней в приборе. Сопла одних ступеней располагаются в центре диска, сопла других - по его периферии. Диски с центральным и периферийным расположением сопел чередуются с таким расчетом, чтобы материал подложки в выемке располагался напротив сопла. Сопла первой ступени выполнены в виде концентрически расположенных щелей в диске, сопла остальных ступеней - в виде отверстий. Для удобства работы на боковых поверхностях дисков нанесена маркировка порядкового номера.

На выходе последней ступени устанавливается фильтровальная кассета 7, заполненная стекловолокном 8 или другим фильтровальным материалом. К торцевой втулке 20 присоединяется газоотсосная трубка 17, удерживаемая втулкой 13 с помощью стопорного винта 16. Втулка крепится к фланцу 11 с помощью трех крепежных винтов 12. Фланец наворачивают на приваренный к стенке газохода 9 штуцер 10. К газоотсосной трубке крепится рукоятка 14, которая вместе со втулкой 15 свободно перемещается вдоль газоотсосной трубки. Входной патрубок 1 снабжен сменным наконечником 21.

Рис. 1.48. Схема каскадного импактера.

1 - большое сопло; 2 - подложка; 3 - малое сопло.

Рис. 1.49. Каскадный импактор конструкции НИИОгаза:

1 - входной патрубок; 2 - корпус; 3 - диски; 4 - сопло, 5 - выемка 6 - тефлоновые прокладки; 7, 8 - кассеты с фильтром; 9 - стейка газохода; 10 - штуцер; 11 - фланец; 12 - крепежные винты; 13 - втулка; 14 - рукоятка;15 - втулка; 16 - стопорный винт; 17 - газоотсосная трубка; 18 - накидная тайка; 19 - нажимные винты; 20 - торцевая втулка; 21 - сменный наконечник.

Смазка, обеспечивающая удержание частиц на поверхностях осаждения, состоит из твердой и жидкой фаз. Твердая фаза придает смазке густоту, необходимую для того, чтобы она не разбрызгивалась под действием газовой струи, скорость которой на выходе из последнего сопла достигает 100 м/с. Жидкая фаза обеспечивает смачивание оседающих на поверхности частиц в результате ее диффузии из слоя смазки в нарастающий слой пыли. В приборе конструкции НИИОгаза рекомендуется следующий состав смазки (в массовых долях).

Смазка готова к употреблению через 3 - 4 ч после приготовления. Проверка качества смазки осуществляется путем продувки через каскадный импактор чистого воздуха. Если на выходе последней ступени прибора смазка не разбрызгивается при расходе 15- 20 л/мин, то она готова.

Сборка прибора производится после взвешивания ступеней и фильтра. Для этой цели диски собирают в порядке, указанном маркировкой. Собранная стопка дисков вместе с фильтром вставляется в вертикальном положении в гнездо торцевой втулки 20 (см рис. 1.49), присоединенной к от сосной трубке 17, на которую предварительно надевается накидная гайка 18. Удерживая одной рукой стопку дисков вместе с отсосной трубкой, сверху надеваю цилиндрический корпус 2, следя за тем, чтобы наконечник 21 входного патрубка 1 вошел в верхнее отверстие корпуса. После этого на корпус 2, наворачивают до упора накидную гайку 18 и обеспечивают герметичность прибора путем поджатия с помощью трех нажимных винтов и тефлоновых прокладок 6, вставленных в гнезда дисков. На газоотсосную трубку прибора в сборе надевают втулку 13 и рукоятку 14, которую закрепляют в положении, параллельном корпусу прибора. По окончании сборки прибор проверяют на герметичность.

Разборку прибора производят в порядке, обратном сборке: сначала отворачивают нажимные винты, отвертывают накидную гайку и, удерживая прибор за отсосную трубку, снимают корпус; при этом диски вместе с фильтром и входной трубкой удерживаются в вертикальном положении во втулке газоотсосной трубки. Затем от стопки дисков отделяют входную трубку и снимают друг за другом диски начиная с верхнего. При этом надо следить за тем, чтобы не повредить осадок на поверхности подложек. Нажимные винты 19 должны быть вывернуты настолько, что бы их торцы располагались с внутренней плоской поверхиостью накидной гайки 18.

Для проведения анализа пыли с помощью каскадного импактора необходимо выполнить ряд последовательных операций.

Подготовительные работы. К стенке газохода приваривают заранее изготовленный штуцер. Каскадный импактор разбирают с целью взвешивания каждого из дисков вместе с материалом подложки.

Рис. 1.50. Установка для отбора проб с помощью каскадного импактора:

1, 4 - регулировочные зажимы; 2 -термометры; 3 - расходомер; 5 - воздуходувка; 6 - двигатель; 7 - манометр; 8 - патрубок с крышкой; 9 - струйный сепаратор; 10 - стенка газохода

Перед отбором пробы рассчитывают диаметр сменного наконечника, показания расхода по шкале реометра и время отбора пробы.
Проведение отбора пробы. Перед началом просасывания газа заборный носик прибора направляют навстречу газовому потоку. Для этой цели освобождают крепежные винты штуцера, поворачивают трубку с помощью рукоятки на 180°, устанавливают в требуемой точке газохода и вновь закрепляют винты. После этого включают воздуходувку 5 (см. рис. 1.49), открывают зажим 1 и поджатием байпасной трубки зажимом 4 устанавливают требуемый расход. Последний измеряется с помощью расходомера 3; перепад давления на приборе фиксируется манометром 7.

По истечении расчетного времени отбора пробы полностью открывают зажим 4, закрывают зажим 1 и выключают воздуходувку. Для извлечения прибора из газохода отворачивают крепежные винты 12, втулки 13 и, придерживая прибор с помощью рукоятки 14, осторожно извлекают его из газохода, следя за тем, чтобы он находился в вертикальном положении носиком вверх. Это положение прибора рекомендуется сохранять в течение всего времени транспортировки и при разборке прибора во избежание переброса пыли с одной ступени на другую. Сразу же после извлечения прибора из газохода отверстие штуцера закрывают глухой пробкой. Шланг с газоотсосной трубки допускается снимать после извлечения прибора из газохода.

При анализе дисперсного состава пыли в условиях, отличающихся от стандартных, т. е. при других температурах и расходах газа, соответствующее значение d 50 может быть найдено по номограмме, приведенной на рис. 1.51. В этих случаях для определения d 50 каждой ступени следует значение d 50ст, отнесенное к стандартным условиям, умножить на коэффициент α = d 50 /d 50ст.

Рис. 1.51. Номограмма для определения границы разделения d 50 различных ступеней каскадного импактора.

В соответствии с этим кривую дисперсного состава строят в вил кривой «остатков» в координатах §(d) - lgd, где §(d) - содержание частиц с диаметром более d. Для каждой из k точек (k - число ступеней) расчет ведут по формуле
(1.29)
где n - номер ступени, а mn - масса осадка на n-ной ступени.

Таблица 1.11 Результаты измерений дисперсного состава пыли

При построении кривой "остатков" значения §n(d) откладывают как координаты точек с абсциссами, отвечающими границам разделения в вероятностно-логарифмической -сетке координат, в которой по оси абсцисс нанесены значения диаметра частиц в логарифмическом масштабе, а по оси ординат - содержание частиц диаметром более d в вероятностном масштабе.

Кривую дисперсного состава (рис. 1.52) строят по точкам, для которых ординатами служат упомянутые значения массовых долей частиц i(d), а абсциссами - значения границ разделения d 50 соответствующих ступеней, указанные в последнем столбце табл. 1.11. Найденные точки соединяют кривой, которая, как правило, может быть достаточно точно аппроксимирована прямой. При соблюдении условий измерения погрешность составляет не более 15 %.
Сведения о дисперсном составе промышленных пылей, которые можно использовать при проектировании новых и модернизации существующих аппаратов и системы пылеплавания.

Рис. 1.52. Кривая дисперсного состава пыли.

Величина удельного электрического сопротивления слоя пыли (УЭС) на электродах электрофильтра - один из важных факторов, влияющих на эффективность его работы.
Существует критическое значение УЭС пыли, при котором степень очистки газов в электрофильтре резко снижается из-за нарушения режима его работы.

Величина УЭС пыли зависит от толщины слоя, дисперсного состава пыли, влажности, температуры и химического состава среды и других факторов. Поэтому представительные значения можно получить при измерении УЭС слоя непосредственно на осадительном электроде электрофильтра или слоя, сформированного при существующих параметрах пылегазового потока непосредственно в газоходе. Из существующих методов этим условиям отвечают два прибора, разработанные в НИИОгазе.

Аппаратурное оформление установки для измерения удельного электрического сопротивления пыли показано на рис. 1.53. Крепление "Циклонома-1" к фланцу, при помощи которого прибор устанавливают в газоходе, осуществляют тремя полыми шпильками. Через две из них соединительные провода выводят из газохода, а в третью можно устанавливать термометр или термопару для контроля температуры газовой среды в непосредственной близости к датчику.

Пылегазовый поток поступает в циклон 4 (рис. 1.53, а) через наконечник заборной трубки 2. Пыль, уловленная в циклоне, ссыпается в датчик 3. Газы из циклона отсасываются через фильтр 5 воздуходувкой 7. Ко вторичному прибору (термометру 8) измерительная система подключается проводом с кремнийорганической термостойкой изоляцией марки ПТЛ - 250. Для предотвращения загрязнения измерительных проводов пылью и механического повреждения при обтекании прибора пылегазовым потоком предусмотрен защитный металлический кожух 9.

Конструкция прибора позволяет формировать в измерительной части датчика слой пыли способом, исключающим деформацию слоя при измерении УЭС методом наложения измерительного электрода на слод пыли; измерять удельное сопротивление пыли, сформированной непосредственно в газоходе, в широком диапазоне температур и в химически агрессивных средах: контролировать температуру пылегазового потока и слоя пыли в зоне расположения датчика; отсчитывать по вторичному прибору непосредственно величину УЭС при соответствующем подборе геометрии измерительных электродов.

Порядок работы с прибором: прибор вводится в газоход и прогревается в течение 10 - 15 мин. После прогрева проверяется уровень измерительной системы, который при температуре 200 °С колеблется. Прибор подключается к вакуумной линии, и устанавливается расход газа в пределах 15-25 л/мин. При этом достигаются оптимальные эффективность и гидравлическое сопротивление циклона. Время заполнения измерительной системы пылью определяется опытным путем. При испытаниях прибора в промышленных условиях установлено, что при расходе газа около 20 л/мин и з¬пыленности пылегазового потока 5-10 г/м 3 время, необходимое для заполнения бункеров, составляет 15-20 мин.

По окончании отбора пробы измерительные провода подсоединяются ко вторичному прибору и измеряется электрическое сопротивление слоя пыли между электродами датчика. Для этой цели используют принцип работы которого заключается в том, что измеряемое сопротивление подсоединяется к известному калиброванному сопротивлению, образуя делитель, питаемый от стабилизированного источника напряжения.

Рис. 1.53 Аппаратурное оформление установки для измерения УЭС пыли пробором "Циклоном-1"

а - аппаратурное оформление установки; б - измерительная система прибора; 1 - газоход; 2 - заборная трубка; 3 - датчик; 4 - циклон; 5 - фильтр; 6 - реометр; 7 - воздуходувка; 8 - вторичный прибор (тераомметр); 9 - корпус; 10 - циклон; 11 - втулка (фторопласт-4); 12 - измерительные электроды; 13 - изолятор; 14 - накидная гайка; 15 - защитная пробка со штырем; 16 - измерительные провода.

В общем случае сопротивление слоя пыли

где р - удельное электрическое сопротивление, Ом×м; h - высота слоя пыли, м; S - площади измерительного электрода, м 2.

Путем выбора геометрических размеров электродов S, r 1 r 2 это выражение может быть приведено к виду

где r 1 и r 2 - радиусы внутреннего и внешнего измерительных электродов датчика, м; К - коэффициент, учитывающий размеры S, r 1 r 2 .

При К = 1 р = R, т. е. показание тераомметра соответствует значению удельного электрического сопротивления пыли.

Прибор ПСП-1 позволяет измерять сопротивление слоя пыли, сформированного в зазоре между измерительными электродами в поле коронного разряда (рис. 1.54).
Отбор пробы золы или пыли для измерения удельного электрического сопротивления осуществляется путем изокинетического отбора газа в измерительную камеру 1, помещенную в газоход, и осаждения частиц в электрическом поле коронного разряда на измерительные электроды 2. Изокинетичность отбора газа соблюдается при равенстве нулю разности статических напоров внутри канала заборной трубки 18.

Рис. 1.54. Прибор для измерения удельного электрического сопротивления ИСП-1.

а - конструкция прибора; б - схема электрических соединений; в - схема измерительного устройства прибора; 1- измерительная камера; 2 - измерительные электроды; 3 - измерительные клеммы; 4 - изоляторы; 5 - рама коронирующего электрода; 6 - коронирующий электрод; 7 - клемма коронирующего электрода; 8 - экран; 9 - шиберная заслонка; 10 - отводной патрубок; 11 - эжектор; 12 - стенка газохода; 13 - заборная трубка; 14 - тяга шиберной заслонки; 15 - фланец; 16 - импульсная трубка; 17 - вентиль; 18 - манометр; ИВН - источник высокого напряжения; К - камера устройства; МКА - микроамперметр; Ш - шунтирующий тумблер.

Измерение разности статических напоров производится микроманометром.

Отсос газа через измерительную камеру осуществляется эжектором 11, подключенным к линии сжатого воздуха. Давление воздуха перед эжектором, измеряемое манометром 18, должно быть не менее 200 кПа Скорость отбора газа из газохода, соответствующая нулевому показанию микроманометра, устанавливается с помощью воздушного вентиля 17 эжектора (грубо) и шибера 9 на выходе из камеры (точно) и поддерживается в течение всего времени напыления. Для обеспечения заполнения зазоров пылью и повторяемости результатов измерений толщина слоя пыли на измерительных электродах должна составить 1-3 мм. Время, необходимое для формирования слоя пыли требуемой толщины, устанавливается предварительным опытом.

Измерительную камеру и эжектор соединяют с линией сжатого воздуха и отводящим патрубком камеры. Двумя резиновыми шлангами соединяют согласно маркировке штуцера микроманометра и соответствующие импульсные трубки 16 измерительной камеры. В течение 30 мин дают прогреться измерительной камере с установленными в ней измерительными электродами.

Шиберы 9 на входе в камеру и на выходе из нее устанавливают в положение "Открыто". На эжектор подают сжатый воздух и устанавливают нужную скорость отбора газа. С помощью высоковольтного кабеля источник высокого напряжения подключают к измерительным клеммам 3, а к клемме коронирующего электрода 7 - схему измерения тока коронного разряда. Измерительные клеммы для предохранения от случайного прикосновения накрывают экраном 8. Источник высокого напряжения и схема измерения должны быть надежно соединены с заземляющим проводом. После этого включают источник и устанавливают напряжение, соответствующее току коронного разряда 10-20 мкА (в промежутках времени между измерениями тока короны измерительный прибор должен быть зашунтирован тумблером Ш).

По истечении времени напыления измерительных электродов вентиль закрывают, шиберы 9 устанавливают в положение "Закрыто"; выключают источник высокого напряжения, убирают экран, снимают остаточный заряд путем прикосновения заземляющего провода к измерительным клеммам и отключают высоковольтный кабель. Экранированными проводами подключают измерительные клеммы к тераомметру; на время измерения клеммы закрывают экраном, после чего измеряют сопротивление слоя частиц пыли
(сдельное электрическое сопротивление пробы золы или пыли) вычисляют по формуле

R - сопротивление слоя частиц, замеренное между клеммами измерительных электродов, Ом; S - площадь измерительных электродов, мг; b - зазор между измерительными электродами, м. Площадь измерительных электродов и зазор между ними выбраны так, что отношение S/b=0,05, в результате чего расчетная формула приобретает вид

Для определения удельного электрического сопротивления пыли проводят десять опытов. Затем вычисляют среднее арифметическое значение

и среднеквадратическое отклонение величин р i от их среднего значения:

р i - результаты измерений; n - число опытов.

При необходимости определения УЭС пылевых слоев в лабораторных условиях можно использовать прибор "Циклоном-1". В этом случае пробой исследуемой пыли заполняется датчик измерительной системы прибора. Значения удельного электрического сопротивления промышленных пылей приведены в гл. 8.