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1、粉尘检测仪表,第6章,工业的发展带来对生产环境和空间大气的污染，其中粉尘污染就是很重要的一项大气污染。粉尘污染不仅严重影响人类健康，带来了诸如矽肺、尘肺等疾病，而且粉尘还危害于机电设备，例如对通风机、鼓风机、空气压缩机，内燃机气缸的磨损，甚至造成大规模集成电路失效等。此外，有些粉尘还可能产生燃烧爆炸，带来重大损失。所以，控制粉尘污染是确保职业安全及卫生的重要内容之一。 为了有效地控制粉尘污染、研究新的除尘装置、正确地研究、设计和评价除尘系统，保证生产安全，必须对粉尘的物理、化学性质、粉尘的粒径及分布、粉尘浓度等进行检测。,6.1 生产性粉尘及其职业危害 6.1.1 生产性粉尘的概念 “粉尘”是
2、一种通俗地对能较长时间悬浮于空气中的固体颗粒物的总称。粉尘是一种气溶胶，固体微小尘粒实际是分布于以空气作为胶体溶液里的固体分散介质。 在生产中，与生产过程有关而形成的粉尘叫生产性粉尘,6.1.2 生产性粉尘的形成 生产性粉尘业源甚广，几乎所有矿山和厂矿在生产过程中均可产生粉尘。如采矿和隧道的打钻、爆破、搬运等，矿石的破碎、磨粉、包装等；机械工业的铸造、翻砂、清砂等；以及玻璃、耐火材料等工业，均可接触大量粉尘、煤尘；而从事皮志、棉毛、烟茶等加工行业和塑料制品行业的人，可接触相应的有机性粉尘。 生产性粉尘的主要来源有： (1)固体物料经机械性撞击、研磨、碾轧而形成，经气流扬散而悬浮于空气中的固体微
3、粒。 (2)物质加热时生产的蒸气在空气中凝结或被氧化形成的烟尘。 (3)有机物质的不完全燃烧，形成的烟。,6.1.3 生产性粉尘的分类 生产性粉尘可以从不同角度分类： 1.以粉尘的来源分类 (1)尘：固态分散性气溶胶，固体物料经机械性撞击、研磨、碾轧而形成，粒径为0.25m20m，其中大部分为0.5m5m。 (2)雾：分散性气溶胶，为溶液经蒸发、冷凝或受到冲击形成的溶液粒子，以及当粒径为0.05m50m左右。 (3)烟：固态凝聚性气溶胶，包括：金属熔炼过程中产生的氧化微粒或升华凝结产物、燃烧过程中产生的烟，粒径1m，其中较多的粒径为0.01m0.1m。,2.以形成粉尘的物质分类 (1)无机粉尘
4、，包括： 矿物性粉尘如石英、煤尘等； 金属性粉尘如铁、铜、锰及其氧化物粉尘等； 人工无机性粉尘如金刚砂、水泥、玻璃等。 (2)有机性粉尘，包括 动物性粉尘如兽毛、鸟毛、骨粉等； 植物性粉尘如谷物尘、烟草尘、茶法尘等； 人工有机性粉尘如合成纤维尘、有机染料尘等。 (3)混合性粉尘，上述各类或同类粉尘中的几种物质的混合物。 3.按产生粉尘的生产工序分类 (1)一次性烟尘：由烟尘源直接排出的烟尘； (2)二次性烟尘：经一次收集未能全部排除而散发出的烟尘，相应 的各种移动、零散的烟尘点。,4.按粉尘的物性分类 (1)吸湿性粉尘、非吸湿性粉尘； (2)不粘尘、微粘尘、中粘尘、强粘尘； (3)可燃尘、不燃
5、尘； (4)爆炸性粉尘、非爆炸性粉尘； (5)高比电阻尘、一般比电阻尘、导电性尘； (6)可溶性粉尘、不溶性粉尘。 5.按粉尘对人体危害的机制分类 (1)矽尘： (2)石棉尘： (3)放射性粉尘： (4)有毒粉尘： (5)一般无毒粉,6.1.4 生产性粉尘的职业危害 可随呼吸进入呼吸道 ，进入呼吸道的粉尘并不全部进入肺泡，可以沉积在从鼻腔到肺泡的呼吸道内。 影响粉尘在呼吸道不同部位沉积的主要因素是尘粒的物理特性(如尘粒的大小、形状和密度等)，以及与呼吸有关的空气动力学条件(如流向、流速等)，不同粒径的粉尘在呼吸道不同部位沉积的比例也不同。 粉尘的化学成分直接影响着对机体的危害性质，特别是粉尘中
6、游离二氧化硅的含量。长期大量吸入含结晶型游离二氧化硅的粉尘可引起矽肺病。粉尘中游离二氧化硅的含粉尘量越高，引起病变的程度越重，病变的发展速度越快。但是直接引起尘肺的粉尘是指那些可以吸入到肺泡内的粉尘，一般称为呼吸性粉尘。因此，可吸入肺泡中的游离二氧化硅直接危害人体的健康。 生产性粉尘主要引起呼吸系统疾病，如呼吸系统刺激、粘膜刺激、各种尘肺病。其他如有毒粉尘将引发相应的中毒症状；放射性粉尘引发放射病；以及已证实的长期吸入石棉尘引发的癌变。,6.2 粉尘物性检测 6.2.1 粉尘密度检测 由于粉尘粒子间的空隙、颗粒的外开孔和内闭孔占据了比尘粒本身大得多的体积，这使得粉尘的密度有三种概念： 粉尘的堆
7、积密度。指单位体积内松散堆积的粉尘质量。 真密度。指单位体积(不包括内闭孔体积)的粉尘颗粒材料所具有的质量。粉尘 假密度。指单位粉尘颗粒体积(包括内闭孔体积)所具有的粉尘质量。,实际测量和应用中，常把粉尘的真密度和假密度视为一致，这是因为测量粉尘体积是很难把内闭孔的体积测量出来，而且在机械破碎过程中产生的粉尘一般没有内闭孔。只有在化学过程中形成的某些粉尘有内闭孔，这种粉尘的真密度值比假密度值大。通常，采用液相置换法测定粉尘的真密度。 液相置换法是选取某种浸润性好、不溶解粉尘、不与所测粉尘起化学变化也不使粉尘体积膨胀或收缩的液体注入粉尘，将粉尘粒子间及外表孔隙的空气排除，以求得粉尘颗粒的材料体积
8、，然后根据测量的粉尘质量计算粉尘的真密度。,图6-1 液相转换法 1-比重瓶,2-真空干燥器,3-三通阀 4-真空表,5-温度表,6-抽气泵 液相置换法测试系统如图6-1所示。首先称量洗净烘干后的比重瓶的质量, 装入粉尘(约至瓶体积的1/3)并称量瓶加尘质量。将浸液注入装有粉尘的比重瓶内(约至瓶体积的2/3处)，然后置于密闭容器中抽真空，直到瓶内基本无气泡逸出时停止抽气，保持30,待瓶中气体充分排出后取出比重瓶并注满浸液，称其质量(瓶尘液)。最后倒空比重瓶并洗净，重新注满浸液称其质量(瓶液)。按下式计算粉尘真密度： 式中：浸液在测定温度下的密度。,图6-1 液相转换法,1-比重瓶,2-真空干燥
9、器,3-三通阀 4-真空表,5-温度表,6-抽气泵,测定时需取两平行样品，二者的误差应小于1%，否则应重新测定。粉尘真密度取平行样的平均值。温度的变化是误差的主要原因，为此通常将比重瓶置于恒温槽充分恒温后再读取温度。 6.2.2 粉尘比电阻检测 1.粉尘比电阻及其重要性 粉尘对导电的阻力特征通常用比电阻 来表示： (6-2) 式中： 施加于粉尘层的电压, ； 通过粉尘层地电流密度, ； 粉尘层的厚度, 。,粉尘比电阻对电除尘器运行及除尘效率有很大影响。电除尘器对比电阻在10451010 范围内的粉尘具有较高的捕集效率。当粉尘比电阻低于104 时，尘粒达到极板立即放出原有电荷而带上与极板同极性电
10、荷被排斥到气流中去。当粉尘比电阻高于1011 时，尘粒在收尘极板上放电缓慢，随着粉尘在收尘极板上的沉积会使尘层表面的电位越来越高，当粉尘层内的电场强度达到某一值时就会产生反电晕，从而破坏正常地除尘过程，使除尘效率降低。当粉尘比电阻数值不利于电除尘器捕尘时，应采取措施调节粉尘的比电阻值，以保证电除尘器的正常工作。,2.影响粉尘比电阻的因素 粉尘比电阻受到各种因素的影响，即使对同一种粉尘，由于条件不同，所测得的比电阻值也不同，有时相差达23个数量级。 1) 粉尘层的孔隙率及粉尘层的形成方式 由粉尘颗粒形成的粉尘层存在着大量空隙，空隙中充满着空气，空气的导电性远不如固体粉尘，因而孔隙率(粉尘之间的空
11、隙体积与整个容积之比)的大小直接影响到粉尘层的电阻值。粉尘层的孔隙率与粉尘颗粒大小、粒径组成粉尘层形成方式等有关。高孔隙率粉尘比低孔隙率粉尘的比电阻高，对于同物质的粉尘，比电阻可相差510倍。 在电除尘器中，粉尘颗粒在库仑力作用下排列规则，形成的粉尘层充填率高。而在比电阻测试中，常常不能完全模拟电除尘器中粉尘层的沉积方式，一般采用机械方式形成粉尘层。此种方式形成的粉尘层充填率低，多采用加压或振动方式提高其充填率。,2) 粉尘层的电气特性 一般固体材料的电阻服从欧姆定理，即伏特性为线性，电阻为一恒定值。但是粉尘层的电气特性却不然，由于其间存在孔隙，尘粒与气体接触表面积大为增加，电压与电流关系不再
12、服从欧姆定理，随着电压增高，电流增加很快，电阻值随之减小，不再为恒定值。图6-2为几种粉尘的比电阻与测定电压关系曲线。 由于粉尘比电阻随测定电压不同而不同，因此测定电压的选定十分重要，通常取略低于火花击穿电压的数值作为测定电压，或取击穿电压的85%作为测定电压,图6-2 粉尘比电阻与测定电压的关系 1-石松子；2-糖粉；3-氧化锌粉 4-褐煤粉；5-水泥；6-铝粉；7-铜粉,3) 粉尘温度和湿度 6-3为高炉粉尘比电阻随温度变化曲线。从图中可看出，低温下粉尘比电阻随温度升高而升高，当达到某极值后，温度进一步升高，比电阻反而降低。这种现象可用粉尘的两种导电机理，即表面导电和体积导电来解释。 粉尘
13、表面吸附水蒸气和其他导电物质形成一层导电膜，电流通过这层水膜形成表面导电，随着温度升高，水膜逐渐蒸发减簿，电流传导能力降低，电阻增加，当水模完全被蒸发时，粉尘比电阻最高。此后，导电主要通过材料内部进行，称之为体积导电，其导电特性符合通常导电材料的导电特性，即随温度增高，比电阻降低。 烟气的温度影响粉尘表面水膜厚度，水分越多，比电阻越小。 由于烟气的温、湿度与粉尘比电阻直接相关，因此比电阻测定时的温、湿度应尽可能与现场实际相符。,图6-3 粉尘比电阻随温度变化曲线 图中百分数表示容积含湿量 高炉I；-高炉II,4) 烟气成分 烟气成分对比电阻有较大影响，这些成分主要有和等。图6-4表示烟气中加入
14、少量后飞灰比电阻的变化。,图6-4 烟气中加入SO3后飞灰比电阻的变化,3.粉尘比电阻检测 考虑到上述诸因素对粉尘比电阻的影响，所以对粉尘比电阻测定提出以下要求：模拟电除尘器粉尘的沉积状态，即在电场作用下和电粉尘逐步堆积形成尘层；模拟电除尘器内的气体成分及温度和湿度；模拟电除尘器的电气工况，即电压和电晕电流。 不同仪器及测定方法一般都不能完全满足上述条件，而是各有侧重。下面介绍几种实用的粉尘比电阻测试方法。,粉尘比电阻 是通过测定一定厚度 和一定表面积 粉尘层上的电压 和电流值 进行的，其计算公式是： (6-3) 式中： 电阻, ,； 测定仪的几何参数, 。, 圆盘电极法(或称平行平板电极法)
15、 圆盘电极法是美国实验室测定粉尘比电阻的标准方法( )，也是我国目前实验室采用较多的方法，其测定装置如图6-5所示，圆盘上部圆板重量按作用在粉尘层上的压力1000设计。测定时，将粉尘自然充填于圆盘，用刮片刮平，降下平行圆板。对粉尘层逐渐升高电压，取90%击穿电压时的电压、电流进行计算。也可以将圆盘置于可调温、湿度及气体参数的测定箱内进行测定。,图6-5 圆盘电极法比电阻测定装置 1-圆盘电极,2-粉尘层,3-电流表, 4-绝缘机械导向,5-屏蔽环,6-气缝, 针尖电极法(又称针板法) 针尖电极法比电阻测定仪如图6-6所示。针尖电极垂直设置在主电极上方一定高度。主电极上方4 处装有0.3 的镍铬
16、丝，绝缘并固定。尘样装入样品盘后刮平，通电后测定镍铬丝的感应电压和通过粉尘层低电流，按式(6-3)计算粉尘比电阻。粉尘厚度为镍铬丝与主电极间距。,图6-6 针尖电极法比电阻测定仪 1-针尖电极,2-导向电极,3-粉尘层 4-主电板,5-镍铬感应丝, 同心圆筒法 国内研制的 型工况比电阻测定仪采用同心圆筒法测定粉尘比电阻，如图6-7所示。该仪器是利用小旋风分离器将烟气中粉尘分离出来，落入到两同心圆筒中间的环缝中，用高阻表测量粉尘的电阻值，按式(6-3)计算粉尘比电阻，其仪器几何参数 值 是： (6-4) 式中： 主电极长度, ； 内电极外半径, ； 外电极内半径, 。,场工况比电阻测试，整个测试系统由探测器、高压电源、高阻 工况比电阻测定仪的优点是：可采用低电压电源，粉尘厚度由两圆筒间
