Способы определения физико-химических свойств пыли
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(dч) или D(dч) 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 dч, а по оси ординат - значения D(dч) или R(dч). Относительные длины отрезков х, соответствующих различным значениям D(dч) или R(dч).
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(dч) или R(dч) 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 dm т и lg оч (табл. 1.9).
Значению dm отвечает точка пересечения построенного графика с осью абсцисс, a lg oч находят из соотношения, которое является свойством интеграла вероятности:
lg oч = lg d15,9 - lg dm = lg dm-lg dm84.1, если строился график функции R(dч), или lg oч = lg dm 84.1 - lg dm = lg dm - lg d15,9.
Здесь d84.1 и d15.9 - 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/м3.
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 рт = 1 г/см3; 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/см3) 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 d50 может быть найдено по номограмме, приведенной на рис. 1.51. В этих случаях для определения d50 каждой ступени следует значение d50ст, отнесенное к стандартным условиям, умножить на коэффициент α = d50/d50ст.
Рис. 1.51. Номограмма для определения границы разделения d50 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 d50 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/м3 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
R = ph/S,
где р - удельное электрическое сопротивление, Ом×м; h - высота слоя пыли, м; S - площади измерительного электрода, м2.
Путем выбора геометрических размеров электродов S, r1 r2 это выражение может быть приведено к виду
р = KR,
где r1 и r2 - радиусы внутреннего и внешнего измерительных электродов датчика, м; К - коэффициент, учитывающий размеры S, r1 r2.
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
Р = RS/b,
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
р = 0,05 R.
Для определения удельного электрического сопротивления пыли проводят десять опытов. Затем вычисляют среднее арифметическое значение
и среднеквадратическое отклонение величин рi от их среднего значения:
рi - 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.