Оборудование для охраны атмосферного воздуха от промышленной пыли

М Г Г У 

московский 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

РЕДАКЦИОННЫЙ 
СОВЕТ 

Председатель 

Л.А. 
ПУЧКОВ 

Зам. 
председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 

Члены 
редсовеша 

И В. 
ДЕМЕНТЬЕВ 

АЛ. 
ДМИТРИЕВ 

Б.А. 
КАРТОЗИЯ 

A. В. КОРЧАК 

М.В. 
КУРЛЕНЯ 

B. И. 
ОСИПОВ 

В.Л. 
ПЕТРОВ 

э.м. 
С ОКОЛОВ 

КН. 
ТРУБЕЦКОЙ 

В.А. 
ЧАНТУРИЯ 

Е .И. 
ШЕМЯКИН 

президент 
МГГУ, 
чл. -корр. 
РАН 

директор 
Издательства 
МГТ^У 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
МАИ 
ВШ 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

академик 
МАН 
ВШ 

академик 
МАН 
ВШ 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

В Ы С Ш Е Е Г О Р Н О Е О Б Р А З О В А Н И Е 

Р.Л. ПАПОЯН 

ОБОРУДОВАНИЕ 
ДЛЯ ОХРАНЫ 
АТМОСФЕРНОГО 
ВОЗДУХА ОТ 
ПРОМЫШЛЕННОЙ 

ПЫЛИ 

Допущено Учебно-методическим Советом Московского 
государственного горного университета в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности 171100'Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды» 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 

2007 

УДК 622:658.27.8 
ББК 33:34.4 
П 17 

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям 
книжным для взрослых. СанПиН 1.2.1253—03», 
утвержденным 
Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав 
потребителей № 
77.99.60.953Д.008501.07.07 

Экспертиза проведена Учебно-методическим объединением высших учебных заведений Российской Федерации по образованию в 
области горного дела (письмо № 51-85/6 от 04.07.2006 г.) 

Рецензенты: 
• д-р техн. наук, проф. И.Г. Ищук (ННЦ ГП—ИГД им. А.А. 
Скочинского); 
• д-р техн. наук, проф. Б.Ф. Кирш (Московский государственный горный университет) 

Папоян Р.Л. 

П 17 
Оборудование для охраны атмосферного воздуха от 
промышленной пыли: Учебное пособие для вузов. — М.: 
Издательство. Московского государственного горного университета, 2007 — 121 с: ил. 

ISBN 5-7418-0332-6 
Приведены сведения об оборудовании, применяемом для борьбы с 
пылеобразованием на предприятиях угольной, горно-добывающих и 
смежных отраслей промышленности. Рассмотрены конструкции и изложены принципы действия различных устройств и аппаратов, даны их технические характеристики. 

Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Машины и 
оборудование природообустройства и защиты окружающей среды». 

Допечатка тиража. 

ISBN 5-7418-0332-6 

УДК 622:658.27.8 
ББК 33:34.4 

© Р.Л. Папоян, 2007 
© Издательство МГГУ, 2007 
© Дизайн книги. 
Издательство МГГУ, 2007 

Глава 
1 

О Б О Р У Д О В А Н И Е ДЛЯ О Х Р А Н Ы А Т М О С Ф Е Р Н О Г О 
ВОЗДУХА О Т П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О Й П Ы Л И 

1.1. Определение пыли и ее свойства 

Пыль — это дисперсная система, состоящая из частиц твердых 
веществ, различных по форме, величине и физико-химическим свойствам. Пыль, находящаяся в воздухе (газе) во взвешенном состоянии, образует аэродисперсную систему (аэрозоль). Различают пыль: 

• космическую (мельчайшие тельца, выпадающие на поверхность Земли из межпланетного пространства); 

• метеоритную 
(мельчайшие твердые частицы, преимущественно сферической формы, диаметром от тысячных до десятых долей миллиметра, образующиеся при полете метеоритных тел в 
земной атмосфере); 

• земную неорганическую, 
образующуюся в результате распада горных пород и вулканических взрывов (вулканический 
пепел с размерами частиц менее 0,05 мм); 

• органическую, 
образующуюся из разного рода водорослей, губок, плесеней и других организмов (величина частиц менее 0,004 мм); 

• промыитенную, 
образующуюся в результате производственной деятельности. 

Дисперсные системы с частицами твердых веществ размером менее 0,1 мкм называются дымами, а с частицами твердых 
тел или жидкости, имеющими среднюю величину от 0,2 до 1 мкм и 
образующимися в результате физико-химических реакций, таких, как перегонка, возгонка, конденсация, сжигание и кальцинирование, называются 
туманами. 

Промышленная пыль образуется: 
• при переработке материалов в ходе различных технологических процессов (древесная пыль — при обработке древесины; 
металлическая — при обжиге, плавке и механической обработке 
мет аллов; породная и угольная—при ведении горных работ и т. д.); 

• при движении автотранспорта (пыль от истирания дорожных покрытий, автомобильных шин); 

5 

• при работе тепловых электростанций и котельных, использующих твердое и жидкое топливо (пыль в виде дыма, летучей золы, сажи), различных машин с двигателями внутреннего сгорания (пыль в виде выхлопных газов); 

• при производстве цемента, извести, алебастра, в текстильной, мукомольной и во многих других отраслях промышленности. 

По размерам частицы промышленной пыли подразделяются: 

• на грубые (от 10 до 100 мкм), заметные невооруженным 
глазом и оседающие достаточно быстро; 

• микроскопические (от 0,25 до 10 мкм), видимые в обычные оптические микроскопы и оседающие в неподвижном воздухе с постоянной скоростью; 

• субмикроскопические (менее 0,25 мкм), обнаруживаемые 
при помощи электронных микроскопов, находящиеся в состоянии хаотического движения и практически не оседающие в неподвижном воздухе. 

Масса пыли. Масса пыли характеризуется следующими параметрами: 

• плотностью ys — это масса единицы непористой пыли в 
данном объеме, г/см

3; 

• объемной массой уу в данном объеме, г/см

3. Зависит от 
плотности пыли и величины промежутков между отдельными 
ее частицами и порами в этих частицах. 

Плотность некоторых видов пыли представлена в табл. 1. 

Таблица 1 

Пыль 
Плотность, г/см

3 
Пыль 
Плотность, г/см

3 

Асбестовая 
2,8 
Медная 
6,8—8 

Цементная 
2,5—3,5 
Известковая (сырая) 
2,4—2,7 

Графитовая 
2,1—2,2 
Известковая (из обКнзеритовая 
1,9—2,2 
жиговых печей) 
2,8 

Сланцевая 
2,8—8 
Угольная 
0,3—1,8 

Шамотная 
2,3—2,6 
От газогенераторов 
1,6 

Древесная 
1,6 
От цементных печей 
2,4—2,8 

Зола котельных 
1,9—3,1 
Железорудная 
3,5—4,5 

Сажа 
1,2 
Коксовая 
0,9—2 

В связи с тем что свободное пространство между частицами 
пыли сильно влияет на ее физические свойства (теплопроводность, самовозгорание и др.), часто указывают в качестве 

6 

характерного свойства пыли еще и пористость, которую определяют в процентах от общего объема пыли и выражают формулой 

V = i-Ll 
100% 

Удельная поверхность пыли. При измельчении поверхность 
материала увеличивается, а занимаемый частицами объем возрастает во много раз. В результате возрастает физическая и химическая активность материала. Значительно повышается и скорость окисления, что при некоторых видах пыли, например 
угольной или алюминиевой, может привести к взрыву. Возрастает также скорость растворения, а явления адсорбции и электростатические проявляются более резко. Измельчение влияет 
также на степень увлажнения пыли. 

Смачиваемость пыли. Смачиваемость пыли — это свойство, определяющее эффективность пылеосаждения с применением жидкости. Условием смачиваемости пылевых частиц является образование на их поверхности слоя жидкости, из которого 
влага проникает внутрь пылевой частицы. В процессе смачивания удаляется слой воздуха, адсорбированного пылевой частицей. 

Смачивание пыли происходит в несколько этапов: 
• сближение капли (или поверхности воды) с пылинкой; 
• прилипание пылинки и прорыв поверхности жидкости, 
зависящие от величины поверхностного натяжения на границе 
жидкость — воздух; 

• растекание жидкости по поверхности пылинки; 
• поглощение пылинки жидкостью. 
Мера смачиваемости твердого тела жидкостью обусловлена величиной краевого угла 9 (рис. 1) между плоской поверхностью и касательной в точке соприкосновения капли, находящейся на увлажненной поверхности. Для полностью увлажнен
Рис. 1. Краевой угол 6 

ного тела этот угол равен нулю, а для неувлажненного тела — 
180°. 

Большое влияние на смачиваемость оказывает величина 
пылинки. При большом измельчении поверхность пыли возрастает, а следовательно, увеличивается абсорбирование газа, 
что значительно снижает смачиваемость. Большую роль также играют и межмолекулярные силы. Для эффективного смачивания поверхностное натяжение жидкости должно быть 
менее 4 • 10"

2 Дж/м

2. Такое значение у воды может быть получено добавлением поверхностно-активных веществ (ПАВ), 
уничтожающих или уменьшающих поверхностное натяжение 
и облегчающих увлажнение. 

На смачиваемость влияет и форма пылинок. Пылинки сферической формы легче увлажняются, чем пылинки неправильной формы. 

Смачиваемость пыли характеризуется также теплотой смачивания. Применение специальных ПАВ вызывает увеличение 
теплоты смачивания. При наличии адсорбированных молекул 
воздуха на поверхности пыли теплота смачивания уменьшается 
в 1,5 раза. При окислении поверхности пыли уменьшается ее 
смачиваемость. 

Электрические свойства пыли. Взвешенные в воздухе или 
газе пылевые частицы несут на себе положительные или отрицательные электрические заряды, возникающие в результате 
действия ионизирующих воздух факторов (электрические разряды, ультрафиолетовое излучение, высокие температуры), процессов сорбции и адсорбции, трения между собой и о другие 
предметы, воздух или газ, контактов с другими веществами или 
с рассеивающей средой. 

В зависимости от химического состава пылевые частицы 
заряжаются положительно или отрицательно. Например, неметаллические частицы пыли заряжаются положительно, металлические — отрицательно. 

Диэлектрическая проницаемость е пыли зависит от ее минералогического и вещественного состава, влажности, температуры, степени дисперсности и частоты колебаний электромагнитного поля. Ниже приведена диэлектрическая проницаемость пыли (крупностью менее 50 мкм) для различных 
пород. 

8 

Порода 
Е 
Порода 
Е 

Гранит 
2,2 
Микрокварцит 
1,9 

Известняк 
3,3 
Кварцит 
2 

Кварц 
2 
Сланцы кварцево
Песчаник 
3 
серицитовые 
2,5 

Аргиллит 
2,3 
Сланцы кварцево
Гнейс 
3,45 
хлоритовые 
2,5 

Магнетитовая 
Алевролиты 
3,5 

руда 
2,3 
Медно-никелевая 
руда 
4 

По сравнению с диэлектрической проницаемостью кусков 
указанных пород значение Е ДЛЯ пылевых частиц в 3—5 раз 
меньше. 

Электрическое сопротивление пыли имеет важное значение 
при выборе средств ее осаждения. Значение его для пыли (крупностью менее 50 мкм) из различных пород следующее: 

Порода 
Электрическое 
сопротивление, 
Ом-см 

Гранит 
2,1 • 105 

Кварц 
5,7 
10" 

Известняк 
4,0 
10

5 

Песчаник 
4,2 
10' 

Аргиллит 
1,2 
10» 

Гнейс 
5,1 
105 

Электрический заряд частиц пыли и его знак имеют большое значение. Частицы пыли могут со временем заряжаться, 
нейтрализоваться, перезаряжаться. Величина электрического 
заряда в большой степени зависит от размера пылевых частиц. 
Например, на частице диаметром 0,005 мкм может находиться до 
10 электрических зарядов. Суммарный заряд частиц пыли и его 
знак определяют эффективность пылеулавливания электрическими методами. Частицы пыли размером менее 15 мкм обладают зарядом, изменяющимся от 130 до 1000 элементарных зарядов положительного знака и от 150 до 900 элементарных зарядов отрицательного знака. 

Удельная напряженность электрического поля аэрозоля достигает 3 В и более, что указывает на целесообразность использования электрических методов пылеулавливания. Напряженность электрического поля аэрозоля увеличивается с ростом концентрации пыли в нем (табл. 2), а удельная напряженность электрического поля аэрозоля не зависит от концентрации пыли. 

9 

Тиблица 2 

Концентрация 
пыли, мг/м

3 

Напряженность 
электрического поля 
аэрозоля на 1 м, В 

Удельная напряженность электрического 
поля аэрозоля (на 1 м при концентрации 
пыли 1мг в 1 м

3), В 

1160 
1140 
0,98 

1520 
1500 
0,99 

2166 
2300 
1,06 

3000 
3100 
1,03 

3720 
3850 
1,03 

4430 
4500 
1,02 

5270 
5180 
0,98 

Взрываемость пыли. Пыль может взрываться, если она воспламеняющаяся, если в месте взрыва имеется достаточное количество кислорода или другого активного газа, а также имеется источник энергии, инициирующий взрыв. Интенсивность 
взрыва зависит от состава пыли и величины ее частиц, количества тепла и продуктов сгорания. 

Температура воспламенения пылевого облака строго обусловлена концентрацией пылевых частиц. Для каждой температуры существует верхняя и нижняя границы опасной концентрации с точки зрения взрываемости. Чем мельче частицы, тем 
меньшая концентрация их может вызвать взрыв. Взрываемость 
пыли зависит: 

• 
от величины дисперсности пылевых частиц; при размерах 
пылевых частиц выше определенной величины взрыв невозможен; 
если пылевые частицы таких размеров состоят даже из горючих 
материалов, они все же действуют тормозяще на ход взрыва; 

• 
от формы пылевых частиц; воспламенение происходит 
тем легче, чем больше отношение поверхности частицы к ее массе; 
отсюда следует, что частицы сферической формы воспламеняются 
труднее, чем частицы неправильной формы; 

• 
от количества 
тепла, необходимого для испарения содержащейся в пыли воды; чем меньше количество такого тепла, 
тем труднее происходят воспламенение и взрыв; 

• 
от содержания золы в пыли; чем больше это содержание, 
тем труднее происходят воспламенение и взрыв; 

• 
от степени окисления пылевых частиц, которая в зависимости от концентрации пыли связана с верхней и нижней границами взрываемости; нижняя граница концентрации, необходимая для переноса воспламенения от одной пылевой частицы 
10