除尘工程技术手册(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

发布时间：2020-06-14 13:47:02

作者：王纯、张殿印(主编) 王海涛、王冠 副主编

出版社：化学工业出版社

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本书是一部环境工程技术工具书，全书分为十二章。包括除尘技术基础，含尘气体的收集技术，机械除尘技术，袋式除尘技术，静电除尘技术，湿式除尘技术，空气过滤与净化技术，输排灰装置与技术，除尘系统与管网技术，除尘通风机，烟囱排气的扩散和除尘系统检测技术等。本手册内容全面，联系实际，可操作性强。编写重点突出，层次分明，释义准确，资料翔实。

本书可供环境工程技术领域的广大工程设计人员、科学研究人员和企业管理人员阅读使用，也可供高等院校相关专业师生参考。前言

地球环境构成人类繁衍发展的物质基础，人类依靠地球环境生存，地球环境需要人类保护。随着社会经济的发展，人们对生活质量越来越关注，对自身健康越来越重视。但是人类生活的环境越来越不尽如人意，其中大气污染导致的雾霾天气是其中之一。因此大力推动大气污染治理、节能减排、发展循环经济、保持生态平衡成为人们的重大任务。编写本书的目的在于为广大环境工程科研、设计人员提供一部内容全面、可操作性强、查找方便的工程技术手册。希望本书能为读者提供一条捷径，以便使他们不付出直接经验的高额成本，不再走前人所走过的弯路，并能迅速达到较高的理论和技术水平，满足日益发展的大气污染治理需求，提高粉尘治理工程技术水平。

全书分为十二章。包括除尘技术基础知识，粉尘来源、性质、危害，含尘气体性质、参数，粉尘排放集气技术，重力除尘技术，惯性除尘技术，离心除尘技术，袋式除尘技术，静电除尘技术，湿式除尘技术，空气过滤净化技术，输排灰装置与技术，除尘系统与管网技术，通风机与电动机，烟囱排气的扩散和除尘系统检测技术等。本手册特点如下。

1.技术全面。书中包括粉尘的来源、性质，各种除尘技术和影响因素，除尘设备选型方法和使用禁忌。

2.可操作性强。从实用出发，对叙述内容尽可能结合工程、结合需要，如重要计算式和基本方法予以举例，全书列举许多工程实例。读者利用本书可查找针对除尘工程唯一性和多样性的各种除尘技术。

3.内容新颖。在编写中，使用新规范、新标准、新术语，把近年出现的实践证明可行的新方法、新技术、新设备列在书中。作者还把多年来积累的宝贵资料和技术诀窍在书内详细介绍。

4.简明实用。本手册有意避开了一些理论推导计算和物理常识叙述，使本书尽可能简明实用，重点突出，层次分明，释义准确，资料翔实，示例典型。

杨景玲教授、申丽教授对全书进行了总审核。本书在编写、审阅和出版过程中得到许宏庆、俞非漉、刘克勤等多位知名专家的鼎力相助，史国纲教授、刘喜善教授、刘璐编辑、李素珍编辑、路聪聪编辑等为本书提供了宝贵的技术资料，在此一并深致谢忱。

本书在编写中参考和引用了一些科研、设计、教学和生产单位同行撰写的著作、论文、手册、教材和学术会议文集等技术资料，书后附有参考文献目录，在此对所有作者表示衷心感谢。

本书在编撰、审阅和出版过程中得到多位环保专家的鼎力相助，在此一并深致谢忱。

由于作者学识和水平有限，书中疏漏和不当之处在所难免，殷切希望读者朋友不吝指正。作者2015年10月于北京第一章除尘技术基础

为了消除气溶胶中的颗粒物对大气的污染，必须对排气中的颗粒物加以净化，做到达标排放。从排气中去除或捕集颗粒物的技术称为除尘技术，用以实现这一过程的设备称为除尘装置或除尘器。本章将介绍除尘过程中颗粒物的捕集机理，粉尘的粒径和粒径分布，粉尘的物理性质，以及除尘器分类和性能表示方法。第一节　粉尘的来源和危害

在粉尘的来源中，自然过程产生的粉尘一般靠大气的自净作用，而人类活动产生的粉尘要靠除尘措施来完成。本节主要介绍在人类各种生产活动中产生的粉尘和危害。一、粉尘定义

国家标准中有关粉尘颗粒等的定义如下。摘自《采暖通风与空气调节术语标准》（GB 50155）、《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ 2）和《环境空气质量标准》（GB 3095）。（1）粉尘（dust）　由自然力或机械力产生的，能够悬浮于空气中的固态微小颗粒。国际上将粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。在通风除尘技术中，一般将1～200μm乃至更大粒径的固体悬浮物均视为粉尘。（2）气溶胶（aerosol）　悬浮于气体介质中的粒径范围一般为0.001～1000μm的固体、液体微小粒子形成的胶溶状态分散体系。（3）总粉尘（total dust）　简称“总尘”，指用直径为40nm滤膜，按标准粉尘测定方法采样所得到的粉尘。（4）呼吸性粉尘（respirable dust）　简称“呼尘”。指按呼吸性粉尘标准测定方法所采集的可进入肺泡的粉尘粒子，其空气动力学直径均在7.07μm以下，空气动力学直径5μm粉尘粒子采样效率为50％。（5）总悬浮颗粒物（TSP）　能悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤100μm的颗粒物。（6）颗粒物（粒径小于等于10μm；particulate matter，PM）10　指环境空气中空气动力学当量直径≤10μm的颗粒物，也称可吸入颗粒物。（7）颗粒物（粒径小于等于2.5μm；particulate matter，PM）2.5　指环境空气中空气动力学当量直径≤2.5μm的颗粒物，也称细颗粒物。（8）大气尘（airborne particles；particulates；atmospheric dust）　悬浮于大气中的固体或液体颗粒状物质，也称悬浮颗粒物。（9）烟（尘）（smoke）　高温分解或燃烧时所产生的，其粒径范围一般为0.01～1μm的可见气溶胶。（10）纤维性粉尘（fibrous dust）　天然或人工合成纤维的微细丝状粉尘。（11）亲水性粉尘（hydrophilic dust；lyophilic dust）　易于被水润湿的粉尘，如石英、黄铁矿、方铅矿粉尘等。（12）疏水性粉尘（hydrophobic dust；lyophobic dust）　难以被水润湿的粉尘，如石蜡粉、炭黑、煤粉等。（13）烟（雾）（fume）　由燃烧或熔融物质挥发的蒸气冷凝后形成的，其粒径范围一般为0.001～1μm的固体悬浮粒子。（14）烟气（fumes）　在化学工艺过程中生成的通常带有异味的气态物质。（15）液滴（droplet）　在静止条件下能沉降，在湍流条件下能悬浮于气体中的微小液体粒子。（16）雾（mist）　悬浮于气体中的微小液滴，如水雾、漆雾、硫酸雾等。（17）粒子（particle；particulate）　特指分散的固体或液体的微小粒状物质，也称微粒。（18）霾（haze）　空气中因悬浮着大量的烟、尘等微粒而形成的浑浊现象，也称灰霾。二、粉尘的来源和分类

1.粉尘的来源

粉尘来源可分成两大类：一是人类活动引起的；二是自然过程引起的。后者包括火山爆发、山林火灾、雷电等造成的各种尘埃，见表1-1。自然过程对大气的污染，目前人类还不能完全控制，但这些自然过程多具有偶然性、地区性，而两次同样过程发生的时间往往较长。由于自然环境有一定的容量和自净能力，自然过程所造成的粉尘污染，经过一段时间后会自动消失，对整个人类的发展尚无根本性的危害。表1-1　粉尘来源

当今，最令人担忧的是人类的生活和生产活动引起的粉尘污染。由于人类的生活及生产活动从不间断，这种污染也就从没停止过。100年以来，工业和交通运输业的迅速发展，城市的不断扩大，以及人口的高度集中，使得大气污染日趋严重。目前，全世界每年排入大气的煤粉尘及其他粉尘在1亿吨以上，严重污染了大气，对人类健康构成了威胁。这种粉尘对大气的污染既然由人类活动引起，也就可以通过人类的活动而加以控制。

人类活动引起的粉尘主要来源于3个方面，即工业生产污染源、生活活动污染源及交通运输污染源。（1）工业生产污染源　如火力发电厂、钢铁厂、建材厂、化工厂、有色金属厂、矿山作业区等工业部门的生产及燃料燃烧过程，皆向大气中排入大量的粉尘及其他有害成分。工业生产污染源是造成粉尘污染的最主要的来源。（2）生活污染源　城市和工矿企业住宅区、商业区千家万户的生活炉灶、经营性炉灶以及采暖锅炉的烟囱，同样会向大气中排入烟尘。这些污染源分布广，污染物总量大，对局部的大气环境质量常有很大影响，也是不可忽视的。（3）交通运输污染源　汽车、火车、轮船、飞机等交通工具排放的尾气及行走二次扬尘都含有粉尘污染物。在交通运输业十分发达的今天，尤其在城市，它已成为粉尘污染的重要来源之一。

2.粉尘的特点

在各种粉尘来源中工业粉尘有以下特点。（1）集中固定源　工业企业生产地点固定，生产过程集中，所排出的粉尘对于邻近地区的大气环境污染最严重，随着离厂区距离的逐渐加大，污染情况逐渐减弱。例如，钢铁企业对大气的污染其影响范围基本为方圆10km。（2）烟尘排放量大　火力发电、冶金、矿山、石油、化工及水泥等企业，生产规模大，烟尘排放量大。轻工业生产规模虽较小，但涉及众多的行业，粉尘排放总量也不容忽视。（3）连续排放　大多数企业生产不间断，每天向大气中连续排放粉尘。

大气中粒度小于1μm的颗粒是由于凝结作用而产生的，而较大的颗粒则来自粉碎过程或燃烧过程。粉碎干磨方法很少产生小于几个微米的颗粒。燃烧过程会产生数种不同类型的颗粒，它们是由以下途径产生的：①加热能使物质蒸发，这些物质随后凝结为0.1～1μm的颗粒；②燃烧过程的化学反应可能产生小于0.1μm、存在期短的不稳定的分子团颗粒；③机械加工过程会排放出1μm或较大的灰或燃料颗粒；④如使用液体燃料喷雾装置，会有极细的灰直接逸出；⑤矿物燃料的不完全燃烧会产生烟炱。

以汽油为燃料的车辆排放的颗粒物中含有炭、金属灰和烃类的气溶胶。金属颗粒物来自含铅抗爆剂的燃料燃烧。炭和未燃烧的烃类来自不完全燃烧。由柴油发动机排放的颗粒物主要含有炭和烃类的气溶胶，这是在发动机超负荷的条件下，由不完全燃烧而产生的。

空气污染物总量中约有10％～15％是以粉尘颗粒物形式存在的。在颗粒物总量中，来自机动车辆的占3％，来自工业方面的占53％，来自发电厂的占13％，来自工业锅炉的占20％，由垃圾处理造成的占9％。来自其他源的颗粒物有海洋盐类、火山灰、风蚀的灰尘、道路尘土、森林火灾的生成物以及植物花粉和种子。

一般来说，气载粉尘颗粒物的粒径为0.001～500μm，大部分粒径为0.1～10μm。粒径小于0.1μm的尘粒其运动类似于分子，其特征是，由于与气体分子相撞击而产生很不规则的布朗运动。粒径大于1μm，但小于20μm的尘粒随运载它的气体运动，大于20μm的颗粒具3有明显的沉降速度，因此，在空中停留时间很短。密度为1g/cm的尘粒的沉降速度大致如表1-2所示。3表1-2　密度为1g/cm的尘粒的沉降速度

这些数值说明粉尘颗粒物在空气中存在着明显的差别。图1-1的中部显示了不同物质的颗粒大小的范围。任何一种除尘设备，都不可能把这样的粒径分布的颗粒物除尽。图1-1下端部分示出不同除尘设备适于捕集的颗粒物的粒径范围。虽然某种形式的除尘器能除去指定范围内的颗粒，但在很多情况下，除尘效率是随颗粒物的粒径而变的。例如，一种除尘器对一定范围内的大颗粒捕集效率高达近于100％，但对于较小颗粒，除尘器的效率可能接近于零。本书后面要分章介绍各种除尘器的除尘效率。图1-1　粉尘颗粒物特性及粒径范围

3.粉尘分类（1）按物质组成分类　按物质组成粉尘可分为有机尘、无机尘、混合尘。有机尘包括植物尘、动物尘、加工有机尘；无机尘包括矿尘、金属尘、加工无机尘等。（2）按粒径分类　按尘粒大小或在显微镜下可见程度粉尘可分为：粗尘，粒径大于40μm，相当于一般筛分的最小粒径；细尘，粒径10～40μm，在明亮光线下肉眼可以见到；显微尘，粒径0.25～10μm，用光学显微镜可以观察；亚显微尘，粒径小于0.25μm，需用电子显微镜才能观察到。不同粒径的粉尘在呼吸器官中沉着的位置也不同，又分为：可吸入性粉尘即可以吸入呼吸器官，直径约大于10μm的粉尘，微细粒子直径小于2.5μm的细粒粉尘，微细粉尘会沉降于人体肺泡中。（3）按形状分类　不同形状的粉尘可以分为：①三向等长粒子，即长、宽、高的尺寸相同或接近的粒子，如正多边形及其他与之相接近的不规则形状的粒子；②片形粒子，即两方向的长度比第三方向长得多，如薄片状、鳞片状粒子；③纤维形粒子，即在一个方向上长得多的粒子，如柱状、针状、纤维粒子；④球形粒子，外形呈圆形或椭圆形。（4）按物理化学特性分类　由粉尘的湿润性、黏性、燃烧爆炸性、导电性、流动性可以区分不同属性的粉尘。如按粉尘的湿润性分为湿润角小于90°的亲水性粉尘和湿润角大于90°的疏水性粉尘；按粉尘的黏性力分为拉断力小于60Pa的不黏尘，60～300Pa的微黏尘，300～600Pa的中黏尘，大于600Pa的强黏尘；按粉尘燃烧、爆炸性分为易燃、易爆粉尘和一般粉尘；按粉料流动性可分为安息角小于30°的流动性好的粉尘，安息角为30°～45°的流动性中等的粉尘及安息角大于45°的流动性差的粉尘；按粉尘的导电性和静电除尘的难易11411分为大于10Ω·cm的高比电阻粉尘，10～10Ω·cm的中比电阻粉4尘，小于10Ω·cm的低比电阻粉尘。（5）其他分类　还有分为生产性粉尘和大气尘，纤维性粉尘和颗粒状粉尘，一次扬尘和二次性扬尘等。过程分类分为自然粉尘、人工粉尘和工业粉尘。三、粉尘的危害（一）粉尘对人体的危害

1.呼吸器官的构造和功能

人在呼吸时吸入氧气，排出二氧化碳，其过程包括下列三个方面：①在肺内空气和血液之间的交换，称为外呼吸；②在组织内血液和组织之间的交换，称为内呼吸；③在肺和组织之间由血液输送气体。

下面介绍各呼吸器官的构造和功能，以及呼吸（换气）的机理和气体的输送过程。（1）鼻的构造和功能　在鼻的正中部有一个骨质隔膜（鼻中隔），把鼻子分成左右两个鼻腔。左、右鼻腔的外侧壁有上、中、下三个鼻甲，像折流挡板一样向外突出，把鼻道分成三个空气通路。鼻道起自至鼻孔至咽喉。空气通过鼻孔进入咽喉、气管等（图1-2）。图1-2　鼻的构造

鼻子既是外界空气的吸入口，又是通向咽喉的通路，空气在此处与大面积黏膜接触，除去异物。外部空气在这里得到加温、加湿。每天约有1000mL的水分通过鼻子加湿交给吸气，因此送到咽喉处的空气相对湿度达75％～80％。（2）咽的构造和功能　咽就是常说的喉咙，大致成圆筒形，位于颈椎前方，从小舌底连至食道。咽是相当复杂的交通要道，空气和食物由鼻和口进入后，都通过咽和食道。

咽是空气和食物的通路，对发声也起重要的作用。咽是鼓膜的保护装置。当人们乘坐电梯和飞机等急速上升时，感到鼓膜胀疼，这是鼓膜内侧压力增高所造成的。这时，如果咽口唾液，耳管则张开，使鼓膜内外压力平衡，保护了鼓膜。（3）喉的构造和功能　喉也称为声门、嗓门等，是由九节软管组合而成，软骨之间用肌肉和结缔组织连接，形成紧固的腔体。前面是甲状软骨，男性有明显的突起物，称为喉结。喉头盖是紧贴在甲状软骨上端的舌状小瓣，在吞咽饮食时，开关喉孔。喉的上端有前后水平伸出的皱襞叫做假声带。在假声带内侧正下面有声带，两个声带的间隙是声门。深呼吸时，声门扩张。（4）气管的构成和功能　气管是由软骨和结缔组织的膜构成的。气管起于食道的前面，止于支气管。是一个筒形竖管。气管的软骨是C字形环骨，有了这个软骨，在气管内外压力变化时，也不致由于内外压力差而被压坏，并保持它的形状，使空气畅通。

气管的作用是把空气导入肺。由于它的内壁有纤毛上皮，因此，和其他纤毛一样，能排除吸入空气中的微尘，并对空气进行加温、加湿。

如果由于某种原因气管被堵塞，那么必须切开前颈部，使气管和外部空气连通，或者把由嘴接来的管子插入气管，以保持呼吸，否则人就会因窒息而死亡。（5）支气管　气管分为两个分支，形成左、右支气管。支气管向外侧下方伸展，至肺门。支气管的构造和气管相同。支气管逐次分岔，变细，最后入肺部。左、右支气管大约各分十个分岔，称为支段支气管。支段支气管还进一步分岔，形成支段细支气管，共分岔22～23次，就变成肺泡。

在支段支气管以下的气管，软骨的形状不规则，内有平滑肌。如果支气管再细，则软骨的形态消失。细小的支气管，是由平滑肌和弹性纤维组织的薄管（ф0.5mm）构成。重要的是，由支气管到最末端的细支气管，其内壁均覆盖着纤毛上皮。（6）换气功能组织　到末端细支气管为止，凡是支气管都是空气的通道，但是到了呼吸细支气管，开始具有气体交换的功能。该细支气管成为肺泡管，与肺泡囊连接。最小的呼吸单位是肺泡。这种袋式的肺泡可使空气出入，因此肺泡的气体和血液之间相互扩散，容易进行气体交换。（7）呼吸器官的防御机构　以肺代表的呼吸器官易受感染，引起肺炎和肺炎类疾病。

人们已经知道，咽喉周围的扁桃体是防御感染的关口。对于正常的呼吸器官来说，人们从19世纪30年代左右开始探索，有很多种解释。到了50年代，随着电子显微镜技术的发展，才清楚地认识到肺的防御机构的理论。其中，特别重要的是黏液和纤毛的自动伸缩机构（或黏液毡层）的机理“肺的黏液层毡”以每分钟平均2cm的速度运动。对于正常的肺来说，平时起有效的自净作用，如果有细微的异物进入气道，则扎进黏液中，随纤毛运动，向喉头方向移动。“黏液毡层”对咳嗽也起很重要的作用，咳嗽时，乘着高速的气流向出口移动的正是这种带着异物的“黏液毡层”的黏液。

在咳嗽过程中，吐出的痰不仅是气管和支气管以下的分泌物，而且也包括鼻腔和唾液腺的分泌物。

2.粉尘粒子的清除机构

空气中的悬浮粒子被吸入后，一部分通过呼吸道重新排出；另一部分沉附在气管和肺泡的壁上。（1）粒子的沉附机理　决定沉附率的因素是粒子的大小（粒径）、密度和形态等，与粒子的组成几乎无关。粉尘粒子沉附机理如下。

①惯性冲击。空气动力学直径为5～30μm的粒子，大部分由于本身的惯性（当气流方向突然变化时，气流内的粒子仍按原来的运动方向前进）冲击，沉附在鼻腔和喉头的壁上。

②沉降。1～5μm的粒子，由于重力作用，主要沉附在气管和支气管壁上。

③扩散。1μm以下的粒子，大部分由于空气分子的功能，在扩散作用（布朗作用）下沉附在肺泡壁上。

在沉附的粒子中，属于可溶性的物质，按不同溶解度被气管和细胞壁所吸收，然后进入血管运行于全身。有毒物质则会引起局部炎症反应或全身中毒（例如铅粒子引起铅中毒）。难溶性粒子由呼吸器官的清洁机构，经过一定时间以后，排到呼吸器官之外。（2）呼吸器官的清洁机构

①纤毛运动。沉附在气道壁上的粒子，被气道上皮的纤毛和黏液运至喉头处咳出来或者吞下去。纤毛运动每分钟达1500次，由于这一作用，气道的清洁作用可以在24h之内完成。

②肺食细胞。沉附在肺泡壁上的粒子，进入肺食细胞。此后运到气道通过纤毛运动排出，但其中一部分进入淋巴结。据说，肺食细胞的清洁速度很慢，清除粒子数量的一半（半减期）大约需要60～120d才能排出体外。另外，如果粒子为毒性粒子，例如游离的硅酸粒子，则进入肺食细胞以后，会破坏肺食细胞。结果细胞内的溶酶体的氧化物等流出细胞外。

3.由粒子引起的疾病（1）矿物粉尘　人长期吸入某些纤维粉尘，肺组织和淋巴结会产生以非可逆性的纤维病变为主的慢性疾病，使肺机能降低（尘肺）。尘肺随吸入粉尘不同，其病理组织与临床状态也有所不同。主要的矿物粉尘及其引起的疾病有以下几种：①游离硅酸（硅尘肺）；②硅酸盐化合物（滑石肺、高岭土肺、硅藻土肺）；③石棉（石棉肺）；④铝及其化合物（铝肺、氧化铝肺、铝土肺）；⑤铁化合物（氧化铁肺、硫化铁肺）；⑥煤粉（煤矿工人的尘肺）；⑦铍（铍肺）；⑧其他（石墨肺等）。另外，石棉粉尘引起呼吸器官的恶性肿瘤（肺癌、肋膜中皮肿瘤）也受到人们的重视。（2）金属粒子　某些金属粒子会引起的主要疾病或症状如下。

①锌。与锌的烟雾接触几小时后，就会引起发热，呼吸困难，再过几小时自然消失（锌热）。

②镉。长期接触会引起肺气肿或全身肾功能失调（以低分子蛋白尿为特征）。

③铬。特别是六价铬，引起鼻中隔穿孔症。

④铅。导致造血功能失调、贫血和白细胞、血小板减少（再生不良性贫血）。另外，也曾出现过很多末梢神经炎（上肢引肌麻痹）的病例。

⑤锰。急性中毒引起肺炎，慢性中毒引起脑细胞衰退性变化等中枢神经系统的疾病。

⑥铍。急性中毒引起肺炎，慢性中毒引起肺肉芽肿。

⑦致癌物质。明显的致癌物质和可能致癌的物质有铀（肺癌）、铬酸盐（肺癌）、羰基镍（副鼻腔和肺癌）和砷化物（肺癌）。（3）有害雾

①硫酸雾。对气道的刺激作用比二氧化硫高，引起喉头、气管收缩或者肺水肿。

②氢氟酸雾。对气道的刺激作用很强，也会引起肺水肿。

③油雾。对气道有刺激性。据报道也有类似于尘肺的症状。（4）有机粉尘、纤维性粉尘

①棉、麻和亚麻。主要症状为胸闷、呼吸困难等，有一定程度的支气管收缩。特别是在休息日后的星期一，再接触这类粉尘时，症状反应更加厉害，这是它的特征，吸入棉尘后会引起尘肺类症状。

②甘蔗纤维。长期吸入榨取糖汁之后的干燥甘蔗茎粉尘时，引起呼吸急促、发热等症状。

③真菌类、花粉。在它们之中，有的与室内尘一起吸入，作为变态反应原而起重要作用（例如花粉症和由干草引起的农夫肺）。和牧草接触后，会引起发热、呼吸困难（外因性变态反应肺炎）等症状，据说有的好温性放线菌还起抗原作用。

4.粉尘从肺内的排出

肺脏有排出吸入尘粒的自净能力，在吸入粉尘后，沉着在有纤毛气管内的粉尘能很快地被排出，但进入到肺泡内的微细尘粒则排出较慢，前者可称为气管排出，主要是借助于呼吸道黏膜所分泌的黏液，由于纤毛的运动而将不溶性或难溶性的尘粒排出；后者称为肺清除，主要是由肺泡中的巨噬细胞，将粉尘吞噬然后运至细支气管的末端，经呼吸道随痰排出体外。

关于粉尘在肺内的清除速率，有人用放射性气溶胶进行过研究，发现吸入的尘粒大部分在24小时内清除。在一个工作班中沉着在呼吸道黏膜上的粉尘，大部分可在几小时之内被清除，只有未被排出的那部分粉尘，长期累积，达到一定数量后与肺组织作用产生反应才能引起疾病。粉尘从肺内的排出速度与尘粒的大小和沉着的部位有关。

1952年英国医学研究委员会（BMRC）设定的尘粒在肺内的沉积率见表1-3。表1-3　英国医学研究委员会设定的尘粒在肺内的沉积率（二）粉尘爆炸危害

1.粉尘爆炸影响因素

分散在空气（或可燃气）中的某些粉尘，需同时具备氧气、高温源、可燃粉尘、容器4个条件才会燃烧、爆炸。

粉尘的爆炸在瞬间产生，伴随着高温、高压。热空气膨胀形成的冲击波具有很大的摧毁力和破坏性。这方面的伤亡事故及随之带来的巨大经济损失，引起人们对粉尘爆炸问题的高度重视。粉尘爆炸与气体爆炸相似，也是一种连锁反应，即尘云在火源或其他诱发条件作用下，局部发生化学反应所释放的能量，迅速诱发较大区域粉尘产生反应并释放能量，这种能量使空气提高温度，急剧膨胀，形成摧毁力很大的冲击波。

影响粉尘爆炸的因素有粉尘自身形成的与外部条件形成的两方面因素，见表1-4。表1-4　粉尘爆炸的影响因素

2.粉尘爆炸危险

在矿山开采、粉末冶金、粮食加工、食品生产、塑料工业、染料和涂料、洗涤剂、漂白剂、农药和医药制造业以及植物纤维纺织工艺等普遍存在着粉尘爆炸危险。与爆炸有关的作业场所和设备见表1-5。表1-5　与粉尘爆炸有关的作业场所和设备

由此可见，除尘系统的粉尘爆炸危险不容忽视。锅炉除尘器由于炉内煤屑飞扬，易发生明火引爆事故。在粮食系统、木材加工工业、纺织工业等部门都出现过除尘系统中的可燃性粉尘着火、爆炸事件。如1987年3月15日发生在哈尔滨亚麻纺织厂的事故，除尘器内的粉尘爆炸沿通风除尘系统蔓延，将装有除尘器的中央换气室和房屋设备全部炸毁并引起大火，死亡58人，受伤177人，使189台（套）设备遭到不同程度的损坏。2014年8月2日，昆山市中荣金属制品公司汽车轮毂抛光车间粉尘爆炸，造成82人死亡，近200人受伤，部分厂房倒塌。

除尘系统中如果粉尘浓度处于可爆炸的浓度范围内，与气流混合，如与火源相遇，即可引爆。在除尘系统的设计和应用中要特别注意粉尘爆炸的危险。（三）粉尘对能见度的影响

当光线通过含尘介质时，由于尘粒对光的吸收、散射等作用，光强会减弱，出现能见度降低的情况。在一些污染严重的城市、工业地区以及一些粉尘作业场所能明显地察觉到能见度的降低。

1.能见度

能见度即正常视力的人在当时天气条件下能够识别目标物的最大水平距离，以目力测定用以判定大气透明度的一个气象要素。一般来说，能见度取决于光的传播和眼睛从视场背景中区别物体的能力。

光线通过含尘介质，光强减弱。初始光强为I（cd）的光束经过0距离x（m）后，光强衰减为I，则：I=Iexp（-μx）　　（1-1）0-1

式中，μ为消光系数，它是波长的函数，m。

在一定距离外观察一个孤立物体时，定义物体与背景间的对比度为：

式中，I为物体的光强，cd；I为背景光强，cd。12

肉眼能辨别的最小对比度为C，相应的能见度为S。如果物体10是理想黑体，则：C=-exp（-μS）　　（1-3）10

根据观察，通常假设对比度的阈值C为-0.02，所以，10

大气总消光是气溶胶散射、气体分子散射和特定波长下某些气体吸收的总和。表1-6列出了空气分子的散射系数b。表1-6　0℃、0.1MPa下空气的端利散射系数

从表中可见，若光波长为λ=0.5μm时，空气分子散射系数为-6-118.10×10m，如果不计及其他的消光因素可算出能见度约为220km。由此可知，大气能见度的降低，主要是气溶胶的消光造成的。

含尘气流对光强的减弱还取决于浓度的大小。当质量浓度为30.115g/m时，含尘气流是透明的，可通过90％的光线。随着浓度的增加，透明度会大大减弱。

能见度可以根据下面经验公式计算：3

式中，S为等效能见度，m；c为粒子质量浓度，kg/m；A为比例2系数，kg/m。

比例系数A的数值见表1-7。对主要由0.1～1μm粒径粒子引起的光散射，用散射系数b来代替消光系数μ，则式S=3.912/μ成为S=3.912/b。上两式和表1-7、图1-3能直接表明能见度与气溶胶质量浓度之间的关系。表1-7　能见度与尘粒浓度间的关系图1-3　能见度与质量浓度间的关系

2.能见度对生产、操作的影响

在作业场所如果不能清晰地看到周围的事物，很容易在行动时发生失误、造成事故。长时间地能见度降低还会使视力疲劳，造成眼疾。

3.大气的吸收作用

除了由于颗粒状的空气污染物造成的能见度下降外，某些气体物质，因其对辐射的吸收特性，具有引起环境恶化的潜力，在未来有可能被列为污染物。图1-4为水蒸气和二氧化碳的吸收频带。0.4～0.75μm是可见光的波长范围，而1～100μm是红外线的波长范围。在正常的一昼夜周期中，太阳辐射穿过透明的大气层，被地球表面吸收，由于辐射出红外线，变热的地球表面就失去能量。当大气中含二氧化碳和水蒸气的浓度低时，入射的太阳能量与大地辐射发出的能量大致相等，因此，就形成地球表面和低层大气的平衡温度。随着水蒸气或二氧化碳浓度的增加，大气对红外线的吸收也随之增加，但短波辐射的透射率则不变。它使地球表面和低大气层的平均温度升高，这是因为太阳辐射量在白天将不变，而同时陆地辐射则将下降。图1-4　二氧化碳和水蒸气的吸收频带

还有人指出，随着大气中二氧化碳浓度的增加，能促进某些植物的生长。因为，植物从其生活圈的大气中吸收二氧化碳，所以，植物的增殖能相应增加对二氧化碳的吸收，这就会在环境中建立起一种二氧化碳含量的新的静态平衡。因此，新的二氧化碳浓度将不至于和目前的水平发生很大差别。

影响地球平均温度的另一个因素是大气中颗粒物所引起的对太阳的辐射吸收和反射。某些研究结果认为，大气低层的平均温度在下降，其原因是到达地表的太阳能受到颗粒物的吸收而减少。这也可以证明，空气污染的加剧不但不会引起大气温度的上升，相反，它会引起温度下降，甚至会加剧冰河时代。（四）粉尘对建筑物、植物和动物的影响

空气中的尘粒本身可能是化学惰性的或活性的。它们如果是惰性的，也可从大气中吸收化学活性物质，或者它们会化合成多种化学活性物质。据其化学成分和物理性能，尘粒物质能对建筑物起到广泛的破坏作用。尘粒落在涂过涂料的建筑物表面、玻璃幕墙上，就会把它弄脏。每年，对建筑物和构筑物内外的重新涂装和清洗费用相当可观。

还有报道，大气中的粉尘和有害气体，对文物腐蚀速率加快，主要表现在金属文物锈蚀矿化，石质文物酥解剥落，纺织品、壁画褪色长霉。

更为重要的是，尘粒物质能通过固有的腐蚀性，或有排入大气中的惰性尘粒所吸收或吸附的腐蚀性化学物质的作用，产生直接的化学破坏。金属通常能在干空气中抗拒腐蚀，甚至在清洁的湿空气中也是如此。然而，在大气中普遍存在吸湿性尘粒时，即使在没有其他污染物的情况下，也能腐蚀金属表面。在文献中关于暴露在工业大气中的金属表面遭受腐蚀的例子已有充分记载。

关于颗粒物对动植物的影响一般了解得还很少。然而，人们已观察到几种特定物质所起到的破坏作用。含氟化物的尘粒能够引起某些植物损害。降落在农田上的氧化镁，曾使植物生长不良。动物吃了沾有有毒尘粒的植物时，健康就会受到损害。这些有毒化合物会被吸收进植物组织或成为植物表面污染而存在下去。动物摄取带有含氟颗粒物的植物就能导致氟中毒。牛羊吃了有含砷颗粒沉降在上面的植物，就会成为砷中毒的牺牲品。（五）粉尘对设备、产品的影响

1.粉尘对机器设备的磨损

含尘气流在运动时与壁面冲撞，产生切削和摩擦，引起磨损。含尘气流中的粉尘磨损性与气流速度的2～3次方成正比，气流速度越高，粉尘对壁面的磨损越严重。但粉尘浓度达到某一程度时，由于粉尘粒子之间的相互碰撞，反而减轻了与壁面的碰撞摩擦。

在除尘系统中，中高速的烟气强烈地冲刷着除尘器的内壁，使壳体磨损，离心式旋风除尘器的蜗壳和锥体部分的磨损就是一例。数毫米厚的钢板用不到1年甚至几个月就会被局部磨穿，极大地影响着除尘器的使用寿命。

含尘空气中的尘粒沉降到机器的转动部件上，将加速机件的磨损，影响机器工作精度，甚至使小型精密仪表的部件卡住不能工作。

一般认为5～10μm粒径的粉尘磨损性与颗粒大小和成分有关，微细粉尘比粗粉尘的磨损小，但在一些现代产品，如微型计算机、光学仪器、微型电机、微型轴承中都特别重视微细粉尘的沾污和磨损。对于计算机、光学仪器、精密机械来说，1μm以上粒径的尘粒就能影响精度。消除尘埃的沾污必须采用空气洁净技术。

2.粉尘对产品质量的影响

粉尘污染不仅影响产品的外观，还能造成产品质量的下降。例如石膏粉产品在生产过程中被烘炉黑烟污染，不仅外观受影响，质量也要下降。许多电子产品、化学药品、摄影胶片等现代化产品，在生产过程中或操作使用中非常重视防止粉尘污染。在电子产品生产中，即使是0.3μm的尘粒落到刻线间距只有亚微米的加工表面上，也会对产品造成危害，轻则影响产品性能，重则会使产品报废。

航空和宇宙飞船使用的电子仪表及大型计算机内，落入一粒尘埃就可能造成失误。在信息时代，设法除去空气中尘埃，确保产品的高质量、高可靠性有极其特殊的意义。第二节　粉尘的基本性质

尘粒具有形状、粒径、密度、比表面积四大基本特性，还具有磨损性、荷电性、湿润性、黏着性以及爆炸性等重要性质。这些都是除尘技术的重要内容，也是掌握和应用袋式除尘器的重要环节。一、粉尘颗粒的形状

粉尘颗粒的形状是指一个尘粒的轮廓或表面上各点所构成的图像。在工业和自然界中遇到的粉尘形状千差万别，所以要定量描述尘粒形状是很难的。表1-8中定性地描述了尘粒形状。表1-8　尘粒的形状

测量得到的粉尘颗粒大小与颗粒的面积或体积之间的关系则称为形状系数。形状系数反映了尘粒偏离球体的程度。将尘粒的粒径与实际的体积、表面积和比表面积关联，可以定义3种最常见的形状系数：体积形状系数фV、表面积形状系数фS和比表面积形状系数ф。（1）体积形状系数和表面积形状系数　设一个尘粒的粒径为d，尘粒的表面积S为：D

尘粒的体积V为：

式中，d和d分别为与尘粒具有相同表面积或体积的圆球直径：SVX和X分别为带面积和带体积形状系数的尘粒尺寸。SV（2）比表面形状系数　对于一个尘粒，单位体积的表面积S和V单位质量的表面积SW

式中，d为与颗粒具有相同比表面积的球体直径；ρ为颗粒的SVD密度；X为同时带面积和带体积形状系数的尘粒尺寸；对于球体，SVф=6。

若以等体积当量直径d代替方程式中的d，则得：1D

式中，фC为卡门形状系数，对于球体，фC=1。

表1-9中列出了几种规则形状颗粒的形状系数，其中包括球形、圆锥体、圆板形、立方体和方柱体等。上述的形式系数是以球体作为基础的，这种方法在工程上有着广泛的应用。表1-9　粉尘颗粒的形状系数注：L、b、t和d分别表示粉尘颗粒的长、宽、高和直径。

粉尘形状的测量是用显微镜观测和照相。大颗粒粉尘用普通光学显微镜观测，小颗粒粉尘或要求严格时用电子显微镜观测。

粉尘的形状直接影响除尘器的捕集效果和清灰情况，例如对纤维性粉尘选用机械式除尘器和电除尘器时除尘效果往往不理想，对球形粉尘用各种除尘器都会取得满意效果。二、粉尘的粒径和粒径分布

1.粒径

粒径一般指粒子的大小，有时也笼统地包括与粒径有关的性质和形状，就是说，包括粒子的性质、形状在内的粒度通称分散度，亦叫粒度。

以气溶胶状态存在的粒子，其粒径一般在100μm以下，当粒子大于100μm时，粒子沉降速度较大，在空气中悬浮是暂时的，时间很短。

在悬浮粒状污染物质中，通常把10μm以下的粒子作为研究对象。其主要原因是悬浮粒子从呼吸道侵入肺泡并沉积在肺泡内的粒径以1μm左右的粒子沉积率最高；以重量浓度作标准浓度时，粒径大于10μm的粒子在空气中的悬浮时间非常短等。

大气中的悬浮粒状物质在4μm粒径附近和1μm粒径以下出现浓度峰值，实际上1μm以下的粒子占绝大多数。因为1μm以下的微粒除了粒子间相互碰撞和凝聚而生成比原粒径大的粒子，在重力作用下沉降以外，其余的粒子在空气中仍随气流悬浮。

粒子的形状有球形、结晶状、片状、块状、针状、链状等，但除了研究气溶胶的凝聚之外，都将其看作球形。但实际上，除霭一类微小液滴以外，很难见到球形粒子。固体气溶胶粒子的形状几乎都是不规则的。测定这种不规则的固体粒子，一般是用适当的方法测定该粒子的代表性尺寸，并作为粒径来表示粒子的大小。测定方法有下面几种。（1）统计粒径　统计粒径也叫做显微镜粒径。是用显微镜测定粒径时常用的方法。粒径大小是根据对应规律测量出粒子的投影后，用一维投影值或当量直径表示。图1-5是测定方法的实例。图1-5（a）为定向等分直径（马丁直径），是沿一定方向将粒子投影面积二等分的线段长度。图1-5（b）为定向直径（格林直径），是在两平行线间的粒子投影宽度。表1-10列出各种统计粒径。图1-5　粒径表示法表1-10　统计粒径注：l为长轴；ω为短轴；h为高度；t为厚度；f为投影面积；V为体积。（2）平均粒径　平均粒径是根据粒径的频数分布计算得到的，如表1-11所列。图1-6给出平均粒径的几何关系。图1-6　平均粒径的几何关系（n=7的情况）表1-11　各种平均粒径（3）沉降粒径　沉降粒径也叫斯托克斯直径，是测定粒子沉降速度v之后按下式求出的，粒子直径d表示为：p

式中，ρp为粒子的密度；ρ为空气的密度；μ为空气的黏滞系数。

表1-12列出若干种粉尘和烟雾的粒径。表1-12　各种粉尘和烟雾粒径实例（4）空气动力直径　在空气中，与颗粒有相同沉降速度，且密3度为10kg/m的圆球体直径称为空气动力学直径。国家标准中，对总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物的粒径都指的是空气动力当量直径。

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