第二节 气体与粉尘的物理性质

一、气体的物理性质

环境空气（ambient air，以下简称空气或大气）是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气。空气由干洁空气、水蒸气和各种杂质组成。干洁空气的主要成分是氮气、氧气、氩气和二氧化碳等气体，其体积含量占全部干洁空气的99.996%；氖气、氦气、氪气和甲烷等次要成分只占0.004%左右。干洁空气的分子量为28.966，标准状况下的密度为1.293kg/m³。水蒸气的含量平均不到0.5%，而且随着时间、地点和气象条件等不同有较大变化，其变化范围为0.01%～4%。空气中的杂质包括自然活动和人类活动排到大气中的各种悬浮微粒和气态物质。悬浮微粒中除了由水蒸气凝结成的水滴和冰晶外，主要是各种有机的或无机的固体颗粒，其中无机微粒的数量较多，主要有岩石和土壤分化后的尘粒，火山喷发后留在空中的火山灰以及地面上燃料燃烧和人类活动产生的烟尘等。气态物质主要包括硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨、甲烷、甲醛、烃蒸汽、恶臭气体等。

废气（exhaust air）是由数种气体或微粒组成的混合气体或气溶胶，其组成成分、含量、物理性质和特性参数值随发生源不同而改变。

1.气体的黏度

流动中的流体，如果各质点或流层间的流速不相等，则在相邻质点或流层间的接触面上形成一对相互阻碍的等值而反向的摩擦力，称为内摩擦力（internal friction）。流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力（切力）以反抗相对运动的性质，称为黏滞性（viscosity），此内摩擦力称为黏滞力（viscous force）。

黏滞力可根据牛顿（Isaac Newton，1642—1727）内摩擦定律，由式（2-1）确定：

式中 τ——切应力（shear stress），表示单位面积上的内摩擦力，Pa或N/m²；

μ——动力黏滞系数（coefficient of dynamic viscosity），也称动力黏度（dynamic viscosity），表示单位速度梯度作用下的切应力，反映了黏滞性的动力性质，Pa·s；

——速度梯度，表示速度沿垂直于速度方向y的变化率，s^-1。

在流体力学中，经常出现动力黏度μ和流体密度ρ的比值，即

式中 υ——运动黏滞系数（coefficient of kinematic viscosity），也称为运动黏度，表示单位速度梯度作用下的切应力对单位体积质量作用产生的阻力加速度，m²/s。

表2-1列举了1atm下不同温度时空气的黏度系数。由表2-1可以看出，空气的黏度随温度升高而增大。这是因为黏滞性是分子间的吸引力和分子不规则的热运动产生动量交换的结果。温度升高，分子间的吸引力降低，动力增大；反之，温度降低，分子间的吸引力增大，动量减小。对于气体，分子间的热运动产生动量交换是决定性因素，所以，气体的黏滞性随温度的升高而下降。需要指出的是，对于液体，分子间的吸引力是决定因素，所以，液体的黏滞性随温度的升高而减小。基准状态下（101325Pa，20℃；未做特殊说明，本书的基准状态均为该工况条件），干空气动力黏度μ和运动黏度υ分别为1.81×10^-5Pa·s和15.7×10^-6m²/s。

2.气体分子平均自由程

根据气体分子运动理论，气体分子作无规则热运动，会不断地与其他分子碰撞。分子在两次连续碰撞之间所走的距离称为自由程。对各个分子在一段时间内的自由程求平均值，就可得到分子运动的平均自由程（mean free path）。

气体分子平均自由程λ可按式（2-3）计算：

式中——气体分子的算术平均速度;

k_B——玻尔兹曼常数，k_B=1.380×10^-23J/K；

T——热力学温度，K；

m——气体的分子质量，kg；

R——摩尔气体常数，R=8.314J/(mol·K)；

M——气体的摩尔质量，kg/mol。

基准状态下，空气的平均自由程为6.51×10^-8m。当颗粒粒径小到与气体分子平均自由程大小差不多时，颗粒开始脱离与气体分子接触，也就是说，颗粒与气体分子间的碰撞就不是连续发生的，颗粒运动发生所谓的“滑动”（slip）。这时，相对颗粒来说，气体不再是具有连续流体介质的特性，颗粒受到的流体阻力将减小。为了对这种滑动条件进行修正，在空气条件下，引入戴维斯（Davis，1945）建议的坎宁汉修正系数C_u（Cuningham correction factor；E Cuningham，1881—1977）：

式中 Kn——努森数（M.Knudsen，1871—1949），表示气体分子平均自由程与颗粒粒径的比值，定义式如式（2-6）。

式中 λ——气体分子的平均自由程，可按式（2-3）计算。

坎宁汉修正系数C_u与气体的种类、温度、压力以及颗粒大小有关。温度越高，压力越低，粒径越小，C_u值就越大。当颗粒粒径小于15μm时，需要考虑C_u的修正，而对于亚微米颗粒，必须考虑布朗运动的影响。作为粗略估计，在1atm和293K下，C_u=1+0.165/d_p，其中d_p的单位为μm。

二、粉尘的粒径及粒径分布

除尘技术中涉及的颗粒，一般是指所有大于分子的颗粒，但实际的最小颗粒界限为0.001μm左右。颗粒的存在既可以单个地分散于气体介质中，也可能是以多个颗粒形成的集合体（因凝聚等作用使得多个颗粒集合在一起，它们在气体介质中就像单一颗粒一样）。一般而言，粉尘是由大小不等、形状各异的颗粒（或颗粒的集合体）所组成的颗粒群（particle system）。充分认识粉尘颗粒的大小等物理性质是研究颗粒分离、沉降和捕集机制，选择、设计和使用除尘装置的基础。通常采用单一颗粒粒径、粒径分布、平均粒径以及粒径分布函数等指标来表征颗粒粒径的大小及分布情况。

（一）单一颗粒的粒径

粉尘颗粒大小不同，其物理、化学特性不同，对人和环境的危害也不同，同时对除尘装置的性能有很大影响，因此，粒径是粉尘重要的基本特性之一。

对于球形颗粒（spherical particle），可以用其直径作为颗粒大小的代表性尺寸，也就是说球形颗粒的直径就是粒径（paiticle diameter）。但实际上，颗粒不仅存在大小差异，而且形状也各种各样。对于不规则的非球形颗粒（irregular non-spherical particle），可用球体、立方体的代表性尺寸来表示其粒径，其中用球体的直径表示不规则颗粒的最为普遍，称为当量直径（equivalent diameter）。当量直径与颗粒的各种物理特征相对应。目前，常用的不规则颗粒粒径测定和定义方法可归纳为两大类：几何当量直径（geometric equivalent diameter）和物理当量直径（physical equivalent diameter）。表2-2汇总了各种不规则颗粒粒径的测定与定义方法。

1.几何当量直径

按照颗粒的几何性质来直接测定和定义的，即将颗粒的某一几何量（面积、体积等）相同的球形颗粒直径定义为该颗粒的粒径。

（1）投影直径（projected diameter）。颗粒在显微镜下所观测到的某一直线尺寸，主要包括：

1）定向直径d_F：也称为菲雷特直径（Feret diameter），为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度，如图2-1（a）所示。

2）定向面积等分直径d_M：也称为马丁直径（Martin diameter），为各颗粒在投影图中按同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度，如图2-1（b）所示。

3）投影面积直径d_H：也称为黑乌德直径（Heywood diameter）：为与颗粒投影面积相等的圆的直径，如图2-1（c）所示。若颗粒投影面积为A，则d_M=（4A/π）^1/2。

黑乌德测定分析结果表明，对同一颗粒有d_F>d_H>d_M。

（2）筛分直径（sieving diameter）。采用筛分法测定时可得到筛分粒径，为颗粒能通过的最小方形筛孔的宽度。

2.物理当量直径

与颗粒的某一物理特性相同的球形颗粒的粒径，主要如下：

（1）等效自由沉降直径（equivalent free-falling diameter）：利用沉降法测定，一般有两种定义。

1）斯托克斯直径d_st（Stokes diameter；George G Stokes，1819—1903）：同一流体中与颗粒的密度和沉降速度相同的球的直径。

2）空气动力学直径d_a（aerodynamic diameter）：空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度（1000kg/m³）的球的直径。

斯托克斯直径d_st和空气动力学直径d_a是除尘技术中应用最多的两种直径，原因在于它们与颗粒在流体中的动力学行为有密切关系。需要说明的是本章第一节中气溶胶和粉尘中所述粒径均为空气动力学直径。

（2）光学等效直径d_e：采用光散射法测定可得到光学等效直径，为与颗粒具有相同的光散射能力的球的直径，一般是指与颗粒体积相等的球的直径。若颗粒的体积为V，则d_e=（6V/π）^1/3。

粒径的测试方法不同，其定义方法也不同，得到的粒径数值往往差别较大，很难进行比较。因此实际多根据应用目的来选择粒径的测试和定义方法。此外，粒径测量结果还与颗粒的形状（shape）密切相关。通常用球形度Φ_s（sphericity）来表示颗粒形状与球形颗粒不一致的尺度。球形度Φ_s是与颗粒体积相等的球的表面积和颗粒表面积之比。Φ_s值总是小于1。对于正方形Φ_s=0.806，对于直径为d、高为h的圆柱体，其Φ_s=2.62（h/d）^2/3/（h+2h/d）。表2-3给出了某些颗粒球形度的实测值。

（二）粒径分布

粉尘是由许多颗粒组成的，其颗粒粒径分布（particle size distribution，PSD）是指某种粉尘中，各种粒径的颗粒的个数［或质量（体积）］所占的比例，也称粉尘的分散度。若以颗粒个数表示所占的比例时，称为个数分布（number distribution）；若以颗粒质量（体积）表示所占比例时，称为质量（体积）分布（mass distribution）。除尘技术中多采用质量分布。

以上两种粒径分布又分为频率分布（frequency distribution）和累积分布（cumulative distribution）。频率分布又称频度分布，是指落在某个尺度范围内的颗粒个数［或质量（体积）］占总量的百分数。累积分布是指大于或小于某一尺寸的颗粒个数［或质量（体积）］占总量的百分数。常用的表示颗粒尺寸频率分布和累积分布的方法有表格法、直方图法和函数法3种。表2-4给出了个数分布和质量分布所涉及的具体参数的定义及计算公式。

【例2-1】 某种粉尘样品的原始个数分布测定数据见表2-5，试进行以下工作：

（1）计算该粉尘的个数频率f_i、个数筛下累积频率F_i和个数频率密度p。

（2）计算该粉尘的质量频率g_i、质量筛下累积频率G_i和质量频率密度q。

（3）绘出该粉尘的个数频率f、个数频度p和个数筛下累积频率F的分布图。

（4）绘出该粉尘个数和质量的频率分布（p、q）和累积分布（F、G）图。

解：根据粉尘的颗粒个数分布的测试数据，确定该种粉尘的粒径间隔Δd_pi、间隔上限粒径和分级粒径d_pi，并将结果列于表2-5中。

（1）利用表2-4中的个数分布计算公式，分别计算个数分布情况下的个数频率f_i、个数筛下累积频率F_i和个数频率密度p，其结果列于表2-5中。

（2）利用表2-4中的质量分布计算公式，分别计算质量频率g_i、质量筛下累积频率G_i和质量频率密度q，其结果列于表2-5中。

（3）根据该粉尘粒径分布数据，绘出了个数频率f、个数频率密度p和个数筛下累积频率F，如图2-2所示。

（4）根据上述计算结果，以分级粒径d_pi为横坐标，分别绘制频率分布（p、q）和累积分布（F、G），其结果如图2-3所示。由图可见，与个数频率分布相比，质量频率分布的峰值明显向大颗粒偏移，质量累积分布呈现较为明显的S形。

（三）平均粒径

颗粒群（particle system）是由大量单一颗粒组成的，如粉尘、雾滴和气泡群等。为了简明地表示颗粒群的某一物理性质和尺度大小，需要给出颗粒的平均大小，也称粒度（particle size）。对于实际颗粒系而言，如果其某一物理特征与一个由尺寸相同的球（或正立方体）颗粒所组成的假想颗粒群相同，则称此球形颗粒的直径（或正立方体的边长）为实际颗粒群的平均粒径（mean diameter）。最常用的平均粒径有算数平均直径、几何平均直径、中位直径和众径等。表2-6中列出了代表颗粒群不同特征的平均粒径，其中i为颗粒群按粒径大小顺序分成的间隔，d_i为第i间隔的代表（中值）粒径，n_i是以d_i为中值的粒径间隔内的颗粒个数。

对于非对称的频率分布颗粒系，存在；而对于频率分布为对称性的分布（如正态概率分布），上述3者具有相同的值。结合图2-2可知，基于个数分布，其众径和中位直径分别约为6.0μm和9.0μm；基于质量分布，其众径和中位直径分别约为27.5.0μm和21.0μm。需要特别说明的是，根据个数分布和质量分布所得到的平均粒径是不一致的。根据实际需要，还可以定义其他平均粒径。

【例2-2】 应用［例2-1］的粒径分布数据，计算该粉尘样品的长度平均直径、表面积平均直径、体积平均直径、体积表面积平均直径以及中位径和众径。

解：结合表2-5和表2-6，各种平均粒径的计算结果如下：

（1）长度平均粒径。

（2）表面积平均粒径。

（3）体积平均直径。

（4）体积表面积平均直径。

此外，还可计算体积比表面积：

根据图2-3可以确定该粉尘的个数分布和质量分布的中位径和众径，其中个数分布的中位径和众径分别为8μm和6.8μm，质量分布的中位径和众径分别为21μm和24μm。可见对于细颗粒粉尘其质量分布的中位径和众径明显大于个数分布。

（四）粒径分布函数

采用某种数学函数来描述粒径分布曲线，应用时更为方便。当前所用的分布函数大多是双参数分布函数。所谓双参数就是该函数由2个特定参数来确定，一个参数是特征参数，表示颗粒群的粒度大小，另一个参数是分布参数，表示颗粒群的粒度分布状况。大量实践表明，粉尘颗粒群的粒径分布通常具有如下典型特征：即频率密度曲线大致呈钟形，累积频率曲线大致呈S形。对于粉尘颗粒群而言，正态分布、对数正态分布、罗辛-拉姆勒（Rosin-Rammler）分布等函数的实用性较好。

1.正态分布

颗粒群的粒径分布符合正态分布时，其频率密度p（或q）分布可表示为

筛下累积频率可表示为

式中和σ为正态分布的两个特征参数，其中为平均粒径，可以用算数平均直径或中位直径d₅₀或众径d_d表示。因为正态分布曲线是关于均值对称的曲线，均值。σ为标准差，其定义为

对于正态分布，标准差σ等于累积频率为84.1%的粒径d_84.1和中位直径d₅₀之差，或者中位直径和累积频率为15.9%的粒径之差，即

正态分布是最简单的函数形式，其筛下累积频率（F）分布曲线在正态概率坐标纸上为一条直线，如图2-4所示。实际上，大多数粉尘的频率密度分布曲线并不是关于平均粒径的对称性曲线，而是向小颗粒方向偏移［图2-3（a）中的个数分布］，因此正态分布函数很少用于描述粉尘的粒径分布。

2.对数正态分布

如果以粒径的对数lnd_p代替粒径d_p后，其频率密度p（或q）分布曲线呈对称的钟形曲线，即符合正态分布，则认为该粉尘的粒径分布符合对数正态分布。对数正态分布的两个特征参数应以相应的量取代。平均粒径用lnd_p的算数平均直径取代，即

此时，平均粒径与表2-6中的几何平均直径相同，且d_g=d₅₀。标准差用lnd_p的标准差替换，并称为几何标准差σ_g。

因此，对数正态分布的筛下累积频率F（或G）可表达为

其频率密度p（或q）可表示为

检验粉尘粒径分布数据是否符合对数正态分布，并同时求出两个特征参数d_g和σ_g，最方便的方法是将分析数据标绘在通用的对数概率坐标纸上，其粒径坐标为对数刻度，累积分布为坐标为正态概率刻度。如果能得到一条直线，则说明该粉尘的粒径分布符合对数正态分布。图2-5为对数正态分布的累积频率分布曲线。

直线的斜率由几何标准差σ_g决定，σ_g可按式（2-15）计算：

可见，几何标准差为两个粒径之比，是无因次数，且总是大于1。当σ_g=1时，则成为单分散的颗粒系（即所有颗粒的粒径都相同）。

如果某种粉尘的粒径分布符合对数正态分布，则以颗粒的个数、质量、表面积或直径表示的粒径分布，均符合对数正态分布，并且具有相同的几何标准差σ_g，因而它们具有相同的频度分布曲线形状，累积频率分布曲线在对数概率坐标图中为相互平行的直线，只是沿粒径坐标移动了一个常量距离。若用MMD表示质量中位径，NMD表示个数中位径，SMD表示表面积中位径，则三者的换算关系为

数学可以证明，对于符合正态分布的粉尘，由σ_g和MMD（或NMD）的值，可以求出各种平均粒径，例如：

【例2-3】 一组玻璃珠试样的筛下累积频率数据见表2-7。

（1）试检验这些数据是否符合对数正态分布。

（2）如果符合，确定σ_g、MMD、NMD和SMD。

（3）绘出该试样的表面积筛下累积频率分布曲线。

解：（1）将这些数据绘在对数概率坐标纸上，得到两条相互平行的直线，如图2-6所示。这说明该玻璃珠样品的粒径分布符合对数正态分布。

（2）从图2-6中的质量和个数累积分布曲线，可以获得d_84.13、d₅₀和d_15.87值，见表2-8。

根据个数累积分布曲线，按式（2-15）可得

因为相互平行的直线具有相同的σ_g，关联NMD和MMD，由式（2-16）可得

则σ_g=1.395。这一值与按每条直线得到的斜率非常接近，这也证明了两条直线互相平行，符合对数正态分布。以下计算时，按σ_g=1.39取值。

由式（2-17）可以求得表面积中位粒径SMD，即

（3）因为该试样符合对数正态分布，若要求画出表面积筛下累积分布线，只需求出直线上一点即可。同样，也可以计算出SMD和d_84.13，再根据这两组数据画出表面积筛下累积频率曲线。其中d_84.13可由式（2-15）计算，即

另外，由式（2-21）还可以求得体积表面积平均粒径，即

3.罗辛-拉姆勒分布

前述的对数正态分布在解析法上是方便的，因此得到了广泛应用。但是，对于像粉碎产物、粉尘之类粒度分布范围广的颗粒群而言，在对数正态分布图上作图所得曲线与直线偏差较大。Rosin与Rammler等人通过对煤粉、水泥等物料粉碎实验的概率和统计理论的研究，归纳出用指数函数表示粒度分布的关系式，也称为罗辛-拉姆勒（Rosin-Rammler）分布，简称R-R分布，其表达式为

式中 G——质量筛下累积频率；

n、β——常数。

若设，则式（2-22）变成无因次式：

式中 R——质量筛余累积频率；

n——均匀性系数，表示粒径分布分散范围的宽窄程度,n值越小，粒径分布范围越宽，对于粉尘及粉碎产物，往往n≤1;

——特征粒径，一般多选用质量中位直径MMD或d_63.2（与G=63.2%相应的粒径）。

则式（2-23a）可以写成

上式称为Rosin-Rammler-Bennet分布。在lgd_p与坐标系中，根据上式作图呈直线，根据斜率可求出n，由G=63.2%可以求出d_63.2。

判断粒径分布数据是否符合R-R分布以及求取两个常数（n和d_p），仍采用线性化作图法。对式（2-23a）求两次对数可以得到

在双对数坐标纸上用ln［1/(1-G)］对d_p作图，若得到一条直线，则说明粒径分布数据符合R-R分布，由直线的截距求出常数β，由直线的斜率求出指数n。

R-R分布函数适用范围较广，特别对破碎、研磨、筛分过程产生的较细粉尘更为适用。图2-7为各种工业粉尘的R-R分布图。当R-R分布的分布指数n>1时，粒径分布函数近似于对数正态分布；而当n>3时，则更适合于正态分布。

三、粉尘的物理性质

1.粉尘的密度

单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度（density），单位为kg/m³。由于粉尘表面凹凸不平及内部存在缝隙，所以粉尘表面及内部吸附着一定量的空气，将该空气排出后测得的粉尘的自身密度称为真密度（true density），用ρ_p表示。在自然堆积状态下单位体积的粉尘质量称为堆积密度（bulk density），用ρ_b表示。粉尘颗粒间和内部的空隙的体积与堆积粉尘的总体积之比称为空隙率（voidage），用ε表示。ε与ρ_p和ρ_b之间的关系为

对于一定种类的粉尘，其真密度ρ_p为一定值。堆积密度ρ_b则随空隙率ε改变而改变。使用机械式除尘器（包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器）时，粉尘的真密度将直接影响除尘效率的高低。

2.粉尘的安息角与滑动角

粉尘通过小孔连续地落到水平面上时，自然堆积成的锥体母线与水平面的夹角称为粉尘的安息角（angle of repose，AOR），也称动安息角、静止角、堆积角或休止角，一般为35°~55°。

当水平板上摆放一层粉尘时，平板倾斜，粉尘开始滑动，其倾斜角称为滑动角（angle of slide，AOS），也称静安息角。一般40°~55°。

粉尘的安息角和滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标。安息角越小，流动性越好。安息角和滑动角的测定方法有排出法、注入法和倾斜法。影响安息角和滑动角的因素包括：粉尘的粒径、形状、表面的光滑程度和含水率等。对于同一种粉尘，粒径越大，安息角越小；粉尘表面越光滑和越接近球形，安息角就越小；粉尘含水率越小，安息角越小。在除尘器设计（如储灰斗等）和含尘风管设计时，必须考虑粉尘的安息角。

3.粉尘的比表面积

单位量粉尘所具有的表面积称为粉尘的比表面积（specific surface area）。粉尘的量可以用净体积、堆积体积和质量作基准。以净体积为基准的粉尘比表面积S_V（cm²/cm³），其定义为

式中——粉尘的平均表面积，cm²；

——粉尘的平均净体积，cm³；

——粉尘的表面积-体积平均粒径，cm。

以质量为基准的粉尘比表面积S_m（cm²/g）为

式中 ρ_p——粉尘真密度，g/cm³。

以堆积体积为基准的粉尘比表面积S_b（cm²/cm³）为

粉尘的比表面积是用来表示颗粒群总体的细度，特别是微细颗粒存在程度的一种粒度特性值。比表面积大的粉尘往往表现出显著的物理、化学活性。粉尘的比表面积通常和粉尘的润湿性和黏附性相关。大部分烟尘的比表面积在1000cm²/g（粗烟尘）到10000cm²/g（细烟尘）的范围内变化。

4.粉尘含水率

粉尘或多或少地含有一定的水分，包括附着在表面上的和包含在粉尘凹处的自由水，以及结合在粉尘孔穴内部的结合水。干燥处理可以除去自由水和部分结合水，其余水作为平衡水分残留。平衡水分的数量随干燥条件的变化而变化。

粉尘中的水分含量一般用含水率表示，是指粉尘中所含水分质量与粉尘总质量之比。粉尘含水率的大小，会影响到粉尘的其他物理性质，如湿润性、荷电性等，而这些性质是设计或选择静电除尘器和湿式除尘器必须考虑的因素。

5.粉尘的润湿性

粉尘颗粒能否与液体相互附着或附着难易程度的性质称为粉尘的润湿性。如果粉尘与液体接触时，接触面能扩大并相互附着，称为亲水性粉尘；接触面趋于缩小而不能附着，称为疏水性粉尘。粉尘的润湿性不仅与粉尘的理化性质，如粒径、生产条件、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性等有关，还与液体的表面张力、尘粒与液体的黏附力及相对运动有关。例如，悬浮于气体中的5μm以下的特别是1μm以下的尘粒，很难被水润湿，这主要是由于细尘粒及水滴表面均附着一层气膜，只有在两者具有较高的相对运动速度的情况下，水滴冲破气膜才能相互附着凝并。粉尘的润湿性还随着压力的增加而增加，随着温度升高而减小，随着液体表面张力减小而增强。

粉尘的润湿性可以用试管中粉尘的润湿速度来表征。取润湿时间为20min，测出此时的润湿高度L₂₀（mm），则润湿速度为

以润湿速度作为评定粉尘润湿性的指标，可将粉尘细分为以下4种：①绝对憎水,v₂₀<0.5mm/min，如石蜡、聚四氟乙烯和沥青等；②憎水,0.5mm/min<v₂₀<2.5mm/min，如石墨、煤和硫等；③中等亲水,2.5mm/min<v₂₀<8.0mm/min，如玻璃微珠、石英等；④强亲水,v₂₀>8.0mm/min，如锅炉飞灰、钙粉等。

在除尘器设计或选用中，粉尘的润湿性是必须考虑的因素之一。对于润湿性较好的粉尘，可考虑采用湿式除尘；而对于润湿性较差的粉尘，若采用湿式除尘，则应在液体中加一些润湿剂，以改善液体对粉尘的附着能力。某些粉尘如水泥、熟石灰和白云石粉等，虽然是亲水性粉尘，但一旦吸水后就会形成不溶于水的硬垢。一般将此类粉尘称为水硬性粉尘。由于水硬性粉尘容易在管道、设备内结垢，造成管道堵塞，所以不宜采用湿式除尘装置。

6.粉尘的荷电性和导电性

（1）荷电性。天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷，但荷电量很小，并具有两种极性。粉尘的荷电，是指通过外界影响使粉尘自身所带电荷数量发生改变的过程。导致粉尘荷电的因素很多，包括电离辐射、粉尘捕获高压放电或高温产生的离子或电子、粉尘间相互碰撞或粉尘与壁面摩擦产生静电等。粉尘荷电以后，将改变其某些物理性质，如凝聚性、附着性及其在气体中的稳定性，同时对人体的危害也将增强。

粉尘的荷电在除尘中有重要作用，电除尘器就是利用粉尘荷电而除尘的，在电袋式除尘器和湿式静电除尘器中，也开始利用粉尘或液滴荷电来进一步提高对细颗粒物的捕集性能。

（2）导电性。粉尘同金属导体一样，或多或少具有导电性，粉尘的导电性用电阻率ρ_d表示：

式中 V——通过粉尘层的电压，V；

J——粉尘层的电流密度，A/cm²；

δ——粉尘层的厚度，cm。

粉尘的导电机制有容积导电和表面导电两种。容积导电是靠粉尘本体内的电子或离子进行导电，而表面导电是靠尘粒表面吸附的水分或其他化学物质中的离子进行导电。在较高温度（一般大于200℃）下，粉尘主要靠容积导电；而在较低温度（一般小于100℃）下，粉尘主要靠表面导电。粉尘的电阻率与测定时的条件有关，如气体的温度、湿度和成分，粉尘的粒径、成分和堆积的松散度等。粉尘的电阻率是一种可以相互比较的表观电阻率，通常简称为比电阻。

图2-8为典型的温度-比电阻关系曲线。在表面导电占优势的低温范围内，粉尘比电阻称为表面比电阻，其值随温度升高而增大，随含水率增大而减小；在容积导电占优势的高温范围内，粉尘比电阻称为容积比电阻，其值随温度升高而减小；在两者导电机制皆重要的中间温度范围内，粉尘比电阻是表面比电阻和容积比电阻共同作用的结果，其值最大。

一般粉尘的比电阻范围在10³～10¹⁴ Ω·cm。在设计或选用静电除尘器时，必须考虑粉尘的电阻率。最适宜于静电除尘器运行的粉尘电阻率范围是10⁴～10¹⁰Ω·cm。当粉尘的电阻率超出这一范围时，应采取措施调节粉尘的电阻率，如通过对粉尘喷水雾来改变粉尘的润湿性，进而改变粉尘的导电性。

7.粉尘的黏附性

在流体介质中，粉尘颗粒附着在固体表面上，或颗粒彼此相互附着的现象称为黏附。附着的强度，称为黏附力。粉尘颗粒间的黏附力分为3种：范德华力（分子间的引力）、静电引力和毛细力。3种力的综合作用形成粉尘的黏附力。

影响粉尘黏附性能的因素很多，情况也十分复杂。一般情况下，粉尘粒径小、状态不规则、表面粗糙、润湿性好、荷电量大时，易于发生黏附现象。黏附与周围流体介质的性质有关，如粉尘颗粒在气体中的黏附比在液体中强得多，在表面遮盖有可溶性或黏性物质的固体上，附着力会大大提高。附着现象还与气体的流动状态有关，粉尘颗粒在较高流速的气流中运动时，附着性较差；而在除尘器边壁，由于气流沿边壁运动速度非常小（几乎为零），粉尘容易附着在边壁上，沿边壁滑动，最终落入灰斗。

粉尘颗粒的黏附性有利有弊。降落到地面的粉尘由于黏附作用，不会连续地被气流带回到大气中，达到很高的浓度。对于气体除尘过程，电除尘器和袋式除尘器的捕集机制都依靠施加捕集力以后尘粒在捕集表面上的黏附作用。但在含尘气流的流通管道和净化设备中，尘粒在壁面上的黏附会造成管道和设备的堵塞。

8.粉尘的自燃性和爆炸性

（1）自燃性。粉尘在常温下存放过程中自然发热，并且产热速率超过物系的散热速率，此热量经长时间的累积进而达到该粉尘的燃点而引起燃烧的现象称为粉尘的自燃。引起粉尘自燃发热的原因包括：氧化热、分解热、聚合热和发酵热。影响粉尘自燃的因素，除了粉尘本身的结构和物理化学性质外，还取决于粉尘的存在状态和环境。悬浮粉尘的粒径越小、比表面积越大、浓度越高，越易自燃。堆积粉尘较松散、环境温度较低、通风良好，就不易自燃。

（2）爆炸性。空气中的某些粉尘（如铝粉、面粉、煤粉等）达到一定浓度范围时，在高温条件下或遇到明火、点火花、摩擦、撞击等情况时，会引起爆炸。具有这类性质的粉尘称为爆炸性粉尘。能够引起爆炸的最低浓度称为爆炸下限、最高浓度称为爆炸上限，爆炸性粉尘的浓度低于爆炸下限或高于爆炸上限时，均无爆炸的危险。

对自燃或爆炸性粉尘净化必须慎重设计或选用除尘器。如过滤式除尘器，由于阻力较大，密闭较好，未启动风机时，除尘器前管道内残存的气体不易排出，当粉尘达到爆炸浓度范围内时，有爆炸的隐患，因此这类粉尘不适宜选用过滤式除尘器。有些粉尘（煤粉、碳化钙等）与水接触后会引起自燃或爆炸，这类粉尘不宜选用湿式除尘器。