除尘技术与设备

空气除尘技术及设备的发展郑建辉（环化学院环工082班学号：5802108084）【摘要】我国的大气污染属于煤烟型污染，除尘在大气污染的治理中占据重要位置。对4种传统除尘技术的除尘机理、除尘装置以及除尘技术的特点进行了阐述，介绍了2种新式除尘技术。重点评述了改进的电除尘器和袋式除尘器的技术特点及在我国的应用情况和发展前景。指出以碳纤维膜作吸尘极的膜电除尘器可以提高除尘效率和操作性能,可同时实现除尘、脱硫、脱硝、除重金属,有望大量应用于我国的燃煤电厂;袋式除尘器的表面过滤技术已从预涂层发展到覆膜,由此发展的覆膜滤料以其低阻、高效及寿命长的特点成为袋式除尘器的发展方向。【关键词】除尘技术空气净化除尘设备高效除尘Abstract：ChinabelongstotheMeiYanXingpollution,airpollutioninatmosphericpollutionindustoccupiesanimportantposition.Fourkindsoftraditionalremovaltechnologyonthedustremovalmechanism,dedustingfacilityandremovaltechnologycharacteristicswereintroduced,introducedtwonewremovaltechnology.TheoligochitosanbyimprovingelectricalprecipitatorandtechnicalcharacteristicsofbagfilteranditsapplicationinChinaanddevelopmentprospects.Itispointedoutthatthecarbonfiberfilmasthefilmespextremelyaspirationcanimprovethedustremovalefficiencyandoperatingperformance,butalsoachievedusting,desulfurizationanddenitration,inadditiontoheavymetal,widelyusedinthecountryiscoal-firedpowerplants;Thesurfaceofthebagfilteralreadyfilteringtechnologyfromprecoatingtothedevelopmentofcoated,thuscoatedfiltermaterialwithitslowresistance,highefficiencyandlonglifefeaturesbecomethedevelopmentdirectionofbagfilter.Keywords：RemovaltechnologyAirpurificationDustremovalequipmentEfficientdust前言环境保护已成为世人关注的热点,经济全球化的大潮和解决全球环境问题的呼声使环境与贸易的关系日益密切。如何防治大气污染、洁净空气环境是人们不断研究的课题。特别是我国的主要能源是煤炭,燃煤过程中会产生大量的煤粉尘,严重污染了大气环境。这些空气中细微煤粉尘,尤其是直径为2.5～6μm的飘尘对人体健康有极大危害。粉尘粒子表面还会附着各种有毒物质。它一旦进入人体,就会引发各种呼吸系统疾病,危害将更大。因此,控制粉尘的排放，是我国治理大气污染、洁净环境的重要举措。1、空气除尘设备的研究现状:按捕集粉尘的作用力及原理,除尘设备可分为4类:机械式除尘、电除尘、过滤式除尘和湿式洗涤除尘设备。按除尘效率可分为:高效除尘设备,包括电除尘、袋式除尘、高效文丘里除尘等;中效除尘设备,包括旋风除尘及其他湿式除尘等;低效除尘设备,包括重力沉降、惯性除尘等。表1列出了各种除尘设备的性能及其适应场合。1.1沉降室沉降室也叫重力除尘器,是一种借助重力作用使含尘气体中粉尘自然沉降以达到净化气体目的的装置。当含尘气体水平通过沉降室时,尘粒受沉降力的作用向下运动,经过一定时间后尘粒沉降到沉降室的底部而分离,净化后的气体通过出口排出。沉降室的沉降速度太小,一般只用于分离50μm以上的尘粒。因此沉降室通常用于粗尘粒的预除尘。1.2惯性除尘器惯性除尘器是利用粉尘在运动中惯性力大于气体惯性力的作用,将粉尘从含尘气体中分离出来的设备。其利用一系列的挡板,惯性大的颗粒被阻挡下落,小的颗粒绕板而过。粉尘粒径越大、气流速度越大、挡板数越多和距离越小,则除尘效率越高,但压力损失也越大。这种除尘器结构简单,分离临界粒径为20～30μm,压力损失为100～1000Pa。1.3旋风分离器旋风分离器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力,将粉尘从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置。当含尘气体进入旋风分离器时,气流将由直线运动变为圆周运动。含尘气体在旋转过程中产生离心力,将密度大于气体的尘粒甩向器壁,进入排灰管。旋风分离器用于工业生产已有100余年历史。对于捕集、分离5～10μm粉尘的效率较高,一般能达85%,但对于5μm以下的颗粒效率只有50%。同时,旋风分离器的理论与实验研究十分困难,其应用也因此受到限制。旋风分离器有如下特点:结构简单,不需特殊的附属设备;操作、维护简单,压力损失中等,动力消耗不大;操作弹性大,性能稳定,不受含尘气体的浓度和温度等影响。1.4湿式除尘器湿式除尘器是使含尘气体与水或其他液体接触,利用水滴和尘粒的惯性碰撞等作用把尘粒从气流中分离出来的设备。其除尘机理是:当含有悬浮尘粒的气体与水相遇接触且气体冲击到湿润的器壁时,尘粒被器壁所粘附,或者当气体与喷洒的液滴相遇时,液体在尘粒质点上凝集,增大了质点的质量,而使之降落。在湿式除尘器中,气体与液体的接触方法有2种,一种是气体与水膜和已被雾化了的水滴接触,如文丘里管除尘器、水膜除尘器等;另一种是气体冲击水层时鼓泡,以形成细小的水滴和水膜,如冲击式除尘器、自激式除尘器等。总的来说,湿式除尘器主要靠惯性碰撞、粘附、扩散3种作用将粉尘除去。1.5电除尘器自1906年FGCottrell在工业上应用静电除尘器ESP以来,ESP已发展成一种公认的高效除尘装置。其工作原理为:将直流高压施加于放电极和收尘极之间形成电场,使气体电离,让悬浮微粒荷电收集电场中荷电微粒并将其排除到外部。在合适条件下使用ESP,其效率可达99%甚至更高。电除尘器性能的提高,不仅取决于除尘器本身的结构,而且还取决于高低供电装置的供电质量、控制性能和供电方式的改进。目前ESP在化工、发电、水泥、冶金、造纸等工业部门被广泛应用。尤其在我国燃煤电厂,除尘设备基本都使用ESP。但是ESP对直径0.1～2μm尘粒的除尘效率较差,且ESP的除尘性能受粉尘电阻率的支配。一般来说,粉尘的电阻率为10～5×10·cm属正常范围,如低于此范围则易导致再飞扬,而高于此范围则易发生反电晕现象,并使除尘性能下降。由于粉尘电阻率与粉尘化学成分直接相关,所以ESP在某些场合不能适用。1.6袋式除尘器自1881年德国Betch工厂的机械振动清灰袋式除尘器获德国专利并开始袋式除尘器的商业化生产以来,袋式除尘器的清灰技术及袋滤技术得以迅速发展和提高。目前袋式除尘器对工业废气中微粒粉尘的控制,尤其是对高温冶炼和燃料燃烧生成的高活性微粒粉尘的控制,技术上已日趋成熟。其对微粒粉尘的除尘效率在99.99%以上,排放气的质量浓度小于50mg/m,甚至可低达10mg/m,且规格齐全,适用范围广,不受粉尘电阻率的影响,不存在水污染问题。在采取其他技术措施的条件下,可同时清洁工业废气中的固、液、气3类污染物。袋式除尘器的工作原理为:当含尘气体进入除尘器时,粗粉尘因受导流板的碰撞作用和气体速度的降低而落入灰斗中;其余细小颗粒粉尘随气体进入滤袋室;受滤料纤维及织物的惯性、扩散、阻隔、钩挂、静电等作用,粉尘被阻留在滤袋内,净化后的气体逸出袋外,经排气管排出。滤袋上的积灰用气体逆洗法或喷吹脉冲气流的方法去除,清除下来的粉尘由排灰装置排走。2、空气除尘技术的新发展：2.1膜电除尘器技术近100年来静电除尘器(ESP)有了较大的变化和发展,如在清灰方式上对声波清灰的探索,在供电方式上对脉冲供电技术的研究等。这些改进从一定程度上改善了ESP的性能,但均未取得重大突破,其原因在于没有脱离传统钢质收尘极的模式。1998年美国俄亥俄州立大学的Pasic等首次提出膜电除尘器MESP概念,即采用碳纤维材料编织成的膜作为ESP的收尘极,从而打破了多年来对ESP研究徘徊不前的局面,有望使ESP产生根本性的变革。相比钢质极板,膜收尘极具有许多优异的性能,主要体现在:质轻;能捕捉空气动力学当量直径2.5μm,以PM2.5表示的细粉尘,除尘效率固定,稳定性好。这样可以降低压力波动对稳定生产的不利影响。但其缺点在于:ESP的体积减小;耐腐蚀;清灰方式灵活多样;积灰层容易以较大的块状脱落,减小了二次飞扬;也可用来改造原来钢质阳极板的ESP。其中耐腐蚀的优点,对湿式ESP更具有吸引力,使得在ESP中同时实现除尘、脱硫、脱硝一体化将成为可能。2.2表面过滤技术目前国内的袋式除尘器大多采用针刺毡材料等传统滤料,属于深层过滤,依靠截留在过滤材料上的微尘颗粒层进行过滤,因而存在过滤阻力大、反冲洗频率高等问题,导致袋式除尘器的寿命较短、操作相对困难。此外,袋式除尘器的价格较高,操作过程中及反冲洗后的压力波动比较大等,这些因素都极大地限制了袋式除尘器在工业生产中的应用。表面过滤技术可以很好地解决上述问题。表面过滤技术是指粉尘不透入滤料内,而全部沉积在滤料表面的过滤技术.表面过滤主要利用薄膜过滤粉尘,依靠薄膜的筛滤,同时也借助于膜表面上的粉尘薄层。薄膜的孔径很小,能把极大部分尘粒阻留在膜的表面,完成气固分离过程。不同于一般滤料的分离过程,粉尘不深入到纤维内部。其好处是:在滤袋开始工作时就能在膜表面形成透气性好的粉尘薄层,既能保证较高的除尘效率,又能保证较低的运行阻力。2.2.1利用预涂层技术实现表面过滤该技术是将配制好的粉剂,用特殊工艺溶进已缝制滤袋的滤料内部,再用粘结剂固定,达到滤袋未使用前的高效收尘能力。经预涂层处理后的滤袋在使用前形成了稳定的粉尘初层,克服了新滤料的弊病;同时粉尘初层经粘结剂固定,稳定性好。这样可以降低压力波动对稳定生产的不利影响。但其缺点在于:随反冲洗的次数增加,预涂层可能会从滤料表面冲脱,影响滤料的使用寿命。2.2.2利用膜分离技术实现表面过滤该技术是将某种分离膜覆在普通滤料上,利用膜分离技术过滤含尘气体。目前,所用的薄膜一般是聚四氟乙烯PTFE薄膜,它具有优异的性能:表面过滤,过滤阻力小,粉尘层易剥落,解决了深层过滤不能解决的问题;孔径为02～3μm,能够迅速有效地截留微米级超细粉尘;清灰后不改变孔隙率,除尘效率一直很高,几乎可达到零排放;表面光滑,不结露,易清灰,清灰后不改变空隙率,因此投入运行后,压力损失低且不随使用时间的延长而增大;滤袋使用寿命长。美国Gore公司生产的膨体PTFE膜已应用于该领域,并收到了很好的效果。结语从粗除尘到高效除尘的一系列除尘技术及设备,在各自除尘场合起着重要作用,而高效除尘技术及设备的发展有如下特征:电除尘器、袋式除尘器在高效除尘领域应用非常广泛,但还存在一些缺点有待改进;膜电除尘器利用了先进的碳纤维膜作吸尘极,使电除尘器的除尘效率和操作性能大大提高,且集除尘、脱硫、脱硝、除重金属于一体,预计将在我国燃煤电厂中得到广泛应用;表面过滤技术已从预涂层技术发展到覆膜技术,特别是因覆膜技术而发展的覆膜滤料以其低阻、高效及寿命长的特点使它成为袋式除尘器的主要发展方向之一。【参考文献】[1]高坚张卫东郝新敏张泽廷现代化工第30卷第10期2003年10月[2]姚群陈隆枢中国安全科学学报1999.5.9[3]刘金红化工装备技术1998年[4]化工设备设计全书编辑委员会.除尘设备设计[M].上海科学技术出版社,1983.384-386.[5]BapatJD