第6章过滤式除尘器

•§6过滤式除尘器•过滤式除尘器是用多孔过滤介质将气固两相流体中的粉尘颗粒捕集分离下来的一种高效除尘设备（简称过滤器）。•分类：根据过滤方式的不同，可分为表面过滤（袋式除尘器）和内部过滤（颗粒层除尘器）两种方式。•袋式收尘器是利用多孔纤维材料制成的滤袋（简称布袋）将含尘气流中的粉尘捕集下来的一种干式高效除尘装置。•特点：除尘效率高、运行稳定、性能可靠等优点，因此广泛使用于工业含尘废气净化工程。但目前存在的主要问题是：普通滤袋寿命短、不耐高温、易糊袋。•§6.1袋式除尘器的除尘过程及机理•§6.1.1袋式除尘器的除尘过程•两个阶段：1.滤布纤维捕集尘粒，除尘效率较低；2.粉尘层捕集，除尘效率大大提高，阻力达到一定限度后清灰。•§6.1.2袋式除尘器的滤尘机理1.筛分效应当粉尘粒径大于滤袋纤维间隙或粉尘层孔隙时，粉尘颗粒将会被阻留在滤袋表面2．碰撞效应当含尘气流接近滤袋纤维时，较大的颗粒则由于惯性作用偏离空气运动轨迹直接与纤维相撞而捕集。3.粘附效应含尘气体流经滤袋纤维时，部分靠近纤维的尘粒将会与纤维边缘相接触，并被纤维所钩挂、粘附而捕集。4.扩散效应当尘粒直径小于0.2微米时，由于颗粒作不规则的布朗运动，碰到滤袋纤维而被捕集。5.静电效应滤料和尘粒往往会带有电荷，当滤料和尘粒所带电荷相反时，尘粒会吸附在滤袋上。6.重力沉降进入除尘器的含尘气流中，部分粒径与密度较大的颗粒会在重力作用下自然沉降。•图6-2不同状态下滤料的除尘效率§6.2袋式除尘器的性能§6.2.1过滤速度袋式除尘器处理的含尘气体流量除以滤布的总面积所得的速度。ffAQV60过滤比负荷每单位过滤面积、单位时间内过滤气体的量ffAQqqf=60Vf一般而言，当过滤的粉尘较细时，过滤风速Vf应取较小值，反之则应取较大值；此外，当含尘浓度较大时，滤速应取小些，反之则应取大些。§6.2.2除尘效率对于附有粉尘层的滤料的除尘效率，Dennis和Klemm提出了如下除尘效率计算公式：}])1.0({[1jRmnnCCePP)]1(7.12exp[105.103.17fvneP094.0106.343fVCR是脱除浓度（常数），Dennis取CR=0.5mg/m3；m是滤料上的粉尘负荷，g/m3§6.2.3阻力损失dPPP0fVP00fddVmPξ0是清洁滤料的阻力系数，1/m；μ是气体的粘度，Pa·s；α是粉尘平均阻力系数，m/kg；md是积聚的粉尘负荷，kg/m2fdVmP)(0设Cj为进口气体含尘浓度，η为平均除尘效率，t为过滤时间，则滤布上的粉尘负荷md为：tVCmfjdffjVVtCP)(0§6.2.4袋式除尘过程分析QCBVPg)(式中：B、C是操作常数；Q是气体流量，m3/h；Vg是通过除尘器的气体体积，m3。1.定压运行dtdVtQg)(dtdVCBVPgg)(代入上式ggdVCBVdtP)(PCVPBVtgg22PCPBVVtgg2积分得：两端同除Vg得：若以t/Vg对Vg作图可得一直线，其斜率为B/2·ΔP，截距为C/ΔP，因此，当已知Vg及t两个参数后，即可求得B、C值。解方程可求得Vg对t的表达式：BCBCBPtVg2)(2(解方程可求得：2)(2)(BCBPtBPdtdVtQg取微分：2.定流量运行所谓定流量运行是指维持过滤气体流量不变，而使压强发生变化的运行方式。即：0)(dttdQQ(t)=dVg/dt=常数Vg=QtΔP=BQ2t+CQ其压损与流量随时间的变化关系如图6-3所示:图6-3袋式除尘器压力损失与气体流量随时间的变化§6.2.5影响除尘效率的主要因素1.滤布的积尘状态1.清洁（新的或清洗后的）滤料滤尘效率最低；2.随着积尘厚度的增加，效率逐步提高；3.对粒径为0.2~0.4μm的粉尘，滤料在不同的积尘状态下，其过滤效率都最低。2.滤料结构1)滤料结构不同，其滤尘效率亦不相同;2)素布结构的滤料滤尘效率最低;3)绒布的滤尘效率相对较高;对单侧起绒的滤布而言，从无绒面过滤效率反而更高。4)对于无纺织毛毡和针刺纤维滤料，即使在清灰后也能保持较高的滤尘效率。图6-4滤料种类、粉尘负荷与滤尘效率的关系§6.3袋式除尘器的结构§6.3.1袋式除尘器的结构分类1.按滤袋形状分类1)圆筒型（简称圆袋）受力均匀，连接简单，换袋容易;2)扁筒型（简称扁袋）空间利用率高，在同样体积内可多布置20~40%过滤面积的滤袋，除尘器体积较小。2．按进气位置分类1）上进风含尘气体从除尘器上部进气，粉尘沉降方向与气流方向一致，粉尘在袋内移动距离较远，粉尘层形成均匀，过滤性能较好。但滤袋安装较为复杂，且配气室需设在壳体顶部，使除尘器高度有所增加。2）下进风含尘气体从除尘器下部进气，粒径较大的粉尘直接沉入灰斗，一般只有细粉尘与滤袋接触，因此滤袋磨损小。但由于气流方向与颗粒沉降方向相反，会造成清灰后细粉尘的返混现象，重新积附于滤袋表面，从而降低清灰效率。与上进风相比，下进风方式设计合理，构造简单，造价便宜，因而使用较多。3．按过滤方向分类1).内滤式含尘气流首先进入滤袋内部，由内向外过滤，捕集的粉尘积于滤袋内层，滤袋外部为洁净气体侧，便于工人检查和换袋。内滤式适用于机械清灰和逆气流清灰的袋式除尘器;2).外滤式含尘气流首先进入滤袋外部，由外向内进行过滤，为防止滤袋压瘪，滤袋内部需设支撑骨架。外滤式适用于脉冲喷吹袋式除尘器、高压气流反吹袋式除尘器等。（a）下进风外滤式（b）下进风内滤式（c）上进风外滤式（d）上进风内滤式袋式除尘器进气位置及过滤方向4．按壳体密闭状态分类1）密闭式除尘器设在风机吸入段，壳体内的气体处于负压状态。为防止外界空气漏入除尘器，壳体必须严格密封，并有足够的强度；2）敞开式除尘器设在风机压出段，净化后的气体直接排入大气，从而大大节省设备投资。但由于敞开式含尘气流首先进入风机，会加速风机的磨损，故一般用于进气含尘小于3g/m3的场合。5．按清灰方式分类简易清灰式、机械振动清灰式、逆气流反吹清灰式、气环反吹清灰式、脉冲喷吹清灰式及联合清灰式等。（a）机械振动式（b）逆气流反吹式（c）气环反吹式（d）脉冲喷吹式§6.3.2滤料1．滤料使用要求1）滤料容尘量大、透气性好、阻力损失低，分离效率高；2）吸湿性小，易清灰；3）抗折、耐磨、耐腐蚀、机械强度高；4）使用寿命长，价格低廉。2．滤料编织方法1）平纹滤布由经纬纱上下交错编织而成。滤布无方向性，结构紧密。除尘效率高，阻力损失大。2）斜纹滤布由两根以上的经线和纬线交错编织而成。滤布表面呈斜纹状，故称斜纹滤布。其除尘效率及阻力损失介于平纹滤布与缎纹滤布之间。3）缎纹滤布由一根纬线和五根以上的经线交错编织而成。其特点是阻力损失低，透气性好、但除尘效率较低。4）针刺毡用针将底布或纤维以针刺法成型为毡。其特点是结构致密，阻力较大，容尘量小，但易于清灰。3．滤料种类及特性3）无机纤维无机纤维主要指陶瓷玻璃纤维。该滤料具有过滤性能好，阻力小，化学稳定性好，耐高温，不吸潮和价格便宜等优点；其缺点是除尘效率较天然和合成纤维低，且纤维挠性差，不耐磨，易断裂。为改善滤袋易破损的状况，可用芳香基有机硅、聚四氟乙烯、石墨等物质对其进行处理。处理后的滤袋的耐磨性、疏水性、抗腐蚀性及使用寿命均有所提高。近来发展的以特殊化学剂为基质的处理方法，其工作温度可达330℃以上。国外近年来发展的滤料有德国的VZA，耐温达800℃；前苏联的TC-8/3-T，耐温达500~550℃；日本的铝、硼、硅复合纤维，耐温可达1100℃。1)天然纤维包括棉织、毛织及棉毛混织品。其特点是透气性好，阻力小，容尘量大，过滤效率高，粉尘易于清除，耐酸，耐腐蚀性能好。缺点是工作温度低，一般不超过100℃。2）合成纤维目前有聚酰胺、聚酯化合物、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等。其中芳香族聚酰胺和聚四氟乙烯可耐温200~250℃，聚酯纤维可耐温150℃左右。近年我国发展起来的“208”工业涤纶绒布是一种很好的合成纤维滤料。它具有过滤能力强，阻力小，效率高，强度好，不吸湿等特点，在国外应用十分广泛。诺梅克斯滤料耐温可达220℃，使用寿命较玻璃纤维长2~10倍，目前已成为一种通用的耐高温滤料。§6.3.3常用袋式除尘器的性能特点1.机械振打袋式除尘器2．脉冲喷吹袋式除尘器图6-9ZX型机械振打袋式除尘器图6-10逆喷式脉冲袋式除尘器1-过滤室；2-滤袋；3-回气管阀；4-排气管阀；1-进气口；2-控制仪；3-滤袋；4-滤袋框架；5-回气管；6-排气管；7-振打装置；8-框架；5-气包；6-控制阀；7-脉冲阀；8-喷吹管；9-进气口；10-隔气板；11-电热器；9-进气箱；10-进气出口；11-文氏管；12-螺旋输送机；13-星形阀12-集尘箱；13-U型压力计；14-检查门；15-集尘斗；16-排灰装置3．回转反吹袋式除尘器4．气环反吹袋式除尘器图6-11ZC型回转反吹扁袋除尘器图6-12气环反吹袋式除尘器1-除尘器盖；2-观察孔；3-旋转揭盖装置；4-清洁室；1-齿轮项；2-减速器；3-传动装置；5-进气口；6-过滤室；7-人孔门；8-支座；4-排灰阀5-下部箱体；6-链轮；9-灰斗；10-星形排灰阀；11-反吹风机；7-链条；8-滤袋9-反吹气管；10-气环箱；12-循环气管；13反吹气管；14定位支撑架；11-中部箱体；12-滑轮组；13-上部箱体；15-滤袋；16-花板；17-滤袋框架；18-滤袋导器；14-进气口；15-钢绳；16-气环管；19-喷口；20-出气口；21-分圈反吹机构；17-灰斗；18-出气口；19-支腿22-旋臂；23-换袋人孔；24-悬臂减速机构§6.4袋式除尘器的设计§6.4.1袋式除尘器的选型1.基本参数及条件的确定主要包括：污染源废气排放量、废气含尘浓度及性质（包括温度、湿度、粒度及化学性质）、场地面积及高度、投资及设备维修能力、当地实施的污染控制标准等。2.初步确定袋式除尘器的基本型式确定除尘器基本形式，其内容主要包括除尘器类型、滤料及滤袋形状、过滤及清灰方式等的选择及确定。其基本原则是：1)袋式除尘器主要用于过滤1μm左右的微粒2)当气体含尘浓度超过15g/m3时，最好增加预收尘器；3)含尘浓度较高或粉尘颗粒较细时，选用较低的过滤风速；含尘浓度较低或粉尘颗粒较粗时，应选用较高的过滤风速；4)若设备安装高度受到限制，应考虑选择下进风袋式除尘器；若安装面积比较狭窄，则扁袋除尘器是较好的选择；5)若含尘气流温度较高，应选用耐高温的滤料，此外也可采取降温措施，如系统内增加热交换设备或简单地采用掺冷风的方法来降低温度；6)当含尘气流湿度较大时，考虑选用气环反吹袋式收尘器，此外还应采取保温或加温的措施，防止水气在除尘器内结露，产生糊袋现象；7)若含尘气体中有害物质（如二氧化硫、氮氧化物及其他化学物质）超标时，除对过滤及壳体材料有进一步要求外，系统中还应考虑有害物质的净化问题。表6-1滤料性能材料工作温度/℃最高承受温度/℃吸湿率/%耐酸性耐碱性强度①棉羊毛尼龙奥纶涤纶玻璃纤维（用硅酮树脂处理）芳砜纶聚四氟乙烯75~8580~9075~85125~135140250220220~2509510095150160-260-810~154~4．566．504．5~50不好稍好稍好好好好不好很好稍好不行好不好不好不好好很好10．42．51．61．612．52．5①以棉纤维的强度为1。3．袋式除尘器型号规格的确定若袋式除尘器采用定型产品，根据上述选型原则，即可初步确定除尘器类型及过滤方式，然后根据处理风量及过滤风速（参照产品样本）计算过滤面积：fVQA60/过滤面积确定后，即可选定袋式除尘器的型号规格。§6.4.1袋式除尘器设计1）根据处理气体流量，按式6-23计算总过滤面积。过滤风速应根据含尘浓度、粉尘特性、滤料种类及清灰方式进行确定。一般可采用以下数据：手动清灰：0.2~0.75