除塵設(shè)備發(fā)展史

堅(jiān)定貫徹生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展理念，不斷深化開(kāi)展生態(tài)文明保護(hù)建設(shè)新局面。

環(huán)境保護(hù)的問(wèn)題已成為世人關(guān)注的熱點(diǎn)話題，經(jīng)濟(jì)全球化的

大潮和解決全球環(huán)境問(wèn)題的呼聲使環(huán)境與貿(mào)易的關(guān)系日益密切,國(guó)際組織制定了一系列旨在保護(hù)環(huán)境的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

如何防治大氣污染、潔凈空氣環(huán)境也是人們不斷研究的課題。

特別是我國(guó)的主要能源是煤炭,燃煤過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的煤粉塵,嚴(yán)重污染了大氣環(huán)境。這些空氣中細(xì)微煤粉塵,尤其是直徑為215～6μm 的飄塵對(duì)人體健康有很大危害。它不僅會(huì)在肺部沉積,還可以直接進(jìn)入血液到達(dá)人體各部位。

粉塵粒子表面還會(huì)附著各種有毒物質(zhì),它一旦進(jìn)入人體,就會(huì)引發(fā)各種呼吸系統(tǒng)疾病,危害將更大。

因此,控制粉塵尤其是直徑為215～6μm的細(xì)微粉塵的排放,是我國(guó)治理大氣污染、潔凈空氣環(huán)境的重要舉措。

此外,電子、精密儀器加工等行業(yè)對(duì)空氣中含塵量的要求更高,一般都要求對(duì)亞微米級(jí)粉塵的除塵效率達(dá)99.97%以上,這對(duì)高效除塵及超高效除塵技術(shù)的發(fā)展提出了更高的要求。

空氣除塵設(shè)備的研究現(xiàn)狀

按捕集粉塵的作用力及原理，除塵設(shè)備可分為4類：機(jī)械式除傘、電除塵、過(guò)濾式除塵和濕式洗滌除塵設(shè)備。按除塵效率可分為：高教除塵設(shè)備，包括備，包括旋風(fēng)除塵及其他濕式除塵等；低效除塵設(shè)備，包括重力沉降、慣性除塵等。

表l列出了各種除電除塵、袋式除塵、高效文丘里除塵等；中效除塵沒(méi)備的性能及其適應(yīng)場(chǎng)合。 

1、沉降室（重力除塵器）

沉降室也叫重力除塵器，是一種借助重力作用使含塵氣體中粉塵自然沉降以達(dá)到凈化氣體目的的裝置。

當(dāng)含塵氣體水平通過(guò)沉降室時(shí)，塵粒受沉降力的作用向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后塵粒沉降到沉降室的底部而分離，凈化后的氣體通過(guò)出口排出。

沉降室的沉降速度太小，一般只用于分離50μm以上的塵粒。因此沉降室通常用于粗塵粒的預(yù)除塵。 

2、慣性除塵器

慣性除塵器是利用粉塵在運(yùn)動(dòng)中慣性力大于氣體慣性力的作用，將粉塵從含塵氣體中分離出來(lái)的設(shè)備。

其利用一系列的擋板，慣性大的顆粒被阻擋下落，小的顆粒繞板而過(guò)。粉塵粒徑越大、氣流速度越大、擋板數(shù)越多和距離越小，則除塵效率越高，但壓力損失也越大。

這種除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分離l臨界粒徑為20——30μm，壓力損失為100～1 000 Pa。 

3、旋風(fēng)分離器

旋風(fēng)分離器是利用旋轉(zhuǎn)的含塵氣體所產(chǎn)生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來(lái)的一種干式氣—固分離裝置。當(dāng)含塵氣體進(jìn)入旋風(fēng)分離器時(shí)，氣流將由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)。

含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生離心力，將密度大于氣體的塵粒甩向器壁，進(jìn)入排灰管。旋風(fēng)分離器用于工業(yè)生產(chǎn)已有100余年歷史。對(duì)于捕集、分離5～10 pm粉塵的效率較高，一般能達(dá)85％，但對(duì)于5μm以下的顆粒效率只有50％。

同時(shí)，旋風(fēng)分離器的理論與實(shí)驗(yàn)研究十分困難，其應(yīng)用也因此受到限制。旋風(fēng)分離器有如下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需特殊的附屬設(shè)備；操作、維護(hù)簡(jiǎn)單，壓力損失中等，動(dòng)力消耗不大；操作彈性大．性能穩(wěn)定，不受含塵氣體的濃度和溫度等影響。

旋風(fēng)分離器對(duì)粉塵的物理性質(zhì)無(wú)特殊要求，作為一種重要的二級(jí)除塵設(shè)備被廣泛應(yīng)用于化工、石油、冶金、建筑、礦山、機(jī)械、輕紡等工業(yè)部門。

4、濕式除塵器

濕式除塵器是使含塵氣體與水或其他液體接觸，利用水滴和塵粒的慣性碰撞等作用把塵粒從氣流中分離出來(lái)的設(shè)備。

其除塵機(jī)理是：當(dāng)含有懸浮塵粒的氣體與水相遇接觸且氣體沖擊到濕潤(rùn)的器壁時(shí)，塵粒被器壁所粘附，或者當(dāng)氣體與噴灑的液滴相遇時(shí)，液體在塵粒質(zhì)點(diǎn)上凝集，增大了質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，而使之降落。

在濕式除塵器中，氣體與液體的接觸方法有2種，一種是氣體與水膜和已被霧化了的水滴接觸，如文丘里管除塵器、水膜除塵器等：另一種是氣體沖擊水層時(shí)鼓泡，以形成細(xì)小的水滴和水膜，如沖擊式除塵器、自激式除塵器等。

總的來(lái)說(shuō)，濕式除塵器主要靠慣性碰撞、粘附、擴(kuò)散3種作用將粉塵除去。

濕式除塵器類型較多，而具代表性的是文丘里管除塵器和水膜除塵器[?。文丘里管除塵器能除去1～5μm的塵粒，效率較高，而且不會(huì)產(chǎn)生二次飛揚(yáng)，特別適宜具有粘附和潮解性的粒徑1μm以下的粉塵。其缺點(diǎn)在于：首先壓降大，當(dāng)去除lμm以上的塵粒時(shí)壓降約2 000 Pa，效率約90％，當(dāng)粉塵粒徑小于0.5 pm時(shí)，壓降高達(dá)10 000 Pa，效率也較低；其次是含塵污水的處理問(wèn)題，文丘里管除塵器的用水量較大，在計(jì)算與使用時(shí)必須充分考慮。

水膜除塵器效率不如文丘里管除塵器，一般為85％。90％，但因其用水量較少，阻力相對(duì)較低(一般僅為100～150 Pa)，也得到較廣泛的應(yīng)用。 

5、電除塵器

自1906 年F1G1Cottrell 在工業(yè)上應(yīng)用靜電除塵器(ESP) 以來(lái),ESP 已發(fā)展成一種公認(rèn)的高效除塵裝置。其工作原理為:將直流高壓施加于放電極和收塵極之間形成電場(chǎng),使氣體電離,讓懸浮微粒荷電收集電場(chǎng)中荷電微粒并將其排除到外部。

在合適條件下使用ESP ,其效率可達(dá)99 %甚至更高。電除塵器性能的提高,不僅取決于除塵器本身的結(jié)構(gòu),而且還取決于高低供電裝置的供電質(zhì)量、控制性能和供電方式的改進(jìn)。

目前ESP 在化工、發(fā)電、水泥、冶金、造紙等工業(yè)部門被廣泛應(yīng)用。尤其在我國(guó)燃煤電廠,除塵設(shè)備基本都使用ESP。 

但是ESP 對(duì)直徑011～2μm 塵粒的除塵效率較差,且ESP 的除塵性能受粉塵電阻率的支配。一般來(lái)說(shuō),粉塵的電阻率為104～5 ×1010Ω·cm 屬正常范圍,如低于此范圍則易導(dǎo)致再飛揚(yáng),而高于此范圍則易發(fā)生反電暈現(xiàn)象,并使除塵性能下降。

由于粉塵電阻率與粉塵化學(xué)成分直接相關(guān),所以ESP 在某些場(chǎng)合不能適用。例如: 粉煤灰的主要化學(xué)成分為SiO2 、Al2O3 、Fe2O3 、CaO、MgO、Na2O、TiO2 、P2O3 、Li2O等,其中SiO2 和Al2O3 占70 %以上。若SiO2 和Al2O3兩項(xiàng)占粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于90 % ,則靜電除塵器難于收塵。

由于燃煤電廠煤種變化較大,因此粉塵的化學(xué)成分波動(dòng)也較大,給電除塵的運(yùn)行帶來(lái)一定的困難。 

6、袋式除塵器

自1881年德國(guó)Betch工廠的機(jī)械振動(dòng)清灰袋式除塵器獲德國(guó)專利并開(kāi)始袋式除塵器的商業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，袋式除塵器的清灰技術(shù)及袋濾技術(shù)得以迅速發(fā)展和提高L7 J。

目前袋式除塵器對(duì)工業(yè)廢氣中微粒粉塵的控制，尤其是對(duì)高溫冶煉和燃料燃燒生成的高活性微粒粉塵的控制，技術(shù)上已日趨成熟。

其對(duì)微粒粉塵的除塵效率在99．99％以上，排放氣的質(zhì)量濃度小于50 ㎎/m3，甚至可低達(dá)10㎎／m3．且規(guī)格齊全，適用范圍廣，不受粉塵電阻率的影響，不存在水污染問(wèn)題。在采取其他技術(shù)措施的條件下，可同時(shí)清潔工業(yè)廢氣中的固、液、氣3類污染物。

袋式除塵器的工作原理為：當(dāng)含塵氣體進(jìn)入除塵器時(shí)，粗粉塵因受導(dǎo)流板的碰撞作用和氣體速度的降低而落人灰斗中；其余細(xì)小顆粒粉塵隨氣體進(jìn)入濾袋室；受濾料纖維及織物的慣性、擴(kuò)散、阻隔、鉤掛、靜電等作用，粉塵被阻留在濾袋內(nèi)，凈化后的氣體逸出袋外，經(jīng)排氣管排出。濾袋上的積灰用氣體逆洗法或噴吹脈沖氣流的方法去除，清除下來(lái)的粉塵由排灰裝置排走。

袋式除塵器的清灰方式已日趨成熟，目前的研究主要集中在濾料上。濾料性能和質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到袋式除塵器的性能和使用壽命。

濾料已從天然纖維發(fā)展到現(xiàn)在的人工合成纖維，從而使袋式除塵器的除塵性能及應(yīng)用范圍有了大幅提高。

目前濾料的研究主要集中在表面覆膜濾料的開(kāi)發(fā)上，表面覆膜技術(shù)給濾料的除塵性能帶來(lái)了革命性的變化。

7、空氣除塵技術(shù)的新發(fā)展 

（1）膜電除塵器技術(shù)

 近100年來(lái)靜電除塵器(ESP)有了較大的變化和發(fā)展，如在清扶方式上對(duì)聲波清灰的探索，在供電方式上對(duì)脈沖供電技術(shù)的研究等。這些改進(jìn)從一定程度上改善了ESP的性能，但均未取得重大突破，其原因在于沒(méi)有脫離傳統(tǒng)鋼質(zhì)收塵極的模式。

1998年美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的Pasic等首次提出膜電除塵器(MESP)概念，即采用碳纖維材料編織成的膜作為EsP的收塵極，從而打破了多年來(lái)對(duì)EsP研究徘不前的局面，有望使EsP產(chǎn)卡根本性的變革。

相比鋼質(zhì)極板，膜收塵極具有許多優(yōu)異的性能，主要體現(xiàn)在：質(zhì)輕；能捕捉空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑<2．5“m(以PM 2．5表示)的細(xì)粉塵．除塵效率高；膜陽(yáng)極板沒(méi)有加強(qiáng)筋，對(duì)流場(chǎng)的干擾較小，減少了二次飛揚(yáng)的產(chǎn)生；兩極的間距可以縮小，使干式EsP的體積減小；耐腐蝕；清灰方式靈活多樣；積灰層容易以較大的塊狀脫落，減小了二次飛揚(yáng)；也可用來(lái)改造原來(lái)鋼質(zhì)陽(yáng)極板的EsP。

其中耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)濕式EsP更具有吸引力，使得在EsP中同時(shí)實(shí)現(xiàn)除塵、脫硫、脫硝一體化將成為可能。縱觀ESP的發(fā)展趨勢(shì)，干式電場(chǎng)結(jié)合濕式電場(chǎng)的混合式MEsP將是該領(lǐng)域研究與開(kāi)發(fā)的縱深力向。

混臺(tái)式MEsP具有很高的除塵效率，同時(shí)還能有效去除二氧化硫、氮氧化物、重金屬等有害物質(zhì)，為除塵、脫硫、脫硝的一體化技術(shù)開(kāi)辟道路。我國(guó)是一個(gè)燃煤大國(guó)，全國(guó)燃煤電廠煙氣收塵裝置大多為EsP。

隨著排放指標(biāo)的提高，今后必須對(duì)傳統(tǒng)的EsP進(jìn)行改造，并需增設(shè)昂貴的脫硫裝置，從而增強(qiáng)MEsP的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。另一方面，因膜收塵極既可應(yīng)用于干式EsP，又可用于濕式EsP；既可應(yīng)用于新建EsP，義可用于傳統(tǒng)EsP的改造，使得MEsP技術(shù)的推廣應(yīng)用工作比較順利。

因此，MESP在我國(guó)的市場(chǎng)前景將是十分光明的。 

（2）表面過(guò)濾技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)的袋式除塵器大多采用針刺氈材料等傳統(tǒng)濾料，屬于深層過(guò)濾，依靠截留在過(guò)濾材料上的微塵顆粒層進(jìn)行過(guò)濾，因而存在過(guò)濾阻力大、反沖洗頻率高等問(wèn)題，導(dǎo)致袋式除塵器的壽命較短、操作相對(duì)困難。此外，袋式除塵器的價(jià)格較高，操作過(guò)程中及反沖洗后的壓力波動(dòng)比較大等，這些因素都很大地限制了袋式除塵器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

表面過(guò)濾技術(shù)可以很好地解決上述問(wèn)題。表面過(guò)濾技術(shù)足指粉塵不透人濾料內(nèi)，而全部沉積在濾料表向的過(guò)濾技術(shù)。 

表面過(guò)濾主要利用薄膜過(guò)濾粉塵，依靠薄膜的篩濾，同時(shí)也借助于膜表面尚的粉塵薄層。薄膜的孔徑很小，能把很大部分塵粒阻留在膜的表面，完成氣固分離過(guò)程。小同于一般濾料的分離過(guò)程．粉塵不深入到纖維內(nèi)部。

其好處是：在濾袋開(kāi)始工作時(shí)就能在膜表面形成透氣性好的粉塵薄層，既能保證較高的除塵效率，又能保證較低的運(yùn)行阻力。

利用預(yù)潦層技術(shù)實(shí)現(xiàn)表面過(guò)濾該技術(shù)是將配制好的粉刺，用特殊T藝溶進(jìn)已縫制濾袋的濾料內(nèi)部，再用粘結(jié)劑固定，達(dá)到濾袋未使用前的高教除塵能力。

經(jīng)預(yù)涂層處理后的濾袋在使用前形成r穩(wěn)定的粉塵初層，克服了新濾料前期除塵效率不高的弊病；同時(shí)粉塵初層經(jīng)粘結(jié)劑固定，穩(wěn)定性好。

這樣可以降低壓力波動(dòng)對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)的不利影響。但其缺點(diǎn)在f：隨反沖洗的次數(shù)增加，預(yù)涂層可能會(huì)從濾料表面沖脫，影響濾料的使用壽命。

利用膜分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)表面過(guò)濾該技術(shù)是將某種分離膜覆在普通濾料上，利用膜分離技術(shù)過(guò)濾含塵氣體。

目前，所用的薄膜一般是聚四氟乙烯(PTFE)薄膜，它具有優(yōu)異的性能：表面過(guò)濾，過(guò)濾阻力小，粉塵層易剝落，解決了深層過(guò)濾不能解決的問(wèn)題；孔徑為0．2～3μm，能夠迅速有效地截留微米級(jí)超細(xì)粉塵；清灰后不改變孔隙率，除塵效率一直很高，幾乎可達(dá)到零排放；表面，光滑，不結(jié)露，易清灰，清灰后不改變宅隙率，因此投入運(yùn)行后，壓力損失低且不隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)而增大；濾袋使用壽命長(zhǎng)。

美國(guó)G0re公司生產(chǎn)的膨體胛FE膜已應(yīng)用于該領(lǐng)域，并收到了很好的效果¨。

例如，某水泥廠水泥成品磨，原先用729織物濾料，改用非織造滌綸針刺氈‘i町FE薄膜復(fù)合的覆膜濾料后，又如某水泥廠石灰窯尾氣的處理，將玻纖濾料改為膨體紗玻璃纖維與門FE覆膜濾料。

通過(guò)上述實(shí)例可以看出，ptfe覆膜濾料在過(guò)濾風(fēng)速、處理風(fēng)量、壓力損失、濾袋壽命及產(chǎn)量、節(jié)約能源等方面都優(yōu)于其他普通非織造濾料。

PTFE覆膜濾料以其卓越的特性，對(duì)袋式除塵器濾料的發(fā)展是一個(gè)質(zhì)的飛躍，但美國(guó)com公司對(duì)我國(guó)只提供產(chǎn)品不轉(zhuǎn)讓技術(shù)。

而我國(guó)在這方面的研究正處于起步階段，因此表面過(guò)濾技術(shù)及覆膜濾料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是我國(guó)研究者的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

總結(jié)

從粗除塵到高效除塵的一系列除塵技術(shù)及設(shè)備，在各自除塵場(chǎng)合起著重要作用，而高效除塵技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展有如下特征：電除塵器、袋式除塵器在高效除塵領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，但還存在一些缺點(diǎn)有待改進(jìn)；膜電除塵器利用了先進(jìn)的碳纖維膜作吸塵極，使電除塵器的除塵效率和操作性能大大提高，且除塵、脫硫、脫硝、除重金屬于一體，預(yù)計(jì)將在我國(guó)燃煤電廠中得到廣泛應(yīng)用；表面過(guò)濾技術(shù)已從預(yù)涂層技術(shù)發(fā)展到覆膜技術(shù)，特別是因覆膜技術(shù)而發(fā)展的覆膜濾料“其低阻、高效及壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)使它成為袋式除塵器的主要發(fā)展方向之一。