除塵器在工業(yè)生產中的應用與發(fā)展

賈 超,靳悅淼，孟興智，靳月嬌

(1.河北中鹽龍祥鹽化有限公司，河北 寧晉 055550；2.中鹽工程技術研究院有限公司，天津 300450；3.天津師范大學 管理學院，天津 300387)

1 前言

火電、水泥、煤礦、化工等行業(yè)，在生產中極易產生大量粉塵，如果管控措施不到位，不僅對環(huán)境造成嚴重的污染，還易產生安全隱患，嚴重時發(fā)生爆炸事故，影響員工的身心健康。目前，眾多企業(yè)多采用通風，增濕、除塵的方式來處理粉塵，達到環(huán)保要求，保障員工健康的目的。

2 除塵器的分類

2.1 旋風分離器

含塵氣體切向進入旋風分離器，氣流由直線變?yōu)閳A周運動，氣流沿器壁自筒體呈螺旋形向下錐流動，氣體在旋轉過程中產生極大的離心力，粉塵相對密度較大直接被甩到筒壁從而沿著筒壁進到收料管中，而凈化后的氣體經(jīng)排氣管排出。

旋風分離器結構簡單、操作方便、耐高溫，分離效率高，但是設備造價費用和阻力較高。

有的學者在此基礎上不斷優(yōu)化改造，采用弧形導流板分隔進氣入口結構，漸擴型出口結構，旋風分離器平均壓降有了明顯下降，而分離效率保持不變[1]；有的學者研究發(fā)現(xiàn)縮口角度跟旋風分離器的壓降和分離效率存在明顯的關系，經(jīng)過多次試驗驗證，當縮口角度在20°時，壓降和分離效率最佳[2]；有的學者將排氣管直徑、排氣管插入深度、筒體圓柱段進行優(yōu)化，提高了旋風分離器的性能[3]；同樣對入口高寬比[4]、分離器直管段的長度進行優(yōu)化，也是提高分離性能，降低壓差的有效手段[5]。

2.2 布袋除塵器

含塵氣體由進風道進入灰斗，顆粒較大的塵粒直接掉落到底部，細塵粒直接粘附在布袋外表面，過濾后的潔凈氣體通過風道直接排到大氣中，而粘附在布袋上的塵粒通過脈沖閥的不間斷反吹后，將慢慢從布袋上剝離沉降到灰斗底部。

布袋除塵器除塵效率高，風量處理范圍廣，結構簡單，操作方便，布局簡單，運行比較方便，維護簡單，已廣泛的應用在鋼鐵、有色冶金、化工、機械等多個工業(yè)部門，但是耐高溫性能差，易磨損，并且煙氣水分較多時易使布袋黏結，易造成二次污染。

布袋除塵器以其結構和布局簡單，應用方便的特點得到應用，有效防止污染氣體超標[6]。有的學者對除塵器煙道入口截面形狀、導流板的數(shù)量和形狀、倒灰板的形狀和位置加以改進，有效地改善了煙氣量分配不均和負載不平衡問題[7]；有的學者為了避免入口高速煙塵射流將導致部分濾袋磨損嚴重，對氣流分布板、導流結構、濾袋滲透率布置方式進行優(yōu)化，改善了流場分布的均勻性，減少了對濾袋的沖擊，達到了理想的效果[8]；對煙氣溫度、過濾風速選擇、噴吹壓力調整進行優(yōu)化同樣可以減輕濾袋磨損，提高使用壽命[9]。

2.3 濾筒除塵器

濾筒除塵器的原理跟布袋除塵器相類似，不過濾筒除塵器的除塵效率遠高于布袋除塵器，并且濾筒磨損低，使用壽命長，節(jié)省土建空間，阻力和耗氣量小，但是由于濾筒存在褶皺，反復清理易折損，粉塵殘留后易堵塞濾筒，增加過濾阻力，造成過濾面積減少，導致濾筒易破損。

有的學者將濾筒除塵器的進出口夾角設定到180°，發(fā)現(xiàn)氣流分布最均勻，除塵器內部流場最好[10]；有的學者將除塵器進行改造，采用多孔介質氣體散射器干擾其內部清灰流場，顯著地提高了清灰效率[11]；在清灰過程中，一般采用普通噴吹口和誘導噴嘴，實踐證明誘導噴嘴的效果更加顯著[12]；由于濾筒除塵器占地面積小的獨特優(yōu)勢，在阻力500 Pa以下時，成功應用于狹小空間除塵[13]。

2.4 水膜除塵器

含塵氣體從筒體下部順切向進入除塵器，旋轉上升，塵粒受離心力作用而被拋向筒體內壁，水從筒體的上部噴嘴切向噴至筒壁，筒壁和筒體內部形成很薄的一層水膜，水膜層濕潤，吸附塵粒后一并流向底部錐體，經(jīng)排塵口卸出，達到除塵的目的。

水膜除塵器具有結構簡單、耗水量和阻力均較小，但是設備高度較高，布置困難，運行中有帶水現(xiàn)象。

有的學者將水膜除塵器筒體改造成倒圓臺形，中間加導向折流板，出口增加除霧旋流板，增高了除塵效率，減少了引風機帶水[14]；水膜除塵器用水一般都是循環(huán)水，隨著運行時間的延長，水內雜質較多，在進入噴嘴前增加一道水處理工序，保證在除塵器內清洗徹底，不堵塞噴頭[15]，在生產實踐中，多數(shù)生產企業(yè)將噴頭改為噴嘴，不僅防止堵塞，而且噴出的水霧呈扇狀，增大了與塵粒接觸面積，處理更加徹底[16]；部分生產企業(yè)通過改造，將霧化射流技術應用于水膜除塵器上，把霧化和射流最佳狀態(tài)控制在一個臨界點上，大幅度地提高了除塵效率[17]。

2.5 水浴除塵器

含塵氣體經(jīng)進氣管后，通過噴頭以較高速度噴出，對水層進行沖擊后，大部分塵粒與水粘附后留在水中，部分塵粒隨氣體跟沖擊水滴和泡沫混合在一起，塵粒將進一步得到凈化，凈化后的氣體經(jīng)擋水板從排氣管排走。

水浴除塵器工藝簡單、造價低、運行費用少、安裝方便、除塵效率高、適應性強，特別適應水溶性含塵氣體，但是不適合干式物料回收利用，若循環(huán)處理不好，易造成二次污染。

在水浴除塵器的基礎上，部分學者通過創(chuàng)新，設計了一種垂直管簇水浴除塵器，并且安裝多孔節(jié)流板以及通過補集液改性提高了除塵效率，降低能耗[18]；還有學者研究設計了“沖擊—噴霧聯(lián)合除塵器”，解決了塵粒較細，粉塵濃度高不易凈化的問題，且不會產生二次污染，拓寬了水浴除塵器的應用范圍[19]；一般含塵氣體進入口為喇叭狀，預示著會多一道焊口，進口一直液封，當水質含酸堿時會腐蝕焊口，影響壽命，有的生產企業(yè)將喇叭口改造成鋸齒狀，既可保證使用壽命，又能使氣流均勻分布[20]；水浴除塵器以應用范圍廣、除塵效率高的優(yōu)勢應用于各個行業(yè)，當煙氣中含有SO2等強腐蝕氣體時，需要對水浴除塵器的各個部分進行防腐[21]。

2.6 濕式電除塵器

金屬放電線在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體電離，使粉塵或霧滴粒子表面荷電，荷電粒子在電場力的作用下向收塵極運動，并沉積在收塵極上，水流從集塵板頂端流下，在集塵板上形成一層均勻穩(wěn)定的水膜，將板上的顆粒帶走。

濕式電除塵器應用范圍廣、除塵效率高、適用高溫高濕煙氣、沒有二次揚塵、可靠性高，可去除亞微米級顆粒，但是設備造價高，需要有良好的防腐措施。

有的學者在此基礎上設計并搭建了線板式濕式電除塵裝置，對電場強度、停留時間、粉塵濃度和液滴流量等參數(shù)優(yōu)化，提高了補集效率，降低了耗水量[22]；有的學者對塵粒粒徑、塵粒表面屬性、相對濕度和清灰方式分析探索研究，并且加以優(yōu)化，提高了除塵器除塵效果[23]；有的學者對氣體壓力、極配形式和電場風速等參數(shù)優(yōu)化，可以有效去除垃圾等離子氣化燃氣中的顆粒物[24];有的學者在總結濕式電除塵器設計和運行經(jīng)驗技術基礎上，對布置方式、流場特征、噴淋及排污系統(tǒng)、加熱裝置進行改進，提高了運行的安全和穩(wěn)定性[25]；有的學者提出了布袋除塵器加濕式電除塵器與脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵方案，并應用到了火電廠除塵中，取得了理想的效果[26]；有的學者提出科學合理地給水和排水方式，實現(xiàn)了濕式電除塵器在火電廠工藝系統(tǒng)上零水耗，并且解決了內部腐蝕問題[27]；有的學者將高頻電源應用到柔性陽極濕式電除塵器上，實現(xiàn)了煙塵的達標排放和超低排放[28]。

2.7 文丘里濕式除塵器

煙氣進入文丘里管時，通過收縮管，在喉管處速度達到最高，與喉部噴水裝置噴出的水滴碰撞，霧化成細小水珠，并充滿整個喉管，水珠與塵粒之間存在很高的相對速度，塵粒與小水珠充分碰撞、接觸后凝聚成較大塵粒，然后進入離心式水膜除塵器，塵粒在離心力作用下被分離出來而流入下部灰斗中，凈化后的煙氣從水膜除塵器頂部流出。

文丘里濕式除塵器結構簡單、維護成本較低、操作簡單方便、占地較小、除塵效率高，但是費用較高。

有的學者將液滴直徑、液氣比和喉管氣速等參數(shù)優(yōu)化，在一定壓力損失下以最大補集效率捕捉到了1 μm鈉氣溶膠顆粒[29]；有的學者將文丘里濕式除塵器跟電除塵器串聯(lián)起來成功地應用到收集鍋爐粉塵上，明顯地提高了除塵效率[30]。

3 總結

工業(yè)生產中易產生粉塵的行業(yè)，一般通過除塵器來收集處理，文章對幾種常用除塵器進行了簡單介紹，雖然達到了使用效果，但是在特殊行業(yè)仍存在一些問題，學者們在此基礎上不斷探索研究，改進和創(chuàng)新，使除塵器的應用領域得到了升華，為今后除塵器的持續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展有一定的指導意義。