除尘技术与设备的发展

NANCHANGUNIVERSITY期中考试《大气污染控制工程》班级：环境工程141班学生姓名：康秋云学号：58021140322017年4月除尘技术与设备的发展学生姓名：康秋云学号：5802114032摘要：介绍了目前主要的空气除尘设备的工作原理、除尘性能和适应场合，从环境保护角度简要分析了各类除尘器的存在的不足以及当今社会除尘技术发展的新趋势。关键词：除尘技术、除尘设备、大气污染我国是一个能源生产与消费大国，大气环境污染基本特征是直接燃煤的煤烟型大气污染。20世纪末，国内大中城市由煤烟型大气污染向煤烟与汽车尾气复合型污染转移，这些空气中、微煤粉尘，尤其是直径为2.5--6um的飘尘对人体健康有极大危害。如何防治大气污染、洁净空气环境也是人们不断研究的课题。工业除尘技术应用于气体中含有粉尘的情况，如加工木制品、打磨、焊接、粉碎等操作过程为保护人的健康，维护设备的性能，实际中有必要去除气体中悬浮的粉尘微粒。目前，工业中应用的除尘设备种类很多，可以有效地截留和去除很宽范围的一些粒子污染物。但为了适应现代工业的要求，仍急需开发一些新的技术，以进一步的节约能源，简化维修，提高效率，降低投资。另外，难以用现有除尘技术处理的情况也层出不穷，这也就要求开发一些新的相关除尘技术。1.空气除尘设备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。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50um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--30um，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--10um粉尘的效率较高，一般能达85%，但对于5um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。旋风分离器对粉尘的物理性质无特殊要求，作为一种重要的二级除尘设备被广泛应用于化工、石油、冶金、建筑、矿山、机械、轻纺等工业部门。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。湿式除尘器类型较多，而最具代表性的是文丘里管除尘器和水膜除尘器。文丘里管除尘器能除去1--5um的尘粒，效率较高，而且不会产生二次飞扬，特别适宜具有粘附和潮解性的粒径1um以下的粉尘。其缺点在于:首先压降大，当去除1um以上的尘粒时压降约2000Pa，效率约90%，当粉尘粒径小于0.5um时，压降高达10000Pa，效率也较低；其次是含尘污水的处理问题，文丘里管除尘器的用水量较大，在设计与使用时必须充分考虑。水膜除尘器效率不如文丘里管除尘器，一般为85%--90%，但因其用水量较少，阻力相对较低(一般仅为100--150Pa)，也得到较广泛的应用。1.5电除尘器自1906年F.G.Cottrell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--2um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104--5×1010Ψ·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。由于燃煤电厂煤种变化较大，因此粉尘的化学成分波动也较大，给电除尘的运行带来一定的困难。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/m3，甚至可低达10mg/m3，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2.5um(以PM2.5表示)的细粉尘，除尘效率高；膜阳极板没有加强筋，对流场的干扰较小，减少了二次飞扬的产生；两极的间距可以缩小，使干式ESP的体积减小；耐腐蚀；清灰式灵活多样；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。纵观MESP的发展趋势，干式电场结合湿式电场的混合式MESP将是该领域研究与开发的纵深方向。混合式MESP具有很高的除尘效率，同时还能有效去除二氧化硫、氮氧化物、重金属等有害物质，为除尘、脱硫、脱硝的一体化技术开辟道路。我国是一个燃煤大国，全国燃煤电厂烟气收尘装置大多为ESP。随着排放指标的提高，今后必须对传统的ESP进行改造，并需增设昂贵的脱硫装置，从而增强MESP的市场竞争力。另一方面，因膜收尘极既可应用于干式ESP，又可用于湿式ESP；既可应用于新建ESP，又可用于传统ESP的改造，使得MESP技术的推广应用工作比较顺利。因此，MESP在我国的市场前景将是十分光明的。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。结语根据我国现行产业技术政策、环境保护技术政策和经济实力，大气固体颗粒污染物污染防治技术，主要有三：一是改变能源消费结构和燃烧方式；二是采用先进的燃料燃烧与生产工艺技术设备；三是实施消烟除尘，将固体颗粒污染物从气体介质中分离出来，抑制向大气环境排放。此外，大气环境污染治理，还应考虑环境功能区目标和区域大气环境容量，以及治理设施运行经济效益与社会效益。参考文献[1]姚群,陈隆枢.[J].中国安全科学学报,1999,5(9):13-17.[2]刘金红.[J].化工装备技术,1998,19(5):49-50.[3]原华山,银建中,丁信伟.[J].化学工业与工程技术.[4]王励前,中国电除尘器的新进展.[J]电除尘及气体净化,1998,4(4):4-11.[5]王飞．大型火力发电厂除尘技术比较[J].能源工程.2011(3).[6]郝吉明、马广大、王书肖,大气污染控制工程,[M],高等教育出版社，2010（1）.