由於粉體粒(lì)徑小、難以(yǐ)沉積,它們會在大氣中長時間漂浮,因此在(zài)粉體生產和加工過程中不可避免地產生粉(fěn)塵(chén)汙染。這些微小的顆粒不僅容易被吸入人體,引發各種健康問題(tí),而且如果涉及(jí)可燃性粉(fěn)塵,還存在粉(fěn)塵(chén)爆炸的風險。因此,在粉體生產和加工(gōng)過程中,引入有效的除塵設備變得非常必要。
除塵器通過利用各種原理,如(rú)重力、慣性力、離心力、脈衝和靜(jìng)電力等(děng),可(kě)以有效捕捉和清除工(gōng)業煙氣中的粉塵顆粒。在工業上,除塵設備可以分為:機械除塵器、袋式除塵器(qì)、電除塵器以及濕式除塵器等多個類型。這些設備在不同情況下發揮著關鍵的作用,確保了工業(yè)過程的環保性和健康安全。
一、機械除塵器
機械力除塵器是利用機械力(重(chóng)力(lì)、慣性力、離心力(lì))將塵粒從氣體中分離的(de)裝置,包(bāo)括了(le)重力除塵器、慣性除塵器和旋風除塵器等,這類除塵器的特點是結構簡單、造價(jià)低(dī)、維護方便,但(dàn)除塵效率並不是很高(gāo),往往用作多級除塵係統中的前級預除塵。
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重(chóng)力除塵(chén)器
重力除塵器,又稱重力沉降室。它是利用顆粒與氣體的密度差異,使顆粒在氣流中自然沉降,從而從氣流中分離出來的除塵裝置。重力沉降室通常具(jù)有截麵較小的的進料端以及垂直或近(jìn)乎垂直的筒狀結構(gòu),底部通常是一個錐形的集塵室或(huò)灰鬥,用(yòng)於收(shōu)集沉積的顆粒物。氣流從進料(liào)口進入時,由於截麵逐漸變大,氣流流速(sù)逐漸(jiàn)降低,較大顆粒的灰塵逐漸失去懸浮狀態(tài),在重力和慣性力作用下,有足夠的的時間與氣流分離(lí),沉降到除塵器錐(zhuī)底(dǐ)部分,而氣體沿水平方向繼續前進,從而達到除塵的(de)目的。
重力(lì)除塵器的最突出(chū)優勢是壓(yā)力損(sǔn)失小,不需(xū)要要消耗過高的能量來維持氣流,但其除塵精度並不(bú)高(gāo),可捕捉40μm以上粉塵(chén)顆(kē)粒除塵效率(lǜ)在40%-50%之間,通常作為一(yī)級除塵設備。
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慣性除塵器
慣性除塵器(qì),也(yě)稱惰性分離器。通常內置擋板(bǎn)或導流葉片(piàn),在氣流流經過程中,擋板或倒流葉片使得氣(qì)流突然改變方向或速度,但氣流中的顆粒物因(yīn)其慣性不(bú)會立即適(shì)應新的流(liú)動方向或速度,而(ér)是繼續(xù)沿原來(lái)的方向運動,從而撞擊到內部壁(bì)麵上,最終下落至集塵室被收集或清除。
慣性除塵器的結構多種多樣,大致可以分為碰撞式和反轉式兩(liǎng)種,這些特殊的結構使其可用於高溫高濃(nóng)度粉塵場合(濃度大(dà)於100g/m3)。在除塵效果上,其阻力、除(chú)塵精度和除(chú)塵效率均介於重力除塵器與旋風(fēng)除塵器之間,一般用於捕集(jí)15μm以(yǐ)上的顆(kē)粒,除塵效率一(yī)般隨氣流速(sù)度在65%-75%之間浮動。其最明顯的缺點在於顆(kē)粒的碰(pèng)撞作用,會使得慣性除塵器磨(mó)損嚴重,同時對於粘結性和纖(xiān)維性粉塵,因存在堵塞(sāi)和慣性力小等問題,也不適合采用慣性除塵(chén)器。
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旋風除塵器
旋風除塵器,又稱沙克龍(lóng)除塵(chén)器(qì)(Shaker Dust Collector),是通過離心力將汙染物質和空氣分離(lí)的設備。它的(de)設計原(yuán)理獨特,但結構非常簡單,由一個錐形底的立式筒體(tǐ)和進料管、出口管、氣閘(zhá)、集塵室等部(bù)件組成。
含(hán)塵氣體通過進料口(kǒu)進人旋風除塵器後,沿筒(tǒng)壁自上而下作螺(luó)旋形旋轉運(yùn)動,粉塵顆粒在慣性離心力的作用下甩向(xiàng)外壁,在氣流和重力共同作用下(xià)沿壁麵向下(xià)落入集塵室中,當這股向下旋轉(zhuǎn)的氣流到達錐體底部附近時,大(dà)部分粉塵已從氣流中除去,潔淨的氣流開始轉變方向沿軸(zhóu)心向上旋轉運動通過出口管或(huò)排(pái)氣芯管排出。
旋風除塵器的結構簡單,因(yīn)此不需要額外的(de)動力(lì)設備來驅動(dòng)粉(fěn)塵(chén)分離(lí),製造、安裝的成本非(fēi)常低,且(qiě)筒(tǒng)體可選用耐磨耐熱的材料製造,後續幾乎不需要維護。可(kě)以說在其性能範圍內,旋風分離(lí)器是最便宜的除塵設備之一,對於10μm以上的粉塵顆粒,其除(chú)塵效(xiào)率可達(dá)90%左右,但對於10μm以下更細小的顆粒,則會隨著上升氣流排出(chū)從(cóng)出口管排出。
二、袋式除塵器
袋式除塵器是一種基於空氣過濾技術和清灰技術的幹式濾塵裝置,過濾和清灰兩(liǎng)個環節連續不斷(duàn)地交替進(jìn)行組成了完整的除塵過(guò)程。其中過濾過程是指進料口輸入含細小粉塵的氣流(liú)後(hòu),含有較細小粉塵的氣體會通過一個或多個采用紡織的濾布(bù)或非紡織的氈製成的濾料袋,纖維(wéi)織物的過濾作用使粉塵被阻留,相對較幹淨的氣(qì)體則通過濾袋縫隙排出。而清(qīng)灰過程為了將袋子上積累的顆(kē)粒物和(hé)粉塵清除,以維持其高效的除塵性(xìng)能。常用的清灰方式有機械清灰、逆氣流(liú)清灰、脈衝噴吹清灰(huī)三種。
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機械(xiè)清灰
機械清灰是利用振(zhèn)動裝置來(lái)振動或擺動濾袋的框架,使得附著(zhe)在濾袋上的灰塵和顆粒物得以脫落至集(jí)塵(chén)室中。機械清灰通常有三種不同的振動方式,水平振動依靠往複運動裝(zhuāng)置來完成,垂直(zhí)振動可利用偏心輪裝置振動濾袋框(kuàng)架或定期提升濾袋框架,扭轉(zhuǎn)清灰則利用專門(mén)的機構(gòu)定期地將濾袋扭轉一定角度,使濾袋變形而清灰。為(wéi)了提(tí)升清灰效果,還可采用以(yǐ)上幾種方式複合(hé)的振動方式。一般來說,機械清(qīng)灰的效果與驅動裝置動力和框架結構有關,驅動裝置動力大,框架傳遞(dì)能量損失小,則機械清灰效果好。
機械清灰方式的特點是構造簡單,運轉可靠,但也存在著清灰(huī)強度較弱、振(zhèn)動分布不(bú)均、對濾袋損害較大等缺點(diǎn),故目前僅用於采用紡織布濾袋的小型機組。同時進行機械清(qīng)灰時,為(wéi)改善清灰效果,通常要求在(zài)停止過濾情況下進行振動,或者(zhě)將整個除塵器分隔成若幹袋組或袋室,順次地逐室(shì)清(qīng)灰,以保持除塵器的連續運轉。
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逆氣流清灰
逆氣流(liú)清灰,顧名思(sī)義是利(lì)用反向氣流來清除附著在過濾袋上的灰塵和顆粒(lì)物(wù),主要有反吹和反吸兩種方式,前者(zhě)以正壓(yā)將(jiāng)氣流吹入濾(lǜ)袋,後者則是以(yǐ)負壓將(jiāng)氣流吸出濾袋(dài)。和機(jī)械清灰一(yī)樣,為了保證清灰效果(guǒ),逆氣流清灰也多采用分室工作製度,然後通過閥門自動調節對每個(gè)分室裏麵的氣流進行反回流動。
與(yǔ)機械清灰相比,逆氣流清灰的清灰效果還要更(gèng)弱,但對濾(lǜ)布的損傷要小得多,並且(qiě)氣流分布相對均勻。因此,對於柔軟的濾料,如玻璃纖維機織布濾布,通常更適合采用逆氣流清灰方式。
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脈衝(chōng)噴吹清灰
脈衝噴吹(chuī)清灰是一種外濾清灰的典型方(fāng)式,通常在每排(pái)濾袋上方安裝一根噴吹管,噴吹管上接高速噴(pēn)嘴和脈衝閥,壓縮空氣經噴嘴高(gāo)速噴射後,會帶著誘導空氣在很短的時間內(nèi)一起(qǐ)經文丘裏管噴入濾袋,使濾袋迅速膨脹收縮。在這個過程中,射(shè)流(liú)氣流產生(shēng)的剝離力(lì)和濾袋縮回(huí)時形成的反向加速度都有(yǒu)助於使粉塵迅速脫落。
脈衝噴吹清灰的強(qiáng)度大,能實現粘附性強(qiáng)的粉塵脫落,同時可與過濾過程同時進行,是目前(qián)袋式除塵器最常用的清灰(huī)方式,但脈衝噴吹時,除塵濾袋瞬間變形(xíng)很大,產生應力很大,所以必須用(yòng)抗張力強的濾袋。
袋式除塵器均采用篩分原理,運(yùn)行穩定,結構簡單,同(tóng)時除塵效率(lǜ)也很高,對於1μm的顆粒物,除塵效率都能達到99%,通常可用(yòng)於精細除塵。但其(qí)應用範圍受濾料(liào)耐溫、耐(nài)腐蝕性(xìng)能的(de)限製, 對潮解、黏性粉塵的清(qīng)除效(xiào)果也一般。
三、靜電除(chú)塵器
靜電除塵器分離粉塵是基於氣體電離和電暈放電的原理。利用高壓直流電(diàn)源(yuán)產生的強電場使煙氣中含(hán)電負性(xìng)氣體(如O₂、SO₂、Cl₂、NH₃、H₂O等)電離(lí),生成(chéng)大量高速運(yùn)動的負離子、正離子和自由電子(zǐ),當含塵氣流通過(guò)電場區域時,粉塵顆粒(lì)與帶(dài)電粒子發生碰撞,從而實現粉(fěn)塵荷電。在電(diàn)場力作用下(xià),荷電的粉塵按照異極(jí)性相吸的規律,到達與其極性相反的電極上,當電極附著的粉(fěn)塵(chén)達到一定的厚度時,通過打擊電極板使(shǐ)其脫落至集塵室中(zhōng),達到清(qīng)除煙氣中的煙(yān)塵、實現懸浮粉塵從氣體中分離出來的目的。
靜電(diàn)除塵器在自動化程度上較其他除塵設備(bèi)有明顯的優(yōu)勢(shì),且初期的除塵效率能達到99%,能夠捕獲1μm以下的粉塵顆粒,可用於(yú)煙(yān)氣溫度高、壓力(lì)大的(de)場(chǎng)合(hé)。但是靜(jìng)電除塵器的設備一次投資(zī)大、設備結構(gòu)複雜、運行維(wéi)護較(jiào)為繁瑣(suǒ),較常用於處理氣量大,對(duì)排(pái)放濃度要求較(jiào)嚴(yán)格,又具(jù)備一(yī)定維護管理水平的大型企業。
四、濕式除塵器
濕式除塵器俗稱“水除(chú)塵器”,它是使含塵氣體與液體(一般為(wéi)水)密(mì)切接觸,利用水滴(dī)和(hé)顆粒的慣性碰(pèng)撞或者利(lì)用水和粉塵(chén)的充分混合作用及其他作用捕集顆粒或使顆粒增(zēng)大(dà)或留於固定容器內(nèi)達到水和粉塵分離效果的裝置。濕式除塵器的除塵過程也有多種方式,比如(rú)儲水式、噴淋式和壓水式等,目(mù)前較常采用水浴和噴灑(sǎ)兩種方式合二為一捕獲顆粒,水浴是指將含(hán)塵氣流通入一定高度的(de)水槽中,大(dà)部分粉塵(chén)顆粒將會被吸附在水裏,小部分未被吸附的顆粒會隨著氣流(liú)會透過水麵自下而(ér)上流(liú)動,此時(shí)除塵器頂端的噴頭噴灑霧水,未被吸附的顆粒會與霧滴發生碰撞從而被捕獲,一般來說,捕集效率取(qǔ)決於粒子的(de)慣性及擴散程(chéng)度。
由於濕式除塵器依靠的是液體的吸附和濕(shī)潤作用(yòng),因此(cǐ)特別適用於處理高濕粉(fěn)塵以及易燃,易爆氣體。不僅兼具除塵、降溫、增濕的效果,還(hái)可以同步處理(lǐ)氣態汙染物,對5μm以上的顆粒有極(jí)好(hǎo)的去除效果,除塵效(xiào)率在95%以上。但對於疏水性粉(fěn)塵效果不佳(jiā),處理(lǐ)粘性煙塵時則易堵塞管道。
總結
為(wéi)了(le)在實際生(shēng)產過程中最大程度(dù)降低能耗並實(shí)現出色的過濾效果(guǒ),選擇適合實際工況的除塵設備至關重要。針對不同的汙染(rǎn)物和工業環境,可以考慮采用多種除塵器串聯組成一套(tào)除塵係統,充(chōng)分利用各自的特點和優勢,從而實現從預除塵到精細除塵的全麵、高效氣體淨化過程,如(rú)先利用機械除塵器可以降低後續使用的除塵器的負荷(hé),延長其壽命並(bìng)降低能耗,再利用半精細和精細除塵器處理更小顆粒的汙染物,進(jìn)一步淨化氣體,確保排放質(zhì)量(liàng)的最(zuì)終達標。