除尘设备发展史

坚定贯彻生态文明建设发展理念，不断深化开展生态文明保护建设新局面。

环境保护的问题已成为世人关注的热点话题，经济全球化的

大潮和解决全球环境问题的呼声使环境与贸易的关系日益密切,国际组织制定了一系列旨在保护环境的技术标准。

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。

特别是我国的主要能源是煤炭,燃煤过程中会产生大量的煤粉尘,严重污染了大气环境。这些空气中细微煤粉尘,尤其是直径为215～6μm 的飘尘对人体健康有很大危害。它不仅会在肺部沉积,还可以直接进入血液到达人体各部位。

粉尘粒子表面还会附着各种有毒物质,它一旦进入人体,就会引发各种呼吸系统疾病,危害将更大。

因此,控制粉尘尤其是直径为215～6μm的细微粉尘的排放,是我国治理大气污染、洁净空气环境的重要举措。

此外,电子、精密仪器加工等行业对空气中含尘量的要求更高,一般都要求对亚微米级粉尘的除尘效率达99.97%以上,这对高效除尘及超高效除尘技术的发展提出了更高的要求。

空气除尘设备的研究现状

按捕集粉尘的作用力及原理，除尘设备可分为4类：机械式除伞、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：高教除尘设备，包括备，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。

表l列出了各种除电除尘、袋式除尘、高效文丘里除尘等；中效除尘没备的性能及其适应场合。 

1、沉降室（重力除尘器）

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50μm以上的尘粒。因此沉降室通常用于粗尘粒的预除尘。 

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l临界粒径为20——30μm，压力损失为100～1 000 Pa。 

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5～10 pm粉尘的效率较高，一般能达85％，但对于5μm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。

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1～5μm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1μm以下的粉尘。其缺点在于：首先压降大，当去除lμm以上的尘粒时压降约2 000 Pa，效率约90％，当粉尘粒径小于0.5 pm时，压降高达10 000 Pa，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，在计算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100～150 Pa)，也得到较广泛的应用。 

5、电除尘器

自1906 年F1G1Cottrell 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011～2μm 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 ×1010Ω·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。例如: 粉煤灰的主要化学成分为SiO2 、Al2O3 、Fe2O3 、CaO、MgO、Na2O、TiO2 、P2O3 、Li2O等,其中SiO2 和Al2O3 占70 %以上。若SiO2 和Al2O3两项占粉煤灰的质量分数大于90 % ,则静电除尘器难于收尘。

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。 

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L7 J。

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50 ㎎/m³，甚至可低达10㎎／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人灰斗中；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。

袋式除尘器的清灰方式已日趋成熟，目前的研究主要集中在滤料上。滤料性能和质量的好坏，直接关系到袋式除尘器的性能和使用寿命。

滤料已从天然纤维发展到现在的人工合成纤维，从而使袋式除尘器的除尘性能及应用范围有了大幅提高。

目前滤料的研究主要集中在表面覆膜滤料的开发上，表面覆膜技术给滤料的除尘性能带来了革命性的变化。

7、空气除尘技术的新发展 

（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，如在清扶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研究徘不前的局面，有望使EsP产卡根本性的变革。

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<2．5“m(以PM 2．5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；清灰方式灵活多样；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ESP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力向。

混台式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，义可用于传统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）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，这些因素都很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。表面过滤技术足指粉尘不透人滤料内，而全部沉积在滤料表向的过滤技术。 

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尚的粉尘薄层。薄膜的孔径很小，能把很大部分尘粒阻留在膜的表面，完成气固分离过程。小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。

利用预潦层技术实现表面过滤该技术是将配制好的粉刺，用特殊T艺溶进已缝制滤袋的滤料内部，再用粘结剂固定，达到滤袋未使用前的高教除尘能力。

经预涂层处理后的滤袋在使用前形成r稳定的粉尘初层，克服了新滤料前期除尘效率不高的弊病；同时粉尘初层经粘结剂固定，稳定性好。

这样可以降低压力波动对稳定生产的不利影响。但其缺点在f：随反冲洗的次数增加，预涂层可能会从滤料表面冲脱，影响滤料的使用寿命。

利用膜分离技术实现表面过滤该技术是将某种分离膜覆在普通滤料上，利用膜分离技术过滤含尘气体。

目前，所用的薄膜一般是聚四氟乙烯(PTFE)薄膜，它具有优异的性能：表面过滤，过滤阻力小，粉尘层易剥落，解决了深层过滤不能解决的问题；孔径为0．2～3μm，能够迅速有效地截留微米级超细粉尘；清灰后不改变孔隙率，除尘效率一直很高，几乎可达到零排放；表面，光滑，不结露，易清灰，清灰后不改变宅隙率，因此投入运行后，压力损失低且不随使用时间的延长而增大；滤袋使用寿命长。

美国G0re公司生产的膨体胛FE膜已应用于该领域，并收到了很好的效果¨。

例如，某水泥厂水泥成品磨，原先用729织物滤料，改用非织造涤纶针刺毡‘i町FE薄膜复合的覆膜滤料后，又如某水泥厂石灰窑尾气的处理，将玻纤滤料改为膨体纱玻璃纤维与门FE覆膜滤料。

通过上述实例可以看出，ptfe覆膜滤料在过滤风速、处理风量、压力损失、滤袋寿命及产量、节约能源等方面都优于其他普通非织造滤料。

PTFE覆膜滤料以其卓越的特性，对袋式除尘器滤料的发展是一个质的飞跃，但美国com公司对我国只提供产品不转让技术。

而我国在这方面的研究正处于起步阶段，因此表面过滤技术及覆膜滤料的开发和应用是我国研究者的机遇和挑战。

总结

从粗除尘到高效除尘的一系列除尘技术及设备，在各自除尘场合起着重要作用，而高效除尘技术及设备的发展有如下特征：电除尘器、袋式除尘器在高效除尘领域应用非常广泛，但还存在一些缺点有待改进；膜电除尘器利用了先进的碳纤维膜作吸尘极，使电除尘器的除尘效率和操作性能大大提高，且除尘、脱硫、脱硝、除重金属于一体，预计将在我国燃煤电厂中得到广泛应用；表面过滤技术已从预涂层技术发展到覆膜技术，特别是因覆膜技术而发展的覆膜滤料“其低阻、高效及寿命长的特点使它成为袋式除尘器的主要发展方向之一。