除尘装置分类

除尘装置分类

由于燃料及其他物质燃烧或加热等过程产生的烟尘，以及对固体物料破碎、筛分和输送等机械过程产生的粉尘，都以固态或液态的粒子存在于气体中，从气体中除去或收集这些固态或液态粒子的设备称为除尘装置或除尘器。

根据是否采用润湿剂，除尘装置可分为湿式和干式两种。根据粒子分离原理，除尘装置又可分为以下几种类型：a 重力除尘装置；b 惯性力除尘装置；c 离心力除尘装置；d 湿式除尘装置；e 过滤式除尘装置；f 电除尘装置。

除尘装置的性能

除尘装置的性能主要有：a 除尘效率；b 气体处理量；c 压力损失；d 投资与运行费用；e 使用

悬浮于空气中的固体微粒谓之尘，其大小通常在100μ以下。全世界每年排入大气中的烟尘达7亿吨左右，而且每年以4%的速度递增。我国仅工业和生活窑炉一项，每年排入大气的烟尘就达到1400万吨，二氧化硫1500万吨。粉尘是大气的主要污染源之一。

1 粉尘的来源和分类

1.1 粉尘的来源

工业生产，交通运输和农业活动，产生大量粉尘。据统计，农业粉尘约占粉尘总量的10%左右，大量的粉尘来源于工业生产和交通运输。尤其建材工业，冶金工业，化学工业，工业与民用锅炉产生的粉尘最为严重。具体地讲，下列活动和过程产生大量粉尘：

(1)物料的破碎、研磨；

(2)粉状物料的混合、筛分、运输和包装；

(3)物料的燃烧；

(4)汽车废气中的溴化铅和有机物组成的颗粒；

(5)金属粒子的凝结、氧化。

此外，风和人类的地面活动，产生土壤尘。土壤尘一般大于1μ，容易沉降，

但又不断随风飘起。

1.2 粉尘的分类

依照粉尘的不同特征，有不同的分类方法：

(1)按粉尘的形状分类

粉尘——固体物质的微小粒子，其大小在100μ以下。

烟——由于燃烧和凝结生成的细小粒子，粒径范围在0.01~1μ之间。

烟雾——在高温下由金属氧化的蒸气凝结而成的微粒，它是烟的一种类型，粒子大约在0.1~1μ之间。

(2)按粉尘的理化性质分类

无机粉尘，包括矿物性粉尘(如石英、石棉、滑石粉等)、金属粉尘(如铁、锡、铝、锰、铍及其氧化物等)和人工无机粉尘(如金钢砂、水泥、耐火材料等)。有机粉尘，包括植物性粉尘(如棉、麻、谷物、烟草等)、动物性粉尘(如毛发、角质、骨质等)和人工有机粉尘(如有机染料、炸药等)。混合性粉尘，为各种粉尘的混合物。大气中的粉尘一般是混合性粉尘。

(3)按粉尘颗粒大小分类

可见粉尘，用眼睛可以分辩的粉尘，粒径大于10μ；

显微粉尘，在普通显微镜下可以分辩的粉尘，粒径在0.25~10μ之间；

超显微粉尘，在超倍显微镜或电子显微镜下才可分辩的粉尘。粒径在0.25μ以下。

此外，按粉尘在大气中滞留时间的长短，还有飘尘和降尘之分。小于10μ的粉尘称为飘尘，它可以几小时、几天，甚至几年游浮于空气中，大于10μ的粉尘，有明显的沉降趋势，称为降尘。

1 化学降尘剂除尘

目前，国内普遍采用的喷水降尘是建立在重力沉降机理上的一种简单降尘方法，一般喷雾降尘过程中，雾化的水滴对煤尘的捕集实际上经历了惯性碰撞和拦截接触或扩散润湿凝并增重重力沉降分离4个过程，对于不同粒度的煤尘完成这

一过程的难易程度和时间有明显差别，对于<10μm的可吸入颗粒特别是<2μm 的细粒，使用喷水降尘难以取得显著效果。

与机械除尘和水除尘相比，化学降尘对于可吸入性颗粒的降尘效果更好，并且费用更少。该技术的关键在于降尘剂，目前主要有3大类：起泡剂、粉尘粘结剂和粉尘凝聚剂。

1.1 起泡剂

其作用是在水和空气的混合物中产生大量的泡沫。这是一种干的、化学性质稳定的小泡沫，与剃须膏产生的泡沫类似，这些泡沫将用于降尘。降尘起泡剂主要是具有高起泡性能的表面活性剂，其中也可能包含粉尘润湿剂和粉尘粘结剂。降尘泡沫的作用机理和方式与喷水降尘类似。但与后者相比，其改善了液相分配，从而降低使用量，改善了对可吸入颗粒的捕获效果。液相分配的改善是通过增加液相的表面积来实现的。一般认为，对可吸入颗粒的降尘是通过吞噬和(或者)润湿可吸入颗粒实现的，另外也可能存在“榴散弹”效应，即当泡沫破裂时，其碎片会和可吸入颗粒物接触，将之润湿和凝聚。起光剂主要用于物质传送的关键部位，图1为一发泡器的结构示意。

使用时，泡沫剂与水按比例混合，通过发泡器产生大量高倍数泡沫状的液滴，喷洒到尘源或空气中。当泡沫液喷洒到矿石或料堆上时，造成无空隙的泡沫体覆盖和遮断尘源，使粉尘得以湿润和抑制；当泡沫液喷射到含尘空气中，则形成大量的泡沫粒子群，，其总体积和总面积很大，大大增加了雾液与尘粒的接触面和附着力，提高了水雾的除尘效果。

1.2 粉尘凝聚剂

粉尘凝聚剂与喷水降尘和起泡剂降尘相比，其有效使用时间更长。一般说来，粉尘凝聚剂包括保湿剂和粘结剂。保湿剂，诸如镁和钙的氯化物，能吸收空气中的水分并维持颗粒表面湿度，从而达到“保湿”作用；粘结剂能在颗粒表面较为干燥的情况下，有效地保持整个颗粒处于凝聚状态，粉尘控制中多考虑用油和多聚物做粘结剂。粉尘凝聚剂抑尘性能的好坏和作用对象的物化性质、使用方式、处理对象的储藏和加工条件有关。例如：被作用的对象存储在一个阴凉、湿度较大的环境下，且该种物质易被水润湿，那么粉尘凝聚剂的抑尘效果就好，反之效果差。粉尘凝聚剂多用于煤矿中煤的运输和卸载过程以及道路抑尘等，是在湿式沉降方法不宜使用的情况下使用。

1.3 粉尘粘结剂

粉尘粘结剂是一种用于长期表面抑尘的粘结剂，其化学性质类似于乳胶涂料，主要活性成分为乳胶多聚物的水溶液，可在作用对象表面形成一层稳定的隔水膜。在其溶液中掺加一些水分或粘性物质可改变其透水性。表面膜的性质随不同的产品，溶液浓度，溶液使用量以及实际应用的方式不同而不同。其主要性能指标包括：抗拉强度、抗弯强度和耐水性能等，对于不同的应用场合，其对各种指标的要求也不同。使用粉尘粘结剂的方法和涂胶类似，使用后要确保有24-48 h的干燥时间。

2 雾化除尘技术

2.1 喷油抑尘技术

对于粮食和饲料的生产，加工和运输的过程中不可避免地会产生粉尘，传统的干式除尘方法都不可避免地要将粉尘浓缩收集，但此类粉尘主要由有机物组成，在空气中会缓慢氧化，释放出热量，当空气中的粉尘浓度达到一个限值时，氧化释放的热量难以在短时间内向周围释放，导致局部空间温度的上升，这反过来促进氧化反应的进程，如此循环，使得在局部产生一个高温高压的环境，从而引起爆炸。另一方面，对这类粉尘使用喷雾和蒸汽除尘将会使粮食和饲料中的含水量加大，不利于其加工、保藏和运输。为此，喷油抑尘技术应运而生。1972年，美国种子技术公司在往种子中添加矿物油或种子油以期让种子吸收其营养时，意外地发现加油后的种子粉尘大大减少，此后科学家开始了对该项技术的研究。喷油抑尘技术(以谷物为例)就是向谷物喷洒一层稀薄的无害植物油或矿物

油，粉尘与油被吸附在谷物表面，形成无害的灰尘小球粒。残留在大宗粮食中的粉尘，在谷物的装卸、搬运过程中所形成的再生性粉尘也因喷油被吸附在谷物表面上，典型的喷油抑尘系统如图2所示。

喷油抑尘技术在美国有20多年的应用历史，欧洲的德国、英国、比利时、挪威以及加拿大等国对该项技术进行了试验评估，评估结果多认为，对于大规模的粮食和饲料加工存储，喷油抑尘技术较通风除尘技术费用低。目前对该技术的应用存在的主要疑虑是喷油抑尘对后继加工是否有影响尽管如此，喷油抑尘技术作为一种简单、有效、安全的粉尘控制技术，必然具有广阔的发展前景。

2.2 超声波除尘技术

2.2.1 超声波除尘器

微粒表面所带电荷，经超声波振动，颗粒在筛分作用、惯性作用、凝聚作用和电磁力作用下凝聚成微粒团，增加微粒的质量，在重力或惯性力的作用下从气体中分离出来，从而达到清洁空气的作用，超声波除尘系统示意图及超声波除尘分离室示意图分别如图3和图4所示。

超声波除尘器具有体积小，结构简单，运行可靠，易于维修，不会产生水污染等特点，除尘效率可达99.8%以上，是一种比较理想的除尘设备。

2.2.2 超声雾化除尘器

1977年美国新泽西声能发展公司率先开发出一种能喷激细水雾的超声波雾化器。雾化器中的高速气流冲击共振腔时，由于聚能产生超声场，使泵入的水迅速雾化成浓密的微细水雾。这种由超声雾化产生的水雾的直径比普通水雾小10倍，较常规雾化效率提高了1 000倍，因此仅用少量的水就可获得极高的除尘效率，故其亦被称为超声干式捕尘技术。捕获有粉尘的细雾可用旋风除尘器脱去。

在以上基础上，科研工作者改进了超声干雾捕尘技术。在局部密闭的产尘部位，安装利用压缩空气驱动的超声波雾化器，激发生成高度密集的亚微米级雾，迅速捕集凝聚微细粉尘，使粉尘特别是呼吸性粉尘很快沉降，实现就地抑尘，其系统原理如图5所示，这种方法不用把含尘气流抽出后再加以处理，避免了使用干式除尘器带来的问题以及清灰工作带来的二次污染。

2.3 蒸汽除尘技术

其基本原理是利用高压蒸汽直接作用于各尘源点，使飘浮的粉尘受到水蒸气的潮湿，尘颗粒的比重增大，在尘源点处自然落下，回到各转运机械上，随主介质一起运行到下道工序，达到除尘的效果，图6和图7为输煤管道中使用蒸汽除尘的示意图。

其详细的除尘机理包括：蒸汽雾拦截尘粒以及尘粒与冷凝水滴之间的惯性碰撞；尘粉因扩运动撞击蒸汽雾，并粘着在雾滴上；含尘气体因浓度增加，尘粒相互凝聚使体积增大而沉降；表层物料含水分增加，表面张力加大，尘粒不再飘散。该技术具有能耗低，投资省，除尘效果好，施工简便易行，操作简单，维护方便，可多点除尘等特点。

3 煤矿粉尘等级的划分

矿井防尘是煤矿“一通三防”的重要内容之一。目前，我国煤矿对于瓦斯矿井的管理，是按其瓦斯涌出的形式和涌出量的大小来划分矿井瓦斯等级，以便计算矿井所需风量，并采取不同的安全措施。有鉴于此，矿井粉尘管理有必要按矿井所采煤层的生产条件、产尘量及(或)主要作业地点空气中的粉尘浓度来划分矿井粉尘等级，并制订相应的措施。前苏联为了加强防尘管理和指导各矿井的防尘工作，对全国所有开采煤层进行了鉴定，确定了粉尘等级。然后将其分为四类八级，以确定不同等级的煤层机械化采煤时煤尘生成量的预期水平，及建议采取的粉尘防治技术措施(见表2)。这种方法可供我国借鉴。

各种类型除尘器的适用范围

机械式除尘器

机械式除尘器包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。

机械式除尘器造价比较低，维护管理方便、耐高温湿烟气、腐蚀性气体。但对粒径在5μm以下的尘粒去除率较低，当气体含尘浓度高时，这类除尘器可作

为初级除尘，以减轻二级除尘的负荷。

电除尘器

静电除尘器分为干式电除尘器和湿式电除尘器。

电除尘器除尘效率高，压力损失低，运行费用较低。但电除尘器的设备投资大、设备复杂、占地面积大，对操作、运行、维护管理都有较严格的要求。同时，对粉尘的电阻比也有要求。目前，电除尘器主要用于处理气量大，对排放浓度要求严格，又有一定维护管理水平的大企业，如电厂、建材、冶金等行业。洗涤式除尘器

洗涤式除尘器分为低能洗涤式除尘器（如重力喷淋除尘器、水膜除尘器等）、高能洗涤除尘器（如文丘里除尘器）。

洗涤式除尘器结构比较简单、投资少，除尘效率比较高，能除去小粒径粉尘。并且可以同时去除一部分有害气体。洗涤式除尘器的缺点式用水量比较大，泥浆和废水进行处理、设备易腐蚀。寒冷地区要注意防冻。

过滤式除尘器

过滤式除尘器主要有两类。一类是利用不同粒径的砾石、沙等固体颗粒组成的固定床层作为过滤介质的除尘器，叫做颗粒层除尘器；另一类式利用纤维编织物做成的滤袋作为过滤介质的除尘器，称为袋式除尘器。

过滤式除尘器以袋滤器为主。袋滤器的除尘效率高，能除掉细微的尘粒。对处理气量变化的适应性强，最适宜处理有回收价值的细小颗粒物。但袋式除尘器的投资比较高，允许使用的温度低，操作时气体的温度需高于露点温度，否则，不仅会增加除尘器的阻力，甚至由于湿尘粘附在滤袋表面而使除尘器不能正常工作。当尘粒浓度超过尘粒爆炸下限时也不能使用袋式过滤器。

除尘器的综合性能见下表

除尘器名称适用的粒径

范围/μm 除尘效率/% 压力损失

/Pa

设备费用运行费用

重力沉降室>50 <50 50～130 少少惯性除尘器20～50 50～70 300～800 少少旋风除尘器5～30 60～70 800～1500 少中冲击水浴除1～10 80～95 600～1200 少中下

尘器

旋风水膜除

尘器

≥5 95～98 800～1200 中中

文丘里除尘器0.5～1 90～98 4000～

10000

少大

电除尘器0.5～1 90～98 50～130 大中上

袋式除尘器0.5～1 95～99 1000～1500 中上大

粉尘的性质

粉尘具有湿润性、粘附性、荷电性、导电性，爆炸性等。粉尘的性质对除尘器性能和运行具有较大影响。例如，粘性大的粉尘容易粘结在除尘器表面，不宜采用干法除尘；水硬性和疏水性的粉尘不宜采用湿法除尘；比电阻过大或过小的粉尘不宜采用电除尘，处理磨损性粉尘时，旋风除尘器内壁应衬垫耐磨材料，袋式除尘器应选耐磨滤料。具有爆炸性危险的粉尘，必须采取防爆措施。

除尘技术发展到今天，已经建立起一个较为完备的技术体系，能针对不同污染源采取相应有效的除尘工艺。在我国，对工业所产生的粉尘污染较为重视，对其处理方法、排放标准有相应的法律和技术规范，今后的发展方向主要是对粉尘进行可靠、高效低耗的处理;对于建筑业所造成的粉尘污染也开始重视起来，但是对于城市裸露地表的管理以及砂石、粘土路面的防尘还不够重视，今后应加强这方面的研究。