高温工业废气过滤除尘技术研究进展
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静电除尘是利用高压电源和一对电极 （放电极 及集尘板） 产生不均匀的电场以分离捕集气流中的 粉尘。电除尘效率可达 90%～99.6%，捕获尘粒平均粒 径为 5μm，压力损失低。但一次性投资和运行费用 高，对于高温含尘烟气需要在高压条件下才能有稳 定的电晕电荷，还存在粉尘的比电阻和气体成分等 性质的敏感性及电极的腐蚀等问题，对于含尘煤气 还存在电火花引起爆炸的问题。 2.4 过滤除尘
湿法除尘利用含尘气体与水或其它液体相接触 时,水滴和尘粒的惯性碰撞及其他作用而把尘粒从气 流中分离出来。其突出优点是可同时对有害气体进 行净化；但易产生二次污染，耗能高，用于高温除尘
CFMT 中国铸造装备与技术 1 ／ 2009
1
专题综述 REVIEW
其流程长，操作复杂，运行费用高，故此法很少运用。 2.3 静电除尘
2.江西省萍乡市新安工业有限公司，江西省萍乡市 337000）
摘要：介绍了高温工业废气除尘技术的种类及特点，讨论了过滤式除尘器的种类和过滤机理，重点综述了 国内外高温工业废气除尘技术的研究现状，最后探讨了高温工业废气除尘技术的发展趋势。
关键词：工业废气，过滤除尘，综述 中图分类号：X701．2;文献标识码：A；文章编号：1006－9658（2009）01－7 Abstract: The kinds and characteristics of dust removal technology for high temperature exhaust gas have been introduced with discussion about the kinds and filtering mechanism of the filtered type dust remover,with emphasis on the research status at home and abroad of the dust removal technology for high temperature exhaust gas and the developing trend of the dust removal technology for high temperature exhaust gas has been discussed finally. Keywords: exhaust gas，dust removal technology
（1） 筛滤作用。过滤器的滤料网眼一般为 5~ 50μm，粉尘粒径大于网眼直径或粉尘沉积在滤料间 的尘粒间空隙时，粉尘即被阻留。对于新织物滤料， 由于纤维间的空隙远大于粉尘粒径，所以筛滤作用 很小，但当滤料表面沉积大量粉尘形成粉尘层后，筛 滤作用显著增强。
（2）惯性碰撞作用。一般粒径较大的粉尘主要依 靠惯性碰撞作用捕集。当含尘气流接近滤料的纤维
（3）拦截作用。当含尘气流接近滤料纤维时，较 细尘粒随气流一起绕流,若尘粒半径大于尘粒中心到 纤维边缘的距离时，尘粒即因与纤维接触而被拦截。
（4）扩散作用。对于小于 1μm 的尘粒，特别是小 于 0.2μm 的亚微米粒子，在气体分子的撞击下脱离 流线，象气体分子一样作布朗运动，如果在运动过程 中和纤维接触，即可从气流中分离出来。这种作用即 称为扩散作用，它随流速的降低、纤维和粉尘直径的 减小而增强。
法除尘、静电除尘、过滤除尘等。 2.1 旋风除尘
旋风除尘是使含尘气体作旋转运动，利用离心 力作用将尘粒从气流中分离并捕集下来。
该种除尘器历史悠久，应用广泛，型式繁多，结 构简单，没有运动部件，造价便宜，维护管理方便； 除尘效率一般达 85％左右，其可分离粒径较大，只能 用于高温除尘的预处理。 2.2 湿法除尘
目前，世界上多数国家（特别是我国）的主要能 源依然是煤炭，而煤炭的燃烧是高温含尘废气的最 主要来源。随着经济的发展，环保要求日趋严格。因 此，新的高温工业废气除尘技术是亟需开发的重要 课题。
基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目（J200714001）资助 收稿日期：2008－08－10 文章编号：2008－109 作者简介：冯胜山（1965-），男，研究员，主要从事环境工程材料的研
（5）静电作用。许多纤维编织的滤料，当气流经 过时，由于摩擦会产生静电现象，同时粉尘在输送过 程中也会由于摩擦和其它原因而带电，这样会在滤 料和尘粒之间形成一个电位差,当粉尘随着气流趋向 滤料时,由于库仑力作用促使粉尘和滤料纤维碰撞并 增强滤料对粉尘的吸附力而被捕集,提高捕集效率。
（6）重力沉降作用。当缓慢运动的含尘气流进入 除尘器后，粒径和密度大的尘粒，可能因重力作用而 自然沉降下来。
4 过滤除尘器的主要种类 4.1 袋式过滤除尘器
袋式除尘器是目前使用最多的过滤式除尘器。 其除尘效率高，对亚微米级粉尘也有很高的除尘效 率，不会造成二次污染，便于直接回收干料。袋式除 尘器在大气污染的治理方面做出了巨大贡献，目前 国内外应用越来越广，已占除尘设备的 80%。但在燃 煤电厂锅炉高温除尘等方面，袋式除尘技术尚未能 完全适应，有待进一步改进和完善,这与滤材性能提 高和技术进步密切相关。
过滤除尘是使含尘气流通过过滤材料而将粉尘 分离捕集。采用廉价的砂、砾、焦炭等颗粒物作为滤 料的颗粒层除尘器，在高温废气除尘方面引人注目。 过滤除尘的除尘效率可高达 99％。采用耐高温纤维 织物作滤料的袋式除尘器，在工业尾气的除尘方面 应用较广。
美国电力研究院（Electric Power Research Insti－ tute）曾综合除尘效率、经济性等因素，对各种高温气 体除尘技术作过总结，结果如表 1 所示[5]。
滤料是组成袋式除尘器的核心，其性能对袋式 除尘器操作有很大影响。选择滤料时必须考虑含尘
气体的特征，如粉尘和气体性质（温度、湿度、粒径和 含尘浓度等）。性能良好的滤料应容尘量大，吸湿性 小，效率高，阻力低，使用寿命长；同时具备耐湿、耐 磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。
袋式除尘器的滤料种类较多。按滤料材质分，有 天然纤维、无机纤维和合成纤维等。按滤料结构分， 有滤布和毛毡两类。按连续使用的温度（干态），可把 滤料分为三类：低于 130℃为常温滤料；130~200℃为 中温滤料；高于 200℃为高温滤料。可耐 200℃以上高 温的常用滤料种类及其特性如表 2 所示[7]。
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2 2~3 3
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1②
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2④
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水介稳
有机
阻燃性
定性
溶剂
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注：表中 1、2、3、4 表示纤维理化特性的优劣排序，依次表示优、良、一般、劣。 ①经硅油、石墨、聚四氟乙烯等后处理；②除水杨酸；③除 HF；④除苯酚、草酸。
专题综述 REVIEW
高温工业废气过滤除尘技术研究进展
Research Progress in Dust Removal Technology for High Temperature Exhaust Gas
冯胜山 1
许顺红 1 刘庆丰 1 曹金宏 1 鲁晓勇 1 李金山 2 王存贵 2 （1.湖北工业大学机电研究设计院，武汉市 430070；
1 高温工业废气除尘的特点 冶金、机械、化工、电力等行业的各种工业炉窑
所排放出来的废气不仅温度高，而且含有大量的粉 尘和有害气体，是造成环境污染的主要因素之一。高 温条件下，由于废气粘滞力有较大变化，湿度大幅下 降，细颗粒凝聚现象大为降低，所以对微粒的分离有 较高难度[1]。布袋式除尘器不能承受废气的高温，湿 式除尘使其热能又不能得到综合利用；静电除尘又 存在一次投资高，占地面积大和绝缘等方面的问题[23]。目前，我国高温工业含尘废气的处理方法大多是 通过水冷凝，将高温废气降至 200℃左右，再用布袋 除尘器除尘，这不仅增加了冷凝设备的投资和运行 费用，也使大量的热能流失[4]。
究与开发
高温废气除尘具有如下特点[1]： （1）所要求净化的含尘气体温度高，高达 600~ 1400℃； （2）废气中粉尘颗粒细，通常粒径<5~10μm，甚 至在亚微米级； （3）净化标准高，出口浓度要求 10~50mg/m3，甚 至更小。
2 高温工业废气除尘技术的种类 高温工业废气除尘技术的种类有：旋风除尘、湿
结构复杂
陶瓷编织袋 >99.5 1.2~3.7 54
烧结金属
>99.9
4.9~ 14.7
45
多孔陶瓷管 >99.9 4.9~14.7 99
968 4304 4702
耐久性差
容易堵死抗 腐蚀能力差
容易堵死
时，气流将绕过纤维，其中较大的粒子（大于 1μm）由 于惯性作用，偏离气流流线，继续沿着原来的运动方 向前进，撞击到纤维上而被捕集，所有处于粉尘轨迹 临界线内的大尘粒均可到达纤维表面而被捕集。这 种惯性碰撞作用，随着粉尘粒径及气流流速的增大 而增强。因此，提高通过滤料的气流流速，可提高惯 性碰撞作用。
表 2 常用高温滤料的物理化学性能聚乙撑二胺 聚苯撑恶二唑
聚苯硫醚 聚亚酰胺 聚四氟乙烯 无碱玻璃纤维 中碱玻璃纤维 不锈钢纤维
nomex Conex Kermel 聚恶二唑 Ryton P-84 Teflon
Bekinox
使用温度/℃
连续
瞬间
干
湿 上限
204
种类 旋风除尘器
表 1 高温废气除尘技术比较
捕集效 压力损 粉尘容量/ 过滤材料投 主要问题
率（％） 失/kPa m3·（h·m2）-1 资/美元·m-2
<90 7.5~9.8 65875
除尘效率低
浅式固定颗粒床 >99 3.7~7.4 720
20451 清除能力差
CPC 移动颗粒床 >99 6.2~8.7 1080
190 240
204
190 240
200
180 240
190
180 220
190
220
260
280
260
280
200～260①
290
200～260
270
450
400 510
力学性能
化学稳定性
抗拉 抗磨 抗折 无机酸 有机酸 碱 氧化剂
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1~2 2~3 2~3
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过滤式除尘器的滤尘过程比较复杂，一般来讲， 粉尘粒子在捕集体上的沉降，是多种沉降机理联合 作用的结果。而且，随着滤料的空隙、气流流速、粉尘 粒径以及其它原因的变化，各种机理对不同滤料的 过滤性能的影响也不同。
3 过滤除尘的机理 由于过滤除尘的除尘效率高，近年来对其研究
最为广泛。惯性碰撞、拦截、扩散、重力和静电作用等 粉尘粒子的沉降机理是分析过滤式除尘器滤尘机理 的理论基础。根据不同粒径的粉尘在流体中运动的 不同力学特性，过滤除尘机理涉及以下几方面。
全滤饼式过滤除尘器（表面过滤器）的滤材仅仅 起一个支撑滤饼的骨架作用，系统始终维持在一个 最优的滤饼厚度范围内，让粉尘形成的滤饼高效过 滤粉尘。它具有耐高温（～1000℃），不易结雾，不易堵 塞，清灰效果好，操作维修方便，价格低等特点，对于 超细粉尘 （5μm 以下） 的烟气排放浓度可控制在 5mg/Nm3 以下，特别适用于处理粘附性强及吸湿性 强的粉尘[8]。 4.4 烧结多孔金属过滤除尘器
对于袋式除尘器，新滤袋的除尘效率不高，滤袋 使用一段时间后，陆续通过筛滤、碰撞、拦截、扩散、 静电和重力沉降等 6 种除尘机理，使得粗尘粒首先 被阻留，并在网孔之间产生“架桥”现象，很快在滤布
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CFMT 中国铸造装备与技术 1 ／ 2009
专题综述 REVIEW
表面形成一层所谓粉尘初层。在以后的除尘过程中， 初层便成了滤袋的主要过滤层,而滤布只起着支撑骨 架作用。粉尘初层形成后，使滤布成为对粗、细粉尘 皆有效的过滤材料，过滤效率剧增。对于 1μm 以上 的尘粒，主要靠惯性碰撞；1μm 以下的尘粒，主要靠 扩散：总的过滤效率可达 99％以上。研究在不同条件 下各种机制对除尘效率的影响,有助于控制影响袋式 除尘器的工作条件,改善袋式除尘器的工作性能[6]。
4.2 颗粒床过滤除尘器 颗料床除尘器是利用物理和化学性质非常稳定
的固体颗粒如硅砂等组成过滤层，通过颗料间的空 隙和曲折通道来发挥过滤作用，实现对气体的除尘。 颗粒床除尘器具有耐高温、持久性好的优点，且能连 续自清灰而实现连续过滤除尘，除尘效率一般在 90%以上，最高可达 99%。 4.3 全滤饼式过滤除尘器
湿法除尘利用含尘气体与水或其它液体相接触 时,水滴和尘粒的惯性碰撞及其他作用而把尘粒从气 流中分离出来。其突出优点是可同时对有害气体进 行净化；但易产生二次污染，耗能高，用于高温除尘
CFMT 中国铸造装备与技术 1 ／ 2009
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专题综述 REVIEW
其流程长，操作复杂，运行费用高，故此法很少运用。 2.3 静电除尘
2.江西省萍乡市新安工业有限公司，江西省萍乡市 337000）
摘要：介绍了高温工业废气除尘技术的种类及特点，讨论了过滤式除尘器的种类和过滤机理，重点综述了 国内外高温工业废气除尘技术的研究现状，最后探讨了高温工业废气除尘技术的发展趋势。
关键词：工业废气，过滤除尘，综述 中图分类号：X701．2;文献标识码：A；文章编号：1006－9658（2009）01－7 Abstract: The kinds and characteristics of dust removal technology for high temperature exhaust gas have been introduced with discussion about the kinds and filtering mechanism of the filtered type dust remover,with emphasis on the research status at home and abroad of the dust removal technology for high temperature exhaust gas and the developing trend of the dust removal technology for high temperature exhaust gas has been discussed finally. Keywords: exhaust gas，dust removal technology
（1） 筛滤作用。过滤器的滤料网眼一般为 5~ 50μm，粉尘粒径大于网眼直径或粉尘沉积在滤料间 的尘粒间空隙时，粉尘即被阻留。对于新织物滤料， 由于纤维间的空隙远大于粉尘粒径，所以筛滤作用 很小，但当滤料表面沉积大量粉尘形成粉尘层后，筛 滤作用显著增强。
（2）惯性碰撞作用。一般粒径较大的粉尘主要依 靠惯性碰撞作用捕集。当含尘气流接近滤料的纤维
（3）拦截作用。当含尘气流接近滤料纤维时，较 细尘粒随气流一起绕流,若尘粒半径大于尘粒中心到 纤维边缘的距离时，尘粒即因与纤维接触而被拦截。
（4）扩散作用。对于小于 1μm 的尘粒，特别是小 于 0.2μm 的亚微米粒子，在气体分子的撞击下脱离 流线，象气体分子一样作布朗运动，如果在运动过程 中和纤维接触，即可从气流中分离出来。这种作用即 称为扩散作用，它随流速的降低、纤维和粉尘直径的 减小而增强。
法除尘、静电除尘、过滤除尘等。 2.1 旋风除尘
旋风除尘是使含尘气体作旋转运动，利用离心 力作用将尘粒从气流中分离并捕集下来。
该种除尘器历史悠久，应用广泛，型式繁多，结 构简单，没有运动部件，造价便宜，维护管理方便； 除尘效率一般达 85％左右，其可分离粒径较大，只能 用于高温除尘的预处理。 2.2 湿法除尘
目前，世界上多数国家（特别是我国）的主要能 源依然是煤炭，而煤炭的燃烧是高温含尘废气的最 主要来源。随着经济的发展，环保要求日趋严格。因 此，新的高温工业废气除尘技术是亟需开发的重要 课题。
基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目（J200714001）资助 收稿日期：2008－08－10 文章编号：2008－109 作者简介：冯胜山（1965-），男，研究员，主要从事环境工程材料的研
（5）静电作用。许多纤维编织的滤料，当气流经 过时，由于摩擦会产生静电现象，同时粉尘在输送过 程中也会由于摩擦和其它原因而带电，这样会在滤 料和尘粒之间形成一个电位差,当粉尘随着气流趋向 滤料时,由于库仑力作用促使粉尘和滤料纤维碰撞并 增强滤料对粉尘的吸附力而被捕集,提高捕集效率。
（6）重力沉降作用。当缓慢运动的含尘气流进入 除尘器后，粒径和密度大的尘粒，可能因重力作用而 自然沉降下来。
4 过滤除尘器的主要种类 4.1 袋式过滤除尘器
袋式除尘器是目前使用最多的过滤式除尘器。 其除尘效率高，对亚微米级粉尘也有很高的除尘效 率，不会造成二次污染，便于直接回收干料。袋式除 尘器在大气污染的治理方面做出了巨大贡献，目前 国内外应用越来越广，已占除尘设备的 80%。但在燃 煤电厂锅炉高温除尘等方面，袋式除尘技术尚未能 完全适应，有待进一步改进和完善,这与滤材性能提 高和技术进步密切相关。
过滤除尘是使含尘气流通过过滤材料而将粉尘 分离捕集。采用廉价的砂、砾、焦炭等颗粒物作为滤 料的颗粒层除尘器，在高温废气除尘方面引人注目。 过滤除尘的除尘效率可高达 99％。采用耐高温纤维 织物作滤料的袋式除尘器，在工业尾气的除尘方面 应用较广。
美国电力研究院（Electric Power Research Insti－ tute）曾综合除尘效率、经济性等因素，对各种高温气 体除尘技术作过总结，结果如表 1 所示[5]。
滤料是组成袋式除尘器的核心，其性能对袋式 除尘器操作有很大影响。选择滤料时必须考虑含尘
气体的特征，如粉尘和气体性质（温度、湿度、粒径和 含尘浓度等）。性能良好的滤料应容尘量大，吸湿性 小，效率高，阻力低，使用寿命长；同时具备耐湿、耐 磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。
袋式除尘器的滤料种类较多。按滤料材质分，有 天然纤维、无机纤维和合成纤维等。按滤料结构分， 有滤布和毛毡两类。按连续使用的温度（干态），可把 滤料分为三类：低于 130℃为常温滤料；130~200℃为 中温滤料；高于 200℃为高温滤料。可耐 200℃以上高 温的常用滤料种类及其特性如表 2 所示[7]。
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注：表中 1、2、3、4 表示纤维理化特性的优劣排序，依次表示优、良、一般、劣。 ①经硅油、石墨、聚四氟乙烯等后处理；②除水杨酸；③除 HF；④除苯酚、草酸。
专题综述 REVIEW
高温工业废气过滤除尘技术研究进展
Research Progress in Dust Removal Technology for High Temperature Exhaust Gas
冯胜山 1
许顺红 1 刘庆丰 1 曹金宏 1 鲁晓勇 1 李金山 2 王存贵 2 （1.湖北工业大学机电研究设计院，武汉市 430070；
1 高温工业废气除尘的特点 冶金、机械、化工、电力等行业的各种工业炉窑
所排放出来的废气不仅温度高，而且含有大量的粉 尘和有害气体，是造成环境污染的主要因素之一。高 温条件下，由于废气粘滞力有较大变化，湿度大幅下 降，细颗粒凝聚现象大为降低，所以对微粒的分离有 较高难度[1]。布袋式除尘器不能承受废气的高温，湿 式除尘使其热能又不能得到综合利用；静电除尘又 存在一次投资高，占地面积大和绝缘等方面的问题[23]。目前，我国高温工业含尘废气的处理方法大多是 通过水冷凝，将高温废气降至 200℃左右，再用布袋 除尘器除尘，这不仅增加了冷凝设备的投资和运行 费用，也使大量的热能流失[4]。
究与开发
高温废气除尘具有如下特点[1]： （1）所要求净化的含尘气体温度高，高达 600~ 1400℃； （2）废气中粉尘颗粒细，通常粒径<5~10μm，甚 至在亚微米级； （3）净化标准高，出口浓度要求 10~50mg/m3，甚 至更小。
2 高温工业废气除尘技术的种类 高温工业废气除尘技术的种类有：旋风除尘、湿
结构复杂
陶瓷编织袋 >99.5 1.2~3.7 54
烧结金属
>99.9
4.9~ 14.7
45
多孔陶瓷管 >99.9 4.9~14.7 99
968 4304 4702
耐久性差
容易堵死抗 腐蚀能力差
容易堵死
时，气流将绕过纤维，其中较大的粒子（大于 1μm）由 于惯性作用，偏离气流流线，继续沿着原来的运动方 向前进，撞击到纤维上而被捕集，所有处于粉尘轨迹 临界线内的大尘粒均可到达纤维表面而被捕集。这 种惯性碰撞作用，随着粉尘粒径及气流流速的增大 而增强。因此，提高通过滤料的气流流速，可提高惯 性碰撞作用。
表 2 常用高温滤料的物理化学性能聚乙撑二胺 聚苯撑恶二唑
聚苯硫醚 聚亚酰胺 聚四氟乙烯 无碱玻璃纤维 中碱玻璃纤维 不锈钢纤维
nomex Conex Kermel 聚恶二唑 Ryton P-84 Teflon
Bekinox
使用温度/℃
连续
瞬间
干
湿 上限
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种类 旋风除尘器
表 1 高温废气除尘技术比较
捕集效 压力损 粉尘容量/ 过滤材料投 主要问题
率（％） 失/kPa m3·（h·m2）-1 资/美元·m-2
<90 7.5~9.8 65875
除尘效率低
浅式固定颗粒床 >99 3.7~7.4 720
20451 清除能力差
CPC 移动颗粒床 >99 6.2~8.7 1080
190 240
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力学性能
化学稳定性
抗拉 抗磨 抗折 无机酸 有机酸 碱 氧化剂
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过滤式除尘器的滤尘过程比较复杂，一般来讲， 粉尘粒子在捕集体上的沉降，是多种沉降机理联合 作用的结果。而且，随着滤料的空隙、气流流速、粉尘 粒径以及其它原因的变化，各种机理对不同滤料的 过滤性能的影响也不同。
3 过滤除尘的机理 由于过滤除尘的除尘效率高，近年来对其研究
最为广泛。惯性碰撞、拦截、扩散、重力和静电作用等 粉尘粒子的沉降机理是分析过滤式除尘器滤尘机理 的理论基础。根据不同粒径的粉尘在流体中运动的 不同力学特性，过滤除尘机理涉及以下几方面。
全滤饼式过滤除尘器（表面过滤器）的滤材仅仅 起一个支撑滤饼的骨架作用，系统始终维持在一个 最优的滤饼厚度范围内，让粉尘形成的滤饼高效过 滤粉尘。它具有耐高温（～1000℃），不易结雾，不易堵 塞，清灰效果好，操作维修方便，价格低等特点，对于 超细粉尘 （5μm 以下） 的烟气排放浓度可控制在 5mg/Nm3 以下，特别适用于处理粘附性强及吸湿性 强的粉尘[8]。 4.4 烧结多孔金属过滤除尘器
对于袋式除尘器，新滤袋的除尘效率不高，滤袋 使用一段时间后，陆续通过筛滤、碰撞、拦截、扩散、 静电和重力沉降等 6 种除尘机理，使得粗尘粒首先 被阻留，并在网孔之间产生“架桥”现象，很快在滤布
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CFMT 中国铸造装备与技术 1 ／ 2009
专题综述 REVIEW
表面形成一层所谓粉尘初层。在以后的除尘过程中， 初层便成了滤袋的主要过滤层,而滤布只起着支撑骨 架作用。粉尘初层形成后，使滤布成为对粗、细粉尘 皆有效的过滤材料，过滤效率剧增。对于 1μm 以上 的尘粒，主要靠惯性碰撞；1μm 以下的尘粒，主要靠 扩散：总的过滤效率可达 99％以上。研究在不同条件 下各种机制对除尘效率的影响,有助于控制影响袋式 除尘器的工作条件,改善袋式除尘器的工作性能[6]。
4.2 颗粒床过滤除尘器 颗料床除尘器是利用物理和化学性质非常稳定
的固体颗粒如硅砂等组成过滤层，通过颗料间的空 隙和曲折通道来发挥过滤作用，实现对气体的除尘。 颗粒床除尘器具有耐高温、持久性好的优点，且能连 续自清灰而实现连续过滤除尘，除尘效率一般在 90%以上，最高可达 99%。 4.3 全滤饼式过滤除尘器