（安全技术及工程专业论文）袋式除尘器设计方法的研究.pdf

东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d yo nm e t h o do fd e s i g n i n gb a gh o u s e a b s t r a c t r a p i dd e v e l o p m e n to fi n d u s t r yp r o m o t e st h ed e v e l o p m e n to ff e r t i l i t y , h o w e v e r ，i t a l s op o l l u t et h ea i r a tt h es a m et i m e ，t h ep e o p l el o n gf o rc l e a n e ra n dc l e a n e ra i r , s ot h e a m e r i c a ne n v i m n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c ya n de u r o p e a nc o m m u n i t yh a v ei s s u e dn e w a i rq u a l i t ys t a n d a r di ns u c c e s s i o n c h i n aw i l la l s oi s s u e dt h es t r i c td i s c h a r g i n gs t a n d a r d t h i sr e q u i r em o r ee x c e l l e n tc l e a n e r b a gh o u s ei sr e c o g n i z e da sf a s h i o n a b l ec l e a n e rt h a th a sh i 曲e f f i c i e n c ya n da d a p tt o a l lk i n d so fd u s t ，h o w e v e r , o u rr e s e a r c ho nb a gh o u s ei s n tv e r yi n t e n s i v ea n ds o m ek e y t e c t m o l o g i e sm o s t l yr e l yo i li m p o r t t h i sp a p e rc o n s u l t sal a r g ea m o u n to fl i t e r a t u r ef r o mm a n yc o u n t r i e s b a s e do n f i l t r a t i o nm e c h a n i s m ，i td i s c u s s e sd u s tr e m o v a 1m e c h a n i s mo f b a gh o u s e t h ep a p e rb u i l d s m o r es c i e n t i f i ca n du s u a ld e s i g nf l o wb a s e do ns u m m a r i z i n gt h em e t h o d so fd e s i g n i n g m a n yt y p e so fb a gh o u s e d a t u mc o l l e c t e da n dn e a t e n e db yt h ep a p e rc a ng i v es o m e s u g g e s t i o n sf o rt h ec h o i c eo fd e v i c e k e yw o r d s ：b a gh o u s e ，f i l t r a t i o nm e c h a n i s m ，c h o i c eo f d e v i c e ，s o r t ，m e t h o do f d e s i g n 一一 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果 除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包 括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：王j 藉 日 期：2 忤1 1 l j ) o 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定： 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名_ - 王一 签字臼期：2 曲忱绎1 j j 3 0 日 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 粉尘的危害 自从工业化大生产以来，工业生产的迅速发展在促进经济社会发展的同时，也 不可避免的带来了对环境的污染。尽管通过生产工艺和净化技术的不断完善，逐渐 减少了污染物的排放量，但每年污染物的排放总量仍在不断增加。其中对大气的主 要污染物是粉尘。我国烟尘排放总量每年为2 4 1 6 万t ，其中工业粉尘排放量每年为 9 1 7 万t 。粉尘对人体健康、环境、生态、经济都会产生不良的影响。空气中粉尘的 危害是多方面的，主要表现为对人体健康的危害，对生产及产品质量的影响和对大 气的污染三个方面。 1 1 1 对人体健康的危害 有毒的粉尘，如金属微粒( 铅、铬，镍、锰等) 进入人体后可损害血液、大脑 等，严重时可引起中毒，以致死亡。而一般性的粉尘进入人体后可能引起各种尘肺 病，如硅肺病、石棉肺病、煤肺病等。一般来说，粉尘越细，粉尘的比表面积越大， 则其化学活性、吸附性及悬浮性增强，对人体的危害就越严重。大于1 0pm 的粉尘， 由于重力和碰撞作用而很容易沉积到上呼吸道的粘液中，不能到达肺部。而5 pm 1 0ui t 的粉尘可进入到呼吸系统内部，但大多都沉积到气管和支气管内，只有一部 分进入到肺泡内。5ui t i 以下的粉尘则大部分能沉积在肺泡内，其中2 “m 的粉尘在 肺泡内的沉积率最高。所以5um 以下的粉尘对人体的危害最严重，是防止的重点。 1 1 ，1 1 对呼吸器官的危害 尘肺、矽肺等疾病主要是由大量小于3 5um 的尘粒所引起的。影响尘肺病发 病的主要因素是：粉尘的化学成份、粒径及分散度、空气中粉尘的浓度、接触含尘 空气的时间以及劳动强度和个人身体状况等。从表1 - 1 可以看出控制大气中可吸入 颗粒物排放的意义。 表卜l 颗粒物的粒径和浓度变化与人体健康的关系 t a b l e1 1t h er e l a t i o na m o n gp a r t i c u l a t es i z e ，c o n c e n t r a t i o na n dh e a l t h 粒径( m ) 大气中颗粒物浓度的变化( ug m 3 )非事故死亡率( ) p m l 0 每天增加5 0增加2 ，5 8 5 p m 2 5 每天增加2 5增加2 0 6 ，0 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 1 2 毒陛反应 由毒性粉尘引起，如铅进入人体内有蓄积作用，会造成慢性铅中毒。吸入镀尘 会造成铍中毒，严重时可导致人死亡。 1 1 2 对生产和经济的影响 1 1 2 1 影晌产品质量 有些产品对杂质要求很严格，混入粉尘后会影响产品的质量等级，甚至会导致 其成为废品。如集成电路、感光胶片、化学试剂及医药品等。对粉尘要求严格的产 品应在洁净室内进行生产”1 。 1 1 2 2 磨损设备 有些精密仪器如微电机等混入粉尘后可造成磨损，降低精度和使用寿命。如果 通过空气机械设备的空气中含有粉尘，则将因粉尘而降低其运行寿命。粉尘还可能 造成电气开关失灵、破坏电机绝缘等，甚至会造成事故，影响生产正常进行。 1 1 3 对大气的污染 粉尘是大气污染物之一，全世界每年排入大气中的粉尘量约为1 亿t ，我国每 年排入大气的粉尘量约为o 2 8 万t 。许多工业生产过程中均产生大量的粉尘，产尘 量的大小与生产技术水平和控制措施有关。 排放到大气的粉尘粒径大于1 0 um 且能较快沉降到地面的粉尘称为降尘。降尘 可污染地面，对植物生长有影响，并成为二次扬尘的尘源。粒径小于1 01 tm 的粉尘 能较长时间在大气中漂浮，称为飘尘。大气飘尘可能吸附有害气体、液体及某些金 属元素，随着人们的呼吸而进入肺部，造成疾病或中毒。另外，大气飘尘还会降低 大气的可见度，促使烟雾的形成。 1 2 袋式除尘技术在工业除尘上的应用 1 2 1 在钢铁工业的应用 袋式除尘器在我国钢铁工业中应用相当广泛，矿石破碎、筛分、皮带转运、焦 化、耐火材料、铁合金、炼铁、炼钢大多采用袋式除尘器。以上海宝钢为例，宝钢 一期工程采用袋式除尘器1 0 9 台，占全厂除尘设备总数的7 0 ，处理烟气量1 8 1 8 万 m 3 h ，总装机容量2 8 万千瓦，整体运行效果良好，最高排放浓度为2 2 1 m g m 3 。全 年回收尘量4 7 5 万t ，其中直接返回生产流水线2 4 2 万t ，造小球送烧结用1 9 5 万 t ，回收利用率9 2 ，取得了良好的经济效益、环境效益和社会效益“”。 一2 一 东北大学项士学位论文第一章绪论 1112 毒 生反应 由毒性粉尘引起，如铅进入人体内有蓄积作用，会造成慢性铅中毒。吸入镀尘 会造成铍中毒，严重时可导致人死亡。 11 2 对生产和经济的影响 1 1 2 1 影响产品质量 有些产品对杂质要求很严格，混入粉尘后会影响产品的质量等级，甚至会导致 其成为废品。如集成电路、感光胶片、化学试剂及医药品等。对粉尘要求严格的产 品应在洁净室内进行生产“1 。 1 1 2 2 磨损设备 有些精密仪器如微电机等混入粉尘后可造成磨损，降低精度和使用寿命。如果 通过空气机械设备的空气中含有粉尘，则将因粉尘而降低其运行寿命。粉尘还可能 造成电气开关失灵破坏电机绝缘等，甚至会造成事故，影响生产正常进行。 1 1 3 对大气的污染 粉尘是大气污染物之一，全世界每年排入大气中的粉尘量约为i 亿t ，我国每 年排入大气的粉尘量约为02 8 万t 。许多工业生产过程中均产生大量的粉尘，产尘 量的大小与生产技术水平和控制措施有关。 排放到大气的粉尘粒径大于1 0 u 1 2 1 且能较快沉降到地面的粉尘称为降尘。降尘 可污染地面，对植物生长有影响，并成为二次扬尘的尘源。粒径小于l o p m 的粉尘 能较长时间在大气中漂浮，称为飘尘。大气飘尘可能吸附有害气体、液体及某些金 属元素，随着人们的呼吸而进入肺部，造成疾病或中毒。另外，大气飘尘还会降低 大气的可见度，促使烟雾的形成。 1 2 袋式除尘技术在工业除尘上的应用 12 1 在钢铁工业的应用 袋式除尘器在我国钢铁工业中应用相当广泛，矿石破碎、筛分、皮带转运、焦 化、耐火材料、铁合金、炼铁、炼钢大多采用袋式除尘器。以上海宝钢为例，宝钢 一期工程采用袋式除尘器1 0 9 台，占全厂除尘设备总数的7 0 ，处理烟气量1 8 8 万 i n 3 h ，总装机容量2 8 万千瓦，整体运行效果良好，最高排放浓度为2 2 1 m g m 3 。全 年回收尘量4 7 5 万t ，其中直接返回生产流水线2 42 万t ，造小球送烧结用1 95 万 t ，回收利用率9 2 ，取得了良好的经济效益、环境效益和社会效益“”。 t ，回收利用率9 2 ，取得了良好的经济效益、环境效益和社会效益“”。 2 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 2 在水泥工业的应用 2 0 0 2 年我国的水泥产量达到5 2 亿t ，连续数年高居世界第一位。每生产i t 水 泥，大约需要加工3 t 物料，我国水泥行业的粉尘排放量高达每年1 0 0 0 万t 以上， 是全国粉尘排放量极大的工业部门之一。过去水泥厂给人的印象是烟囱林立、浓烟 滚滚、厂区内和房顶上到处是水泥粉尘。雨现在日产2 0 0 0 t 水泥的北京昌平水泥厂 却是另一番景象。烟囱基本上看不见烟，周围居民误认为还没有生产，一进厂门， 办公楼前，一块绿草茵茵的大草坪，厂内干净、整齐，这都是采用袋式除尘器的结 果。北京昌平水泥厂除了在窑头使用一台电除尘器外，其它尘源点共采用了5 0 多台 袋式除尘器。采用美国富乐公司技术设计制造的1 6 3 0 0 m 3 的大型高温反吹风袋式除 尘器，排放粉尘浓度为2 4n a g m 3 ，该机每小时可回收原料6 t ，每年回收原料4 3 4 2 0 0 t ， 价值2 5 9 2 万元。不但取得良好的环境效益，还得到了较好的经济效益。 1 2 3 在铝工业的应用 近十几年来，我国铝工业得到了长足的发展。铝冶炼生产是以氧化铝为原料， 氟化盐为熔剂，碳素材料作导体。用电解法制取金属铝的生产过程。主要设备是电 解槽，生产过程中产生大量的氟化物和粉尘等有害物，是一个污染较严重的生产工 艺。例如贵州铝厂和广西平果铝厂在使用脉冲袋式除尘器后，出口浓度明显下降。 采用袋式除尘器净化铝电解槽烟气系统，技术成熟、运行可靠、有效地控制电解槽 烟气污染，比较彻底地解决了电解槽的烟气污染问题。 1 3 课题的意义 目前，随着袋式除尘器滤料等配套件生产技术的不断成熟和完善，尤其是过滤 材料和清灰方式的革命性迸步，使得袋式除尘器的技术性能取得了质的飞跃。最近 国内在消化吸收国外先进技术的基础上，成功地将袋式除尘器应用到了电厂高温烟 气除尘( 内蒙古呼和浩特电厂、河南焦作电厂) 。到目前为止，除尘机组运行状况 良好。另外，最近几年新兴的垃圾焚烧产业。由于垃圾焚烧后会产生可能致癌的二 垩英和重金属等严重危害生态环境的有害粉尘1 ，国家环保总局将袋式除尘器作为 垃圾焚烧炉的配套设备，并强制使用。随着国家环保标准的日益严格，许多行业人 士一致认为袋式除尘器将会逐渐成为烟气治理产业的主导产品。 此外，国家环保政策对烟尘排放要求有了极大的提高，新的火电厂污染物排 放标准( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) 已经发布，新标准中对燃煤电厂的烟尘排放浓度提高到了 5 0 m g m 3 。一部分地方环保部门提出了更加严格的要求，北京市从2 0 0 2 年3 月1 日 一3 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 起执行的北京锅炉污染物综合排放标准( d b l1 1 9 2 0 0 2 ) ，烟尘和二氧化硫的排放 允许浓度严于很多先进国家标准，从2 0 0 5 年11 月1 日起，已运行的火电厂锅炉烟 尘排放浓度仅允许3 0 m g n m 3 ，目前的运行的电除尘器即使即使改为五电场、六电场也 很难满足排放要求。2 0 0 3 年7 月1 日实行的排污费征收使用管理条例，将对企 业征收排污费、超标排放部分加倍收费。根据目前的形势，对目前运行的静电除尘 器进行改造已经势在必行。 我国的袋式除尘产业近l o 年来获得了迅速发展，国内已有了一大批的袋式除尘 器专业生产厂家。在袋式除尘器的机理研究、结构形式、清灰技术、控制以及滤料 和滤袋等方面均取得可喜的进步。但是，我国的袋式除尘器技术，尤其是设计技术 距德国和日本等发达国家的水平还有一定的距离。 我国目前的大型袋式除尘器设计理论基本上处于经验阶段。技术创新能力还不 是很强。相比一些发达国家先进的计算机模拟技术，我国的设计能力还比较落后。 目前运行的许多袋式除尘器都存在气流分布不均、滤袋使用寿命过短等问题。袋式 除尘器的设计是一个复杂的系统工程。在工程实践当中会有各种各样的难题，因此 在袋式除尘器设计时，应尽可能全面地考虑各种因素：如安装场地、处理风量、烟 气的浓度、温度、品质等多种因素对设备整体性能的影响。 本论文就是在借鉴、分析国内外袋式除尘器设计的一些成功经验的基础上，尝 试建立袋式除尘器科学、标准的设计程序。希望论文中所做的工作能对我国的袋式 除尘器设计起到一定的借鉴作用。 一4 一 东北大学硕士学位论文 第二章袋式除尘器工作原理 第二章袋式除尘器工作原理 2 1 袋式除尘器分类 2 1 1 按清灰方式分类 清灰是使袋式除尘器能长期持续工作的决定性要素。清灰的基本要求是从滤袋 上迅速而均匀她剥落沉积的粉尘，同时又要求能保持一定的一次粉尘层，并且不损 伤滤袋和消耗较小的动力。袋式除尘器按其清灰方式的不同可分为：机械振打式、 逆气流清灰式、脉冲喷吹式“1 。 2 1 1 1 机械振打式 机械振打式袋式除尘器是利用 机械装置振打或摇动悬吊滤袋的框 架，使滤袋产生振动而清落积灰。 图2 1 a 是水平方向振打，通常在上 部振打，也可在中部振打。图2 一l b 是垂直方向振打，也可利用偏心轮 高速旋转造成较高频率的振动取 得。图2 1 c 是采用高频振动形式。 图2 1 d 是通过个转动的偏心轮 和摇杆的作用，使振动圆管左右往 复地旋转运动，导致滤袋上下、左 右摇动。 m a ) 水平振打b ) 垂直振打c ) 快速振打d ) 复合振打 图2 - l 机械振打清灰 r i g2 - 1 m o d eo f d u s tr e m o v e sb ym a c h i n eq u i v e r i n g 2 1 1 2 逆气流清灰 逆气流清灰是利用与过滤气流相反的气 流，使滤袋产生变形并使之产生振动而使粉尘 层脱落。反向气流的作用只是引起附着于滤袋 表面的粉尘脱落的原因之一，更主耍的是滤袋 变形导致粉尘层脱落。图2 2 是逆气流清灰示 意图。逆气流清灰多采用分室工作制，利用阀 门自动开闭，逐室地产生反向气流。反向气流 可由系统主风机供给，或者由专设的反吹风机 供给。逆气流清灰在整个滤袋上的气流分布较 一5 00 箴强四日 图2 - 2 逆气流清灰示意图 f i g 2 2s k e t c ho f d u s tr e m o v e s b ya i r f l o w - r e v e r s e ， 皇 鲁且。 “昂h澎盐。 1， 。 f l m巡。 效吾姑n筘婊赫川辫 东北大学硕士学位论文 第二章袋式除尘器工作原理 均匀，振动不剧烈，对滤袋的损伤较小，但清灰作用较弱，因而允许的过滤风速较 低。某些逆气流清灰装置设有产生脉动作用的机械结构( 自动开、闭阀门) ，使反 向气流产生脉动作用，从而会增加清灰能力。 2 1 1 3 脉冲喷吹清灰 将压速空气在极短的时间内( 不超过0 2 s ) 高速喷入滤袋，同时诱导数倍于喷 射气量的空气，使滤袋由袋口至底部产生剧烈的膨胀和冲击振动，产生很强的清落 积灰的作用( 见图2 - 3 ) 。在滤袋袋口大多装有引射器加速诱导作用。根据脉冲喷 吹气流与净化前气流方向的异同，有逆喷与顺喷两种方式。逆喷式为两股气流方向 相反，净化后的气流由袋口排出。顺喷式为两股气流方向一致，净化后的气流由滤 袋底部排出。 图2 - 3 脉冲清灰原理图 f i g 2 - 3s c h e m a t i co f d u s tr e m o v i n gb y j e t 2 1 2 按滤袋形状分类 2 1 2 1 圆袋 大多数袋式除尘器都采用圆形滤袋。圆袋受力均匀，支撑骨架及连接简单，清 灰所需动力较小，检查维护方便。圆形滤袋直径通常采用中1 2 0 m m c p 3 0 0 m m 。袋长 2 1 0 m 。袋径过小，气流的流动受影响。过大则受滤料幅宽和加工制作的限制。增 加滤袋长度，可节约占地面积，但过长会影响脉冲喷吹式、机械回转反吹式袋式除 尘器的清灰效果。 2 1 2 2 扁袋 扁袋通常呈平板形，一般宽约0 5 1 5 m ，长约l 2 m ，厚度以及滤袋闻距为 一6 东北大学硕士学位论文第二章袋式除尘器工作原理 2 5 5 0 m 。扁袋内部设有骨架( 或弹簧) 支撑。扁袋布置紧凑，可在同样体积空间布 置较多的过滤面积，一般能节约空间2 0 4 0 。但扁袋结构较复杂，制作要求较高， 滤袋之间易被粉尘堵塞。 2 1 3 按通风方式分类 2 1 3 1 吸出式( 负压式) 除尘器设在风机负压段，除尘器内空气被风机吸出形成负压。除尘器必须采取 密闭结构。风机吸入的是净化后的气体，因而风机叶轮的磨损较小，并且不易发生 因附着粉尘而产生的喘振等类事故，当用于处理高温度、有毒性的气体时，除尘器 本身也易于采取保温及防护措施。 2 1 3 2 压入式( 正压式) 除尘器设在风机正压段，含尘气流经风机压入除尘器，使除尘器在正压下工作。 压入式除尘器净化后的气体可直接排到大气中，净气则不需采用密封结构，构造简 单，节省管道，造价较吸入式低2 0 3 0 。但因含尘气体通过风机，风机叶片磨损 较大。当粉尘腐蚀性和附着性都较强或含尘浓度大于3 9 m 3 时不宜采用。对于处理 高湿和有毒气体较不利。 2 1 4 按进气口位置分类 2 1 4 1 上进风 含尘气流从袋室上部进入除尘器，粉尘沉降方向与气流流动方向一致，有利于 粉尘沉降。但是滤袋需设置上、下两块花板，结构复杂。 2 1 4 2 下进风 含尘气流从滤袋室底部或灰斗上部进入除尘器。这种除尘器结构较简单，但是 气流在袋室中是自下向上，与清落粉尘的沉降方向相反，容易使粉尘重返滤袋表面， 影响清灰效果，并增加设备阻力。 2 1 5 按滤尘方向分类 2 1 5 1 外滤式 含尘气体由滤袋外侧向滤袋内侧流动，粉尘被阻留在滤袋外表面。外滤式可采 用圆袋或扁袋，袋内需设置骨架，以防止滤袋被吸瘪。脉冲喷吹、逆气流反吹等清 灰方式多用外滤式。 2 1 5 2 内滤式 含尘气体由滤袋内侧向滤袋外侧流动，粉尘被阻留在滤袋内侧表面。内滤式多 用于圆袋。机械振打式清灰和逆气流清灰多用内滤式。内滤式因滤袋外侧是清洁气 7 一 东北大学硕士学位论文 第二章袋式除尘器工作原理 体，当被过滤气体无毒且温度不高时，可以在不停机情况下进入袋室内检修。 2 2 过滤除尘机理 袋式除尘是采用过滤技术将空气中的固体颗粒物与空气进行分离的过程。过滤 技术目前主要有纤维过滤、膜过滤和颗粒过滤。尽管这三种方式都能达到将气溶胶 中固体颗粒物分离出来的目的，但它们的分离机理是不一样的“1 。 2 2 1 纤维过滤 篓一三一- t 1 d , , l i d 疏松地填充在一起组成的过滤介质，纤：d1 夏p 彳r 彳“l 维的取向与气流方向垂直，粒子大多数l r ，、七o 掣p 甚c t d ! i 玉i 沉积在介质内部。在气流中插入圆柱、l ：另。z k = 仄= 。l 圆球类障碍物，障碍物与气体及其中粒c = i 二o ? q on 叩幻= i 子之间存在较大的相对运动，粒子在障l = - 二二= 爿= 划一f 工l - 一j 将式2 - 2 ，式2 - 3 代入式2 - l 中得到 一譬= 叩篑( 尚) 出( 式2 啕 一8 一 东北大学硕士学位论文第二章袋式除尘器工作原理 算 考虑到入出口浓度，求解上式，得到下式： e = 1 一了c o = 1 一e x p ( _ 锈尚班) ( 式2 _ 5 ) 谗由障碍物的形状与配置而决定，在圆柱和球形障碍物的场合分别用下式计 谗= l 圆柱 z d o 土球 2 d o 2 2 2 膜过滤 膜技术是一种发展非常迅速的新型 技术，膜过滤仅是膜技术中的一个方面。 前几年在我国迅速推广应用的覆膜滤 料，近两年开始研究的渗膜滤料，都是 用膜过滤原理。膜过滤采用的是微孔滤 膜，它通常是由高分子聚合物制成的， 厚度一般为1 0 0 1 5 0um ，有时也可以 ( 式2 - 6 ) 蕊磁隘 abc a 通孔型 b 网络型c 非对称型 图2 - 5 几种有代表性的膜断面结构 f i g 2 - 5c o n f i g u r a t i o no f s e v e r a lf i l m s 制成更薄一些和更厚一些的微孔滤膜。微孔滤膜一般说来孔径十分均匀。常见的微 孔滤膜的扫描电镜图像表明它们属于多孔体结构，如图2 - 5 ，其形态通常可分为以 下几种“”。 2 2 2 1 通孔型 例如核孔膜，它是以聚碳酸酯为基材，利用核裂变时产生的高能射线将聚碳酸 酯链击断，然后再以适当的刻蚀液刻蚀而成。所得膜孔是里圆通状垂直贯通于膜面， 孔径高度均匀。 2 2 2 2 网格型 这种膜的微观结构与开孔型的泡沫海绵类似，膜体结构基本上是对称的。 2 2 2 3 非对称型 由非对称型微孔膜正、反两面及横断面扫描电镜照片可以看出，膜的正、反面 都有比较规整的圆孔，其孔径由膜的正面向膜的反面方向逐渐缩小。这种膜的最大 孔径取决于膜反面上的最大孔径。这种正、反面孑l 径不同的结构使得在过滤过程中， 9 东北大学硕士学位论文 第二章袋式除尘器工作原理 正面- - f l f j 恰好承担预过滤的任务。 2 2 3 颗粒过滤 滤袋表面附着的粉尘层在袋式除尘器工作过程中起着重要作用。研究颗粒过滤 是把颗粒介质作为收尘体的集合来分析。颗粒介质的概念性表达是由p a y a t a k e s 和 t i e n 等人提出来的。 假定均匀、随机填充的过滤介质是由许多串连的单元床层组成。单元床层的厚 度l 称为周期长度。其定义为：对于由几乎等大小的颗粒组成的，各边长为n l 的立 方体过滤器，当n 一。时，此立方体内有n 3 个颗粒，因此，周期长度l 为 广丌 3 k i 南f d g ( 式2 - 7 ) 6 ( 1 一占) j p 、 其中d g 是颗粒平均直径。 对于过滤过程来说，每个单元床层包括许多特定形状、粒度或粒度分布的收尘 体，其效率e 可由每个收尘体的效率来确定。单个收尘体的效率取决于其周围的流 场、粒子从悬浮体中输运到收尘体表面的特性和机理，以及粒子在收尘体表面上的 粘附。 把颗粒过滤器看成是许多收尘体的集合，则可用各个收尘单元床层的收尘效率 来表示过滤器的收尘能力。描述过滤器性能的总效率e 定义为 e = 生c 塑 ( 越) i n 、。7 其中，c 。巴，分别表示入口和出口气流的粒子浓度。此外，在大多数气溶胶文 献中，过滤器的性能常用透过率p 表示。 e = i p ( 式2 - 9 ) 用c 。表示流出第i 个单元床层的悬浮体的粒子浓度，则第i 个单元床层的效率 为 岛2 署 。 这样，总效率可表示为 e = i 一兀( 卜q ) ( 式2 1 1 ) 一1 0 一 东北大学硕士学位论文第二章袋式除尘器工作原理 n 是单元床层的总数。对厚度为l 的过滤层，串联的单元床层总数为 ， = ( 式2 - 1 2 ) f 气溶胶粒子在颗粒层中的浓度变化遵循对数规律，即 a 导= 一z c ( 式2 - 1 3 ) uz 其中 为过滤系数，c 为气溶胶质量浓度。 过滤系数通常是与时间和位置有关的函数。即它既随着时间也随着在过滤器内 位置的变化而变化。然而在任意时刻将式2 1 0 应用于某个单元床层，则可认为在此 单元床层内 是常数，这是由于l 很小，约为一个过滤颗粒的直径。因此，对式2 1 0 ， 从z = ( i - 1 ) 1 到z = i l 积分，即 1 1 1 旦土：朋 c f a l = 一l n ( 1 一e f ) a ：! i n 1 _ z 1 一e f 对于e l l 的情况，上式成为 一e l 。此处忽略下标i 。在每个单元床层中， 有许多收尘体，这些收尘体可能是大小不等的，因此具有不同的效率。单元床层效 率e 是这些收尘效率的加权平均值。 东北大学硕士学位论文第三章设备选型 3 1 滤料的选择 第三章配件的选择 3 1 1 根据含尘气体的特性选择滤料 3 1 1 1 含尘气体的温度 含尘气体的温度是选用滤料的首要因素。按连续使用的温度( 干态) ，把滤料 分为三类：低于1 3 0 。c 为常温滤料，1 3 0 * c 2 0 0 * c 为中温滤料，高于2 0 0 为高温滤 料。表3 1 中列出了各种纤维材质可供连续长期使用的温度，以及考虑到由于设备 和管理的原因而允许的瞬时使用上限温度。通常要求按表中连续使用温度一栏选定 滤料。对于气体温度激烈波动的工况条件，宣选择安全系数稍大一些，但瞬时峰值 温度不得超过滤料的上限温度。对于高温烟气，可以直接选用高温滤料，也可以在 采取冷却措旌后选用常温滤料，宜通过技术经济分析比较后确定”1 。 3 1 ，1 ，2 含尘气体的湿度 在通风除尘领域，当湿度大于8 时，或者相对湿度超过8 0 时，称为湿含尘 气体。对于湿含尘气体在选择滤料及进行系统设计时应注意：湿含尘气体会使滤袋 表面捕集的粉尘润湿粘结，尤其对吸水性、潮解性粉尘，甚至会引起糊袋。为此应 选用材质为尼龙、玻璃纤维等表面滑爽、易清灰的滤料，并应对滤料使用硅油或碳 氟树脂浸渍处理，或在滤料表面使用丙烯酸、聚四氟乙烯等物质进行涂布处理。最 新开发的p t f e 覆膜滤料具有更优良的耐湿和易清灰性能。 表3 1 在连续使用温度栏中分别列出在干、湿工况时的常用温度值，在设计时 应酌情选用。 3 1 1 3 含尘气体的腐蚀性 通常在化工废气和各种炉窑烟气中常含有酸、碱、氧化剂、有机溶剂等多种化 学成份。不同纤维的耐化学性是不一样的。表3 - 1 列出各种纤维耐无机酸、有机酸、 碱、氧化剂、有机溶剂的优劣排序“”。 滤料材质韵耐化学性往往受温度、湿度等多种因素的交叉影响。例如在滤料市 场广泛使用的聚酯纤维，在常温下具有良好的力学性能和耐酸碱性，但在较高的温 度下，对水气十分敏感，容易发生水解作用，使强力大幅度下降。在选用滤料时必 须根据含尘气体的化学成分，抓住主要因素，择优选定材质。 一1 2 y 东北大学硕士学位论文第三章设备选型 表3 - i 滤料常用纤维的理化特性“4 1 t a b l e3 - 1p h y s i c sa n dc h e m i cc h a r a c t e ro fo r d i n a r yf i b e r 使用温度( )力学性能化学稳定性 水 介阻 纤维名称连续 无 有氧 有 稳 燃 瞬间 抗抗抗 机定性 干湿上限机机碱化 拉 磨折溶 性 酸 酸剂 剂 棉 7 59 0322411 “23 l24 毛 8 09 5 4 2 2224224 聚丙稀 8 51 0 01221 “2l1 “222i4 聚酰胺 9 01 0 0 l 2 23 “43231 243 共聚丙稀腈 1 0 51 1 52221 2l321 243 均聚丙稀腈 1 2 5 1 4 0 2 2 2 2 1 3 21 224 聚酯 1 3 09 01 5 02222i 22 32243 聚已撑二胺 t 8 01 5 02 2 0 l 1l3 2 2 “3 3232 聚对苯酸胺 1 9 0 1 6 0 2 3 02222223232 聚苯硫醚 1 9 02 2 0222l11 241ll 聚亚酰胺 2 4 02 6 02222ll ”22l21 注：表中l ，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 3 1 2 根据粉尘的性状选用滤料 粉尘的性状包括粉尘的化学性和物理性。本节着重讨论粉尘的物理性能对滤料 的材质、结构以及后处理等方面的影响。 3 1 2 1 粉尘的形状和粒径分布 粉尘的形状分为规则形和不规则形。一般地，自然界形成的气溶胶微粒和高温 燃烧过程生成物多为规则形粉尘。大多数工艺过程产生的尘粒多为不规则形粉尘。 规则形粒子表面光滑，比表面积小，在经过过滤介质时不易被拦截凝聚。不规则形 粒子形状特殊，表面粗糙，比表面积大，在经过过滤介质时容易被拦截凝聚。 粉尘的粒径有定向粒径和沉降粒径，在工业除尘中大多采用沉降粒径。工业粉 尘粒径分布基本上符合正态分布规律，但也可用罗辛一拉姆勒( r o s i n - - r a m m l e t ) 一广- 东北大学硕士学位论文 第三章设备选型 分布函数表示： r 。= l o o e 一励4( 式3 - i ) r x 为粒径为x 时的筛上率( ) 。x 为粉尘的粒径。b 为粉尘细度系数，b 越 大分布曲线越靠左，表示粒径组分越细。n 为均一分布指数，r l 越小表示粒径分布范 围越广。 细颗粒尘难捕集，捕集后形成的粉尘层较密室，过滤性好但不利于清灰。粗颗 粒易捕集，捕集后形成的粉尘层较疏松，有利于清灰但过滤性不好。 表3 - 2 各类工艺过程排放粉尘的性质 t a b l e3 - 2c h a r a c t e ro fp a r t i c l er e l e a s e db ym a n yk i n d so ft e c h n i q u e s 密度( c m 3 ) 平均粒径含尘浓度比电阻 序号尘源 ( u m ) ( 甜) r q c m ) 真假 l细煤粉锅炉 2 02 10 62 0 5 01 0 l l 2 重油锅炉1 0 2 o0 20 1 0 31 0 4 1 0 6 3烧结炉5 1 03 410 5 2 51 0 1 0 1 0 1 2 4 转炉 o 25o 72 0 7 01 0 8 1 0 1 1 5 电炉 0 2 l o4 50 6 1 53 3 01 0 9 1 0 1 2 6 化铁炉 1 52 o0 83 51 0 6 10 1 2 7 水泥 1 0 2 030 6l o1 0 ”1 0 “ 8骨料干燥器 2 02 51 15 01 0 1 1 1 0 1 2 9黑液回收锅炉o 2 3 10 1 351 0 9 l o铜精炼 0 14 50 22 5 8 01 0 8 1 0 1 1 1 1 黄铜熔化炉 o 1 0 1 54 80 2 5 1 2 1 0 1 2 锌精炼 35o 55 1 0 1 0 1 3 1 3 铝精炼 8 5 显气孔率( ) ( 1 5 显气孔率( )( 0 ，1 常温耐压强度( 1 口p a ) t 0 常温耐压强度( m p a ) ( o 1 ( 4 ) c t 陶瓷复合钢耐磨材料 该产品是利用铝热反应产生的高温使反应物呈熔融状态，通过离心力 作用在钢管内壁涂敷一层三氧化铝( 刚玉) 陶瓷层。该产品具有电好的耐 热性、耐磨性、耐磨蚀性，有任意焊接和后加工之特点。c t 陶瓷复合 钢管的性能见表5 2 。 一3 7 东北大学硕士学位论文 第五章除尘系统设计 表5 - 2c t 陶瓷复合钢管的性能 t a b l e5 - 2c a p a b i l i t yo fs t e e lt u b ec o m p o u n d e dw i t hc h i n a w a r e 性能数值 物理性能 陶瓷层重( g c i r 2 ) 3 8 3 9 7 陶瓷层线膨胀系数( 2 0 1 0 0 0 ) ( k “) 8 5 7 1 0 陶瓷层显微硬度( m p a )1 0 0 0 6 0 0 机械性能复合钢管压馈强度( m p a ) 4 5 0 陶瓷层与钢管结台强度( m p a ) 3 4 平均摩擦力矩( n e m ) 1 3 6 7 耐磨性能 磨扣量( g ) 0 0 0 5 3 5 1 3 3 常用管道部件 除尘管道都应设置一些必要的零部件，以满足系统技术性能的检测， 相关参数的调整和安全运行的要求。这些部件包括检测孔、检查孔、清扫 孔和防爆装置等。 r 1 ) 风道测孔 一般除尘系统上有温度测孔、湿度测孔、风量风压测孔和粉尘浓度测 孔。测孔设置地点一般是： a 除尘系统管道上，主要测定管道的压力分布和风量大小，以便对系 统风量进行调整。 b 风机前后的总管上，主要用于测定风机性能和工作状态，如风量、 风压等。 c 除尘器前后，主要用于测定除尘器的技术性能，如设备漏风率、风 量分配等。 d 吸尘罩附近，主要是测定吸尘点抽风量、初始含尘浓度和吸尘罩内 的负压。 e 烟囱上，主要用于测定净化后气体的排放浓度。 ( 2 ) 清扫孔 虽然在管道设计时选择了防止粉尘沉积的必要流速。但是由于在弯 头、三通管等局部构件处，气流形成的涡流是几乎无法消除的，特别是遇 一3 8 ，一 东北大学硕士学住论文 第五章除尘系统设计 到含尘气体温度变化、速度变化时，都会有粉尘在哪里沉积。另外，由于 生产设备间隙运行及一些未考虑到的因素，粉尘在管道内也会沉积。为了 保证除尘系统正常运行，需要对除尘管道定期进行清扫。清扫孔的位置应 在管道的侧面或上部。对于大型管道、直径大于5 0 0 m m 者，在弯头、三 通、端头处都应设清扫入孔。 5 2 除尘系统设计计算 5 2 1 除尘系统设计计算步骤 ( 1 ) 绘制管网计算草图，为了便于计算，可在图上注明节点编号和各管 段的风量、管长、局部阻力系数等计算参数。 ( 2 ) 分析管网的结构特性，建立各环路的组合关系。从主环路开始，以 “主、次”为序，将各管段的有关计算参数填入风管设计计算表。 ( 3 ) 通过技术经济分析选择合适的主环路管内设计风速，并计算主环路 中各管段的管径和压力损失值。 ( 4 ) 用假定流速、反算管径计算风压损失的方法求出各支环路的压力损 失，并计算出主、支环路在并联结点处的风压平衡率r l 主环路风压损失一支环路风压损失 玎2 王雨甄涯孤f 一 ( 式5 - 1 ) 1 主环路风压损失 l 风1 若r l 在1 0 内，则认可计算结果，否则重新调整设计风速和管径进行 风压平衡计算，直到n 满足设计要求为止。 ( 5 ) 根据系统的总风量和总风压损失选择风机。 5 2 2 管道内气体流速的确定 管道内气体流速应根据粉尘性质确定，气速太小，气体中的粉尘易沉 积，影响除尘系统正常运转。气速太大，压力损失会成平方增长，粉尘对 管壁的磨损加剧，使管道的使用寿命缩短。 垂直管道内的气体流速应小于水平和倾斜管道的气速，水平和倾斜管 道内的气速应大于最大尘粒的悬浮速度。在除尘系统中，管道内各截面的 气速是不等的，气体在管道内分布也是不均匀的，并且存在着涡流现象。 同时还应能够吹走风机前次停转时沉积于管道内的粉尘。 一3 9 东北大学硕士学位论文 第五章除尘系统设计 5 2 3 除尘管道直径和气体流量的计算 ( 1 ) 气体流量的计算 对于圆形管道的气体流量计算式为： q = 3 6 0 0 ；d ：y g 对于矩形管道的气体流量计算式为： q = 3 6 0 0a b vg o 一气体流量，i l l 3 h 。 d 。一圆形管道的内径，m 。 a 、b 一矩形管道的边长，m 。 v 。一管道内的气体流速，m s 。 ( 2 ) 管道直径计算 d = 4 q 一：堡 3 6 0 0 删g、2 8 2 0v g ( 式5 2 ) ( 式5 3 ) ( 式5 4 ) 为防止粉尘堵塞管道，除尘系统最小管径如表5 - 3 所列。但在医药工 业、精细化工等领域因粉尘细微，也有更小直径的管道。 表5 - 3 除尘系统最小管径 t a b l e5 - 3m i n i m u md i a m e t e ro fd u s tr e m o v i n gs y s t e m 粉尘种类 最小直径( m m ) 粉尘种类最小直径( m m ) 细粒粉尘 o8 0 粗粉尘 中15 0 可能含有大块物 较粗粒粉尘 中1 0 0 o2 0 0 料的混合物粉尘 5 2 4 管道中的阻力损失计算 含尘气体在管道中流动时，会发生含尘气体和管壁摩擦引起的压力损 失，以及含尘气体在经过各种管道附近或设备而引起的局部压力损失。 5 2 4 1 舍尘气体管道的摩擦阻力损失 含尘气体管道的摩擦阻力损失包括气体管道的摩擦阻力损失和由于 粉尘的流动所引起的附加摩擦阻力损失。 一4 0 一 东北大学硕士学位论文第五章除尘系统设计 对于圆形管道，含尘气体管道的摩擦阻力损失为： 奶= 五击譬( - + c g 善) ( 式s _ 9 ) c g - - 含尘气体中粉尘的质量浓度，。52 丽面 c 一气体的含尘浓度，g m 3 。 v g 一气体在管道中的浓度，m s 。 s 。一粉尘在管道中的速度，m s 。 5 2 4 2 局部阻力损失 局部阻力损失在管件形状和流动状态不变时正比于动压掣，可按下 式计算： 名：善譬 ( 式5 - 1 0 ) 局部阻力系数善一般用实验的方法确定。 5 2 4 3 管道的总压力损失 除尘系统管道的总压力损失是直管的摩擦压力损失和管道中局部压 力损失之和： 凹叫寺毋字 式中m 一流体压力损失附加系数，i n - - - - 1 1 5 1 2 0 。 除尘系统的总压力损失是管道压力损失和各设备压力损失之和。 一4 l 一 东北大学硕士学位论文 第六章结论 第六章结论 伴随着国家环保标准的日益严格和一些新型产业的出现，袋式除尘器 会逐渐成为烟气除尘领域的主导型产品。模块化、标准化设计是袋式除尘 器的发展方向。 1 本论文根据袋式除尘器的不同特征，对其进行了科学的分类，并对 不同型式的袋式除尘器适用的场合进行了科学分析。在进行除尘工程实践 时，为选择恰当的设计方案提供了可行的理论指导。 2 介绍了国内外几种流行的过滤除尘机理，对下一代滤料技术的改进 具有一定的指导意义。目前国外正在基于这些理论开发