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除尘基础知识 安全环保部陈砚雄 目录 第一章工业粉尘及除尘基础第二章机械除尘第三章通风机的性能 结构 第一章工业粉尘及除尘基础 第一节工业粉尘的来源及危害在工业生产过程中经常散发各种粉尘 如果不加控制 它将破坏车间空气环境 危害工人身体健康和损坏机器设备 还会污染大气环境造成公害 为了控制工业粉尘的产生和散发 改善车间空气环境和防止大气污染 必须了解工业粉尘的来源和它的危害 采取各种措施控制粉尘 使工人的工作现场达到卫生标准 环保设施的排放达到排放标准 第一节工业粉尘的来源及危害 粉尘是指能悬浮于空气中的固体微粒 在工业生产过程中所产生的粉尘叫做工业粉尘 1 粉尘产生的原因有以下几方面 固体物质的机械粉碎 研磨过程 如选矿 耐火材料与铸造车间中的破碎机 球磨机等散发的粉尘 粉末状微粒物料的混合 过筛 运输及包装过程 物质的不完全燃烧或爆炸 如锅炉烟气中夹杂的大量烟尘 物质被加热时产生的蒸气在空气中凝结或被氧化 例如 高炉出铁时形成的氧化铁 由于在物质氧化 升华 蒸发和冷凝的过程中形成的固体微粒比一般工业粉尘小得多 故也称为烟雾 第一节工业粉尘的来源及危害 续 第一节工业粉尘的来源及危害 续 2 粉尘产生的行业与工种 金属矿与非金属矿的采掘和采石业 矿山企业产生粉尘的主要有凿岩 爆破 支柱 运输及选矿等工种 基本建设方面的筑路 开掘隧道和地质勘探等 工厂方面的矿石及岩石加工业的破碎 磨粉 筛分 包装 运输及石料加工成型等工种 第一节工业粉尘的来源及危害 续 玻璃制造业的破碎 磨粉 筛分 配料 拌料和司炉加料等工种 耐火和建筑材料加工业的破碎 磨粉 拌料 运输和窑工等工种 铸造业的碾砂 混砂 造型 烘模 浇铸 开箱 清砂 气割 铸件砂轮清理 砂箱整理和车间天车驾驶等工种 第一节工业粉尘的来源及危害 续 3 粉尘的危害工业粉尘的最大危害是进入人体肺部后可能引起各种尘肺病 其中以矽肺病最为普遍 危害也是最大 矽肺病是由于接尘工人吸入含有游离二氧化硅的粉尘而引起的肺纤维性病变 粉尘还能加速机械磨损 影响生产设备的寿命 粉尘落入电气设备里 有可能破坏绝缘 因而发生事故 建筑结构也会因积尘过多而遭受腐蚀和破坏 第一节工业粉尘的来源及危害 续 排至厂房外的粉尘会污染厂区周围及城镇的大气 不仅危害居民的健康 而且还损害农 林 牧业生产 除此之外 排出的工业粉尘 如不加以回收 可造成经济上的损失 因此 搞好安全防尘和消烟除尘 保护和改善环境是关系到保护职工和居民健康及发展工农业生产的一个重要问题 第二节粉尘及其性质 1 粉尘的定义通风除尘研究的主要对象是悬浮于气体中的粉尘 或称气溶胶 而气体介质则为分散系与固态分散相 粉尘 联系在一起 习惯上对粉尘有许多名称 如灰尘 尘埃 煤灰 砂尘 粉末等等 而这些名称又没有明确的界限 为了建立统一的体系 对粉尘作如下定义 第二节粉尘及其性质 续 粉尘 指因机械过程 如破碎 筛分 运输等 而产生的微细粒子 粉尘的粒径范围很广 由细至0 1微米到数百微米 因此如无特殊说明则用粉尘这一名词作为总称 也包括烟尘 粉末等 烟尘 指因物理化学过程而产生的微细固体粒子 例如 冶炼 燃烧 金属焊接等过程中 由于升华及冷凝而形成 烟尘的特点是粒度大都比较细 在1 m以下 第二节粉尘及其性质 续 烟雾 指燃烧草料 木柴 油 煤等生成的黑烟 粒径很细 甚至在0 5 m以下 粉末 指工艺生产中的粉料 通常都比较粗 粉末是生产中的原料或成品 回收后可直接利用 微粒 这是近几年提出的名词 各国对其定义不同 如美国 法国定为3 m以下的固体或液体粒子 在严格排放标准的情况下 需要控制的 不仅是一般的粉尘 而且要针对微粒进行 第二节粉尘及其性质 续 2 粉尘的分类粉尘可以根据许多特征进行分类 这里列举与通风除尘有关的一些分类方法 按粉尘的成分可分为 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 锰及其氧化物等 和人工无机性粉尘 如金钢砂 水泥 耐火材料 石墨等 第二节粉尘及其性质 续 2 有机粉尘 包括植物性粉尘 如棉 亚麻 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 炸药 有机染料等 3 混合性粉尘 包括数种粉尘的混合物 大气中的粉尘通常都是混合性粉尘 第二节粉尘及其性质 续 按粉尘的颗粒大小可分为 可见粉尘 用眼睛可以分辨的粉尘 粒径大于10 m 显微粉尘 在普通显微镜下可以分辨的粉尘 粒径为0 25 m 10 m 超显微粉尘 在超倍显微镜或电子显微镜下才可以分辨的粉尘 径粒小子0 25 m 第二节粉尘及其性质 续 在技术中有时用到超微米粉尘 亚微米粉尘 的名词 指的是粒径在1 m以下的粉尘 粉尘的颗粒大小 粒径 是其重要的物理性质之一 许多其它性质也都与其有关 例如 粉尘对光的散射强度随粉尘的颗粒大小不同而不同 粉尘对人体的危害在很大程度上取决于颗粒大小 对粉尘的吸捕 从气流中清除粉尘等等都要考虑粉尘的粒径大小 第二节粉尘及其性质 续 3 粉尘的形状粉尘由于产生的方式不同而具有不同的形状 在很少情况下是圆球形 植物花粉 孢子等 或其它规则形状 对于不规则形状的尘粒 可以根据其三个方面 长 宽 高 的比例分成三类 第二节粉尘及其性质 续 各向同长的粒子 平板状粒子 针状粒子大多数粉尘属于第一类 对于不规则粉尘 为了评价其对球形的偏离程度 采用 球形系数 的概念 所谓球形系数 s 就是指同样体积的球形粒子的表面积与尘粒实际表面积之比 对于球形粒子 s 1 而对于其它形状的尘粒 s 1 愈接近于球形 s愈接近于1 例如正八面体 s 0 846 立方体的 s 0 806 四面体为0 670 第二节粉尘及其性质 续 4 粉尘的特性块状物料被破碎成细小的粉状微粒后 除了仍然保持原有的主要物理化学性质外 还会出现许多新的特性 与除尘技术密切的那些特性有 粉尘的密度 体积密度 或称容重 真密度 或称尘粒密度 第二节粉尘及其性质 续 粉尘的形状和比表面积同一种粉尘 小颗粒要比大颗粒对设备的磨损程度更为严重 粉尘的比表面积就是单位重量粉尘的表面积 作为衡量粉尘粗细程度的标志 第二节粉尘及其性质 续 安息角粉体的母线同平面的夹角叫做安息角 许多粉尘的安息角大约为35 粉尘的粘附性粉尘具有与尘粒或其它物体表面相互粘附的特性 几个小颗粒粉尘吸附后 形成大的颗粒 当粉尘接触到其他物体表面时 由于分子吸引力以及表面张力 也会产生吸附现象 第二节粉尘及其性质 续 粉尘的爆炸性悬浮在空气中的某些粉尘 当达到一定浓度时 如果存在着能量足够的火源 如火焰 电火花等 就会发生爆炸 具有爆炸危险的粉尘在空气中的浓度只有在一定范围内才能发生爆炸 最低浓度叫做爆炸下限 最高浓度叫做爆炸上限 如无烟煤的爆炸下限是45 55g m3 烟煤的爆炸下限是110 335g m3 天燃气的爆炸下限是5 第二节粉尘及其性质 续 粉尘比电阻 衡量粉尘导电性的指标 低比电阻5x1010 cm 粉尘的亲水性粉尘容易被水湿润 与水接触后会发生凝聚 增重 有利于粉尘从气流中分离 这种粉尘称为亲水性粉尘 如矽砂 如果粉尘很难被水湿润 如石墨 碳黑 这种粉尘称为疏水性粉尘 第二节粉尘及其性质 续 粉尘的分散度工业粉尘都是由粒径不同的颗粒所组成 粉尘的粒径分布叫做分散度 常按0 5 m 5 l0 m 10 20 m 20 40 m 40 60 m 60 m的粒径分组 并用分组的重量百分数 粒径颇率 表示它的分散度 第三节粉尘的扩散过程 粉尘的扩散过程称之为 尘化 尘化 基本上可以分为 一次尘化 和 二次尘化 两种 一次尘化 运动物体诱导气流的作用 剪切气流的作用 综合作用 第三节粉尘的扩散过程 续 图1 2诱导气流产生的尘化 图1 3剪切气流产生的尘化 第三节粉尘的扩散过程 续 综合作用产生的尘化图 二次气流引起粉尘扩散 第四节除尘器的性能指标 1 评价除尘器有下列六项指标 除尘器效率 除尘器阻力 处理风量 设备费和运行费 使用寿命 占地面积或占用空间体积 以上六项指标 前三项属于技术性能指标 后三项属于经济指标 低阻高效 仍然是评价除尘器的主要指标 第四节除尘器的性能指标 续 除尘器全效率除尘器除下的粉尘量与进入除尘器的粉尘量之比称为除尘器的全效率 可用下式计算 式中 除尘器全效率 G1 进入除尘器的粉尘量 mg h G2 除尘器除下的粉尘量 mg h 第四节除尘器的性能指标 续 除尘器分级效率除尘器全效率除了与处理粉尘的比重和除尘器的运行工况有关外 还与粉尘的粒径有很大关系 例如用旋风除尘器处理40 m以上的粉尘时 效率接近100 处理5 m以下的粉尘时 效率会下降到40 左右 因此 用全效率来说明除尘器的除尘效果是不全面的 要正确评价徐尘器的除尘效果 必须按粒径标定除尘器的效率 这种效率称为分级效率 第四节除尘器的性能指标 续 某旋风除尘器分级效率曲线 第四节除尘器的性能指标 续 3 除尘器阻力P含尘气体经过除尘器后 它的压力降落称为除尘器阻力 阻力愈小 动力消耗愈小 运转费用愈低 除尘器的耗电量可根据除尘器的阻力与处理风量 按下式计算 第四节除尘器的性能指标 续 4 风量Q m3 s 或 m3 h 通风机每单位时间内所排送的空气体积 称为风量 又称送风量或流量 风机所产生的风量与风机叶轮直径 转速 叶片型式等有关 其三者之间的关系可用下式表示 第四节除尘器的性能指标 续 5 风压P 帕 Pa 通风机的出口气流全压与进口气流全压之差称为风机的风压 风机所产生的风压与风机的叶轮直径 转速 空气密度及叶轮的叶片型式等有关 其关系可用下式表示 P 9 80 u2 帕 第四节除尘器的性能指标 续 6 漏风率无论是管网或除尘设备都不可能保持十分严密而发生漏风现象 管网漏风主要发生在法兰连接处 调节套 清扫孔以及阀门等处 考虑到漏风点的数量主要取决于管网的长度及繁简程度 所以管网漏风量建议按管网长度来确定 考虑漏风后的总风量按下式计算 第四节除尘器的性能指标 续 除尘净化设备在负压下工作时 也会发生漏风现象 主要是观察孔 检修门 法兰连接处等 有些除尘设备由于本身操作上的需要留有孔洞或缝隙 如电除尘器的石英套管 因此一部分漏风是不可避免的 但旋风和多管除尘器等的卸尘装置是不许漏风的 所以在设计中不应考虑这部分漏风 除尘净化设备的漏风后的总风量用下式计算 第二章机械除尘 由于人类活动创造了现代人类的文明 同时也因为人类的不适当地对待环境的行为 向大气排放的污染物 其数量 浓度和持续时间超过了环境所允许的极限 从而使大气质量恶化 并对某一区域多数居民的身体健康及生活造成明显影响甚至死亡的事件 或影响动植物生长等 第一节概述 第一节概述 续 大气污染物主要来源子人类的活动 即人类生活活动 工业生产和交通运输中的燃料燃烧和生产过程中排放的废气和烟尘 大气的主要污染物有固体颗粒状污染物和气体状污染物两类 第一节概述 续 钢铁工业是大气污染的大户 主要污染源有 1 粉尘 粉尘是钢铁工业生产中主要污染源 矿石破碎 筛分和选矿 烧结机机头 烧结机机尾及原料和成品转运 矿石成球的加工 卸料及转运 焦炭及耐材的破碎 筛分及转运 炼铁的烧结矿 矿槽 焦槽的输送转运及出铁场 炼钢转炉 电炉 以及其它金属熔炼炉和窑炉等 第一节概述 续 2 二氧化硫 主要来自炼铁的烧结机 有色冶炼的烧结机 沸腾炉 转沪 电炉 化铁炉等及各类燃煤窑炉的燃烧烟气等 3 其他烟尘如 石棉 石英 矿物微粒 氟化氢 氯化氢 氯 沥青烟尘等 第一节概述 续 大气中的粉尘成分复杂 粒径分布范围广 是大气污染物的主要物质 粉尘对人体健康的危害程度与粉尘粒径大小有关 一般来说 粉尘粒径愈小 则危害愈大 这是因为粒径愈小 愈不容易沉降 却愈容易被吸入呼吸道 深入到肺部 此外粉尘粒径愈小 表面积愈大 其物理 化学活性愈高 吸附 催化 吸湿等性质 第一节概述 续 所以粉尘是大气污染物的主要来源 是大气中的不定组分 是自然或人为因素造成的 这些物质的数量 浓度和持续时间超过了环境所允许的极限 恶化了大气质量 造成对某一地区多数居民的健康及生活 生产造成明显不利影响 第二节除尘的定义 从气体与微粒子混合物中分离粒子的操作称除尘 有以分离粒子回收有用物质的 也有以获得净化气体为目的的 或两者兼用 除尘这个词不限于收集并丢弃尘埃的工作 粒子不一定局眼于固体 流体粒子也列入除尘的范围 雾滴分离器等也是一种除尘器 第二节除尘的定义 续 一般 直径为100 m亦即0 1以上的粒子很快降落殆尽 不存在分离问题 亦不成为除尘对象 目前作为除尘对象的微粒粒径大概为l00 m至0 l m之间 而10 m以上的粒子易于分离 对人体亦无多大害处 成为问题的是在10 0 l m或1 m左右 特别是l m以下的亚微米粒子分离较困难 也有害于人体 成为目前主要的研究范围 第三节除尘装置及其分类 在我们日常生活和现代工业中 人为地从含尘气体中将固体粒子 粉尘 分离出来 加以捕集的装置称为除尘装置或除尘器 这种操作主要借助机械 通风机 进行 故被称为机械除尘 第三节除尘装置及其分类 续 按照除尘器分离捕集粉尘的主要机理 可将其分成如下四类 1 机械式除尘器 此类除尘器种类多 使用方便 应用广 它是主要利用重力 惯性力 离心力等粉尘的质量力的作用实现粉尘与气体分离的装置 如重力沉降室 惯性除尘器和旋风除尘器等 第三节除尘装置及其分类 续 2 湿式气体洗涤器 又称湿式除尘器 它是使含尘气体与液体互相密切接触 使尘粒从气体中分离出来的装置 如自激喷雾洗涤器 旋风水膜洗涤器 水浴除尘器 泡沫除尘器 文丘里洗涤器和自激式除尘器 机组 等 第三节除尘装置及其分类 续 3 过滤式除尘器 它是使含尘气体通过滤料或多孔的填料层进行过滤分离的装置 如袋式除尘器 颗粒层除尘器及各种过滤器等 4 静电除尘器 它是利用高电压电场使烟气发生电离 气体中的粉尘荷电 在电场作用下与气流分离 第四节重力除尘器 重力除尘器又称重力沉降室 是借助含尘气流中的粉尘本身的重力作用自然沉降下来的一种装置 它的除尘机理为含尘气体从水平方向进入重力除尘器 粉尘靠其重力的作用粉尘粒子逐渐沉降下来 而气体沿水平方向继续前进通过除尘器 从而达到除尘的目的 第四节重力除尘器 续 在重力除尘器中 气流速度越低 越有利沉降细小的粉尘 越有利于提高除尘效率 因此 一般气流速度宜控制在1 2米 秒 除尘效率为40 60 若速度太低 则设备相对庞大 其优点是结构简单 阻力低 50 150帕 初投资低 维修费低 且一般不存在磨损的问题 其缺点是除尘效率低 占地面积大 仅适用捕集大于40 50微米的粒子 第五节惯性除尘装置 惯性除尘器 是使含有烟 尘的气体进入除尘器内 让气流产生急剧的方向改变或受挡板阻挡 撞击 借助气体中尘粒自身惯性力作用而将其分离的装置 第六节离心除尘器 离心除尘器 是使含尘烟气作旋转运动 借作用于尘粒上的离心力 把尘粒从气体中分离出来 并借助尘粒本身的重力沉降在灰斗里 干净气体从上口排出的一种装置 因这种除尘器结构简单 制作方便 若选用适当效率能满足要求的 离心除尘器应用较广 第七节洗涤式除尘器 洗涤式除尘器是采用液滴 液膜 气泡等洗涤含尘的烟气和粒子朝向液滴的惯性 阻拦 扩散的捕集作用 以及使尘粒粘附和相互凝集 然后将尘粒进行分离的一种装置 洗涤式除尘器的除尘机理 与液膜的接触及气体中水分的凝缩作用 尘粒撞击液滴而粘附在液滴上 微粒朝向液滴的惯性 阻拦 扩散作用是往球体上接触捕集 第七节洗涤式除尘器 续 由于烟气增湿 尘粒相互凝聚 因蒸汽以尘粒为核心的凝结 增加了尘粒的凝集作用 尘粒接触液膜和气泡而粘附其上 因此 在洗涤式除尘装置中 以形成大量的液滴 液膜和气泡与含尘气体与烟气很好接触 就能提高气液分离效能 从而提高除尘效率 第七节洗涤式除尘器 续 第七节洗涤式除尘器 第八节袋式除尘器 袋式除尘器又称布袋除尘器 它是一种高效除尘器 能净化尘粒粒径大于0 1 m的微细粉尘 其除尘效率一般可达到99 以上 第八节袋式除尘器 续 袋式除尘器当在运行时滤料上粉尘堆积逐步增加 即滤料的阻力随之增大 当阻力增加到一定值时 一般控制压力损失在1500Pa左右 不含布袋除尘器本体压力损失 时 便要对滤袋上的所捕集的粉尘层进行清灰 使滤袋保持在一定的压力损失上 使除尘器保持在一定效率 第八节袋式除尘器 续 第八节袋式除尘器 续 脉冲喷吹型布袋除尘器 第八节袋式除尘器 续 第八节袋式除尘器 续 第八节袋式除尘器 续 除尘滤料的种类及其性能一台好的布袋除尘器在不断改进清灰技术性能的同时 必须合理选用适宜的滤料 故研制 开发新型滤料 增加滤料品种 对提高布袋除尘器的性能和提高除尘效率及进一步扩展布袋除尘器的应用范围都有着十分重要的意义 近年来 由于化学工业的迅速发展 合成纤维滤料被广泛地应用于袋式除尘器中 第八节袋式除尘器 续 滤料的分类 根据用途分类干式过滤布 主要用于分离气体中的固体物 湿式过滤布 主要用于分离液体中的固体物 第八节袋式除尘器 续 根据滤料所使用材料来分类 1 天然纤维 棉 羊毛 蚕丝等 2 合成纤维 聚酰胺系 聚酯系 聚丙烯腈系 聚丙烯系 聚四氟乙烯系 等 3 无机纤维 玻璃纤维 碳素纤维 陶器纤维 不锈钢纤维等 4 导电性纤维 金属纤维等 第八节袋式除尘器 续 根据纤维的形态来分类 短纤维长纤维单纤维 根据织造方式分类 平纹织 斜纹织 缎纹织 二重织 不织布 第八节袋式除尘器 续 滤料的要求 强度要求 物理强度 经向 纬向断裂强度 经向 纬向断裂伸长率 平面磨损强度 耐折 耐曲挠性能要高 化学强度 耐热性和耐酸碱性 耐腐蚀性能高 集尘效率要高 并要求稳定 粉尘剥离性要好 滤料外型尺寸要稳定 伸长小 第八节袋式除尘器 续 耐磨性 平纹 斜纹 缎纹柔软性 缎纹 斜纹 平纹空隙率 缎纹 斜纹 平纹细孔径 缎纹 斜纹 平纹 第八节袋式除尘器 续 滤料根据原料可组成许多种 而同一种原料又可织成多种性能不同的滤料 这些滤料由于原料和织物的各异可使用在不同性质烟尘和温度下 在选用时应注意烟尘性质 粒径 温度 酸碱性等及选用过滤风速 滤袋允许容尘量 另外还须考虑选用清灰方式 如脉冲喷吹 逆喷型 反吹风清灰等等 第八节袋式除尘器 续 目前我国生产的各种化学纤维滤料有 聚脂纤维 聚酸胺纤维 聚酰亚胺纤维 聚丙烯睛纤维 聚乙烯醇纤维 聚四氟乙烯纤维等系列 第九节静电除尘器 静电除尘器是利用高压直流电作用在不均匀电场内产生强的电场强度 使气体发生电离 即电晕放电 生成大量的负离子 自由电子和正离子 当含尘气流通过这部分空间时 不均匀电场 自由电子 负离子或正离子就附着在尘粒上 使尘粒荷电 在电场力的作用下 荷电尘粒向着异性电极运动 到达异性电极后 进行电性中和 粉尘粒子沉集到电极上 然后用机械振打或水冲洗的方法将沉集的粉尘层清除掉 从而达到尘粒与气流分离目的 第九节静电除尘器 续 静电除尘器的特点 静电除尘器是一种高效除尘器 能净化烟尘初含尘浓度从0 lg m3 50g m3或更高浓度的烟尘 因捕尘作用力 库仓力是直接作用于悬浮在气体中的粒子 而不是作用于含尘气体 故装置内阻力损失极小 一般只为100 300Pa左右 所以电功率消耗小 第九节静电除尘器 续 第九节静电除尘器 续 静电除尘器 除尘效率高 可达99 9 但从经济方面考虑 一般控制除尘效率在95 99 的范围内 静电除尘器处理气体量大 范围广 从几米3 时 几百万米3