陶瓷工艺学：第一章 粉体制备与性能表征-除尘

陶瓷工艺学

1.6除尘除尘，从含尘气体中除去颗粒物的技术措施。主要是除去人为产生的粉尘。1.6.1除尘的要求1）在能源结构上减少煤的用量，提高燃烧效率。

国务院印发的《“十二五”节能减排综合性工作方案》明确提出，到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤（按2005年价格计算），比2010年的1.034吨标准煤下降16%；全国化学需氧量和二氧化硫排放总量分别控制在2347.6万吨、2086.4万吨，比2010年分别下降8%；全国氨氮和氮氧化物排放总量分别控制在238.0万吨、2046.2万吨，比2010年分别下降10%。

2）规定工厂气体排放标准按照《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）我国火电厂燃煤、燃油机组执行30mg/m3的排放浓度限值，重点地区按照20mg/m3执行（现有火电厂自2014年7月1日起执行，新建火电厂自2012年1月1日起执行）。该标准相比于此前的排放标准（GB13223-2003）规定的50—200mg/m3排放限值有了大幅提高。2012年6月，环保部发布了炼钢工业及钢铁烧结、球团工业大气污染物排放新标准。新标准将颗粒物排放浓度从100mg/m3—150mg/m3调整为20mg/m3—50mg/m3，这就要求企业必然要配套高效除尘设备对颗粒物进行治理。其他行业标准虽未提升，但减排趋势不会改变。

按照《水泥工业大气污染物排放标准（GB4915-2004），我国水泥工业的粉尘也执行较为严格的50mg/m3的排放浓度限值。

但当前我国焦化、电解铝、氧化铝、铁合金、碳素材料、陶瓷等工业的烟尘排放标准仍然在100—150mg/m3之间，与欧美国家现行的排放标准差距很大。显然，这些工业现行排放标准过于宽松，虽然还未提高，但未来无疑将向欧美国家标准接近，排放标准必将更加严格。

上面是工厂对外排放要求。

为了保护劳动者，对生产车间内部还有要求。

3）规定工厂劳动条件针对车间内部，国家有一系列的的环保标准及技术规程。

如GB16225-1996车间空气中矽尘卫生标准、GB16297-1996大气污染综合排放标准、GB9078-1996工业窑炉大气污染排放标准、GB4915-2005水泥厂大气污染排放标准、GB16911-1997水泥生产防尘技术规程、GB13691-1992陶瓷生产防尘技术规程等。表1.15车间里空气中最高容许浓度表1.16车间空气中有害物质最高容许浓度表1.17工业企业噪声卫生标准表1.18工业“废水”中有害物质最高容许排放浓度1.6.2工业粉尘的防治综合防治。

1）选择合理的生产布局

从工厂设计做起。大气运动会将一个地点的悬浮粉尘带至另外地点。生产布局对作业地点的产尘量有一定影响。所以在选择厂房位置时，应考虑自然条件对企业生产的影响、以及企业与周边区域的相互影响。厂房的选址不应在居住区、学校、医院和其他人口密集的被保护区域内建设工厂；厂址应选在被保护对象全年最小频率风向的上风侧；在同一区域内有多个企业时，应避免彼此间的的污染物产生交叉污染。厂房区平面布置产生粉尘的生产设施应布置在厂区全年最小频率风向的上风侧，且地势开阔、通风条件良好的地段，应避免采用封闭式或半封闭式的布置形式；

产生粉尘的车间与产生毒物的车间分开，并与其他车间及生活区之间有一定的卫生防护绿化带。厂房平面结构厂房的迎风面与夏季主导风向宜城60°—90°夹角，最小也不应小于45°；

平面结构以“L”、“U”、“W”型为宜，开口部分应位于主导风向的迎风面，而各翼的纵轴与主导风向成0~45°夹角；在考虑风向的同时，应尽量使厂房的纵向墙朝南北方向，以减少西晒。工艺布局工艺设备和生产流程的布局应使主要工作地点和操作人员多的工段位于车间内通风良好、空气环境清洁的地方；

一些工人多、工艺操作要求高的工作场所，一般应布置在夏季主导风向的下侧，这样可以改善整个生产流程的空气环境，使工人免受粉尘之害；

在布置工艺设备和安排工艺流程时，应该为通风除尘系统的合力布置提供必要的条件。2）选择合理的生产工艺改进生产工艺和燃烧技术可以减少颗粒物的产生。采用湿法工艺抑制起尘。粉碎过程采用湿磨。如某陶瓷厂釉料生产由干碾改为水碾，粉尘浓度由189mg/m3降到2mg/m3以下；1用水磨代替干式砂磨，粉尘由03.9-149mg/m3降为2.46mg/m3。在破碎、筛分、运输等产尘工序前，预先对产尘物料采用液体润湿，是产生的粉尘提前失去飞扬的能力。为了获得更好的防尘效果，预先润湿的所需要的水量可按下式计算：

W=G(dw2-dw1)式中，W-加水量，kg；G-需预先润湿的物料量，kg；dw1、dw2物料的最初与最终含水量，%。物料的最终含水量应根据生产工艺最大容许含水量和除尘最佳含水量等因素决定。最终含水量一般可按下表选取。表1.19物料的最终含水量（1－52）

用于物料润湿的喷嘴，一般采用简单的不易堵塞的丁字型多孔喷水管（固定位置喷水）、鸭嘴型喷水管（移动喷水）。

图1.80丁字形喷水管图1.81鸭嘴性喷水管采用自动化或机械化工艺使劳动者少于粉尘接触。如某厂采用计算机控制彩釉砖自动生产线，从原料加工、成型、烧成全部采用封闭、湿式除尘，车间粉尘浓度符合国家标准。3）喷雾降尘使已经进入空气中的粉尘沉降下来。

通过雾化器的微孔喷出雾状水滴，并与空气中的浮游粉尘接触而捕捉沉降粉尘的方法。是目前广泛应用的一种防尘措施。与其他防尘措施相比，他具有结构简单、使用方便、耗水量少、降尘效率高、费用低等优点。缺点是喷雾降尘将增加作业场所空气湿度，影响作业场所环境。降尘机理截留含尘气流向液滴方向运动，遇到液滴阻碍，流线发生弯曲。图1.82粉尘与水滴的作用示意图1－惯性碰撞；2－截留；3－布朗扩散；4－重力离液滴表面距离在1/2尘粒直径内的尘粒，将与液滴接触，被液滴捕获。惯性碰撞捕获当含尘气流绕过液滴时，由于尘粒比之气体分子有较大的惯性力，尘粒会脱离弯曲的气体流线，与液滴直接相撞，而被液滴捕获。布朗扩散捕获由于气体分子的热运动，含尘气流中的尘粒在随气流运动的运动的同时，伴随有布朗运动（即运行轨迹不规则的运动）。由于布朗运动而使微细粉粒碰撞到液滴而被捕获。尘粒聚结沉降粉尘颗粒通过不同途径接触而结合成较大颗粒，产生沉降。影响喷雾降尘效果的主要因素粉尘与水的湿润性、粉尘的密度润湿性好的粉尘，除尘效率高；反之，除尘效率低。粉尘的密度大，除尘效率高。喷雾作用范围喷雾作用范围指喷出的雾体所占有的空间，如下图所示，分别用作用长度Ｌ＋Ｂ、有效射程Ｂ和扩散角α表示。

图1.83喷雾作用范围有效射程Ｂ、作用长度Ｌ＋Ｂ和扩散角α

作用长度Ｌ＋Ｂ、有效射程Ｂ和扩散角α越大，喷雾作用范围越大，降尘量越大，降尘效果越好。喷雾质量主要指雾滴直径、雾滴密度及雾滴分布情况。雾滴直径是影响捕尘效率的主要因素。

在水量相同的情况下，液滴越细，液滴数量就越多，比表面积加大，接触尘粒的机会就多，产生碰撞、截留、扩散及凝聚效率也高。但液滴直径过细，液滴容易随气流一起运动，减少了粉尘与液体捕集体的相对速度，降低了碰撞效率，且在沉降过程中容易挥发。例如１５微米直径的液滴，在静止空气中蒸发时间为７５秒，在该时间内的沉降距离为０.５米，因此，对于不同粒径的粉粒，有一捕获的最宜液滴粒径范围。一般认为，尘粒直径越小，最宜液滴粒径也应越小。有实验资料认为，液滴直径为尘粒直径的５０～１５０倍为宜。雾滴密度越大，与粉尘接触机会越多降尘效果越好。但太大，将增加耗水量。一般认为，在有效射程内，雾滴的平均密度以１０６～１０８粒／ｍ３为宜。雾滴分布越均匀对降尘效果越有利。液体供给相关参数包括压力、流量、水质、粘度等。它们与喷雾作用范围和质量密度相关。液体压力越大，雾体衰减慢，同一位置的雾滴运动速度、单位体积的雾滴数量越大，雾体分布越好，雾体运动的涡流强度越大，雾滴直径越小，雾滴荷电越强，雾体作用长度、有效射程和扩散角越大，雾化质量越好。水质包括水中悬浮物含量、悬浮物粒径和ＰＨ值。水质差，悬浮物含量多，悬浮物粒径大，容易造成喷嘴堵塞，降低喷雾作用范围与质量。ＰＨ值太大与太小将影响作用环境、腐蚀喷嘴。因此在正常作业条件下，悬浮物含量不得超过１５０ｍｇ／Ｌ，悬浮物粒径不得超过０．３ｍｍ，ｐＨ值应在６～９之间。在液滴直径相同的条件下，供水量越大，液滴数量就多，除尘效率也高。液体的粘度越大，越不易产生细小的颗粒液滴，除尘效率越差。粉尘与液体捕集体的相对运动速度相对速度越大，互相冲击能量越大，碰撞、凝聚效率就越高，有利于克服液体的表面张力而被润湿捕获。喷雾器形式与安装方式图1.84机械式皮带输送机转载自动喷雾装置示意图1－卸载滚筒；2－输送带；3－阀杆；4－喷嘴；5－出水管；6－球阀；7－进水管；8－粉料；9－复位弹簧球阀关闭状态；球阀打开状态４）通风排尘在产尘作业点采取抽取式通风，排走粉尘。要做好粉尘防治，一般离不开通风。影响通风排尘效率的主要因素有：风速、粉尘密度、粒度湿润程度等。最低排尘风速促使对人体最有害的呼吸性粉尘保持悬浮状态并随风流流动的最低风速。对于垂直上升的风流，只要风流速度大于粉尘的沉降速度，粉尘即能随风向上运动。

对于水平运动的风速V，使粉尘悬浮的速度，是垂直风道方向的紊流脉动速度v’。使粉尘悬浮的条件为：(v’2)1/2>V式中(v’2)1/2为垂直风道方向的紊流脉动速度v’的均方根值。

有人在实验室和矿井巷道中进行过专门测试，结果认为风道平均风速为0.15m/s时，能使5—6μm的赤铁矿尘保持悬浮状态，并随风运动。风速增加到一定数值时，粉尘浓度可以降低到一个最低数值；风速再增高时，粉尘浓度将随之再次增高。最优排尘风速（1－53）粉尘的浓度达到最低值所对应的风速。最优排尘风速受多种因素影响。如一般干燥风道中风速为1.2-2m/s；而在潮湿风道，粉尘不容易被吹扬起来，最优排尘风速可以提高到5-6m/s；在产尘最大的地方，适当提高排尘风速，可以加强稀释作用。实例图1.86局部密封罩1-挡板；2-转运皮带；3-密封罩；4-受料皮带图1.85密封罩示意图图1.87整体密封罩1-整体密封罩；2-干轮碾机图1.88大容积密封罩1-振动筛；2-帆布连接头；3、4-吸气罩；5-密闭罩图1.89半密闭罩吸气口位置类型a)上部吸气式；b)下部吸气式；c)下部吸气式；d)上下部同时吸气式图1.90柜式集气罩吸气口位置类型a)上部吸气;b)下部吸气；c)上下部同时吸气图1.91外部集气罩a)上部集气罩;b)下部集气罩；c)侧边吸气罩；d)槽边集气罩图1.92接受式集气罩a)热源上部接受式集气罩；b)诱导空气接受式集气罩图1.93热源上部接受式集气罩图1.94大型电解精炼车间采用吹吸气流控制有害示意图1-屋顶排气机组；2-局部加压射流；3-屋顶送风口；4-基本射流图1.95吹气气流用于金属熔化炉５）荷电喷雾降尘采用带电的水进行喷雾降尘。原理悬浮粉尘大部分带有电荷。如果水雾的液滴带有与粉尘颗粒相反的电荷，会增加液滴对尘粒的静电引力，增加喷雾降尘的效率。使水雾荷电的方法感应荷电让水雾通过高压感应圈与接地喷嘴之间的电场，而带上与感应圈相反极性的电荷。电晕荷电让水雾通过电晕场荷电。喷射荷电让水高速通过把某种非金属材料制成的喷嘴，摩擦生电。6）磁水降尘采用磁化的水进行喷雾降尘。

原理

刚经过磁化器处理的水，受磁场作用，氢键被暂时削弱，较大的水分子缔合体分解为较小的缔合水分子，水分子之间的电性吸引力减弱，活性增强，既降低了水的表面张力，使水与粉尘的润湿性与相互吸引力增强，有有利于雾滴细化，从而提高降尘效果。磁化水的物理化学性质只是发生暂时改变，其改变量与磁化器的磁场强度、水中含有的杂质性质、水在磁化器中的流动速率等因素有关。应用效果据报道，在采煤机喷雾降尘应用后，磁水降尘装置的全尘降尘率比清水喷雾提高了32%-38%，呼吸性粉尘降尘率提高了25%-47%。7）高压静电控尘利用高压静电控制产生的悬浮粉尘，把扬起的粉尘就地控制在尘源附近。原理见下图。它由电源控制器、高压发生器、高压电场三部分组成。交流电经高压发生器升压整流后经电缆线输出直流负电压。在电晕线与尘源及密封罩之间形成一个高压静电场。在静电场中，电晕线周围的空气被电离，产生大量正负离子，图1.96高压静电控尘原理1－电源控制器；2－高压发生器；3－负离子；4－正离子；5－