【《钢铁除尘器分析的国内外文献综述》4300字】

钢铁除尘器研究的国内外文献综述中国的钢铁工业企业在近几年里发展迅速，在能源节约和减少消费方面取得了巨大的进步。世界上有些技术指标已经非常先进。可是，中国钢铁的总能源消耗约占该国能源总耗损的16%，而钢铁总耗损只占国内生产总值的3%。钢铁工业能源消费充裕与钢铁工业对国民经济的贡献之间的矛盾是显而易见的。在当前这种快速发展的情况下，烟雾和烟尘的排放处理已成为环境和人类身体和精神健康的关键，也是或内外学者关注的重点。1.1机械除尘器机械除尘器，指的是利用质量力（重力、惯性力、离心力等）的作用，使颗粒物与气流分开的装置。常见的机械除尘器有重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器。（1）重力沉降室顾名思义，就是利用重力的条件，将尘粒从气流中分离出来的除尘装配。在含尘气进入体重力沉降室之后，因为活动截面积的扩展，气体流速减小就会使较重的烟尘颗粒在重力条件下向灰斗降落。如图1.1.1。图1.1.1重力沉降室模型在沉降室的设计中，有一些假定的前提条件。第一种是简单模式的沉降式设计，其前提条件是：沉降室内气流为柱塞流，在层流范围内保持流动状态，流速为V0(m/s),颗粒在烟气中也是均匀分布的。活动的粒子，速率由两部分组成，即垂直方向上和流动方向上的速度。在垂直方向上，不考虑浮力[4]，每个单独的粒子以速度μs(m/s)下落；烟气流动方向上则与气流速度保持一致。如图1.1.2所示。图1.1.2层流式重力沉降室纵截面示意图重力沉降室另一种模式，是将气流在室内假定为湍流状态，垂直于气流方向的任何横截面上，颗粒均匀分布、混合完全。为了确定dp颗粒的分级效率，需要找到沉降室任意位置x与气流中dp颗粒数Np之间的关系。如图1.1.3所示[4]。图1.1.3湍流式重力沉降室中的粒子分离示意图（2）惯性除尘器为了进一步提高工作效率，在沉降室的基础上，增加了挡板。作用是改变气流方向，粒子在本身惯性力下，与气流分离，从而达到除尘的效果。这种利用惯性力的除尘方法称为惯性除尘器。惯性吸尘器也是同时利用离心力。如图1.1.4所示。图1.1.4惯性除尘器除尘机理惯性除尘器的类型很多，结构样式多。可分为两种，根据是否改变气流方向，分别称作打击式和反转式。前者通过直击挡板捕获较粗粒子，后者通过改变气流流动方向捕集到较小粒子。旋转气流的曲率半径越小，可以分离的微粒越多[4]。显然，惯性集尘器除了惯性力外，还涉及离心力和重力。针对不同性质的气流，工作效率有很大不同：当处理对象是含有密度和粒径较大的金属气体时，有很高的除尘效率；当处理的对象是附着力强的粉尘和纤维状粉尘时，由于堵塞严重，除尘效率会降低。由于惯性除尘器这种特殊的除尘效率，一般只用作多级除尘工艺的一级除尘，主要目的是捕获较粗粒子。（3）旋风除尘器当气流旋转，形成很大的离心力时，仅在离心力的作用下，一些粒子会与气流分离。这样的除尘器，叫做旋风除尘器。旋风除尘器的布局简单，应用广泛。但由于在这样的结构中，无论是气流还是粒子，其流动状态都十分复杂，所以在研究方面仍不算成熟，还多地方仍需解决。普通的旋风除尘器的大体结构如下。含尘气流进入除尘器后，沿外壁自上而下旋转，少量气体径向向中心区域移动，当大部分旋转气流到达锥体底部时，它向上转动并沿轴线旋转，最后通过排出管排出[4]。方向向下，在外圈的气流是外涡旋，向上的中心气流称作内涡旋。内外涡流旋转方向相同。图1.1.5旋风除尘器的结构及内部气流1.2电除尘器利用静电力将颗粒从气流中分离出来的装置。电除尘器的优点十分明显：首先，使用的静电力会直接作用于粒子之上，这样一来，会减小能耗损失，同时也会减小阻力，提高除尘效率。电除尘特有的作用方式，是和其他除尘器的根本区别，也是最大优势。也因如此，可以去除亚微米级的粒子，除尘范围更广泛。电除尘器的主要优点是[4]:

①压力损失小，200~500Pa范围内;

②处理烟气量大，105~106m/h;

③能耗低，大约0.2~0.4kWh/(1000m3);

④捕集范围广泛，细粉尘可高达99%；

⑤在高温或者强腐蚀性气体下依然可以操作。（1）电除尘器工作原理电除尘器种类很多，结构也大有不同，但是万变不离其宗，它们都基于相同的工作机理：按步骤来讲，即悬浮粒子荷电、荷电粒子在电场内迁移、捕集荷电粒子、捕集物的清除。粒子荷电方式很多，最有效的是高压直流电晕。电晕过程发生在激活的高压电极和接地电极之间，在电极间空间形成高浓度气体离子，含尘气流经过这个空间时，气体离子发生碰撞和捕获，颗粒粒子在百分之几秒钟内带电[4]。带电粒子的收集有两种情况:在连续电场上收集的称为单区除尘器；在接续的光滑不放点电场进行捕集工作的除尘器称作双区电除尘器。捕集工作结束后，在振动装置的作用下进行收集，在振打设备下，使接地电极上的灰尘落入灰斗，完成最后一步除尘工作。高效率的电除尘器，在保证荷电的基础上，剩余步骤均要高效。（2）电晕放电电晕放电一般有两种形式：细金属电晕线与集尘板之间放电；金属丝与金属管之间放电。假设电晕电极为负电极:电子从金属丝表面或表面附近释放出来，向正电极或接地极运动，在再次运动的瞬间与气体分子碰撞，使其电离，从而产生大量电子。这个过程叫做雪崩过程。当电子移动的距离增大，电场会随之减弱，电子运动的速度会降低到离子化所需最小速度。电负性气体存在于电场中，捕获电场中的自由电子，产生负离子，负离子一起向正极移动。自由电子可以引起气体分子电离的区域，通常称为电晕区，从电晕区到金属管表面的空间，负离子浓度一般为1014～1015个/m3[4]。电晕过程要保证可持续进行。在电子的雪崩过程中，产生的正离子与金属丝表面碰撞，产生新的电子。这个过程是可持续性的关键。在极正电晕的情况下，电晕放电的机理除了产生的正离子的运动方向外，与极负电晕的情况相同[4]。（3）粒子荷电粒子的带电（粒子荷电）过程可以分为两种:①在静电力的作用下，离子定向运动，粒子与离子碰撞而带电。这种方式称作电场荷电，或者碰撞荷电；②粒子在离子的扩散作用下荷电，这种方式称为扩散荷电，该方式依赖于离子的热能，而不是电场。根据粒径大小，有以下关系：d电场荷电为主d扩散荷电为主d电场荷电和扩散荷电均要考虑1.电场荷电:不带电粒子置于电晕电场中，在电场中与气体离子碰撞，从而带电。随着电荷积累，产生较强电场。当电场足够强大时，气体离子无法接近粒子表面，即达到饱和状态。可用经典静电学求解荷电速率和饱和电荷量。1.扩散荷电：离子的热运动，使它们在气体中扩散，粒子在气体中与处于热运动的离子碰撞时，粒子附着电荷。积累在粒子上的电荷会产生排斥电场，于是多余离子无法靠近粒子。这种方式下，由于不存在粒子动能的上限，所以不存在扩散荷电最大限值。（4）荷电粒子的运动和捕集在电除尘器的粒子捕集中，根据含尘气体的假定运动方式，有不同的粒子速率求解方法。简单的一种是，将含尘气体的运动方式看做层流运动，这样一来，可以根据经典力学和经典电学公式，对向集尘机移动的粒子进行速率求解。若做如下假定：①含尘气体在除尘器中是紊流状态；②离子浓度和气流分布在垂直于除尘器表面的任何截面内都是均匀的；(3)颗粒进入除尘器后，完成荷电过程；④未考虑截留颗粒重新进入气流的影响[4]。在这样的条件下，可根据德意希的推导的公式来计算粒子俘获效率。（5）被捕集粉尘的清除颗粒被捕获后，在集尘器上形成灰尘，然后灰尘应该被去除。湿式除尘器和干式除尘器除尘不同。在湿式除尘器中，一般采用水洗法。集尘板表面长时间附着一层水膜。当灰尘落下时，它随着水膜向下流动，这就是除灰过。这种方式最大的优点是可以兼续处理可溶气体，例如二氧化硫、氟化氢等。但是这样的方法，后续还要承接污泥处理。干式除尘器中，常用的方法是电磁振打或锤式振打。振打系统需要产生高强度的振打力才能达到良好的清灰效果。经常性使用的振打器，为电磁式和柔性臂锤式，可随时调整振打强度和频率。在一些地方也会产生粉尘沉积。当粉尘沉积在电晕极上时，会影响到电晕电流的输出性能。可用振打清灰的方式清理电晕极上的粉尘。如果由于气流回卷，粉尘从集尘板上再次进入气流，振打电极振打粉尘过程中使粉尘回到气流等情况的出现，回事含尘气体的粉尘量增加，降低除尘效率。所以，捕集后的清灰工作十分重要。选择适当的清灰方式是关键所在。1.3袋式除尘器含尘气体通过过滤性材料，将粉尘拦截在过滤性材料之上，从而达到分离效果。这样的装置，称作袋式除尘器，或者空气过滤器。经过布袋除尘器处理的气体，一般是于净化通风、空调。纤维织物被用作袋式除尘器的过滤材料[4]。袋式除尘器历代时长，技术与工艺成熟，除尘效率高达99%。虽然不是新兴的除尘方式，但由于成熟的操作流程，性能的稳定可靠，得到了广泛的应用。空气过滤器在多年的变革中，运行方式和各个结构方面都得到了大幅度发展。相比于过去传统的圆形滤袋，扁式滤袋得到了更好的应用。

气体通过下孔板进入除尘器。当含尘气体接触滤料时，气体会通过滤料的间隙，较大的粒径会被拦截，从而被滤料捕获。通过的称为清洁气体，由排出口排出。灰尘沉积在滤料上，通过机械振动从滤料表面从灰斗上脱落。常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，孔径一般为20~50μm,表面起绒的滤料为5~10μm。袋式除尘器的除尘效率取决于粉尘初级层的形成，它作为空气过滤器的第一个“检查站”具有非常重要的作用。新鲜滤料由于没有初层“把关”的原因，除尘效率较低[4]。在滤布的“骨架”作用下，灰尘形成一个灰尘初级层。含尘气体通过时，由于粉尘初生层的粘性和高密度，通过率会大大降低。但随着滤袋上粉尘层的叠加，两端压力增大，会造成挤压，使颗粒被挤过去，除尘效率也会降低。另外，如果除尘器的压力过高，也会减少除尘系统中的处理气体量，影响生产系统的排气效果[4]。因此，在使用一段时间后，要关注粉尘初层的情况，不能过度清理，也不能过度依赖。粒径与除尘效率关系如下：粒径0.1-0.5μm的粒子90%以下粒径1μm以上的粒子98%以上形成粉尘初层后所有粒子95%以上形成粉尘初层后1μm以上粒子高于99.6%参考文献[1]钟瑾慧.某钢铁企业车间环境粉尘污染特征与控制技术[D].南昌大学,2020.[2]GB28662-2012.钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准[S].2012.[3]梁晓东.大型钢铁厂降低烧结工艺能耗的措施研究[J].山东工业技术,2018(04):44.[4]郝吉明，马广大，王书肖，大气污染控制工程．北京：高等教育出版社，2010.1[5]乔哲.我国钢铁工业能耗现状及节能对策[A].中国计量协会冶金分会、《冶金自动化》杂志社.中国计量协会冶金分会2013