過濾式除塵器

過濾式除塵器是使含塵氣體通過一定的過濾材料來達到分離氣體中固體粉塵的一種高效除塵設備。過濾式除塵器主要有兩類。一類是利用纖維編織物作為過濾介質的袋式除塵器；另一類是採用砂、礫、焦炭等顆粒物作為過濾介質的顆粒層除塵器。

基本介紹

• 中文名：過濾式除塵器
• 外文名：filter dust separator
• 歸屬學科：環境工程
• 定義：分離含塵氣體中固體粉塵的塵設備
• 種類：袋式除塵器、顆粒層除塵器
• 用途：分離氣體中固體粉塵

袋式除塵器

袋式除塵器工作原理

袋式除塵器是將棉、毛或人造纖維等材料加工成織物作為濾料，製成濾袋對含塵氣體進行過濾。當含塵氣流通過濾料孔隙時粉塵被阻留下來，清潔氣流穿過濾袋之後排出。沉積在濾袋上的粉塵通過機械振動，從濾料表面脫落至灰斗中。簡單的袋式除塵器如右圖所示。

濾料本身的網孔較大，一般為20~50μm，表面起絨的濾料為5~10μm。因此，新用濾袋的除塵效率較低。粉塵顆粒因篩濾、慣性碰撞、攔截、擴散、靜電和重力沉降等作用，使得粗塵粒首先被阻留，並在網孔之間產生 “架橋”現象，很快在濾布表面形成一層所謂粉塵初層。初層形成後，它便成了濾袋的主要過濾層，而濾布只不過起著形成顆粒初層和支撐它的骨架作用。粉塵初層形成之後，使濾布成為對粗、細粉塵皆有效的過濾材料，過濾效率劇增。對於1μm以上的塵粒，主要靠慣性碰撞，對於1μm以下的塵粒，主要靠擴散，總的過濾效率可達99%以上。隨著粉塵在濾袋上的積聚，除塵效率不斷增加，同時阻力也相應增大。當阻力達到一定程度時，濾袋兩側的壓力差會把有些已附著在濾料上的細小粉塵擠壓過去，使除塵效率明顯下降，同時除塵器阻力過大會使除塵系統的處理氣體量顯著下降，影響生產系統的排風效果。因此，除塵器阻力達到一定數值後，要及時進行清灰，而清灰時又不能破壞粉塵初層，否則會引起除塵效率顯著降低。典型濾袋在清潔狀態和形成粉塵層的除塵分級效率曲線如右圖所示。

袋式除塵器的性能

1、過濾速度

過濾速度對袋式除塵器效率有較大影響。過濾速度v_F 是指氣體通過濾料層的平均速度，單位為cm/s或m/min。它是表示袋式除塵器處理氣體能力的一個重要技術經濟指標。過濾速度的選擇因氣體性質和所要求的除塵效率不同而異，一般選用範圍為0.2~6min。提高過濾速度可以減少過濾面積，提高濾料的處理能力，除塵器體積及占地面積也將減少。但過濾速度過高會把濾袋上的粉塵壓實，使阻力加大並使細微粉塵透過濾料而降低除塵效率。過濾速度過高還會引起頻繁的清灰，增加清灰能耗，減少濾袋的使用壽命等。因此，過濾速度的選擇要綜合考慮各種因素的影響。

若Q表示通過濾布的氣體量(m³/h)，A表示濾布的面積(m²)，則過濾速度為：

工程上常用比負荷q_F的概念，它是指1m²濾布，每小時所濾過的氣體量，單位為m³(氣體)/[m²(濾布)▪h]，因此：

則

實踐表明：過濾細粉塵時v_F 取小值（約0.6~1.0m/min），過濾粗粉塵v_F應取為2m/min左右。

2、壓力損失

袋式除塵器的壓力損失是重要的技術經濟指標之一，它不僅決定除塵器的能量消耗，也決定除塵效率和清灰的時間間隔。袋式除塵器的壓力損失與其結構形式、濾料特性、過濾速度、粉塵性質和濃度、清灰方式、氣體的溫度和粘度等因素有關。壓力損失可表示為：

式中Δp———阻力損失，Pa；

Δp_c———袋式除塵器的結構阻力 （正常過濾速度下，一般為300~500Pa），Pa；

Δp_f———清潔濾料的阻力，Pa；

Δp_d———粉塵層的阻力，Pa。

在過濾速度一定的情況下，如果含塵氣體的濃度較低，則過濾時間可以適當延長；反之，處理的含塵氣體的濃度較高時，過濾時間可以適當縮短。進口氣體含塵濃度低、過濾時間短、清灰效果好的除塵器，可以選擇較大的處理速度；反之，則應選擇較低的過濾速度。

袋式除塵器的濾料

濾料是組成袋式除塵器的核心部分，其性能對袋式除塵器的工作影響極大。選用濾料時必須考慮含塵氣體的特性，如粉塵和氣體的性質 （溫度、濕度、粒徑和含塵濃度等）。性能良好的濾料應具有容塵量大、吸濕性小、效率高、阻力低、使用壽命長，同時還應具備耐高溫、耐磨、耐腐蝕、機械強度高等優點。濾料的特性除了與纖維本身的性質有關外，還與濾料表面結構有很大關係。表面光滑的濾料容塵量小，清灰方便，適用於含塵濃度低、粘性大的粉塵，此時採用的過濾速度不宜太高。表面起毛 （有絨）的濾料 （如羊毛氈）容塵量大，粉塵能深入濾料內部，可以採用較高的過濾速度，但清灰周期短，必須及時清灰。

袋式除塵器的濾料種類較多。按濾料材質可分為天然纖維、無機纖維和合成纖維等；按濾料結構可分為濾布和毛氈兩類。隨著化學工業的發展，出現了許多耐高溫的新型濾料，如芳香族聚醯胺 （尼龍和錦綸）可長期用於200℃左右。聚四氟乙烯、聚酯纖維 （滌綸）等新型材料的出現，擴大了袋式除塵器的套用領域。

袋式除塵器的清灰

清灰是袋式除塵器運行中十分重要的環節。袋式除塵器的效率、壓力損失、過濾速度及濾袋壽命等均與清灰方式有關，因此實際中多數袋式除塵器是按清灰方式命名和分類的。通常可分為簡易清灰、機械清灰和氣流清灰三種。

1、簡易清灰

這類袋式除塵器主要依靠粉塵自重或風機啟、停時濾袋的變形而自行脫落，也有使用人工定期拍打或手控機構抖動的。簡易式除塵器過濾風速一般取0.2~0.75m/min，壓力損失約為600~700Pa，除塵效率達99%左右。簡易清灰袋式除塵器結構簡單、投資省，但其體積龐大、操作條件較差，所以較少套用。

2、機械清灰

含塵氣體通過除塵器底部的花板進入濾袋內部，當氣體通過濾料時，粉塵顆粒沉積在濾袋內部，淨化後的氣體經風機由煙囪排出。沉積在濾布上的粉塵通過機械振打機構使濾袋產生振動而落入灰斗中。機械清灰的振動方式大致有三種：①濾袋沿水平方向擺動，又可分為上部擺動和腰部擺動兩種；②濾袋沿垂直方向振動，可採用定期提升濾袋框架或利用偏心輪振打框架的方式進行；③利用機械轉動定期將濾袋扭轉一定角度，使沉積於濾袋上的粉塵層破碎而落入灰斗中。

機械振動清灰袋式除塵器的過濾風速一般取1.0~2.0m/min壓力損失為800~1200Pa。該類型袋式除塵器的優點是工作性能穩定，清灰效果較好。但濾袋因受機械力作用損壞較快，濾袋檢修與更換工作量大。

3、氣流清灰

這種清灰方式是利用反吹空氣從相反方向通過濾袋和粉塵層，使粉塵從濾袋上脫落。採用氣流清灰時，濾袋內必須有支撐結構，如撐環或網架，避免把濾袋壓扁。氣流清灰又分為逆氣流清灰和脈衝噴吹清灰等幾種方式。逆氣流清灰指清灰時氣流方向與正常過濾時相反，其形式有反吹風和反吸風兩種，逆氣流清灰袋式除塵器結構簡單，清灰效果好，濾袋磨損少，特別適用於粉塵粘性小的玻璃纖維濾袋的情況；脈衝噴吹清灰是利用4~7atm（1atm=101325Pa）的壓縮空氣反吹，產生強度較大的清灰效果，脈衝噴吹袋式除塵器的優點是清灰過程中不中斷濾袋工作，清灰時間間隔短，過濾風速高，過濾負荷高，濾布的磨損小，其主要缺點是需要4~7atm的壓縮空氣作為清灰動力，清灰用的脈衝控制儀複雜，對濃度高、潮濕的含塵氣體淨化效果較差。

袋式除塵器的選型與設計

1、選定除塵器型式、濾料及清灰方式

首先決定採用除塵器的型式。例如，對除塵效率要求高、廠房面積受限制、投資和設備訂貨皆有條件的情況，可以採用脈衝噴吹清灰袋式除塵器，否則可採用定期人工拍打的簡單袋式除塵器，或其他型式。其次要根據含塵氣體的特性，選擇合適的濾袋。如氣體溫度超過140℃，但低於260℃時，可選用玻璃纖維濾袋；對纖維性粉塵則選用光滑的濾料，如平綢、尼龍等。對一般工業性粉塵，可採用滌綸布、棉絨布等。根據除塵器型式、濾料種類、氣體含塵濃度、允許的壓力損失等，即可初步確定清灰方式。

2、計算過濾面積

根據氣體的含塵濃度、濾料種類及清灰方式等，即可確定過濾速度v_F(m/min)，並算出總過濾面積A：

式中Q———除塵器的處理風量，m³/h。

過濾速度是最重要的設計和操作指標之一。過濾速度選擇過大，雖能減小總過濾面積，降低投資，但卻會使壓力損失急劇增大，增加清灰次數，縮短濾袋的使用壽命，使運行費用增大。若氣速偏低，會增大設備費用。

3、除塵器設計

如果選擇定型產品，則根據處理煙氣量和總過濾面積，即可選定除塵器型號規格。若需自行設計時，其主要步驟如下：

① 確定濾袋尺寸，直徑d和高度 。

② 計算每條濾袋面積， 。

③ 計算濾袋條數， 。

④ 濾袋布置，在濾袋條數多時，根據清灰方式及運行條件將濾袋分成若干組，每組內相鄰兩濾袋之間的淨距一般取50~70mm。組與組之間以及濾袋與外殼之間的距離，應考慮到檢修、換袋等操作需要。

⑤ 殼體的設計：包括除塵箱體、排氣、進氣風管形式、灰斗結構、檢修孔及操作平台等。

⑥ 清灰機構的設計和清灰制度的確定。

⑦ 粉塵的輸送、回收及綜合利用系統的設計，包括回收有用粉料和防止粉塵的再次飛揚。

袋式除塵器的除塵效率高，廣泛地用於各種工業生產除塵中。它比電除塵器結構簡單、投資少、運行穩定，可以回收有用粉料。與文丘里洗滌器相比，動力消耗小，回收的乾粉料便於綜合利用，不產生泥漿。因此，對於微細的乾燥顆粒物，採用袋式除塵器淨化是適宜的。

袋式除塵器不適用於含有油霧、凝結水和粉塵粘性大的含塵氣體，一般也不耐高溫。還要注意，若在袋式除塵器附近有火花，則可能有爆炸的危險。此外，袋式除塵器占地面積較大，更換濾袋和檢修不太方便。

顆粒層除塵器

顆粒層除塵器是利用顆粒狀物料 （如矽石、礫石、焦炭等）作為填料層的一種內濾式除塵裝置。在除塵過程中，氣體中的粉塵粒子主要是在慣性碰撞、截留、擴散、重力沉降和靜電力等多種作用下將氣體中的塵粒分離出來。其主要優點是：耐高溫、抗磨損、耐腐蝕；過濾能力不受灰塵比電阻的影響，除塵效率高；能夠淨化易燃易爆的含塵氣體，並可同時除去SO₂等多種污染物；維修費用低等，因此廣泛用於高溫煙氣的除塵。

顆粒層除塵器的種類很多，按床層位置可分為垂直床層與水平床層顆粒層除塵器；按床層狀態可分為固定床、移動床和流化床顆粒層除塵器；按床層數可分為單層和多層顆粒層除塵器；按清灰方式分為振動式反吹清灰、帶梳耙反吹清灰及沸騰式反吹清灰顆粒層除塵器等。

梳耙式顆粒層除塵器

右圖所示的是帶梳耙反吹清灰旋風式顆粒層除塵器，過濾時含塵氣體進入下部預分離器 （旋風筒），粗粉塵被分離下來進入灰斗。然後，氣體經中心管進入過濾室，自上而下通過顆粒濾料層，粉塵便被阻留在矽石顆粒表面或顆粒層空隙中，氣體通過淨化室和切換閥從出口排出。隨著床層內粉塵的沉積，阻力加大，過濾速度下降，達到一定程度時，需及時進行清灰。此時，控制機構操縱換向閥，關閉淨氣排氣口，同時打開反吹風入口，反吹氣流按相反方向進入顆粒床層，使顆粒層處於流化態。與此同時，梳耙旋轉攪動顆粒層，使凝聚沉積在顆粒上的粉塵鬆動、脫落，並隨反吹氣流沿著過濾時相反的路線，經芯管進入旋風筒內。此時由於流速的突然降低及氣流急劇轉變，粉塵塊在慣性力和重力的作用下，掉入灰斗。含少量粉塵的反吹氣流，經含塵煙氣進口，匯入含塵煙氣總管。進入並聯的其他筒體內進一步淨化。

沸騰顆粒層除塵器

沸騰顆粒層除塵器的主要特徵是沉積於顆粒層中的粉塵，採用流態化鼓泡床理論，定期進行沸騰反吹清灰，取消耙子及其傳動機構，與耙式旋風—顆粒層除塵器相比，具有占地少、結構緊湊、投資省等優點。它的缺點是需多台電動機驅動電動推桿閥門，以便分周期地進行各層的清灰動作，造成維護複雜。另外，它的濾料放置在篩網或篩孔板上，在溫度降低到露點時，易產生板結現象，堵塞網孔。

逆流式顆粒層除塵器

逆流式顆粒層除塵器屬於濾層移動式顆粒層除塵器。這種除塵器採用了振動篩、提升機構來代替反吹風機控制閥等設備，因此針對高溫狀態的除塵，設備維護簡單；由於濾料是擱置在環形濾料環上，所以沒有堵塞篩網孔的危險；由於刮板的周期旋轉，使得濾層表面無板結，不用擔心出現反吹不動的故障。