胡源，佟石
鞍钢集团公司设计研究院，鞍山云湛环保科技有限公司
悬浮在空气中的可吸入颗粒，细颗粒物（PM2.5）是城市工厂等处污染空气的首要污染物，采用过滤方法净化细颗粒物，是一种******细尘效率高，设备简单，特别是对重点行业集中污染***为适用的方法。医学研究表明，有毒重金属，致癌物质，***小的粒子，分子，带电的原子，离子均会附着在西尘埃上。我国大气污染物主要来自煤烟型污染，火电行业是耗煤大户，全年烟尘排放量在300万t以上，大部分是粒径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物。因而对于工业粉尘细颗粒物的防控,不仅要求除尘设备滤料的纤维细及设备的除尘效率高,还要同时能对粉尘中的毒性物质进行吸附等无害化处理。
国家环保总局2003年公布的“火电厂大气污染物排放标准”限值,提高到了50mg/m3,对除尘效率提出了更高要求。我国滤料工业紧跟形势发展很快,为推广过滤除尘创造了良好条件。当前处在新旧除尘设备转变的重要时刻,大型火电企业既有的电除尘器需经改造方能满足新的排放标准,已改造的脉冲反吹圆袋式除尘器则需要一步完善。除尘器的除尘效率表现在所选用的滤料性能上,同时由于除尘系统结构安装需要占地、消耗钢材和运行常年耗电,因而除尘系统的建设及使用的经济性就完全表现在除尘器的结构上。本文就滤料和除尘器密切配合的情况,作了性能介绍和技术经济性比较,并对保证除尘器实现滤料******除尘效率的必要措施进行了探讨。
1滤料的发展及合理使用
除尘设备采用的滤料***初是将纤维加捻成纱线,然后机织成布。由于纱线交织处的密度较大,占了过滤空间,孔隙率只有30%~40%,因此只能******较大颗粒的灰尘,微细粉尘仍然保留任其排放,污染大气环境。
非织造织物针刺毡制品的发展,始于20世纪50年代,该制品工艺流程简单、生产速度快,产量、质量和劳动生产率均较高,且成本低,产品的品种较多,为******危害大的微细粉尘创造了条件。
有基布的针刺毡,上下放置细纤维网16~20层,然后针刺络合成毡,再经一系列后处理制成成品毡。其特点有:
(1)针刺毡表面的覆膜滤料中的纤维和孔隙微细,呈立体交错排列,因而可充分发挥纤维******微尘的功能，很快形成粉尘过滤层，捕集效果稳定。静态除尘效率达995％ ～99999％以上，比机织布的除尘效率高很多。
(2)针刺毡只有基布 的经纬纱线加捻，孔隙率高达70％～80％，为机织滤料的16倍，透气性好，阻力低。
(3)可形成 自动化一条龙生产流水线，便于监控保证产品质量的稳定性。
脉冲反吹圆袋式除尘器采用针刺毡覆膜滤料，并经简易改造，将 电除尘器进M的一个电场保留，后面的电场改为脉冲除尘器，组成为电一袋复合除尘器。根据非织物针刺毡出厂的实验室资料，其除尘效率高达99.9999％，但在实际工程应用中只能达到99.99％。这就说明：脉冲反吹圆袋式除尘器内部的尘、净端袋口和花板分隔面密封不严，存在未经净化的灰尘直接漏入净端的问题。为满足2012年国家新排放标准浓度限值30mg／m3、灰尘粒径≤25μm的要求，必须采用覆膜滤料才能达标。
针刺毡或机织滤料的表面，覆以超细纤维层，基本实现表面过滤。保证高除尘效率，为复合滤料。
滤料表面覆以聚四氟乙烯 (PTFE)微孔薄膜，过滤表面光滑平整，实现表面过滤，不仅可以显著提高滤料的捕尘效率，还可以使粉尘只停留在滤料表面，容易******脱落。这种滤料的阻力虽较覆膜前略有增加，但容易清灰，剩余的附灰量少。滤料的阻力不是连续上升而是趋于平稳，明显低于常规不覆膜滤料。
覆膜是膨化聚四氟乙烯（PTEE）微孔薄膜，孔径小，只有1～2μm，纤维直径小于1μm，使微尘******完全达标。基布原料可选聚脂、聚四氟乙烯、玻璃纤维制成的针刺毡或膨体纱布或机织布，视运行的温度决定。
覆膜与基底滤料加热牢固结合，具有如下特点：
(1)聚四氟乙烯 (PTFE)微孔薄膜，耐温高、化学稳定性好，由于是三维多孔过滤系统，因此透气性好、阻力低。
滤料覆膜后，当量孔径变小，基布为机织布的当量孔径为覆膜前的1O％ ～13％；基布滤料 为已压光的针刺毡的50％，因而使用之初无需粉尘层就能排放达标，只依靠滤料本身的捕尘功能就有 良好的捕尘效果。测试结果表明，这种滤料对0.01～10μm的粉尘总捕集效率达99999％，约高出原滤料1个数量级。
(2)滤料覆膜有助于提高自身的疏水性，因为水汽可以自由通过，而水则不能，这为袋式除尘器偶然在潮湿条件下工作，防止因结露造成附灰和泥而失效。
(3)覆膜滤料的振打清灰性能好，清灰时不损坏配件和滤袋且能耗少；可防止过多的剩余附灰层累积增长，因而滤料的运行阻力低；滤袋的使用寿命长，可显著减少除尘器的检修维护工作量。
(4)袋式除尘器在过滤过程中具有10％左右的脱硫功效，充分利用后可节省脱硫投资和运行费。
2 择优选用高性能滤料并合理配置除尘器及附件
进行科学对比选好滤料是实现除尘目的的基础，而合理配置除尘器各附件，则决定了滤料的使用效果。因此应用对比、择优选用除尘器，可保证滤料发挥******的除尘效率、延长滤袋的使用寿命、节省电力、操作方便、提高除尘设备的经济实用性。本文选择 “机械振打玻纤扁袋式除尘器”与 “脉冲反吹化纤聚苯疏醚 (PPS)滤料圆袋式除尘器”进行性能对比。
(1)袋式除尘器的品种很多，结构五花八门，重要配件影响着除尘器的体积大小、可靠性、建设成本，以及维护检修是否方便等。目前通用的有两种：
1)脉冲反吹圆袋式除尘器。滤袋清灰采用压缩空气，从上面袋 M喷吹过滤面的背面，使附灰层二次吹起扬散，待沉降回收。这种方法显然不适合******微细粉尘，因为微细粉尘常飘浮在空气中，只有少数落入灰斗回收，大部分随反风吹至邻室或再附在附近滤袋上，从而造成细尘回收困难。又因利用压缩空气喷吹属于减压膨胀，会产生致冷降温效应，引起水汽冷凝的次生灾害，使附灰和泥糊袋堵塞失效，电力消耗和滤袋的损失很大，因而清灰机制落后。
2)机械振动加反吹清灰的圆袋式除尘器。顶部设有机械传动的抖动机构，还带反吹风的加热机构，设备复杂，清灰力难以到位，导致效果很差、动作频繁滤袋易损坏。
2O世纪6O年代，玻纤滤料投入市场，推动了老式机械振动加反吹圆袋式除尘器的革新改造：拉紧玻纤滤料以避免滤袋折断磨损而延长滤袋的使用寿命；避免工人在除尘器内及高浓度易致病的有毒粉尘环境中的繁重劳动。因而将滤袋改成了便于水平横向拉紧的外滤式扁袋，多条扁袋组合在单体箱式的单元模块内，方便组成各种大小不同、规格各异的除尘器在常温下使用。受到工人欢迎的机械振打玻纤扁袋式除尘器，用于常温除尘，可根据大型化需要的模块进行组合，缩小了占地、减少了钢耗。
“七五”期间，国家科委为防治炉窑排烟煤烟型污染，将采用高温******袋式除尘器设为科研攻关专题在全国招标，在国家环保总局的组织领导下，集国内资深专业，分工协作攻关，如期完成了任务。在常温下使用的滤袋寿命已超过2O年，被国家环保总局选为“首届环保******实用除尘器”，并于1991年、1993年被国家环境保护委员会选人工业除尘和炉窑排烟除尘器在全国推广使用的名单。
机械振打玻纤扁袋式除尘器，与脉冲反吹圆袋式除尘器区别之处是：扁袋式除尘器采用分室停风，轮流清灰，振打清下的灰在没有流动、平静的环境中沉降落入灰斗，杜绝了二次扬尘，因而适合净化微尘。外滤式扁袋采用玻纤，耐温高且无收缩，拉紧组合安装，滤袋清灰采用简便的机械振打，可靠节能；脉冲圆袋式除尘器的滤袋采用聚苯硫醚滤料，热收缩率高，不耐温，滤袋垂直吊挂在花板上，反风从袋口上部喷吹，不易对准滤袋中心，致滤袋受集中的气流冲刷局部损坏，存在二次扬尘，压缩空气消耗电能大，致喷出口近处强度大，易损伤滤袋；而喷出口远处则因气流衰减快、吹力不足致剩余附灰量增大，阻力高、耗电多。系振打刚体瞬间(0.1ms)清灰均匀，电力利用率高。而脉冲反吹清灰使用的压缩空气的生产设备仪表多，喷吹的着力时间为 (0.1s)，慢了几十倍，还易损坏滤袋，产生漏尘致除尘效率低，用电量浪费很大。
(2)工业粉尘、炉窑排烟因容量不同排放的烟气量差别很大，因而配备的除尘器规格也不同。反吹圆袋式除尘器采用整体大框架，制作及滤袋安装均在现场，因而在运输和安装方面存在一定的困难，特别是其钢结构和滤袋安装要在现场完成，所以很难保证质量。而振打扁袋式除尘器则是将滤袋组合拉紧在框架内，组成过滤单元，可按除尘器大小的要求，分室分层将过滤单元放入，且其集约化组合全部在制造厂内完成，因而开发出了多种结构紧凑、轻巧方便安装的扁袋式除尘器，不仅可保证质量、节约钢材，而且特别方便大型除尘器运输及检修。
(3)除尘器的结构阻力分为滤袋的原始阻力和气流通道阻力，总合大小基本是稳定的。随着运行时间延长，阻力增加到一定程度时必须******。除尘器运行阻力的稳定，与所选用的滤料及除尘器内的滤袋布列是否合理有关。
(4)除尘器的效率增加，首先要保证没有过滤的尘气不能漏入经过除尘的净气中。而圆袋式除尘器的水平花板是尘气和净气的间隔，袋口挂在花板上应紧密接触，而且必须接触牢靠，不因下垂滤袋受气流冲撞影响而松动，致尘气未经净化而逸入净气中。***初脉冲袋式除尘器的滤袋袋口设有带法兰的喇叭管，法兰通过螺栓压紧袋口紧贴在花板上。目前滤袋袋口取消了压紧，致设备稍久使用必然漏尘漏风。机械振打扁袋式除尘器则不然，滤袋袋口均匀分布固定在花板上，再用螺栓压紧严密封闭，并用防松螺栓在袋底******固定，因而滤袋不会因气流影响而产生松动，也不会发生漏尘。
(5)玻纤滤料于2O世纪6O年代问世，价廉，用于常温和高温除尘，特别是高温除尘受到欢迎。但因其纤维易折怕磨，使用寿命短，用于脉冲反吹除尘器时，吊挂松驰的圆袋因反吹、抖动等清灰易出现折断磨损，导致被不耐温、不耐用、造价呈数倍增加的化纤滤料所替代，使用寿命也未延长。
机械振打拉紧玻纤扁袋式除尘器一经问世，就充分发挥了玻纤滤料的耐拉优点，亦彻底避免了玻纤滤料不耐折不耐磨的缺点，性价比大幅度提高，滤袋使用寿命延长。因为滤料耐拉，也为采用电除尘器冲击振打的简便清灰方式创造了条件。
(6)电除尘器和袋式除尘器结合为电一袋复合除尘器，在电除尘器改造成袋式除尘器的过程中，目前还在大量使用，其实是不得已而为之。因为电除尘的性能在这里未能提高，对细尘净化******有利的就是脉冲的过滤除尘，但仍然解决不了细尘的净化问题，尤其作为新建工程就更没有价值了。其与机械振打拉紧玻纤扁袋式除尘器相比，耗电、耗钢和占地大得多，受臭氧腐蚀的威胁大，技术经济指标是很落后的。
3 “过滤”除尘的机理
有工业就需要除尘，因为工业过程中的采选、冶炼都有灰尘和烟尘排放。除尘的目的不仅是回收有用的大颗粒物质，而且是净化大气环境、保护人民的健康，因此除尘工程必须******悬浮在空气中的细尘。以往使用的电除尘器和脉冲反吹圆袋式除尘器，现在由于不能******微细粉尘以致处于淘汰或改造的范围。
原机械传动提升滤袋振动改变为水平组合滤袋单元，在固定成刚体的情况下，振打拉紧外滤式滤袋的钢框架。滤袋在清灰时没有相对运动，也就完全避免了折断磨损，而以充分利用超高频振动瞬时均匀传递到滤袋，使其表面的附灰层在承受瞬间巨大的惯性力时呈整片分离，在停风无流动的环境中，靠自重加速降落；由于附灰层脱离过滤面比较完整，下降快、飞扬少，因此没有二次扬尘，适合******微尘，清灰方法新颖。
3.1机理概述
对于具有不同物理性质的分散物质和连续介质所组成的混合物，机械分离有两种操作方式。
(1)沉降分离。颗粒相对于流体(静止或运动)运动的过程称为沉降分离。在重力场中进行沉降分离称为重力沉降，作用力为重力；在离心力场中的沉降称为离心沉降，作用力为离心力。
(2)过滤。流体相对于固体颗粒床层运动而实现的气固分离过程称为过滤。过滤操作的作用力可以是重力、压强差或离心力。所以过滤可分为重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤。
工业上分离非均相混合物的目的和意义：1)净化分散介质(连续相)以获得纯净的气体；2)回收分散物质(分散相)以获取产品；3)环境保护和安全生产。
3.2过滤操作的原理
过滤是以某种多孔物质作为介质来分离悬浮固体的单元操作。在外力的作用下，悬浮的固体颗粒被截留下来，从而实现非均相物系的固、气分离。过滤的推动力是介质两侧的压力差。压力差的产生有空气自身的重力、离心力和外加压力。工业上应用的有深层过滤、附灰层过滤或微孔覆膜表面过滤等方式。
(1)附灰层过滤。过滤时固体颗粒沉积于过滤介质表面而逐渐形成均匀的附灰层，由于颗粒大小不一，过滤介质中微细孔道的尺寸可能大于附灰层中部分小颗粒的尺寸，因而过滤开始会有一些细小颗粒穿过过滤介质使除尘效率降低，但很快就会在孔道中发生“架桥”现象，之后小于孔道尺寸的细小颗粒也能被截留，此时附灰层开始形成，过滤效率正常，过滤 和清灰交替进行，这种过滤称为附灰层过滤。袋式除尘器的过滤速度很低，一般为06～16m/min，适用于处理固体颗粒含量较高(固体的体积分数约在1％以上)的工业粉尘或工业 烟尘。
(2)深层过滤。过滤介质是很厚的纤维层，过滤时不形成附灰层，悬浮颗粒尺寸小于床层的孔隙尺寸。当灰尘通过过滤介质时，其中的固体颗粒由于表面力、静电等作用即附着在孔道壁上，被截留在过滤介质床层内部。纤维层定期更换，称为深层过滤。空气过滤器的过滤速度较高，一般为0.1～2.5m/s，与袋式除尘相比，相差1O～6O倍，适用于处理固体颗粒含量少 (固体的体积分数约在0.1％以下)的含尘空气。
3.3 过滤介质
工业上常用的过滤介质有三类。
(1)织物介质(滤料)。包括棉、毛、丝、麻等天然纤维及合成纤维制成的织物，以及由璃纤、金属纤维织成的毛皮的滤料，这类介质能截留颗粒的***小直径为1～65μm，织物介质在工业上应用***为广泛。
(2)叠层介质。由非编物制成的纤维层叠加而成。用于深层过滤。
(3)微孔覆膜表面过滤。聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜复合而成，能拦截0.1～5μm的微细颗粒。
3.4 袋式过滤除尘器
其与纤维过滤器的不同在于：纤维被织成布后的空隙率比松散填充的纤维滤垫低很多。新滤料经过多次过滤和清灰循环之后：1)保留着一层残余的粉尘层，并变成为主要的过滤介质；2)过滤层表面覆膜的滤料将微细粉尘截留在表面，实现了理想的表面过滤。
3.5 重点行业的空气污染源急需防控
燃煤电厂是粒径≤25μm悬浮颗粒物的主要产生源之一，且在未来相当长的时间内，我 国以煤为主的能源供应格局不会发生根本性的改变。研究表明，燃煤电厂现用的除尘设备后排出的颗粒物几乎全为PM10其中PM2.5占46％～90％。因此电除尘器对PM2.5。的去除率低下。重点行业采用高除尘效率和经济适用的细尘防控，是实现大气污染物总量控制的当务之急。
3.6 过滤除尘
用织物、纤维与微孔薄膜复合的过滤除尘器技术成熟，是一种方兴未艾的技术。
就近几十年应用的规模来说，以过滤器为主的除尘器不仅可以******细尘，而且可使用纤维夹层无害化或******有毒物质，且价格低。
我国自产的各种过滤用制品发展很快，新的环境空气质量标准的实施，对微尘的直径和排放浓度限值都有很大提高，还要******空气中所含的有毒和致癌物质，因此滤料质量的提高更是任重而道远。
4 振打玻纤扁袋式除尘器对完善脉冲反吹圆袋式除尘器的意义
电厂以前为了******排烟中的可见粗颗粒灰尘而广泛采用电除尘器。电除尘器具有便于大型化、耐温高、管理方便等优点，但其经济合理的除尘排放浓度是在≤100mg／m3隋况下使用。由于其阳极板清灰时极易二次扬尘，灰尘的比电阻又有限制，因此不太适应捕集细颗粒灰尘，特别是电除尘器***难妥善隔绝顶部的高电压绝缘区、外壳内壁以及下部灰斗等的空间，致使未经净化的潜流绕过电除尘器的高压捕尘电场，因而降低了除尘效率，一般除尘效率只能保持在99.3％左右。要提高除尘效率就需要设置更严密的挡板，造价也会因此提高，一些企业不能承受。新排放标准要求必须******细颗粒物，排放浓度的限值更加趋严。对有些电除尘器的经济改造办法已经形成，即：保留电除器进口的一个电场，后面再采用脉冲反吹圆袋式除尘器替代，现已积累了成功应用的经验，且改进费力还不算大。但缺陷是反吹清灰回收飘浮的微细颗粒难，改为停风振打清灰就合理了。
(1)各类除尘器的应用结果表明，过滤除尘是******微细粉尘******的方式，且***经济适用。但辅助滤料保证实现******除尘效率的多种除尘器结构，必须择优选用。
(2)不同的两种袋式除尘器的科学对比，是按处理风量使用各自的过滤面积，要求除尘器使用的滤料结构基本相同，以便所取得的除尘效率一致；材质不同的滤料，可以按差值折算。除尘器作为滤料的辅助件，其所配置的数量均以数值表述，然后通过倍数计算结果。
以1台中型烧煤粉锅炉为例，以机械振打玻纤扁袋尘器对比采用化纤滤料聚苯硫醚的脉冲反吹圆袋式除尘器，节约的各附属件以倍数计的数量，计算结果开列于下：
1)安装扁袋式除尘器 的占地面积(m2／m2)仅为1／6~1／5；
2)安装扁袋式除尘器的占地空向(m3／m2 )仅为1／3左右；
3)扁袋式除尘器结构消耗钢材(kg/m2)约少一半；
4)扁袋式除尘器清灰耗电(kw／m2 )约少8／9；
5)扁袋式除尘器使用玻纤滤料，圆袋式除尘器使用的滤袋则是聚苯硫醚滤料，市价高出24倍；
6)拉紧组合扁袋式除尘器的滤袋间距稳定布列合理并有气流通道，运行的排烟机阻力低得多。吊挂圆袋除尘器布列不合理且无专用气流通道，因此按运行阻力系数估算，运行的脉冲圆袋式除尘器的排烟机约多消耗电量25％ 。
5 机械振打玻纤扁袋式除尘器应用实例
5.1 上海扬子木材厂15t／h煤粉锅炉
居民密集的上海扬子木材厂生产用的15t／h煤粉锅炉排烟污染严重，居民不能开窗。该厂曾采用湿式和干式多种除尘方式，效果均不理想。采用6室5层带防雨棚的振打清灰扁袋式除尘器1台，试用期为1年。至1984年，监测基本达标，并进行了技术鉴定和除尘器验收，此后烟囱出口已看不到排出的烟羽。
5.2 青海省电炉冶炼硅铁合金排放治理
1985年，青海省的电炉冶炼硅铁合金排放的微细硅粉量大，污染环境严重，处于主导风向下游的就是繁荣的西宁市区，急需治理。1986年开始分二期施工治理，在生产企业安装了3台12，500kVA硅铁合金治炼电炉，总排烟量55万m3/h，过滤面积22，732.8m2，******的一台由12室8层96个单体箱组成。电炉烟气进除尘器前，采用高压水喷雾冷却到250℃以下。由于发现******期从炉内排出的风量偏小，因此在第二期增大了排烟量，改进了滤料质量，实现了达标排放。炉前的操作环境也得到了很大改善，滤料使用4年后还有1／3可以继续使用。
5.3 北京******机床厂冲天炉排烟除尘
该厂位于北京市大北窑繁华区，其铸造分厂的2台1Ot／h冲天炉是三环线内仅存的冲天炉，每天生产铸件60t，傍晚黄昏时开炉，由冲天炉排出的微细粉尘会在低空形成一层红云，严重影响了北京的大气环境和景观。治理合同要求排放浓度~<50mg／m3 ，采用机械振打扁袋式除尘器，滤料采用加厚的玻纤膨体纱滤布，处理风量4万m3／h，1992年投用。冲天炉使用一年后，鉴定验收时由北京市环保监测站排烟测定的排放浓度为14.9mg／m3，如使用覆膜滤料，调整合理，可再提高1～2个数量级。
5.4 鞍钢大型热轧薄板厂空气(新风)过滤除尘工程鞍钢新建的大型热轧薄板厂空气除尘工程，采用振打式涤纶扁袋式除尘器，共11台，总过滤面积2.2万m2，过滤空气量120万m3／h，其中有9台安装在厂房顶上，节约了占地面积，进风也比较清洁。入口含尘浓度0.46mg／m3，净化后的含尘浓度为013mg／m3，过滤速度1.0m／mlin，出口******灰粒粒径0.2μm，系统阻力低于1000Pa，运行两个月清灰一次。2000年投运使用至今良好。滤袋使用寿命预计在2O年以上。
6 结语
利用我国自主创新、适合国情，并具有丰富实践应用效果的新型“机械振打玻纤扁袋除尘器”，充分显示了滤料的优越性，除尘器结构优良，技术指标较先进。该设备对除尘器的外壳要求是：连续焊接、严密保温、不漏风、顶部防雨；内部袋口安装在花板上不漏尘；相对湿度保持在80％以下，高出露点3O℃时，才能持续稳定运行。
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