工业粉尘类型与除尘技术知识

栏目:文学 来源:时代财经 时间:2019-11-10

 

   近年来国家针对各个生产行业都颁布了新的排放标准,对排放气体中的粉尘含量有更加严格的要求。为了适应更高的排放标准,提高除尘效率,降低生产成本,针对不同的粉尘类型合理选择除尘方法以保证除尘效果和除尘的经济性显得尤为重要。

1粉尘的分类及成分分析

工业粉尘的分类依据各有不同,可以按物质的组成、粒径的大小、形状及物理化学特性等进行分类。笔者为了加强针对性,按照粉尘产生行业的不同将工业粉尘分为水泥行业粉尘、燃煤发电行业粉尘、钢铁行业粉尘、木材行业粉尘、有色金属行业粉尘及其他粉尘等类型。

1.1水泥行业粉尘

目前,火力发电、水泥、钢铁是我国粉尘污染较为严重的行业。水泥粉尘主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO及K2O等物质组成。水泥生产各个阶段的粉尘具体组成见表1。

水泥粉尘中只有开采阶段产生的粉尘大部分可以自然沉降,其他阶段85%的粉尘粒度为0~10μm,必须进行除尘处理。因为SiO2为最主要的成分,所以除尘工艺选择时应该考虑SiO2比电阻较大、粘附性较强及安息角较大等因素。

1.2燃煤发电行业粉尘

燃煤发电行业生产工艺主要有输煤系统、燃烧系统、热力系统、化学水处理系统、除灰渣系统及电气系统等。在输煤过程和燃烧过程会产生大量的烟气粉尘,燃煤电厂生产过程中也会产生很多粉尘,主要有煤尘、石灰石粉尘、石膏粉尘及矽尘等。在一般生产过程中粉尘的产生场所和粉尘类型见表2。

由于粉尘中以煤粉和矽尘为主,除尘时要考虑煤粉的可燃性和爆炸性,同时也要考虑矽尘比电阻较大的问题,因此需在不同的生产阶段合理选择除尘方法。目前国内95%的燃煤烟气处理为静电除尘器,但是随着排放标准的提高,逐渐被电袋结合的方法替代。

1.3钢铁行业粉尘

钢铁企业的生产流程较长,由于采矿和炼制为主要的粉尘产生阶段,因此笔者只对采矿和炼制两个过程产生的粉尘成分进行了分析。采矿阶段产生的粉尘特性见表3。炼制阶段烟气中粉尘的成分见表4。

1.4木材行业与有色金属行业粉尘

木材粉尘是木材加工过程中产生的浮游于空气中的颗粒。木材粉尘按照粒径大小可以分为大粒径和小粒径两类,大粒径粉尘是指粒径大于10μm的粉尘颗粒,小粒径粉尘是指粒径小于10μm的粉尘颗粒。大粒径粉尘可利用机械除尘的方法进行除尘,小粒径粉尘由于具有安息角较大、比电阻大、爆炸极限较大的特点,因此一般采用布袋除尘法。

在有色金属行业中,主要的粉尘来源是冶炼过程的烟气中和采矿过程中,其中冶炼过程中尤为严重。冶炼过程产生的烟气中主要以各种高温易挥发金属的氧化物、硫氮氧化物等为主。因为冶炼产生的烟气中含有金属氧化物,且金属氧化物的温度很高,所以除尘时要避免采用布袋直接除尘。

2除尘技术及优缺点

除尘技术就是利用两相流动的气固或液固分离原理捕集气体中的颗粒物。目前应用比较广泛的除尘技术有五大类:机械式除尘技术、电除尘技术、过滤除尘技术、湿式除尘技术和新型复合式除尘技术。

2.1机械式除尘

2.1.1沉降除尘

沉降除尘是利用重力作用使粉尘从气体中自然沉降。沉降除尘按照气流方向的不同可以分为水平气流除尘和垂直气流除尘,这两种方法原理。相同、效果接近,仅是风向结构上有差别沉降除尘的优点:结构简单、容易维护、气流阻力低、投资少、施工快、节省钢材、维护费低、维修周期长、耐高温。缺点:除尘效率低。除尘范围:能除去粒径大于100μm的粉尘,一般用于一级粗净化。

2.1.2惯性除尘

惯性除尘利用粉尘在运动过程中的惯性力将粉尘从气体中分离出来。按结构形式的不同可分为碰撞式惯性除尘器和回流式惯性除尘器。惯性除尘的优点:结构简单、运行阻力小、耐高温。缺点:除尘效率较低。除尘范围:对粒径大于20μm的粉尘有很好的去除效果,通常用于一级除尘。

2.1.3旋风除尘

旋风除尘是利用气流作旋转运动将尘粒分离并捕集的装置。旋风除尘技术发展相对比较成熟,被广泛用于工业一级除尘中。旋风除尘根据进风结构不同分为螺旋切线型、扩散型、多管型及异型等。

旋风除尘的优点:处理量大、耐高温、操作维修方便、分离效率高、对粉尘适应范围广。缺点:占地面积大、钢材耗材多、运行成本较高。除尘范围:对粒径大于5μm的粉尘具有较好的去除效果,旋风除尘器被广泛的用于钢铁、水泥和木材行业中。

2.2电除尘

电除尘是利用静电场使尘粒带电吸附到电极上的除尘方法。电除尘器由除尘体与电场控制装置组成。按工作温度可分为低温电除尘器、中温电除尘器和高温电除尘器。

电除尘的优点:除尘效率高、设备阻力低、处理烟气量大、运行费用低、维护工作量少且无二次污染[9]。缺点:粉尘比电阻随温度变化大,需要控制温度,不同微粒对应不同的最佳电场参数,需要多次调试,随着国家对烟气排放标准的修改,电除尘后的烟气有时达不到要求。除尘范围:常用于收集以煤为燃料的工厂和电站所排烟气中的煤灰和粉尘,冶金中用于收集炼炉烟气中锡、锌、铅及铝等的氧化物。电除尘器对0.5μm以上的粉尘(比电阻合适)具有较好的收集作用。

2.3过滤除尘

过滤除尘是含尘气体通过过滤层时粉尘被截留下来的除尘方法。过滤式除尘主要分为两类:袋式除尘和颗粒层除尘。袋式除尘按清灰方法可分为机械振打袋式除尘、气环反吹袋式除尘、逆向气流袋式除尘、人工清灰袋式除尘及脉冲袋式除尘等。

过滤除尘的优点:除尘效率高,特别是对细微细粉也有较高的效率,对烟尘性质、入口浓度及温度等适应性强,使用灵活,处理风量、设备规模可小可大;结构简单,因地制宜;工作稳定,便于收集干粉尘没有污泥处理等维护简单。缺点处理温度受滤袋材料的限制,不耐高温;耐腐蚀性弱,不能处理酸碱性含尘气体;对含有粘附性强或吸湿性强粉尘的气体不适用;处理气量大时结构耗材多占地大;运行阻力大,运行成本较高。除尘范围:一般滤袋可以除去粒径0.5μm以上的粉尘,特殊布袋和后期运行时,在合理的风速下对粒径0.1μm以上粉尘甚至更小的粉尘也有较好的去除效果。布袋除尘器广泛应用于燃煤电厂、水泥厂、钢铁厂及木材加工厂等行业的除尘系统中。

2.4湿式除尘

湿式除尘是依靠液滴或液膜对粉尘进行捕集的除尘方法。湿式除尘主要有:喷淋塔、水膜除尘、洗浴式除尘及填料洗涤除尘等。

湿式除尘的优点:除尘效率高,占地面积较小,运行阻力较低,气体可适应性强,可用于高温、高湿、易燃及易爆等含尘气体的除尘。缺点:产生的泥浆沉渣和废水需要处理,粉尘回收困难,处理腐蚀性气体时需要采取防腐措施,低温地区需要防冻,易产生二次污染。除尘范围:对0.1μm以上的粉尘有很好的捕集效果。湿式除尘器主要运用于烟气脱硫、煤粉捕集等领域,对含有溶水性的腐蚀性气体或易燃易爆的粉尘的气体应用较多。

2.5国内外新型复合除尘

2.5.1电袋复合除尘

电袋复合除尘是将含尘气流先通过静电除尘,其中大部分粉尘被收尘极板收集后,再通过布袋过滤。电袋除尘分为一体式和分离式。如图1所示为一体式电袋复合除尘器,电袋复合除尘结合了电除尘器与布袋除尘器的优点,除尘效率明显提高。

电袋复合除尘的优点:除尘效率稳定,适应性强,不受粉尘特性和风量影响,结构紧凑,压降小,建设费用低,对细微粒子的捕捉效率高,占地较少,所需的滤袋数量减少,运行阻力减小,更换周期变长。缺点:需要根据粉尘比电阻、温度等因素调节出最佳电场参数,使一级电场除尘效率在80%左右,所以当粉尘比电阻变化时需要改变电场参数。除尘范围:除尘下限能达到0.05μm,目前在我国主要应用于燃煤电厂和冶金行业的烟气除尘中。

2.5.2电旋风复合除尘

电旋风复合除尘是利用粉尘离心力和静电场力的结合把粉尘从气体中分离出来的技术。根据国内目前的研究进展可知电旋风除尘器主要有4种类型:切流反转式、直流式、湿式电旋风除尘器和SZD型组合电收尘器。电旋风复合除尘的优点:结构简单、运行费用较低、除尘效率高、除尘适应性、占地较小、维护方便。缺点:设备初期投资大,占地大,运行成本较高,电场参数控制难。除尘范围:对粒径大于0.5μm的粉尘有很好的捕集作用,主要用于冶金行业的烟气除尘和建材行业除尘。

3我国除尘技术的发展趋势

我国是燃煤和冶金大国,这两个行业是目前我国粉尘产生的最主要行业,当然这两个行业的除尘技术也是国内最先进的,通过调研总结了除尘技术的发展趋势:发展复合型的新型除尘设备;除尘设备的大型化和管理自动化;除尘过程中增加对烟气余热的回收,做好节能减排;为应对新的排放标准提高除尘精度。

4结束语

笔者针对实际工况对常见的工业粉尘类型和除尘方法做了总结,并给出了除尘器的基本选用原则。在粉尘成分复杂或除尘效果要求高的场合可以对除尘方法进行结合使用,优势互补,达到预期的除尘效果。同时可以将除尘技术与在线检测技术结合起来,根据检测系统反馈的温度、压力及出口含尘率等参数对除尘系统进行在线调节,在保证除尘效率的同时降低了能耗、实现了除尘系统高度智能化。




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