環保除塵方法應用研究
摘 要：針對當前我國大多數城市遭受煙塵污染較為嚴重的現狀，本論文對環保除塵方法展開了分析探討，首先分析介紹了當前除塵設備的應用現狀，在此基礎上重點分析介紹了靜電除塵和陶瓷過濾除塵兩種較為環保且不會產生二次污染的除塵技術，詳細分析了其實現的基本原理與技術應用，對于進一步提高我國環保除塵技術的研究及其應用水平具有一定借鑒和指導意義。
關鍵詞：除塵方法;電除塵;環保除塵
1 引言
燃煤鍋爐是我國大氣環境最主要的污染源。燃煤鍋爐排放的粉塵30%是10μm以下的粉塵，這些粉塵懸浮在大氣中，嚴重影響著大氣環境質量。尤其是其中PM2.5以下的粉塵，在醫學上被稱為“可吸入粉塵”，對人類健康危害極大。有效治理燃煤鍋爐煙氣粉塵污染，是提高我國大氣環境質量和人類健康水平的關鍵。
本論文主要對目前應用較為廣泛的幾種除塵方法展開對比分析及其應用探討，以期從中找到合理可靠有效的環保除塵方法，并加以推廣應用，以此和廣大同行分享。
2 當前除塵設備應用現狀
在高溫煤(煙)氣中,目前能有效地去除塵粒的方法，有如下幾種：
(1) 高性能機械除塵器
高性能機械除塵器,如單級或多級旋風除塵器，利用離心慣性力不同,以去除高溫氣流中塵粒。旋風除塵器運行成本最低，但對粒度低于5～10μm的粒子無效，因為這時施加到塵粒上的慣性力較低。若粒子載荷在低于0.01%～0.02%時，切線速度必須達到21～27m/s時，才能有效清除塵粒，而這遠遠不能滿足凈化后的高溫煤(煙)氣含塵濃度的要求。故一般旋風除塵器只能作為預除塵設備，使從氣化爐出來的高溫粗煤氣含塵濃度降低到0.5%以下，再予以二次除塵。
(2) 聲波團聚除塵器
聲波團聚可置于旋風除塵器前，即用一個空氣發聲器產生800～900Hz的高頻聲波，振幅可達157dB，塵粒在通過聲場時，從0.1μm～10μm的粒子均可團聚，增加了旋風除塵器的除塵能力。
(3) 高性能阻擋式過濾器
高性能阻擋式過濾器，又分為陶瓷過濾器、顆粒床過濾器、金屬網過濾器。顆粒床過濾器,除塵效率達99%以上，壓降4～8KPa，能除去10μm以上塵粒，但在高溫下運行時，床層容易堵塞，該技術存在著磨損和壓降較大等問題。金屬網過濾器由特殊的金屬纖維組成，但因纖維物所承受溫度較低，不太適合高溫氣體除塵。在高溫高壓煤(煙)氣中去除塵粒的有效方法是陶瓷過濾器。研究表明，陶瓷過濾器除塵效率極佳，可達到99.9%以上，凈化后煤氣中的塵粒濃度小于5mg/Nm3，最大塵粒直徑小于5微米，并且，該技術已經成熟，為目前最常用的高溫氣凈化技術。
3 環保除塵方法探討
3.1 靜電除塵方法
電除塵器是利用直流高壓電源產生的強電場使氣體電離，產生電暈放電，進而使懸浮塵粒荷電，并在電場力的作用下，將懸浮塵粒從氣體中分離出來并加以捕集的除塵裝置。
電除塵器有許多類型和結構，但它們都是由機械本體和供電電源兩大部分組成，都是按照同樣的基本原理設計的。與直流高壓電源輸出端相連的金屬線叫電暈極(也稱陰極或放電極)，接地的金屬極板叫集塵極(也稱陽極或收塵極)。電暈極置于極板的中心，在兩個曲率半徑相差較大的電暈極和集塵極之間施加足夠高的直流電壓，兩極之間便產生極不均勻的強電場，電暈極附近的電場強度最高，使電暈極周圍的氣體電離，產生電暈放電。電壓越高，電暈放電越強烈。在電暈區氣體電離產生大量自由電子和正離子，在電暈區外(低場強區)由于自由電子動能的降低，不足以使氣體發生碰撞電離而附著在氣體分子上形成大量負離子。當含塵氣體從除塵器下部進氣管引入電場后，電暈區的正離子和電暈區外的負離子與塵粒碰撞并附著其上，實現了塵粒的荷電。荷電塵粒在電場力的作用下向電極性相反的電極運動，并沉積在電極表面，當電極表面的粉塵沉積到一定厚度時，通過機械振打等手段將電極上的粉塵捕集下來，從下部灰斗排出，而凈化后的氣體從除塵器上部出氣管排出，從而達到掙化含塵氣體的目的。
綜上所述，靜電除塵器的除塵過程可概括為以下四個階段：
① 氣體的電離;
② 粉塵的荷電;
③ 荷電粉塵的沉集;
④ 清灰。
為了充分發揮靜電除塵器的除塵作用，提高其性能，擴大應用范圍，必須對電暈的形成方式、氣溶膠粒子的荷電過程、荷電粒子在靜電場中的運動以及粉塵在集塵極上的沉積規律等基本理論作深入的研究。
靜電除塵是世界公認的高效除塵技術方法之一，同旋風除塵器、袋式過濾器、顆粒層除塵器、洗滌器(濕式或文丘里式)相比較，只有電除塵器才能將電的作用力直接施加在煙氣中的塵粒上，使荷電塵粒從煙氣中分離出來，因沒有能量轉換，故耗電量也最低;同其他種類除塵器相比較，電除塵器具有如下特點:
① 處理氣體量大，可達106m3/h;
② 處理高溫350℃與高濕40%(體積)氣體;
③ 壓力損失低，約100~30P0a，耗電量約0.1-0.8kWh(每小時處理1000m3氣體);
④ 捕集細微粉塵的除塵效率高，可達99%以上;
⑤ 日常維護費用低，因為傳動件和易耗件少，耗電量低。
盡管靜電除塵技術在環保除塵方面優勢明顯，但目前應用在高溫高壓下除塵，尚存在電暈穩定性、電極壽命短、對煙氣成分敏感、長時間運行時材料穩定性、材料的熱脹性等問題，短時間內，仍不能工業示范。
3.2 陶瓷過濾除塵
陶瓷過濾器的除塵機理，實際上就是捕集物(陶瓷顆粒)對粉塵的捕集分離機理。可以表述為：當氣流攜帶粉塵接近這些捕集物體時，一些短程效應如慣性碰撞、攔截、擴散對粉塵起作用，其結果就是將粉塵從氣流中分離出來，達到捕集分離的目的。這些短程效應與粉塵同捕集物之間的相對大小和相對速度有很大的關系。每一項機理的數學模型都可以通過流體動力學的基本方程建立起來，但對某些方程要求出精確解是比較困難的，目前只能在簡化的基礎上作近似求解。求解兩種或兩種以上機理組合作用的數學方程精確解更為困難。幸而在大多數的情況下，僅有一種機理占主導優勢，因而便于求出若干簡化假設。例如，粒徑在1μm或者1μm以上的顆粒，慣性碰撞占主導地位，而小于1μm以下的顆粒，則擴散成為主要的捕集機理。
陶瓷過濾器的核心部分是以多孔陶瓷制成陶瓷過濾元件，它以剛玉砂、石英砂、礬土等高耐火性原料為骨料，配合以結合劑、改性劑等，經過1000℃以上高溫燒結而
成。目前研究較為廣泛的一種陶瓷過濾器，其結構內部均勻分布有大量開口氣孔，具有微孔孔徑易于控制、孔隙率高、孔徑均勻等特點，該種結構過濾阻力小，滲透性好，耐高溫，耐酸、堿腐蝕，使用壽命長，同時對于煙塵的過濾效果極好，產生的二次污染極少，屬于一種非常有前途有潛力的環保式除塵方法。
4 結語
當前，隨著人類環保意識的逐漸加強，除塵工業在我國得到了飛速的發展，各種除塵設備、除塵技術都得到了廣泛的研究和應用，本論文對于當前環保除塵方法的探討，是對改善我國城市空氣質量、減少煙塵污染危害的一次有益嘗試和探索，當然，論文中所述及的環保除塵方法，在具體實現及其推廣應用上還有一些技術性的細節問題，這有待于我國廣大科技技術工作人員的共同努力，因而本論文對于環保除塵方法應用的研究探討，無論是從理論研究還是從具體實踐上來說，都是具有一定的指導和借鑒意義的。
參考文獻：
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