陶瓷工藝學(xué)

1.8除塵器

作為大氣除塵的主要手段和設(shè)備，已被各個工業(yè)部門廣泛采用。以下為工程中常見的幾種除塵設(shè)備，實(shí)際中應(yīng)選用哪一種應(yīng)根據(jù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)及實(shí)際情況決定。目前大大多使用布袋除塵器或靜電除塵器。1.8.1除塵機(jī)理分類按捕集機(jī)理可分為機(jī)械除塵器、電除塵器、過濾除塵器和濕式除塵器等。

機(jī)械除塵器依靠機(jī)械力將塵粒從氣流中除去，其結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)均較低，但除塵效率不高。電除塵器利用靜電力實(shí)現(xiàn)塵粒與氣流分離，常按板式與管式分類，特點(diǎn)是氣流阻力小，除塵效率可達(dá)99%以上，但投資較高。占地面積較大。過濾除塵器使含塵氣流通過濾料將塵粒分離捕集，分內(nèi)部過濾和表面過濾兩種方式，除塵效率一般為90%～99%，不適用于溫度高的含塵氣體。洗滌除塵器用液體洗滌含塵氣體，使塵粒與液滴或液膜碰撞而被俘獲，并與氣流分離，除塵效率為80%～95%，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高。為提高對微粒的捕集效率，正在研制荷電袋式過濾器、荷電液滴洗滌器等綜合幾種除塵機(jī)制的新型除塵器。1.8.2除塵器的性能指標(biāo)1）處理含塵氣體量和漏風(fēng)率處理含塵氣體量可簡稱為風(fēng)量，是衡量除塵裝置處理氣體能力的指標(biāo)。一般用氣體的體積流量表示。考慮到受裝置漏氣等因素的影響，一般用除塵裝置的進(jìn)出口氣體流量的平均值來表示除塵裝置處理氣體量。公式如下：Q=(Q1+Q2)/2（1－54）式中Q—除塵裝置處理氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的流量，m3/sQ1—除塵裝置的進(jìn)口氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，m3/sQ2—除塵裝置的出口氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，m3/s除塵裝置的漏風(fēng)率是用來表示裝置嚴(yán)密程度的指標(biāo)，用δ表示：

δ=（Q1-Q2）/Q1x100%（1-55)2）除塵效率除塵總效率在同一時間內(nèi)除塵裝置捕集的粉塵數(shù)量占進(jìn)入除塵裝置的粉塵數(shù)量的比值，用η表示。

η=G3/G1=(G1-G2)/G1=（G1-G2/G1)x100%。(1-56)式中G1—粉塵進(jìn)入量，mg/s；G2—粉塵流出量，mg/s；G3—除塵裝置捕集的粉塵量，mg/s。若設(shè)入口氣體含塵濃度為c1(單位：g/m3)，出口氣體含塵濃度為c2（單位：g/m3），則因G1=Q1c1,G2=Q2c2，因此有：

η={1-Q2c2/（Q1c1）}x100%若除塵裝置不漏風(fēng)，即Q1=Q2，則有：

η=（1-c2/c1）x100%當(dāng)兩臺除塵設(shè)備串聯(lián)使用時，若η1、η2分別表示第一級除塵裝置和第二級除塵裝置的除塵效率，則除塵系統(tǒng)的總效率為：

（1－57）（1－58）η=η1+η2（1-η1）=1-（1-η1）（1-η2）當(dāng)幾臺除塵裝置一起串聯(lián)使用時，總效率為：

η==1-（1-η1）（1-η2）···（1-ηn)

穿透率同一時間穿過除塵裝置的粉塵質(zhì)量與進(jìn)入除塵裝置的粉塵質(zhì)量之比，用Pt表示：

Pt=G2/G1x100%=(1-η)x100%分級效率在某一粒徑范圍內(nèi)粉塵的除塵效率，用ηd表示:

ηd=G3gd3/(G1gd1)=(Q1gd1c1-Q3gd3c2)/G1gd1x100%（1－59）（1－60）式中，gd1、gd2分別為除塵裝置入口處某一粒徑范圍內(nèi)粉塵質(zhì)量分?jǐn)?shù)、除塵裝置捕集的粉塵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如果除塵裝置不漏風(fēng)，則有：

ηd={(gd1c1-gd3c2)/(gd1c1)}x100%對于某一除塵裝置，如果已知入口氣體中粉塵的粒徑分布gdi和它的分級效率ηdi，則可用下式計算出除塵總效率：（1－61）例對某除塵裝置進(jìn)行現(xiàn)場測定，測得除塵裝置入口氣體和出口氣體中含塵濃度分別為4X103g/m3和500g/m3，除塵裝置不漏風(fēng)，除塵裝置入口粉塵和出口粉塵的粒徑分布見下表。表1.20除塵裝置入口和出口的粉塵粒徑1.8.3除塵裝置1）機(jī)械除塵裝置重力除塵裝置利用粉塵與氣體的比重不同的原理，使揚(yáng)塵靠本身的重力(重力)從氣體中自然沉降下來的凈化設(shè)備，通常稱為沉降室或降生室。它是一種結(jié)構(gòu)簡單、體積大、阻力小、易維護(hù)、效率低的比較原始的凈化設(shè)備，只能用于粗凈化。水平氣流重力降塵室的工作原理如下圖所示：含塵氣體從一側(cè)以水平方向的均勻速度V進(jìn)入沉降室，塵粒以沉降速度V沉下降，運(yùn)行t時間后，使塵粒沉降于室底。凈化后的氣體，從另一側(cè)出口排出。圖1.100水平氣流重力沉降室a)單層水平氣流重力沉降室；b)多層水平氣流重力沉降室垂直氣流重力降塵室的工作原理如下圖所示，含塵氣體經(jīng)沉降室時風(fēng)速減低，在風(fēng)速與重力共同作用下，大顆粒沿重力方向沉降到灰斗上，細(xì)小顆粒隨氣流繼續(xù)向上或人為預(yù)設(shè)方向排除。

圖1.101垂直氣流重力沉降室慣性除塵器也叫惰性除塵器。它的原理是利用粉塵與氣體在運(yùn)動中慣性力的不同，將粉塵從氣體中分離出來。一般都是在含塵氣流的前方設(shè)置某種形式的障礙物，使氣流的方向急劇改變。此時粉塵由于慣性力比氣體大得多，塵粒便脫離氣流而被分離出來，得到凈化的氣體在急劇改變方向后排出。

圖1.102慣性除塵裝置分離機(jī)理示意圖

圖1.103沖擊性慣性除塵裝置a)單級型；b)多級型

圖1.104回轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置a)彎曲型；b)百葉窗型這種除塵器結(jié)構(gòu)簡單，阻力較小(10-80毫米水柱)，凈化效率較低(40-80%)，多用于多段凈化時的第一段，凈化中的濃縮設(shè)備或與其它凈化設(shè)備配合使用。

慣性除塵器以百葉式的最常用。它適用于凈化含有非粘性、非纖維性粉塵的空氣，通常與其它種除塵器聯(lián)合使用組成機(jī)組。旋風(fēng)分離器除塵原理

旋風(fēng)除塵器一般由筒體、錐體、排氣管及集塵室等組成。根據(jù)含塵氣流入口方式不同，可分為切向旋流反轉(zhuǎn)式與軸流式兩種。切向旋流反轉(zhuǎn)式旋風(fēng)分離器工作原理如下圖所示，含塵氣體從入口高速導(dǎo)入除塵器的外殼和排氣管之間，形成旋轉(zhuǎn)向下的外旋流。到達(dá)錐體底部后，轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)上升，形成內(nèi)旋流，最后由上部的排氣管排除。懸浮于外旋流的粉塵在離心力與慣性力的作用下撞向器壁，并隨外旋流轉(zhuǎn)到除塵器下部，由排塵孔排出。凈化后的氣體形成上升的內(nèi)旋流并經(jīng)過排氣管排出。

圖1.105切向旋流反轉(zhuǎn)式旋風(fēng)除塵裝置的結(jié)構(gòu)示意圖及含塵氣流的運(yùn)動軌跡1-圓筒體；2-圓錐體；3-進(jìn)氣管；4-頂蓋；5-排氣管；6-排灰管應(yīng)用范圍及特點(diǎn)旋風(fēng)除塵器適用于凈化大于5~10微米的非粘性、非纖維的干燥粉塵。它是一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、耐高溫、設(shè)備費(fèi)用和阻力較低（80~160毫米水柱）的凈化設(shè)備，旋風(fēng)除塵器在凈化設(shè)備中應(yīng)用得最為廣泛。2）過濾式除塵裝置分袋式除塵器、顆粒層除塵器、陶瓷管除塵器三類。袋式除塵器圖1.106簡易袋式除塵裝置的結(jié)構(gòu)示意圖1-外殼；2-濾袋；3-花板；4-拉筋；5-灰斗；6-排氣筒圖1.107袋式除塵原理示意圖1-初層；2-集塵層；3-濾布工作原理：含塵氣體進(jìn)入布袋除塵器時，由于氣流速率下降，顆粒大、比重大的粉塵，在重力作用下沉降下來；當(dāng)氣流穿過濾料時，顆粒直徑較濾料大粉塵被阻留下來；氣流通過濾料時，可繞纖維而過，而較大的粉塵顆粒在慣性力的作用下，仍按原方向運(yùn)動，遂與濾料相撞而被捕獲；質(zhì)輕體小的粉塵(1微米以下)，隨氣流運(yùn)動，非常接近于氣流流線，能繞過纖維，但它們在受到作熱運(yùn)動(即布朗運(yùn)動)的氣體分子的碰撞之后，便改變原來的運(yùn)動方向，這就增加了粉塵與濾料的接觸機(jī)會，使粉塵能夠被捕獲。濾料空隙率越小、其捕獲率就越高，越有利于除塵。圖1.108紡織濾布的結(jié)構(gòu)a)平紋濾布；b)緞紋濾布；c)斜紋濾布表1.21幾種常見濾料的主要性能圖1.109袋式除塵裝置的進(jìn)風(fēng)與過濾方式a)下進(jìn)外濾式；b)下進(jìn)內(nèi)濾式；c)上進(jìn)外濾式；d)上進(jìn)內(nèi)濾式圖1.110濾袋形狀a)圓袋；b)扁袋應(yīng)用袋式除塵器很久以前就已廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)部門中，用以捕集非粘結(jié)非纖維性的工業(yè)粉塵和揮發(fā)物，捕獲粉塵微?？蛇_(dá)0.1微米。但是，當(dāng)用它處理含有水蒸汽的氣體時，應(yīng)避免出現(xiàn)結(jié)露問題。袋式除塵器具有很高的凈化效率，就是捕集細(xì)微的粉塵效率也可達(dá)99%以上，而且其效率比高。圖1.111氣環(huán)反吹袋式除塵裝置結(jié)構(gòu)簡圖1-齒輪頂；2-減速器；3-傳動裝置；4-排灰閥；5-下部箱體；6-鏈輪；7-鏈條；8-濾袋；9-反吹氣管；10-氣環(huán)箱；11-中部箱體；12-滑輪組；13-上部箱體；14-進(jìn)氣口；15-鋼繩；16氣環(huán)管；17-灰斗；18-出氣口；19-支腿圖1.112逆氣流清灰袋式除塵裝置圖1.113脈沖清灰袋式除塵裝置1-泄塵閥；2-進(jìn)氣口；3-脈沖控制儀；4-文丘里管；5-氣包；6-脈沖閥；7-控制閥；8-上部箱體；9-蓋板；10噴吹管；11-排氣口；12-濾袋框架；13-濾袋；14-中部箱體；15-U型管；16-檢查孔；17-集塵斗；18-支架圖1.114同一濾料在不同積塵狀態(tài)下的分級效率曲線陶瓷過濾器對于燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（IGCC），發(fā)展既能滿足燃?xì)廨啓C(jī)要求同時又能滿足環(huán)境保護(hù)要求的高溫燃?xì)鈨艋到y(tǒng)是非常重要的，它是燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)真正商用化的最關(guān)鍵技術(shù)之一。高溫陶瓷過濾器，目前被普遍認(rèn)為是最有前途的高溫除塵設(shè)備。

陶瓷過濾器對高溫燃?xì)庵械姆蹓m進(jìn)行過濾于用砂礫層（顆粒層除塵器）或纖維層（布袋除塵器）對氣體凈化都基于同一過濾理論。陶瓷過濾器的過濾元件普遍采用高密度材料，制成的陶瓷過濾元件主要有棒式、管式、交叉流式三種。圖1.115陶瓷質(zhì)微孔濾管斷面的微細(xì)構(gòu)造顆粒層除塵裝置利用顆粒物料（如硅石、礫石焦炭等）作為過濾層的一種內(nèi)濾式除塵裝置。含塵氣體中的塵粒主要是在篩分、慣性碰撞、截留、擴(kuò)散、重力沉降和靜電力等多種作用被分離出來。主要應(yīng)用于高溫含塵氣體的除塵。下面介紹兩種典型的顆粒層除塵裝置。圖1.116單層梳耙反吹清灰旋風(fēng)式顆粒層除塵裝置a)正常過濾狀況；b)清灰狀況含塵氣流由下部進(jìn)入旋風(fēng)筒，粗顆粒被分離出來。接著氣流由中心管進(jìn)入過濾室，然后向下通過過濾層，氣體得到最終凈化。凈化后的氣體由干凈氣室進(jìn)入干凈氣體總管排除。

清灰時，反吹氣流經(jīng)干凈氣室反向通過過濾層，將顆粒上凝集的粉塵剝離下來。氣流帶著粉塵經(jīng)由中心管進(jìn)入旋風(fēng)筒，粉塵在旋風(fēng)筒中沉降，氣流返回到含塵氣流總管，進(jìn)入與該除塵裝置并聯(lián)的其他除塵裝置中進(jìn)行進(jìn)一步的凈化。

圖1.117移動床顆粒層除塵裝置工作原理1-潔凈氣流出口管；2-含塵氣流進(jìn)口管；3-旋風(fēng)體上體；4-顆粒濾料；5-顆粒床外濾網(wǎng)筒；6-顆粒床內(nèi)濾網(wǎng)筒；7-調(diào)控閥固定盤；8-調(diào)控閥操縱機(jī)構(gòu)；9-旋風(fēng)體下體；10-積灰斗；11-積灰斗出口管；12-濾料輸送裝置；13-儲料箱出口閥；14-儲料閥；15-溜道管出口閥；16-溜道口管；17-錐形篩；18-反射導(dǎo)流屏；19-調(diào)控閥活動盤；20-濾料輸送管道；21-氣流導(dǎo)向板；22-出風(fēng)道；23出風(fēng)連通道含塵氣流從輸入管路進(jìn)入具有大蝸殼的上旋風(fēng)體內(nèi)，在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，粗大的塵粒被分離出來落入積灰斗，而其余的微粒粉塵隨內(nèi)旋氣流切向進(jìn)入顆粒濾床（由內(nèi)濾網(wǎng)筒6、外濾網(wǎng)筒5、顆粒濾料4所構(gòu)成），借其綜合的篩濾效應(yīng)進(jìn)一步得到凈化。凈化后的潔凈空氣流沿顆粒床的內(nèi)濾網(wǎng)筒旋轉(zhuǎn)上升，最后經(jīng)過出風(fēng)到22、出風(fēng)連通道23和潔凈氣流出口管1、再經(jīng)風(fēng)機(jī)排入大氣。3）靜電除塵器工作原理：含有粉塵顆粒的氣體，在接有高壓直流電源的陰極線(又稱電暈極)和接地的陽極板之間所形成的高壓電場通過時，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，圖1.118管式電除塵裝置示意圖1-放電區(qū)；20收塵區(qū)；3-潔凈氣體出口；4-不放電的高壓電極；5-受塵極；6-放電極圖1.119電除塵裝置的除塵過程示意圖1-電暈極；2-電子；3-離子；4-粒子；5-集塵極；6-供電裝置；7-電暈區(qū)圖1.120水浴除塵裝置的結(jié)構(gòu)程示意圖1-擋水板；2-進(jìn)氣管；3-排氣管；4-噴嘴；5-溢流管圖1.121自激式除塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖1-泥漿出口；2-S型通道；3-擋水板；4-水位控制器；5-溢流箱圖1.122臥式旋風(fēng)水膜除塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖1.123立式旋風(fēng)水膜除塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖1.124中心噴霧旋風(fēng)除塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖a)裝置；b)文丘里管結(jié)構(gòu)圖1.125噴霧式文丘里濕式除塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖1.126湍球塔圖1.127泡沫式除塵裝置示意a)有溢流泡沫除塵裝置；b)無溢流泡沫除塵裝置1-煙氣入口；2-洗滌液入口；3-泡沫洗滌器；4-凈化氣出口；5-篩板；6-水堰；7-溢流槽；8-溢流水管；9-污泥排出口；10-噴嘴此時，帶負(fù)電的氣體離子，在電場力的作用下，向陽板運(yùn)動，在運(yùn)動中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負(fù)電，荷電后的塵粒在電場力的作用下，亦向陽極運(yùn)動，到達(dá)陽極后，放出所帶的電子，塵粒則