鋼鐵除塵器研究的國內(nèi)外文獻綜述中國的鋼鐵工業(yè)企業(yè)在近幾年里發(fā)展迅速，在能源節(jié)約和減少消費方面取得了巨大的進步。世界上有些技術指標已經(jīng)非常先進?？墒?，中國鋼鐵的總能源消耗約占該國能源總耗損的16%，而鋼鐵總耗損只占國內(nèi)生產(chǎn)總值的3%。鋼鐵工業(yè)能源消費充裕與鋼鐵工業(yè)對國民經(jīng)濟的貢獻之間的矛盾是顯而易見的。在當前這種快速發(fā)展的情況下，煙霧和煙塵的排放處理已成為環(huán)境和人類身體和精神健康的關鍵，也是或內(nèi)外學者關注的重點。1.1機械除塵器機械除塵器，指的是利用質(zhì)量力（重力、慣性力、離心力等）的作用，使顆粒物與氣流分開的裝置。常見的機械除塵器有重力沉降室、慣性除塵器和旋風除塵器。（1）重力沉降室顧名思義，就是利用重力的條件，將塵粒從氣流中分離出來的除塵裝配。在含塵氣進入體重力沉降室之后，因為活動截面積的擴展，氣體流速減小就會使較重的煙塵顆粒在重力條件下向灰斗降落。如圖1.1.1。圖1.1.1重力沉降室模型在沉降室的設計中，有一些假定的前提條件。第一種是簡單模式的沉降式設計，其前提條件是：沉降室內(nèi)氣流為柱塞流，在層流范圍內(nèi)保持流動狀態(tài)，流速為V0(m/s),顆粒在煙氣中也是均勻分布的?；顒拥牧Ｗ?，速率由兩部分組成，即垂直方向上和流動方向上的速度。在垂直方向上，不考慮浮力[4]，每個單獨的粒子以速度μs(m/s)下落；煙氣流動方向上則與氣流速度保持一致。如圖1.1.2所示。圖1.1.2層流式重力沉降室縱截面示意圖重力沉降室另一種模式，是將氣流在室內(nèi)假定為湍流狀態(tài)，垂直于氣流方向的任何橫截面上，顆粒均勻分布、混合完全。為了確定dp顆粒的分級效率，需要找到沉降室任意位置x與氣流中dp顆粒數(shù)Np之間的關系。如圖1.1.3所示[4]。圖1.1.3湍流式重力沉降室中的粒子分離示意圖（2）慣性除塵器為了進一步提高工作效率，在沉降室的基礎上，增加了擋板。作用是改變氣流方向，粒子在本身慣性力下，與氣流分離，從而達到除塵的效果。這種利用慣性力的除塵方法稱為慣性除塵器。慣性吸塵器也是同時利用離心力。如圖1.1.4所示。圖1.1.4慣性除塵器除塵機理慣性除塵器的類型很多，結構樣式多。可分為兩種，根據(jù)是否改變氣流方向，分別稱作打擊式和反轉式。前者通過直擊擋板捕獲較粗粒子，后者通過改變氣流流動方向捕集到較小粒子。旋轉氣流的曲率半徑越小，可以分離的微粒越多[4]。顯然，慣性集塵器除了慣性力外，還涉及離心力和重力。針對不同性質(zhì)的氣流，工作效率有很大不同：當處理對象是含有密度和粒徑較大的金屬氣體時，有很高的除塵效率；當處理的對象是附著力強的粉塵和纖維狀粉塵時，由于堵塞嚴重，除塵效率會降低。由于慣性除塵器這種特殊的除塵效率，一般只用作多級除塵工藝的一級除塵，主要目的是捕獲較粗粒子。（3）旋風除塵器當氣流旋轉，形成很大的離心力時，僅在離心力的作用下，一些粒子會與氣流分離。這樣的除塵器，叫做旋風除塵器。旋風除塵器的布局簡單，應用廣泛。但由于在這樣的結構中，無論是氣流還是粒子，其流動狀態(tài)都十分復雜，所以在研究方面仍不算成熟，還多地方仍需解決。普通的旋風除塵器的大體結構如下。含塵氣流進入除塵器后，沿外壁自上而下旋轉，少量氣體徑向向中心區(qū)域移動，當大部分旋轉氣流到達錐體底部時，它向上轉動并沿軸線旋轉，最后通過排出管排出[4]。方向向下，在外圈的氣流是外渦旋，向上的中心氣流稱作內(nèi)渦旋。內(nèi)外渦流旋轉方向相同。圖1.1.5旋風除塵器的結構及內(nèi)部氣流1.2電除塵器利用靜電力將顆粒從氣流中分離出來的裝置。電除塵器的優(yōu)點十分明顯：首先，使用的靜電力會直接作用于粒子之上，這樣一來，會減小能耗損失，同時也會減小阻力，提高除塵效率。電除塵特有的作用方式，是和其他除塵器的根本區(qū)別，也是最大優(yōu)勢。也因如此，可以去除亞微米級的粒子，除塵范圍更廣泛。電除塵器的主要優(yōu)點是[4]:

①壓力損失小，200~500Pa范圍內(nèi);

②處理煙氣量大，105~106m/h;

③能耗低，大約0.2~0.4kWh/(1000m3);

④捕集范圍廣泛，細粉塵可高達99%；

⑤在高溫或者強腐蝕性氣體下依然可以操作。（1）電除塵器工作原理電除塵器種類很多，結構也大有不同，但是萬變不離其宗，它們都基于相同的工作機理：按步驟來講，即懸浮粒子荷電、荷電粒子在電場內(nèi)遷移、捕集荷電粒子、捕集物的清除。粒子荷電方式很多，最有效的是高壓直流電暈。電暈過程發(fā)生在激活的高壓電極和接地電極之間，在電極間空間形成高濃度氣體離子，含塵氣流經(jīng)過這個空間時，氣體離子發(fā)生碰撞和捕獲，顆粒粒子在百分之幾秒鐘內(nèi)帶電[4]。帶電粒子的收集有兩種情況:在連續(xù)電場上收集的稱為單區(qū)除塵器；在接續(xù)的光滑不放點電場進行捕集工作的除塵器稱作雙區(qū)電除塵器。捕集工作結束后，在振動裝置的作用下進行收集，在振打設備下，使接地電極上的灰塵落入灰斗，完成最后一步除塵工作。高效率的電除塵器，在保證荷電的基礎上，剩余步驟均要高效。（2）電暈放電電暈放電一般有兩種形式：細金屬電暈線與集塵板之間放電；金屬絲與金屬管之間放電。假設電暈電極為負電極:電子從金屬絲表面或表面附近釋放出來，向正電極或接地極運動，在再次運動的瞬間與氣體分子碰撞，使其電離，從而產(chǎn)生大量電子。這個過程叫做雪崩過程。當電子移動的距離增大，電場會隨之減弱，電子運動的速度會降低到離子化所需最小速度。電負性氣體存在于電場中，捕獲電場中的自由電子，產(chǎn)生負離子，負離子一起向正極移動。自由電子可以引起氣體分子電離的區(qū)域，通常稱為電暈區(qū)，從電暈區(qū)到金屬管表面的空間，負離子濃度一般為1014～1015個/m3[4]。電暈過程要保證可持續(xù)進行。在電子的雪崩過程中，產(chǎn)生的正離子與金屬絲表面碰撞，產(chǎn)生新的電子。這個過程是可持續(xù)性的關鍵。在極正電暈的情況下，電暈放電的機理除了產(chǎn)生的正離子的運動方向外，與極負電暈的情況相同[4]。（3）粒子荷電粒子的帶電（粒子荷電）過程可以分為兩種:①在靜電力的作用下，離子定向運動，粒子與離子碰撞而帶電。這種方式稱作電場荷電，或者碰撞荷電；②粒子在離子的擴散作用下荷電，這種方式稱為擴散荷電，該方式依賴于離子的熱能，而不是電場。根據(jù)粒徑大小，有以下關系：d電場荷電為主d擴散荷電為主d電場荷電和擴散荷電均要考慮1.電場荷電:不帶電粒子置于電暈電場中，在電場中與氣體離子碰撞，從而帶電。隨著電荷積累，產(chǎn)生較強電場。當電場足夠強大時，氣體離子無法接近粒子表面，即達到飽和狀態(tài)?？捎媒?jīng)典靜電學求解荷電速率和飽和電荷量。1.擴散荷電：離子的熱運動，使它們在氣體中擴散，粒子在氣體中與處于熱運動的離子碰撞時，粒子附著電荷。積累在粒子上的電荷會產(chǎn)生排斥電場，于是多余離子無法靠近粒子。這種方式下，由于不存在粒子動能的上限，所以不存在擴散荷電最大限值。（4）荷電粒子的運動和捕集在電除塵器的粒子捕集中，根據(jù)含塵氣體的假定運動方式，有不同的粒子速率求解方法。簡單的一種是，將含塵氣體的運動方式看做層流運動，這樣一來，可以根據(jù)經(jīng)典力學和經(jīng)典電學公式，對向集塵機移動的粒子進行速率求解。若做如下假定：①含塵氣體在除塵器中是紊流狀態(tài)；②離子濃度和氣流分布在垂直于除塵器表面的任何截面內(nèi)都是均勻的；(3)顆粒進入除塵器后，完成荷電過程；④未考慮截留顆粒重新進入氣流的影響[4]。在這樣的條件下，可根據(jù)德意希的推導的公式來計算粒子俘獲效率。（5）被捕集粉塵的清除顆粒被捕獲后，在集塵器上形成灰塵，然后灰塵應該被去除。濕式除塵器和干式除塵器除塵不同。在濕式除塵器中，一般采用水洗法。集塵板表面長時間附著一層水膜。當灰塵落下時，它隨著水膜向下流動，這就是除灰過。這種方式最大的優(yōu)點是可以兼續(xù)處理可溶氣體，例如二氧化硫、氟化氫等。但是這樣的方法，后續(xù)還要承接污泥處理。干式除塵器中，常用的方法是電磁振打或錘式振打。振打系統(tǒng)需要產(chǎn)生高強度的振打力才能達到良好的清灰效果。經(jīng)常性使用的振打器，為電磁式和柔性臂錘式，可隨時調(diào)整振打強度和頻率。在一些地方也會產(chǎn)生粉塵沉積。當粉塵沉積在電暈極上時，會影響到電暈電流的輸出性能?？捎谜翊蚯寤业姆绞角謇黼姇灅O上的粉塵。如果由于氣流回卷，粉塵從集塵板上再次進入氣流，振打電極振打粉塵過程中使粉塵回到氣流等情況的出現(xiàn)，回事含塵氣體的粉塵量增加，降低除塵效率。所以，捕集后的清灰工作十分重要。選擇適當?shù)那寤曳绞绞顷P鍵所在。1.3袋式除塵器含塵氣體通過過濾性材料，將粉塵攔截在過濾性材料之上，從而達到分離效果。這樣的裝置，稱作袋式除塵器，或者空氣過濾器。經(jīng)過布袋除塵器處理的氣體，一般是于凈化通風、空調(diào)。纖維織物被用作袋式除塵器的過濾材料[4]。袋式除塵器歷代時長，技術與工藝成熟，除塵效率高達99%。雖然不是新興的除塵方式，但由于成熟的操作流程，性能的穩(wěn)定可靠，得到了廣泛的應用?？諝膺^濾器在多年的變革中，運行方式和各個結構方面都得到了大幅度發(fā)展。相比于過去傳統(tǒng)的圓形濾袋，扁式濾袋得到了更好的應用。

氣體通過下孔板進入除塵器。當含塵氣體接觸濾料時，氣體會通過濾料的間隙，較大的粒徑會被攔截，從而被濾料捕獲。通過的稱為清潔氣體，由排出口排出?；覊m沉積在濾料上，通過機械振動從濾料表面從灰斗上脫落。常用濾料由棉、毛、人造纖維等加工而成，濾料本身網(wǎng)孔較大，孔徑一般為20~50μm,表面起絨的濾料為5~10μm。袋式除塵器的除塵效率取決于粉塵初級層的形成，它作為空氣過濾器的第一個“檢查站”具有非常重要的作用。新鮮濾料由于沒有初層“把關”的原因，除塵效率較低[4]。在濾布的“骨架”作用下，灰塵形成一個灰塵初級層。含塵氣體通過時，由于粉塵初生層的粘性和高密度，通過率會大大降低。但隨著濾袋上粉塵層的疊加，兩端壓力增大，會造成擠壓，使顆粒被擠過去，除塵效率也會降低。另外，如果除塵器的壓力過高，也會減少除塵系統(tǒng)中的處理氣體量，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的排氣效果[4]。因此，在使用一段時間后，要關注粉塵初層的情況，不能過度清理，也不能過度依賴。粒徑與除塵效率關系如下：粒徑0.1-0.5μm的粒子90%以下粒徑1μm以上的粒子98%以上形成粉塵初層后所有粒子95%以上形成粉塵初層后1μm以上粒子高于99.6%參考文獻[1]鐘瑾慧.某鋼鐵企業(yè)車間環(huán)境粉塵污染特征與控制技術[D].南昌大學,2020.[2]GB28662-2012.鋼鐵燒結、球團工業(yè)大氣污染物排放標準[S].2012.[3]梁曉東.大型鋼鐵廠降低燒結工藝能耗的措施研究[J].山東工業(yè)技術,2018(04):44.[4]郝吉明，馬廣大，王書肖，大氣污染控制工程．北京：高等教育出版社，2010.1[5]喬哲.我國鋼鐵工業(yè)能耗現(xiàn)狀及節(jié)能對策[A].中國計量協(xié)會冶金分會、《冶金自動化》雜志社.中國計量協(xié)會冶金分會2013