不銹鋼纖維濾袋式電除塵器的技術研究
本文在對管式電除塵器的研究成果基礎上，為進一步提高除塵器的除塵效率，尤其是對細微粉塵的捕集能力，對一種新型的不銹鋼纖維濾袋式電除塵器（間稱袋式電除塵器）進行了實驗研究，實驗結果表明了這一方案是切實可行的，可廣泛用作煉鋼和各種工業爐窯的排煙除塵設備。
一、除塵原理
普通袋式除塵的機制（如圖1）有如下幾種方式：擴散沉降、直接截留、靜電沉降、慣性沉降。總體上說，這幾種捕集機制在對粉塵捕集中所起的作用是相當大的。如果將濾袋作為電場一極，它與放電極間加上數萬伏的高電壓，則除塵機制中的靜電沉降效果將會成百上千倍地增加，同時，濾料對粉塵顆粒的粘附作用也會大大加強。這樣，作為除塵器集塵極的濾料，就起著過濾和靜電吸附的雙重作用，對粉塵顆粒的捕集能力大大加強。
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圖1 袋式除塵捕集機制 1.擴散沉降 2. 直接截留 3. 靜電沉降 4. 慣性沉降 |
二、實驗裝置
模型實驗裝置如圖2所示，
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圖2 實驗裝置示意圖 1.風機 2. 閥門 3. (5,10,13)插板閥 4. 粉塵加注器 6. 絕緣子 7. 筒體 8. 濾袋 9. 放電極 11. 帽頭 12. 反吹管 |
主要由鼓風機、粉塵加注器、筒體、放電極、集塵極、反吹管、絕緣子及其它輔助部件構成。高電壓通過高壓電源設備給出，對于產生電暈放電的關鍵部件放電極，采用了十字交叉魚骨針電極。集塵極是由不銹鋼金屬纖維直徑8μm，平均孔值30μm，整個濾袋高為1500mm，直徑為250mm。
實驗中對煙氣流量和壓力損失的測量采用了水排和傾斜式微壓計來進行，對出口粉塵濃度的測量則由如圖3所示的激光探頭粉塵濃度測量裝置完成。
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圖3 粉塵濃度測量裝置示意圖 1.半導體激光器及其空間濾波器 2. 準直透鏡 3. 被測粉塵 4.付里葉透鏡 5.多元光纖分布板 6. 光電檢測器 7. 計算機 |
三、實驗結果分析
實驗中采用的粉塵平均粒徑為7μm，粉塵在實驗前經烘干處理。實驗中的過濾速度與除塵器壓力損失對應半系由表1列出。
實驗工況為：
1. 電壓值為40kV和0V，過濾風速為1,2,3,4,5，6m/min，人口粉塵濃度為2，4，6，8g/m3;
2. 電壓值為10，20，30，40，50kV，過濾風速為3m/min，人口粉塵濃度為2，4，6，8g/ m3。根據實驗結果可討論以上三個參數的變化對除塵效率影響及內在規律。
圖4~6示出一組實驗結果作以下幾點分析：
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1. 在一定的粉塵濃度下，袋式電除塵器在加電壓（40kV）和零電壓下除塵效率都有隨過濾風速增大而下降的趨勢。在不加電壓時，這種下降趨勢比較明顯，而在加上40kV電壓后，過濾風速增大對除塵效率的影響作用將明顯減弱。這充分表明了對這種袋式電除塵器施加高電壓可使其在較大的過濾風速下仍能保持很高的除塵效率。換句話說，在保證除塵效率不下降情況下，同一臺除塵器在加上高電壓后可以有數倍于不加電壓時的處理煙氣量。
這一結論可由袋式除塵器的除塵機理進行解釋：顆粒在擊中捕集物后是被氣流沖動帶跑還是繼續停留在捕集物之間的粘著作用，如前所述，顆粒與捕集物之間的粘著力，不考慮化合結合力，從宏觀角度考慮主要有三種：范德華斯力、毛細管粘著力，靜電庫侖粘著力。通常情況下（無外加電場），范德華斯力和毛細管粘著力及靜電庫侖粘著力處于同一數量級，在增大過濾風速時，更強的氣流和顆粒運動將使粘著不夠緊密的顆粒脫離捕集物，被急速的氣流扯開而帶走，同時，過濾風速的增大還可能使原來形成的鏈狀的集合體斷裂，從而破壞了已經建立起來的穩定的篩濾作用，使除塵器對粉塵顆粒的捕集效果下降。在加上高電壓后，使除塵機理中的靜電效應大大加強，同時也使靜電庫侖粘著力成百上千倍地增大，保證了粉塵與濾料、粉塵與粉塵之間有足夠的粘著力來抵抗氣流扯動的影響。緩解了塌陷或穿孔現象的發生。
2. 在過濾風速一定的情況下，隨著人口粉塵濃度增大，不加電壓時除塵器的除塵效率會明顯下降，而加電壓時除塵效率變化不大，沒有明顯的下降趨勢。這一結果表明在對袋式除塵器加上高電壓后，除塵效率受人口粉塵濃度的影響較小，它對粉塵濃度的適應性較強。在實驗工況內還沒有明顯的電暈閉塞現象出現。但是每臺電除塵器都有一個粉塵濃度適應范圍，如果濃度繼續增高至產生電暈閉塞現象，就會出現電暈電流幾乎為零，氣體離子所形成的空間電荷減少，除塵效率就會顯著下降，所以，如果待處理的粉塵濃度很高，一般采用分級處理的方法，可在前面先由一旋風式除塵器或其它簡易除塵器進行處理，這樣，既可解決濃度過高帶來的問題，又可充分發揮電除塵的高效率。
3. 在除塵器的過濾風速一定（3m/min），人口粉塵濃度一定的情況下，除塵效率隨著所加電壓增大而遞增，電壓主要是從三個方面影響除塵效率的：一是影響電暈電流的大小，從而影響空間自由電荷的數目。電壓越高，氣體的電離作用加強 ，自由電荷越多，粒子荷上電的機會就越大，同時粒子的荷電量也會相應增加，這樣，除塵器中運動的粉塵就會盡快地受到更強的電場力的作用。二是直接影響電場強度的高低，在除塵裝置幾何尺寸一定的情況下，所加電壓越高，電場強度越大，粒子所受電場力也相應增大。三是影響粉塵顆粒與捕集物之間的粘附效果，在加上數萬伏的高電壓后，粉塵顆粒與捕集物間的靜電庫侖粘著力會成百上千倍地增加，強大的粘附效果使得顆粒很難被氣流帶走，從而除塵效率大大提高。
4. 將本實驗結果與管式電除塵器實驗相比較可知，在同等工況條件下，本裝置可獲得比管式電除塵器更高的除塵效率及對細微粉塵顆粒的捕集效果，同時還具有更高的處理煙氣能力和較低的電壓等級。其中，對細微顆粒捕集機制和粉塵層二次過濾的效果所至。
四、結論
實驗表明，不銹鋼纖維濾袋式電除塵器的方案是可行的，這種新型除塵裝置具有以下優點：
1. 在一定的粉塵濃度，過濾風速和電壓條件下，電除塵器的除塵效率可以高達99.9%以上。
2. 由于過濾風速的提高，除塵器對煙氣的處理能力大為加強，可達到普通布袋除塵器的4~5倍。
3. 由于采用了不銹鋼金屬濾袋，除塵器的進口煙氣溫度比普通布袋除塵器大大提高，可達到300℃以上。
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