环保除尘方法应用研究
摘 要：针对当前我国大多数城市遭受烟尘污染较为严重的现状，本论文对环保除尘方法展开了分析探讨，首先分析介绍了当前除尘设备的应用现状，在此基础上重点分析介绍了静电除尘和陶瓷过滤除尘两种较为环保且不会产生二次污染的除尘技术，详细分析了其实现的基本原理与技术应用，对于进一步提高我国环保除尘技术的研究及其应用水平具有一定借鉴和指导意义。
关键词：除尘方法;电除尘;环保除尘
1 引言
燃煤锅炉是我国大气环境最主要的污染源。燃煤锅炉排放的粉尘30%是10μm以下的粉尘，这些粉尘悬浮在大气中，严重影响着大气环境质量。尤其是其中PM2.5以下的粉尘，在医学上被称为“可吸入粉尘”，对人类健康危害极大。有效治理燃煤锅炉烟气粉尘污染，是提高我国大气环境质量和人类健康水平的关键。
本论文主要对目前应用较为广泛的几种除尘方法展开对比分析及其应用探讨，以期从中找到合理可靠有效的环保除尘方法，并加以推广应用，以此和广大同行分享。
2 当前除尘设备应用现状
在高温煤(烟)气中,目前能有效地去除尘粒的方法，有如下几种：
(1) 高性能机械除尘器
高性能机械除尘器,如单级或多级旋风除尘器，利用离心惯性力不同,以去除高温气流中尘粒。旋风除尘器运行成本最低，但对粒度低于5～10μm的粒子无效，因为这时施加到尘粒上的惯性力较低。若粒子载荷在低于0.01%～0.02%时，切线速度必须达到21～27m/s时，才能有效清除尘粒，而这远远不能满足净化后的高温煤(烟)气含尘浓度的要求。故一般旋风除尘器只能作为预除尘设备，使从气化炉出来的高温粗煤气含尘浓度降低到0.5%以下，再予以二次除尘。
(2) 声波团聚除尘器
声波团聚可置于旋风除尘器前，即用一个空气发声器产生800～900Hz的高频声波，振幅可达157dB，尘粒在通过声场时，从0.1μm～10μm的粒子均可团聚，增加了旋风除尘器的除尘能力。
(3) 高性能阻挡式过滤器
高性能阻挡式过滤器，又分为陶瓷过滤器、颗粒床过滤器、金属网过滤器。颗粒床过滤器,除尘效率达99%以上，压降4～8KPa，能除去10μm以上尘粒，但在高温下运行时，床层容易堵塞，该技术存在着磨损和压降较大等问题。金属网过滤器由特殊的金属纤维组成，但因纤维物所承受温度较低，不太适合高温气体除尘。在高温高压煤(烟)气中去除尘粒的有效方法是陶瓷过滤器。研究表明，陶瓷过滤器除尘效率极佳，可达到99.9%以上，净化后煤气中的尘粒浓度小于5mg/Nm3，最大尘粒直径小于5微米，并且，该技术已经成熟，为目前最常用的高温气净化技术。
3 环保除尘方法探讨
3.1 静电除尘方法
电除尘器是利用直流高压电源产生的强电场使气体电离，产生电晕放电，进而使悬浮尘粒荷电，并在电场力的作用下，将悬浮尘粒从气体中分离出来并加以捕集的除尘装置。
电除尘器有许多类型和结构，但它们都是由机械本体和供电电源两大部分组成，都是按照同样的基本原理设计的。与直流高压电源输出端相连的金属线叫电晕极(也称阴极或放电极)，接地的金属极板叫集尘极(也称阳极或收尘极)。电晕极置于极板的中心，在两个曲率半径相差较大的电晕极和集尘极之间施加足够高的直流电压，两极之间便产生极不均匀的强电场，电晕极附近的电场强度最高，使电晕极周围的气体电离，产生电晕放电。电压越高，电晕放电越强烈。在电晕区气体电离产生大量自由电子和正离子，在电晕区外(低场强区)由于自由电子动能的降低，不足以使气体发生碰撞电离而附着在气体分子上形成大量负离子。当含尘气体从除尘器下部进气管引入电场后，电晕区的正离子和电晕区外的负离子与尘粒碰撞并附着其上，实现了尘粒的荷电。荷电尘粒在电场力的作用下向电极性相反的电极运动，并沉积在电极表面，当电极表面的粉尘沉积到一定厚度时，通过机械振打等手段将电极上的粉尘捕集下来，从下部灰斗排出，而净化后的气体从除尘器上部出气管排出，从而达到挣化含尘气体的目的。
综上所述，静电除尘器的除尘过程可概括为以下四个阶段：
① 气体的电离;
② 粉尘的荷电;
③ 荷电粉尘的沉集;
④ 清灰。
为了充分发挥静电除尘器的除尘作用，提高其性能，扩大应用范围，必须对电晕的形成方式、气溶胶粒子的荷电过程、荷电粒子在静电场中的运动以及粉尘在集尘极上的沉积规律等基本理论作深入的研究。
静电除尘是世界公认的高效除尘技术方法之一，同旋风除尘器、袋式过滤器、颗粒层除尘器、洗涤器(湿式或文丘里式)相比较，只有电除尘器才能将电的作用力直接施加在烟气中的尘粒上，使荷电尘粒从烟气中分离出来，因没有能量转换，故耗电量也最低;同其他种类除尘器相比较，电除尘器具有如下特点:
① 处理气体量大，可达106m3/h;
② 处理高温350℃与高湿40%(体积)气体;
③ 压力损失低，约100~30P0a，耗电量约0.1-0.8kWh(每小时处理1000m3气体);
④ 捕集细微粉尘的除尘效率高，可达99%以上;
⑤ 日常维护费用低，因为传动件和易耗件少，耗电量低。
尽管静电除尘技术在环保除尘方面优势明显，但目前应用在高温高压下除尘，尚存在电晕稳定性、电极寿命短、对烟气成分敏感、长时间运行时材料稳定性、材料的热胀性等问题，短时间内，仍不能工业示范。
3.2 陶瓷过滤除尘
陶瓷过滤器的除尘机理，实际上就是捕集物(陶瓷颗粒)对粉尘的捕集分离机理。可以表述为：当气流携带粉尘接近这些捕集物体时，一些短程效应如惯性碰撞、拦截、扩散对粉尘起作用，其结果就是将粉尘从气流中分离出来，达到捕集分离的目的。这些短程效应与粉尘同捕集物之间的相对大小和相对速度有很大的关系。每一项机理的数学模型都可以通过流体动力学的基本方程建立起来，但对某些方程要求出精确解是比较困难的，目前只能在简化的基础上作近似求解。求解两种或两种以上机理组合作用的数学方程精确解更为困难。幸而在大多数的情况下，仅有一种机理占主导优势，因而便于求出若干简化假设。例如，粒径在1μm或者1μm以上的颗粒，惯性碰撞占主导地位，而小于1μm以下的颗粒，则扩散成为主要的捕集机理。
陶瓷过滤器的核心部分是以多孔陶瓷制成陶瓷过滤元件，它以刚玉砂、石英砂、矾土等高耐火性原料为骨料，配合以结合剂、改性剂等，经过1000℃以上高温烧结而
成。目前研究较为广泛的一种陶瓷过滤器，其结构内部均匀分布有大量开口气孔，具有微孔孔径易于控制、孔隙率高、孔径均匀等特点，该种结构过滤阻力小，渗透性好，耐高温，耐酸、碱腐蚀，使用寿命长，同时对于烟尘的过滤效果极好，产生的二次污染极少，属于一种非常有前途有潜力的环保式除尘方法。
4 结语
当前，随着人类环保意识的逐渐加强，除尘工业在我国得到了飞速的发展，各种除尘设备、除尘技术都得到了广泛的研究和应用，本论文对于当前环保除尘方法的探讨，是对改善我国城市空气质量、减少烟尘污染危害的一次有益尝试和探索，当然，论文中所述及的环保除尘方法，在具体实现及其推广应用上还有一些技术性的细节问题，这有待于我国广大科技技术工作人员的共同努力，因而本论文对于环保除尘方法应用的研究探讨，无论是从理论研究还是从具体实践上来说，都是具有一定的指导和借鉴意义的。
参考文献：
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