不锈钢纤维滤袋式电除尘器的技术研究
本文在对管式电除尘器的研究成果基础上，为进一步提高除尘器的除尘效率，尤其是对细微粉尘的捕集能力，对一种新型的不锈钢纤维滤袋式电除尘器（间称袋式电除尘器）进行了实验研究，实验结果表明了这一方案是切实可行的，可广泛用作炼钢和各种工业炉窑的排烟除尘设备。
一、除尘原理
普通袋式除尘的机制（如图1）有如下几种方式：扩散沉降、直接截留、静电沉降、惯性沉降。总体上说，这几种捕集机制在对粉尘捕集中所起的作用是相当大的。如果将滤袋作为电场一极，它与放电极间加上数万伏的高电压，则除尘机制中的静电沉降效果将会成百上千倍地增加，同时，滤料对粉尘颗粒的粘附作用也会大大加强。这样，作为除尘器集尘极的滤料，就起着过滤和静电吸附的双重作用，对粉尘颗粒的捕集能力大大加强。
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图1 袋式除尘捕集机制 1.扩散沉降 2. 直接截留 3. 静电沉降 4. 惯性沉降 |
二、实验装置
模型实验装置如图2所示，
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图2 实验装置示意图 1.风机 2. 阀门 3. (5,10,13)插板阀 4. 粉尘加注器 6. 绝缘子 7. 筒体 8. 滤袋 9. 放电极 11. 帽头 12. 反吹管 |
主要由鼓风机、粉尘加注器、筒体、放电极、集尘极、反吹管、绝缘子及其它辅助部件构成。高电压通过高压电源设备给出，对于产生电晕放电的关键部件放电极，采用了十字交叉鱼骨针电极。集尘极是由不锈钢金属纤维直径8μm，平均孔值30μm，整个滤袋高为1500mm，直径为250mm。
实验中对烟气流量和压力损失的测量采用了水排和倾斜式微压计来进行，对出口粉尘浓度的测量则由如图3所示的激光探头粉尘浓度测量装置完成。
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图3 粉尘浓度测量装置示意图 1.半导体激光器及其空间滤波器 2. 准直透镜 3. 被测粉尘 4.付里叶透镜 5.多元光纤分布板 6. 光电检测器 7. 计算机 |
三、实验结果分析
实验中采用的粉尘平均粒径为7μm，粉尘在实验前经烘干处理。实验中的过滤速度与除尘器压力损失对应半系由表1列出。
实验工况为：
1. 电压值为40kV和0V，过滤风速为1,2,3,4,5，6m/min，人口粉尘浓度为2，4，6，8g/m3;
2. 电压值为10，20，30，40，50kV，过滤风速为3m/min，人口粉尘浓度为2，4，6，8g/ m3。根据实验结果可讨论以上三个参数的变化对除尘效率影响及内在规律。
图4~6示出一组实验结果作以下几点分析：
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1. 在一定的粉尘浓度下，袋式电除尘器在加电压（40kV）和零电压下除尘效率都有随过滤风速增大而下降的趋势。在不加电压时，这种下降趋势比较明显，而在加上40kV电压后，过滤风速增大对除尘效率的影响作用将明显减弱。这充分表明了对这种袋式电除尘器施加高电压可使其在较大的过滤风速下仍能保持很高的除尘效率。换句话说，在保证除尘效率不下降情况下，同一台除尘器在加上高电压后可以有数倍于不加电压时的处理烟气量。
这一结论可由袋式除尘器的除尘机理进行解释：颗粒在击中捕集物后是被气流冲动带跑还是继续停留在捕集物之间的粘着作用，如前所述，颗粒与捕集物之间的粘着力，不考虑化合结合力，从宏观角度考虑主要有三种：范德华斯力、毛细管粘着力，静电库仑粘着力。通常情况下（无外加电场），范德华斯力和毛细管粘着力及静电库仑粘着力处于同一数量级，在增大过滤风速时，更强的气流和颗粒运动将使粘着不够紧密的颗粒脱离捕集物，被急速的气流扯开而带走，同时，过滤风速的增大还可能使原来形成的链状的集合体断裂，从而破坏了已经建立起来的稳定的筛滤作用，使除尘器对粉尘颗粒的捕集效果下降。在加上高电压后，使除尘机理中的静电效应大大加强，同时也使静电库仑粘着力成百上千倍地增大，保证了粉尘与滤料、粉尘与粉尘之间有足够的粘着力来抵抗气流扯动的影响。缓解了塌陷或穿孔现象的发生。
2. 在过滤风速一定的情况下，随着人口粉尘浓度增大，不加电压时除尘器的除尘效率会明显下降，而加电压时除尘效率变化不大，没有明显的下降趋势。这一结果表明在对袋式除尘器加上高电压后，除尘效率受人口粉尘浓度的影响较小，它对粉尘浓度的适应性较强。在实验工况内还没有明显的电晕闭塞现象出现。但是每台电除尘器都有一个粉尘浓度适应范围，如果浓度继续增高至产生电晕闭塞现象，就会出现电晕电流几乎为零，气体离子所形成的空间电荷减少，除尘效率就会显著下降，所以，如果待处理的粉尘浓度很高，一般采用分级处理的方法，可在前面先由一旋风式除尘器或其它简易除尘器进行处理，这样，既可解决浓度过高带来的问题，又可充分发挥电除尘的高效率。
3. 在除尘器的过滤风速一定（3m/min），人口粉尘浓度一定的情况下，除尘效率随着所加电压增大而递增，电压主要是从三个方面影响除尘效率的：一是影响电晕电流的大小，从而影响空间自由电荷的数目。电压越高，气体的电离作用加强 ，自由电荷越多，粒子荷上电的机会就越大，同时粒子的荷电量也会相应增加，这样，除尘器中运动的粉尘就会尽快地受到更强的电场力的作用。二是直接影响电场强度的高低，在除尘装置几何尺寸一定的情况下，所加电压越高，电场强度越大，粒子所受电场力也相应增大。三是影响粉尘颗粒与捕集物之间的粘附效果，在加上数万伏的高电压后，粉尘颗粒与捕集物间的静电库仑粘着力会成百上千倍地增加，强大的粘附效果使得颗粒很难被气流带走，从而除尘效率大大提高。
4. 将本实验结果与管式电除尘器实验相比较可知，在同等工况条件下，本装置可获得比管式电除尘器更高的除尘效率及对细微粉尘颗粒的捕集效果，同时还具有更高的处理烟气能力和较低的电压等级。其中，对细微颗粒捕集机制和粉尘层二次过滤的效果所至。
四、结论
实验表明，不锈钢纤维滤袋式电除尘器的方案是可行的，这种新型除尘装置具有以下优点：
1. 在一定的粉尘浓度，过滤风速和电压条件下，电除尘器的除尘效率可以高达99.9%以上。
2. 由于过滤风速的提高，除尘器对烟气的处理能力大为加强，可达到普通布袋除尘器的4~5倍。
3. 由于采用了不锈钢金属滤袋，除尘器的进口烟气温度比普通布袋除尘器大大提高，可达到300℃以上。
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