颗粒物的治理技术详解

颗粒物排放方式可以分为有组织排放和无组织排放两种。有组织排放是受控的，而无组织排放多呈弥散状态，对其控制和管理较难，应从生产工艺入手，尽量减少无组织排放。根据颗粒物不同的排放方式，其治理技术也相应地有所不同。对于有组织排放的颗粒物，可以在燃烧过程中通过改变或改进燃料、改进燃烧技术，在工艺过程中通过改变原材料、改进作业条件、采用静电沉积、内部过滤、喷淋等治理技术对颗粒物进行治理。对于无组织排放的颗粒物，可以通过喷水或覆盖剂、建挡风网、建围挡构筑物、改进破碎、输运、包装等环节的工艺、分散设置除尘器等方式加强颗粒物的控制和管理。

颗粒污染物是由固体微粒或液体微滴分散于气体（载气）中形成的。由于颗粒物与介质气体分子之间的质量差别大，因此，颗粒物治理技术的原理就是利用作用在颗粒物与气体介质上的作用外力差，实现两者的分离。按照作用原理，可以分为重力沉降、惯性分离、离心分离、静电沉积、过滤和洗涤。颗粒物治理技术比较见表6-4。

表6-4 颗粒物治理技术比较

（1）重力沉降室 重力沉降室是利用颗粒污染物与气体密度不同，使颗粒物在重力作用下从气流中自然沉降的除尘装置。其机理为含尘气流进入沉降室后，由于扩大了流动截面积而使得气流速度大大降低，使较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。

重力沉降室可分为单层沉降室（空心式）和多层沉降室（图6-2，室内装有横向隔板或竖向挡板）两种。重力沉降室具有结构简单，投资少，压力损失小的特点，维修管理较容易，但是体积大，效率相对低（约40%～60%），一般只作为高效除尘装置的预除尘装置，来除去较大和较重的粒子。

图6-2 多层沉降室

（2）惯性除尘器 惯性除尘器是使含尘气体与挡板撞击或者急剧改变气流方向，由于运动气流中尘粒与气体具有不同的惯性力，含尘气体急转弯或者与某种障碍物碰撞时，尘粒的运动轨迹将分离出来，从而分离并捕集颗粒物的除尘设备。

惯性除尘器分为碰撞式和回转式两种。前者是沿气流方向装设一道或多道挡板，含尘气体碰撞到挡板上使颗粒物从气体中分离出来。后者是使含尘气体多次改变方向，在转向过程中把颗粒物分离出来。当气体在设备内的流速低于10m/s时，除尘效率为50%～70%。这种设备结构简单，阻力较小，但除尘效率不高，在实际应用中，惯性除尘器一般放在多级除尘系统的第一级，用来分离颗粒较粗的粉尘。

（3）旋风除尘器 旋风除尘器是使含尘气流做旋转运动，借助于离心力使颗粒物从气流中分离，并捕集于器壁，再借助重力作用使颗粒物落入灰斗。净化的气体到达锥体底部后，转而向上沿轴心旋转，最后经排管排出。普通旋风除尘器由筒体、锥体、进气管、排气管、排灰口等组成（图6-3）。

旋风除尘器结构简单，易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低。在普通操作条件下，作用于粒子上的离心力是重力的5～2500倍，所以旋风除尘器的效率显著高于重力沉降室。但是旋风除尘器对5μm以下的细小颗粒物去除效果不理想。

图6-3 旋风除尘器

1—筒体 2—锥体 3—进气管 4—排气管 5—排灰口 6—外旋流 7—内旋流 8—二次流 9—回流区

（4）静电除尘器 静电除尘器是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离（图6-4）。其工作原理如下：含尘气体在高压电场进行电离过程中，通过电晕放电电场，使尘粒荷电，然后在电场库仑力作用下，荷电的尘粒向集尘极驱进，当尘粒在集尘极表面沉积到一定厚度时，振打电极使凝聚成较大的尘粒集合体从电极上沉落于集尘器中，并被清除（图6-5）。

图6-4 静电沉积过程

图6-5 静电除尘器工作原理

图6-6 静电除尘器

静电除尘器由放电极（圆线、星形线、芒刺线等）、集尘极（板式、管式、蜂窝式等）、振打清灰装置、气流布板、壳体和灰斗、电源（直流、脉冲）和控制装置等部分组成。一组放电极-集尘极构成一个电场。电场可以设置为单区（放电、集尘合一）或双区（放电、集尘分开）型。大型电除尘器可设计为多室（单元电联）、电场（单元电场串联）形式。

静电除尘器的除尘性能受粉尘性质、设备构造、烟气流速、电源输出电压等因素的影响（图6-6）。静电除尘器与其他除尘设备相比耗能低，除尘效率高（可达99%以上），处理烟气量大，能捕集烟气中粒径0.1μm或更小的尘粒，而且可用于高温或强腐蚀性烟气、高压的场合，在工业除尘上应用广泛，但是静电除尘器的一次性投资和技术要求比较高。

（5）过滤除尘器 过滤除尘器是使气流通过多孔滤料，气流中的颗粒物被阻留下来而使气体得到净化的设备，主要有袋式除尘器和颗粒层除尘器两种。

1）袋式除尘器（图6-7）是利用滤袋捕集颗粒物的过滤除尘设备，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤，当含尘气体进入袋式除尘器后，颗粒大、比重大的尘粒由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，含有较细小尘粒的气体在通过滤料时，尘粒被阻留，从而使气体得到净化。(www.xing528.com)

图6-7 袋式除尘器

1—卸灰阀 2—支架 3—灰斗 4—箱体 5—滤袋 6—袋笼 7—电磁脉冲阀 8—储气罐—喷管 10—清洁室 11—顶盖 12—环隙引射器 13—净化气体出口 14—含尘气体入口

滤料的材质、组织和结构是袋式除尘器的关键。袋式除尘器的滤袋采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，不同纤维织成的滤料具有不同性能。常用的滤料有208或901涤轮绒布，使用温度一般不超过120℃，玻璃纤维滤袋使用温度一般不超过250℃，棉毛织物一般适用于没有腐蚀性、温度在80～90℃以下含尘气体。一般来说，新滤料的除尘效率是不够高的。滤料使用一段时间后，由于筛滤、碰撞、滞留、扩散、静电等效应，滤袋表面积聚了一层粉尘，这层粉尘称为初层，在此以后的运动过程中，初层成了滤料的主要过滤层，依靠初层的作用，网孔较大的滤料也能获得较高的过滤效率。

袋式除尘器性能的好坏，除了正确选择滤袋材料外，清灰系统也是袋式除尘器运行中重要的一环，起着决定性的作用。随着粉尘在滤料表面的积聚，除尘器的效率和阻力都相应的增加，当滤料两侧的压力差很大时，会把有些已附着在滤料上的细小尘粒挤压过去，使除尘器效率下降。因此，除尘器的阻力达到一定数值后，要及时清灰。目前常用的清灰方法有气体清灰（高压气体或外部大气反吹滤袋）、机械振打清灰（机械振打装置周期性的轮流振打各排滤袋）和人工敲打。需要注意的是，清灰时不能破坏初层，以免除尘效率下降。

袋式除尘器结构主要由过滤单元、壳体、清灰系统和灰斗等部分组成。袋式除尘器的结构按滤袋的形状分为扁形袋（梯形及平板形）和圆形袋（圆筒形）；按进出风方式分为下进风上出风、上进风下出风和直流式（只限于板状扁袋）；按滤袋的过滤方式分为外滤式及内滤式。

袋式除尘器除尘效率高（99%以上），可靠性高，适用于捕集细小、干燥、非纤维性颗粒物，应用范围很广。另外，袋式除尘器结构比较简单，使用灵活，运行比较稳定，维护方便，相对静电除尘器初期投资较少。随着环保要求的不断提高，为了适应低浓度颗粒物排放的要求，国外发达国家从上世纪八九十年代就出现将火电厂的静电除尘器改为袋式除尘器的趋势，并在普通煤粉炉以及设有喷雾脱硫系统的煤粉炉和沸腾炉上都得到了成功的应用，除尘效率达99.9%～99.99%，烟尘排放浓度降到5～10mg/m³。但是袋式除尘器的应用受到滤袋耐温、耐腐蚀等操作性能的限制，且滤袋易破损、维修工作量大、可能影响发电机组正常运行，因此尚未在我国全面推广。

2）颗粒层除尘器是通过将松散多孔的滤料（如硅石、砾石等）填充在框架内作为过滤层的内滤式（颗粒物在滤层内部被捕集）除尘装置。颗粒层除尘器的工作原理与袋式除尘器相似，主要靠筛滤、惯性碰撞、截留及扩散作用等，使颗粒物附着于颗粒滤料及尘粒表面。

颗粒层除尘器具有结构简单、维修方便、耐高温、耐腐蚀、效率高、占地面积小、投资省等优点。我国目前使用的颗粒层除尘器有沸腾床颗粒层除尘器（图6-8）和塔式旋风颗粒层除尘器（图6-9）。塔式旋风颗粒层除尘器中，含尘气体经旋风除尘器预净化后引入带梳耙的颗粒层，使细粉尘被阻留在填料表面活颗粒层空隙中。清灰时反吹空气以45～50m/min的气速按相反方向鼓进颗粒层，使颗粒层处于活动状态，同时旋转梳耙搅动颗粒层，反吹清灰的含尘气流再返回旋风除尘器。沸腾床颗粒层除尘器不设梳耙清灰，反吹清灰风速较大（50～70m/min），使颗粒层处于沸腾状态。

图6-8 沸腾床颗粒层除尘器

（6）湿式除尘器 湿式除尘器也称作“洗涤除尘器”，是使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用液滴和尘粒的惯性碰撞及其他作用使尘粒被液滴、液膜或气泡吸附，凝聚变大而随液体排出，从而分离和捕集气体中颗粒物的设备。

湿式除尘器制造成本相对较低，结构简单，适用于处理高温、高湿的烟气以及化工、喷漆、喷釉、颜料等行业产生的带有水分、黏性大的颗粒物。在去除颗粒物的同时，湿式除尘器还可净化部分有害气体（如少量的SO₂、盐酸雾等）。但是湿式除尘器有洗涤污泥需要处理，否则会造成二次污染，且设备易腐蚀，管道、叶片易堵塞，动力消耗较大，在北方或者寒冷地区使用时还需要采用设备防冻措施。

湿式除尘器按结构形式可分为贮水式（如冲激式除尘器、水浴式除尘器、卧式旋风水膜除尘器）、加压水喷淋式（如文氏管除尘器、泡沫除尘器、填料塔等）和强制旋转喷淋式（如旋转喷雾式除尘器）三种。

1）卧式旋风水膜除尘器（图6-10）中，含尘气体由一端沿切线方向进入，沿导流片做旋转运动。在气流带动下，液体在外壁形成一层水膜，同时还产生大量水滴。尘粒在惯性离心力作用下向外壁移动，到达壁面后被水膜捕集。部分尘粒与液滴发生碰撞而被捕集。气体连续流经几个螺旋形通道，便得到多次净化，使绝大部分尘粒分离下来。

图6-9 塔式旋风颗粒层除尘器

图6-10 卧式旋风水膜除尘器

2）文氏管湿式除尘器（图6-11）是一种高能耗高效率的湿式除尘器。含尘气体以高速通过喉管，水在喉管处被湍流运动的气流雾化，尘粒与水滴之间相互碰撞使尘粒沉降，这种除尘器结构简单，对0.5～5μm的尘粒除尘效率可达99%以上，但其费用较高。

3）麻石除尘器（图6-12）是用麻石加工成砌块，用耐酸胶泥砌筑而成的圆筒形除尘设备。麻石是花岗岩的一种，属于天然石材，具有硬度高、耐磨损、耐风化、耐腐蚀的特点。

图6-11 文氏管湿式除尘器

图6-12 麻石除尘器