惯性除尘器的种类和工作原理

3.1　重力除尘器

3.1.1　重力除尘器的工作原理

重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置，它的结构如图6.2所示。含尘气流进入重力沉降室后，由于突然扩大了流动截面积，气流速度迅速下降，此时气流处于层流状态或接近层流状态下运动，使较重尘粒粉尘在重力作用下缓慢向灰斗沉降。

图6.2　重力沉降室

3.1.2　重力除尘器的设计计算

重力沉降室的设计计算以如下假定为基础：通过沉降室断面的水平气流速度分布是均匀的，并呈层流状态；在沉降室入口断面上粉尘分布是均匀的；在气流流动方向上，尘粒和气流具有同一速度；粉尘是以沉降速度（沉降速度是指尘粒下落时所能达到的最大速度）在重力沉降室内下降。

气流在重力沉降室内的停留时间为t1：

式中：l——为沉降室长度，m；

　　　v——为气流运动速度，m/s。

沉降速度为的尘粒从除尘器顶部降落到底部所需要的时间为t2：

式中：H——为沉降室高度，m。

要把沉降速度为的尘粒在重力沉降室内全部除掉，必须满足t1 ≥t2，即

重力沉降室内的气流速度要根据尘粒的密度和粒径确定，一般为0.3～2m/s。设计新的重力沉降室时，应先根据计算出捕集尘粒的沉降速度vs，假设沉降室内的气流速度和沉降高度（或宽度），然后再求得沉降室的长度和宽度（或高度）。

重力沉降室长度

重力沉降室宽度

式中：L——为处理空气量，m3/s。

根据上述计算可知，重力沉降室应该是一个扁长形的长方体结构，有利于除尘。

3.2　惯性除尘器

惯性除尘器是指含尘气流冲击在挡板上，使气流方向发生急剧转变，利用尘粒本身的惯性力作用使其与气流分离，并与挡板发生碰撞而被捕集的装置，是低效除尘器。

3.2.1　惯性除尘器的工作原理

如图6.3所示，是含尘气流冲击在两块挡板上时的分离机理。当气流冲击到挡板时，惯性大的粗尘粒首先被分离，被气流带走的尘粒由于挡板使气流转向，借助离心力作用也被分离。显然回旋气流的曲率半径愈小，愈能分离细小的粒子。这种惯性除尘器，除了借助惯性力的作用外，还利用了离心力和重力作用。

图6.3　惯性除尘器分离机理示意图

3.2.2　惯性除尘器的形式

惯性除尘器结构多种多样，主要分为碰撞式和反转式两类。

碰撞式惯性除尘器是以气流中粒子冲击挡板而捕集较为粗大粒径粉尘的除尘装置，也称为冲击式惯性除尘器。当含尘气流流经挡板时，尘粒借助惯性力作用撞击在挡板上，失去动能后的尘粒在重力作用下沿挡板下落，进入灰斗。挡板可以是单级，也可以是多级，如图6.4所示。多级挡板交错布置，一般可设置3～6排。实际应用多采用多级挡板，目的是增加撞击机会，提高除尘效率。这类除尘器阻力较小，一般在100Pa以内。尽管使用多级挡板，但除尘效率也只能达到65%～75%。

图6.4　碰撞式惯性除尘器

反转式惯性除尘器是通过改变气流流向而捕集较细粒径粉尘的除尘装置，也称为气流折转式惯性除尘器。反转式惯性除尘器分为弯管型、百叶窗型和多层隔板塔型三种，如图6.5所示。弯管型和百叶窗型与冲击式一样，都适用于安装在烟道上。多层隔板塔型主要用于分离烟雾，能捕集几微米粒径的雾滴。由于反转式惯性除尘器是采用内部构件使气流急剧折转，利用气体和尘粒在折转时所受惯性力的不同，使尘粒在折转处分离。因此，气流折转角越大，折转次数越多，气流速度越高，除尘效率越高，但阻力损失也越大。

图6.5　反转式惯性除尘器

惯性除尘器的结构简单，阻力损失较小，常适用于一级除尘或作为高效除尘器的前级除尘，其压力损失因结构形式的不同而差异较大，主要适用于捕集粒径10～20以上的金属或矿物性粉尘，对黏结性和纤维性粉尘，因容易堵塞，故不宜采用。一般惯性除尘器的气流速度愈高，气流方向转变角度愈大，转变次数愈多，除尘效率愈高，同时压力损失也愈大。

3.3　旋风除尘器

旋风除尘器是利用气流旋转过程中产生的离心力作用，使尘粒从气流中分离的装置。其优点有以下几点。

①结构简单，造价低。

②无运动部件，操作维护方便。

③耐高温、高压，可用各种材料制造。

④压力损失中等，动力消耗不大，除尘效率较高等。工程应用中，一般用来捕集粒径5～15 的粉尘，作为多级除尘中的第一级。

3.3.1　旋风除尘器的结构和工作原理

普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成，如图6.6所示。含尘气流由切线进口进入除尘器，沿外壁由上向下做螺旋形旋转运动，称为外涡旋；外涡旋到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上做旋转运动，称为内涡旋；最后经排气管排出。外涡旋和内涡旋的旋转方向相同，轴向运动方向相反。气流做旋转运动时，受惯性离心力推动作用，尘粒向外移动，到达外壁面后在气流和重力共同作用下，落入灰斗。

图6.6　普通旋风除尘器示意图

气流作外涡旋运动时，顶部压力下降，部分气流带着微细尘粒沿筒体外壁旋转向上，到达顶部后，再沿排气管外壁旋转向下，最后汇入排气管排出，该旋转气流称为上涡旋，如图6.7所示。如果进口和顶盖间保持一定距离，没有进口气流干扰，上涡旋表现明显。

图6.7　旁路式旋风除尘器示意图

由于气体不是理想气体，且具有黏性，旋风除尘器内气流运动很复杂，除切向和轴向运动外，还有径向运动。外涡旋内部及其与尘粒之间存在摩擦损失，因而外涡旋不是纯净自由涡旋，而是所谓的准自由涡旋，具有向下低速向心的径向运动；内涡旋类似刚体圆柱转动，称为强制涡旋，具有向上高速向外的径向运动；外涡旋的径向向心速度分布和内涡旋的径向向外速度分布呈对称型。

3.3.1.1　切向速度

切向速度是决定气流合速度的主要速度分量，也是决定气流中质点离心力和尘粒捕集效率的主要因素。如图6.8所示，是某一断面的速度分布和压力分布。可以看出，外涡旋切向速度vt 随半径r 减小而增加，反比于旋转半径r的n次方，最大值位于内外涡旋交界面，该交界面的半径r = 0.60～0.65 Dp/2（Dp为排气管的直径）。内涡旋切向速度vt 随半径r的减小而减小，正比于旋转半径r，比例常数等于气流的旋转角速度。

图6.8　旋风除尘器内涡旋气流切向速度与压力分布

3.3.1.2　径向速度

外涡旋径向速度是向心的，内涡旋径向速度是向外的。气流切向分速度vt和径向分速度ω 对尘粒的分离起着相反的影响，前者产生惯性离心力，使尘粒向外径向运动，后者造成尘粒向心径向运动。如果近似认为外涡旋气流均匀经过内、外涡旋交界面进入内涡旋，见图6.9所示。

图6.9　交界面上气流的径向速度

3.3.1.3　轴向速度

轴向速度视内、外涡旋而定，外涡旋向下，内涡旋向上。因而在内、外涡旋之间存在一个轴向速度为零的交界面。在内涡旋中，随着气流逐渐上升，轴向速度不断增大，在排气管底部达到最大值。

3.3.2　压力分布

从气流运动三个速度分量分析，可以看出旋风除尘器内压力分布。轴向各断面的速度分布差别较小，因此轴向压力变化也较小；切向速度在径向变化很大，因此径向全压和静压变化均很大，由外壁向轴心逐渐降低，轴心部分静压为负值。这种径向压力变化，是因为气流在除尘器内作圆周运动时，要有一个向心力和离心力相平衡所引起的。研究表明，即使在正压下运行，轴心处也是保持负压，该负压一直延伸至灰斗。因此，旋风除尘器下部如果不保持严密，会把已经分离的粉尘重新卷入到内涡旋中。

3.3.3　除尘器阻力

气流通过旋风除尘器压力损失是评价旋风除尘器性能的一个主要指标。压力损失是用气体通过旋风除尘器的总能量消耗表述，亦称压力降，一般约1～2 kPa。压力降由气流入口、出口和涡旋流场三部分组成，以涡旋流场能耗为主。压力降与除尘器结构和运行条件等因素有关，其数值难以通过理论计算精确得到。根据实验，压力降与进口气流速度的平方成正比关系，即：

式中：ξ——为压损系数，可参考产品样本资料或通过实测求得；

　　　μ——为气流的入口速度，m/s；

　　　ρ——为气体的密度，kg/m3。

3.3.3.1　进口速度

进口速度对除尘效率和压力降具有重大影响。除尘效率和压力降都随速度增大而提高，但若进口速度过大，不仅使压力降急剧加大，而且还会加剧返混，导致除尘效率下降。因此，从技术、经济两个方面综合考虑，进口风速一般控制在15～25 m/s，但不应低于10 m/s，以防进气管积尘。

3.3.3.2　结构比例尺寸

旋风除尘器各部件均有一定的尺寸比例，比例尺寸变化影响除尘效率和压力降等。在结构上，影响性能的因素有筒体直径、排气管直径、筒体和锥体高度、排尘口直径及除尘器底部的严密性等。

（1）筒体直径

在相同转速下，筒体直径越小，尘粒受到的离心力越大，除尘效率越高。但筒体直径越小，处理风量也越少，并且筒体直径过小还会引起粉尘堵塞，因此一般0.15 m，不大于1 m。在需要处理大风量时，可采用同型号旋风除尘器并联组合运行，或采用多管型旋风除尘器。

（2）排气管直径

减小排气管直径可以减小内涡旋直径，有利于提高除尘效率，但减小排气管直径会加大出口阻力，一般取0.4～0.65倍的筒体直径。

（3）筒体和锥体高度

加长筒体长度虽然有利于沉降，但会造成返混；增加锥体长度会使阻力增加。因此高效旋风除尘器采用的锥体长度为筒体直径的2.8～2.85倍；筒体和锥体的总高度不超过筒体直径的5倍。

（4）排尘口直径

排尘口直径过小会影响粉尘沉降，同时易被粉尘堵塞。因此，排尘口直径一般为排气管直径0.7～1.0倍，但不小于70 mm。

3.3.3.3　除尘器底部的严密性

由于旋风式除尘器底部总是处于负压状态，如果不严密，会造成返混现象，使除尘效率显著下降。因此在不漏风的情况下，进行正常排尘是保证正常运行的重要条件。对间歇工作的除尘器，可在排尘口下设置固定灰斗，定期排放；对收尘量大且连续工作的除尘器，可设置双翻板式或回转式锁气室，如图6.10所示。

图6.10　锁气室

电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。电除尘过程与其他除尘过程的根本区别在于，分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，这就决定了它具有分离粒子耗能小、气流阻力小的特点。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以对亚微米级粒子也能有效捕集。

3.4　电除尘器

3.4.1　电除尘器的工作原理

电除尘器种类和结构型式繁多，但基本工作原理相同，包括电晕放电、气体电离、悬浮粒子荷电、带电粒子在电场内向集尘极迁移并被捕集、集尘极上捕集物放出电荷并被清除等基本过程。

3.4.1.1　气体电离与电晕放电

电除尘过程首先需要发生大量使粒子荷电的气体离子，最有效的办法是电晕放电，并广泛应用。将充分高的直流电压施加在一对电极上，其中一极为放电极，另一极为集尘极，二者形成电场，该电场可能是不均匀电场或均匀电场，但电除尘器内必须设置为非均匀电场。

在电场力作用下，空气中自由离子向两极移动形成极间电流，电压越高、电场强度越高，离子的运动速度越快。当电压升高到一定数值后，放电极附近的离子获得了较高的能量和速度，撞击空气中的中性原子，使其分解成正、负离子，该现象称为空气电离，该过程也称为“雪崩”过程。空气电离后，因连锁反应，极间电流（称为电晕电流）急剧增加，空气成了导体。当电晕极周围空气全部电离，其周围形成一圈淡蓝色光环，该光环称为电晕，因而放电极也称为电晕极；自由电子能引起气体分子离子化的区域，称为电晕区。在电晕区内产生大量的自由电子和正离子，该过程就是所谓的电晕放电。如果进一步提高电压，空气电离范围逐渐扩大，最后极间空气全部被电离，该现象称为电场击穿。电场击穿时，发生火花放电，电路短路，电除尘器停止工作。为了保证电除尘器的正常运行，电晕范围一般局限于电晕极附近。

含尘气体通过电除尘器时，由于电晕区范围很小，只有少量尘粒在电晕区通过，并获得正电荷，沉积在电晕极上。大多数尘粒在电晕区外通过，通过与负离子碰撞获得负电荷，最后沉积在阳极板上，称为集尘极。直流电除尘器一般采用负电晕极，因为起晕电压低（刚开始产生电晕的电压称为起晕电压）而击穿电压高。另外，负离子运动速度要比正离子大，因此采用负电晕极有利于提高除尘效率。但是，用于进气净化的电除尘器，为了避免负电晕极产生臭氧，一般采用正电晕。

为了防止“电晕闭塞”，含尘浓度过高时，必须采取处理措施，如提高工作电压、采用放电强烈的电晕极、增加预净化设备等等。气体的含尘浓度超过30 g/m3的时候，就必须设置预净化设备。

应当指出，因流分布不当、气流速度过高或不适当的振打等原因，容易出现异常荷电。最重要有三种情况。①沉积在集尘极表面的高比电阻粒子导致在低电压下发生火花放电或在集尘极发生反电晕现象。通常当比电阻高于2×1 010 Ω·cm时，较易发生。

②当气流中微小粒子浓度高时，虽然荷电尘粒所形成的电晕电流不大，可是形成的空间电荷却很大，严重地抑制电晕电流产生，使尘粒不能获得足够电荷。粒径在1 左右的数量越多，这种现象越严重。

③当含尘量大到某一数值时，电晕现象消失，尘粒在电场中得不到电荷，电晕电流几乎为零，失去除尘作用，即电晕闭塞。

3.4.1.2　被捕集粉尘的清除

电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积，应及时清除。因为粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性；集尘极板上粉尘层较厚时，会导致火花放电，电压降低，电晕电流减小。集尘极清灰方法有湿式和干法两种方式。在湿式电除尘器中，集尘极板表面经常保持一层水膜，粉尘沉降在水膜上而随水膜流下，从而达到清灰目的，该方式优点是粉尘无二次尘化，同时也可净化部分有害气体，其缺点是极板腐蚀结垢和污泥处理。干法电除尘器一般通过机械撞击、电磁振打或锤式振打清除。干法振打清灰需要合适的振打强度，太小难以清除积尘，太大可能引起二次尘化，合适的振打强度和振打频率通过现场调节确定。用负电晕极有利于提高除尘效率。但是，用于进气净化的电除尘器，为了避免负电晕极产生臭氧，一般采用正电晕。

3.4.2　电除尘器的形式和构造

3.4.2.1　按集尘极的型式可分为管式和板式电除尘器两类

如图6.11所示，管式电除尘器的集尘极一般为直径150～300mm的圆形金属管，管长为3～5m，通常采用多根圆管并列的结构，放电极极线（电晕线）用重锤悬吊在集尘极圆管中心。其缺点清灰较困难，多用于净化气量较小或含雾滴的含尘气体。板式电除尘器的集尘极由多块经轧制成不同断面形状的钢板组合而成，放电极（电晕线）均布在平行集尘极间，集尘极极板间距一般为200～400mm，极板高度为2～5m，极板总长可根据要求的除尘效率来定。其缺点电场强度变化不均匀，但清灰方便，制作安装较容易。

图6.11　电除尘器结构示意图

1—绝缘瓶；2—集尘极表面上的粉尘；3—放电极；4—吊锤；5—捕集的粉尘；6—高压母线；7—电晕极；8—挡板；9—集尘挡板；10—重锤；11—高压电极

3.4.2.2　按气流流动方向可分为立式和卧式电除尘器两类

立式电除尘器的气流通常是自下而上流动。管式电除尘器都是立式的，具有占地面积小、捕集效率高的优点。卧式电除尘器的气流是沿水平方向运动来完成净化过程的，卧式电除尘器的电场供电，容易实现对不同粒径粉尘的分离，有利于提高总除尘效率，且安装高度低，操作维修方便，在工业废气除尘中应用广泛。

3.4.2.3　按集尘极和电晕极在除尘器空间配置不同分为单区和多区电除尘器两类

单区电除尘器的集尘极和电晕极装在同一区域内，粒子荷电和捕集在同一区域内完成，当今应用最为广泛。双区电除尘器中，粒子荷电和捕集不在同一区域内完成，如图6.12所示，在放电极区域里使粒子荷电，在集尘极区域里使粒子被捕集。

图6.12　双区电除尘器结构示意图

1—连接高压电源；2—洁净气体出口；3—不放电的高压电极；4—集尘极；5—放电极；6—放电极线；7—连接高压电源；8—集尘极板

3.4.2.4　按沉积粉尘的清灰方式可分为湿式和干式电除尘器两类

湿式电除尘器是用喷水或溢流水等方式使集尘极表面形成一层水膜，将沉积的粉尘冲走，可以达到很高的除尘效率，因无振打装置，运行较稳定。但与其他湿式除尘器一样，存在腐蚀、污泥和污水的处理问题，只有在气体含尘浓度较低、要求除尘效率较高时使用。干式电除尘器是最常见的一种形式，是用机械振打等方法实现极板清灰，回收的干粉尘便于处置和利用，但存在二次尘化问题，导致除尘效率降低。

3.4.3　影响电除尘器除尘效率的因素

影响电除尘器效率的因素很多，如气体参数（温度、黏度、流速、含尘浓度等）、粉尘特性（粉尘真密度、分散度、带电性等）、操作条件及除尘器本体结构部件等。下面介绍其中的几个主要因素。

3.4.3.1　电场风速

如果电场风速增大，就会减少尘粒与气体离子相结合的机会，同时也容易使已沉积的尘粒再次被带回气流中去，形成二次飞扬，除尘效率下降。风速过小，电除尘器体积大，投资增加。根据经验，通常选取风速最高不宜超过1.5～2.0 m/s，除尘效率要求高的除尘器不宜超过1.0～1.5 m/s。(www.xing528.com)

3.4.3.2　气体的含尘浓度

当含尘浓度过高时，电除尘器的除尘效果会大大恶化。这是因为荷电的尘粒运动速度远远低于气体离子的运动速度。含尘浓度愈高，尘粒在电场中荷电愈多，这样整个电场中趋向集电极的荷电尘粒速度减慢，即单位时间内从电晕极转移到集尘极的电荷减少了。浓度愈高电晕愈小，以至减到零，电除尘器工作完全失败，这种现象称为“电晕闭塞”。

为了防止“电晕闭塞”，含尘浓度过高时，必须采取处理措施，如提高工作电压、采用放电强烈的电晕极、增加预净化设备等等。气体的含尘浓度超过30 g/m3的时候，就必须设置预净化设备。

3.4.4　电除尘器的选择计算

电除尘器形式和工艺配置，应根据处理含尘气体性质及处理要求决定，可以归纳出选择和设计电除尘器时需要提供的主要参数为以下几点。

①要求的除尘效率或除尘器进出口浓度。

②气体的流量、组成、温度、湿度和压力。

③粉尘的组成、粒径分布、比电阻、密度、黏性及回收价值等。

设计步骤如下。

①根据现有运行和设计经验，确定或计算有效驱进速度。

②根据给定气体流量和要求的除尘效率，计算所需的积尘面积A。

③查出与集尘面积相当的电除尘器规格。

④验算电场风速（电除尘器内气体运动速度，称为电场风速），如验算结果在所选的除尘器允许范围内，则符合要求，否则应重新选择。

3.5　袋式除尘器

袋式除尘器是一种干式高效除尘器，利用纤维织物的过滤作用进行除尘。对于1.0 μm的粉尘，效率高达98%～99%。滤袋通常做成圆柱形（直径为125～500 mm），有时也做成扁长方形，滤袋长度一般为2 m左右。袋式除尘器的除尘效率高，且性能稳定可靠、操作简单，因而应用广泛。

在电除尘器电晕电场中存在两种截然不同的粒子荷电机理。一种是离子在静电力作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电，称为电场荷电或碰撞荷电，该机理依赖于电场强度；另一种是由离子扩散而使粒子荷电，称为扩散荷电。

3.5.1　袋式除尘器的工作原理

常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，一般为20～50 μm，新用滤料的除尘效率不高，对于粒径1 的尘粒只有40%左右的除尘效率，如图6.13所示。含尘气体通过滤料时，粉尘因筛滤、截留、惯性碰幢、静电、扩散和重力沉降等作用，逐渐深入滤料内部，使纤维间空间逐渐减小，最终形成附着在滤料表面的粉尘层（称为初层）。

图6.13　某袋式除尘器分级效率曲线

粉尘初层形成后，成为袋式除尘器的主要过滤层，使过滤效率剧增，而滤布只是起着形成粉尘初层和支撑它的骨架作用，如图6.14所示。但随着粉尘在滤袋上积聚，滤袋两侧压力差增大，会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。另外，若除尘器阻力过高，会使除尘系统处理气体量显著下降，影响生产系统的排风效果，因此除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰。

图6.14　滤料的过滤作用

3.5.2　袋式除尘器的阻力

袋式除尘器阻力与除尘器结构、滤袋布置、粉尘层特性、清灰方法、过滤风速、粉尘浓度等因素有关。可作定性分析袋式除尘器阻力为：

式中：ΔPg——为结构阻力，Pa；

　　　ΔP0——为滤料阻力，Pa；

　　　ΔPc——为粉尘层阻力，Pa。

通常袋式除尘器阻力由产品样本给出。

3.5.3　袋式除尘器清灰方式

清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，实际上许多袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的。最早的清灰方式是振动滤料以便沉积的粉尘脱落，称为机械振动式清灰。另外两种是利用气流把沉积粉尘吹走，即用低压气流反吹或用压缩空气喷吹，分别称为逆气流清灰和脉冲喷吹清灰。此外，还有一些其他清灰方式，对于难以清除的粉尘也有同时并用两种清灰方法的。

3.5.3.1　简易清灰

简易清灰是借助滤科表面粉尘自重和风机的启动和停止，使滤袋变形，粉尘自行脱落而清灰，有时还需要辅以人工敲打和抖动滤袋的方法使清灰效果达到最佳。如图6.15所示，是简易清灰袋式除尘器结构示意图，该袋式除尘器不适宜净化含尘浓度过高气体。这种袋式除尘器结构简单、投资省、易上马、体积庞大、操作条件差，目前已较少使用。

图6.15　袋式除尘器结构示意图

1—灰斗；2—电热器；3—中箱体；4—滤袋；5—回气阀；6—排气阀；7—回气管；8—排气管；9—振打机构；10—框架；11—进气口；12—导流板；13—螺旋输灰机；14—卸灰阀

3.5.3.2　机械振动清灰

机械振动清灰方式常用以下三种。

①水平振动，即滤袋沿水平方向摆动。

②垂直振动，即滤袋沿垂直方向振动。

③扭曲振动，即靠机械转动定期将滤袋扭转一定的角度，使沉积于滤袋的粉尘层破碎而落入灰斗。

机械振动清灰，能及时清除附着在滤袋上的尘粒，工作性能稳定、清灰效果较好，耗能低。过滤风速一般取1.0～2.0 m/min，压力损失约为800～1 200 Pa。但由于机械作用，滤袋寿命较短，滤袋检漏、维修和更换工作量大。

3.5.3.3　逆气流清灰

逆气流清灰是指清灰时的气流与过滤时气流方向相反。清灰时，关闭含尘气流，开启逆气流反吹风，使滤袋变形，沉积在滤袋内表面（或外表面）的粉尘层被破坏而脱落入灰斗。属于这种清灰方式的除尘器有逆气流吹风清灰袋式除尘器、逆气流吸风清灰袋式除尘器和气环反吹清灰袋式除尘器。该种袋式除尘器系统常采用标准化设计，多滤袋室组合使用，用于连续工艺过程，特别适用于粉尘黏性小及采用玻璃纤维滤袋的情况。逆气流吹风清灰袋式除尘器的过滤速度一般取0.5 m/s左右为宜。逆气流吸风清灰袋式除尘器的过滤速度通常取0.4～0.6 m/min，最大不超过1.0 m/min。气环反吹清灰袋式除尘器的过滤速度一般取4～6 m/min，滤尘效率达99%以上，压力损失为1 000～1 200 Pa。

3.5.3.4　脉冲喷吹清灰袋式除尘器

脉冲清灰也包括逆流反吹过程。这种清灰方法是利用Pa的压缩空气反吹，产生强度较大的清灰效果。压缩空气的脉冲产生冲击波，使滤袋振动，导致积附在滤袋上的粉尘层脱落。这种清灰方式有可能使滤袋清灰过度，继而使粉尘通过率上升，因此必须选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续时间。脉冲清灰的控制参数为脉冲压力、频率、脉冲持续时间和清灰次序。这种高效除尘器，净化效率高，过滤负荷高，滤袋磨损较轻，使用寿命较长，运行安全可靠，应用越来越广泛。但耗电量较大，对高浓度、含湿量较大的含尘气体的除尘效果较差。

3.5.3.5　回转反吹扁袋式除尘器

这种除尘器采用圆筒外壳，梯形扁袋沿圆筒呈辐射状布置，反吹风管由轴心向上与悬臂管连接，悬臂管下面正对滤袋导口设有吹风口，悬臂管由专用马达及减速机带动旋转。回转反吹扁袋式除尘器在相同过滤面积的条件下占用的空间体积小，可提高单位体积的过滤面积。扁形滤袋性能好，寿命长，清灰自动化且效果好，运行安全可靠，维修方便。过滤风速一般取1.0～1.5 m/min，粘性小的粗尘粒可取2.0～2.5 m/min，净化效率一般可达99%以上。

3.5.3.6　联合清灰袋式除尘器

这种除尘器是将上面介绍的两个或三个不同类型的除尘器有机地连接起来，已达到最佳净化效率。联合清灰袋式除尘器的清灰时间约为30～60 s，时间间隔约为3～8 min，过滤风速一般取2～3 m/min，压力损失为8 000～1 000 Pa，清灰效果好，净化效率约为98%左右。

3.5.4　袋式除尘器的选择与应用

3.5.4.1　袋式除尘器的滤料选择

滤料是组成袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器操作有很大影响，选择滤料时必须考虑含尘气体的特征。性能良好的滤料应具有容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低、使用寿命长，且耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。

滤料特性除与纤维本身的性质有关外，还与滤料表面结构有很大关系。表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适用于含尘浓度低，黏性大的粉尘，此时采用的过滤速度不宜过高。表面起毛（绒）的滤料容尘量大，粉尘能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但清灰周期短。

袋式除尘器的滤料种类较多。按滤料材质分，有天然纤维、无机纤维和合成纤维等；按滤料结构分，有滤布和毛毡两类。棉毛织物属天然纤维，价格较低，适用于净化没有腐蚀性、温度在350～360K以下的含尘气体。无机纤维滤料主要指玻璃纤维滤料，具有过滤性能好、阻力低、化学稳定性好、价格便宜等优点。用硅酮树脂处理玻璃纤维滤料能提高其耐磨性、疏水性和柔软性，还可使其表而光滑，易于清灰，可在523K下长期使用，但玻璃纤维较脆，使用上有一定的局限性。

3.5.4.2　袋式除尘器的结构形式

袋式除尘器的结构形式多种多样。

①按滤袋的形状可分为圆筒形和扁形。圆筒形滤袋应用最广，它受力均匀，连接简单，成批换袋容易。扁袋除尘器和圆袋除尘器相比，在同样体积内可多布置20%～40%过滤面积的布袋，占地面积较小，结构紧凑，但清灰维修困难，应用较少。

②按进气方式可分为上进气和下进气。上进气时，过滤性能较好，但除尘器高度增加，且滤袋安装复杂。下进气时，滤袋磨损小，但清灰效率降低，阻力增加，然而设计合理、构造简单、造价便宜，较多使用。

③按含尘气流进入滤袋的方向可打为内滤式和外滤式两种。内滤式时，含尘气流进入滤袋内部，净化气体通过滤袋逸向袋外。外滤式时，粉尘阻留于滤袋外表面，净化气体由滤袋内部排出。

④按清灰方式的不同可分为简易清灰袋式除尘器、机械振动清灰袋式除尘器、逆气流清灰袋式除尘器、气环反吹清灰袋式除尘器、脉冲喷吹清灰袋式除尘器、脉冲顺喷喷射袋式除尘器及联合清灰袋式除尘器。

3.5.4.3　袋式除尘器的应用

袋式除尘器是一种高效除尘器，应用广泛。它比电除尘器结构简单、投资省、运行稳定，还可以回收高比电阻粉尘；与文丘里洗涤器相比，动力消耗小，回收的干粉尘便于综合利用。因此对于微细的干燥粉尘，采用袋式除尘器捕集是适宜的，但不适于净化有爆炸危险或带有火花的含尘气体。

使用时应注意以下问题。

①由于滤料使用温度的限制，处理高温烟气时，必须冷却到滤料可能承受的温度。

②处理高温、高湿气体时，为防止水蒸气在滤袋上凝结，应对管道及除尘器保温，必要时还可以进行加热。

③不能用于带有火花的烟气。

④处理含尘浓度高的气体，为减轻袋式除尘器负担，最好采用两级除尘，用低效除尘器进行预处理。

3.6　湿式除尘器

湿式除尘器是通过含尘气体与液滴或液膜的接触使尘粒从气流中分离，适宜处理有爆炸危险或同时含有多种有害气体。其优点是结构简单，投资低，占地面积小，除尘效率高，同时进行有害气体的净化；其缺点是有用物料不能干法回收，泥浆需要处理，有时要设置专门的废水处理设备。高温烟气洗涤后，温度下降，会影响烟气在大气的扩散。如图6.16所示。

图6.16　湿式除尘器

3.6.1　湿式除尘器的除尘机理

①通过惯性碰撞、接触阻留，尘粒与液滴、液膜发生接触，使尘粒加湿、增重、凝聚。

②细小尘粒通过扩散与液滴、液膜接触。

③由于烟气增湿，尘粒的凝聚性增加。

④高温烟气中水蒸气凝结时，以尘粒为凝结核，形成液膜包围在尘粒表面，增强了粉尘凝聚性，能改善疏水性粉尘可湿性。粒径为1～5 μm 的粉尘主要利用第一个机理，粒径在1 μm 以下的粉尘主要利用后三种机理。

3.6.2　湿式除尘器的类型

湿式除尘器种类很多，按照气液接触方式，分为以下两大类。

①尘粒随气流一起冲入液体内部，尘粒加湿后被液体捕集，其作用是液体洗涤含尘气体。属于这类的湿式除尘器有自激式除尘器、卧式旋风水膜除尘器、泡沫塔除尘器。

②用各种方式向气流中喷入水雾，使尘粒与液滴、液膜发生碰撞。属于这类的湿式除尘器有文丘里除尘器、喷淋塔除尘器等。

3.6.2.1　自激式除尘器

自激式除尘器内先要贮存一定量的水，它利用气流与液面的高速接触，激起大量水滴，使尘粒从气流中分离，水浴除尘器、冲激式除尘器等属于此类型。

（1）水浴除尘器

如图6.17所示，是水浴除尘器示意图，含尘空气以8～12 m/s的速度从喷头高速喷出，冲入液体中，激起大量的泡沫和水滴。粗大的尘粒直接在水池内沉降，细小的尘粒在上部空间和水滴碰撞后，由于凝聚、增重而捕集。除尘效率一般为80%～95%，阻力约为400～700 Pa。可在现场用砖或钢筋混凝土构筑，适合中小型工厂采用，其缺点是泥浆清理比较困难。

图6.17　水浴除尘器

1—挡水板；2—进气管；3—排气管；4—喷头；5—溢流管

（2）冲激式除尘器

如图6.18所示，是冲激式除尘器示意图，含尘气体进入除尘器后转弯向下，冲激在液面上，部分粗大的尘粒直接沉降在泥浆内。随后含尘气体高速通过S型通道，激起大量水滴，使粉尘与水滴充分接触。下部装有刮板运输机自动刮泥浆，也可以人工定期排放。在正常情况下，阻力为1 500 Pa左右，对粉尘的效率为93%，处理风量在20%范围内变化时，对除尘效率几乎没有影响，且具有结构紧凑、占地面积小、维护管理简单等特点。但洗涤废水直接排放，会造成水系污染，目前大都采用循环水，也称为水内循环的湿式除尘器。其缺点是，与其他的湿式除尘器相比，金属消耗量大，阻力较高，价格较贵。

图6.18　冲激式除尘器

1—含尘气体进口；2—净化气体出口；3—挡水板；4—溢流箱；5—溢流口；6—泥浆斗；7—刮板运输机；8—S型通道

3.6.2.2　卧式旋风水膜除尘器

如图6.19所示，是卧式旋风水膜除尘器示意图，它由横卧外筒和内筒构成，内外筒之间设有导流叶片。含尘气体由一端沿切线方向进入，沿导流片旋转运动，在气流带动下液体在外壁形成水膜，同时产生大量水滴。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，绝大部分尘粒分离下来。当供水比较稳定，风量变化范围一定，有自动调节作用，水位能自动保持平衡。为了出口气液分离，小型除尘器采用重力脱水，大型除尘器用挡板或旋风脱水。

图6.19　卧式旋风水膜除尘器

1—外筒；2—螺旋导流片；3—内筒；4—灰斗；5—溢流筒；6—檐式挡水板

3.6.2.3　立式旋风水膜除尘器

如图6.20所示，是立式旋风水膜除尘器示意图，进口气流沿切线方向进入除尘器，水在上部由喷嘴沿切线方向喷出，筒体内壁形成液膜，粉尘在离心力作用下被甩到筒壁，与液膜接触而被捕集，通常可达90%～95%。除尘器筒体内壁形成稳定、均匀水膜是保证正常工作的必要条件。为此必须要求做到以下几点。

图6.20　立式旋风水膜除尘器

①均匀布置喷嘴，间距不宜过大，一般约为300～400 mm。

②入口气流速度不能太高，通常为15～22 m/s。

③保持供水压力稳定，一般要求为30～50 kPa，最好能设置恒压水箱。

④筒体内表面要求平整光滑，不允许有凸凹不平及突出的焊缝等。

3.6.2.4　文氏管除尘器

如图6.21所示，是典型的文氏管除尘器示意图，主要由三部分组成：引水装置（喷雾器）、文氏管及脱水器，分别在其中实现雾化、凝聚和除尘三个过程。含尘气体由风管1进入渐缩管2，气流速度逐渐增加，静压降低。在喉部3中，气流速度达到嘴高最高。由于高速气流的冲击，使喷嘴7喷出的水滴进一步雾化。在喉管中气液两相充分混合，尘粒与水滴不断碰撞凝聚，成为更大的尘粒。在渐扩管4气流速度逐渐降低，静压增高。最后含尘气流经风管5进入脱水器6，将尘粒和水滴一起除下。

文氏管除尘器效率主要取决于以下因素。

①喉管中的气流速度。高效文氏管除尘器的喉管流速高达60～120 m/s，但阻力也高达5 000～10 000 Pa。当喉管流速为40～60 m/s，阻力为600～5 000 Pa。

②雾化情况。在文氏管除尘器中，水雾的形成主要依靠喉管中高速气流将水滴粉碎成细小的水雾。喷雾的方式有中心轴向喷水、周边径向内喷等。

图6.21　文氏管除尘器

1—入口风管；2—渐缩管；3—喉管；4—渐扩管；5—风管；6—脱水器；7—喷嘴

③喷水量或水汽比也是决定除尘器性能的重要参数。一般来说，水汽比增加，除尘效率增加，阻力也增加，通常为0.3～1.5L/m3。

文氏管除尘器是一种高效除尘器，对于小于1 μm的粉尘仍有很高的除尘效率。它适用于高温、高湿和有爆炸危险的气体，最大缺点是阻力很高。目前主要用于冶金、化工等行业高温烟气净化。