鋼鐵除塵器研究的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述中國(guó)的鋼鐵工業(yè)企業(yè)在近幾年里發(fā)展迅速，在能源節(jié)約和減少消費(fèi)方面取得了巨大的進(jìn)步。世界上有些技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)非常先進(jìn)?？墒?，中國(guó)鋼鐵的總能源消耗約占該國(guó)能源總耗損的16%，而鋼鐵總耗損只占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的3%。鋼鐵工業(yè)能源消費(fèi)充裕與鋼鐵工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)之間的矛盾是顯而易見(jiàn)的。在當(dāng)前這種快速發(fā)展的情況下，煙霧和煙塵的排放處理已成為環(huán)境和人類(lèi)身體和精神健康的關(guān)鍵，也是或內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)。1.1機(jī)械除塵器機(jī)械除塵器，指的是利用質(zhì)量力（重力、慣性力、離心力等）的作用，使顆粒物與氣流分開(kāi)的裝置。常見(jiàn)的機(jī)械除塵器有重力沉降室、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器。（1）重力沉降室顧名思義，就是利用重力的條件，將塵粒從氣流中分離出來(lái)的除塵裝配。在含塵氣進(jìn)入體重力沉降室之后，因?yàn)榛顒?dòng)截面積的擴(kuò)展，氣體流速減小就會(huì)使較重的煙塵顆粒在重力條件下向灰斗降落。如圖1.1.1。圖1.1.1重力沉降室模型在沉降室的設(shè)計(jì)中，有一些假定的前提條件。第一種是簡(jiǎn)單模式的沉降式設(shè)計(jì)，其前提條件是：沉降室內(nèi)氣流為柱塞流，在層流范圍內(nèi)保持流動(dòng)狀態(tài)，流速為V0(m/s),顆粒在煙氣中也是均勻分布的?；顒?dòng)的粒子，速率由兩部分組成，即垂直方向上和流動(dòng)方向上的速度。在垂直方向上，不考慮浮力[4]，每個(gè)單獨(dú)的粒子以速度μs(m/s)下落；煙氣流動(dòng)方向上則與氣流速度保持一致。如圖1.1.2所示。圖1.1.2層流式重力沉降室縱截面示意圖重力沉降室另一種模式，是將氣流在室內(nèi)假定為湍流狀態(tài)，垂直于氣流方向的任何橫截面上，顆粒均勻分布、混合完全。為了確定dp顆粒的分級(jí)效率，需要找到沉降室任意位置x與氣流中dp顆粒數(shù)Np之間的關(guān)系。如圖1.1.3所示[4]。圖1.1.3湍流式重力沉降室中的粒子分離示意圖（2）慣性除塵器為了進(jìn)一步提高工作效率，在沉降室的基礎(chǔ)上，增加了擋板。作用是改變氣流方向，粒子在本身慣性力下，與氣流分離，從而達(dá)到除塵的效果。這種利用慣性力的除塵方法稱(chēng)為慣性除塵器。慣性吸塵器也是同時(shí)利用離心力。如圖1.1.4所示。圖1.1.4慣性除塵器除塵機(jī)理慣性除塵器的類(lèi)型很多，結(jié)構(gòu)樣式多。可分為兩種，根據(jù)是否改變氣流方向，分別稱(chēng)作打擊式和反轉(zhuǎn)式。前者通過(guò)直擊擋板捕獲較粗粒子，后者通過(guò)改變氣流流動(dòng)方向捕集到較小粒子。旋轉(zhuǎn)氣流的曲率半徑越小，可以分離的微粒越多[4]。顯然，慣性集塵器除了慣性力外，還涉及離心力和重力。針對(duì)不同性質(zhì)的氣流，工作效率有很大不同：當(dāng)處理對(duì)象是含有密度和粒徑較大的金屬氣體時(shí)，有很高的除塵效率；當(dāng)處理的對(duì)象是附著力強(qiáng)的粉塵和纖維狀粉塵時(shí)，由于堵塞嚴(yán)重，除塵效率會(huì)降低。由于慣性除塵器這種特殊的除塵效率，一般只用作多級(jí)除塵工藝的一級(jí)除塵，主要目的是捕獲較粗粒子。（3）旋風(fēng)除塵器當(dāng)氣流旋轉(zhuǎn)，形成很大的離心力時(shí)，僅在離心力的作用下，一些粒子會(huì)與氣流分離。這樣的除塵器，叫做旋風(fēng)除塵器。旋風(fēng)除塵器的布局簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。但由于在這樣的結(jié)構(gòu)中，無(wú)論是氣流還是粒子，其流動(dòng)狀態(tài)都十分復(fù)雜，所以在研究方面仍不算成熟，還多地方仍需解決。普通的旋風(fēng)除塵器的大體結(jié)構(gòu)如下。含塵氣流進(jìn)入除塵器后，沿外壁自上而下旋轉(zhuǎn)，少量氣體徑向向中心區(qū)域移動(dòng)，當(dāng)大部分旋轉(zhuǎn)氣流到達(dá)錐體底部時(shí)，它向上轉(zhuǎn)動(dòng)并沿軸線旋轉(zhuǎn)，最后通過(guò)排出管排出[4]。方向向下，在外圈的氣流是外渦旋，向上的中心氣流稱(chēng)作內(nèi)渦旋。內(nèi)外渦流旋轉(zhuǎn)方向相同。圖1.1.5旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部氣流1.2電除塵器利用靜電力將顆粒從氣流中分離出來(lái)的裝置。電除塵器的優(yōu)點(diǎn)十分明顯：首先，使用的靜電力會(huì)直接作用于粒子之上，這樣一來(lái)，會(huì)減小能耗損失，同時(shí)也會(huì)減小阻力，提高除塵效率。電除塵特有的作用方式，是和其他除塵器的根本區(qū)別，也是最大優(yōu)勢(shì)。也因如此，可以去除亞微米級(jí)的粒子，除塵范圍更廣泛。電除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)是[4]:

①壓力損失小，200~500Pa范圍內(nèi);

②處理煙氣量大，105~106m/h;

③能耗低，大約0.2~0.4kWh/(1000m3);

④捕集范圍廣泛，細(xì)粉塵可高達(dá)99%；

⑤在高溫或者強(qiáng)腐蝕性氣體下依然可以操作。（1）電除塵器工作原理電除塵器種類(lèi)很多，結(jié)構(gòu)也大有不同，但是萬(wàn)變不離其宗，它們都基于相同的工作機(jī)理：按步驟來(lái)講，即懸浮粒子荷電、荷電粒子在電場(chǎng)內(nèi)遷移、捕集荷電粒子、捕集物的清除。粒子荷電方式很多，最有效的是高壓直流電暈。電暈過(guò)程發(fā)生在激活的高壓電極和接地電極之間，在電極間空間形成高濃度氣體離子，含塵氣流經(jīng)過(guò)這個(gè)空間時(shí)，氣體離子發(fā)生碰撞和捕獲，顆粒粒子在百分之幾秒鐘內(nèi)帶電[4]。帶電粒子的收集有兩種情況:在連續(xù)電場(chǎng)上收集的稱(chēng)為單區(qū)除塵器；在接續(xù)的光滑不放點(diǎn)電場(chǎng)進(jìn)行捕集工作的除塵器稱(chēng)作雙區(qū)電除塵器。捕集工作結(jié)束后，在振動(dòng)裝置的作用下進(jìn)行收集，在振打設(shè)備下，使接地電極上的灰塵落入灰斗，完成最后一步除塵工作。高效率的電除塵器，在保證荷電的基礎(chǔ)上，剩余步驟均要高效。（2）電暈放電電暈放電一般有兩種形式：細(xì)金屬電暈線與集塵板之間放電；金屬絲與金屬管之間放電。假設(shè)電暈電極為負(fù)電極:電子從金屬絲表面或表面附近釋放出來(lái)，向正電極或接地極運(yùn)動(dòng)，在再次運(yùn)動(dòng)的瞬間與氣體分子碰撞，使其電離，從而產(chǎn)生大量電子。這個(gè)過(guò)程叫做雪崩過(guò)程。當(dāng)電子移動(dòng)的距離增大，電場(chǎng)會(huì)隨之減弱，電子運(yùn)動(dòng)的速度會(huì)降低到離子化所需最小速度。電負(fù)性氣體存在于電場(chǎng)中，捕獲電場(chǎng)中的自由電子，產(chǎn)生負(fù)離子，負(fù)離子一起向正極移動(dòng)。自由電子可以引起氣體分子電離的區(qū)域，通常稱(chēng)為電暈區(qū)，從電暈區(qū)到金屬管表面的空間，負(fù)離子濃度一般為1014～1015個(gè)/m3[4]。電暈過(guò)程要保證可持續(xù)進(jìn)行。在電子的雪崩過(guò)程中，產(chǎn)生的正離子與金屬絲表面碰撞，產(chǎn)生新的電子。這個(gè)過(guò)程是可持續(xù)性的關(guān)鍵。在極正電暈的情況下，電暈放電的機(jī)理除了產(chǎn)生的正離子的運(yùn)動(dòng)方向外，與極負(fù)電暈的情況相同[4]。（3）粒子荷電粒子的帶電（粒子荷電）過(guò)程可以分為兩種:①在靜電力的作用下，離子定向運(yùn)動(dòng)，粒子與離子碰撞而帶電。這種方式稱(chēng)作電場(chǎng)荷電，或者碰撞荷電；②粒子在離子的擴(kuò)散作用下荷電，這種方式稱(chēng)為擴(kuò)散荷電，該方式依賴于離子的熱能，而不是電場(chǎng)。根據(jù)粒徑大小，有以下關(guān)系：d電場(chǎng)荷電為主d擴(kuò)散荷電為主d電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電均要考慮1.電場(chǎng)荷電:不帶電粒子置于電暈電場(chǎng)中，在電場(chǎng)中與氣體離子碰撞，從而帶電。隨著電荷積累，產(chǎn)生較強(qiáng)電場(chǎng)。當(dāng)電場(chǎng)足夠強(qiáng)大時(shí)，氣體離子無(wú)法接近粒子表面，即達(dá)到飽和狀態(tài)?？捎媒?jīng)典靜電學(xué)求解荷電速率和飽和電荷量。1.擴(kuò)散荷電：離子的熱運(yùn)動(dòng)，使它們?cè)跉怏w中擴(kuò)散，粒子在氣體中與處于熱運(yùn)動(dòng)的離子碰撞時(shí)，粒子附著電荷。積累在粒子上的電荷會(huì)產(chǎn)生排斥電場(chǎng)，于是多余離子無(wú)法靠近粒子。這種方式下，由于不存在粒子動(dòng)能的上限，所以不存在擴(kuò)散荷電最大限值。（4）荷電粒子的運(yùn)動(dòng)和捕集在電除塵器的粒子捕集中，根據(jù)含塵氣體的假定運(yùn)動(dòng)方式，有不同的粒子速率求解方法。簡(jiǎn)單的一種是，將含塵氣體的運(yùn)動(dòng)方式看做層流運(yùn)動(dòng)，這樣一來(lái)，可以根據(jù)經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典電學(xué)公式，對(duì)向集塵機(jī)移動(dòng)的粒子進(jìn)行速率求解。若做如下假定：①含塵氣體在除塵器中是紊流狀態(tài)；②離子濃度和氣流分布在垂直于除塵器表面的任何截面內(nèi)都是均勻的；(3)顆粒進(jìn)入除塵器后，完成荷電過(guò)程；④未考慮截留顆粒重新進(jìn)入氣流的影響[4]。在這樣的條件下，可根據(jù)德意希的推導(dǎo)的公式來(lái)計(jì)算粒子俘獲效率。（5）被捕集粉塵的清除顆粒被捕獲后，在集塵器上形成灰塵，然后灰塵應(yīng)該被去除。濕式除塵器和干式除塵器除塵不同。在濕式除塵器中，一般采用水洗法。集塵板表面長(zhǎng)時(shí)間附著一層水膜。當(dāng)灰塵落下時(shí)，它隨著水膜向下流動(dòng)，這就是除灰過(guò)。這種方式最大的優(yōu)點(diǎn)是可以兼續(xù)處理可溶氣體，例如二氧化硫、氟化氫等。但是這樣的方法，后續(xù)還要承接污泥處理。干式除塵器中，常用的方法是電磁振打或錘式振打。振打系統(tǒng)需要產(chǎn)生高強(qiáng)度的振打力才能達(dá)到良好的清灰效果。經(jīng)常性使用的振打器，為電磁式和柔性臂錘式，可隨時(shí)調(diào)整振打強(qiáng)度和頻率。在一些地方也會(huì)產(chǎn)生粉塵沉積。當(dāng)粉塵沉積在電暈極上時(shí)，會(huì)影響到電暈電流的輸出性能。可用振打清灰的方式清理電暈極上的粉塵。如果由于氣流回卷，粉塵從集塵板上再次進(jìn)入氣流，振打電極振打粉塵過(guò)程中使粉塵回到氣流等情況的出現(xiàn)，回事含塵氣體的粉塵量增加，降低除塵效率。所以，捕集后的清灰工作十分重要。選擇適當(dāng)?shù)那寤曳绞绞顷P(guān)鍵所在。1.3袋式除塵器含塵氣體通過(guò)過(guò)濾性材料，將粉塵攔截在過(guò)濾性材料之上，從而達(dá)到分離效果。這樣的裝置，稱(chēng)作袋式除塵器，或者空氣過(guò)濾器。經(jīng)過(guò)布袋除塵器處理的氣體，一般是于凈化通風(fēng)、空調(diào)。纖維織物被用作袋式除塵器的過(guò)濾材料[4]。袋式除塵器歷代時(shí)長(zhǎng)，技術(shù)與工藝成熟，除塵效率高達(dá)99%。雖然不是新興的除塵方式，但由于成熟的操作流程，性能的穩(wěn)定可靠，得到了廣泛的應(yīng)用?？諝膺^(guò)濾器在多年的變革中，運(yùn)行方式和各個(gè)結(jié)構(gòu)方面都得到了大幅度發(fā)展。相比于過(guò)去傳統(tǒng)的圓形濾袋，扁式濾袋得到了更好的應(yīng)用。

氣體通過(guò)下孔板進(jìn)入除塵器。當(dāng)含塵氣體接觸濾料時(shí)，氣體會(huì)通過(guò)濾料的間隙，較大的粒徑會(huì)被攔截，從而被濾料捕獲。通過(guò)的稱(chēng)為清潔氣體，由排出口排出?；覊m沉積在濾料上，通過(guò)機(jī)械振動(dòng)從濾料表面從灰斗上脫落。常用濾料由棉、毛、人造纖維等加工而成，濾料本身網(wǎng)孔較大，孔徑一般為20~50μm,表面起絨的濾料為5~10μm。袋式除塵器的除塵效率取決于粉塵初級(jí)層的形成，它作為空氣過(guò)濾器的第一個(gè)“檢查站”具有非常重要的作用。新鮮濾料由于沒(méi)有初層“把關(guān)”的原因，除塵效率較低[4]。在濾布的“骨架”作用下，灰塵形成一個(gè)灰塵初級(jí)層。含塵氣體通過(guò)時(shí)，由于粉塵初生層的粘性和高密度，通過(guò)率會(huì)大大降低。但隨著濾袋上粉塵層的疊加，兩端壓力增大，會(huì)造成擠壓，使顆粒被擠過(guò)去，除塵效率也會(huì)降低。另外，如果除塵器的壓力過(guò)高，也會(huì)減少除塵系統(tǒng)中的處理氣體量，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的排氣效果[4]。因此，在使用一段時(shí)間后，要關(guān)注粉塵初層的情況，不能過(guò)度清理，也不能過(guò)度依賴。粒徑與除塵效率關(guān)系如下：粒徑0.1-0.5μm的粒子90%以下粒徑1μm以上的粒子98%以上形成粉塵初層后所有粒子95%以上形成粉塵初層后1μm以上粒子高于99.6%參考文獻(xiàn)[1]鐘瑾慧.某鋼鐵企業(yè)車(chē)間環(huán)境粉塵污染特征與控制技術(shù)[D].南昌大學(xué),2020.[2]GB28662-2012.鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].2012.[3]梁曉東.大型鋼鐵廠降低燒結(jié)工藝能耗的措施研究[J].山東工業(yè)技術(shù),2018(04):44.[4]郝吉明，馬廣大，王書(shū)肖，大氣污染控制工程．北京：高等教育出版社，2010.1[5]喬哲.我國(guó)鋼鐵工業(yè)能耗現(xiàn)狀及節(jié)能對(duì)策[A].中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)、《冶金自動(dòng)化》雜志社.中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)2013