袋式除尘器的发展历史

介绍了袋式除尘技术的发展概况及除尘机理,对袋式除尘设备的分类和除尘器滤料的类型作了说明,也讨论了近年来出现的表面过滤技术,并对其前景做了展望。指出配备高性能滤料的袋式除尘设备将是今后除尘器的重点发展方向。
   关 键 词:空气净化;袋式除尘;预涂层;表面覆膜
   中图分类号:X701.2   文献标识码:B
   1 发展概况
   一般空气除尘设备可分为4类:机械式除尘、电除尘、过滤式除尘和湿式洗涤除尘设备。由此可见,袋式除尘设备是一种属于过滤除尘类型的除尘设备。在这几种除尘方法中,袋式除尘器的除尘效率zui高,捕集粒径范围zui大,能适应高温、高湿、高浓度、微细粉尘、吸湿性粉尘、易燃易爆粉尘等不利工况条件,因此近年来袋式除尘技术在水泥、垃圾焚烧处理、冶金、矿产、橡塑、食品等工业生产上的应用越来越广泛。
   袋式除尘技术在工业上的应用有着悠久的历史。早在1881年,机械振动清灰袋式除尘器就获得了德国,并开始袋式除尘器的商业化生产[1]。从此以后,袋式除尘器的清灰技术得到了迅速地发展和提高。我国在1957年自行研制出袋式收尘器以来,随着新式滤料的不断出现,各种配件的使用寿命大幅延长和自动控制水平的提高,袋式除尘技术开始在大气环保、物料收集及多种工业生产上获得了广泛的应用。其发展概况[2]见表1。
   
   目前,袋式除尘技术对工业废气中微粒粉尘的控制,尤其是对高温冶炼和燃料燃烧生成的高活性微粒粉尘的控制,在技术上已日趋成熟。其除尘效率达99.99%以上,排放气的质量浓度小于50 mg/m3,甚至可达到10 mg/m3。在采取其他技术措施的条件下,可同时清洁工业废气中的固、液、气等3类污染物。但由于高温、腐蚀和滤袋容易破损等一些原因,使得袋式除尘技术在燃煤电厂中的应用还很少。
   2 袋式除尘工作机理
   袋式除尘器是一种依靠过滤材料来实现分离含尘气体中粉尘的收尘装置。其工作机理是:粉尘通过滤袋时被产生的筛分、惯性、粘附、扩散和静电作用而被捕集。当开始使用新的滤袋时,由于滤料层的空隙比某些粉尘的尺寸大些,因此过滤效率较低。随着过滤时间的延续,滤袋表面积留的粉尘越来越厚,形成一层初始粉尘层,其孔隙尺寸越来越小,因而可以捕集更微细的粉尘,这时收尘效率越来越高。袋式除尘器就是主要依靠这层粉尘层进行的过滤,而滤料本身只是起到支撑这层粉尘的作用。随着过滤的连续进行,滤下的粉尘越来越厚,其阻力也越来越大。当阻力达到一定数值后就需要进行清灰,清除掉多余的尘层而保持初始尘层,这是保持袋收尘器长期稳定运行的关键之一。从整体装置来看,袋式除尘器一般由尘气室、净气室、滤袋、清灰装置和卸灰装置等5部分组成。当含尘气体进入除尘器时,粗粉尘因受导流板的碰撞作用和气体速度的降低而落入灰斗中;其余细小颗粒粉尘随气体进入滤袋室;受滤料纤维及织物的惯性、扩散、阻隔、钩挂、静电等作用,粉尘被阻留在滤袋内,净化后的气体逸出袋外,经排气管排出。滤袋上的积灰用气体逆洗法或喷吹脉冲气流的方法去除,清除下来的粉尘由卸灰装置排走。
   一般可按照袋式除尘技术的清灰方式对其进行分类[3]:机械振动式、逆气流清灰式、脉冲喷吹清灰式和气环反吹式。
   （1）机械振动清灰
   利用机械装置振打或摇动悬挂滤袋的框架,使滤袋产生振动而清落积灰,主要包括:人工振打、机械振打和高频振动等方式。机械振动清灰方式的结构简单,运转可靠,但清灰作用较弱,而且容易损坏滤袋,所以采用这种清灰方式的越来越少。
   （2）逆气流清灰
   逆气流清灰是利用与过滤气流相反的气流使滤袋产生变形并使之振动而使灰尘脱落。它主要有反吹风、反吸风及机械回转反吹等几种方式。
   （3）喷嘴反吹清灰
   反吹清灰是将1个带狭缝的圆环或平板喷嘴设置在滤袋的外侧与高压风机管道相接,使喷嘴贴着滤袋的表面作上下或左右往复运动,由喷嘴喷出高压气流来清除附着在滤袋内侧的灰尘层。这种清灰方式能力较强,但装置复杂,费用高,且容易损伤滤袋。
   （4）脉冲喷吹清灰
   脉冲喷吹清灰是利用与压缩空气包相连的脉冲阀在极短时间内（小于0.2 s）将压缩气体高速喷入滤袋,同时诱导数倍于喷射气量的空气,使滤袋由袋口至底部产生急剧的膨胀和冲击振动,从而产生很强的清灰作用使灰尘脱落。脉冲喷吹清灰作用原理图如图1所示。
   由于脉冲技术的清灰效果好,且强度和频率都可以调节,所以近年在多种工业得到得到大范围的应用,并且越来越向着大型化发展。
   
   3 袋式除尘的滤料研究进展
   就袋式除尘技术而言,其清灰技术已日趋成熟,目前的研究主要集中在滤料上。滤料作为袋式除尘器的重要组成部分,其性能和质量的好坏,直接关系到袋式除尘器的除尘性能和使用寿命。而理想的滤料应该有以下特点:结构合理,捕尘率高;剥离性好,不易结垢;透气性好,阻力小;有足够的强度、刚度;耐高温,防腐蚀;价格低,寿命长,且原料来源广泛。
   3.1 滤料的发展
   我国滤料产品的自主开发始于改革开放以后,首先是研制成功涤纶绒布,为脉冲袋式除尘器和其他类型袋式除尘器的推广应用提供了*批滤料,并迅速成为市场主流;后来,针刺毡滤料的出现,使袋式除尘器的滤尘效率提高了一个数量级,而玻纤针刺毡滤料是20世纪80年代中期我国在开发耐高温化纤针刺毡的同时,在解决了玻纤针刺成型和后处理关键技术后,研制成的。这种滤料在结构上与合纤针刺毡相同,滤尘性能相近,有较高捕尘率,且可用于高温（200~260℃）。但因材质和后处理技术不同,包装、运输、存贮和使用中应采取防止滤料折损等措施;接着729机织滤料的开发成功及其不断改进,为机织滤料在袋式除尘器,特别是在大型袋式除尘器上的开发成功应用;耐温、抗腐蚀和防静电等针刺毡的生产,满足了多种条件下过滤除尘的需要。20世纪90年代初,国产覆膜滤料的问世和成功的应用,为我国实现、低阻、节能、耐温、抗腐的表面过滤,提供了重要的物质条件。
   3.2 滤料后处理技术的发展
   利用织造或非织造技术使滤料初步成型后,再进行必要的后处理,除能改善滤料的机械物理、化学性能外,还有助于提高滤尘的性能。后处理技术是个很重要的步骤,一般有以下几种[4]:
   （1）起绒
   将利用涤纶短纤维机织而成的斜纹布通过起绒机械起绒,可在其表面形成一层覆盖织物孔隙的短线。与一般机织斜纹布相比,起绒后较易形成一次粉尘层,捕尘率较高（一般可达99.5%）。
   （2）热定型
   为保证化纤滤料尺寸稳定性,维护除尘器可靠工作,应对滤料进行热定型。
   （3）热熔压延加工
   可提高针刺毡的密度,使表面孔隙变小,绒毛热熔,光滑平整。通过这种加工可减少粉尘进入针毛内部,使之接近于表面过滤,增强粉尘剥离性,既能保证高的捕尘率,又可降低阻力和提高滤料的寿命。
   （4）化学处理
   对提高滤料,特别是玻纤滤料的滤尘性能和强力、耐热、阻燃、抗腐蚀等方面的性能,都具有重要意义。玻璃纤维具有抗拉强度大、耐高温、来源充分等特点。但质脆、不耐折,而在高温下经硅处理后的玻纤具有润滑性,可防止因挠曲引起的断裂和提高用之制成滤料的粉尘剥离性,从而使玻纤滤料的zui严重的缺陷在一定条件下得到了克服。在硅中加入聚四氟乙烯、石墨和钼等物质,可使玻纤滤料的使用温度提高到280℃。
   （5）预涂层处理
   选择一定粒度分布的微细粉尘预先粘附在滤料的表面,形成稳定的一次粉尘层。经过预附层处理后,除尘器具有除尘效率高且稳定,阻力低又增长较缓的优点。该技术是将配制好的粉剂,用特殊工艺溶进已缝制滤袋的滤料内部,再用粘结剂固定,达到滤袋未使用前的收尘能力[5]。经预涂层处理后的滤袋在使用前形成了稳定的粉尘初层,克服了新滤料前期除尘效率不高的弊病;同时粉尘初层经粘结剂固定,稳定性好。这样可以降低压力波动对稳定生产的不利影响。但其缺点在于:随反冲洗的次数增加,预涂层可能会从滤料表面冲脱,影响滤料的使用寿命。
   （6）表面覆膜
   即在滤料表面喷涂树脂成膜的方法。使用覆以这种膜的滤料,滤尘效率高达99.99%以上,粉尘几乎都被滤于表面,膜面光滑,粉尘剥离率高,阻力低且稳定,能耗低,滤料寿命长;可以选用较高的滤速,与相应的基底相配合,可提高滤料的耐温、耐酸碱腐蚀、憎水等性能,增强滤料的适应性,扩大应用范围。该技术是将某分离膜覆在普通滤料上,利用膜分离技术过滤含尘气体。目前,所用的薄膜一般是聚四氟乙烯（PTFE）薄膜。聚四氟乙烯材质具有化学稳定性好、摩擦系数小,易形成光滑表面,可耐250~300℃高温等优点,故以此制成的薄膜上微孔数目多且孔径小,易实现表面过滤,过滤阻力小,粉尘层易剥落;其孔径仅为0.2~3μm,能够迅速有效地截留微米级超细粉尘;清灰后不改变孔隙率,除尘效率一直很高,几乎可达到*;表面光滑,不结露,易清灰,清灰后不改变空隙率,因此投入运行后,压力损失低,且不随使用时间的延长而增大;滤袋使用寿命长。表2列出了传统的玻璃纤维与PTFE覆膜滤料的应用情况对比[2]:
   
   由以上滤料研究的发展历程可以看出,以预涂层处理和表面覆膜为代表的表面过滤技术将会给袋式除尘的发展带来革命性的变化。它将扩大袋式除尘的应用范围,极大地提高除尘性能。
   4 结 语
   随着国家标准对环保质量要求的不断提高,袋式除尘技术面临着更广阔的应用空间。表面覆膜技术和高性能滤料的研究将在很大程度上提高其除尘性能,进一步扩大袋式除尘技术的使用范围,而配备着耐高温、防腐蚀滤料的袋式除尘器将是今后除尘设备的重点发展方向。