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云立方微米级干雾抑尘装备的研究目的与意义
来源:市场部 | 作者:smartfog | 发布时间: 2016-01-14 | 582 次浏览 | 分享到:
可呼吸性粉尘粉尘污染物是指一切可被吸入刺激呼吸系统引起人们不愉快及损害生活环境的物质.随着社会经济的飞速发展及城市化进程的加速，其对环境的污染日益突出，粉尘作为环境公害之一，直接影响人们的生活质量
1.1  研究的目的和意义
1.1.1粉尘的来源及其危害
　　可呼吸性粉尘粉尘污染物是指一切可被吸入刺激呼吸系统引起人们不愉快及损害生活环境的物质.随着社会经济的飞速发展及城市化进程的加速，其对环境的污染日益突出，粉尘作为环境公害之一，直接影响人们的生活质量，甚至危害人们的身体健康乃至生命安全，已越来越受到人们的关注。大气污染控制中涉及到的颗粒物，一般是指所有大于分子的颗粒物，其存在的状态，既可以单个地分散于气体介质中，也可能因凝聚作用使多个颗粒集合在一起，成为集合体的状态。粉尘种类繁多，分布广泛，其来源主要是来自工业污染源。工业源是指工业生产中产生的粉尘，如火力发电厂、破碎厂、选厂、矿山、冶金行业、水泥厂等。按照粉尘的粒径可分为呼吸性粉尘和非呼吸性粉尘，非呼吸性粉尘粒径大于5μm呼吸性粉尘粒径小于5μm。这类粉尘粒径小，分散度高，相对比表面积大，呼吸性强，扩散面宽，化学活性、吸附能力也大大增强。不仅容易吸附CO、氮氧化合物、致癌物质等有毒有害物质，与肺癌的发病率有明显的相关性，加大了对人体的危害性。因此，随着人们对环境质量要求的提高，此类粉尘的污染治理问题成了继5伍、氮氧化物后逐步引起各国广泛重视和关注的问题。
　　1.1.2除尘的常规处理方法及其应用 根据除尘方法的特点，除尘的装置有:机械除尘器:电除尘器;湿式除尘器:过虑式除尘器。
　　1.1.2.1机械除尘
　　机械除尘器通常指利用质量力(重力、惯性力和离心力等)的作用使颗粒物与气流分离的装置、惯性除尘器和旋风除尘器等。
　　①重力沉降室
　　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，其主要优点是:结构简单，投资少，压力损失少，维修管理容易.但它的体积大，效率低，只能除去较大和较重的粒子，因此只能作为高效除尘的预除尘装置。
　　②惯性除尘器
　　为了改善沉降室的除尘效果，可在沉降室内设置各种形式的挡板，使含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力的作用，使其与气流分离。惯性除尘器一般用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘具有比较高的去除效率。对粘结性和纤维性粉尘，则因易堵塞而不宜采用。其捕集的粉尘一般为粗粉尘，粒径>20μm的粗粉尘，对于呼吸性粉尘去除效率很一般。
　　③旋风除尘器
　　旋风除尘器是利用旋风气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。它具有结构简单、应用广泛、种类繁多等特点。影响旋风除尘器的效率的因素有:二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操作变量。旋风除尘器的最大缺点是:容易引起二次扬尘，特别是对于粒径小的呼吸性粉尘，大大降低了除尘效率。
　　1.1.2.2电除尘
　　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。电除尘过程中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、气流阻力也小的特点。在电除尘器中，为保证其在高效率下运行，必须使粒子荷电，并有效地完成粒子捕集和清灰等过程。
　　1.1.2.3湿式除尘器
　　湿式除尘器是使含尘气体与液体(一般为水)密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使粒径增大的装置将直径为0.1一20μm的液态或固态粒子从气流中除去湿式除尘器可以有效地同时，也能脱除部分气态污染物。它具有结构简单、造价低、占地面积小、操作及维修方便和净化效率的特点，能处理高温、高湿的气流，将着火、爆炸的可能减至最低。但采用湿式除尘器时也要特别注意设备和管道腐蚀以及污水和污泥的处理等问题。湿式除尘过程也不利于副产品的回收。如果设备安装在室外，还必须考虑在冬天设备可能冻结的问题.再则，要使去除微细颗粒的效率也较高，则需要使液相更好地分散，但能耗增大.
　　1.1.2.4过虑式除尘器
　　过虑式除尘器，又称空气过虑器，是使含尘气流通过过虑材料将粉尘分离捕集的装置，采用滤纸或玻璃纤维等填充层作虑料的空气过虑器，主要用于通风及空气调节方面的气体净化。采用廉价的砂、砾、焦炭等颗粒物作为虑料的颗粒层除尘器。采用纤维织物作虑料的袋式除尘器，在工业尾气的除尘方面应用较广。袋式除尘气的除尘效率一般可达到99%以上。虽然它是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。同时，在结构型式、虑料、清灰方式和运行方式等方面也得到不断的发展、虑袋形状传统上为圆形，后来又出现了扁袋，在相同过虑面积下体积小而显示较大的生命力.
　　1.1.2.5超声波雾化水雾除尘技术
　　超声波水雾是采用超声波技术使水雾化成超细的水滴，超声波雾化水雾粒径小，其粒径<10μm。与空气接触面积大，蒸发率高能使含尘区水蒸汽迅速达到饱和，不仅能满足改善呼吸性粉尘湿润性所需要的条件，还能通过云物理学、空气动力学、斯蒂芬流的输送等多种机理实现“呼吸性粉尘”的捕集。此技术除尘效率高，特别是对于微细粒径的呼吸性粉尘，除具有传统湿式除尘器优点之外，更主要的优点是:其雾化水颗粒粒径特别小，容易与粉尘颗粒结合而凝聚沉降下来，故其用水量比湿法除尘大大减小，只需传统湿式除尘用水量的千分之一，甚至更小。、沉降下来的粉尘以类似“泥饼”形式存在，故而后续处理设备简单，运行费用降低。
1.1.3超声波雾化水雾除尘的意义
超声波雾化水雾除尘有以下几方面的优点:
　　①超声雾化捕尘技术无需清灰，除尘用水量少，需处理的出水量也少，不会二次污染，从而改善了工作人员的工作条件。
　　②如若采用超声雾化捕尘则不会造成二次污染，只要将水、压气输送至各自产尘点，即可容易实现整个除尘系统由一个中心控制室进行控制，大大方便除尘管理工作。
　　③除尘系统占地空间小，可节省厂房内的有效空间，降低基建投资。
　　④与一般除尘器相比，此捕尘技术可节约二分之一能耗，大幅度降低除尘运营成本，节省投资，安装成本低，捕尘性能可靠性好，维修量少，维修费用低。
　　综上所述，超声波雾化水雾除尘是一种实用性强、应用范围广的除尘方法，其具有除尘效率高，除尘装置简单，处理成本低廉，运行维护容易，产生二次污染的可能性小等传统方法不可比拟的优越性和安全性，因此，超声波雾化水雾除尘在工业除尘上已经成为一个新的研究方向，并且此技术具有良好的发展前景，已成为国内外除尘方法的研究趋势。为了降低投资，节约运行费用，提高环境效益，保证排气达标，大力加强对这方面的研究，并应用到实际的粉尘治理中去，具有很强的现实意义。
1.2  国内外研究概况
　　随着社会经济的飞速发展及城市化进程的加速，以及人们对环境的意识的逐渐提高，对一些火力发电厂、破碎厂、选厂、矿山、冶金行业、水泥厂等工业过程会产生大量的粉尘越来越受到关注。粉尘作为环境公害之一，直接影响人们的生活质量，甚至危害人们的身体健康乃至生命安全。所以在发展经济的同时，应防治环境污染，尤其是日益突出的、影响极大的呼吸性粉尘污染。现分别介绍国内外对超声波雾化除尘技术的研究概况。
1.2.1国外研究概况
　　上个世纪70年代末，美国的Cof。在d。矿业学校的斯考温德和布朗在一份研究报告中提出，采用微细水雾捕尘能解决呼吸性粉尘的除尘问题。报告指出，人们早就意识到，一般的喷雾对除去呼吸性粉尘的效果不理想是因为水雾的粒径太大(粒径2o0一60μm)。从空气动力学原理来说，更细、与粉尘粒径相近的水雾更能有效地从气流中除去粉尘。因此，人们不断改进喷雾器的结果，以使水雾喷得更细，接近甚至小于呼吸性粉尘颗粒的粒径。然而，随着水雾越来越细，担心水雾在捕捉到粉尘之前就会在相对湿度不到10%的空间迅速蒸发掉，从而阻止了人们对喷雾器的进一步研究。后来，斯考温格德和布朗经研究后提出了新见解，认为当水雾蒸发为水蒸汽后就进入了云物理学范畴，这时另一种机理一一冷凝核化的机理将起重要作用，这就是水雾不断蒸发，使空气中的水蒸气迅速饱和，饱和后的水蒸汽会直接在粉尘上凝聚，使粒径不断增大。虽然增大的速度与尘的亲水性、温度、电荷等因素有关，但是，令人鼓舞的是这种增大不需要太多，只要到10一20μm就会落下或轻易地被一般水雾除去，显现出对控制微细的呼吸性粉尘的良好效果。
　　在上述理论的指导下，1997年美国新泽西声能发展公司率先开发出一种能喷微细水雾的超声波雾化器(见图1一1)。这种雾化器由压缩空气驱动，当高速气流冲击共振腔时，在出口与腔之间由于聚能而产生超声场，当泵入水时水迅速被雾化成浓密的微细水雾，水雾的粒径通过调节压力可在1一50μm之间变化。公司把这种雾化器用在媒的破碎、筛选、皮带转运站的除尘中，方法是在落料罩及受料皮带上喷细雾，将扬起的尘直接抑制在产尘点上，收到了很好的效果。因为这种水雾的直接比普通的水雾小10倍上，由于雾粒体积与直径三次方成正比，超声雾化效率提高了100倍以上，所以抑尘仅用少量的水就可以获得极高的除尘效率，被誉之为超声千雾抑尘。这种细雾冬季不会使煤冻结，抑尘时对煤曾湿很少，不会降低煤燃烧的热效率，因此，首先在美国发电厂的除尘系统中全面推广使用。

1.2.2国内研究概况
　　在我国，冶金部马鞍山研究院从08年代开始从事这项技术的研究与产品开发，90 年代初已经开发初自己的姗型超声雾化器并应用于工业除尘，收到了良好效果，主要的应用方式有以下两种:超声雾化就地捕尘和超声雾化旋风除尘器。
1.2.2.1超声雾化就地捕尘
　　冶金 、建材、电力、煤炭、化工等工业在原料系统的破碎、筛分、皮带转载点上一般采取局部密闭抽风、集中除尘的方法解决粉尘问题。常用的除尘器有布袋除尘器和冲击式除尘器。布袋除尘器由于冷态运行，除尘过程中容易吸收空气中的水分造成粘袋，使通风阻力增大，抽风量减小，不能控制住含尘空气外逸。冲击式除尘器则需要连续排放污水和设置集中的污水处理系统，多数工厂由于缺乏布置污水处理设备或构筑物的场地，使湿式除尘器的使用受到很大的限制。因此，目前的原料系统除尘仍存在少问题。而超声波雾化抑尘系统就地抑尘，不需要把含尘空气抽出来再处理，避免了上述干、湿式除尘器带来的问题和清灰工作带来的二次污染。同时，由于它对微细呼吸性粉尘的特殊作用，使之比其他除尘器有更高的效率。上海第五钢铁厂煤气分厂输煤系统，原先采用局部密闭通风、布袋除尘的方法，由于煤尘粘袋严重，除尘系统很快失效.后来在转运站试验采用邝型超声雾化抑尘器抑尘。抑尘装置由雾化器、抑尘罩、水气控制系统组成，分别安装在转运站落料槽和抑尘罩中，投入运行以后，皮带廊漫天的黑尘消失了，仅在抑尘罩料流出口处有少许白雾逸出。超声水雾抑尘后煤的增重量为0.1%，煤块无增湿感，此技术的成功应用得到上钢五厂的嘉奖。
1.2.2.1超声雾化旋风除尘器
　　矿山井下凿岩作业，受巷道空间和作业机械的限制，要求防尘用的通风除尘器尽可能体积小。国内现有的井下除尘器JTC型、SxW型、Slc型有个共同特点，即都是采用过虑层与水膜相结合的方式拦截气流中的微细尘，当井下通风除尘器要求体积小时势必以高风速来保证需要的风量，在高速气流中采用上述方式除尘显然阻力太大，能耗过高，难以被人采纳.马鞍山研究院研制的超声雾化旋风除尘器则完满地解决了这个问题，除尘器采用超声雾化器产生的微细水雾来拦截粉尘，用直流旋风器脱去捕尘后的雾(如图1一1)。由于采用了这种新技术，除尘器在获得高效率的情况下，阻力却大幅度下降(在13一16m/s风速下为610一870Pa)，除尘器直径0.46m。，长1.3m，重50kg，可灵活机动地应用于井下作业除尘，而不影响出矿机械的运行.
　　马鞍桃冲铁矿83水平掘进作业，4条巷道同时凿岩，凿岩时作业面通风排尘入风、排风均采用同一条联络巷，上风侧作业排风污染下风侧入风、作业时每个作业面需要的排尘量为2.5m³/s，而联络巷总风量仅有5.5m³/s，风流初始含尘浓度已高达1.3m³/s，显然，依靠现有的风量、风质已经无法使工作面粉尘浓度达到工业卫生标准2mg/m³。为此，在每个工作面安装了一台风机及超声雾化旋风除尘器，把凿岩污风经除尘器净化后部分排入联络巷，部分送入工作面循环使用。对使用效果进行测定，从结果可以看出，在经除尘器净化后，工作面粉尘浓度均在标准2mg/m³ 以下。并且，经4个工作面通风后排入联络巷的风仍能保持在原有的含尘浓度。因此，采用这种方法通风除尘，可大大减少井下作业需风量，在风路长的深部矿山，节能效益是显著的，对存在风流串连污染的矿山，也是一种有效的解决方法。

1.3  研究目的与意义
　　传统的粉尘处理方法不仅价格昂贵而且易造成二次污染。因此，巫需找到一种新的处理技术。实践证明，超声波水雾除尘净化粉尘对空气的污染廉价高效。超声波水雾除尘是一项较新环境生物技术，也是目前最有前景的除尘技术。因此超声波水雾除尘的研究与应用具有巨大的经济效益和环境效益.目前 生 超 声波水雾除尘的基础理论研究较少，在国内尚无大规模工业应用实例。本研究旨在建立一套能有效处理呼吸性粉尘的系统，并解决工业应用中面临的主要难题。研究影响除尘的机理和条件，从而为提高除尘效率选择最佳的运行参数。最终实现超声波水雾除尘的工业化应用。