过滤式除尘器

用于除尘的仪器

过滤式除尘器是使含尘气体通过一定的过滤材料来达到分离气体中固体粉尘的一种高效除尘设备。过滤式除尘器主要有两类。一类是利用纤维编织物作为过滤介质的袋式除尘器；另一类是采用砂、砾、焦炭等颗粒物作为过滤介质的颗粒层除尘器。

袋式除尘器

工作原理

袋式除尘器是将棉、毛或人造纤维等材料加工成织物作为滤料，制成滤袋对含尘气体进行过滤。当含尘气流通过滤料孔隙时粉尘被阻留下来，清洁气流穿过滤袋之后排出。沉积在滤袋上的粉尘通过机械振动，从滤料表面脱落至灰斗中。简单的袋式除尘器如图1所示。

滤料本身的网孔较大，一般为20~50μm，表面起绒的滤料为5~10μm。因此，新用滤袋的除尘效率较低。粉尘颗粒因筛滤、惯性碰撞、拦截、扩散、静电和重力沉降等作用，使得粗尘粒首先被阻留，并在网孔之间产生 “架桥”现象，很快在滤布表面形成一层所谓粉尘初层。初层形成后，它便成了滤袋的主要过滤层，而滤布只不过起着形成颗粒初层和支撑它的骨架作用。粉尘初层形成之后，使滤布成为对粗、细粉尘皆有效的过滤材料，过滤效率剧增。对于1μm以上的尘粒，主要靠惯性碰撞，对于1μm以下的尘粒，主要靠扩散，总的过滤效率可达99%以上。随着粉尘在滤袋上的积聚，除尘效率不断增加，同时阻力也相应增大。当阻力达到一定程度时，滤袋两侧的压力差会把有些已附着在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率明显下降，同时除尘器阻力过大会使除尘系统的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，要及时进行清灰，而清灰时又不能破坏粉尘初层，否则会引起除尘效率显著降低。典型滤袋在清洁状态和形成粉尘层的除尘分级效率曲线如图2所示。

性能

1、过滤速度

过滤速度对袋式除尘器效率有较大影响。过滤速度vF 是指气体通过滤料层的平均速度，单位为cm/s或m/min。它是表示袋式除尘器处理气体能力的一个重要技术经济指标。过滤速度的选择因气体性质和所要求的除尘效率不同而异，一般选用范围为0.2~6min。提高过滤速度可以减少过滤面积，提高滤料的处理能力，除尘器体积及占地面积也将减少。但过滤速度过高会把滤袋上的粉尘压实，使阻力加大并使细微粉尘透过滤料而降低除尘效率。过滤速度过高还会引起频繁的清灰，增加清灰能耗，减少滤袋的使用寿命等。因此，过滤速度的选择要综合考虑各种因素的影响。

若Q表示通过滤布的气体量(m3/h)，A表示滤布的面积(m2)，则过滤速度为：

工程上常用比负荷qF的概念，它是指1m2滤布，每小时所滤过的气体量，单位为m3(气体)/[m2(滤布)▪h]，因此：

则

实践表明：过滤细粉尘时vF 取小值（约0.6~1.0m/min），过滤粗粉尘vF应取为2m/min左右。

2、压力损失

袋式除尘器的压力损失是重要的技术经济指标之一，它不仅决定除尘器的能量消耗，也决定除尘效率和清灰的时间间隔。袋式除尘器的压力损失与其结构形式、滤料特性、过滤速度、粉尘性质和浓度、清灰方式、气体的温度和粘度等因素有关。压力损失可表示为：

式中Δp———阻力损失，Pa；

Δpc———袋式除尘器的结构阻力（正常过滤速度下，一般为300~500Pa），Pa；

Δpf———清洁滤料的阻力，Pa；

Δpd———粉尘层的阻力，Pa。

在过滤速度一定的情况下，如果含尘气体的浓度较低，则过滤时间可以适当延长；反之，处理的含尘气体的浓度较高时，过滤时间可以适当缩短。进口气体含尘浓度低、过滤时间短、清灰效果好的除尘器，可以选择较大的处理速度；反之，则应选择较低的过滤速度。

滤料

滤料是组成袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器的工作影响极大。选用滤料时必须考虑含尘气体的特性，如粉尘和气体的性质（温度、湿度、粒径和含尘浓度等）。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，同时还应具备耐高温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。滤料的特性除了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、粘性大的粉尘，此时采用的过滤速度不宜太高。表面起毛（有绒）的滤料（如羊毛毡）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，必须及时清灰。

袋式除尘器的滤料种类较多。按滤料材质可分为天然纤维、无机纤维和合成纤维等；按滤料结构可分为滤布和毛毡两类。随着化学工业的发展，出现了许多耐高温的新型滤料，如芳香族聚酰胺（尼龙和锦纶）可长期用于200℃左右。聚四氟乙烯、聚酯纤维（涤纶）等新型材料的出现，扩大了袋式除尘器的应用领域。

清灰

清灰是袋式除尘器运行中十分重要的环节。袋式除尘器的效率、压力损失、过滤速度及滤袋寿命等均与清灰方式有关，因此实际中多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的。通常可分为简易清灰、机械清灰和气流清灰三种。

1、简易清灰

这类袋式除尘器主要依靠粉尘自重或风机启、停时滤袋的变形而自行脱落，也有使用人工定期拍打或手控机构抖动的。简易式除尘器过滤风速一般取0.2~0.75m/min，压力损失约为600~700Pa，除尘效率达99%左右。简易清灰袋式除尘器结构简单、投资省，但其体积庞大、操作条件较差，所以较少应用。

2、机械清灰

含尘气体通过除尘器底部的花板进入滤袋内部，当气体通过滤料时，粉尘颗粒沉积在滤袋内部，净化后的气体经风机由烟囱排出。沉积在滤布上的粉尘通过机械振打机构使滤袋产生振动而落入灰斗中。机械清灰的振动方式大致有三种：①滤袋沿水平方向摆动，又可分为上部摆动和腰部摆动两种；②滤袋沿垂直方向振动，可采用定期提升滤袋框架或利用偏心轮振打框架的方式进行；③利用机械转动定期将滤袋扭转一定角度，使沉积于滤袋上的粉尘层破碎而落入灰斗中。

机械振动清灰袋式除尘器的过滤风速一般取1.0~2.0m/min压力损失为800~1200Pa。该类型袋式除尘器的优点是工作性能稳定，清灰效果较好。但滤袋因受机械力作用损坏较快，滤袋检修与更换工作量大。

3、气流清灰

这种清灰方式是利用反吹空气从相反方向通过滤袋和粉尘层，使粉尘从滤袋上脱落。采用气流清灰时，滤袋内必须有支撑结构，如撑环或网架，避免把滤袋压扁。气流清灰又分为逆气流清灰和脉冲喷吹清灰等几种方式。逆气流清灰指清灰时气流方向与正常过滤时相反，其形式有反吹风和反吸风两种，逆气流清灰袋式除尘器结构简单，清灰效果好，滤袋磨损少，特别适用于粉尘粘性小的玻璃纤维滤袋的情况；脉冲喷吹清灰是利用4~7atm（1atm=101325Pa）的压缩空气反吹，产生强度较大的清灰效果，脉冲喷吹袋式除尘器的优点是清灰过程中不中断滤袋工作，清灰时间间隔短，过滤风速高，过滤负荷高，滤布的磨损小，其主要缺点是需要4~7atm的压缩空气作为清灰动力，清灰用的脉冲控制仪复杂，对浓度高、潮湿的含尘气体净化效果较差。

选型与设计

1、选定除尘器型式、滤料及清灰方式

首先决定采用除尘器的型式。例如，对除尘效率要求高、厂房面积受限制、投资和设备订货皆有条件的情况，可以采用脉冲喷吹清灰袋式除尘器，否则可采用定期人工拍打的简单袋式除尘器，或其他型式。其次要根据含尘气体的特性，选择合适的滤袋。如气体温度超过140℃，但低于260℃时，可选用玻璃纤维滤袋；对纤维性粉尘则选用光滑的滤料，如平绸、尼龙等。对一般工业性粉尘，可采用涤纶布、棉绒布等。根据除尘器型式、滤料种类、气体含尘浓度、允许的压力损失等，即可初步确定清灰方式。

2、计算过滤面积

根据气体的含尘浓度、滤料种类及清灰方式等，即可确定过滤速度vF(m/min)，并算出总过滤面积A：

式中Q———除尘器的处理风量，m3/h。

过滤速度是最重要的设计和操作指标之一。过滤速度选择过大，虽能减小总过滤面积，降低投资，但却会使压力损失急剧增大，增加清灰次数，缩短滤袋的使用寿命，使运行费用增大。若气速偏低，会增大设备费用。

3、除尘器设计

如果选择定型产品，则根据处理烟气量和总过滤面积，即可选定除尘器型号规格。若需自行设计时，其主要步骤如下：

① 确定滤袋尺寸，直径d和高度。

② 计算每条滤袋面积，。

③ 计算滤袋条数，。

④ 滤袋布置，在滤袋条数多时，根据清灰方式及运行条件将滤袋分成若干组，每组内相邻两滤袋之间的净距一般取50~70mm。组与组之间以及滤袋与外壳之间的距离，应考虑到检修、换袋等操作需要。

⑤ 壳体的设计：包括除尘箱体、排气、进气风管形式、灰斗结构、检修孔及操作平台等。

⑥ 清灰机构的设计和清灰制度的确定。

⑦ 粉尘的输送、回收及综合利用系统的设计，包括回收有用粉料和防止粉尘的再次飞扬。

袋式除尘器的除尘效率高，广泛地用于各种工业生产除尘中。它比电除尘器结构简单、投资少、运行稳定，可以回收有用粉料。与文丘里洗涤器相比，动力消耗小，回收的干粉料便于综合利用，不产生泥浆。因此，对于微细的干燥颗粒物，采用袋式除尘器净化是适宜的。

袋式除尘器不适用于含有油雾、凝结水和粉尘粘性大的含尘气体，一般也不耐高温。还要注意，若在袋式除尘器附近有火花，则可能有爆炸的危险。此外，袋式除尘器占地面积较大，更换滤袋和检修不太方便。

颗粒层除尘器

颗粒层除尘器是利用颗粒状物料（如硅石、砾石、焦炭等）作为填料层的一种内滤式除尘装置。在除尘过程中，气体中的粉尘粒子主要是在惯性碰撞、截留、扩散、重力沉降和静电力等多种作用下将气体中的尘粒分离出来。其主要优点是：耐高温、抗磨损、耐腐蚀；过滤能力不受灰尘比电阻的影响，除尘效率高；能够净化易燃易爆的含尘气体，并可同时除去SO2等多种污染物；维修费用低等，因此广泛用于高温烟气的除尘。

颗粒层除尘器的种类很多，按床层位置可分为垂直床层与水平床层颗粒层除尘器；按床层状态可分为固定床、移动床和流化床颗粒层除尘器；按床层数可分为单层和多层颗粒层除尘器；按清灰方式分为振动式反吹清灰、带梳耙反吹清灰及沸腾式反吹清灰颗粒层除尘器等。

梳耙式

图3所示的是带梳耙反吹清灰旋风式颗粒层除尘器，过滤时含尘气体进入下部预分离器（旋风筒），粗粉尘被分离下来进入灰斗。然后，气体经中心管进入过滤室，自上而下通过颗粒滤料层，粉尘便被阻留在硅石颗粒表面或颗粒层空隙中，气体通过净化室和切换阀从出口排出。随着床层内粉尘的沉积，阻力加大，过滤速度下降，达到一定程度时，需及时进行清灰。此时，控制机构操纵换向阀，关闭净气排气口，同时打开反吹风入口，反吹气流按相反方向进入颗粒床层，使颗粒层处于流化态。与此同时，梳耙旋转搅动颗粒层，使凝聚沉积在颗粒上的粉尘松动、脱落，并随反吹气流沿着过滤时相反的路线，经芯管进入旋风筒内。此时由于流速的突然降低及气流急剧转变，粉尘块在惯性力和重力的作用下，掉入灰斗。含少量粉尘的反吹气流，经含尘烟气进口，汇入含尘烟气总管。进入并联的其他筒体内进一步净化。

沸腾

沸腾颗粒层除尘器的主要特征是沉积于颗粒层中的粉尘，采用流态化鼓泡床理论，定期进行沸腾反吹清灰，取消耙子及其传动机构，与耙式旋风—颗粒层除尘器相比，具有占地少、结构紧凑、投资省等优点。它的缺点是需多台电动机驱动电动推杆阀门，以便分周期地进行各层的清灰动作，造成维护复杂。另外，它的滤料放置在筛网或筛孔板上，在温度降低到露点时，易产生板结现象，堵塞网孔。

逆流式

逆流式颗粒层除尘器属于滤层移动式颗粒层除尘器。这种除尘器采用了振动筛、提升机构来代替反吹风机控制阀等设备，因此针对高温状态的除尘，设备维护简单；由于滤料是搁置在环形滤料环上，所以没有堵塞筛网孔的危险；由于刮板的周期旋转，使得滤层表面无板结，不用担心出现反吹不动的故障。

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