介紹了袋式除塵技術(shù)的發(fā)展概況及除塵機理,對袋式除塵設備的分類和除塵器濾料的類型作了說明,也討論了近年來出現(xiàn)的表面過濾技術(shù),并對其前景做了展望。指出配備高性能濾料的袋式除塵設備將是今后除塵器的重點發(fā)展方向。
   關(guān) 鍵 詞:空氣凈化;袋式除塵;預涂層;表面覆膜
   中圖分類號:X701.2   文獻標識碼:B
   1 發(fā)展概況
   一般空氣除塵設備可分為4類:機械式除塵、電除塵、過濾式除塵和濕式洗滌除塵設備。由此可見,袋式除塵設備是一種屬于過濾除塵類型的除塵設備。在這幾種除塵方法中,袋式除塵器的除塵效率zui高,捕集粒徑范圍zui大,能適應高溫、高濕、高濃度、微細粉塵、吸濕性粉塵、易燃易爆粉塵等不利工況條件,因此近年來袋式除塵技術(shù)在水泥、垃圾焚燒處理、冶金、礦產(chǎn)、橡塑、食品等工業(yè)生產(chǎn)上的應用越來越廣泛。
   袋式除塵技術(shù)在工業(yè)上的應用有著悠久的歷史。早在1881年,機械振動清灰袋式除塵器就獲得了德國,并開始袋式除塵器的商業(yè)化生產(chǎn)[1]。從此以后,袋式除塵器的清灰技術(shù)得到了迅速地發(fā)展和提高。我國在1957年自行研制出袋式收塵器以來,隨著新式濾料的不斷出現(xiàn),各種配件的使用壽命大幅延長和自動控制水平的提高,袋式除塵技術(shù)開始在大氣環(huán)保、物料收集及多種工業(yè)生產(chǎn)上獲得了廣泛的應用。其發(fā)展概況[2]見表1。
   
   目前,袋式除塵技術(shù)對工業(yè)廢氣中微粒粉塵的控制,尤其是對高溫冶煉和燃料燃燒生成的高活性微粒粉塵的控制,在技術(shù)上已日趨成熟。其除塵效率達99.99%以上,排放氣的質(zhì)量濃度小于50 mg/m3,甚至可達到10 mg/m3。在采取其他技術(shù)措施的條件下,可同時清潔工業(yè)廢氣中的固、液、氣等3類污染物。但由于高溫、腐蝕和濾袋容易破損等一些原因,使得袋式除塵技術(shù)在燃煤電廠中的應用還很少。
   2 袋式除塵工作機理
   袋式除塵器是一種依靠過濾材料來實現(xiàn)分離含塵氣體中粉塵的收塵裝置。其工作機理是:粉塵通過濾袋時被產(chǎn)生的篩分、慣性、粘附、擴散和靜電作用而被捕集。當開始使用新的濾袋時,由于濾料層的空隙比某些粉塵的尺寸大些,因此過濾效率較低。隨著過濾時間的延續(xù),濾袋表面積留的粉塵越來越厚,形成一層初始粉塵層,其孔隙尺寸越來越小,因而可以捕集更微細的粉塵,這時收塵效率越來越高。袋式除塵器就是主要依靠這層粉塵層進行的過濾,而濾料本身只是起到支撐這層粉塵的作用。隨著過濾的連續(xù)進行,濾下的粉塵越來越厚,其阻力也越來越大。當阻力達到一定數(shù)值后就需要進行清灰,清除掉多余的塵層而保持初始塵層,這是保持袋收塵器長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵之一。從整體裝置來看,袋式除塵器一般由塵氣室、凈氣室、濾袋、清灰裝置和卸灰裝置等5部分組成。當含塵氣體進入除塵器時,粗粉塵因受導流板的碰撞作用和氣體速度的降低而落入灰斗中;其余細小顆粒粉塵隨氣體進入濾袋室;受濾料纖維及織物的慣性、擴散、阻隔、鉤掛、靜電等作用,粉塵被阻留在濾袋內(nèi),凈化后的氣體逸出袋外,經(jīng)排氣管排出。濾袋上的積灰用氣體逆洗法或噴吹脈沖氣流的方法去除,清除下來的粉塵由卸灰裝置排走。
   一般可按照袋式除塵技術(shù)的清灰方式對其進行分類[3]:機械振動式、逆氣流清灰式、脈沖噴吹清灰式和氣環(huán)反吹式。
   （1）機械振動清灰
   利用機械裝置振打或搖動懸掛濾袋的框架,使濾袋產(chǎn)生振動而清落積灰,主要包括:人工振打、機械振打和高頻振動等方式。機械振動清灰方式的結(jié)構(gòu)簡單,運轉(zhuǎn)可靠,但清灰作用較弱,而且容易損壞濾袋,所以采用這種清灰方式的越來越少。
   （2）逆氣流清灰
   逆氣流清灰是利用與過濾氣流相反的氣流使濾袋產(chǎn)生變形并使之振動而使灰塵脫落。它主要有反吹風、反吸風及機械回轉(zhuǎn)反吹等幾種方式。
   （3）噴嘴反吹清灰
   反吹清灰是將1個帶狹縫的圓環(huán)或平板噴嘴設置在濾袋的外側(cè)與高壓風機管道相接,使噴嘴貼著濾袋的表面作上下或左右往復運動,由噴嘴噴出高壓氣流來清除附著在濾袋內(nèi)側(cè)的灰塵層。這種清灰方式能力較強,但裝置復雜,費用高,且容易損傷濾袋。
   （4）脈沖噴吹清灰
   脈沖噴吹清灰是利用與壓縮空氣包相連的脈沖閥在極短時間內(nèi)（小于0.2 s）將壓縮氣體高速噴入濾袋,同時誘導數(shù)倍于噴射氣量的空氣,使濾袋由袋口至底部產(chǎn)生急劇的膨脹和沖擊振動,從而產(chǎn)生很強的清灰作用使灰塵脫落。脈沖噴吹清灰作用原理圖如圖1所示。
   由于脈沖技術(shù)的清灰效果好,且強度和頻率都可以調(diào)節(jié),所以近年在多種工業(yè)得到得到大范圍的應用,并且越來越向著大型化發(fā)展。
   
   3 袋式除塵的濾料研究進展
   就袋式除塵技術(shù)而言,其清灰技術(shù)已日趨成熟,目前的研究主要集中在濾料上。濾料作為袋式除塵器的重要組成部分,其性能和質(zhì)量的好壞,直接關(guān)系到袋式除塵器的除塵性能和使用壽命。而理想的濾料應該有以下特點:結(jié)構(gòu)合理,捕塵率高;剝離性好,不易結(jié)垢;透氣性好,阻力小;有足夠的強度、剛度;耐高溫,防腐蝕;價格低,壽命長,且原料來源廣泛。
   3.1 濾料的發(fā)展
   我國濾料產(chǎn)品的自主開發(fā)始于改革開放以后,首先是研制成功滌綸絨布,為脈沖袋式除塵器和其他類型袋式除塵器的推廣應用提供了*批濾料,并迅速成為市場主流;后來,針刺氈濾料的出現(xiàn),使袋式除塵器的濾塵效率提高了一個數(shù)量級,而玻纖針刺氈濾料是20世紀80年代中期我國在開發(fā)耐高溫化纖針刺氈的同時,在解決了玻纖針刺成型和后處理關(guān)鍵技術(shù)后,研制成的。這種濾料在結(jié)構(gòu)上與合纖針刺氈相同,濾塵性能相近,有較高捕塵率,且可用于高溫（200~260℃）。但因材質(zhì)和后處理技術(shù)不同,包裝、運輸、存貯和使用中應采取防止濾料折損等措施;接著729機織濾料的開發(fā)成功及其不斷改進,為機織濾料在袋式除塵器,特別是在大型袋式除塵器上的開發(fā)成功應用;耐溫、抗腐蝕和防靜電等針刺氈的生產(chǎn),滿足了多種條件下過濾除塵的需要。20世紀90年代初,國產(chǎn)覆膜濾料的問世和成功的應用,為我國實現(xiàn)、低阻、節(jié)能、耐溫、抗腐的表面過濾,提供了重要的物質(zhì)條件。
   3.2 濾料后處理技術(shù)的發(fā)展
   利用織造或非織造技術(shù)使濾料初步成型后,再進行必要的后處理,除能改善濾料的機械物理、化學性能外,還有助于提高濾塵的性能。后處理技術(shù)是個很重要的步驟,一般有以下幾種[4]:
   （1）起絨
   將利用滌綸短纖維機織而成的斜紋布通過起絨機械起絨,可在其表面形成一層覆蓋織物孔隙的短線。與一般機織斜紋布相比,起絨后較易形成一次粉塵層,捕塵率較高（一般可達99.5%）。
   （2）熱定型
   為保證化纖濾料尺寸穩(wěn)定性,維護除塵器可靠工作,應對濾料進行熱定型。
   （3）熱熔壓延加工
   可提高針刺氈的密度,使表面孔隙變小,絨毛熱熔,光滑平整。通過這種加工可減少粉塵進入針毛內(nèi)部,使之接近于表面過濾,增強粉塵剝離性,既能保證高的捕塵率,又可降低阻力和提高濾料的壽命。
   （4）化學處理
   對提高濾料,特別是玻纖濾料的濾塵性能和強力、耐熱、阻燃、抗腐蝕等方面的性能,都具有重要意義。玻璃纖維具有抗拉強度大、耐高溫、來源充分等特點。但質(zhì)脆、不耐折,而在高溫下經(jīng)硅處理后的玻纖具有潤滑性,可防止因撓曲引起的斷裂和提高用之制成濾料的粉塵剝離性,從而使玻纖濾料的zui嚴重的缺陷在一定條件下得到了克服。在硅中加入聚四氟乙烯、石墨和鉬等物質(zhì),可使玻纖濾料的使用溫度提高到280℃。
   （5）預涂層處理
   選擇一定粒度分布的微細粉塵預先粘附在濾料的表面,形成穩(wěn)定的一次粉塵層。經(jīng)過預附層處理后,除塵器具有除塵效率高且穩(wěn)定,阻力低又增長較緩的優(yōu)點。該技術(shù)是將配制好的粉劑,用特殊工藝溶進已縫制濾袋的濾料內(nèi)部,再用粘結(jié)劑固定,達到濾袋未使用前的收塵能力[5]。經(jīng)預涂層處理后的濾袋在使用前形成了穩(wěn)定的粉塵初層,克服了新濾料前期除塵效率不高的弊病;同時粉塵初層經(jīng)粘結(jié)劑固定,穩(wěn)定性好。這樣可以降低壓力波動對穩(wěn)定生產(chǎn)的不利影響。但其缺點在于:隨反沖洗的次數(shù)增加,預涂層可能會從濾料表面沖脫,影響濾料的使用壽命。
   （6）表面覆膜
   即在濾料表面噴涂樹脂成膜的方法。使用覆以這種膜的濾料,濾塵效率高達99.99%以上,粉塵幾乎都被濾于表面,膜面光滑,粉塵剝離率高,阻力低且穩(wěn)定,能耗低,濾料壽命長;可以選用較高的濾速,與相應的基底相配合,可提高濾料的耐溫、耐酸堿腐蝕、憎水等性能,增強濾料的適應性,擴大應用范圍。該技術(shù)是將某分離膜覆在普通濾料上,利用膜分離技術(shù)過濾含塵氣體。目前,所用的薄膜一般是聚四氟乙烯（PTFE）薄膜。聚四氟乙烯材質(zhì)具有化學穩(wěn)定性好、摩擦系數(shù)小,易形成光滑表面,可耐250~300℃高溫等優(yōu)點,故以此制成的薄膜上微孔數(shù)目多且孔徑小,易實現(xiàn)表面過濾,過濾阻力小,粉塵層易剝落;其孔徑僅為0.2~3μm,能夠迅速有效地截留微米級超細粉塵;清灰后不改變孔隙率,除塵效率一直很高,幾乎可達到*;表面光滑,不結(jié)露,易清灰,清灰后不改變空隙率,因此投入運行后,壓力損失低,且不隨使用時間的延長而增大;濾袋使用壽命長。表2列出了傳統(tǒng)的玻璃纖維與PTFE覆膜濾料的應用情況對比[2]:
   
   由以上濾料研究的發(fā)展歷程可以看出,以預涂層處理和表面覆膜為代表的表面過濾技術(shù)將會給袋式除塵的發(fā)展帶來革命性的變化。它將擴大袋式除塵的應用范圍,極大地提高除塵性能。
   4 結(jié) 語
   隨著國家標準對環(huán)保質(zhì)量要求的不斷提高,袋式除塵技術(shù)面臨著更廣闊的應用空間。表面覆膜技術(shù)和高性能濾料的研究將在很大程度上提高其除塵性能,進一步擴大袋式除塵技術(shù)的使用范圍,而配備著耐高溫、防腐蝕濾料的袋式除塵器將是今后除塵設備的重點發(fā)展方向。