| 水泥工业大气污染治理要点(二） |
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| 作者：佚名 点击数： 更新时间：2006-11-21 16:06:09 |
五、气体的基本性质
作为除尘作业的对象，粉尘是悬浮于气体中的，因此气体的性质对除尘具有十分重要的影响，尤其是袋式除尘器，在考虑压力损失、选用滤料材质、决定清灰方式等都与气体的性质有关。
气体的基本性质包括气体的压力、温度、密度、湿度、粘度以及雷诺数和马赫数等。
1、气体的压力
根据气体分子运动理论，气体的压力是由于大量分子对容器内壁撞击的总效果。以单位面积上所受的力来度量，故亦称压强，单位用Pa表示。
2、气体的温度
温度是表征物体冷热程度的物理量。在工程应用中大多采用国际百分温标，即t（℃）。在气体热力学中则采用绝对温标，T（K）。两种温标的关系式为：
T = 273 + t
气体的温度是一个重要的参数，它影响气体的体积、压力、粘性、密度等参数，在除尘工程中，它还影响到除尘设备的承受能力。
3、气体的密度
单位气体所具有的质量称为密度。气体的密度不但与组成气体的成分有关，还随着温度、压力的变化而变化。
4、气体的粘度
流体在流动时产生内摩擦力，这种性质称为流体的粘性。粘度（或称粘滞系数）的定义是切应力与切应变的变化率之比，是用来度量流体粘性的大小，由流体的性质而定。
气体的粘度是随着温度的增高而增大（与液体相反），与压力几乎没有关系。在袋式除尘器中，滤袋的压力损失与气体的粘度成正比，粉尘的沉降速度与气体的粘度成反比。
5、气体的湿度
气体中常含有一定的水蒸气，气体中含水蒸汽的多少就用湿度来表示。一般有两种方式表示：
⑴绝对湿度
绝对湿度是指单位体积中所含水蒸汽的质量（Kg/m3）。当湿气体中水蒸汽的含量达到该温度所能容许的最大值时的气体状态称为饱和状态。
⑵相对湿度
相对湿度是指单位体积气体中所含水蒸汽的密度与在同温度、同压力下饱和状态时水蒸气的密度之比的百分数。
对于袋式除尘器来说，气体湿度高，容易“糊袋”、清灰困难、易结露，气体异常干燥时，易产生静电。总的来说，干气体较湿气体除尘效果要好。
6、气体的露点
露点是指气体的气压不变，水蒸气含量不增减的情况下，未饱和气体因冷却而达到饱和状态时的温度。因此，露点是一种气体湿度的表示法。
当相对湿度达到100%，即湿体已达饱和状态时，气体中水蒸气分子的含量已达到容许的最大值，此时温度稍有降低，就必然有一部分水蒸气分子不能再以气态存在于气体中，而从气体中析出来成为液体，这叫“结露”，或叫“冷凝”。
气体的结露对除尘器的工作很不利，它能使粉尘的含水率增大而粘结在滤袋上，造成清灰困难；还能腐蚀除尘设备，降低使用寿命，尤其是气体中含有硫化物时，硫会溶解于水中形成强腐蚀剂腐蚀除尘设备，因此，在除尘作业中必须防止结露现象发生。
气体的露点除与湿度相关外，还与气体的成分有关。尤其是气体中含有三氧化硫时，即使是少量的，也可以使气体露点温度达到100℃以上，这一点应充分注意。水泥厂窑尾的烟气与发电厂锅炉相比硫氧化物比较少，原因是硫容易被生料中的碱成份中和。
下表列出了水泥厂窑尾烟气的相对湿度和露点：
窑 型烟气温度 相对湿度 %露 点 ℃
带预热锅炉的干法窑190740
带悬浮预热器干法窑300～350预热利用后1033～38
机立窑50～1901540～55
湿法长窑120～2204065～75
带过滤器的湿法窑120～1901865～75
立波尔窑80～1301845～60
7、雷诺数
判断流动状态的一个无因次数。
8、马赫数
气流速度与音速的比值。
9、导热系数
在稳定条件和单位温差作用下，通过单位厚度、单位面积的匀质材料的热流量，称为导热系数，亦称热导率。
10、热扩散率
是表征在加热或冷却时各部分温度趋于一致的能力。它是材料的导热系数与其比热容和密度乘积的比值，也称热扩散系数。
第二部分、除尘系统设计依据的各种因素
一、除尘设计的有关标准
1、环境空气质量标准（GB3095-1996）环境空气质量分类和分级
⑴ 一类区为自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区。一类区执行空气质量一级标准。
⑵ 二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。二类区执行空气质量二级标准。
⑶ 三类区为特定工业区。三类区执行空气质量三级标准。
2、粉尘排放标准
⑴ 大气污染物综合排放标准（GB16297-1996）。
在国家大气污染物综合排放标准中对粉尘的排放浓度和排放速率均有详细规定。
⑵锅炉大气污染物排放标准（GWPB3-1999）。
为了贯彻国家环境保护法和大气污染防治法，防止大气污染，国家制定了锅炉大气污染物排放标准。该标准按建成使用年限分为两个时段，Ⅰ时段为2000年12月31日前建成使用的锅炉；Ⅱ时段为2001年1月1日起建成使用的锅炉。
⑶工业窑炉大气污染物排放标准（GB9078-1996）。
该标准规定了10类19中工业炉窑的烟（粉）尘浓度、烟气的黑度、6种有害污染物的最高允许排放浓度（或排放限值）和无组织排放烟（粉）尘的最高允许浓度。
适用于除炼焦炉、焚烧炉、水泥厂以外适用固体、液体、气体燃料和电加热的工业炉窑的管理，以及工业炉窑建设项目的环境影响评价、设计、竣工验收及其建成后的排放管理。
⑷火电厂大气污染物排放标准（GB13223-1996）。
本标准规定了火电厂最高允许二氧化硫排放量、烟尘排放浓度和烟气的黑度。
适用于单台出力在65t/h以上除层燃炉和抛煤机炉以外的火电厂锅炉与单台出力在65t/h以下的煤粉发电锅炉的火电厂的排放管理，以及建设项目的环境影响评价、设计、竣工验收及其建成后的排放管理。
⑸炼焦炉大气污染物排放标准（GB16171-1996）。
本标准分年限规定了机械化炼焦炉无组织排放的大气污染物最高允许排放浓度、吨产品污染物最高允许排放量。
本标准分一、二、三级标准。分别与《GB3095-1996》的环境空气质量功能区相对应。自本标准实施之日起，禁止在《GB3095-1996》中的一类区新建、扩建机械化炼焦炉和非机械化炼焦炉；改建项目不得增加排污量。
⑹水泥厂大气污染物排放标准（GB4915-1996）。
本标准按年限和区域分别规定了水泥厂各个排放点大气污染物的排放限值及粉尘无组织排放控制限值。
本标准分一、二、三级标准。分别与《GB3095-1996》的环境空气质量功能区相对应。
本标准适用于水泥厂的排放管理，以及建设项目的环境影响评价、设计、竣工验收及其建成后的排放管理。
二、除尘器选型的各种因素
1、处理风量（Q）
处理风量是指除尘设备在单位时间内所能净化气体的体积量。单位为每小时立方米（m3/h）或每小时标立方米（Nm3/h）。是袋式除尘器设计中最重要的因素之一。
根据风量设计或选择袋式除尘器时，一般不能使除尘器在超过规定风量的情况下运行，否则，滤袋容易堵塞，寿命缩短，压力损失大幅度上升，除尘效率也要降低；但也不能将风量选的过大，否则增加设备投资和占地面积。合理的选择处理风量常常是根据工艺情况和经验来决定的。
2、使用温度
对于袋式除尘器来说，其使用温度取决于两个因素，第一是滤料的最高承受温度，第二是气体温度必须在露点温度以上。目前，由于玻纤滤料的大量选用，其最高使用温度可达280℃，对高于这一温度的气体必须采取降温措施，对低于露点温度的气体必须采取提温措施。对袋式除尘器来说，使用温度与除尘效率关系并不明显，这一点不同于电除尘，对电除尘器来说，温度的变化会影响到粉尘的比电阻等影响除尘效率。
3、入口含尘浓度
即入口粉尘浓度，这是由扬尘点的工艺所决定的，在设计或选择袋式除尘器时，它是仅次于处理风量的又一个重要因素。以g/m3或g/Nm3来表示。
对于袋式除尘器来说，入口含尘浓度将直接影响下列因素：
⑴压力损失和清灰周期。入口浓度增大，同一过滤面积上积灰速度快，压力损失随之增加，结果是不得不增加清灰次数。
⑵滤袋和箱体的磨损。在粉尘具有强磨蚀性的情况下，其磨损量可以认为与含尘浓度成正比。
⑶预收尘有无必要。预收尘就是在除尘器入口处前再增加一级除尘设备，也称前级除尘。
⑷排灰装置的排灰能力。排灰装置的排灰能力应以能排出全部收下的粉尘为准，粉尘量等于入口含尘浓度乘以处理风量。
⑸操作方式。袋式除尘器分为正压和负压两种操作方式，为减少风机磨损，入口浓度大的不宜采用正压操作方式。
4、出口含尘浓度
出口含尘浓度指除尘器的排放浓度，表示方法同入口含尘浓度，出口含尘浓度的大小应以当地环保要求或用户的要求为准，袋式除尘器的排放浓度一般都能达到50 g/Nm3以下。
5、压力损失
袋式除尘的压力损失是指气体从除尘器进口到出口的压力降，或称阻力。袋除尘的压力损失取决于下列三个因素：
⑴设备结构的压力损失。
⑵滤料的压力损失。与滤料的性质有关（如孔隙率等）。
⑶滤料上堆积的粉尘层压力损失。
6、操作压力
袋式除尘器的操作压力是根据除尘器前后的装置和风机的静压值及其安装位置而定的，也是袋式除尘器的设计耐压值。
7、过滤速度
过滤速度是设计和选择袋式除尘器的重要因素，它的定义是过滤气体通过滤料的速度，或者是通过滤料的风量和滤料面积的比。单位用m/min来表示。
袋除尘器过滤面积确定了，那么其处理风量的大小就取决于过滤速度的选定，公式为：
Q = v × s × 60 （m3/h）
式中： Q — 处理风量
v — 过滤风速（m/min）
s — 总过滤面积（m2）
袋式除尘器的过滤速度有毛过滤速度和净过滤速度之分，所谓毛过滤速度是指处理风量除以袋除尘器的总过滤面积，而净过滤速度则是指处理风量除以袋除尘器净过滤面积。
为了提高清灰效果和连续工作的能力，在设计中将袋除尘器分割成若干室（或区），每个室都有一个主气阀来控制该室处于过滤状态还是停滤状态（在线或离线状态）。当一个室进行清灰或维修时，必需使其主气阀关闭而处于停滤状态（离线状态），此时处理风量完全由其它室负担，其它室的总过滤面积称为净过滤面积。也就是说，净过滤面积等于总过滤面积减去运行中必需保持的清灰室数和维修室数的过滤面积总和。
8、滤袋的长径比
滤袋的长径比是指滤袋的长度和直径之比。滤袋的长径比有如下规定：
反吹风式 —30～40
机械摇动式 —15～35
脉 冲 式 —18～23
三、袋式除尘器的工作机理及其分类
1、袋式除尘器概况
袋式除尘器是各类除尘器种应用最多的一种，究其原因，在于其除尘效率高，能满足日益严格的环保要求；运行稳定，适应力强，每小时可处理风量从几百立方米到数十万立方米乃至数百万立方米并适用于许多工矿企业除尘工程的净化设备。
2、袋式除尘器的分类
按结构方式分类
⑴按滤袋形状分类
按滤袋形状分为圆袋式除尘器和扁袋除尘器。圆袋式除尘器滤袋形状为圆形；扁袋除尘器滤袋形状为扁平形。
⑵ 按过滤方向分
可分为内滤式除尘器和外滤式除尘器。
内滤式除尘器是指含尘气体由滤袋内侧流向外侧，粉尘沉积在滤袋内表面。
外滤式除尘器是指含尘气体由滤袋外侧流向内侧，粉尘沉积再滤袋外表面上，其滤袋内要设支撑骨架，因此滤袋磨损较大。
⑶按进气口位置分类
分为下进气袋式除尘器和上进气袋式除尘器。
下进气袋式除尘器是含尘气体由除尘器下部进入，气流自下而上，大颗粒粉尘直接落入灰斗减少滤袋的磨损，延长了清灰间隔时间，但由于气流方向与粉尘下落方向相反，容易带出部分微细粉尘，降低了清灰效果，增加了阻力。下进气袋式除尘器结构简单，成本低，应用较广。
上进风袋式除尘器是含尘气体由除尘器上部进入。粉尘沉降与气流方向一致，有利于粉尘沉降，除尘效率有所提高，设备阻力也可降低15%～30%。
⑷按除尘器内的压力分
按除尘器内的压力分，可分为正压式除尘器和负压式除尘器。正压式除尘器，风机设置在除尘器之前，除尘器在正压状态下工作。由于含尘气体先经过风机，对风机的磨损较严重，因此不适用于高浓度、粗颗粒、硬度大、强腐蚀性的粉尘。
负压式除尘器，风机设置在除尘器之后，除尘器在负压状态下工作，由于含尘气体经净化后再进入风机，因此对风机的磨损很小。
⑸按清灰方式分
清灰方式是决定袋式除尘器性能的一个重要因素，它与除尘效率、压力损失、过滤风速及滤袋寿命均有关系；国家颁布的袋式除尘器的分类标准就是按清灰方式进行分类的。按照清灰方式，袋式除尘器可分为机械振动类、分室反吹类、喷嘴反吹类、振动反吹并用类及脉冲喷吹类。
①机械振动类
利用机械振打或摇动悬吊的滤袋或滤袋框架，使滤袋产生振动或抖动而清落积灰。它包括人工振打、机械振打和高频震荡等形式。
机械振动清灰具有结构简单、运行可*，但清灰作用较弱，只能允许较低的过滤速度，而且往往损伤滤袋。
②分室反吹类
分室反吹清灰是指采用分室结构，利用阀门逐步切换气流，利用与过滤气流相反的气流，将滤袋反向变形，并使之产生振动而使粉尘脱落，因此，逆气流不是造成粉尘脱落的主要原因，主要原因是滤袋的变形所致，这一点与直观想象不同。
通常反吹清灰在整个滤袋上气流分布较均匀，因而滤袋可以做的很长，相应的缩小了占地面积；振动不激烈，对滤袋损伤小，但清灰作用较弱，因而允许过滤风速也较低。
③ 振动反吹并用类
其原理是在反吹清灰的同时辅以机械清灰方式，以增加清灰效果。
④ 脉冲喷吹类
以压缩空气为动力，利用脉冲喷吹机构在瞬间释放压缩气流，诱导二次空气高速喷入滤袋，使其急剧膨胀，使滤袋产生变形和冲击振动。造成很强的清落积尘作用。属于高动能清灰类型，通常采用带框架的外滤圆袋或扁袋。
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