无动力除尘技术..doc

无（微）动力除尘技术

昆明冶金研究院

主要完成人
瞿仁静 邹 巍 杨红英 胡 娟

目 录
1引言 1
2.研究的总体思路 1
3.无（微）动力除尘技术的含义 2
4.适用领域 2
5.背景技术 2
6.除尘原理 2
7.除尘工艺流程 3
7.1无动力除尘工艺 3
7.2微动力除尘工艺 3
8.除尘设备 5
9.无动力除尘技术内容 5
10.技术特点 7
11技术难点 7
12设备技术参数 8
13.除尘后达到的效果 9
14.项目应用推广情况 9

1引言
节能减排是我国“十一五规划纲要”提出的贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措。无（微）动力除尘技术是环境保护、污染治理行业的一项节能减排新技术。
无（微）动力除尘技术，是本院在只有国内外文献报道的基础上，自主研发的除尘技术，除尘观念新颖，除尘原理运用得当，设备构思巧妙，工艺布局合理，节能，不消耗动力或动力消耗小，除尘指标先进。已经在选矿、炼铁、烧结、铁合金等行业应用，均通过项目验收。
无（微）动力除尘技术，获得第十八届全国发明展览会铜奖。于2009年申请发明专利，已经获得授权。
2.研究的总体思路
要求开发研究一种物料运输系统的全新的除尘方法，以响应国家节能减排的号召，满足企业日益增长的对节能减排、环境保护的需要。
对新技术，要求其投资少、不占地、捕集率高、除尘成本低、除尘器寿命长、施工工期短。其中，在物料转运系统，力求做到不消耗动力达到除尘的目的，除尘效果不能低于传统的布袋除尘工艺，排放的粉尘量及操作岗位含尘浓度等，必须达到国家标准。
采取现场观测手段收集扬尘点的粉尘资料，取样分析粉尘特性，在实验室模拟粉尘运动轨迹，研究粉尘运动规律，计算除尘器工艺参数，加工制作除尘器，现场安装设备，调试修改设备，最终达到最佳的除尘效果。
经过四年来的不断创新和开发，已经研究出一种无动力除尘技术，建立了一个科学的理论体系，有一套完整的计算方法，有一只有实力的研究、设计、施工队伍。
3.无（微）动力除尘技术的含义
无动力除尘技术利用重力除尘、空气动力学和压力平衡的原理，打破传统的除尘方式，对各扬尘点进行分散除尘，无需任何外加的动力设备。
微动力除尘技术，是针对与皮带输送机相关的破碎机、振动筛、料仓等设备，在无动力除尘技术的基础上，配加小型过滤器辅助除尘的一种除尘技术。
4.适用领域
无动力除尘技术除尘方法，属于环保干法除尘技术领域，适用于物料输送系统转运站等扬尘点的除尘，不适用于炉窑等烟气除尘。
5.背景技术
我国原料输送系统除尘，多数采用负压吸风布袋除尘工艺进行除尘。布袋除尘工艺包含粉尘捕集罩、输送管道、布袋除尘器、引风机和烟囱等。
优点：除尘效率高。
缺点：投资大；粉尘捕集率低；水平管道易堵塞，影响捕集率；抽风量大，运行费用高；除尘器、引风机和烟囱等占地面积大；需设置专职的操作维护人员及粉尘运输设备。
6.除尘原理
无动力除尘技术，运用空气动力学原理，利用物料跌落时产生的压力差，在除尘器内形成气流闭环流通，对各扬尘点进行分散除尘。在需除尘的设备上，设置除尘室，在除尘室内设置应力板。物料跌落或受到振动时，含尘气流往上运动，撞击到应力板，变为紊流，气流的速度与方向均发生改变，大颗粒的粉尘沉降下来。在密封的除尘室内，皮带仍然继续运行，物料下料口出现微负压，在除尘室内设置密封气体回流管，将微正压气流引至物料下料口前，保持压力平衡，实现除尘器内闭环流通，保证粉尘连续沉降。
7.除尘工艺流程
7.1无动力除尘工艺
除尘工艺流程为：密封室→粉尘气流→密闭落料管→除尘室→尘气分离室→粉尘循环室→密封室→空气。
无动力除尘技术原则流程见图1，设备流程见图2。

图1 无动力除尘技术流程图
7.2微动力除尘工艺
除尘工艺流程为：粉尘气流（落料管）→多功能消尘室→尘料分流装置→滤尘室→微环室→脉冲负压吸尘器→密封帘→滤尘室→空气。
微动力除尘技术原则流程见图3，设备流程见图4。

图2 微动力除尘方案流程图

8.除尘设备
除尘设备由密封室、密闭落料管、栈桥微环室、导料槽总成、除尘室、缓尘回流室、多功能消尘室、尘气分离室、尾密封室、尾缓解室、小功率除尘器、物料干湿传感装置等组成。
9.除尘器性能指标理论计算
9.1除尘效率
在除尘工程设计中一般采用全效率作为考核指标，优势也使用分级效率进行表达。
9.1.1全效率
全效率为除尘器初夏的粉尘量与进入除尘器的粉尘量之百分比。如下式所示：
η=(G2/G1)×100%
式中：η——除尘器的效率，%；
G1——进入除尘器的粉尘量，g/s；
G2——除尘器除下的粉尘量，g/s。
由于在现场无法直接测出进入除尘器的粉尘量，应先测出除尘器进出口气流中的寒碜浓度和相应的风量，再用下式计算：
η=(Q1C1-Q2C2/Q1C1)×100%
式中：Q1——除尘器入口风量，m3/s ；
C1——除尘器入口浓度，mg/ m3；
Q2——除尘器出口风量，m3/s ；
C2——除尘器出口浓度，mg/ m3。
9.1.2总效率
在除尘系统中，若有除尘效率分别为η1、η2……ηn的几个除尘器串联运行时，除策划你系统的总效率用η表示，按下式计算：
η=1-（1-η1）（1-η2）……（1-ηn）
9.1.3穿透率
穿透率ρ为除尘器出口粉尘的排出量与入口粉尘的进入量的百分比，按下式计算：
ρ=（Q2C2/ Q1C1）×100%
9.1.4分级效率
分级效率ηc为除尘器对某一粒径dc或粒径范围△dc内粉尘的除尘效率，如下式所示：
ηc=(△Sc/△Sj) ×100%
式中：△Sc——在△dc的粒径范围内，除尘器捕集的粉尘量，g/s；
△Sj)——在△dc的粒径范围内，进入除尘器的粉尘量，g/s。
9.2压力损失
除尘器压力损失△P为除尘器进、出口处气体流经除尘器所耗的接卸能，当知道除尘器局部阻力系数ξ值时，可用下式计算。在现场可用压力表直接测出。
△P=ξρ0ν2/2
式中：△P——除尘器的压力损失，Pa；
ρ0——处理气体的密度，kg/m3；
ν2——除尘器入口处的气流速度，m/s。
10.除尘器设计
10.1设计计算
除尘设备由密封室、密闭落料管、栈桥微环室、导料槽总成、除尘室、缓尘回流室、多功能消尘室、尘气分离室、尾密封室、尾缓解室、小功率除尘器、物料干湿传感装置等组成。
含尘气体在除尘室内缓慢流动，尘粒借助自身的重力作用被分离而捕集下来。为了提高除尘室的除尘效率，在室内加装应力板，目的是改变气流气流的运动方向，由于粉尘颗粒惯性较大，不能随同气体一起改变方向，撞到应力板上，逝去继续飞扬的动能，沉降到皮带上。应力板使含尘气体产生一些小股涡旋，尘粒受到离心力作用，与气体分开，并撞击到室壁和应力板上，沉降下来。装有应力板的除尘器，气流速度可以提高到6～8 m/s，除尘器内设置多个应力挡板，相对低降低了尘粒的沉降高度。基本流速一定时，除尘室的纵深越长，除尘效率越高。除尘器内在气体入口处装设应力板，使除尘器内气流均匀化，增加惯性碰撞效应，提高除尘效率。
除尘器内气体基本流速为1～2 m/s，捕集粉尘粒径为40μｍ以上，压力损失比较小。
在近似计算中假设气流为水平均匀气流，假设尘粒具有与气流相同的速度。除尘器的结构尺寸就使粉尘通过除尘器长度L时代流速V能使粒子借自身重力作用，按沉降速度W，下降到除尘器底部。尘粒沉降到底部的时间小于或等于气流他哦你通过除尘器的时间。
设气流通过除尘器的时间为t，则t=L/V
式中：L——除尘器的长度，m；
V——气流流速，m/s；
设尘粒沉降到底部的时间为ta，则
ta=H/Ws
式中：H——除尘器的高度，m；
Ws——尘粒沉降的速度，m/s。
要使尘粒不被气流带走，则必须to≤t ，H/Ws ≤L/V。
设计时可按下列公式计算沉降室的主要结构尺寸：
除尘器长度：
L=HV/ Ws.
除尘器高度：
H=L Ws/V。
除尘器的宽度：
B=A/H=Q/(3600VH
式中：A——除尘器的横截面积，m2；
Q——气体流量，m3/h。
由于尘粒通过除尘器截面的流速并不均匀，按上式求得的除尘器尺寸必须适当放大其长度的宽度。在调整除尘室主要尺寸时应切实注意除尘的工作物性，当气流流速越小时，越能捕集微细灰粒；除尘器高度越小，长度越长，除尘效率越高；除尘器内的气流流速越均匀，则除尘效率越好。
尘粒的沉降速度W，可按下式近似地求得。设气体中含有的尘粒为球形，粒径在1～100μm范围内，根据斯托克司定律，尘粒在沉降时仅收到气体的阻力。
Fg=πds3(pk-pt)g/6
式中：Fg——尘粒的沉降力，N；
ds——尘粒的当量直径，m；
pk——尘粒的密度，kg/m3；
pt——气体的密度，kg/m3；
g——重力加速度，m/s2。
F=3πμdSWS
式中：F——气体的阻力，N；
μ——气体的黏度，Pa.s；
WS ——尘粒的沉降速度，m/s。
从公式可以看出，当尘粒种类和直径以及气体状态一定时，尘粒的沉降力Fg为一定值。在此情况下，尘粒由静止状态开始沉降时，由于沉降速度很小，当F＜Fg时，尘粒呈等加速度沉降过程中下降速度不断增加，则气体阻力F不断增加；当达到Fg=F时，尘粒的下降速度不再增加，而以等速度不断沉降，此速度就是尘粒的沉降速度。
将上式代入尘粒等速度沉降的条件式Fg=F，则
πds3(pk-pt)g/6=3πμdSWS
移项整理后则可得到沉降速度WS为：
WS= ds2(pk-pt)g/18μ
做等速度沉降的尘粒直径为：
ds=[18μWS /(pk-pt)g]1/2
式中：ds——斯托克司粒径。
公式中尘粒是以球状粒子计算，但实际上尘粒并非球状例子，应按下式进行修正。
ds=0.65d
式中：d——形状不规则尘粒的粒径，m；
0.65——形状修正系数。
尘粒的密度应进行测试确定。
10.2设计要点
（1）除尘器内气流流速，应取0.4～1.0m/s。
（2）除尘器尺寸以矮、宽、长原则设计，若除尘器过高，其上部的尘粒沉降到底部的时间较长，尘粒未沉降到底部就被气流带走。流通界面确定后，宽度增加，高度就可以降低；加长除尘器，可以使尘粒充分沉降。
（3）除尘器内可以适当设置应力挡板，形成多层沉降室，以提高除尘效果。
（4）除尘工程设计中有时不可能按计算尺寸确定结构，而是视具体布置考虑。
（5）除尘器可以根据其流量/空间位置和除尘效率设计成不同的构造及外形。
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11.无动力除尘技术内容
无动力除尘技术所要解决的技术问题是提供一种物料运输系统的除尘方法，其投资少、不占地、捕集率高、处理成本低、除尘器寿命长、施工工期短。
解决无动力除尘的技术问题所采用的方案是：对物料经过的输送装置进行密封，在输送机的落料工位之后依次设置除尘室、尘气分离室和循环降尘室；对除尘室的上扬尘气用上置的倾斜折向板产生紊流，沉降大颗粒，对细粉尘采用在下料口产生负压，使回流至落料管内下端；在尘气分离室采用上置的倾斜折向板继续改变含尘气流运动方向和运动速度，使粉尘与气流分离；在循环降尘室采用上置的倾斜折向板和垂悬的橡胶条进一步降低粉尘的动能，并在橡胶条上产生静电，沉降剩余的粉尘。
无动力除尘技术所述的原料运输系统的除尘方法还包括下述技术方案：
在除尘室、尘气分离室和循环降尘室上置的倾斜折向板与水平方向为15～45°夹角；除尘室下料口的负压利用输送带和物料的运动而在下料口局部产生；循环降尘室的折向板设在室前端，垂悬的橡胶条设在室后端。
对于使用无粉尘原料的运输系统，在除尘室处设置负压的气体导向管，将捕集到的粉尘引导入另一的运输系统中。
本技术的各处理工序中的具体技术参数为：
⑴在对输送装置密封处理中，产尘点粉尘浓度≤5g/m3，设备应处于常温、常压状态，密封箱体采用钢焊接件，与设备之间的密封采用橡胶板，输送带采用皮带运输机，其头部、尾部密封采用橡胶条，橡胶条直径为φ8～10mm，4～6层排列，间隙为0.5～1.0mm；
⑵在除尘处理中，皮带运输机上方的空间应在1500mm以上，除尘室的截面积为落料管截面积的8～12倍，除尘器内气流速度为0.6～1.0m/s，粉尘气体回流管的截面积为落料管截面积的0.5～0.8倍，并回流管内气流速度为＞3.5m/s；
⑶在尘气分离和粉尘循环降尘处理中，使气流的速度小于或等于皮带运行速度；
⑷在将无粉尘焦炭的运输系统中的粉尘引导出来的置尘处理中，两运输系统的碎焦输送带和成焦输送带之间的距离小于10m。
本技术所使用设备满足以下参数：焦炭的料仓口尺寸为8000mm×8000mm以内；槽型输送皮带，宽度=500～1400mm，带速＝0.8～3.15m/s，处理量为2528t/h以下，物料落差为10m以内；振动筛筛子规格为1800×3600mm以内、处理量为440t/h以下；颚式破碎机设备规格为1500×2100mm以内、处理量为790t/h以下；圆锥破碎机设备规格为φ2200mm以内、处理量为230t/h以下。
12.技术特点
无动力除尘技术改变传统的除尘工艺，除尘观念新颖，除尘原理运用得当，设备构思巧妙，工艺布局合理，节能，不消耗动力或动力消耗小，除尘指标先进。
具有与传统除尘方法一样的除尘效果，并且具有以下特点：
①没有管道等引出厂房，也无除尘器、风机、烟囱等设备，不占地，无景观视觉污染。
②无需配备操作工人，维护方便，费用低。
③无动力除尘工艺，无动力消耗。
④微动力除尘工艺，动力消耗低，大约为布袋除尘技术的20％。
⑤节约投资约20～30％。
⑥保证粉尘捕集率达到90％以上，设备出口气体含尘量<50mg/Nm3，操作点的含尘浓度<10mg/m3。
与其它文献报道的就地除尘设备相比，无动力除尘技术具有以下优点：
①设备密封性好，粉尘捕集率高，可以达到90%以上；
②维护量小，密封条寿命长，三年以后才需要更换。
13技术难点
无动力除尘技术同时可以处理以下技术难点：（已申请了专利）
①解决破碎机、振动筛等设备的扬尘。在无动力除尘技术的基础上加装小型滤筒、滤袋式除尘器，弥补物料原动力不足的弱点，保证除尘效率，形成微动力除尘。
②解决振动筛筛上物不受粉尘再次污染的问题。无动力除尘收集的粉尘，直接落入皮带运输机等产尘设备，用1.5~3.0kW的过滤器，将粉尘抽吸到筛下物容器内。

14设备技术参数
本技术实施例的各处理工序的具体技术参数为：
⑴在对输送装置密封处理中，产尘点粉尘浓度≤5g/m3，设备应处于常温、常压状态，密封箱体采用钢焊接件，与设备之间的密封采用橡胶板，输送带采用皮带运输机，其头部、尾部密封采用橡胶条，橡胶条直径为φ8～10mm，4～6层排列，间隙为0.5～1.0mm；
⑵在除尘处理中，皮带运输机上方的空间应在1500mm以上，除尘室的截面积为落料管截面积的8～12倍，除尘器内气流速度为0.6～1.0m/s，粉尘气体回流管的截面积为落料管截面积的0.5～0.8倍，并回流管内气流速度为＞3.5m/s；
⑶在尘气分离和粉尘循环降尘处理中，使气流的速度小于或等于皮带运行速度；
⑷在将无粉尘焦炭的运输系统中的粉尘引导出来的置尘处理中，两运输系统的碎焦输送带和成焦输送带之间的距离小于10m。
本技术所使用设备满足以下参数：料仓口尺寸为8000mm×8000mm以内；槽型输送皮带，宽度=500～1400mm，带速＝0.8～3.15m/s，处理量为2528t/h以下，物料落差为10m以内；振动筛筛子规格为1800×3600mm以内、处理量为440t/h以下；颚式破碎机设备规格为1500×2100mm以内、处理量为790t/h以下；圆锥破碎机设备规格为φ2200mm以内、处理量为230t/h以下。
15.除尘后达到的效果
经过干式净化除尘系统后，微动力除尘器排风口含尘量<50mg/Nm3，低于国家规定的排放标准；操作岗位的含尘浓度<10mg/m3，符合国家卫生标准。除尘率>96%。净化捕集后的粉尘，全部返回生产设备上，没有废物外排。采用干法除尘工艺，不会产生水污染物。微动力除尘风机噪声小于50dB（A），小于国家标准。