[发明专利]一种除尘装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及除尘装置，特别是一种工业除尘装置，确切讲本发明是一种带有水雾化装置的旋风除尘装置；本发明还涉及这种除尘装置的使用方法，即具体使用本发明的除尘装置时对装置的具体工艺参数的控制。

背景技术

粉尘污染是大气污染的重要部分，现有技术中可采用的除尘器主要有旋风除尘器、袋式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器等。其中静电除尘器优点是气流阻力小，分离效率高，但也存在一次性投资较大，设备钢材消耗量大，运行成本较高的缺点。湿式除尘器可以处理高温、高湿、高比电阻、粘结性大的粉尘和某些有害气态污染物，但耗水量大，并且不利于粉尘的回收等。袋式除尘器效果较好，但存在着过滤速度较低，体积庞大、耗钢量大、受滤袋材质影响、且滤袋寿命短、运行费用高，特别是在运行中压力损失大、耗能高的不足影响其推广与运用。综合考虑设备投资、运行、维护费用，现有技术中旋风除尘器是利用离心力分离出粉尘粒子，这是一种结构简单，体积小，制造费用低，维护、修理方便、易于敷设耐磨、耐腐蚀内衬，可净化腐蚀性粉尘的除尘器，成本远远少于其他的除尘设备，且有使用寿命长的优点。但旋风除尘装置也存在着分离效率相对较低，同时旋风除尘器还存在着对粒径较小的颗粒，特别是小于5微米的法粒处理能力差的不足，因此在现有技术中旋风除尘器不适于处理含有较小颗粒的粉尘气体。

研究表明，粉尘颗粒越小对人体健康的危害越大，尤其是粒径小于10μm的可吸入颗粒会在肺中沉积，影响人体健康。粉尘中的超细颗粒(空气动力学直径小于2.5μm)易于富集空气中的重金属、酸性氧化物、有机污染物、细菌和病毒等，其对人体健康的危害远高于粗颗粒物。因此，控制粉尘污染，尤其是控制超细颗粒的排放具有重要意义。

众多学者研究了超细颗粒难以捕集的原因。B.Wang等(参见Wang B.，Yu A.B.Computational investigation of the mechanisms of particle separation and“Fish-Hook”phenomenon in hydrocyclones.American Institute of Chemical Engineers J.2010，56：1703-1715)分析了在水力旋流内超细颗粒难以捕集分离的原因：如图1所示，随着粒径的减小，压力梯度力和离心力没有太大变化，并且二者大小接近，使颗粒在径向处于平衡状态。随着粒径的减小，流体曳力激增，受力平衡状态被破坏，超细颗粒被流体带走。由此可见巨大的流体曳力是造成超细颗粒捕集效率低的根本原因。若能将超细颗粒粒径增大，则可以使颗粒所受流体曳力成几何级数趋势下降，从而大幅提高超细颗粒的捕集效率。

正是由于上述原因，现有技术中出现众多的使粉尘中颗粒粒径长大的方法，最为典型的是液滴雾化方法，由于这种方法具有的费用低廉、设备简单、效果显著等优点日益受到关注。目前，利用液滴雾化的方法捕集超细颗粒的途径主要有传统湿式除尘法和超声波雾化除尘法。传统湿式除尘法是以液滴作为捕尘体，例如采用机械(喷头)喷雾的方法将洗涤液分散成细小的液滴，主要依靠液滴的惯性碰撞、拦截捕获和扩散沉降的形式进行捕尘。对于超细颗粒而言，该捕集过程主要是以液滴的性质来控制的，液滴的粒径、比表面积等成为主要控制因素。陈俊等通过对喷雾团聚过程中，雾滴和颗粒的运动以及相互作用的分析，计算了不同初始条件下对应的团聚平衡直径，得出雾滴初始直径越小团聚效果越好的结论。现多采用的直接喷雾法对超细颗粒粉尘捕集效果不佳，主要原因是水雾的粒径太大(粒径200～600μm)，(参见陈卓楷，陈凡植，周炜煌，等.超声雾化水雾在除尘试验中的应用.广东化工，2006，33(10)：74-77。)

为克服以上技术的不足，出现了利用超声波雾化产生水雾的方法，如采用流体动力超声波雾化，利用高速流体激发共振腔而产生超声波。一般来讲，采用流体动力超声波雾化器，雾化得到的雾滴粒径仍相对仍较大，所以用这一方法对超细颗粒的捕集效果有限。