1 湿式除尘器的研究及应用现状

湿式除尘器的结构类型很多，不同设备的除尘机制不同，能耗不同，使用的场合也不同.目前，对湿式除尘器尚无公认的分类方法.按其结构形式以及除尘机理的不同，可以将其分为7类，即重力喷雾湿式除尘器、旋风式湿式除尘器、自激式湿式除尘器、泡沫式湿式除尘器、填料式湿式除尘器、文丘里湿式除尘器以及机械诱导式湿式除尘器.按其除尘设备的阻力高低可以将其分为低能和高能两大类，前者的阻力在2000Pa以下，而后者是在2000Pa以上^[1].按其耗能的多少可以将其分为低能耗和高能耗湿式除尘器.低能耗除尘器的压力损失为0.25~2.0kPa，耗水量一般为0.4~0.8L/m³, 对大于10μm的粉尘其去除效率可达90%~95%.目前，低能耗除尘器常用于焚烧炉、化肥制造、石灰窑以及铸造车间化铁炉等的除尘.高能耗除尘器，如文丘里洗涤器，其压力损失一般为2.0~ 9.0kPa，除尘效率可以高达99.5%以上，目前常用于炼铁、炼钢以及造纸等的烟气除尘^[2].

传统的湿法除尘技术具有耗水量大、粉尘的回收困难、在处理酸碱性气体时要考虑设备的防腐蚀问题、除尘效率高时能耗也较大、处理黏性粉尘时易发生堵塞和挂灰现象以及冬季要考虑防冻问题等.随着工业生产的迅速发展，大气污染问题日趋严重，传统湿式除尘器在很多时候已难以满足除尘的需要.因此，研究如何通过各种技术和设备改进湿式除尘器，使其能够满足工业发展的需要就成了当务之急.近些年来，赵海波、董芃、李艳萍、卜正国、马德刚、程芳琴等学者均在传统湿式除尘器的改进方面做了大量研究，并取得了很好的效果^[3-8].而本文所采用的高效湿式除尘器也是在传统冲击式除尘器的基础上所做的一次成功的改进和创新.

2 高效湿式除尘器 2.1 除尘器的结构及工作原理

高效湿式除尘器是在传统冲击式除尘器的基础上，对其结构进行改造和设计而成的.它保留了原有的“S”型通道，并将其延伸成“W”型通道，在此基础上再增加一个“W”型通道，把两个“W”型通道设计成轴对称的形状，而除尘器的其它结构尺寸仍参照原先传统冲击式除尘器的结构参数.高效湿式除尘器的总体构造如图 1所示.(假设除尘器整体的宽度为A，长度为B).

高效湿式除尘器采用湿式除尘器的工作原理和旋涡式结构，集“惯性、离心、涡式、分离”等除尘机理为一体，配套三角口腔进口，立式形状.其定型尺寸是以提高消烟、除尘、脱硫效率为重点，综合考虑其它经济技术指标，并经多次试验而确定的.

如图 1所示，除尘器内先贮存一定量的水(需要脱硫时加入脱硫剂)，风机启动后，在离心风机的作用下，含尘气体由进气口进入除尘器，净化后的气体，由净气分雾室除掉液滴后经出气室出口、离心风机、风管排出；泥浆则由污泥斗的电动排浆蝶阀定期排出，一般每2~4h排放一次.新水由供水管路补充，除尘器内的水位由补水箱的浮球阀控制，水位高于工作水位时则从补水箱内的溢流管排出.设在补水箱的水位自控装置可保证水面在3~10mm范围内变动，以保证除尘器能有稳定的高效率和节约用水.

2.2 主要性能特点

高效湿式除尘器的主要特点有：①能有效处理高浓度工业粉尘，入口粉尘浓度可达5~10g/m³；②能脱除烟气中的二氧化硫(SO₂)；③节能和节水.耗电量和耗水量分别为同类湿式除尘器的60%~70%和1/20；④除尘器内壁衬有无机化学胶泥，能耐磨、耐酸碱、耐烟气高温，具有极强的防腐蚀作用，在正常维护条件下，其使用寿命可达5~8a，维护量少，操作简单；⑤处理风量的允许波动范围宽(50%~100%)，在波动范围内均不影响除尘效率；⑥在除尘用水中添加NaCl等防冻剂，可以在寒冷季节中应用(高于-30℃)；⑦除尘效率高达99%以上，对微细粉尘也有较好的处理效果；⑧除尘器占地面积小，在老厂房除尘系统改造中优势突出.

2.3 应用情况

该除尘器目前在镍矿山、铜矿山、铁矿山、金矿山、锅炉等行业中得到了广泛应用，有效地解决了矿业粉尘控制过程中耗水量大、能耗高、除尘效率不高、设备维护量大以及旧厂房除尘设施改造困难等难题，取得了良好的经济效益和环境效益.

3 高效湿式除尘器去除磷矿粉尘的实验研究 3.1 实验的目的及研究的意义

本次实验是通过去除某磷矿粉尘，来研究高效湿式除尘器的除尘效率、工作阻力、耗水情况、处理风量以及其操作和运行的情况等.若能研究成功，不仅可以净化大气、改善空气质量、有效降低粉尘对人体健康所带来的日益严重的危害，而且还可以使各工业企业在节能节水的情况下，更好地减少大气污染物的排放量，满足日益严格的污染物排放标准.总之，研究成功后，将会给人们带来很好的经济效益和环境效益.

3.2 实验粉尘概述

本次实验所使用的粉尘是从该磷矿开采公司某个生产车间现场收集而得的.经测定，其主要组成成分及含量分别为：P₂O₅ 32.49%，SiO₂ 9.06%，CO₂ 7.48%，CuO 4.87%，Mg 2.00%，Al₂O₃ 1.29%，Fe₂O₃ 1.18%；其粒径分布见表 1所示；在经过公司原有的静电除尘器去除后，生产车间内的粉尘浓度为15.37mg/m³，仍然无法满足《工业企业设计卫生标准》中关于此类粉尘的最高容许浓度10 mg/m³的规定，这不仅会危害工人的身体健康，加大尘肺等职业病的发病概率，同时也严重污染了环境.此外，为了对比的需要，实验前已将粉尘加工成了>25μm、10~25μm以及 < 10μm 3个粒径范围.

3.3 实验仪器

本次实验将采用北京中西公司生产的BDZ3F1型手持式粉尘浓度测试仪来测定除尘器的进出口粉尘浓度，采用YYT-2000型倾斜式压差计、L型皮托管以及传压管来测定除尘器进出口的动压差和静压差以及进口端的动压.

3.4 实验方法

实验流程图如图 2所示.为了进行对比，本次实验将所取的磷矿粉尘分成了3个粒径范围即>25μm、10~25μm以及 < 10μm.

实验中首先要将放水水位调至最佳，即放水水位为70mm、水箱中水位为250mm时；其次，将YYT-2000型倾斜式压差计、L型皮托管以及传压管连接好，皮托管两端分别插入到除尘器进出口两端的测尘口中(注意正负)，开机并将所收集的磷矿粉尘均匀倒入下料装置中，进行动压差和静压差的测量；再次，将BDZ3F1型手持式粉尘浓度测试仪连接好，分别插入到除尘器进出口两端的测尘口中，开机并依次倒入3种不同粒径范围的粉尘，在读数稳定后(大约5s以后)读取相关的粉尘浓度值.在此同时，两个L型皮托管要分别放在进口处和自然大气中，调整好后测定进口处的动压值；最后，在实验结束后，要将泥浆排出(电动自动定期排浆或是手动定期排浆)，以免积灰过多，造成堵塞，影响运行.

3.5 实验结果及分析

经过3次测量取平均值可以得出，除尘器进出口两端的动压差和静压差分别为7.6mm和160.2mm (这是倾斜式压差计的测量数值，真实值要乘以修正系数0.6)，经计算，除尘器两端的动压差为44.69Pa, 静压差为941.98Pa，因此本除尘器在运行时的阻力约为986.67Pa.

除尘器对磷矿粉尘的除尘效率和进口风压的测量数值见表 2所示，其中除尘器的进口管为圆形管，直径为350mm；实验时温度大约为10℃，故取空气的密度为1.247 kg/m³.

由表 2可见，本除尘器对磷矿粉尘在3种粒径范围下均有很好的去除效果，对于粒径在10μm以下的细粉尘，其除尘效率仍可高达99.40%；由表 1可知，>25μm、10~25μm以及 < 10μm这3个粒径范围的频率分布分别为32%、27.5%以及40.5%，因此，经加权平均计算后可得，该磷矿粉尘总的出口浓度为2.210 mg/m³，可以很好地满足卫生标准中关于此类粉尘的最高容许浓度为10 mg/m³的规定；除尘器的进口风速在13.53 ~13.87 m/s之间，处理风量在4685.71~4803.46 m³/h之间，均符合设计的要求.

4 结论

通过本次实验，可以分析得出以下结论：①本除尘器对磷矿粉尘有很好的去除效果，即使是对粒径较小的细粉尘也有很高的去除效率，完全可以满足矿山对其所产生粉尘的去除要求.可以预见，若将本除尘器应用在该磷矿开采公司的生产作业现场，其必能很好地去除车间空气中的磷矿粉尘，大大降低车间的粉尘浓度，从而有效地净化大气，极大地改善工人的生产作业环境，保障工人的身体健康，减少尘肺等职业病的发生概率；②在不同的处理风量下，除尘器的除尘效率始终比较高，这说明处理风量的变化对本除尘器的除尘效率影响不大；③除尘器的阻力为986.67Pa，与同类型的除尘器相比，要达到同样的除尘效果，本除尘器的阻力是较小的.这说明本除尘器的能耗较低，更加节能；④相比同类型的除尘器，本除尘器的用水量更少，可以减少对水的消耗量和实验完毕后处理泥浆的工作量；⑤本除尘器占地面积小、操作简单、运行稳定、维护的工作量小.总之，高效湿式除尘器有效地克服了传统冲击式除尘器存在的能耗大、耗水量大、运行不稳定、操作繁琐以及除尘效率受处理风量的影响较大等缺点，是一种很有推广应用前景的除尘设备.