机械除尘技术的研究与应用现状存在问题及发展趋势分析
引言
机械式除尘器是依靠机械力（重力、惯性力、离心力等）将尘粒从气流中去除的装置。特点是结构简单，设备费和运行费均较低，但除尘效率不高。按出尘粒的不同可设计为重力尘降室、惯性除尘器和旋风除尘器。适用于含尘浓度高和颗粒力度较大的气流。广泛用于除尘要求不高的场合或用作高效除尘装置的前置预除尘器。
研究与应用现状
重力沉降对超细粉末颗粒分级
超微细粉末的分级是粉末材料领域的研究热点之一，人们已研究出许多分级方法和相关设备。其中，利用离心力对微细粉末的干法分级由于具有处理能力大、过程简单而倍受人们的关注。目前，对于粒径为微米级的超微细粉体的干法分级多采用内带转动部件的分级器，它利用高速旋转的转子产生离心力场来强化分级过程进行分级。但其设备结构复杂、造价高、粉体对叶轮磨损较大，另外，还存在转子对粉体污染等问题。经研究可得到以下结论：（1）利用重力沉降方法对超细粉末颗粒分级条件苛刻，但在控制好工况条件和选择合理的设备结构下存在可行性，可将大直径颗粒与小直径颗粒分离；（2）利用重力沉降方法对超细粉末颗粒分级，单级分级的效率不高，对于小直径颗粒分级需要提高其灵敏度；（3）利用重力沉降方法对超细粉末颗粒分级，要取得相对较好的分级结果，可进行多级分离，先进行粗分，中小颗粒要进一步单级分级，最终达到完全分级。
强化重力沉降作用的浮选柱降灰研究
微细脉石颗粒主要通过机械夹带、颗粒混凝、连生体颗粒及矿泥罩盖污染精矿。其中，机械夹带是亲水脉石矿物上浮进入精矿的主要原因，夹带程度与颗粒大小、矿浆浓度和泡沫水回收率等诸多因素有关。为减少浮选过程中微细脉石矿物对精矿的污染，Falutsu 创新地设计了一种将精矿泡沫区和矿物捕集区独立分开的改进型浮选柱，Ｒubio 和 Valder-rama 加以发展设计了三产品浮选柱( 3PC) ，其第三产品来源于精矿泡沫层中脱落的矿物颗粒。该设备在金、铜矿浮选工业中得到应用，但鲜有应用于煤泥浮选的报道。Mulleneers 等设计了一种半连续沉降浮选装置，其倾斜段的逆流沉降分选机制极大地减少了精矿泡沫中石英颗粒的夹带。与浮选机相比，浮选柱处理高灰细泥含量大煤泥时，有利于改善细粒及微细颗粒的选择性。
重力沉降自动排查漏斗
针对瓦斯与抽采钻孔防尘技术，设计了除尘器重力沉降室自动排渣漏斗。 该漏斗要求在钻孔煤渣排出过程中，存放的煤渣达到一定重量时，在风压的共同作用下，漏斗阀门会自动打开，煤渣排出后，阀门在扭转弹簧的扭矩作用下又会自动关闭。 通过计算选择了合适扭矩的扭转弹簧且使除尘器达到了良好的效果。 重力沉降室漏斗结构简单合理，制造容易，使用方便，能够有效实现尘渣分离，分离效果好，一级分离能够除去颗粒较大的煤渣。选择的扭转弹簧符合要求，漏斗阀门能正常打开排渣并自动关闭密封性良好，无漏气现象，并能存放适量煤渣，满足新型除尘器的要求。
环流循环除超细颗粒
目前, 工业上常用的气固分离方法包括旋风除尘、湿洗分离、布袋除尘和静电除尘等方法。湿洗分离法通过液层、液滴和液膜来捕集粉尘, 可分离 1 ～ 5 μm 的粉尘 ,效率高且可靠 ,缺点是气体内易夹带液雾造成管道腐蚀或结垢, 一般只能在较低温度下使用, 同时还存在设备较大, 易产生二次污染的弊端,所以在工业上的应用较少。布袋除尘可有效地捕集 0.1 ～ 1 μm 的粉尘, 缺点是设备庞大,造价和运行费用高, 易发生糊袋和顶袋破损。静电除尘器对 0.01 ～ 1 μm 的粉尘有较好的分离效率, 缺点是一次性投资大 ,对操作和管理的要求较高,当粉尘含湿量大或者需要喷水调节粉尘的介电常数时, 腐蚀问题难以解决。
为了进一步提高环流循环除尘系统对细粉尘的分离性能 , 实验考察不同结构的分离性能 。通过分析其效率、压降和粒级效率曲线等实验结果可以得出如下结论:(1)加有导流锥整流器的环流循环除尘系统效率最高, 相应其一级压降略有增加。(2)直径在2.8 μm 左右的颗粒由于容易被大颗粒夹带分离,其分离效率比 4 μm 左右的颗粒高。
应用于特大型高炉（煤气除尘）
高炉煤气净化系统中一次除尘设备采用国产新型旋风除尘器，这种新型旋风除尘器是国内首次在特大型高炉上应用，该设备大幅度提高了煤气净化系统的一次除尘效率，降低了布袋除尘器的工作负荷，延长二次除尘系统设备的使用周期，提升了煤气净化质量( 含尘量 ＜ 2 mg /m3 ) ，减少 TＲT 及后端煤气用户设备的磨损。 高炉煤气净化处理通常分两级处理: 一级用重力或旋风除尘器进行粗除尘，除去煤气中大部分粗颗粒灰尘，二级进行湿法或布袋干法细除尘，除尘后的净煤气经TＲT( 或调压阀组) 后，送往厂区净煤气总管，供下游用户使用。
螺旋筒式旋风除尘器是针对煤气除尘系统研发的新一代大型旋风除尘工艺设备，是重力除尘器的替代设备。这种新型旋风除尘器主要有积压分配室、旋流筒、旋流室、集灰室等部分组成。螺旋筒式旋风除尘工艺的工作原理: 炉顶煤气气流经下降管由旋风除尘器顶部的导入口进入到积压分配室内，气流得到积压缓冲、减速后，分配给各旋流筒，在旋流筒内气流加速，并与旋流室内壁形成一定的角度，进入旋流室内旋转，在离心力的作用下，荒煤气中的粉灰从气体中分离，被分离出来的粉尘落到集灰室内，经卸灰装置和无尘装车机，装到车皮中运出，除尘后的煤气由导出口导出。
将国产螺旋筒式旋风除尘技术引入到特大型高炉上应用，是安钢在全国首次做出的大胆尝试，在实际生产中，取得了良好的效果。该新型旋风除尘器除尘效率达 85% 左右，大大提升了高炉煤气除尘效率，延长布袋除尘器使用寿命，提升了煤气净化系统效率，半净煤气中含尘量减少，布袋反复吹振次数减少 40% ～ 60% ，节省能源 40% 左右，二次布袋使用寿命提供 30% ～ 60% ，设备检修量减少 50% 左右。一次煤气含尘量 ＜ 10 mg /m3 ，经过二次布袋除尘器后，净煤气含尘量基本在 2 mg /m3 以下，远远低于设计标准 5 mg /m3 。
发展趋势：复合式除尘
湿法三效除尘
经过两级旋风收尘和一级水收尘构成了湿法三效除尘系统。其构思新颖、结构简单、经济实用、效果很好。
含尘气体在风机引力作用下沿切线方向进入收尘下筒体作旋转运动，在离心力及重力作用下大颗粒粉尘碰壁下落，使气、尘初步分离，实现!效收尘；含尘气体和充分雾化的水混合在一起进入风机，在高速旋转的风机叶轮作用下，水雾与粉尘剧烈碰撞、聚合，使细小粉尘被水捕捉，实现\"效收尘；干净气体及泥浆在风机作用下沿切线方向进入上筒体，泥浆又一次在离心力和重力作用下碰壁下流至锥体经排污口排出，实现#效收尘；干净气体在上筒体脱水后经出风口排出。
电袋复合存在问题
静电除尘的除尘效果受飞灰性质影响大，无法达到较高的排放标准；布袋除尘的除尘效率高，但布袋阻力大，相对易损坏，消耗大，运维费用高，电袋复合除尘器结合了静电除尘和袋式除尘的优点，在提高除尘效率的同时，可降低运行成本。
重力惯性袋式复合
充分利用重力惯性除尘器适合适合处理大烟气量，最大限度发挥其特长，在新型除尘器中，一级布置为重力惯性除尘，大量粉尘被一级重力惯性除尘器捕集后，二级采用拦截使得高校布袋除尘器，此时滤袋的粉尘负荷已大大降低，阻力减少，清灰周期延长，布袋除尘器的缺点被弥补，优点得到了发挥。
应用前景：有效控制细微粒子粉尘，比单纯改造成袋式除尘器或电袋复合除尘设备具有更好的技术可靠性及经济性。将重力惯性除尘和布袋除尘两种成熟技术有机结合在一起，取长补短，充分发挥了重力惯性除尘在前部能大量收尘及布袋除尘对粉尘力度和比电阻不敏感、排放浓度低的优点，是能满足更加严格排放标准的新一代除尘设备。
电旋风除尘
电旋风除尘器有良好的应用前景，尤其适合中国国情发展的需要，应该作为工业中小型除尘领域重点发展的技术；根据我国电旋风除尘技术发展现状，建议注重深入的理论性研究，完善除尘器结构，系统的优化研究，加快开发最优化配置于电旋风除尘器的脉冲高压电源，加强电旋风除尘产品实际工作状态的除尘性能、可靠性等方面研究。
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