袋式除尘器是利用了粉尘颗粒大于气体分子的原理。因此当含尘气体通过一个薄膜时,粉尘颗粒被纤维捕获,纯净气体则穿过薄膜。粉尘颗粒比气体分子大,还具有不同的粒径,形状和结构。通过设计,袋式除尘器可适应废气和将要过滤掉的颗粒的独特性质。
除尘器的建造方式多种多样,但材料的选择必须基于特定工艺的适当性(例如废气温度和pH值)。在本课程中你将学到收集到的粉尘从除尘器中排出以及粉尘最终排出系统之前储放的几种不同方法。
粉尘颗粒运动
跟其它物理实体一样,根据物理定理,粉尘颗粒是以可预测的方式运动的。来自于一个工业源的粉尘颗粒一般与气流一起流动。如果我们在它们行进的路途中放置一个东西,它们将碰到它并掉进去,在合适的条件下就停留在里面。这就是过滤器要做的工作。但是一个过滤器应有微小的气孔允许气体分子穿过。这些气体分子在过滤器的纤维附近形成一个连续的气流。小的粉尘颗粒会很容易的被气流携带着穿过气孔进入大气。但是大的颗粒就没有机会了。因为它们的惯性较大,在纤维附近不能转向,它们保持向前运动直到撞到纤维的表面。我们把这种方式叫做冲击(见图1-1)。
中等粒径的粉尘颗粒惯性较小。实际上它们倾向于随着气流绕过纤维,但它们不能很好的做到。因此它们没有撞到前面的纤维,反而在纤维的边缘被捕获了或者叫“拦截了”。这也是一种集尘机理,我们把它叫做直接拦截(图1-2)。
在袋式除尘器中99%的气体动力学直径大于1微米(um)的颗粒是通过冲击和直接拦截方式收集的(Bethea1978)。这说明袋式除尘器对于这种粒径的颗粒是非常好的防空气污染收尘设备。
袋式除尘器也能收集气体动力学直径小于1um的非常细小的颗粒。你可能会想这种粒径的颗粒将会被气流夹带流走。实际上这些颗粒是如此小,它们仅仅围绕着气体分子跳动,当它们撞到气体分子时仅仅稍微偏一下方向。这种独立或随机的运动使得它们遍布在整个流体(气体)中,这就是布朗运动或布朗扩散(图1-3)。颗粒有可能与气流的流速不一致,在有些地方有可能与纤维接触到而被捕获。
颗粒也有可能由于气流中出现其它的特性而收集到。相对大的颗粒有可能由于重力的抵消作用而沉积在集尘灰斗内。当含尘气体通过灰斗进口进入袋室时,大的颗粒在真正撞到过滤器(滤袋)前从气流中落下,这个力是非常重要的。颗粒能够聚结或者是说是粒径增大,这样就可很容易的被纤维捕获。这些较大粒径的颗粒容易从气流中收集。
有些颗粒带有小的静电电荷,可以被吸引到具有相反电荷的材料上。在另一方面如果颗粒的电荷与纤维的电荷是同样的,静电电荷就具有反作用。在这种情况下颗粒将倾向于抵制纤维的捕获。静电电荷特别有助于捕获亚微粒径范围内的颗粒。使用特别选择的纤维材料或特别涂层的材料有可能增强颗粒的捕获(Frederick1974)不同的材料将呈现不同程度的静电电荷和电荷特征。