廖明鋒

(湖南特種金屬材料廠,湖南長沙 410013)

0 前言

近幾年隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展,作為軟磁原料的四氧化三錳需求也急劇增加,其生產(chǎn)規(guī)模也不斷擴(kuò)大,隨之暴露出來的問題也日益明顯。特別是在四氧化三錳生產(chǎn)過程中,由于其粒度較小,密度不大,在烘干后會(huì)產(chǎn)生大量粉塵,如果排入空氣中會(huì)產(chǎn)生很大的空氣污染,同時(shí)也會(huì)因?yàn)槌善妨魇Ф斐梢欢ǖ慕?jīng)濟(jì)損失[1]。目前廣泛應(yīng)用在四氧化三錳中的除塵方式一般有3種：旋風(fēng)除塵、布袋除塵和濕式除塵,分別作為除塵的第1、第2和第3級,但是現(xiàn)有的除塵設(shè)備難以收到理想的除塵效果,因此尾氣的除塵和回收一直是一個(gè)有待改進(jìn)的問題,下面將深入地介紹各個(gè)設(shè)備的工作原理和設(shè)備及改良后的工作效果。

1 旋風(fēng)除塵器

旋風(fēng)除塵器,在四氧化三錳除塵中通常作為第1級。除沉機(jī)理是使含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),借助于離心力使四氧化三錳塵粒從氣流中分離并捕集于器壁,再借助重力作用使塵粒落入灰斗(如圖1)。旋風(fēng)除塵器于1885年開始使用,已發(fā)展成為多種型式。

普通旋風(fēng)除塵器由簡體、錐體和進(jìn)、排氣管等組成。旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡單,易于制造、安裝和維護(hù)管理,設(shè)備投資和操作費(fèi)用都較低,已廣泛應(yīng)用于四氧化三錳的除塵上。在普通操作條件下,作用于粒子上的離心力是重力的5～2 500倍,所以旋風(fēng)除塵器的效率顯著高于重力沉降室。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等諸多方面考慮旋風(fēng)除塵器壓力損失控制范圍一般為500～2 000 Pa。如何減少壓力損失并提高除塵效果,是四氧化三錳除塵的一個(gè)重要步驟。

圖1 旋風(fēng)除塵器

1.1 造成旋風(fēng)除塵器壓力損失的主要原因

1)進(jìn)氣管的流動(dòng)損失。

2)氣體進(jìn)入旋風(fēng)器內(nèi),由于流通截面的突變而膨脹或壓縮,旋轉(zhuǎn)造成的損失。

3)氣體在桶體內(nèi)與桶體的摩擦而造成的損失。

4)流經(jīng)排氣管的阻力。

除塵器阻力可以通過公式計(jì)算為：

式中 ΔP——流動(dòng)阻力(壓力損失)(Pa)；

ρ——進(jìn)口氣流密度(kg/m3)；

v——進(jìn)口氣流速度(m/s)；

ξ——流動(dòng)阻力系數(shù),無量綱。

ξ經(jīng)過實(shí)驗(yàn)反復(fù)計(jì)算為：

式中A——進(jìn)口截面積；

D1——除塵器桶體外徑；

D2——排氣管外徑；

H1——桶體直段高度；

H2——桶體椎段高度。

1.2 減少壓力損失的方法

一般來說,除塵器壓力損失應(yīng)該控制在0.5～2.0 M Pa之間,通過分離器的改造可以,可以減少阻力損失。

1)入口阻力的減少,氣體進(jìn)入旋風(fēng)除塵器內(nèi)因?yàn)榕蛎浐湍Σ猎斐傻膿p失,改進(jìn)的方法是將排氣管偏置,如圖2所示,偏置后能帶來阻力的大幅度降低,究其原因,偏置后的排氣管改變了除塵器內(nèi)的流場,不僅使得排氣管避開了入口氣體的膨脹影響,還使得原來單側(cè)進(jìn)氣方式造成的沿排氣管外壁90(°)～180(°)的滯留層由于氣體的加速而消失,從而改善分離效果。

圖2 排氣管偏置

2)出口阻力的減少,分離過程的結(jié)尾,內(nèi)漩渦從排氣管排出的過程中,排氣流和排氣管內(nèi)壁的強(qiáng)烈摩擦造成的副壓強(qiáng)漩流,影響分離器的阻力,改進(jìn)方法是增大排氣管的管徑,在排氣管的管中設(shè)減阻桿,設(shè)置出口導(dǎo)流葉片,加裝減漩渦殼等。

3)灰斗阻力,由于旋轉(zhuǎn)矩不變的原理,在分離器末端,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)達(dá)到最強(qiáng),氣流的湍流速度也達(dá)到最強(qiáng),高速旋轉(zhuǎn)的氣流擺脫壁面的束縛而沿桶體中線向上排出,形成內(nèi)漩渦,四氧化三錳顆粒沿桶壁進(jìn)入灰斗而被分離,次過程需要消耗大量能量,成為整個(gè)旋風(fēng)分離器阻力的重要部分。如果對灰斗進(jìn)行一定的改造(如圖3),則能使氣體在湍流強(qiáng)度很強(qiáng)之前就進(jìn)入灰斗,隨著空間的增大,氣流的湍流程度重新降低,從而降低其灰斗阻力[2]。

圖3 改進(jìn)后旋風(fēng)除塵器

通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)表明：經(jīng)過改進(jìn)后的旋風(fēng)除塵器除塵效果更好。表1是采用改進(jìn)前后兩種旋風(fēng)除塵效果的數(shù)據(jù)對比。

表1 改進(jìn)前后兩種旋風(fēng)除塵效果對比

由表1數(shù)據(jù)可知,改進(jìn)前旋風(fēng)4個(gè)樣品平均的除塵率為80.3％,改進(jìn)后的除塵率為89.2％,有比較顯著的提高,在四氧化三錳實(shí)際生產(chǎn)中通常采用串聯(lián)的方法,除塵效果更好。

2 布袋除塵器

布袋除塵器,工作機(jī)理是含四氧化三錳粉塵通過過濾材料,塵粒被過濾下來,過濾材料捕集粗粒的粉塵主要靠慣性碰撞作用,捕集細(xì)粒的粉塵主要靠擴(kuò)散和篩分作用,濾料的粉塵層也有一定的過濾作用。在四氧化三錳的除塵中,布袋除塵是最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。理論上布袋除塵率可以達(dá)到99％,但實(shí)際中由于漏風(fēng)和阻力的影響而達(dá)不到,科學(xué)合理地計(jì)算布袋的袋數(shù),過濾面積,分布以及減少漏風(fēng)和阻力尤其重要。

2.1 負(fù)荷選擇的原則

1)壓力損失應(yīng)該適當(dāng),因?yàn)樵谒难趸i除塵中,布袋除塵是采用第2級除塵,壓力損失應(yīng)該在490～784 Pa。

2)氣體含塵濃度高時(shí),應(yīng)該選取低負(fù)荷,氣體濃度低時(shí),應(yīng)該選取高負(fù)荷。

3)除塵器連續(xù)操作時(shí)間長的選取低負(fù)荷,連續(xù)操作時(shí)間短的選擇高負(fù)荷。

4)清灰周期長的選取低負(fù)荷,清灰時(shí)間短的選取高負(fù)荷。

根據(jù)上述原則,四氧化三錳應(yīng)該選取較低負(fù)荷,壓力損失控制在784 Pa以內(nèi)。

2.2 過濾面積

1)過濾面積的確定：F=Q/q

式中F——濾袋過濾面積(m2)；

Q——處理含塵氣體量(m3/h)；

Q——負(fù)荷(每小時(shí)每平方濾布處理的氣體量,m3/hm2)。

2)濾袋袋數(shù)的確定：n=F/πDL

式中n——濾袋袋數(shù)；

F——負(fù)荷(m3/hm2)；

D——耽擱濾袋直徑(m)；

L——單個(gè)濾袋長度(m)。

濾袋直徑一般為100～600 mm,長度為2～5 m,便于清灰而采用上口小,而下口大,并留下相對較長的長度,當(dāng)除塵器停車時(shí),濾袋容易自行收縮,以提高濾袋自行清灰的能力。布袋除塵器除塵效果的優(yōu)劣與多種因素有關(guān),但主要取決于濾料。根據(jù)四氧化三錳的一些特性,布袋除塵器的濾料一般采用合成纖維,根據(jù)需要縫成圓筒形濾袋。根據(jù)本身的生產(chǎn)規(guī)模以及其他實(shí)際情況選取合適的布袋袋數(shù)、尺寸、以及濾料,同時(shí)注意檢查漏風(fēng)的可能性,以達(dá)到更好的除塵效果[3]。但因?yàn)椴即菀灼茡p,堵塞,老化,所以此方法一般采用在旋風(fēng)除塵之后。

3 濕式除塵器

濕式除塵器俗稱“水除塵器”,它是使含四氧化三錳氣體與液體(一半為水)密切接觸,利用水滴和顆粒的慣性碰撞及其他作用捕集顆?；蚴诡w粒增大的裝置,現(xiàn)時(shí)生產(chǎn)的水除塵器是把水浴和噴淋兩種形式合二為一。先是利用高壓離心風(fēng)機(jī)的吸力,把含塵氣體壓到裝有一定高度水的水槽中,水浴會(huì)把一部分灰塵吸附在水中。經(jīng)均布分流后,氣體從下往上流動(dòng),而高壓噴頭則由上向下噴灑水霧,捕集剩余部分的塵粒。其過濾效率可達(dá)85％以上。水除塵器可以有效地將直徑為0.1～20μm的四氧化三錳粉塵從氣流中除去。它具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、操作及維修方便和凈化效率高等優(yōu)點(diǎn),能夠處理高溫、高濕的氣流,很符合四氧化三錳尾氣特征。但采用濕式除塵器時(shí)要特別注意設(shè)備和管道腐蝕及污水和污泥的處理等問題。水除塵過程也不利于副產(chǎn)品的回收。如果設(shè)備安裝在室內(nèi),還必須考慮設(shè)備在冬天可能凍結(jié)的問題。再則,要使去除微細(xì)顆粒的效率也較高,則需使液相更好地分散,但能耗增大,如何更好達(dá)到理想的除塵效果呢？現(xiàn)在提供一種新的水除塵方式(見圖4),能有效地解決尾氣粉塵問題,使尾氣能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),減少環(huán)境污染,而且能很好的回收利用四氧化三錳粉塵。

圖4 改進(jìn)后的水除塵器

其特征在于：所述旋流除塵器出口與湍流除塵器入口相貫連接,旋流除塵器內(nèi)部設(shè)有水幕管,上方有環(huán)狀隔板,湍流除塵器內(nèi)部設(shè)有水幕管,打開水幕可以使經(jīng)過旋流除塵器的粉塵加濕后增加重量,并下降落在隔板上。所述湍流除塵器內(nèi)部設(shè)有水幕管,使進(jìn)入湍流除塵器的粉塵再次經(jīng)水幕吸收后,經(jīng)湍流除塵器除塵后排出。此裝置簡單,實(shí)用,操作方便,除塵效果好。表2為實(shí)際生產(chǎn)中分別在改進(jìn)前后的取樣數(shù)據(jù)。

表2數(shù)據(jù)表明：改進(jìn)后的平均除塵率達(dá)到82.1％,遠(yuǎn)高于改進(jìn)前的59.3％的平均除塵率。除塵后的粉塵平均濃度為15.3 mg/m3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家排放標(biāo)準(zhǔn)空氣可直接排放。

表2 改進(jìn)前后水除塵器的除塵效果對比

4 結(jié)語

環(huán)保節(jié)能作為當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)重要主題,已經(jīng)越來越被關(guān)注,對于企業(yè)也是必須擔(dān)負(fù)的社會(huì)責(zé)任,四氧化三錳粉塵的回收利用,也是企業(yè)節(jié)約成本的一個(gè)重要手段。所以如何根據(jù)四氧化三錳自身生產(chǎn)的特性以及生產(chǎn)中的實(shí)際情況,深入了解其除塵原理并加以改進(jìn),采用更合理、更科學(xué)的除塵方式和設(shè)備,達(dá)到高效率的環(huán)保節(jié)能是非常有必要的。

[1]譚柱中,梅光貴,李維建,等.錳冶金學(xué)[M].長沙：中南大學(xué)出版社,2004.

[2]姜江,金晶,屈星星,等.傳統(tǒng)旋風(fēng)除塵器的阻力影響分析與改進(jìn)措施[J].上海電力,2008,21(3)：249-252.

[3]王作杰,李志軍,譚志洪,等,袋式除塵器傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)[J].水泥技術(shù),2010,(3)：95-97.