陶瓷工藝學(xué)：第一章 粉體制備與性能表征-除塵

陶瓷工藝學(xué)

1.6除塵除塵，從含塵氣體中除去顆粒物的技術(shù)措施。主要是除去人為產(chǎn)生的粉塵。1.6.1除塵的要求1）在能源結(jié)構(gòu)上減少煤的用量，提高燃燒效率。

國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》明確提出，到2015年，全國(guó)萬(wàn)元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降到0.869噸標(biāo)準(zhǔn)煤（按2005年價(jià)格計(jì)算），比2010年的1.034噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降16%；全國(guó)化學(xué)需氧量和二氧化硫排放總量分別控制在2347.6萬(wàn)噸、2086.4萬(wàn)噸，比2010年分別下降8%；全國(guó)氨氮和氮氧化物排放總量分別控制在238.0萬(wàn)噸、2046.2萬(wàn)噸，比2010年分別下降10%。

2）規(guī)定工廠氣體排放標(biāo)準(zhǔn)按照《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）我國(guó)火電廠燃煤、燃油機(jī)組執(zhí)行30mg/m3的排放濃度限值，重點(diǎn)地區(qū)按照20mg/m3執(zhí)行（現(xiàn)有火電廠自2014年7月1日起執(zhí)行，新建火電廠自2012年1月1日起執(zhí)行）。該標(biāo)準(zhǔn)相比于此前的排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13223-2003）規(guī)定的50—200mg/m3排放限值有了大幅提高。2012年6月，環(huán)保部發(fā)布了煉鋼工業(yè)及鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)將顆粒物排放濃度從100mg/m3—150mg/m3調(diào)整為20mg/m3—50mg/m3，這就要求企業(yè)必然要配套高效除塵設(shè)備對(duì)顆粒物進(jìn)行治理。其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雖未提升，但減排趨勢(shì)不會(huì)改變。

按照《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB4915-2004），我國(guó)水泥工業(yè)的粉塵也執(zhí)行較為嚴(yán)格的50mg/m3的排放濃度限值。

但當(dāng)前我國(guó)焦化、電解鋁、氧化鋁、鐵合金、碳素材料、陶瓷等工業(yè)的煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)仍然在100—150mg/m3之間，與歐美國(guó)家現(xiàn)行的排放標(biāo)準(zhǔn)差距很大。顯然，這些工業(yè)現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于寬松，雖然還未提高，但未來(lái)無(wú)疑將向歐美國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)接近，排放標(biāo)準(zhǔn)必將更加嚴(yán)格。

上面是工廠對(duì)外排放要求。

為了保護(hù)勞動(dòng)者，對(duì)生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)部還有要求。

3）規(guī)定工廠勞動(dòng)條件針對(duì)車(chē)間內(nèi)部，國(guó)家有一系列的的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)程。

如GB16225-1996車(chē)間空氣中矽塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、GB16297-1996大氣污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)、GB9078-1996工業(yè)窯爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)、GB4915-2005水泥廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)、GB16911-1997水泥生產(chǎn)防塵技術(shù)規(guī)程、GB13691-1992陶瓷生產(chǎn)防塵技術(shù)規(guī)程等。表1.15車(chē)間里空氣中最高容許濃度表1.16車(chē)間空氣中有害物質(zhì)最高容許濃度表1.17工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)表1.18工業(yè)“廢水”中有害物質(zhì)最高容許排放濃度1.6.2工業(yè)粉塵的防治綜合防治。

1）選擇合理的生產(chǎn)布局

從工廠設(shè)計(jì)做起。大氣運(yùn)動(dòng)會(huì)將一個(gè)地點(diǎn)的懸浮粉塵帶至另外地點(diǎn)。生產(chǎn)布局對(duì)作業(yè)地點(diǎn)的產(chǎn)塵量有一定影響。所以在選擇廠房位置時(shí)，應(yīng)考慮自然條件對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的影響、以及企業(yè)與周邊區(qū)域的相互影響。廠房的選址不應(yīng)在居住區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院和其他人口密集的被保護(hù)區(qū)域內(nèi)建設(shè)工廠；廠址應(yīng)選在被保護(hù)對(duì)象全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)；在同一區(qū)域內(nèi)有多個(gè)企業(yè)時(shí)，應(yīng)避免彼此間的的污染物產(chǎn)生交叉污染。廠房區(qū)平面布置產(chǎn)生粉塵的生產(chǎn)設(shè)施應(yīng)布置在廠區(qū)全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，且地勢(shì)開(kāi)闊、通風(fēng)條件良好的地段，應(yīng)避免采用封閉式或半封閉式的布置形式；

產(chǎn)生粉塵的車(chē)間與產(chǎn)生毒物的車(chē)間分開(kāi)，并與其他車(chē)間及生活區(qū)之間有一定的衛(wèi)生防護(hù)綠化帶。廠房平面結(jié)構(gòu)廠房的迎風(fēng)面與夏季主導(dǎo)風(fēng)向宜城60°—90°夾角，最小也不應(yīng)小于45°；

平面結(jié)構(gòu)以“L”、“U”、“W”型為宜，開(kāi)口部分應(yīng)位于主導(dǎo)風(fēng)向的迎風(fēng)面，而各翼的縱軸與主導(dǎo)風(fēng)向成0~45°夾角；在考慮風(fēng)向的同時(shí)，應(yīng)盡量使廠房的縱向墻朝南北方向，以減少西曬。工藝布局工藝設(shè)備和生產(chǎn)流程的布局應(yīng)使主要工作地點(diǎn)和操作人員多的工段位于車(chē)間內(nèi)通風(fēng)良好、空氣環(huán)境清潔的地方；

一些工人多、工藝操作要求高的工作場(chǎng)所，一般應(yīng)布置在夏季主導(dǎo)風(fēng)向的下側(cè)，這樣可以改善整個(gè)生產(chǎn)流程的空氣環(huán)境，使工人免受粉塵之害；

在布置工藝設(shè)備和安排工藝流程時(shí)，應(yīng)該為通風(fēng)除塵系統(tǒng)的合力布置提供必要的條件。2）選擇合理的生產(chǎn)工藝改進(jìn)生產(chǎn)工藝和燃燒技術(shù)可以減少顆粒物的產(chǎn)生。采用濕法工藝抑制起塵。粉碎過(guò)程采用濕磨。如某陶瓷廠釉料生產(chǎn)由干碾改為水碾，粉塵濃度由189mg/m3降到2mg/m3以下；1用水磨代替干式砂磨，粉塵由03.9-149mg/m3降為2.46mg/m3。在破碎、篩分、運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)塵工序前，預(yù)先對(duì)產(chǎn)塵物料采用液體潤(rùn)濕，是產(chǎn)生的粉塵提前失去飛揚(yáng)的能力。為了獲得更好的防塵效果，預(yù)先潤(rùn)濕的所需要的水量可按下式計(jì)算：

W=G(dw2-dw1)式中，W-加水量，kg；G-需預(yù)先潤(rùn)濕的物料量，kg；dw1、dw2物料的最初與最終含水量，%。物料的最終含水量應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝最大容許含水量和除塵最佳含水量等因素決定。最終含水量一般可按下表選取。表1.19物料的最終含水量（1－52）

用于物料潤(rùn)濕的噴嘴，一般采用簡(jiǎn)單的不易堵塞的丁字型多孔噴水管（固定位置噴水）、鴨嘴型噴水管（移動(dòng)噴水）。

圖1.80丁字形噴水管圖1.81鴨嘴性噴水管采用自動(dòng)化或機(jī)械化工藝使勞動(dòng)者少于粉塵接觸。如某廠采用計(jì)算機(jī)控制彩釉磚自動(dòng)生產(chǎn)線，從原料加工、成型、燒成全部采用封閉、濕式除塵，車(chē)間粉塵濃度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。3）噴霧降塵使已經(jīng)進(jìn)入空氣中的粉塵沉降下來(lái)。

通過(guò)霧化器的微孔噴出霧狀水滴，并與空氣中的浮游粉塵接觸而捕捉沉降粉塵的方法。是目前廣泛應(yīng)用的一種防塵措施。與其他防塵措施相比，他具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、耗水量少、降塵效率高、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是噴霧降塵將增加作業(yè)場(chǎng)所空氣濕度，影響作業(yè)場(chǎng)所環(huán)境。降塵機(jī)理截留含塵氣流向液滴方向運(yùn)動(dòng)，遇到液滴阻礙，流線發(fā)生彎曲。圖1.82粉塵與水滴的作用示意圖1－慣性碰撞；2－截留；3－布朗擴(kuò)散；4－重力離液滴表面距離在1/2塵粒直徑內(nèi)的塵粒，將與液滴接觸，被液滴捕獲。慣性碰撞捕獲當(dāng)含塵氣流繞過(guò)液滴時(shí)，由于塵粒比之氣體分子有較大的慣性力，塵粒會(huì)脫離彎曲的氣體流線，與液滴直接相撞，而被液滴捕獲。布朗擴(kuò)散捕獲由于氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)，含塵氣流中的塵粒在隨氣流運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，伴隨有布朗運(yùn)動(dòng)（即運(yùn)行軌跡不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)）。由于布朗運(yùn)動(dòng)而使微細(xì)粉粒碰撞到液滴而被捕獲。塵粒聚結(jié)沉降粉塵顆粒通過(guò)不同途徑接觸而結(jié)合成較大顆粒，產(chǎn)生沉降。影響噴霧降塵效果的主要因素粉塵與水的濕潤(rùn)性、粉塵的密度潤(rùn)濕性好的粉塵，除塵效率高；反之，除塵效率低。粉塵的密度大，除塵效率高。噴霧作用范圍噴霧作用范圍指噴出的霧體所占有的空間，如下圖所示，分別用作用長(zhǎng)度Ｌ＋Ｂ、有效射程Ｂ和擴(kuò)散角α表示。

圖1.83噴霧作用范圍有效射程Ｂ、作用長(zhǎng)度Ｌ＋Ｂ和擴(kuò)散角α

作用長(zhǎng)度Ｌ＋Ｂ、有效射程Ｂ和擴(kuò)散角α越大，噴霧作用范圍越大，降塵量越大，降塵效果越好。噴霧質(zhì)量主要指霧滴直徑、霧滴密度及霧滴分布情況。霧滴直徑是影響捕塵效率的主要因素。

在水量相同的情況下，液滴越細(xì)，液滴數(shù)量就越多，比表面積加大，接觸塵粒的機(jī)會(huì)就多，產(chǎn)生碰撞、截留、擴(kuò)散及凝聚效率也高。但液滴直徑過(guò)細(xì)，液滴容易隨氣流一起運(yùn)動(dòng)，減少了粉塵與液體捕集體的相對(duì)速度，降低了碰撞效率，且在沉降過(guò)程中容易揮發(fā)。例如１５微米直徑的液滴，在靜止空氣中蒸發(fā)時(shí)間為７５秒，在該時(shí)間內(nèi)的沉降距離為０.５米，因此，對(duì)于不同粒徑的粉粒，有一捕獲的最宜液滴粒徑范圍。一般認(rèn)為，塵粒直徑越小，最宜液滴粒徑也應(yīng)越小。有實(shí)驗(yàn)資料認(rèn)為，液滴直徑為塵粒直徑的５０～１５０倍為宜。霧滴密度越大，與粉塵接觸機(jī)會(huì)越多降塵效果越好。但太大，將增加耗水量。一般認(rèn)為，在有效射程內(nèi)，霧滴的平均密度以１０６～１０８粒／ｍ３為宜。霧滴分布越均勻?qū)祲m效果越有利。液體供給相關(guān)參數(shù)包括壓力、流量、水質(zhì)、粘度等。它們與噴霧作用范圍和質(zhì)量密度相關(guān)。液體壓力越大，霧體衰減慢，同一位置的霧滴運(yùn)動(dòng)速度、單位體積的霧滴數(shù)量越大，霧體分布越好，霧體運(yùn)動(dòng)的渦流強(qiáng)度越大，霧滴直徑越小，霧滴荷電越強(qiáng)，霧體作用長(zhǎng)度、有效射程和擴(kuò)散角越大，霧化質(zhì)量越好。水質(zhì)包括水中懸浮物含量、懸浮物粒徑和ＰＨ值。水質(zhì)差，懸浮物含量多，懸浮物粒徑大，容易造成噴嘴堵塞，降低噴霧作用范圍與質(zhì)量。ＰＨ值太大與太小將影響作用環(huán)境、腐蝕噴嘴。因此在正常作業(yè)條件下，懸浮物含量不得超過(guò)１５０ｍｇ／Ｌ，懸浮物粒徑不得超過(guò)０．３ｍｍ，ｐＨ值應(yīng)在６～９之間。在液滴直徑相同的條件下，供水量越大，液滴數(shù)量就多，除塵效率也高。液體的粘度越大，越不易產(chǎn)生細(xì)小的顆粒液滴，除塵效率越差。粉塵與液體捕集體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)速度越大，互相沖擊能量越大，碰撞、凝聚效率就越高，有利于克服液體的表面張力而被潤(rùn)濕捕獲。噴霧器形式與安裝方式圖1.84機(jī)械式皮帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)載自動(dòng)噴霧裝置示意圖1－卸載滾筒；2－輸送帶；3－閥桿；4－噴嘴；5－出水管；6－球閥；7－進(jìn)水管；8－粉料；9－復(fù)位彈簧球閥關(guān)閉狀態(tài)；球閥打開(kāi)狀態(tài)４）通風(fēng)排塵在產(chǎn)塵作業(yè)點(diǎn)采取抽取式通風(fēng)，排走粉塵。要做好粉塵防治，一般離不開(kāi)通風(fēng)。影響通風(fēng)排塵效率的主要因素有：風(fēng)速、粉塵密度、粒度濕潤(rùn)程度等。最低排塵風(fēng)速促使對(duì)人體最有害的呼吸性粉塵保持懸浮狀態(tài)并隨風(fēng)流流動(dòng)的最低風(fēng)速。對(duì)于垂直上升的風(fēng)流，只要風(fēng)流速度大于粉塵的沉降速度，粉塵即能隨風(fēng)向上運(yùn)動(dòng)。

對(duì)于水平運(yùn)動(dòng)的風(fēng)速V，使粉塵懸浮的速度，是垂直風(fēng)道方向的紊流脈動(dòng)速度v’。使粉塵懸浮的條件為：(v’2)1/2>V式中(v’2)1/2為垂直風(fēng)道方向的紊流脈動(dòng)速度v’的均方根值。

有人在實(shí)驗(yàn)室和礦井巷道中進(jìn)行過(guò)專門(mén)測(cè)試，結(jié)果認(rèn)為風(fēng)道平均風(fēng)速為0.15m/s時(shí)，能使5—6μm的赤鐵礦塵保持懸浮狀態(tài)，并隨風(fēng)運(yùn)動(dòng)。風(fēng)速增加到一定數(shù)值時(shí)，粉塵濃度可以降低到一個(gè)最低數(shù)值；風(fēng)速再增高時(shí)，粉塵濃度將隨之再次增高。最優(yōu)排塵風(fēng)速（1－53）粉塵的濃度達(dá)到最低值所對(duì)應(yīng)的風(fēng)速。最優(yōu)排塵風(fēng)速受多種因素影響。如一般干燥風(fēng)道中風(fēng)速為1.2-2m/s；而在潮濕風(fēng)道，粉塵不容易被吹揚(yáng)起來(lái)，最優(yōu)排塵風(fēng)速可以提高到5-6m/s；在產(chǎn)塵最大的地方，適當(dāng)提高排塵風(fēng)速，可以加強(qiáng)稀釋作用。實(shí)例圖1.86局部密封罩1-擋板；2-轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶；3-密封罩；4-受料皮帶圖1.85密封罩示意圖圖1.87整體密封罩1-整體密封罩；2-干輪碾機(jī)圖1.88大容積密封罩1-振動(dòng)篩；2-帆布連接頭；3、4-吸氣罩；5-密閉罩圖1.89半密閉罩吸氣口位置類型a)上部吸氣式；b)下部吸氣式；c)下部吸氣式；d)上下部同時(shí)吸氣式圖1.90柜式集氣罩吸氣口位置類型a)上部吸氣;b)下部吸氣；c)上下部同時(shí)吸氣圖1.91外部集氣罩a)上部集氣罩;b)下部集氣罩；c)側(cè)邊吸氣罩；d)槽邊集氣罩圖1.92接受式集氣罩a)熱源上部接受式集氣罩；b)誘導(dǎo)空氣接受式集氣罩圖1.93熱源上部接受式集氣罩圖1.94大型電解精煉車(chē)間采用吹吸氣流控制有害示意圖1-屋頂排氣機(jī)組；2-局部加壓射流；3-屋頂送風(fēng)口；4-基本射流圖1.95吹氣氣流用于金屬熔化爐５）荷電噴霧降塵采用帶電的水進(jìn)行噴霧降塵。原理懸浮粉塵大部分帶有電荷。如果水霧的液滴帶有與粉塵顆粒相反的電荷，會(huì)增加液滴對(duì)塵粒的靜電引力，增加噴霧降塵的效率。使水霧荷電的方法感應(yīng)荷電讓水霧通過(guò)高壓感應(yīng)圈與接地噴嘴之間的電場(chǎng)，而帶上與感應(yīng)圈相反極性的電荷。電暈荷電讓水霧通過(guò)電暈場(chǎng)荷電。噴射荷電讓水高速通過(guò)把某種非金屬材料制成的噴嘴，摩擦生電。6）磁水降塵采用磁化的水進(jìn)行噴霧降塵。

原理

剛經(jīng)過(guò)磁化器處理的水，受磁場(chǎng)作用，氫鍵被暫時(shí)削弱，較大的水分子締合體分解為較小的締合水分子，水分子之間的電性吸引力減弱，活性增強(qiáng)，既降低了水的表面張力，使水與粉塵的潤(rùn)濕性與相互吸引力增強(qiáng)，有有利于霧滴細(xì)化，從而提高降塵效果。磁化水的物理化學(xué)性質(zhì)只是發(fā)生暫時(shí)改變，其改變量與磁化器的磁場(chǎng)強(qiáng)度、水中含有的雜質(zhì)性質(zhì)、水在磁化器中的流動(dòng)速率等因素有關(guān)。應(yīng)用效果據(jù)報(bào)道，在采煤機(jī)噴霧降塵應(yīng)用后，磁水降塵裝置的全塵降塵率比清水噴霧提高了32%-38%，呼吸性粉塵降塵率提高了25%-47%。7）高壓靜電控塵利用高壓靜電控制產(chǎn)生的懸浮粉塵，把揚(yáng)起的粉塵就地控制在塵源附近。原理見(jiàn)下圖。它由電源控制器、高壓發(fā)生器、高壓電場(chǎng)三部分組成。交流電經(jīng)高壓發(fā)生器升壓整流后經(jīng)電纜線輸出直流負(fù)電壓。在電暈線與塵源及密封罩之間形成一個(gè)高壓靜電場(chǎng)。在靜電場(chǎng)中，電暈線周?chē)目諝獗浑婋x，產(chǎn)生大量正負(fù)離子，圖1.96高壓靜電控塵原理1－電源控制器；2－高壓發(fā)生器；3－負(fù)離子；4－正離子；5－