先进烟气净化解决方案：清洁空气的技术与系统
烟气净化技术与系统
环境污染是当今世界面临的最大问题之一。从一系列全球环境问题中，越来越多的人意识到环境和资源是人类生存发展的基本前提。烟气作为大多数工艺过程的产物，夹带各类固体颗粒物。为进一步利用燃气（如热值足够）或达标排放大气，必须对烟气进行净化。然而，大气排放控制需要成本，对运营组织鲜有经济回报。
过去几年，各国在排放控制领域的态度、教育、责任和法规发生根本性转变。排放法规随时间不断收紧，旨在保护后代免受大气污染危害。现在多家组织迅速转变对大气污染的态度，主动参与污染控制活动。组织希望公众视其为生产“清洁”产品的负责任组织。这部分源于市场驱动，市场对“清洁”产品需求日增。当今客户环保意识觉醒，既认同环保责任，也认知清洁环境的益处。
烟气净化系统旨在减少对环境和健康有害物质的大气排放，如重金属、二恶英、致酸化和富营养化物质。因烟气中部分物质有毒致癌，降低其排放至关重要。通过脱除烟气中硫氧化物和氮氧化物，森林和湖泊酸化已大幅缓解。
冶金、化工、热电厂工艺过程产生的废烟气通常含尘且高温。气体成分和数量取决于工艺性质和原料。废烟气排放实为原料、工艺过程及反应的结果。烟气可含：二氧化碳、一氧化碳、硫氧化物（SO₂、SO₃）、氮氧化物（NOx）、氢气、硫化氢（H₂S）、氟化物（HF）、氯化物（HCl）、砷、汞、挥发性有机物（VOC）、水蒸气、粉尘等。水蒸气无害但导致烟囱出口可见烟羽。
污染源分类与治理现状
多种工艺在高温下进行，且处理细粉状原料，均易向大气排放污染气体和颗粒物，影响厂区周边空气质量。为改善和保护空气质量，采用不同污染控制装置减少排放。早年污染控制设备仅用于污染物量大或有毒、有回收价值的工艺。但当前环保法规日益严格、社会环保关注度提高，必须审视所有工艺排放并在所有区域安装设备将排放降至最低。
工艺过程大气污染源至少有五大类，各有特定最佳治理技术。此分类非详尽无遗，遇强酸性气体浓度时需采用替代烟气净化技术如硫酸装置。五大类气体净化技术对应：
- 粉尘和颗粒物排放控制
- 酸性气体控制（SO₂/HCl/HF）
- NOx减排控制
- 酸雾和其他气溶胶控制
- 汞、二恶英/呋喃和VOCs控制
酸性气体固定技术的产品处置始终是挑战。大多数应用中废产物仅填埋并承担运营成本。这五类气体净化设备基本分两型：粉尘颗粒物控制设备和气态污染物控制设备。本文聚焦粉尘颗粒物排放控制系统。
高温烟气净化挑战
高温烟气净化是工业界最棘手的问题之一。难点在于：极细颗粒分散在700-1500℃甚至更高温度气体中。因细气溶胶和高温，常规方法通常失效，该领域进展较慢。基本问题在于经济性和净化根本要求。
某些情况下烟气净化必要，因其本身有高回收价值，或除去颗粒物后剩余可燃气体可回收热能利用。其他情况下废气（颗粒、气体或混合物）经济价值极低，处置成本高昂，防治大气污染的净化仅有无形回报（如公共关系）。
后一类情况下，行业追求最低成本净化且不增加生产成本负担。防治社区大气污染和可能的财产/公众损害，通常无有形回收，仅有良好公共关系。
有效净化这些气体因杂质种类繁多面临严峻技术挑战。高效烟气净化系统对高温冶金和热电厂可靠运行、长周期寿命至关重要，使运营商满足污染控制标准。气体冷却净化装置选型关乎技术可行性、经济接受度、环境兼容性。气体净化系统须按最高清洁效率、安全性、可靠性设计，提供最佳环境保护。
气体净化系统设计关键参数
- 气体体积流量（标况m³/h）
- 气体化学成分
- 气体含湿量
- 气体温度
- 粉尘含量（kg/h）
- 粉尘特性（腐蚀性、磨蚀性等）
- 粉尘粒径分布范围
- 排放标准
- 气体爆炸特性
- 卫生设计要求
- 在线/离线系统
- 建设材料
气体净化系统设计三大考量
- 集气罩设计：捕集粉尘气体，防止作业区烟尘弥漫
- 净化处理：集气罩捕集的气体粉尘经净化后排放大气
- 粉尘处置：收集的粉尘处置方式不得使其再次飞扬入空气或水流造成二次污染
冶金炉窑烟气常高温（700-1500℃甚至更高）且高含尘。进入净化系统前必须冷却至400℃以下。常用冷却方法：
- 余热锅炉
- 空气间接冷却
- 水间接冷却
- 水蒸发冷却
余热锅炉
主要用于连续气流速率工艺烟气冷却，运行效果良好。
空气间接冷却
实践中较少用，缺点：
- 冷却空气温度低于工艺气露点，酸在冷却器壁冷凝腐蚀设备
- 粘性粉尘导致结垢堵塞风险
- 气体高温（>550℃）停留时间长，生成额外SO₃提高气体露点
- 气流波动时难控制出口温度
水间接冷却
常用。烟道周向布水管通冷却水。管径和水参数（压力、流量）设计使加热水温始终低于蒸发点。避免蒸汽及蒸汽处理法规问题，但设备笨重、冷却水量大。
水蒸发冷却
适合波动气流的替代方案，可替代间接空气冷却或余热锅炉。现代蒸发冷却器用特殊双组分喷嘴（水+压缩空气），实现柔性运行和出口气体温度敏感控制。此特性极重要，防止过度降温导致酸雾冷凝、粉尘湿润、后续热电除尘器湿粉尘沉积和腐蚀。优势：
- 气体高温（>550℃）段停留时间短，减少颗粒金属化合物催化生成的额外SO₃
- 蒸发冷却器下游抑制SO₃生成
- 水调节气体提升静电除尘器（ESP）性能
- 无需导向叶片等内部件
气体净化装置分类
现有约40种气体净化装置，按共同特性可归为五大类：
- 雾滴消除器
- 粉尘分离器（粉尘捕集器）和旋风分离器
- 湿式除尘器
- 过滤器
- 静电除尘器（ESP）
气体净化系统基于干法粉尘分离技术或湿法粉尘分离技术。干法中可按工艺需要调节气体水分。调节在调节塔喷射水和氮气产生约150微米水雾滴，控制塔内气体停留时间使水滴出口处完全蒸发。
颗粒物去除装置基本原理：含颗粒气流通过某区域，颗粒受外力作用或拦截障碍物而与气流分离。受外力时颗粒获得不同于气流方向的速度分量。设计基于外力分离颗粒的装置，必须计算颗粒在此条件下的运动规律。
颗粒物排放控制系统初选依据
基于四项知识初步筛选：
- 待净化气流颗粒物浓度
- 待去除颗粒粒径分布
- 气体流量
- 最终允许颗粒物排放率
选出能在给定流量下提供要求效率的系统后，最终选择通常基于建设和运营总成本。收集器尺寸及成本与待净化气体体积流量成正比。影响设备成本的运行因素：单元压降、所需功率、用水量（湿式洗涤系统）。从气流中去除颗粒的装置依赖以下一种或多种物理机制：
沉降分离
含颗粒气流进入装置/室，颗粒在重力作用下沉降至室底。此类装置称沉降室。
带电颗粒在电场中迁移
含颗粒气流进入装置，颗粒荷电后经受电场。静电力使颗粒迁移至装置表面被捕集。此类装置称静电除尘器（ESP）。
惯性沉积
气流绕路径障碍物改变方向时，悬浮颗粒因惯性保持原方向运动。基于此原理的颗粒收集装置包括旋风分离器、洗涤器、过滤器。
布朗扩散
气体悬浮颗粒持续布朗运动。气流绕障碍物流动时，颗粒随机运动使其接触障碍物并附着收集。布朗运动在小颗粒中更显著，故基于扩散分离的装置对小颗粒最有效。
影响装置选择的关键参数是颗粒直径“Dp”。上述物理机制随颗粒尺寸效果差异巨大，故颗粒去除装置效率是颗粒尺寸的函数。
气体净化装置对直径Dp颗粒的收集效率N(Dp)定义为：N(Dp) = 1 - (出口单位体积气体中直径Dp颗粒数) / (入口单位体积气体中直径Dp颗粒数)。基于颗粒数的总效率N = 1 - (出口单位体积气体总颗粒数) / (入口单位体积气体总颗粒数)。这些效率可用入口出口颗粒粒径分布函数表示。
颗粒物控制设备类别
最简单颗粒控制装置是沉降室：大室减缓气流速度让颗粒重力沉降。旋风分离器使整个气流在锥形管内螺旋流动，离心力使颗粒向外迁移聚集管壁，滑落底部排出，净气反向流出顶部。
ESP利用电场中带电颗粒受静电力分离。两电极间建立高压降，通过电场颗粒获电荷。带电颗粒迁移至异性电荷极板收集，净气通过。定期振打极板抖落积灰入灰斗。
多种过滤器基于含尘气体强制通过收集元件组件（纤维/滤垫）原理运行。气体通过组件时颗粒在收集元件上累积。
湿式收集装置（洗涤器）基于颗粒与水滴碰撞原理，水滴因尺寸大易从气体分离。
机械收集器（沉降室、旋风分离器）通常成本低得多但颗粒去除效率仅中等。因对大颗粒效果远好于小颗粒，常用作高粉尘负荷下高效终端控制设备的预净化器。ESP可在相对低压降下处理大流量气体，去除效率极高。但ESP昂贵且对工艺运行条件变化适应性差。布袋除尘器（织物过滤器）效率极高但昂贵，通常限于干燥低温条件。洗涤器也能达高效率，且能同步去除气态污染物。但洗涤器运行昂贵，因高压降且产生湿污泥需处理处置。
沉降室
重力沉降或许是将颗粒从流动气流分离最明显手段。沉降室即水平室，含尘气体流经，粉尘颗粒沉降室底。原理上只是大箱体，废气流经其中，颗粒重力沉降室底。沉降室气流速度须足低防沉降颗粒再卷入。通常扩大风管成室使速度充分降低。原则上沉降室可去除最小颗粒，但实际长度限制使其适用于>50微米颗粒去除。故沉降室常作预净化器，去除大颗粒和可能磨蚀性颗粒，再进入其他收集装置。
沉降室优势：结构简单低成本、压降小、无需水收集颗粒。主要劣势：占地大。室内可置多个紧密水平板，使颗粒沉降收集距离远小于整体设备高度。图1示简单重力沉降室设计。
图1 简单重力沉降室设计
分析沉降室性能关键在于装置内气流性质。三种基本理想化流动情况：
- 层流
- 塞流（截面速度均匀）无颗粒垂向混合
- 塞流完全垂向混合颗粒
层流呈抛物线速度分布。仅雷诺数低于湍流转换值时实现。层流中高度h处颗粒沉降时间为h/V（V为颗粒沉降速度）。层流中无颗粒垂向混合。布朗运动效应通常相对稳定向下沉降可忽略。
层流沉降室中气流速度分布抛物线状，中心流线下颗粒沉降时遇流速更慢流体，停留时间增加；中心流线上颗粒下落遇更快流线直到通过中心流线。
第二类：塞流无颗粒垂向混合。近似层流（仍忽略垂向混合），假设速度分布均匀，颗粒按各自沉降速度沉降。假设颗粒均匀分布于室入口。颗粒是否收集仅取决于其入口处高度h。可定义临界高度h*：入口h≤h*颗粒被收集，h>h*逃逸。
第三类：塞流完全垂向混合 = 湍流。湍流沉降室中气流因湍流混合假设截面均匀。核心区湍流混合压倒颗粒沉降趋势，维持室高度方向颗粒浓度均匀。沉降去除假设发生在室底薄层。
矩形通道雷诺数>4000可假设湍流。层流沉降室颗粒在所有高度沉降，分析关键在于计算颗粒跨流线下落总停留时间。湍流沉降室收集机制虽最终基于重力沉降，但与层流室截然不同。核心流体湍流混合剧烈压倒颗粒沉降，假设湍流混合维持室高度方向颗粒浓度均匀。室底薄层颗粒沉降短距离至底部。一旦剧烈混合核心流中颗粒进入此层即沉降底部。
旋风分离器
旋风分离器利用旋转气流产生的离心力分离气体颗粒。标准切向进口垂直反流旋风分离器见图2。气流被迫沿旋风器弯曲几何流动，颗粒惯性使其向外壁移动碰撞收集。质量m颗粒半径r切向速度vA圆周运动受离心力m(vA)²/r。典型vA=10m/s、r=0.5m时，该力为同颗粒重力20.4倍。可见旋风器几何结构可实现远超重力沉降的颗粒受力。
旋风器中颗粒随旋转气流逐渐靠近外壁流动。图2所示气流从一端流至另端可执行数圈完整旋转。设计旋风分离器时，给定气流量、内外半径，旋风器筒体长度须确保达到给定粒径颗粒的目标收集效率。筒体长度通过气流量关联气流旋转圈数，设计常计算达到指定收集效率所需旋转圈数。
旋风分离器设计多样，差异在于赋予气流旋转运动方式。常规旋风器三类：
- 反流旋风器（切向进口、轴向进口）
- 直通式旋风器
- 叶轮收集器
图2示切向进口常规反流旋风器。脏气顶部切向进入获旋转运动。颗粒离心力甩向壁面再重力滑落。旋风器底部气流反向形成内核顶部排出。轴向进口反流旋风器中，进口气体沿轴向导入，顶部固定叶片赋予离心运动。
图2 切向进口垂直反流旋风分离器
直通式旋风器内涡气流底部排出（不反向），顶部叶片赋予初始离心运动。常作预净化器去除大颗粒。优势：低压降、高体积流量。
叶轮收集器：气体垂直进入多叶叶轮，被叶轮扫向圆周，颗粒甩入旋风器周边环形槽。主要优势：紧凑。主要劣势：固体堆积易堵塞。
旋风器可用金属或陶瓷制造。耐高温、耐磨蚀颗粒、耐腐蚀气氛。内表面须光滑使收集颗粒易滑落集尘斗。无运动部件，操作简单维护少。低投资免维护使其成为高效终端控制设备（如ESP）理想预净化器。虽传统视为低效收集器，但现有部分旋风器对>5微米颗粒效率超98%。常规旋风器对>15-20微米颗粒常规达90%效率。
图3考虑切向进入旋风器水平面r3处颗粒。受离心力m(vA)²/r，颗粒跨流线向外运动。速度矢量含切向分量(vA)、径向分量(Vr)、轴向分量(vZ)。
所谓层流旋风分离器非指沉降室意义层流，而是无摩擦流，流线沿旋风器轮廓（图3）。
图3 层流和湍流旋风分离器
湍流旋风分离器模型见图3。因湍流混合假设颗粒浓度截面均匀，如湍流沉降室，去除发生在外壁薄层。
旋风器收集效率随以下增加而提高：
- 颗粒尺寸
- 颗粒密度
- 进口气体速度
- 旋风器筒体长度
- 气体旋转圈数
- 旋风器壁光滑度
随以下增加而降低：
- 旋风器直径
- 气体出口管直径
- 气体进口面积
对固定尺寸比旋风器，减小直径提高收集效率。设计代表收集效率、压降、尺寸三者妥协。高效率需高压降（高进口速度）和大尺寸（长筒体）。切向进口反流旋风器尺寸参数见图4。
除收集效率外，压降是旋风器规格另一主要考量。高速运行提高效率但增加压降。压降增加需更多能量输入，最终收集效率与运行成本存在经济权衡。旋风器压降通常250-4000 Pa。
静电除尘器（ESP）
ESP是应用最广泛的颗粒控制装置之一，尺寸范围宽。ESP室含两电极：放电极和收集极。极间气体含自由电子、离子、带电颗粒。空间电荷密度贡献者：离子、电子、带电颗粒。气体分子捕获所有自由电子，仅离子和带电颗粒贡献空间电荷密度。离子电流沿电场方向流动，由与放电极同极性离子组成向收集极迁移。离子迁移速度足大不受室内湍流影响。
ESP基本原理：颗粒荷电，经受电场区域，静电吸引力使颗粒垂直气流方向迁移至异性电荷电极。ESP区别于机械分离法：外力直接作用于单个颗粒而非间接通过整体气流（如旋风器）。颗粒收集于电极。液态颗粒重力流下电极底部排出。固态颗粒电极积累层定期振打清除。
颗粒荷电通过高压电极周围电晕产生离子实现。电场施加于放电极和收集极间。若同一电极对完成荷电和收集，称单级ESP（图4）。悬挂圆筒轴线的金属丝作放电极，底部重物固定。圆筒侧壁作收集极。收集极积累颗粒层振打落入灰斗。两级ESP中，分离电极对分别完成荷电和收集功能。
图4 圆筒单级静电除尘器
工业生成颗粒形成时经火焰电离、摩擦等带电，但通常仅低/中度。自然电荷远低于静电除尘需求。高压直流电晕是最有效颗粒荷电手段，普遍用于静电除尘。电晕在主动高压电极（细丝）和被动接地电极（板/管）间形成。放电极周围电晕产生正/负离子迁移至收集极。离子从放电极迁移至收集极途中碰撞颗粒物使其荷电。
气体分子离子比最小颗粒小数量级且数量极大，流经装置几乎所有颗粒均获电荷。带电颗粒被传输至收集极，静电吸引力保持。颗粒在收集极形成增厚层。电荷缓慢从颗粒泄漏至电极。层增长时，最近收集颗粒电荷须通过先前收集颗粒层传导。粉尘层电阻率称粉尘电阻率。
颗粒层增厚时，靠近极板颗粒大部分电荷泄漏至电极，电极与这些颗粒静电吸引力减弱。但新到达外层颗粒带满电荷。因颗粒绝缘层，新颗粒不立即失电荷，从而维持整层贴紧电极。最终振打移除层，层破碎落入收集斗。ESP通常用于大体积气流净化。
ESP颗粒荷电机理
ESP颗粒荷电机理：生成离子供给，离子附着颗粒。电晕是形成离子机制。电晕可正可负。气体通常有少量自由电子和等量正离子，此情况用于生成电晕。气体置于两电极间，自由电子向正电极、正离子向负电极迁移产生小电流。
正电晕放电极：圆筒ESP金属丝（图4）维持正电位。气体正常自由电子向金属丝迁移。电子靠近金属丝因吸引力增大能量增加。电子碰撞气体分子，部分碰撞导出分子电子，产生两自由电子和一正离子。两自由电子继续向正电极获能，碰撞两分子产生四自由电子两正离子。此过程称电子雪崩。
形成正离子迁移至负电极。这些正离子横跨整个装置至负电极途中碰撞附着气体颗粒。电子雪崩建立的紧邻金属丝区域即电晕。正电晕下颗粒带正电。“电晕”术语源于电子雪崩常伴随发光。负电晕中放电极维持负电位。
电子雪崩从金属丝外表面向外径向开始。靠近金属丝电子能量足碰撞气体分子形成正离子，启动电子雪崩。正离子短距离迁移至金属丝。电子向外迁移至电场强度较低区，碰撞气体分子减速。这些电子能量低于正电晕中向正电极加速电子。这些低能电子碰撞气体分子不导出电子而是被气体分子吸收产生负离子。负离子形成始于电晕外边缘，本质吸收金属丝表面电子雪崩产生所有自由电子。负离子迁移至正电极途中附着气体分子形成负离子。
负电晕有效需气体分子吸收自由电子形成负离子。SO₂是烟气中最佳吸电子气体之一。O₂、CO₂、H₂O也有效吸电子。负电晕通常比正电晕更稳定，故大多数工业应用首选负电晕。负电晕副产物产生臭氧（O₃）。正电晕不需吸电子气体。
ESP运行时收集极积累收集物层。沉积层须具备最小电导率传导电晕电流至地。最小电导率约10⁻¹⁰ Ω⁻¹·cm⁻¹（电阻率10¹⁰ Ω·cm）。此电导率远小于普通金属但远大于二氧化硅、塑料等良绝缘体。材料电阻率通过已知厚度板材建立电流测定。
收集粉尘层电阻率<10¹⁰ Ω·cm时层向电极释放电荷。室温典型粉尘电阻率约10⁸ Ω·cm，因颗粒表面水层。温度升>100℃水蒸发，电阻率升至收集固体特征值。层电阻率超~10¹⁰ Ω·cm时层两端电位升高，ESP可维持电压降低，收集效率下降。收集颗粒物电阻率取决于化学成分、气体成分、温度。
ESP颗粒荷电发生在电极间气体空间，电晕产生气体离子轰击附着颗粒。气体离子浓度可达10¹⁵个/m³。颗粒获得电荷水平取决于气体离子浓度、电场强度、颗粒导电性、颗粒尺寸。1微米颗粒典型获~300电子电荷，10微米颗粒可达30,000电子电荷。预测颗粒获得电荷水平是预测迁移速度基础，进而可按给定运行条件计算收集效率。
ESP中颗粒荷电实有两机制。第一机制：迁移至收集极离子遇颗粒附着。离子迁移间遵循电通量线（处处切于电场矢量曲线）。颗粒初入装置未带电时，电通量线向颗粒偏转，捕获离子数多于离子按正常电极间路径捕获数。颗粒带电后离子被颗粒排斥，充电速率降低。最终颗粒获饱和电荷停止充电。此机制称离子轰击或场充电。
第二模式：扩散充电，颗粒因离子随机热运动碰撞附着获电荷。扩散充电中离子随机热运动碰撞颗粒将电荷交予颗粒。此机制与未带电蒸汽分子扩散至颗粒表面机制同一。但因颗粒和离子均带电，离子靠近颗粒随机热运动受静电力影响。此力产生离子随颗粒电荷增加远离颗粒趋势。离子对颗粒总通量为随机扩散运动和电迁移双重作用。
场充电和扩散充电理论完整形式极复杂，受广泛关注。严格说，颗粒入ESP瞬间场充电和扩散充电同时发生，预测颗粒总电荷需综合考虑两机制。但因扩散充电主导<1微米颗粒，场充电主导>1微米颗粒，ESP设计常将两机制视为独立发生。估算颗粒总电荷为两独立机制电荷之和。
气流颗粒过滤
颗粒空气污染控制装置主要一类依赖气流颗粒过滤。多种滤料：纤维床、填料床、织物。收集气载颗粒纤维床通常稀疏填充，仅~10%床积为纤维。填料床过滤器由管内固体填料组成，填充密度高于纤维滤器。纤维和填料床广泛用于通风系统。布袋除尘器常用于去除工业气体固体颗粒，含尘气体流经滤袋，颗粒积累于布面。
过滤物理机制随过滤模式变化。常规稀疏纤维床可视为圆柱体组件。此类滤器中纤维特征间距远大于收集颗粒尺寸。故收集机制非简单筛分（颗粒卡在纤维间隙）。颗粒去除通过颗粒从气体传输至单个收集元件表面实现。因纤维床过滤机制可按单个收集元件分析，理论描述较详细。
填料床滤器有时视为相互作用但本质独立球形收集器组件，但单个填料元件紧密邻近使此方法有效性存疑。因填料床滤器填充较密，难以用清晰理论术语描述颗粒收集过程，此类系统收集预测比纤维滤器更依赖经验。布袋滤器效率必须严格经验预测，因累积颗粒层实际完成收集。
纤维滤床视为松散单圆柱组件。虽纤维床中纤维各向取向，理论上视作每根纤维垂直于床体气流。滤床固体分数通常~10%。每根纤维多少独立作收集元件。计算滤床颗粒去除基本需确定单位体积床内纤维数，乘单根纤维效率。
预测滤床收集效率基础是床内单个滤料元件收集效率。滤料元件视为垂直气流孤立圆柱。可识别三种不同机制使气体颗粒到达圆柱表面：
- 布朗扩散：气体颗粒布朗扩散随机运动使部分颗粒随流通过圆柱时接触圆柱。收集少量颗粒后建立浓度梯度，作为驱动力增加沉积速率。因颗粒布朗扩散率随粒径减小增加，此去除机制对极小颗粒最重要。分析布朗扩散收集时颗粒视为无质量扩散质点。
- 拦截：颗粒随圆柱周围流线流动时，尺寸足大使其表面与圆柱表面接触。即颗粒中心所在流线距圆柱≤Dp/2时发生拦截。Dp为颗粒直径。
- 惯性碰撞：颗粒因惯性无法跟随障碍物周围急剧弯曲流线，沿曲率较小路径继续向障碍物运动。碰撞源于颗粒动量。惯性碰撞机制前提：颗粒有质量无尺寸；拦截前提：颗粒有尺寸无质量。
当颗粒或纤维或两者带静电荷时，静电吸引也可导致收集。静电力可为直接（两者均带电）或感应（仅一方带电）。除非纤维生产刻意引入，通常无此类电荷。
各收集机制重要粒径范围：
- 惯性碰撞：>1微米
- 拦截：>1微米
- 扩散：<0.5微米
- 静电吸引：0.01-5微米
正常分别分析各收集机制再组合单个效率得圆柱或其他障碍物总收集效率。
大多数颗粒收集理论假设（因缺乏更好信息）到达纤维表面颗粒被纤维保留。实验表明，多种物质和滤料中，撞击收集表面颗粒附着分数通常<1，某些情况低至0.5。
工业织物过滤通常在袋式除尘器中进行，含尘气体强制通过滤袋。颗粒通常重力从袋上移除。图5示三种袋式除尘器设计，清灰方式分别为振动（5a）、气流喷吹（5b）、行走环（5c）。
图5 袋式除尘器设计
织物过滤过程含三阶段：
- 颗粒按上述机制收集于单根纤维
- 中间阶段：颗粒在先前收集颗粒上累积，桥接纤维
- 最终收集颗粒形成粉尘饼层，作为填料床滤器过滤进气颗粒
粉尘层累积随滤料压降增加，定期将粉尘层抖落底部料斗“再生”滤袋。织物滤器处理工艺燃烧气体可达高效率。ESP高效运行依赖气体中SO₂作为可电离物种，而布袋除尘器低硫条件下无效率损失运行。
织物滤器由半透性机织或毡制材料组成，构成颗粒收集支撑。全新机织滤布纤维直径~100-150微米，纤维间开孔50-75微米。初始收集效率低因大部分颗粒直接穿透织物。但沉积颗粒快速累积，建立均匀表层后由沉积颗粒层实现高效去除。
纤维垫滤器虽与织物滤器相似，但不依赖累积颗粒层达高效率。纤维垫滤器通常不清洗而是报废。用于颗粒浓度低场合，报废前达合理寿命。
织物滤器中颗粒层执行去除任务。收集颗粒层增厚随颗粒层和底层织物压降增加。织物滤器组件设计两大考量：收集效率和运行时间函数压降（自上次清灰起）。收集效率取决于局部气体速度和织物颗粒负荷。
织物滤器优势：
- 极小颗粒亦可达极高收集效率
- 适用多种颗粒
- 宽体积流量范围运行
- 仅需中等压降
织物滤器局限：
- 运行温度须低于织物破坏温度或寿命缩短至不经济程度
- 避免腐蚀织物或阻碍清灰的气体/颗粒成分（如难剥离粘性颗粒）
- 袋式除尘器需大面积场地
织物滤器袋式除尘器优势明显超越局限。
湿式收集器
湿式收集器（洗涤器）用水洗直接从气流去除颗粒。洗涤器大致分两大类：
- 液滴阵列（喷雾）作收集介质
- 各类润湿表面作收集介质
第一类含喷淋塔、文丘里洗涤器；第二类含板式塔、填料塔。
洗涤是去除气体微细颗粒极有效手段。颗粒去除源于颗粒与水滴碰撞。洗涤器湿润环境中小干颗粒水蒸气冷凝长大尺寸从而更易去除。颗粒被液滴或液层捕获避免再卷入。洗涤器亦提供同时去除可溶气态污染物可能性。含颗粒洗涤液须处置，干法气体净化无此问题。
喷淋洗涤器：液流破碎成约0.1-1mm直径液滴导入含尘气流。运动液滴阵列成为气流颗粒收集目标组。单球形收集器效率求和得收集效率。液滴与颗粒相对运动是收集效率重要因素，捕获靠撞击和直接拦截。扩散对小颗粒也重要。
喷淋洗涤器两大类型：
- 预形成喷雾：雾化喷嘴成液滴喷入气流。含：逆流重力塔（液滴垂直下沉对抗上升气流）、交叉流塔（液滴穿越水平气流）、同向流塔（水平喷雾入水平气流）
- 气流自雾化：液体以整体形式导入高速气流破碎成液滴。此类装置称文丘里洗涤器，高速气流在文丘里（收缩段）实现。图6示四种湿式收集设备。
图6 湿式收集设备类型
最简单湿式收集器：喷淋塔，喷嘴喷水入塔（图6a）。喷淋室气流与液相逆流，配置效率最高。旋风喷淋塔（图6b）可提高简单喷淋室效率。液雾从中央管喷嘴向外喷射。喷嘴上方留非喷淋段使带颗粒液滴有时间达室壁再排气。撞击板洗涤器（图6c）含挡板孔（5000-50000/m²）塔，气体上升穿孔板水下降流过。湿式收集器最高收集效率在文丘里洗涤器（图6d）：水垂直注入文丘里管高速气流，气流破碎液体成极细水滴，水颗粒高相对速度。高气速导致液体破碎。除细液滴尺寸和高撞击速度外，颗粒冷凝长大增强收集。各类颗粒洗涤装置述下。
板式洗涤器
含一或多水平板（托盘）垂直塔。气体塔底进入逆流下降水流须穿过各板穿孔。板式洗涤器通常按板型命名（如筛板塔）。穿孔直径减小收集效率提高。筛板3.2mm孔径可达~1微米空气动力学直径50%收集切径。
填料床洗涤器
运行类似填料床气体吸收器。填料尺寸减小收集效率提高。2.5cm填料填充塔可达1.5微米空气动力学直径切径。
喷淋洗涤器
雾化喷嘴成液滴收集颗粒。水平/垂直气流，喷雾同向/逆流/交叉流引入。收集效率取决于液滴尺寸、气速、液气比、液滴轨迹。液滴终端沉降速度下，细颗粒收集最佳液滴直径100-500微米。重力沉降洗涤器可达~2微米切径。液气比0.001-0.01 m³液/m³气。
文丘里洗涤器
运动气流雾化液体成液滴。高气速（60-120 m/s）导致气颗粒高相对速度促进收集。
旋风洗涤器
液滴导入旋风器气流收集颗粒。喷雾可从中央歧管向外或从收集器壁向内喷射。
挡板洗涤器
固体表面诱导气流速度和方向变化。
撞击-带液洗涤器
气体强制撞击液面达出口。部分液体雾化成液滴被气体带出。出口设计最小化带出液滴损失。
流化床洗涤器
提供流化填料区气液充分混合。气体向上穿过填料，液体自底部喷向上和/或流过流化填料层顶部。
湿式收集器收集效率与设备总能量损失相关。单位处理气体体积洗涤器功率越大，收集效率越好。几乎所有能量输入气体，故能量损失可测气体通过单元压降。湿式收集器主要优势：类型多样，可选适合特定去除问题单元。劣势：须维持高压降（高能耗）、处理处置大量洗涤液。
喷淋洗涤中概念最简单装置：重力喷淋室。雾化喷嘴顶部引水滴空室自由终端沉降速度逆流穿过上升气流。含颗粒液体底部积聚池泵出处理除固体，洁净液通常回收塔。喷淋塔总效率随单液滴收集效率增加、室长增加、水气体积流量比增加、液滴直径减小而提高。
文丘里洗涤器用于需高收集效率且大部分颗粒<2微米场合。事实上许多案例文丘里洗涤器是气体净化唯一实用装置。如颗粒粘性、易燃、强腐蚀，ESP和布袋除尘器不可用。文丘里洗涤器也是唯一能同时去除废气气态污染物的高效颗粒收集器。
文丘里洗涤器显著特征：收缩横截面（喉部）强制气体高速流动。典型配置图7所示。含收敛锥段（气体加速至喉部速度）、圆柱喉部、扩散锥段（气体减速）。液体可通过切向孔进口锥段或喉部直接引入。前者液体以壁膜进入文丘里流至喉部经高速气流雾化。后者液体垂直喉部气流注入、雾化、加速。喉部气速60-120 m/s，气流颗粒与液滴高相对速度促进收集。收集过程喉部结束基本完成。因运行速度远高于ESP/袋式除尘器，文丘里洗涤器物理尺寸小、可经济用耐腐蚀材料制造。文丘里配置最简单、尺寸最小。图7示文丘里洗涤器配置及与其他气体净化装置效率对比。
图7 文丘里洗涤器配置及效率对比
文丘里洗涤器典型液气流量比：0.001-0.003 m³液/m³气。高液气比下给定压降气速降低，低比下气速增加。气流量超~1000 m³/min时文丘里洗涤器通常矩形配置以维持喉部区域液体均匀分布。
制造工艺