双层滤料颗粒床高温除尘技术及其在冶金炉窑中的应用_于春令

Abstract :The filter media of dual-layer granular bed filter for hot gas cleanup include two kinds of filter materials, one is smaller and heavy granules forming the lower layer , the other is big and light granules forming the upper layer .The combination of these two layers of the filter media provides both high filtration efficiency and high bed dust capacity .Results from the batch and industrial tests showed that the dust collection efficiencies were all over 99.99%, while the bed pressure drop was lower than 1600Pa .This novel granular bed filter is now the most practicable for dust removal at high temperature for its high reliability , lower invest ment and operation cost , and can be widely used in energy , metallurgy , chemical and material industries etc. Keywords:dust collection at high temperature ;filtration;granular bed filter
工业试验是在江阴市海虹有色金属材料有限公 司的 2 ×13 t 铝合金熔化炉的烟气消烟除尘上进行 。 这两台铝合金熔化炉都是燃用重油 , 黑烟大又带有黏 性 , 且在熔炼过程不同阶段 , 烟气温度 、烟气流量变化 很大 , 所以这类熔化炉以往通常采用湿法除尘(众所 周知该方法能耗大 、占地 面积广且无法利 用排烟废 热), 不采用布袋除尘器等干法除尘(因为采用布袋除 尘器不仅需要复杂的冷却与温控设施 , 更是因为黏性 微粒会对布袋糊死而使其失效)。 所以 , 业主在了解 本项技术原理及小试成果的基础上 , 毅然选用了双层 滤料颗粒床高温除尘技术 , 为该技术提供了难得的工 程示范机会 。根据 2 台13 t铝合金熔化炉的烟气量 , 双层 滤 料 颗 粒 床 高 温 除 尘 器 的 设 计 处 理 量 为 48 000 m3 h , 除尘器分 8 个过滤单元 , 单列 8 层布置 , 每个过滤单元的过滤床面积为5 000 ×1 500 , 如图 2 、 图3 所示。
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2009 年 4 月第 27 卷第 2 期
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双层滤料颗粒床高温除尘技术 及其在冶金炉窑中的应用＊
于春令1 杨国华1 王兴云2
(1.宁波大学 , 浙江 宁波 315211 ;2.江阴市百顺科技有限公司 , 江 苏 江阴 214422)
摘要 :双层 滤料颗粒 床高温除尘 技术采用 粗细两层滤 料 , 集 粗精两级过 滤于一体 , 解决 了颗粒床过 滤效率低 的问题 。 小试 和工业试验表明 :除尘效率 >99.99 %, 床层压降 <1600Pa , 耐高温 , 运行可靠 , 投资 、维护和 运行费 用低 , 是目前 最 可靠 实用的高温除尘技术 , 可广泛应用于能源 、冶金 、化工 、材料 、焚烧等 炉窑的烟气 除尘 , 有显著的节 能减排 、节水 节 资效益 , 应用前景广阔 。 关键词 :高温除尘 ;过滤 ;颗粒床
温度 、粉尘浓度等测试仪器组成 , 如图 1 所示 。 过滤 器 、燃烧器 、管路等由耐高温的 0Cr18Ni9Ti 不锈钢材 料制成 。为了方便观察双层滤料层的过滤过程和反 吹流化清灰行为 , 过滤器设 计成了一段可 更换的结 构 , 常温试验时 , 更换为有机玻璃颗粒床 , 高温试验时 更换为 0Cr18Ni9Ti 不锈钢颗粒床 。
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题 , 另外 , 陶瓷管过滤系统价格昂贵 , 用于工业炉窑余 热利用 , 用户难接受 。
颗粒层过滤是利用 耐高温的固体 颗粒(石英砂 等)形成过滤层来过滤粉尘 。 颗粒层过滤器的突出优 点是耐高温 、耐腐蚀 、对烟气成分不敏感 , 投资和维护 费用低 。 在国际上曾有多种类型的颗粒层过滤设备 在工业窑炉中应用 , 如旋风 -耙式颗粒层过滤器 、沸 腾式颗粒层过滤器在水泥窑 、锅炉 、烧结机 、冲天炉上 的应用等 。 近十多年来 , 美国 、印度 、中国 、中国台湾 等研究较多的是颗粒层移动床过滤技术 。
两种滤料粒 径比和密度比匹 配得当 , 反 吹清灰 时 , 反吹气自下而上通过滤层 , 两层滤料共同流化而 不相混 , 上层滤料始终浮于下层滤料之上 , 双层结构 不变 , 使双层滤料床能够周而复始持续高效地工作 。 2 小试
双层滤料颗粒床高温除尘小试装置由罗茨风机 、 过滤器 、液化气燃烧器 、给粉装置 、管路和流量 、压力 、
0 引言 冶金 、化工 、建材 、能源等领域的炉窑余热利用潜
力很大 。 但在工业炉窑余热利用中遇到了一个共性 问题 ———高温除尘问题 。 特别是冶炼炉窑排气温度 波动 很 大 , 如 高 炉 煤 气 有时 低 于 50 ℃, 有 时 高 于 600 ℃, 这类情况若采用湿法除尘 , 余热不能利用 , 且 耗水大 , 污水处理复杂 ;若采用干法布袋除尘 , 因其耐 温低 , 需要复杂的温控调 节设备(换热设备 、喷水设 备 、自动控制系统等), 余热利用率低 , 流程长 , 设备 多 。 因此 , 冶炼炉窑烟气净化非常需要耐高温的除尘 设备 。冶炼炉窑应用高温除尘设备不仅可提高余热 利用率 , 还可省去复杂的温控调节设备 , 简化系统 , 降 ＊ 宁 波 市 博 士 基 金 ( 02J20101-19);浙 江 省 科 技 计 划 重 点 项 目
常温过滤试验表明 , 以经球磨机细磨后的电厂粉 煤灰(90 %的颗粒小于2.26 μm)为粉尘样 时 , 厚度为 45 mm 、粒径为 0.5 ～ 0.8 mm的单层海砂在0.25 m s过 滤气速下的平均过滤效率为 99.48 %, 而在此砂层上 加一层厚为200 mm粒径为 2 ～ 3 mm的膨胀珍珠岩层 , 在其他条件不变的情况下过滤效率提高到 99.991 %, 出口粉 尘浓 度小 于1 mg m3 , 且 在 相同 床层 总压 降 (1 600 Pa)下 , 床层积灰量增大为单层砂层的 10 倍 , 充分证明了双层滤料床梯级过滤的显著作用 , 即膨胀 珍珠岩层捕获了绝大多数(大于 90 %)粉尘 , 起到了 显著提高床层容尘量 、保护砂层的作用 , 而砂层起到
(205170);校 学 科 项 目 (XK0612037)。
低投资 、运行和维护费用 , 有显著的节能 、节水 、节资 和减排效果 。
近十多年来 , 高温除尘技术因整体煤气化联合循 环(IGCC)、煤气化多联产等先进能源 系统的共同需 要 , 被世界公认为是先进能源系统的共性核心技术 , 得到了空前的科技推动和发展 。 特别是近年因各行 业对节能减排工作的空前重视 , 高温除尘技术更被认 为是能源 、冶金 、化工 、材料 、焚烧等整个工业炉窑余 热利用领域中的共性核心技术 。
双层滤料颗粒床高温除尘技术与现有技术不同 的是 :采用粗细两种滤料 , 粗滤料层在上 , 细滤料层在 下 。 过滤时 , 含尘气体自上而下先经过上层粗滤料过 滤 , 截留气体中的绝大部分粉尘 , 再经过下层细滤料 过滤 , 截获漏过上层滤料层的微细粒子 。粗细滤料结 合 , 集粗精两级过滤于一体 , 粗精两级梯级过滤 , 可同 时获得极高过滤效率和低压降[ 4] 。
现有颗粒层过滤技术的不足是过滤效率低于刚
性陶瓷管过滤 , 主要原因是所采用的滤料粒径都是大 于1 mm , 滤料粒径不能进一步减小 , 过滤效率也就无 法进一步提高 。 对于固定床 , 滤料粒径减小 , 过滤效 率会提高 , 但压降增大 , 且清灰周期短 , 实用性差 。 而 对于移动床 , 滤料粒径减小 , 料层移动速度加快 , 将造 成捕集的粉尘二次扬起 , 反而降低过滤效率 。 因此 , 颗粒层过滤技术的发展方向是提高过滤效率 。
DUAL-LAYER GRANULAR BED FILTER FOR HOT GAS CLEANUP AND ITS APPLICATION IN METALLURGICAL FURNACES
Yu Chunling1 Yang Guohua1 Wang Xingyun2 (1 .Ningbo University , Ningbo 315211, China ;2 .Jiangyin Baishun Technology Co ., Ltd .Jiangyin 214422, China)
流化试验表明 , 0.5 ～ 0.8 mm海砂或 0.8 ～ 1.0 mm 海砂或 0.5 ～ 0.8 mm铸造砂与 2 ～ 3 mm膨胀珍珠岩组 成的双层滤料床 , 在反吹流化时 , 均存在一个上下滤料 层共同流化而不相混的气速范围 , 即膨胀珍珠岩颗粒 始终浮于砂层之上 , 双层结构始终不变 , 证明了把密度 相差约 20 倍的砂和膨胀珍珠岩选配为上下层滤料是 成功的 , 双层滤料层过滤的新思路是可行的 。
刚性陶瓷管过滤和颗粒层过滤被认为是最有前 途的两种高温除尘技术 。国际上研究最多的是刚性 陶瓷管过滤 , 从材质 、结构 、失效保护(fail safety)等方 面都有很大进展[ 1] , 已有一些在先进能源系统中的应 用示范 , 但还存在一些问题需要解决 , 如管间根部积 尘搭桥(bridging)导致管裂 ;灰壳包管 , 清灰失效等问