新型干式微孔过滤除尘器的实验研究_汪明

第2卷 第6期环境工程学报
V o l .2,N o.6
2008年6月
Ch i n ese Jour nal of Env iron m enta lEng ineeri n g
J un.2008
新型干式微孔过滤除尘器的实验研究
汪 明 李彩亭*
王大勇 刘 超
(湖南大学环境科学与工程学院,长沙410082)
摘 要 采用陶瓷质微孔管代替传统的纤维滤料,研制开发出一种新型干式微孔过滤除尘器。

介绍了该除尘器组成、特点、结构和陶瓷微孔管过滤原理。

实验发现,在入口粉尘浓度范围1000~3000mg /m 3,过滤速度110~115m /m in 时,该过滤除尘器具有较高的除尘效率,在实验最大过滤速度2102m /m i n 条件下,压力损失为926Pa ,能耗较小。

与传统的袋式除尘器相比,该除尘器具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、使用寿命长和除尘效率高等优点。

关键词 陶瓷质微孔管 过滤 除尘器
中图分类号 X701 文献标识码 A 文章编号 1673-9108(2008)06-0799-03
R esearch on new type of dry m icroporous filtration dust catcher
W ang M i n g Li Ca iti n g W ang Dayong Liu Chao
(Co ll ege of Environm en t a lS ci en ce and E ng i neeri ng ,H unan Un i vers i ty ,Changsha 410082)
Abst ract A ne w type o f dry -type dust catcher has been deve l o ped through usi n g o f cera m ic tube to instead of the traditional fiber filter .The co m position 、characteristics 、structure of the dust catcher and t h e filtration pri n -ciple o f cera m ic tube are i n troduced .The exper i m ents found t h at the dust catcher has h i g h effic iency at the en -trance dust concen trati o n of 1000~3000m g /m 3
and filtration ve l o c ity of 110~115m /m i n .It has less energy consu m pti o n w hile a t the m ax i m um filtrati o n velocity is 2102m /m in and the pressure dr op is on l y 926Pa .Co m-pared to the traditional bag filter ,the ne w dry -type dust catcher has the h i g h te m perature resistance 、corrosi o n re -sistance 、abrasion resistance 、long service life and h i g h dust re m ova l e fficiency .
K ey w ords cera m ic tube ;filtering ;dust catcher 基金项目:新世纪优秀人才支持计划项目(NCET -04-0769);教育部
科学技术研究重点项目(105126);湖南省自然科学基金重点项目(03JJ Y2002)
收稿日期:2007-12-20;修订日期:2008-02-11
作者简介:汪明(1981~),男,硕士研究生,主要研究方向为大气污
染控制。

E-m ai:l w ang m ing8148667@si na .co m
*通讯联系人,E-m ai:l ctl@i
在现代工业生产过程中,涉及含尘气体在高温下直接净化除尘领域十分广泛,如能源工业煤的气化联合循环发电(I GCC 工艺流程)的高温煤气,石油和化工工业的高温反应气体,冶金工业高炉与转炉高温煤气,玻璃工业的高温尾气,锅炉、焚烧炉的
高温废气,等等[1~3]。

目前对高温含尘气体的净化处理主要有湿法和干法。

湿法除尘器利用含尘气体与水或其他液体相接触时,利用水滴和尘粒的惯性碰撞、拦截等作用而把尘粒从气流中分离出来。

该类除尘器能耗高,易产生二次污染,用于高温除尘其流程长,操作复杂,运行费用高,故采用此法已相对较少。

根据除尘机理,干法除尘器大致可分为惯性除尘、静电除尘及过滤式除尘。

惯性除尘的设备虽然也可以用于高温,但除尘效率低;静电除尘的设备也较适用于高温,但由于排烟温度不稳定,导致粉尘的
比电阻变化比较大,除尘效率不稳定[4]
;袋式过滤法除尘,其除尘效率高,性能稳定可靠,被广泛应用于除尘。

滤料是袋式除尘器的核心部分,通常采用过滤性能好,化学稳定性好,价格低的无机纤维滤
料[5,6]。

袋式除尘器的工作原理是含尘气体从除尘器下部进入,在通过滤料的孔隙时,粉尘被捕集于滤料上,净化后的气体从排气口排出,从而达到除尘目的[7]。

但在工程实际应用中,纤维滤料的弱点也暴露出来,其耐温、耐磨性、耐腐蚀性差,存在堵塞、易老化的缺点,在清灰的过程中不能用水洗。

这些除尘方法在高温烟气治理方面存在一定的局限性。

针对于上述情况,采用陶瓷质微孔管代替传统
的纤维滤料[8]
,自行研制开发了一种新型干式微孔过滤除尘器(已获国家专利)。

该装置使用寿命长、机械强度高、价格便宜,并具有除尘效率高、易清洗、耐温、耐腐蚀、使用方便和性能稳定等特点。

环境工程学报第2卷
1 新型干式微孔过滤除尘器的结构
实验所用的新型干式微孔过滤除尘器外壳直径2000mm,微孔陶瓷管内径70mm,长1000mm,管数76。

该装置采用的微孔陶瓷管由江西省萍乡市某微孔陶瓷厂生产,孔隙为50目。

陶瓷管的上开口与上箱体的内腔连通,微孔陶瓷过滤管将花板上的圆孔密封。

1.1 结构设计
新型干式微孔过滤除尘器结构如图1所示,由过滤元件微孔陶瓷过滤管、灰斗、回转传动装置、回转臂、回转臂轴承座和顶盖等组成。

装置工作过程如下:含尘气体由进风口进入中箱体,在通过微孔陶瓷过滤管的微孔时粉尘被捕集于微孔陶瓷过滤管的外表上,再落入灰斗,净化后的气体经微孔陶瓷过滤管的滤料微孔和上开口由上箱体的排气口排出。

清灰采用机械回转反吹方式,必要时也可以采用水洗
方法。

图1 新型干式微孔过滤除尘器结构图F i g 11 Structure o f the dust ca tcher 1.2 微孔陶瓷的制备
陶瓷质微孔管是采用电熔刚玉砂(A l 2O 3)、粘土(S i O 2)及石蜡等,制成坯后在高温下锻烧而成[9]。

电熔刚玉砂在高温下经熔融的溶剂粘结成坯形,其中有机物熔剂燃尽及挥发后即形成微孔。

影响刚玉质滤管性能的因素很多,其中包括原料的配比、原料的粒度、成型过程的操作条件、料浆的流
动性、焙烧温度及其在炉内分布的均匀性等。

当其他条件保持不变时,刚玉砂(A l 2O 3)的粒度愈粗,则形成的微孔孔径就愈大;粘土加得愈多,则孔隙率
就愈小[10]。

1.3 微孔陶瓷过滤管除尘机理
微孔陶瓷过滤管的过滤是集表面过滤和深层过滤相结合的一种过滤方式。

其过滤机理主要为截
留、惯性碰撞和扩散[11]。

(1)截留。

尘粒由于比微孔孔道大而被捕捉,属表面过滤。

截留只与尘粒的大小有关。

(2)惯性碰撞。

流经陶瓷过滤元件微孔孔道的气体中的颗粒,由于惯性而与微孔孔道壁接触而被捕捉。

惯性碰撞效率与粒径的平方成正比,与流速及气体粘度成反比。

(3)扩散。

尘粒由于布朗运动而离开流线和微孔孔道壁接触,从而被捕捉。

扩散捕捉与流速及气体粘度成反比。

过滤时,开始在滤管表面形成一次粉尘层之后,由一次粉尘层来进行过滤。

陶瓷质微孔管在反吹时形状保持不变,所形成的一次粉尘层免遭破坏,故除尘效率变化较小。

2 实验研究
2.1 实验过程
除尘器除尘过程采用引风机抽风,清灰采用机械反吹。

含尘气体经进气管道进入中箱体后,由下而上进入数十根并联的滤管内腔,细微颗粒经过微孔管时,粘附在管壁上,形成一层初尘层。

尘粒被初尘层所过滤,当反向清灰时,粘附在管壁上的烟尘被清除下来,落至灰斗内。

过滤后的洁净气体经引风机排入大气。

实验粉尘采用的碳黑,来自湖南醴陵市某陶瓷制品厂的烟道中。

采用武汉天虹智能仪表厂生产的T H-880V I 智能油烟烟尘平行采样仪和压力计等测量和计算除尘器进出口含尘浓度、压力和过滤速度。

2.2 空载时的阻力性能在陶瓷过滤管未滤尘时,先测试除尘器不同风
量时的阻力状况。

测试结果见表1。

由表1可知,在最大过滤速度为2102m /m in 的情况下,压力损失为926Pa
,和一般的布袋式除尘器相比,其压力损失是比较小的,这说明微孔陶瓷在作为过滤式除尘器滤料时其能耗相对来说是比较小的,也就节约了能源消耗,节省开支。

2
.3 除尘效率实验之前将碳黑在温度设定为105e 的烘箱中800
第6期汪 明等:新型干式微孔过滤除尘器的实验研究
表1 除尘器过滤速度与压力损失
T ab le 1 Filtration veloc ity and press u re drop
编号处理风量(m 3/h)过滤速度(m /m i n)压力损失(Pa)15740.5725328650.8635131028 1.0350241302 1.3060551549 1.5568061610 1.6173471679 1.6879181849 1.8585091974 1.9789510
2017
2.02
926
烘干2h 。

入口粉尘浓度与除尘效率关系如图
2
所示。

图2 入口粉尘浓度与除尘效率关系图F ig 12 Dust concentrati on and re m ov al effi c i ency
在这4条关系曲线中,发现在浓度范围为1000
~3000m g /m 3
时,除尘效率高。

这是因为随着入口含尘浓度的增加,碳黑微粒相互碰撞,易于团聚在一起。

随着浓度的不断增大,团聚的碳黑粒子就越多,团聚在一起形成更大质量和粒径的颗粒,此颗粒具有更大的动能,它随气流进入除尘器后,由于粒径大,很容易被滤料/拦截0下来,这使得除尘效率增加;另一方面,在形成大颗粒后,具有高动能的颗粒撞击在已形成的一次粉尘层上,使得已经粘附在粉尘层上的微细碳黑粒子从粉尘层脱落并穿过滤料,随气流进入到出气管里,从而使除尘效率降低。

当第一种作用起主导作用时,除尘效率增加;当第二种作用大于第一种作用时,除尘效率降低。

在图2还可以明显地看出,当过滤速度在118m /m in 和210m /m in 时,所有含尘浓度对应的除
尘效率都比其他过滤速度下相应的除尘效率低。

这是因为除了上面所述的第二种作用的影响外,还由于本身的处理风量很大,滤管两侧的压力差也相对较大,随着碳黑粒子在滤管上的不断积聚,会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去,使得除尘效率下降。

所以处理风量应在一定的范围内。

对应的过滤速度也应该控制在一定范围内。

通常过滤式除尘器的过滤速度为015~210m /m i n 之间。

当设备的过滤速度控制在110~115m /m i n 之间时,除尘效率较高。

3 结 语
(1)对于高温烟气用陶瓷质微孔管过滤式除尘器进行过滤除尘,不需对烟气采取降温冷却措施,这样可省去部分投资,并利于进行热回收。

(2)陶瓷滤料相对于其他滤料,具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀和机械强度高等优点,同时,微孔陶瓷具有压降小,能耗低的特点。

(3)在入口粉尘浓度范围1000~3000mg /m 3
过滤速度110~115m /m i n 时,该过滤除尘器具有较高的除尘效率。

(4)该除尘器耐急冷急热性能好,除尘效率高,使用寿命长。

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