高温工业废气过滤除尘技术研究进展.doc
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1、本文档下载自文库下载网,内容可能不完整,您可以点击以下网址继续阅读或下载:高温工业废气过滤除尘技术研究进展高温工业废气过滤除尘技术研究进展专题综述REVIEW高温工业废气过滤除尘技术研究进展ResearchProgressinDustRemovalTechnologyforHighTemperatureExhaustGas冯胜山1许顺红1刘庆丰1曹金宏1鲁晓勇1李金山2王存贵2(1.湖北工业大学机电研究设计院,武汉市430070;2.江西省萍乡市新安工业有限公司,江西省萍乡市337000)摘要:介绍了高温工业废气除尘技术的种类及特点,讨论了过滤式除尘器的种类和过滤机理,重点综述了国内外高温工业
2、废气除尘技术的研究现状,最后探讨了高温工业废气除尘技术的发展趋势。关键词:工业废气,过滤除尘,综述中图分类号:X7012;文献标识码:A;文章编号:10069658(2009)017Abstract:Thekindsandcharacteristicsofdustremovaltechnologyforhightemperatureexhaustgashavebeenintroducedwithdiscussionaboutthekindsandfilteringmechanismofthefilteredtypedustremover,withemphasisontheresearchsta
3、tusathomeandabroadofthedustremovaltechnologyforhightemperatureexhaustgasandthedevelopingtrendofthedustremovaltechnologyforhightemperatureexhaustgashasbeendiscussedfinally.Keywords:exhaustgas,dustremovaltechnology1高温工业废气除尘的特点高温废气除尘具有如下特点1:(1)所要求净化的含尘气体温度高,高达61400;(2)废气中粉尘颗粒细,通常粒径高温工业废气除尘技术的种类冶金、机械、化工
4、、电力等行业的各种工业炉窑所排放出来的废气不仅温度高,而且含有大量的粉尘和有害气体,是造成环境污染的主要因素之一。高温条件下,由于废气粘滞力有较大变化,湿度大幅下降,细颗粒凝聚现象大为降低,所以对微粒的分离有较高难度1。布袋式除尘器不能承受废气的高温,湿式除尘使其热能又不能得到综合利用;静电除尘又存在一次投资高,占地面积大和绝缘等方面的问题2-。目前,我国高温工业含尘废气的处理方法大多是通过水冷凝,将高温废气降至200左右,再用布袋3高温工业废气除尘技术的种类有:旋风除尘、湿法除尘、静电除尘、过滤除尘等。2.1旋风除尘旋风除尘是使含尘气体作旋转运动,利用离心除尘器除尘,这不仅增加了冷凝设备的投
5、资和运行费用,也使大量的热能流失4。目前,世界上多数国家(特别是我国)的主要能源依然是煤炭,而煤炭的燃烧是高温含尘废气的最主要来源。随着经济的发展,环保要求日趋严格。因此,新的高温工业废气除尘技术是亟需开发的重要课题。基金项目:湖北省教育厅科学技术研究项目(J200714001)资助收稿日期:20080810文章编号:2008109作者简介:冯胜山(1965-),男,研究员,主要从事环境工程材料的研究与开发力作用将尘粒从气流中分离并捕集下来。该种除尘器历史悠久,应用广泛,型式繁多,结构简单,没有运动部件,造价便宜,维护管理方便;除尘效率一般达85左右,其可分离粒径较大,只能用于高温除尘的预处理
6、。湿法除尘湿法除尘利用含尘气体与水或其它液体相接触时,水滴和尘粒的惯性碰撞及其他作用而把尘粒从气流中分离出来。其突出优点是可同时对有害气体进行净化;但易产生二次污染,耗能高,用于高温除尘2.2CFMT中国铸专题综述2.3REVIEW时,气流将绕过纤维,其中较大的粒子(大于1m)由于惯性作用,偏离气流流线,继续沿着原来的运动方向前进,撞击到纤维上而被捕集,所有处于粉尘轨迹临界线内的大尘粒均可到达纤维表面而被捕集。这种惯性碰撞作用,随着粉尘粒径及气流流速的增大而增强。因此,提高通过滤料的气流流速,可提高惯性碰撞作用。(3)拦截作用。当含尘气流接近滤料纤维时,较细尘粒随气流一起绕流,若尘粒半径大于尘
7、粒中心到纤维边缘的距离时,尘粒即因与纤维接触而被拦截。(4)扩散作用。对于小于1m的尘粒,特别是小于0.2m的亚微米粒子,在气体分子的撞击下脱离流线,象气体分子一样作布朗运动,如果在运动过程中和纤维接触,即可从气流中分离出来。这种作用即称为扩散作用,它随流速的降低、纤维和粉尘直径的减小而增强。(5)静电作用。许多纤维编织的滤料,当气流经过时,由于摩擦会产生静电现象,同时粉尘在输送过程中也会由于摩擦和其它原因而带电,这样会在滤料和尘粒之间形成一个电位差,当粉尘随着气流趋向滤料时,由于库仑力作用促使粉尘和滤料纤维碰撞并主要问题除尘效率低20451清除能力差结构复杂96843044702耐久性差容易
8、堵死抗腐蚀能力差其流程长,操作复杂,运行费用高,故此法很少运用。静电除尘静电除尘是利用高压电源和一对电极(放电极及集尘板)产生不均匀的电场以分离捕集气流中的粉尘。电除尘效率可达90%99.6%,捕获尘粒平均粒径为5m,压力损失低。但一次性投资和运行费用高,对于高温含尘烟气需要在高压条件下才能有稳定的电晕电荷,还存在粉尘的比电阻和气体成分等性质的敏感性及电极的腐蚀等问题,对于含尘煤气还存在电火花引起爆炸的问题。过滤除尘过滤除尘是使含尘气流通过过滤材料而将粉尘分离捕集。采用廉价的砂、砾、焦炭等颗粒物作为滤料的美国电力研究院(ElectricPowerResearchInstitute)曾综合除尘效
9、率、经济性等因素,对各种高温气体除尘技术作过总结,结果如表1所示5。表1高温废气除尘技术比较种类旋风除尘器捕集效压力损粉尘容量/过滤材料投-1率()失/kPam3(hm2)资/美元m-22.4浅式固定颗粒床993.77.4CPC移动颗粒床增强滤料对粉尘的吸附力而被捕集,提高捕集效率。(6)重力沉降作用。当缓慢运动的含尘气流进入除尘器后,粒径和密度大的尘粒,可能因重力作用而自然沉降下来。过滤式除尘器的滤尘过程比较复杂,一般来讲,粉尘粒子在捕集体上的沉降,是多种沉降机理联合作用的结果。而且,随着滤料的空隙、气流流速、粉尘粒径以及其它原因的变化,各种机理对不同滤料的过滤性能的影响也不同。4过滤除尘器
10、的主要种类4.1袋式过滤除尘器袋式除尘器是目前使用最多的过滤式除尘器。其除尘效率高,对亚微米级粉尘也有很高的除尘效率,不会造成二次污染,便于直接回收干料。袋式除尘器在大气污染的治理方面做出了巨大贡献,目前国内外应用越来越广,已占除尘设备的80%。但在燃煤电厂锅炉高温除尘等方面,袋式除尘技术尚未能完全适应,有待进一步改进和完善,这与滤材性能提高和技术进步密切相关。对于袋式除尘器,新滤袋的除尘效率不高,滤袋使用一段时间后,陆续通过筛滤、碰撞、拦截、扩散、静电和重力沉降等6种除尘机理,使得粗尘粒首先被阻留,并在网孔之间产生“架桥”现象,很快在滤布CFMT中国铸造装备与技术12009996.28.79
11、9.51.23.799.94.914.7:/99.94.914.7容易堵死3过滤除尘的机理由于过滤除尘的除尘效率高,近年来对其研究最为广泛。惯性碰撞、拦截、扩散、重力和静电作用等粉尘粒子的沉降机理是分析过滤式除尘器滤尘机理的理论基础。根据不同粒径的粉尘在流体中运动的不同力学特性,过滤除尘机理涉及以下几方面。(1)筛滤作用。过滤器的滤料网眼一般为5粉尘粒径大于网眼直径或粉尘沉积在滤料间50m,的尘粒间空隙时,粉尘即被阻留。对于新织物滤料,由于纤维间的空隙远大于粉尘粒径,所以筛滤作用很小,但当滤料表面沉积大量粉尘形成粉尘层后,筛滤作用显著增强。(2)惯性碰撞作用。一般粒径较大的粉尘主要依靠惯性碰撞
12、作用捕集。当含尘气流接近滤料的纤维2专题综述REVIEW气体的特征,如粉尘和气体性质(温度、湿度、粒径和含尘浓度等)。性能良好的滤料应容尘量大,吸湿性小,效率高,阻力低,使用寿命长;同时具备耐湿、耐耐腐蚀、机械强度高等优点。磨、袋式除尘器的滤料种类较多。按滤料材质分,有天然纤维、无机纤维和合成纤维等。按滤料结构分,按连续使用的温度(干态),可把有滤布和毛毡两类。滤料分为三类:低于130为常温滤料;130200为中温滤料;高于200为高温滤料。可耐200以上高温的常用滤料种类及其特性如表2所示7。化学稳定性抗折1122223441无机酸有机酸3333121311121222111321碱2323
13、23312121421氧化剂232333421112有机溶剂2221111222表面形成一层所谓粉尘初层。在以后的除尘过程中,初层便成了滤袋的主要过滤层,而滤布只起着支撑骨架作用。粉尘初层形成后,使滤布成为滤料是组成袋式除尘器的核心,其性能对袋式除尘器操作有很大影响。选择滤料时必须考虑含尘纤维名称学名亚酰胺芳香族聚酰胺聚乙撑二胺聚苯撑恶二唑聚苯硫醚聚亚酰胺聚四氟乙烯无碱玻璃纤维中碱玻璃纤维不锈钢纤维Bekinox商品名nomexConexKermel聚恶二唑RytonP-84Teflon使用温度/连续瞬间湿190190180180上限240240240220220280280290270400
14、510表2常用高温滤料的物理化学性能力学性能抗拉1113223111抗磨1113223221水介稳定性3333121111阻燃性2222111111干204204200190190260260200260200260450注:表中1、2、3、4表示纤维理化特性的优劣排序,依次表示优、良、一般、劣。经硅油、石墨、聚四氟乙烯等后处理;除水杨酸;除HF;除苯酚、草酸。4.2颗粒床过滤除尘器颗料床除尘器是利用物理和化学性质非常稳定有整体强度好(强度是陶瓷材料的数倍),不发生断裂,长期工作稳定等优点9。但是在高温下,其强度和耐蚀性低于陶瓷材料。4.5多孔陶瓷过滤除尘器随着高温除尘技术的发展,对除尘设备的
15、简单化、高温化、高效化要求日趋强烈,而陶瓷制品恰恰具有耐高温的独特优势,因此环保工作者对陶瓷过滤器日益关注。从20世纪70年代以来,世界先进国家一直不断研究各种材质和结构的多孔多孔陶瓷的制造方法主要有无粘结剂烧结工艺、反应烧结工艺和化学蒸汽渗透工艺。制造多孔陶3的固体颗粒如硅砂等组成过滤层,通过颗料间的空隙和曲折通道来发挥过滤作用,实现对气体的除尘。颗粒床除尘器具有耐高温、持久性好的优点,且能连续自清灰而实现连续过滤除尘,除尘效率一般在90%以上,最高可达99%。4.3全滤饼式过滤除尘器全滤饼式过滤除尘器(表面过滤器)的滤材仅仅起一个支撑滤饼的骨架作用,系统始终维持在一个最优的滤饼厚度范围内,
16、让粉尘形成的滤饼高效过滤粉尘。它具有耐高温(1000),不易结雾,不易堵塞,清灰效果好,操作维修方便,价格低等特点,对于超细粉尘(5m以下)的烟气排放浓度可控制在5mg/Nm3以下,特别适用于处理粘附性强及吸湿性强的粉尘8。4.4烧结多孔金属过滤除尘器烧结金属除尘是利用烧结金属多孔材料对含尘气体进行净化。烧结多孔金属过滤器可以对5m以下的尘粒进行精细除尘。在常温下,多孔金属材料具CFMT中国铸造装备与技术12009Westinghouse(西屋)是最典型的一个。其陶瓷管高温气体过滤技术较为成熟,具有以下特点:(1)整套系统具备相当高的除尘效率,且压力损失始终保持稳定;(2)尘密封、金属结构及脉
17、冲反冲管具备良好操作特性;(3)陶瓷管的整体强度高;(4)系统可靠性好,这主要表现在系统操作范围宽且不形成灰饼等。美国西屋公司陶瓷管的研制内容包括3个方面:材料的选择,配方的选择,加工工艺的德国Schumacher公司、美国西屋公司、日本的AsahiGlass公司等10已开发出烛状陶瓷过滤器,除尘效率均达99%以上。烛状陶瓷过滤器适用于高温(2601093)、高压(1.03.0MPa)条件下尘粒去除。当输入载荷达0.5%时,输出尘粒粒度小于0.5m,浓度低于510-6,满足高温高压煤(烟)气净化要求。英国Grimethorpe电厂测试了烛状陶瓷过滤器特性10。因为热冲击和材料在高温下疲劳破坏,
18、烛状陶瓷过滤器极易在支撑头处损坏。脉冲喷射清洗时,会引起补丁式堵塞,影响过滤特性,并极易引起支撑环断裂、扭曲、错位。交叉流式过滤器,极易在角部断裂,并在过滤体中形成纵向裂缝。因为热应力和其它应力集中,会引起材料破坏,故应改进其材质、安装结构和密封效果。美国西屋公司开发的交叉流式过滤器10瓷的材料分为氧化物材料(氧化铝、堇青石等)和非氧化物材料(碳化硅、氮化硅等)。选择和设计多孔陶瓷的材料和制备工艺,对陶瓷过滤器的性能及价格都有直接影响12。陶瓷过滤器按其结构型式可分为陶瓷纤维袋式陶瓷过滤器、织状陶瓷过滤器、烛状(或管状)陶瓷过交叉流式陶瓷过滤器、蜂房式过滤器几种10。滤器、按陶瓷材料特性又可分
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