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国内高温工业过滤除尘技术研究现状

更新时间:2010-01-13 18:14 来源: 作者: 阅读:1896 网友评论0

我国现有工业窑炉近20 万座,年耗煤(焦炭)量约2 亿吨,在生产过程中排放大量高温含尘有害气体,严重地污染大气环境。其排放尾气的特点是:温度高,含尘浓度高,黑度大,温度和烟气量变化范围广。

我国锅炉除尘装置制造技术已经历了四个发展阶段,即干式旋风除尘、文丘里水膜除尘、高压静电除尘、袋式除尘。

广东省东莞市垃圾电厂锅炉上已成功的应用袋式除尘装置,其除尘效率高达99%以上。目前采用袋式除尘的锅炉最大已达680t/h。宝钢在高炉建设时所采用的也是布袋除尘器,除尘效果良好,实现了“无超标排放”的目标。

北京市劳动保护科学研究所齐金彦等开发研究了陶瓷微孔管过滤式除尘器,其结构及过滤机理与袋式过滤器相同,不同的是陶瓷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,除尘效率保持不变。高温烟气用陶瓷质微孔管过滤式除尘器,不需采用降温冷却措施,可省去部分投资,并可进行热回收。该除尘器除尘效率高,过滤后的洁净气体对热交换管束不存在腐蚀和堵塞问题。该除尘器耐磨损、耐急冷急热性能好,使用寿命长。

华中科技大学姬宏杰等利用湖北工业大学机电研究设计院提供的泡沫陶瓷对高温焦炉煤气过滤技术进行了实验研究。孔隙率为85%的泡沫陶瓷片在模拟气体(粉尘粒径为75μm 以下)流量为0.15~1.05L/h 时,其粉尘过滤效率均>90%。

清华大学资新运等建立了基于泡沫陶瓷微粒过滤单元的三维物理模型和气粒两相流模型。通过模拟计算,分析了气体流速、微粒粒径、泡沫陶瓷微孔参数对微粒扩散拦截和惯性碰撞拦截效率的影响。得出以下结论:①随着流速的提高,微粒的惯性碰撞捕集效率逐渐降低,当流速达到一定值时,大微粒的捕集效率将迅速上升,而小微粒的捕集效率继续降低;②当粒径小于1.0μm 时,惯性捕集效率随微粒粒径的变化不大,当粒径大于1.0μm 时,惯性碰撞捕集效率随微粒粒径的增大而迅速上升;当微粒的粒径增大时,扩散捕集效率迅速下降, 但增大到0.5μm 时,下降速率变得缓慢;③微孔直径越大,扩散捕集效率越低;④微粒在微孔壁附近所受到的Saffman 力对微粒的捕集起了阻碍的作用。

西安交通大学高铁瑜对燃煤联合循环陶瓷过滤器过滤流动进行了深入的研究,分析了影响陶瓷过滤元件过滤性能的几种重要机制以及重要的影响因素,提出“实际分级最小厚度”概念,这是过滤精度在陶瓷过滤元件壁厚上的度量值,有望为今后陶瓷过滤元件的优化设计提供必要的理论依据。同时提出:①在陶瓷过滤元件制备时,应尽可能选取直径相近的陶瓷颗粒;②锥状截面陶瓷过滤元件的压降要稍低于柱状截面陶过滤元件的变化幅度,而且相同的位置处压降和速度值也低些,在同一流速下,压降随陶瓷颗粒直径的减小而增大;③为减小或消除过滤过程的粉尘“架桥”现象,应该使孔隙率沿轴向从封闭端到开口端逐渐增大,孔隙率沿轴向的这种变化对脉冲反吹清洗也是有利的;④脉冲反吹清洗过程中,烛状陶瓷过滤元件沿轴向各个部位脉冲压力峰值随着喷射压力的增大而增大;陶瓷过滤元件开口端压力峰值明显高于中部和封闭端压力峰值,而中部、封闭端压力峰值接近。

西安交通大学徐廷相等研究了含尘超音速高温高压气体的气固两相分离过程,提出了用增加缩放喷管长度的方法,使含尘高温高压气体中的灰尘颗粒获得实现气固两相分离所必需的更高动量的途径。采用这种气体净化概念有可能使大于5μm 的灰尘颗粒和大部分小于5μm 的颗粒从含尘气体中清除掉。

中国科学院山西煤炭化学研究所杨金权等采用D50mm×480mm 等效孔径40μm 普通不锈钢制作了高温烧结金属丝网过滤器进行了试验。煤气温度为460~638℃,进口粉尘浓度为1.0~25.0g/Nm3,在不同入口粉尘含量及不同过滤气速下,过滤效率均大于99%,最高达99.9%,>20μm 的颗粒去除率为100%。试验系统连续运行稳定,过滤元件(管)反吹性能良好,安装固定容易,无损坏现象。该研究在过滤效率、反吹清灰及运行特性方面取得了较好效果,为该技术进一步开发奠定了基础。

上海化工研究院黄晓卫等开发的全滤饼式过滤除尘器,滤饼为不锈钢滤料,除尘效率理论值几乎为100%,其在结构形式上及清灰技术上都有与众不同之处,除尘流程操作全部由可编程序控制器(PLC)控制,极易与计算机接口。此过滤器的另一关键技术是采用了大通量的高温程控延期换向阀,这种具有特殊结构形式的高温烟气换向阀的开发成功是整个高温烟气除尘技术的重要保证。它可实现高精度要求的除尘,对于一定粒度的粉尘,出口浓度(过滤效率)可通过控制过滤风速、过滤材料和过滤阻力而达到。国家电力公司热工研究院许世森研究温度等因素对移动颗粒层过滤高温除尘性能的影响规律,首次提出温度与捕集比的理论关系式,并进行了实验验证,得到了移动颗拉层在高温状态下进行过滤除尘的实验结果,为移动颗粒层过滤高温除尘工艺的放大和工程化打下基拙。

国家电力公司热工研究院夏军仓等研究开发出一套移动颗粒层高温高压煤气除尘中试系统,通过实际煤气考核试验研究,积累和掌握了系统的运行规律和设计依据,为进一步实现工程化奠定了基础。试验表明:该过滤器能实现连续稳定的除尘过程,除尘效率较高,可达99.65%~99.80%,>20μm 的颗粒去除率为100%;大型化后可适用于高温气体的过滤除尘。

为了提高颗粒床对微细粉尘的过滤除尘效率,宁波大学杨国华等提出并试验研究了双层滤料颗粒床过滤尘新方法。该方法以2~5mm 膨胀珍珠岩颗粒为上层滤料,0.5~1mm 海沙为下层滤料组成双滤料床。过滤时,含尘气先经过上层滤料粗过滤,再经过下层滤料精过滤;反吹清灰时,两层滤料成不相混分层流化床,双层结构保持不变。试验表明:对于粒径小于2.26μm 的微粒数占90%的电厂飞灰,过滤气速为0.33m/s 时,过滤效率高达99.992%~99.994%。这种极高过滤效率和床层容尘量是现有颗粒床过滤器都不能达到的。这种双层滤料过滤床的过滤气速是布袋除尘器的5~6 倍,过滤效率超过了布袋除尘器和电除尘器,特别是这种双层滤料过滤床容尘量很大,可以利用这一特性实现有害气体与尘等多种污染物脱除一体化。

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