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1、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 1 mm的粗滤料 2 -3 ,有的 甚至超过10 mm ,使颗粒层过滤只能是低效率过滤 。 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
2、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 。 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、 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 0
3、Cr18Ni9Ti 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 。 图 1 双层滤料颗粒床高温除尘小试装置 以 海 砂 ( 粒 径 分 别 为 0. 5 0. 8 mm、0. 8 1. 0 mm 、1. 5 2. 0 mm)或铸 造砂 ( 粒 径为 0. 8 1. 0 mm) 为下层滤料,以膨胀珍珠岩( 粒径分别为 2 3 mm 、 3 5 mm) 为上层滤料 ,先后进行了滤料流化试 验,单层滤料床和不同厚度和粒径组合的双层滤料床 过滤试验
4、, 不同过滤气速 、 气温等对过滤效率的影响 试验 ,流化清灰试验等。 流化试验表明,0. 5 0. 8 mm海砂或 0. 8 1. 0mm 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。 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 m) 为粉尘样时, 厚度为 45 mm 、 粒径为 0. 5 0. 8
5、 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 m 3 , 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 16 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 了获得极高过滤效率的作用, 两
6、者的共同作用 ,使双 层滤料床获得了高效率和低压降( 或大容尘量) 。 高温过滤试验表明, 以 0. 5 0. 8 mm铸造砂与 2 3 mm膨胀珍珠岩为上下层滤料 ,在常温、150, 250, 350,450 温度条件下 ,过滤效率均大于 99. 99%, 且 随着温度提高, 过滤效率也略有提高, 这主要是由于 温度升高, 气体扩散系数增大, 从而强化了微细颗粒 过滤中的扩散机理, 提高了微细颗粒的过滤效率。 3 工业试验及工业应用 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
7、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 m 3 h, 除尘器分 8 个过滤单元,单列8 层布置, 每个过滤单元的
8、过滤床面积为5 0001 500, 如图 2、 图3 所示。 图 2 双层滤料颗粒床高温除尘器结构布置 该试验系统 2008 年1 月建成运行, 测试表明 ,除 尘器的进口温度高时可达450 , 出口粉尘小于 10 mg m 3 ,除尘消烟效果好于预期目标, 运行稳定可 图 3 双层滤料颗粒床高温除尘工业试验系统 靠,项目获得圆满完成。 上述试验项目获得成功后 , 一套设计处理量为 120 000 m 3 h的双层滤料颗粒床高温除尘系统拟用于 江阴市海虹有色金属材料有限公司 615 t铝合金熔 化炉的消烟除尘上, 目前该系统正处于安装调试 阶段 。 4 结论 从小试和工业试验结果看 ,双层滤料
9、颗粒床高温 除尘技术具有以下特点: 1) 效率高。除尘效率达到 99. 99%, 排放浓渡小 于20 mg m 3 。 2) 耐高温 。内壳体采用锅炉钢时可耐500 ; 采 用耐热钢时 ,可耐800 。 3) 可靠性高 。没有运动部件 ,没有如陶瓷管那样 的易脆易断易阻塞的元件 ,因而经久耐用 ,维护简单。 4) 投资 、 维护和运行费用低 。没有如陶瓷管那样 的昂贵元件 ,也没有如移动床那样的大量滤料循环, 因而投资、维护和运行费用远低于陶瓷管过滤器, 也 低于移动床过滤器。 5) 压降低。床层压降小于1 600 Pa , 仅为陶瓷管 过滤器的 1 10,也仅为文丘里湿法除尘系统的 1 10
10、。 6) 对治理含有黏性粒子的冶炼烟气的适应性强 。 因此, 双层滤料颗粒床高温除尘技术是迄今最可 靠实用的高温除尘技术, 且可广泛应用于能源 、 冶金、 化工材料、焚烧等炉窑的烟气除尘。如冶金工业的高 炉、 转炉、电弧炉 、烧结炉 、 平炉、铜熔炼炉 、铝熔炼炉 等; 建材工业的水泥窑 、玻璃窑 、陶瓷炉等 ; 化工领域 的石油催化裂解炉、碳黑炉 、 电石炉 、氮肥厂煤气炉 ( 下转第 21 页) 17 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 图5 中以初始的 pH 值 5. 12 为 0点基准, 以各点 与该值偏差的绝对值作为新坐标下各点的值 。 采用切线法,过曲线的拐点(
11、所谓拐点就是曲线时 间梯度最大的点) 作切线,与起始值和稳态值的横坐标 轴线相交,得时间间隔 和 Tc,它们便是阶跃响应曲线 的特征参数,由此可以得出对象的动态模型和近似传递 函数,对此类对象模型数学模型表达方式有两种 5 。 |W( s) | = Ke - s 1 +Ts ( 1) 式中 K =y x =0. 27 50%=0. 54; T =T c=11 min, = 25 min 。 和Tc直接由阶跃响应曲线求得 。 |W( s) | = K ( 1 +Ts) n( 2) 式中 K 同上 ,阶次 n 和时间常数T 的求法是, 根据阶 跃相应曲线求得 和 Tc值, 算出 Tc 值。根据 T
12、c 值从 对应值表中查出对应的 n 值和 T ( 或 Tc T ) 值, 最后算 出 T 值。 由图 5中可以明显该系统 是大于 Tc的, 如果 采用第2 种计算方法则系统的传递函数是一个高阶 系统, 不利于其在仿真中的应用, 因此采用第一种方 法进行计算。得到吸收塔动态过程的传递函数为 : W( s) =Ke - s 1+Ts =0. 54e -25s 1+11s 通过以上过程即可建立完整的吸收塔仿真模型, 应用于FGD 系统的优化设计和运行过程中 。 2 结束语 本研究所建立的烟气脱硫吸收塔模型比较准确 的反映了电厂湿法烟气脱硫工艺过程在各种工况点 下对象的动态特性 ,达到了要求的仿真精度
13、 ,基于神 经网络方法和系统动态特性试验的混合仿真模型较 好地解决了吸收塔这一包含较复杂化学反应过程的 对象建模和仿真问题 。但同时由于脱硫反应过程影 响因素多, 对于这样的多变量系统, 在下一步的研究 工作中 ,为进一步提高模型的精度, 考虑建立吸收塔 反应装置控制过程的传递函数矩阵模型 ,对各个输入 参数对系统输出响应过程进行更加细致直观的描述。 本课题利用仿真研究运行工况对脱硫性能的影 响,可以更好的揭示各关键参数对脱硫运行的影响, 模型可用于脱硫仿真软件中 , 对脱硫设计、运行 、维 护、 管理及对检修人员进行系统科学的培训 ,使得脱 硫系统长期安全、稳定、高效运行。希望本研究能够 为
14、其他实际工业反应装置的仿真建模提供借鉴。 参考文献 1 孙克勤, 张东平. OI2-WFGD 烟气脱硫技术介绍 J . 电力环境 保护, 2004, 20( 3 ) : 12 -14. 2 周屈兰, 徐通模, 惠世恩. 我国自主开发的湿法脱硫技术及其 应用 J . 动力工程, 2006, 26( 2) : 262 -266. 3 丁承刚. 湿法 FGD 关键参数的简析 C 2001 国际脱硫技术研 讨会论文集, 2001: 126 -127. 4 方瑾, 白方周, 邵晨曦. 定性建模、仿真和控制 J . 系统仿真 学报, 2004, 16( 2 ) : 202 -209. 5 王骥程. 过程动
15、态模型 M . 杭州: 浙江大学出版社, 1994. 作者通信处 沈凯 210096 南京市四牌楼 2 号 东南大学能源与环 境学院 E -mail shenkaisyepe. com. cn shka263. net 2008- 07-23 收稿 ( 上接第 17页) 等; 固废处理的垃圾焚烧炉; 能源系统的 IGCC、多联 产中的热煤气除尘等 。该技术在这些领域的应用 ,将 有显著的节能减排、节水节资效益 ,应用前景广阔 。 参考文献 1 Robert Mai .Coupled pressure pulse ( CPP) recleaning system for ceramic hot-
16、gas filters with an integrated safety filter J . Chem Eng Technol, 2006, 26 ( 5) : 577 -579. 2 何鹏, 秦红霞, 宗燕兵, 等. 颗粒床除尘器高温实验研究 J . 北 京科技大学学报, 2006, 28( 11) : 1064 -1067. 3 夏军仓, 许世森, 郜时旺, 等. 移动颗粒层过滤除尘技术的高压 试验研究 J . 热力发电, 2001( 6) : 30 -33. 4 杨国华, 周江华, 舒海平, 等. 双层滤料颗粒床过滤除尘新方法 的研究 J. 动力工程, 2005, 6 ( 25) : 891-894. 作者通信处 于春令 315211 浙江省宁波市江北区风华路 818 号 宁波大学 68号信箱 E -mail yuchunling nbu. edu. cn 20
