摘要:針對鋼鐵、有色金屬、水泥等行業(yè)由于煙塵濃度高、比電阻高、粉塵粒徑小、分散度大等造成大氣污染治理難度大的現(xiàn)狀,研發(fā)了一種高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù),可實(shí)現(xiàn)排放濃度<5 mg/Nm3,運(yùn)行阻力<1 100 Pa,濾袋壽命>8年,滿足超低排放要求,能適應(yīng)復(fù)雜的煙氣工況,解決了化纖濾袋回收利用難的問題。
關(guān)鍵詞:高溫;超凈;電袋復(fù)合除塵技術(shù);超低排放;工程應(yīng)用
0 引言
隨著電力行業(yè)基本達(dá)到超低排放要求,國家開始逐步轉(zhuǎn)向并加快對鋼鐵、有色金屬、水泥等行業(yè)的污染治理。這些行業(yè)領(lǐng)域的煙氣工況復(fù)雜,具有煙塵濃度高、比電阻高、粉塵粒徑小、分散度大等特點(diǎn),治理難度大。在此背景下,如果要滿足嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn),常規(guī)電袋復(fù)合式除塵器需要解決如何實(shí)現(xiàn)超低排放、如何適應(yīng)高溫等復(fù)雜煙塵工況、廢棄濾料回收困難等問題。為滿足新的環(huán)保要求,電袋復(fù)合式除塵器需要在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)突破,避免在粉塵治理中增設(shè)濕式電除塵器,節(jié)省投資、占地面積、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等,簡化系統(tǒng),提高設(shè)備運(yùn)行的安全、可靠性。
1 高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)研究
高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)是在超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)基礎(chǔ)上的再次創(chuàng)新升級,煙塵排放濃度<5 mg/Nm3,運(yùn)行阻力<1 100 Pa,濾袋壽命>8年。
在開發(fā)高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)過程中,我們主要進(jìn)行了五大技術(shù)創(chuàng)新,分別是最佳耦合匹配技術(shù)、多維高均勻流場技術(shù)、微粒凝并技術(shù)、低阻長壽命合金濾料技術(shù)、高溫材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。
1.1? ? 最佳耦合匹配技術(shù)研究
電袋是由電區(qū)和袋區(qū)有機(jī)復(fù)合而成。電區(qū)比集塵面積越大,除塵效率越高,袋區(qū)過濾風(fēng)速越低,排放也越低,但設(shè)備造價越高,經(jīng)濟(jì)性越差。那么,在電袋復(fù)合機(jī)理中,電區(qū)選型多大,袋區(qū)選型多大,兩者如何進(jìn)行匹配,才能實(shí)現(xiàn)超低排放、經(jīng)濟(jì)性好的目標(biāo)呢?對此,我們進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和工程總結(jié),找到了關(guān)鍵的影響因素——袋區(qū)入口濃度,并得到了袋區(qū)入口濃度最佳值以及相匹配的過濾風(fēng)速。在大量試驗(yàn)及工程應(yīng)用實(shí)踐基礎(chǔ)上,研發(fā)出電區(qū)與袋區(qū)最佳耦合匹配技術(shù),實(shí)現(xiàn)了電袋復(fù)合除塵的最佳分區(qū)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化,在滿足超低排放基礎(chǔ)上,使得設(shè)備投資最低,提高了產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。
1.2? ? 多維高均勻流場技術(shù)研究
電袋由兩種不同機(jī)理、不同結(jié)構(gòu)的除塵器構(gòu)成,其流速、流向和斷面急劇變化,風(fēng)速從電除塵區(qū)的1 m/s到降低到袋區(qū)的1 m/min,流向從電除塵區(qū)的水平進(jìn)出轉(zhuǎn)為袋區(qū)的下進(jìn)上出,流場均布難度很大。為此,我們與清華大學(xué)等知名高校開展合作研究,針對電袋結(jié)構(gòu),開發(fā)了物模、數(shù)值和工程驗(yàn)證相結(jié)合的設(shè)計(jì)技術(shù),形成了一套完整的多維高均勻流場技術(shù),最終各分室流量偏差為±4%,各濾袋出口CFD計(jì)算相對均方根值為0.15。
1.3? ? 微粒凝并技術(shù)研究
大量研究表明,使細(xì)顆粒荷電凝并或極化長大,然后被過濾攔截,是捕集細(xì)顆粒物最有效的方法之一。高溫超凈電袋復(fù)合除塵器技術(shù)運(yùn)用了荷電和過濾攔截機(jī)理。我們通過與中科大合作研究表明,電袋技術(shù)彌補(bǔ)了顆粒物在電區(qū)和袋區(qū)的穿透區(qū)間。我們與清華大學(xué)合作研究了電袋課題,單纖維捕集荷電顆粒試驗(yàn)結(jié)果表明:極化或荷電顆粒形成的顆粒鏈更為有序;荷電后顆粒平均粒徑比荷電前增長12.5%。在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了具體的技術(shù):(1)采用強(qiáng)放電、高場強(qiáng)極配形式;(2)采用新型高效電源技術(shù),以便提高陰極線針端放電性能,增加顆粒的荷電量。
1.4? ? 低阻長壽命合金濾料技術(shù)研究
針對高溫及更加復(fù)雜的煙氣工況,我們通過6年半的研制,開發(fā)出了一種合金濾料。合金濾袋是采用不銹鋼等不同絲徑的合金纖維經(jīng)無紡鋪制后燒結(jié)成氈,再通過卷圓、焊接等工藝作制成濾袋。通過不同梯度鋪層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同的過濾效率,具有耐高溫、8年以上超長壽命、阻力低、耐腐蝕、回收利用價值高等優(yōu)點(diǎn)。合金濾袋的開發(fā)經(jīng)歷了大量的實(shí)驗(yàn)研究和試制。首先是鋪層結(jié)構(gòu)和過濾性能的研究,開發(fā)了多種不同粗細(xì)纖維、配比的濾料鋪層結(jié)構(gòu),利用VDI濾料過濾實(shí)驗(yàn)平臺,測試了其過濾精度,并與化纖濾料進(jìn)行對比分析,結(jié)果表明:具有良好的鋪層結(jié)構(gòu)的濾料,過濾性能比化纖高精濾料更優(yōu),滿足超低排放使用要求,還可以進(jìn)一步降低阻力。
在電袋實(shí)驗(yàn)臺上開展冷態(tài)載灰試驗(yàn),測試了3種過濾風(fēng)速、2種電場狀態(tài)共6個工況的過濾性能,結(jié)果表明:出口粉塵排放均小于1 mg/Nm3,開啟電場,過濾效率更高,阻力更低。
在全尺寸脈沖噴吹實(shí)驗(yàn)臺上,對8 m長合金濾袋進(jìn)行測試,結(jié)果表明:合金濾袋壓力峰值最小值及袋底壓力均高于化纖濾袋;且其振動頻率更高,更有利于清灰。
在耐腐蝕方面,通過高溫氧化試驗(yàn)表明,金屬合金濾料有良好的塑性;電鏡分析顯示:纖維表面基本維持原始形貌,氧化程度較小。
耐磨性能實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:合金濾料的耐磨性能是化纖濾料的兩倍以上。
1.5? ? 高溫材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)研究
高溫材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)研究主要針對鋼結(jié)構(gòu)、絕緣、保溫、密封等部件的材料提出了更高要求,解決了材料應(yīng)用難題。
2 高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)的應(yīng)用
在山西某氧化鋁焙燒爐除塵提效改造工程中,采用了高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù),該項(xiàng)目原采用三電場靜電除塵器,排放濃度大于100 mg/m3;經(jīng)高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)改造的#6爐于2019年3月29號投料運(yùn)行,實(shí)測除塵器出口排放濃度均值<3 mg/Nm3,阻力<500 Pa,為氧化鋁行業(yè)粉塵超低排放治理提供工藝路線。
2.1? ? 技術(shù)性能參數(shù)
高溫超凈電袋復(fù)合除塵器技術(shù)性能參數(shù)如表1所示。
2.2? ? 總體布置
山西某氧化鋁焙燒爐除塵提效改造中高溫超凈電袋復(fù)合除塵器總體布置如圖1所示。
2.3? ? 改造方案
本改造工程是在原三電場除塵器基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造,不加長,不加寬;保留支架、殼體、灰斗等,第一電場更新,陰極采用頂部電磁振打技術(shù),陽極采用側(cè)部振打技術(shù);第二、第三電場拆除濾袋,采用合金濾袋,形成1電2袋結(jié)構(gòu)。在本改造工程中采用了耦合匹配技術(shù)、多維高均勻流場技術(shù)、微粒凝并技術(shù)、低阻長壽命合金濾料技術(shù)、高溫材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù),保證了工程的順利實(shí)施。
2.4? ? 投運(yùn)效果
該項(xiàng)目是高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)的成功應(yīng)用典范,2019年3月通過了第三方檢測,投運(yùn)后除塵器排放濃度
<3 mg/Nm3,運(yùn)行阻力<500 Pa,各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)值。煙囪出口排放濃度大大低于排放限值,圓滿實(shí)現(xiàn)了超低排放目標(biāo)。
3 結(jié)語
高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)經(jīng)過工程應(yīng)用實(shí)踐表明,可實(shí)現(xiàn)粉塵排放濃度<5 mg/Nm3,為非電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)超低排放提供了可靠優(yōu)質(zhì)的工藝路線。同時,高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)還簡化了煙塵治理系統(tǒng)的復(fù)雜性,具有一次投資低、運(yùn)行費(fèi)用少、占地面積小等優(yōu)勢。
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收稿日期:2020-04-03
作者簡介:韓志剛(1983—),男,遼寧人,工程師,研究方向:粉塵治理。