新型复合滤料过滤性能的实验研究及其应用.pdf

新型复合滤料过滤性能的实验研究及其应用 李 华 沈恒根 东华大学环境工程学院, 上海 200051 刘书平 王成彪 饶伯春 上海博格工业用布有限公司, 上海 201706 摘要 针对袋式除尘器滤料运行阻力过高问题, 介绍了一种新型结构的复合滤料 HBT 。 对其过滤性能进行实验研 究, 结果表明在相同工况下, 该滤料具有“高效低阻”特性, 并在实际工程应用中取得了较好的效果。 关键词 复合滤料 过滤性能 应用 燃煤锅炉 1 引言 近年来袋式除尘器以其高效的除尘效率受到了 关注 ,尤其是对于微细颗粒 2. 5 μ m , 过滤效率可 达99. 99。综观国内外电站锅炉袋式除尘器的应用 情况 ,排放浓度均低于 50 mg m 3 ,甚至可达 20 mg m 3 。 而对于燃用低硫煤和高灰份煤的电站锅炉,电除尘器 要达到这么低的浓度就有一定难度 ,或必须增加较大 的投资。此外, 袋式除尘器的排放浓度不受粉尘的比 电阻、浓度 、 粒度等性质的影响 , 锅炉负荷的变化、烟 气量波动对袋式除尘器出口排放浓度的影响也不大, 而这些因素对电除尘器的过滤效率影响很大 [ 1] 。鉴 于以上原因,当前许多电厂正在作电除尘器改袋式除 尘器的工作。 在此就针对滤料阻力高的工程实际问题 ,提出一 种新型结构的复合滤料 HBT 锅炉专用滤料, 原材料 选用进口的聚苯硫醚 PPS 纤维材料和聚酰亚胺纤维 P84 材料, 按照国际标准生产工艺加工生产, 以适应 实际工程的需要 。 2 新型复合滤料的结构特点 新型复合滤料的研制目的 ,是通过不同纤维的配 比、 特殊的滤料结构 、针刺工艺以及特殊的后整理加 工技术,使复合滤料在耐高温 、 抗酸碱性气体腐蚀 ,以 及耐氧化水解方面能发挥某些化学纤维的优点,同时 克服单一纤维的短处 ,并具有较好的过滤性能特性, 以适应特殊工况条件下的应用 [ 2] 。 新型复合滤料 HBT 其结构采用了特殊的“梯 次”结构,共有表面超细纤维层 、上部混合纤维层、玻 纤骨架层以及下部混合纤维层 4 层构成 为了保证较 高的过滤效率 尤其对于一些细度很小的飞灰 ,表层 使用通过熔喷或热轧技术制造的超细纤维; 在里层选 用耐温性能和抗酸碱腐蚀性较强的纤维 ; 基布采用玻 璃纤维 ,为了保证一定耐温性能和机械强度 ,基布内 层使用具有一定耐腐蚀性和耐高温的纤维,但是内层 其纤维细度可以适当加大, 节约成本, 而且在滤料深 层不易积灰 ; 另外为了使滤料具有较好的粉尘剥落性 和较高的过滤效率, 在滤料的后处理上采用特殊的工 艺,以增加表面的光滑程度 。其过滤方式示意图见 图1 c ,过滤主要通过表层的超细纤维来进行。由 于除尘设备的过滤 、 清灰操作很频繁, 当过滤阻力上 升还不是很高的时候, 过滤就终止了, 这样就能够在 很短的过滤时间内尽可能多地捕集粉尘粒子 ,而内层 则只是起到一种“拾遗”和支持表层增加强力的作用。 滤料过滤方式通常分为表面过滤和深层过滤。 图1 为覆膜滤料、传统滤料以及新型复合滤料 HBT 过滤方式示意图 。图中可以看出 a 为典型的表面过 滤,颗粒主要被截留在薄膜表面, 几乎很少颗粒进入 到滤料内部 , 其过滤主要靠 PTFE 薄膜进行 。 b 属 于传统的深层过滤过程, 其过滤效应由滤料纤维和深 入到内部的微细颗粒共同起作用。 c 中 HBT 滤料 表面使用了超细纤维 ,这层纤维起主要的过滤作用, 有少数超细颗粒会进入超细纤维层 ,但穿透这层纤维 的颗粒很少在滤料深层停留, 将会被气流带走, 过滤 方式属于表面过滤。 图 1 覆膜滤料、传统滤料以及新型 复合滤料过滤方式示意图 3 HBT滤料过滤性能实验测试 [ 3] 3. 1 测试装置及实验仪器 36 环 境 工 程 2005年 2 月第23 卷第1 期 测试装置图如图 2 所示 。装置 1 测试洁净滤料 过滤性能特性, 装置 2 用来测试发尘条件下滤料过滤 性能特性 。气流由装置上部集气口进入测试管道 ,采 用TSI 8520 型 DustTrak 气溶胶监测仪测试滤料前后 环境气溶胶粒径 10 μ m、2. 5 μ m、1. 0 μ m 的颗粒物质 量浓度 ; 采用数字微压计测试滤料前后压降 ; 采用浮 子流量计控制流量。 图 2 HBT 滤料过滤装置 1TSI 8520 型 DustTrak 气溶胶监测仪; 2发尘器; 3测试管道 100 mm ; 4测试滤料; 5DP1000 -II 数字式微压计; 6高效滤 膜; 7浮子流量计; 8真空泵。 3. 2 清洁滤料阻力和过滤效率 滤料的运行阻力通常由两部分组成 ΔP PdPf 式中 Pd 沉积的粉尘层阻力 Pa; Pf 滤料本身的洁净阻力Pa 。 图3 列出了 干球温度-22. 3 ℃ 相对湿度 - 78 大气压力-1. 00 10 5 Pa 几种高温针刺毡的清洁阻 力 Pf。HBT 滤料的清洁阻力要比 PPS 覆膜滤料约低 35,比复合滤料 FMS 系列也要低 15左右 , 说明 HBT 滤料具有良好的透气性能 。 图 3 几种高温针刺毡的清洁阻力 图4 为几种滤料在实验室环境条件下 干球温度 -13. 8 ℃相对 湿度 -40. 7大 气压 力约 -1. 0 10 5 Pa 对粒径 10、 2. 5、1. 0 μ m 微细颗粒物的过滤 效率 η 。HBT 滤料由于表面使用超细纤维 ,其对微细 图4 几种滤料对PM10、 PM2. 5、PM1 的过滤效率 颗粒物的过滤效率与 FMS 和 PPS 覆膜滤料相当 。 3. 3 发尘条件下滤料阻力随时间变化曲线 图5 为几种高温滤料在发尘条件下滤料阻力随 时间变化曲线。试验粉尘采用电厂飞灰 ,粉尘堆积密 度1. 07 g cm 3 ,质量中位径 7. 7 μ m , 几种标准偏差 σ 为2. 2。 图 5 几种高温滤料在发尘条件下阻力随时间变化曲线 从图 5中可以看出 ,HBT 新型复合滤料在发尘条 件下的阻力变化要远低于 FMS 和 PPS 覆膜滤料。由 于HBT 滤料表层使用了超细纤维 比表面积接近覆 膜滤料 ,从其对超细微粒的捕集效率来看,微细颗粒 只有少数穿透超细纤维层 ,并且其采用特殊的后处理 方式 ,更利于滤料的平整和密实,表面光洁度好,易于 清灰 ,所以这种结构可显著地降低运行阻力。 4 工程应用 4. 1 工程改造简介 陕西宝源热电公司 3 锅炉为 200 t h 液态排渣 燃煤粉锅炉, 主要燃用华亭煤。球磨机制粉细度 R90 10～ 13; 炉膛温度较高 ,炉膛捕渣率 35; 尾部过热器和竖向烟道惯性捕集烟尘 10～ 15。 因此, 从炉尾排出的飞灰比固态排渣燃煤粉锅炉偏 细。锅炉原用除尘器为单元复合多管旋风除尘器。 2004 年3 月至 5 月对 3 炉除尘器进行了改造, 现除 尘器采用高压脉冲袋式除尘器 ,现锅炉已满负荷稳定 运行效果较好。 下转第 40 页 37 环 境 工 程 2005年 2 月第23 卷第1 期 4 回收硅微粉 为了提高除尘器收集粉尘中的 SiO2含量,德昌集团硅铁电炉除尘系统引进了预收尘 器,该设备能够将硅微粉中SiO2含量由 85～ 90 提 高到92 以上。 5 投资回收期 年 投资回收期 680229. 142. 97 a 投资回收期约 3 年 , 说明投资回收速度快, 效果 好。如执行国家规定的“三废”综合利用 ,产品免税, 效益会更好。 6 结语 德昌集团的 2 台 12 500kVA 硅铁电炉除尘系统, 综合国内硅铁电炉除尘现状, 根据实际情况 ,选择了 正压式除尘系统 ,并采用了覆膜滤料及预收尘器新技 术和新设备 ,具有投资省 、 占地小和硅微粉 SiO2含量 高的特点 。 该除尘系统 ,于 2001年 7 月正式建成,10 月正式 投产 。通过监测, 排放浓度为 35 mg Nm 3 , 单台电炉 每天回收硅微粉8 t ,硅微粉SiO2含量达到94, 各项 指标均超过了设计预期值 。 7 改进建议 硅微粉的增密工艺, 挪威埃肯公司在不用添加剂 的前提下能将硅微粉制成直径为 0. 5～ 1 mm 的微细 球,使堆积密度从 0. 2 t m 3 提高到 0. 5～ 0. 6 t m 3 , 可 降低 65 的运输和包装费用。青海某公司经过多年 探索实践, 采用压缩空气处理方法, 可将硅微粉增密 至0. 4 t m 3 左右 。 受投资条件的限制, 该除尘系统目前尚未建设硅 微粉增密装置, 因此 , 特建议条件成熟时建设硅微粉 增密装置。 参考文献 1 中国冶金建设协会主编. 钢铁企业采暖通风设计手册. 北京 冶金 工业出版社. 2 刘天齐主编. 三废处理工程技术手册 废气卷 . 北京 化学工业出 版社. 3 中国有色金属工业总公司主编. 采暖通风与空气调节设计规范. 北 京 中国计划出版社. 4 上海市建设委员会主编. 通风与空调工程施工及验收规范. 北京 中国计划出版社. 作者通讯处 刘圣 617023 攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司 电话 0812 3390994 传真 0812 3397767 E -mail liu570418163. com 2004- 03-02 收稿 上接第 37页 4. 2 工程设计参数及运行情况 附表为高压脉冲除尘器设计参数。 附表 宝源热电公司 3锅炉除尘器设计参数 项 目参 数备 注 处理气量 m3h- 1 430 000单台锅炉 烟气温度 ℃150～ 210实际最高204 入口烟气含尘浓度 gNm- 3≤20 出口粉尘浓度 mgNm- 3≤50 本体阻力 Pa900 过滤速度 mmin- 11. 00 有效过滤面积 m27 162 除尘效率≥99 . 8 该袋式除尘器过滤材料采用 HBT 新型复合滤 料,锅炉满负荷运行稳定后 ,除尘器系统总阻力变化 基本稳定控制在1 000 Pa 左右, 远小于国内其它电站 锅炉袋式除尘器的系统阻力 。滤袋进出口压差在 500 Pa 到 900 Pa 之间波动 ,清灰周期约为 25 min, 出 口粉尘浓度 30 mg Nm 3 ,完全符合设计要求。 5 结论 1 由于新型复合滤料采用了“梯次”结构 ,使得 滤料在过滤过程中压力损失小 ,大大降低了除尘器的 能耗和改造费用 。 2 新型复合滤料的“梯次”结构使得在过滤过程 中微细颗粒不至于堵塞到滤料的深层,而且其采用特 殊的后处理技术 ,使其过滤效率 尤其是对于微细粉 尘 与某些覆膜滤料的过程效率相当 。 3 从长远的角度看 ,随着过滤技术和材料技术 的发展,复合滤料在包括燃煤锅炉除尘等复杂场合将 得到更大规模的发展与应用。 参考文献 1 张殿印. 除尘技术手册. 北京 冶金工业出版社, 2002. 2 刘书平. FMS -氟美斯耐高温集尘布袋用过滤毡系列产品的研制及 应用. 全国袋式过滤技术研讨会论文集, 武汉, 2001. 3 中华人民共和国国家标准. GB12625 -90, 洁净滤料阻力、滤料静态除 尘率. 作者通讯处 李华 200051 上海延安西路 1882 东华大学 200 信箱 电话 021 62379260 E -mail lihua mail. dhu. edu. cn 2004- 06-01 收稿 40 环 境 工 程 2005年 2 月第23 卷第1 期 OPTIMIZATION OF WASTEWATER DISPOSAL LINE OF AUTOMOBILE COATING Liu Qidong 23 Abstract The main problems of the er wastewater disposal line of the coating workshop for No. 3 Chang ′an Automobile Factory were analyzed by researching its run status. Wastewater flow and quality were instable;the same disposal made the disposal of the different wastewater more difficult; the equipments were seriously eroded. The differentwastewater was physically and chemically disposed firstly , and then entered SBR reactor and further bio -chemically treated, a series of anticorrosive measures were taken during the equipments prefabrication and the problems were resolved very well in the er wastewater disposal line for the rebuilt wastewater disposal line. Keywords wastewater disposal system of automobile coating and optimization TREATMENT OF SLAUGHTERHOUSE WASTEWATER WITHPROCESS OF FLOATATIONAND SBRZhang Zhaohui et al 25 Abstract The process of floatation and SBR is used to treat slaughterhouse wastewater. When the influent CODCris in the range of 1 200～ 1 850mg L, the effluent CODCrisunder 90 mg L, and all the quality indicationsof the effluent could meetfirst -order of Wastewater Comprehensive Discharge standard GB8978 -1996. Furthermore part of the treated wastewater can be used again. Keywords slaughterhouse wastewater, SBR and air floatation PRIMARY EXPLORATION OF CONSTRUCTION OF MUNICIPAL WASTEWATER PLANT IN AREAS OF LOW-TEMPERATUREZhao Lijun et al 27 Abstract The characteristics of low-temperature municipal wastewater and the effect on wastewater treatment efficiency owing to the change of temperature were introduced, andthe problemsthat should be noticed in selecting wastewater treatmentprocessin areas of low-temperature were pointed out too. Moreover, suggestions on the selection of designing parameters and the running management of project were brought forward. Keywords low -temperature, municipal -wastewater, selection of process and design parameter TREATMENT OF ACIDICWASTE WATER FROM PRODUCTIONOF SEAMLESS STEEL TUBES Yang Weiguo 30 Abstract A complete waste water treatment process is supplied according to the fact that there is a lower pH value and a higher FeO or Fe2O3or Fe3O4in the waste water from hollow billet pickling process in a seamless steel tube mill. Practical running shows that this treatment processis outstanding and this technique is advanced, the treatment result is excellent, and that the processed water can be used for production again. This technique has obvious economic, environmental and social benefits. Keywords hollow billet, pickling waste water and treatment ENGINEERING EXAMPLE OF TREATING ARSENIC -BEARING WASTE WATER Chen Liaoyuan et al 31 Abstract A successful engineering case in which the arsenic -bearing wastewater is treated is introduced. The process, technical parameter and the special design of aerated system are also introduced. This design overcomes the defects in the er design. Keywords arsenic -bearing waste water, FeSO47H2O and aerated system TECHNICAL STUDY ON REMOVING INHALED PM2. 5 USING THERMOPHORESIS IN LAYER FLOW CYCLE CHANNELZhou Tao et al 33 Abstract A kind of new layer flow cycle channel with two cooledwallswas designed onbasic thermophoresis principle. This kind of channel has a higher cumulative efficiency for removing inhaled PM2. 5 than usual channel through calculation. In the meantime, the higher cumulative efficiency for removing inhaled PM2. 5 will be obtained by taking into account developing flow and developed flow of speed temperature at different inlet gas temperature conditions. It is a new way that isworth researching further. Keywords two cooled walls, thermophoresis, inhaled particle matter and cumulative efficiency EXPERIMENT AND APPLICATION OF FILTRATION PERANCE FOR NEW COMPOUND FILTER MEDIALi Hua et al 36 Abstract To decrease the pressure drop and increase filtration efficiency of the filter media in a bag filter, a new compound filter media named HBT was introduced, and the experimental study on filtration perance was carried out. The results indicated that HBT filter media had the perance of high efficiency and low resistance in the same operating conditions, Therefore, it ismore suitable for a coal -fired boiler. Keywords compound filter media, filtration perance, application and coal-fired boiler DEDUSTING ANDINVESTMENTBENEFITOF12 500 kVAFERROSILICONELECTRIC FURNACELiu Sheng 38 Abstract It was introduced that the dedusting technique, main equipment composition and the dedusting system′ s superiority of 12 500 kVA 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23, No. 1,Feb. , 2005