石油焦超细粉碎工艺中的脉冲袋式除尘器试验.pdf

石油焦超细粉碎工艺中的脉冲袋式除尘器试验 * 周奇杰陈海焱张明星郑娟王焱 西南科技大学固体废物处理与资源化教育部重点实验室， 四川 绵阳 621010 摘要 利用超细粉碎分级设备， 分别测试粉碎工艺中除尘器在不同过滤面积、 过滤风速、 入口粉尘浓度时， 喷吹后的除 尘器阻力、 过滤风速、 喷吹时的除尘器阻力波动情况; 测试脉冲宽度对喷吹后除尘器阻力和喷吹时除尘器阻力波动的 影响。结果表明 由于石油焦的轻质和黏附性特性， 过滤风速不应超过 2. 17 m/min， 考虑到除尘效率和经济效益， 最 好控制在 1. 3 m/min 以内; 除尘器入口粉尘浓度的高低对喷吹后除尘器阻力和喷吹时除尘器阻力波动均存在较大影 响， 入口粉尘浓度低时， 阻力和阻力波动都较小; 脉冲宽度对喷吹后除尘器阻力和喷吹时除尘器阻力波动有一定影响， 该实验系统最佳脉冲宽度为 0. 08 s。 关键词 脉冲袋式除尘器; 除尘器阻力; 阻力波动; 过滤风速 THE INDUSTRIAL TEST OF PULSE BAG FILTER IN PETROLEUM COKE SUPERFINE GRINDING PROCESS Zhou QijieChen HaiyanZhang MingxingZheng JuanWang Yan Key Laboratory of Solid Waste Treatment and Reclamation of Ministry of Education，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，China AbstractUsing superfine crushing grading equipment，the dust resistance after injecting，filtration speed and the dust resistance fluctuation when blowing in grinding process were tested． The test conditions were respectively different filtration area，different filtration speed，different filter inlet dust concentration and different pulse width． The results showed that for petroleum coke is light and has adhesion，the filtration speed should not exceed 2． 17 m/min． And considering the dust removal efficiency and economic benefit，the filtration speed should better be controlled in 1． 3 m/min． Both the filter inlet dust concentration and the pulse width had certain influence on the dust resistance after injecting and the dust resistance fluctuation when blowing．The dust resistance and the dust resistance fluctuation were small，when the filter inlet dust concentration was low． And pulse jet filter exists a best pulse width，0. 08 s is the best one for this experimental filter． Keywordspulse bag filter;dust resistance;the fluctuation of resistance;filtration speed * “十一五” 国家支撑计划重大项目 2006BAF02A24 ; 西南科技大学研 究生创新基金项目 09ycjj16 。 0引言 石油焦是石油焦化加工工艺中的主要副产， 可用 作炼焦、 做电极炭棒的原料， 但这部分用量少。随着我 国石油焦化工业的发展， 石油焦的产量大量增加。石 油焦作为一种极低灰分、高热值和低挥发分燃料， 其 价格相对煤炭而言较低廉， 因此， 将石油焦作为煤炭的 一种替代或补充燃料用于发电生产是石油焦利用的重 要途径。但石油焦作为燃料被使用时需用分级式冲击 磨来进行超细粉碎， 制成焦粉后才能进行燃烧。 高歌 ［1］根据模拟结果和工程经验设计了滤筒除 尘器， 并应用到超细粉碎工艺中对甘草粉和硫酸钡两 种物料进行了收尘测试， 得出了各种运行状况下的除 尘器阻力和物料粉碎收集后的粒径分布情况， 结果表 明该除 尘 器 过 滤 效 果 良 好， 运 行 稳 定 可 靠。林 莉 君 ［2］通过脉冲滤筒除尘器对超细粉体净化性能进行 实验研究， 测试并分析净化过程中滤筒除尘器的除尘 效率、 过滤风速、 阻力等主要参数， 优化工艺中净化效 果; 同时， 通过调节脉冲清灰参数， 测试并分析清灰压 力波动对分级、 净化系统稳定性的影响和关系， 提出 了调节脉冲喷吹参数以保持系统稳定性的技术要求。 鉴于已有超细粉碎设备和脉冲除尘器等实验条 件和相关实验成果， 本实验以轻质、 含油分的石油焦 49 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 为原料， 在 LNI － 180A 冲击磨上进行粉碎， 将其作为 收尘对象， 研究该超细粉碎设备中的脉冲袋式除尘器 在不同运行参数下的运行情况。 1实验装置及测试方法 1. 1实验装置 实验装置 LNI －180A 冲击磨; 脉冲袋式除尘器为 48 袋无纺布滤袋， 除尘器箱体尺寸 1. 7 m 1. 3 m 2. 45 m， 花板孔间距 200 mm， 喷吹管 DN25， 喷吹孔 8 mm， 滤袋 120 mm、 L 2 m， 总过滤面积为 36. 2 m2， DCF －2L － B 直角型电磁脉冲阀， 气包容积为 66L; SXC －8A1 型脉冲控制仪， 脉冲宽度在 0. 01 ～0. 12 s 之 间可调; UD45A －10VFD 型螺杆式空气压缩机， 压缩空 气压力最高可达 1 MPa; 减压阀、 安全阀等。 袋式除尘器性能测试系统如图 1 所示。 1抽吸式加料口; 2冲击磨; 3涡轮分级机; 4除尘器入口; 5除尘器袋室; 6除尘器净气箱; 7除尘器腔体压差测点; 8灰斗; 9配有变频器的引风机; 10引风机出口风速测点; 11粉尘浓度采样器 图 1袋式除尘器性能测试 1. 2实验原理及测试方法 如图 1 所示， 粉碎原料从抽吸式加料口进入粉碎 腔， 经冲击磨碰撞粉碎后， 进入涡轮分级机进行分级， 之后物料经管道进入除尘器， 经过滤后落入灰斗， 完 成收集; 而过滤后的干净气体经净气箱从管道被引出 设备排入大气， 完成整个粉碎、 分级、 除尘过程。整个 超细粉碎工艺的工作环境为负压。 该实验采用的实验原料为 325 μm 的石油焦， 粉 碎粒径要求 d50 为 5 ～ 10 μm。石油焦为轻质含油分 物料， 所以除尘器采用上进气方式， 避免扬尘， 影响粉 尘的过滤和收集; 同时， 由于石油焦含油分而具有一 定黏附性， 磨琢性较强， 增加了清灰难度。 实验中， 每组参数的测试从空载到加料经历的时 间为 30 min， 前 3 min 是空载运行， 之后逐渐均匀加 料运行 27 min。通过观察测试系统中压差测点 7 见 图 1 的 U 型管内水柱高度的变化值读取系统运行时 喷吹第一时间、 喷吹稳定时、 喷吹后的除尘器阻力值; 通 过 调 节 脉 冲 控 制 仪，改 变 脉 冲 宽 度;使 用 SwemaAir － 50 风速仪测量引风机出口风速。 2过滤面积和过滤风速对脉冲袋式除尘器的性能影响 2. 1过滤面积对喷吹后除尘器阻力与运行时间、 过 滤风速关系的影响 在 0. 8 MPa 喷吹压力、 0. 08 s 脉冲宽度、 6 s 脉冲 间隔的运行参数下进行测试， 分别在正常运行和停喷 两组脉冲阀的情况下均匀加料运行 30 min， 引风机频 率为 50 Hz， 粉碎分级机加料量为 120 kg/h， 即除尘器 入口粉尘浓度为 25. 43 g/m3， 测试结果见图 2。正常 运行 时，喷 吹 后 除 尘 器 阻 力 变 化 稳 定，维 持 在 2 600 Pa左右， 过滤风速保持在 2. 17 m/min 左右; 而 停喷两组脉冲阀时， 对应的两组滤袋 即 16 个滤袋， 对应过滤面积 12 m2 停止了清灰工作， 粉尘在这两 组滤袋表面不断黏附累积， 相当于过滤面积减小， 而 总过滤负荷不变， 在 1 个清灰周期内滤袋无法将该次 需要过滤的粉尘清除完全， 由此造成除尘系统清灰不 完全， 粉尘循环往复的累积黏附于滤袋， 堵塞滤袋， 致 使除尘器阻力不断增加。如测试结果所显示， 喷吹后 除尘器阻 力 随着 运 行时 间 的 增 加 而 不 断 增 加， 从 3 600 Pa 到 6 400 Pa，增 幅 很 大，过 滤 风 速 则 从 2. 17 m/min快速降至 1. 35 m/min。同时， 由于除尘 器阻力增加， 系统总阻力增加， 导致引风机风速不断 下降， 流量减小， 进而使得过滤风速减小， 以期减小除 尘负荷， 最终使得整个超细粉碎系统的负压环境受到 严重破坏， 影响了系统的正常运行。这种除尘器阻力 过大的现象将使得清灰效果和除尘效率受到不利影 响， 同时影响整个系统的运行状况和滤袋使用寿命 等， 进而造成能耗增加和除尘器运行经济效益降低等 不良后果。 图 2不同过滤面积下的喷吹后除尘器阻力和过滤风速 59 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 图 3 为过滤风速 2. 17 m/min 时石油焦粒径分析 图， 从图 3 中可以看出， 在除尘器收集到的石油焦粉 料中， 粒径在 1. 725 μm 以下的体积占 10 ， 粒径在 8. 850 μm 以下的占 50 ， 粒径在 24. 502 μm 以下的 占 90 ， 达到了生产要求的 d50 为 5 ～ 10 μm， 除尘器 过滤收尘效果良好。 正常运行时， 采用 FG － 3A 粉尘浓度采样器在引 风机出口处收集粉尘， 并用 HT － 3 电子天平称量所 收集粉尘的重量。在系统运行稳定后收集粉尘， 收集 时间为 18 min， 转子流量计的流量为 18. 5 m3/min， 称 量后得知收集粉尘为0. 006 5 g。 经计算后可知， 经该 脉冲袋式除尘器收尘后排放的气体中粉尘含量为 19. 52 mg/m3， 低于国家规定的粉 尘 排 放浓度 标准 30 mg/m3［3］。 图 3石油焦粒径分析 2. 2过滤风速对喷吹后除尘器阻力和脉冲阀喷吹第 一时间阻力波动的影响 在 2. 1 节中， 正常运行时， 除尘器过滤风速为 2. 17 m/min， 对于石油焦这类轻质、 含油分的物料来 说比较高， 不利于收尘效率和运行经济效益。实验将 测试条件中， 引风 机 的 频 率 从 原 来 的 50 Hz 降 到 40 Hz， 并 关 掉 二 次 风，得 到 较 低 的 过 滤 风 速 1. 33 m/min， 此时得到的喷吹后除尘器阻力大致在 2 550 Pa左右， 喷吹第一时间阻力波动值为 328 Pa 过滤风速为 2. 17 m/min 时， 阻力波动值为355 Pa ， 虽然相对于过滤风速为 2. 17 m/min 时的除尘阻力值 没有降低很多， 但是此时的加料量 即工艺加工产 量 由原来的 120 kg/h 增加到了 300 kg/h， 运行经济 效益得到了大大提高。 测试结果对比如图 4 所示。过滤风速降低了， 但 除尘阻力值没有降低多少的原因是除尘器入口粉尘 浓度增大了， 由 2. 1 节的 25. 43 g/m3增至 现 在的 103. 85 g/m3， 粉尘浓度的变化对除尘器的运行情况 是有一定影响的。 图 5 为过滤风速 1. 33 m/min 时石油焦粒径分析 图， 从图 5 中可以看出 在除尘器收集到的石油焦粉 料中， 粒径在 2. 43μm 以下的体积占 10 ， 粒径在 5. 77 μm 以下的占 50 ， 粒径在 16. 11 μm 以下的占 90 ， 比过滤风速为 2. 17 m/min 时的粉碎分级效果 更好， 粒径分布更集中， 达到了生产要求的 d50 为5 ～ 10 μm， 除尘器过滤收尘效果良好。 图 4不同过滤风速下的喷吹后除尘器阻力和阻力波动 图 5石油焦粒径分析 3除尘器入口粉尘浓度对喷吹后除尘器阻力和脉冲 阀喷吹第一时间阻力波动影响 喷吹参数为 0. 8 MPa 喷吹压力、 0. 08 s 脉冲宽 度、 6 s 脉冲间隔， 引风机频率为 50 Hz， 在粉碎分级机 的加料量分别为 60 kg/h、 120 kg/h 即 2. 1 节中正常 运行的情况 、 180 kg/h 三种条件下进行除尘器阻力 测试。经测量和计算得， 三种加料量水平下的引风机 平均流量分别为 81. 9， 78. 66， 74. 668 m3/min， 则除尘 器入口浓度分别为 12. 21， 25. 43， 40. 18 g/m3。 喷吹后除尘器阻力和过滤风速测试结果如图 6、 图 7 所示。图中曲线反应出， 运行条件一定时， 除尘 器入口粉尘浓度对除尘器阻力和有过滤风速有一定 影响。喷吹后除尘器阻力随着入口粉尘浓度的增加 而增加， 过滤风速则随之减小。除尘器在 12. 21 g/m3 的低入口粉尘浓度下运行时， 除尘负荷小， 清灰力度 的要求小， 清灰完全， 所以此时的喷吹后除尘器阻力 小， 保持在1 550 ～ 1 600 Pa之间; 同时， 过滤风速相对 较大，维 持 在 2. 26 m/min。 当 入 口 粉 尘 浓 度 为 40. 18 g/m3时， 除尘负荷增大， 清灰力度的要求增大， 清灰程度不及低粉尘浓度的彻底， 从而使得除尘器阻 69 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 力有较大增加， 达到3 700 ～ 4 100 Pa; 除尘器阻力增 加使得系统总阻力增加， 引风机风速减小， 流量降低， 从而过滤风速减小到 2. 06 m/min。除尘器入口浓度 为 25. 43 g/m3时， 除尘器运行状况处于前两者之间， 阻力保持在2 600 Pa左右， 过滤风速为 2. 17 m/min， 属于该测试条件下系统的正常运行情况。 图 6不同粉尘浓度下的喷吹后除尘器阻力 图 7不同粉尘浓度下的过滤风速 另外， 从图 8 中可以看出除尘器入口粉尘浓度对 除尘器喷吹时阻力波动 脉冲阀喷吹第一时间和喷 吹平稳时测得的除尘器阻力值之差 的影响， 粉尘浓 度为 12. 21 g/m3时， 阻力波动平均值为 347 Pa; 粉尘 浓度为 25. 43 g/m3时， 阻力波动平均值为 355 Pa; 粉 尘浓度为 40. 18 g/m3时， 阻力波动平均值为 585 Pa。 低粉尘浓度的阻力波动比高粉尘浓度小， 这是因为粉 尘浓度低， 除尘负荷小， 清灰完全， 除尘器阻力小， 喷 吹时， 除尘器内外压差小， 所以喷吹时除尘器的阻力 波动相对较小。而且， 入口粉尘浓度为 25. 43 g/m3 时， 其平均阻力波动值比入口粉尘浓度为 12. 21g/m3 的波动值只大了不到 10Pa。 从以上测试结果可以看出 该测试条件下系统在 2. 03 ～ 2. 3 m/min 的过滤风速下均能正常运行， 但综 合考虑除尘器阻力、 喷吹阻力波动、 过滤风速、 滤袋寿 图 8不同粉尘浓度下的除尘器阻力波动 命、 除尘效率等运行参数和技术经济指标， 可知运行 条件一定时， 粉尘浓度过高或过低均不利于系统的正 常运行及经济效益的保证和提高。低粉尘浓度时， 虽 然除尘负荷小， 阻力小， 运行平稳， 但过滤风速相对过 大， 滤袋长期在超过其所需清灰力度的环境中工作， 容易破坏其粉尘初层， 降低过滤能力， 影响除尘效率， 高过滤风速长期冲刷滤袋甚至会造成粉尘穿袋， 使滤 袋破损、 除尘器漏灰等; 而高粉尘浓度时， 虽然除尘器 运行同样平稳， 过滤风速相对较低， 但高粉尘浓度造 成的高除尘负荷， 使得除尘器阻力大， 增加了清灰难 度， 而石油焦本身就具有黏附性， 不易清除， 同时阻力 波动大， 不利于整个超细粉碎设备的压力环境的稳 定， 因为分级机、 粉碎机等在制备超细粉体过程中， 要 求系统保持较稳定的压力， 才能保证粉碎分级后， 超 细粉体粒径分布符合要求的粒径范围。同时滤袋长 期在高粉尘负荷的情况下工作， 粉尘累积容易造成滤 袋堵塞， 粉尘长期坠拽滤袋使其更易破损。这些都会 影响除尘系统的正常运行， 除尘效率和除尘器运行经 济效益， 造成不必要的经济损失。 将测试结果与 2. 2 节的结果相比， 可以明显看 出， 合理控制过滤风速对设备运行和工业生产的重要 意义， 对于石油焦这类轻质、 有黏附性的物料， 采用低 过滤风速更利于其粉碎、 收集， 提高除尘效率和运行 经济效益。 4脉冲宽度对喷吹后除尘器阻力和脉冲阀喷吹第一 时间阻力波动的影响 在喷吹压力为 0. 8 MPa、 脉冲间隔为 6 s 的条件 下， 均匀加料运行 30 min， 引风机频率为 50 Hz， 粉碎 分级加 料 量 为 120 kg/h， 除 尘 器 入 口 粉 尘 浓 度 为 25. 43 g/m3， 分别测试脉冲宽度为 0. 06， 0. 1， 0. 08 s 时除尘器阻力在喷吹第一时间、 喷吹稳定时和喷吹后 的变化情况。 利用测得的喷吹后除尘器阻力变化情况来分析 79 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 脉冲宽度对除尘器阻力的影响。测试结果见图 9。 利用在脉冲阀喷吹第一时间和喷吹平稳时测得的除 尘器阻力值之差得出喷吹时除尘器阻力波动曲线如 图 10 所示。从图 9、 图 10 中可以看出， 脉冲宽度的 变化对喷吹后除尘器阻力和喷吹时除尘器阻力波动 均有一定影响， 就此套设备而言， 喷吹后， 0. 08 s 脉冲 宽度下运行的除尘器阻力最低， 运行阻力变化也相对 最小最平稳， 随着运行时间的增加， 除尘器阻力保持 在2 600 Pa左右， 阻力波动平均值为 355 Pa。 图 9不同脉冲宽度下喷吹后的除尘器阻力 图 10不同脉冲宽度下的除尘器阻力波动 对于 0. 06 s 脉冲宽度， 其电脉冲时间比 0. 08 s 和 0. 1 s 都短， 使得其喷吹气量相对最小， 喷吹第一 时间高压气流快速涌进滤袋， 除尘器内外压差瞬间急 剧增加， 但是喷吹气流平稳后， 由于气流量快速减小， 后续气量不足， 除尘器内外压差相应的快速减小， 导 致 0. 06 s 脉宽的清灰力度和清灰持续时间均不及 0. 08 s 和 0. 1 s 脉宽的， 从而使得在 0. 06 s 脉宽下的 除尘器阻力最大， 并由于清灰不完全造成了粉尘的累 积进而致使除尘器阻力从3 000 ～ 4 000 Pa呈累积增 加的趋势; 同时， 由于除尘器内外压差的迅速减小， 导 致在 0. 06 s 脉宽下， 喷吹时除尘器的阻力波动比 0. 08 s 的大， 平均波动值为 428 Pa。 对于 0. 1 s 脉冲宽度， 喷吹第一时间高压气流快 速涌进滤袋， 除尘器内外压差瞬间剧增， 但其电脉冲 时间比 0. 08 s 脉 宽 的 长， 后 续 喷 吹 气 流 速 度 相 比 0. 08 s脉宽的有所减小， 滤袋底部形成的反向气流也 比0. 08 s脉宽的小， 使得其清灰力度和清灰效果不及 0. 08 s脉宽， 从而 0. 1 s 脉宽的除尘器阻力比0. 08 s脉 宽的大， 在3 200 Pa左右; 同时， 因为 0. 1 s 脉宽的后 续喷吹气流速度的相对减小， 使得后期除尘器内外压 差也相应减小， 导致喷吹过程中 0. 1 s 脉宽的阻力波 动值达到 451 Pa， 比0. 08 s脉宽的波动值大， 甚至由 于除尘器内外压差变化之大， 使得 0. 1 s 脉宽的阻力 波动比 0. 06 s 脉宽的更甚。 三种脉冲宽度喷吹相比下， 0. 08 s脉宽时喷吹后 除尘器阻力最低， 喷吹时阻力波动随运行时间的变化 最小最平稳， 这说明脉冲喷吹除尘器的运行存在着最 佳脉冲宽度 ［4］， 使得脉冲除尘器的清灰效率得到稳 定保证， 增加除尘效率。在最佳脉冲宽度下运行时， 脉冲喷吹除尘系统运行状况优良， 有利于保持系统运 行平稳和设备维护， 提高除尘器运行经济效益。 5结论 1 过滤风速与过滤面积的合理匹配极为重要， 当 过滤风速超过过滤面积的工作范围时， 除尘器阻力将 不断增加， 引风机出口风速随之减小， 进而反向制约过 滤风速， 使其不断减小， 最终导致超细粉碎系统负压消 失， 同时除尘器阻力波动也大， 这些将严重影响粉碎和 除尘系统的正常运行。就此套设备对石油焦的超细粉 碎而言， 建议将过滤风速控制在1. 33 m/min内， 这样除 尘器的清灰效果和除尘效率以及超细粉碎系统的经济 效益都将保持在一个良好的水平。 2 除尘器入口粉尘浓度的高低对喷吹后除尘器 阻力和喷吹时除尘器阻力波动均存在较大影响。运 行条件一定时， 入口粉尘浓度过低或过高， 均无益于 粉碎分级设备的压力环境的稳定、 除尘系统的正常运 行以及除尘效率的提高， 甚至会致使系统清灰能力和 除尘效率下降， 缩短滤袋使用寿命， 进而影响粉碎系 统和除尘器的运行经济效益。 3 脉冲宽度对喷吹后的除尘器阻力和喷吹时的 除尘器阻力波动有一定影响， 脉冲喷吹除尘器存在着 一个最佳脉冲宽度。就该袋式除尘实验系统来说， 0. 08 s脉冲宽度是其最佳脉冲宽度。 参考文献 ［ 1］高歌． 脉冲喷吹滤筒除尘器性能研究［D］． 绵阳 西南科技大 学，2007 67- 85． ［ 2］林莉君． 脉冲滤筒除尘器对超细粉体的净化［D］． 绵阳 西南科 技大学， 2009 45- 53． ［ 3］张殿印， 张学义． 除尘技术手册［M］． 北京 冶金工业出版社， 2002488- 504． ［ 4］杨迪， 陈海焱， 李怀玉． 喷吹压力和脉冲宽度对脉冲喷吹滤筒除 尘器清灰效果的影响［J］． 安全与环境学报， 2008， 8 5 37- 39． 作者通信处周奇杰621010绵阳涪城区西南科技大学东 8A － 615 E- mailzqj_qiqi 163. com 2010 － 09 － 29 收稿 89 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期