布袋除尘器处理高浓度粉尘的试验研究.pdf
布袋除尘器处理高浓度粉尘的试验研究 冷廷双1宋存义1廖洪强2梁宝瑞1 1. 北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083; 2. 首钢总公司能源环保产业事业部, 北京 100041 摘要 为了优化布袋除尘器在处理高浓度脱硫粉尘的相关运行参数, 进行了相关试验, 确立了适应于密相半干法烟气 脱硫粉尘的运行数据, 在处理 SO2浓度为 600 mg/m3的模拟烟气时的过滤风速, 在 0. 63 ~ 0. 98 m/min, 喷吹压力在 0. 3 ~0. 4 MPa, 喷吹时间在 200 ~300 h。试验证明 对于处理高浓度粉尘的烟气, 在过滤风速的选取上应有别于一般 情况, 另外脉冲压力也不宜过高。 关键词 布袋除尘器; 压力损失; 过滤风速 DOI 10. 13205/j. hjgc. 201406020 RESEARCH ON THE TREATMENT OF HIGH CONCENTRATION DUST WITH BAG FILTER Leng Tingshuang1Song Cunyi1Liao Hongqiang2Liang Baorui1 1. Civil and Environment Engineering School, University of Science and Technology,Beijing 100083,China; 2. Shougang Environmental Protection Industry Department,Beijing 100041,China AbstractRelated trials in the treatment of high concentration desulfurization dust were operated in order to optimize the parameters of bag filter,a set of data fit to semi- dry flue gas desulfurization dust were esladished the simulated flue gas with a concentration of SO2600 mg/m3was processed with filtration velocity being between 0. 63 ~ 0. 98 m/min,injection pressure between 0. 3 ~0. 4 MPa and injection time between 200 ~ 300 s. The experiments proved that the selection of the filtration velocity about the treatment of high concentrations desulfurization dust should be distinguished from the general cases. In addition,pulse pressure also should not be too high. Keywordsbag filter;pressure loss;filtration velocity 收稿日期 2013 -08 -07 0引言 布袋除尘器是半干法烟气脱硫系统中比较常用 的一种除尘设备 [1 ]。以往用布袋除尘器直接处理密 相半干法烟气脱硫粉尘的实例比较少, 所以还没有总 结出合适的运行参数, 一般都要根据不同的条件重新 确定 [2 ]。布袋除尘器的除尘过程主要由布袋完成。 布袋是各种滤料纤维织造后缝制而成的。过滤过程 取决于滤料和粉尘层多种过滤效应[3- 5 ]。当滤料表面 形成粉尘层后, 粉尘层也对粉尘有捕集作用。滤料纤 维的过滤机理也存在于粉尘层的过滤过程中, 其中主 要是筛分效应。筛分效应是指滤料间的空隙或滤料 上的粉尘间的空隙较尘粒小时, 有利于筛分阻留。布 袋除尘器开始运行时, 新的布袋上没有粉尘, 运行一 段时间后会在布袋表面形成很薄的尘膜, 又称为一次 粉尘层, 在上面再次堆积的粉尘称为二次粉尘层[6 ]。 布袋除尘器的设计要求是将压力损失减小到最 低程度, 这样可以降低整个除尘系统的阻力, 从而达 到优化除尘效果, 降低除尘系统风机能耗的目的。脉 冲布袋除尘器的压力损失主要是由布袋的压力损失、 清灰机构的压力损失以及其他一些局部压力损失组 成。第一项所占的比重最大。在脉冲时间、 脉冲周期 固定的情况下, 除尘器的压力损失随喷吹压力的增加 而减小, 随过滤气速和气体含尘浓度的增加而提高。 当一条布袋或一个室的布袋组清灰以后, 布袋表面仍 然有残存的粉尘层, 其压力损失只能降到清灰前的 20 ~80。当清灰不彻底时, 附着层呈斑点状, 如 果继续滤尘, 则压力损失将会快速增加[7 ]。 在本试验中, 针对北京科技大学环境工程中心研 发的密相半干法烟气脱硫工艺搭建了小型试验台。 38 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 为了更好的研究布袋除尘器在脱硫系统中的运行情 况, 根据脱硫系统的运行要求, 通过试验来确立合适 的过滤风速、 喷吹周期、 喷吹时间和喷吹压力等运行 参数, 以期布袋除尘器能在本试验系统中更稳定、 安 全的运行, 并通过优化条件尽量降低运行费用。 1试验部分 1. 1试验材料 试验用脱硫循环灰取自首钢矿业公司 360 m2烧 结机烟气脱硫灰, 试验设备有烟气脱硫反应器, 脉冲 布袋除尘器, 高压离心风机, 空压机, 微电脑烟尘平行 采样仪, 数显式微压计, 电子天平, 水银温度计, 流量 计等。烟气性质见表 1, 循环灰成分见表 2, 循环灰粒 径分布见图 1。 表 1烟气性质 Table 1Flue gas properties 烟气温度/ ℃ 烟气组分 N2/H2O/O2/SO2/ mg m-3 100 ~120≈71≤10≤160 ~600 表 2循环灰成分 Table 2The composition of circulating ash 循环灰的成分含量/ CaSO3 1/2H2O33. 7 CaSO4 2H2O12. 1 CaCO34. 8 Ca OH 2 18. 6 CaCl2 4H2O1. 3 飞灰27. 5 H2O 自由水2 图 1循环灰粒径分布 Fig.1The particle size distribution of circulating ash 1. 2试验方法 本试验工艺流程见图 2, 粉状钙基脱硫剂经增湿 活化后, 由螺旋输送设备进入脱硫反应器, 在反应器 中与含 SO2的模拟烟气在脱硫反应器中发生反应, 被 烟气带入布袋除尘器的循环灰被布袋截留下来, 并补 充少量新鲜脱硫剂, 使脱硫剂中活性成分维持在一个 稳定的水平, 能够满足脱硫需要, 然后循环送回增湿 活化装置内, 与少量水活化后再循环到系统中, 失效 的脱硫剂由布袋除尘器下面的排灰口排出, 清洁烟气 经引风机排入大气。 图 2工艺流程 Fig.2Process flow diagram 2试验结果与讨论 结合实践经验及半干法烟气脱硫的需要 [ 8 ], 确定 布袋除尘器的运行条件为 烟气量150 ~200 m3/h, 运 行温度90 ~120 ℃, 高浓度脱硫粉尘在0 ~600 g/m3 , 在 线脉冲喷吹, 过滤风速 0 ~2 m/min。 2. 1运行参数的试验研究 2. 1. 1入口风量测定 由于布袋除尘器入口粉尘浓度很高, 为避免损坏 烟尘平行采样仪, 假设除尘系统的漏风率为零, 以除 尘器出口烟气量代表系统的入口烟气量。管道同一 截面上气流速度不均匀, 因而对动压的测量需根据等 面积法进行多点采样, 采样点位于管道截面上相互垂 直的管径上, 对称分布, 如图 3 所示, 计算公式如 式 1 、 式 2 所示。 图 3管道测点布置 Fig. 3The layout of pipeline measuring point V a 2 槡 ρ Pd 槡 1 Pd 槡 2 Pd 槡 3 Pd 槡 4 Pd 槡 5 5 1 48 环境工程 Environmental Engineering 式中 V 为平均流速, m/s; a 为毕托管修正系数, 0. 99; ρ 为气体密度, kg/m3; Pd1为测点动压值, Pa; 烟气量计算 Q AV 2 式中 Q 为管道内气体流量, m3; A 为管道面积, m2。 2. 1. 2布袋除尘器空载压力损失 在处理烟气量 180 m3/h, 运行温度 100 ℃, 高浓 度脱硫粉尘在 0 g/m3的条件下, 对空载负荷条件下 的洁净布袋除尘器的压力损失进行了检测, 得到如 图 4所示。 图 4不同过滤风速条件下洁净布袋的压损 Fig.4The clean bag pressure loss under the conditions of different filtration velocity 由图 4 可知 随着过滤风速的提高, 空气通过洁 净布袋的压力损失越来越大, 基本呈线性关系, 与洁 净滤料的压力损失表达式 3 基本符合, 式 3 为理 想状态下洁净滤料压力损失与过滤风速的关系, 在本 试验过程中忽略其他因素的影响[9 ]。 P0 ζ 0μv 3 式中 P0为洁净滤料压损, Pa;ζ0 为洁净滤料阻力系 数, m -1, 一般取值为10-7 ~10 -8; μ 为气体黏度, Pa s; v 为过滤风速, m/s。 2. 1. 3时间标定办法 脱硫循环灰由螺旋输送器输入脱硫反应器, 再随 烟气经过反应器和管道进入布袋除尘器, 所以循环灰 从系统运行到进入布袋除尘器需要一定时间。测定 方法如下 1打开风机, 调节烟气阀门, 使处理风量达到 要求。 2打开脱硫反应器的搅拌机, 排空积存在反应 器中脱硫循环灰。 3将循环灰加入螺旋输送器的加灰口, 从打开 螺旋输送器的电源开始计时, 到循环灰进入布袋除尘 器结束计时。 4进行 10 次测量, 取平均值。 通过上述方法进行测定, 得到脱硫循环灰从加入 螺旋输送器到进入布袋除尘器所需时间为 7. 3 s, 精 确到秒, 取 7 s。在以后的试验结果中, 测量得到的时 间均减去 7 s 后再进行记录。 2. 2带负荷运行时各影响因素的分析 2. 2. 1过滤风速对布袋除尘器的影响 在实际工程运行中, 过滤风速由滤袋材质、 粉尘 粒径、 物化性质、 清灰方式等有关 [10 ]。在处理风量恒 定的前提下, 增大过滤风速可降低过滤面积, 提高滤 料的处理能力, 并使设备小型化。但过滤风速变大, 会使滤袋压差增大, 且已附着在滤料上的细小粉尘挤 压过去, 影响除尘效率和布袋的使用寿命; 过滤风速 小, 压力损失小, 效率提高, 但增大了过滤面积, 除尘 器的体积、 占地面积及投资费用[11 ]。基于以上考虑, 得到图 5 所示。 由图 5a 可知 初始过滤风速为 1. 32 m/min 时, 经过 60 s 左右, 就下降到 180 m3/h, 随之下降速度越 来越快, 处理风量的减小使过滤风速变小, 压差增长 变得缓慢, 并面临堵塞的状态, 1. 32 m/min 不适合应 用于本试验系统中。由图 5b 和图 5c 可知 初始过滤 风速为 0. 98 m/min 时, 气量经过 200 s 左右降至 90, 然后开始迅速减小, 考虑到滤袋上粉尘初层形 成的时间, 运行稳定后每经过 150 s 左右需要清灰; 初始过滤风速为0. 63 m/min 时, 烟气量经过350 s 左 右降至 90, 然后开始迅速减小, 运行稳定后每经过 300 s 左右需要清灰。由图 5d 可知 初始过滤风速为 0. 31 m/min时, 烟气量经过 500 s 左右降至 90, 并 以较快速度降低。 一般工 作 条 件 下 的 喷 吹 周 期 选 择 在 100 ~ 300 s[12 ]。从试验结果可以看出, 系统阻力变化较快, 若频繁频率高, 将导致系统的不稳定, 将喷吹周期确 定在 240 s。 通过以上对不同过滤风速下压力损失和处理风 量变化情况的分析, 在本试验的烟气脱硫系统中, 初 始过滤风速选择在 0. 63 ~ 0. 98 m/min, 能较好的满 足工作要求, 在后续试验中选择 0. 86 m/min 作为初 始过滤风速。 2. 2. 2喷吹压力和喷吹时间的影响 测量方法 调节脉冲反吹控制系统, 使反吹压力 为 0. 1, 0. 2, 0. 3, 0. 4, 0. 5, 0. 6 MPa, 喷吹时间分别为 50, 100, 150, 200 ms, 在系统运行稳定后, 记录喷吹后 布袋的压力损失如图 6 所示。 58 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 图 5带负荷运行过程中不同过滤风速下的压力损失 Fig.5The pressure loss in the different filtration velocity under working conditions 由图 6 可知 无论喷吹时间的长短, 喷吹压力过 小时, 布袋上附着的脱硫剂都不能被充分的清除, 尽 管喷吹压力在 0. 1 ~0. 3 MPa 增加喷吹压力时清灰效 果变化明显, 但是只有在喷吹时间足够长的情况下才 能达到要求的清灰效果。喷吹时间为 50 ms 时, 由于 采用在线清灰, 喷吹时间过短, 喷吹阀膜片打开并不 完全, 喷入的压缩空气量不足, 会使部分被吹落的粉 图 6不同反吹压力下滤袋的压力损失 Fig.6The pressure loss of the filter bag under different back ing pressure 尘在落入灰斗之前又重新吸附在布袋上, 导致清灰效 果不能满足要求。在喷吹时间为 150 ms 的条件下, 增加喷吹压力到 0. 6 MPa 时, 除尘器出口会出现“冒 灰” 现象, 这是清灰过度的表现。喷吹时间为200 ms 时, 喷吹压力达到 0. 3 MPa 时布袋压力损失就已经很 小, 继续增加喷吹压力布袋压力损失反而增加, 这是 由于喷入压缩空气量过大使得已经沉积在灰斗的粉 尘又被吹起形成“二次灰” 吸附在布袋上, 使压力损 失增加。喷吹的压缩空气量过大, 会使进入布袋除尘 器的烟气受阻, 速度变慢, 使得烟气中携带的粉尘堆 积于连接管道中, 导致管道阻塞。 根据以上分析, 控制喷吹压力在 0. 3 ~0. 4 MPa, 喷吹时间在100 ~150 ms, 满足清灰要求, 可指导实际 工程现场根据实际的压缩空气源对喷吹压力和喷吹 时间进行选择。但是喷吹压力越大, 越容易造成布袋 的磨损。在本试验中, 选择喷吹压力0. 3 MPa, 喷吹 时间 120 ms。 2. 2. 3喷吹周期的分析 由图 4 可知, 随着滤袋压差的增加, 烟气量先是 逐步减少, 减少到一定程度时迅速下降, 滤袋压差的 增加趋势变缓, 甚至有减小趋势。当烟气量下降到初 始的 90左右时, 布袋前后压差大约在 750 Pa 左右。 多数工程运行中, 以布袋除尘器压力损失作为喷吹依 据, 压差在 1 000 Pa 左右时开始喷吹 [13 ]。 根据图 5 和图 6 分 析, 当 初 始 过 滤 风 速 为 0. 86 m/min时, 喷吹周期应设定为 240 s 左右; 当初 始过滤风速为 0. 63 m/min 时, 喷吹周期应设定为 300 s 左右。本试验系统中以 0. 86 m/min 作为初始 过滤风速, 喷吹周期设定为 240 s。 通过以上分析, 以确定清灰三要素 喷吹压力、 喷吹周期、 喷吹时间 的数值, 使除尘器能有良好的 清灰效果, 整个脱硫系统能够稳定工作。并通过优化 68 环境工程 Environmental Engineering 试验验证以上分析。 2. 2. 4优化条件下布袋除尘器的运行分析 通过以上分析, 确定布袋除尘器的相关运行参 数, 如表 3 所示。并得到处理风量及布袋除尘器压力 损失随时间的变化, 同时对优化前后的布袋表层过滤 效果进行了测试, 如图 7 所示。 表 3优化条件下系统运行参数 Table 3The operating parameters of system under optimized conditions 最大处理风 量/ m3 h -1 系统进口 温度/℃ 除尘器进口 温度/℃ 除尘器出口 温度/℃ SO2浓度/ mg m -3 增湿水量/ kg h -1 初始过滤风速/ m min -1 反吹气源 压力/MPa 反吹时间/ ms 反吹周期/ s 20011898936002. 60. 860. 3120240 图 7处理风量和压力损失随时间的变化 Fig.7The change in process air volume and pressure loss with time 由图 7 可知 在第一次喷吹时的处理风量比后来 喷吹点的要大, 布袋压力损失则比较小; 后面喷吹点 所对应的处理风量较小, 布袋压力损失较大。这是因 为过滤开始时粉尘初层还没有形成, 布袋压力损失较 小, 而喷吹并没有破坏粉尘初层, 所以第一次喷吹后 才是布袋除尘器的正常运行阶段。并对试验过程中 布袋除尘器出口含尘浓度进行记录, 如表 4 所示, 均 能满足我国 GB 30952012环境空气质量标准 中 关于颗粒物排放 24 h 平均值低于 50 mg/m3的要求。 表 4布袋除尘器出口粉尘浓度 Table 4Bag filter outlet dust concentration 检测频数粉尘浓度/ mg m -3 132. 4 231. 6 342. 6 430. 1 542. 2 628. 5 2. 3讨论 本次试验中, 针对 SO2含量为600 mg/m3的模拟 烟气进行脱硫除尘研究。根据实际工程中需要优化 的运行条件, 对布袋除尘器在不同条件下运行情况进 行试验 1对于粉尘浓度较高的情况, 过滤风速的选取 以及喷吹条件的控制都有别于一般情况, 过滤风速应 小于一般情况下的选择范围, 喷吹控制不能仅以除尘 器的布袋压力损失作为控制依据。 2喷吹压力过大时会造成清灰过度, 使除尘器 出口产生 “冒灰” 的现象。 3清灰过程中喷入过多的压缩空气会使沉积在 除尘器灰斗里的粉尘重新扬起, 并随烟气重新吸附在 布袋上, 影响清灰效果。 3结论 1在处理 SO2浓度为 600 mg/m3模拟烟气的试 验中, 通过对不同过滤风速下布袋除尘器的运行情况 进行考察, 得出适合本系统运行的过滤风速应在 0. 63 ~0. 98 m/min, 在本次试验中, 以 0. 86 m/min 作 为布袋除尘器运行的过滤风速; 通过对除尘器喷吹清 灰效果的研究, 确定了系统“喷吹三要素” 的数值 喷 吹压力为 0. 3 MPa, 喷吹时间为 120 ms, 喷吹周期为 240 s。系统以试验确定的优化参数运行正常, 可以 达到预期的脱硫除尘效果。 2通过对不同粉尘浓度的模拟烟气进行除尘试 验, 认为需要处理的烟气在一定的粉尘浓度范围内, 除尘器运行的过滤风速应随粉尘浓度的增加而减小, 喷吹所用压缩空气量应增加; 反之亦然。 参考文献 [1]秦红霞, 何鹏, 宋军涛, 等. 常温下固体颗粒层过滤除尘技术 [J]. 北京科技大学学报, 2006, 28 8 770- 772. 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