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滤筒除尘器及应用现状

作者:广州新瑞环保     来源:www.xinruiep.com     发布时间:2018-11-14 15:50:36

摘要:滤筒除尘器袋式除尘器具有明显的优势。综述了滤筒除尘器的性能和特点,根据国内外文献报道,介绍了滤筒除尘器在工业中的应用,分析了目前存在的一些问题和解决方式,指出了滤筒除尘器主要的研究内容是新型滤料和相适应的喷吹系统。

关键词:滤筒除尘器;滤筒除尘器的应用;滤筒除尘器使用问题

滤筒除尘器

0前言

在除尘行业中,袋式除尘器自19世纪80年代开始应用以来,就一直是该行业的主力军,近几年滤筒除尘器以其优越的性能开始对袋式除尘器的地位有所影响。滤筒除尘器是20世纪80年代由美国唐纳森公司在袋式除尘器的基础上生产的一种新型除尘器,采用新型滤筒为滤料,使其具有效率高、阻力低、维护管理简单、体积小、单位体积过滤面积大、结构紧凑、更换滤筒方便、高性能等优点。目前在国内外各个行业都有普遍的应用。随着除尘技术的不断发展,尤其是新型过滤材料的出现,滤筒除尘器的效率和经济性等都开始超越传统的袋式除尘器,且具有广阔的发展前景。

1滤筒除尘器的性能和特点

1.1滤筒除尘器的构成

滤筒除尘器主要有三大部分,箱体、滤筒、清灰系统。

(1)箱体是整个除尘器的外壳,包括气箱和灰斗。气箱主要是提供所需的除尘空间,有利流场的合理分布,灰斗则是收集过滤下来的物料;

(2)滤筒是由外层、内层和中间层构成。内层和外层均为金属网(或硬质塑料网),中间为褶型的滤料。滤筒用滤料的特点是,把一层亚微米级的超薄纤维黏附在一般滤料上,该黏附层上的纤维间排列非常紧密,其间隙0.12~0.6μm,由于采用密集型的折叠,使其过滤面积大为增加。极大的过滤面积是滤筒的突出特点;

(3)清灰系统主要包括喷吹管、脉冲阀、气包等。当滤筒表面积灰达到一定的厚度,就要进行清灰。含尘气流经过滤筒过滤,然后排出,当滤筒除尘器阻力达到压差设定值或者时间设定值时,由压差控制仪或者时间控制仪控制相应的电磁阀,打开处于闭合状态的脉冲阀,压缩空气直接喷入滤筒中心,对其进行脉冲清灰。

1.2滤筒除尘器工作原理

含尘气流从入口进入滤筒除尘器箱体,一般来说,气体从滤筒的外侧进入,颗粒较大的粉尘由于重力作用,不经过滤筒,直接沉降到灰斗内,或者受到惯性力的作用碰撞到箱体边壁,沿着边壁沉降下来。小颗粒粉尘随气流通过筒体,气体中的粉尘颗粒被过滤在滤料表面,干净的气体从出口排除。

粉尘在滤筒表面越积越多,阻力也越来越大,达到设定值或者设定时间,脉冲阀打开,压缩气体会吹向滤筒中心,同时诱导的空气也会加强清灰效果,瞬时的高压气体将滤筒表面粉尘吹落,按照设置的顺寻依次脉冲清灰,使系统恢复低阻力运行。

滤筒除尘器

1.3滤筒除尘器过滤机理

滤料的过滤机理主要有:拦截效应、重力效应、惯性效应、扩散效应、静电效应等。

拦截效应:滤料内部的排列是错综复杂,相互交错,滤料的平均孔径较小,粒径大于滤料孔径的颗粒无法通过滤料层间隙而被拦截。

重力效应:大颗粒粉尘重力较大,可能未经过滤料而直接沉降,或者是附着滤料的颗粒由于团聚,重力增大,受到振动后脱离滤料。

惯性效应:粉体颗粒随气流运动,气流遇障绕行,粉尘因惯性偏离气流方向并撞到滤料层而被收集,粒子越大,惯性力越强,被过滤下来的可能性越大。

扩散效应及静电效应:细小的粉尘撞到滤料层,粉尘与滤料表面间的引力使其粘在滤料上而被过滤下来。粒径较小的颗粒要做布朗运动,相互碰撞,小粒径颗粒相互碰撞或与滤料摩擦荷电,颗粒被吸引而捕集。大颗粒粉尘主要是前几种过滤机理起主导主用,粒径较小的主要是后几种。

多种过滤机理同时作用,这样大部分粉尘将被过滤下来,除尘器的除尘效率也会较高。

1.4滤筒除尘器的技术特点

滤筒除尘器与袋式除尘器相比有如下特点:

(1)滤筒除尘器除尘效率较高。对于一般微米级的粉尘除尘效率可达99.99%,部分处理能力较强的滤筒(如Donaldson系列的Ultra-Web滤料)对于粒径0.5μm的粉尘也可达到此效率甚至更高;

(2)滤筒除尘器阻力较小。对于普通粉体,滤筒除尘器阻力小于1000Pa,粘附力较强粉体,一般最大阻力1500Pa左右;

(3)滤筒除尘器入口浓度范围广。普通的聚酯滤筒或摺式滤筒就可以处理入口含尘浓度较高气流,进口含尘浓度可达250g/m3;

(4)滤筒除尘器过滤风速范围广。不同材质的滤筒过滤风速不同。普遍袋式除尘器的过滤风速在1m/min左右,而纸质滤筒的过滤风速最小0.3m/min,摺式滤筒的过滤风速最大2.4m/min;

(5)滤筒水洗性能。除纸质滤料外,其他的滤筒如聚酯滤筒和覆膜滤筒一般都可以用水清洗,待晾干后即可重复使用;

(6)滤筒除尘器相对布局较紧凑,节约空间,便于维护。

2滤筒除尘器在工业中的一些应用

在干法脱硫行业中,唐群对国内外燃煤锅炉干法脱硫除尘工艺进行了解读,对国内应用状态及采用PSU新型滤料配合氧化钙高温脱硫工艺进行了可行性分析。王金星介绍了滤简除尘器的运行原理、结构特点,探讨了滤筒除尘器在干法脱硫方面的优越性,提出了滤筒除尘器设计要点和技术参数。

周道简要介绍了滤筒除尘器的基本原理和特性,将其与普通袋式除尘器做了相应的比较,并且结合工程实例介绍了滤筒除尘器的应用。李隽通过滤筒除尘器和分箱脉冲式除尘器及回转反吹式除尘器的对比,阐述了滤筒除尘器在玻璃行业应用中的主要优势。顾海根发现在白云石生产中,滤筒除尘器普遍存在喷吹清灰效果差、处理能力小、过滤速度低的问题。通过改进滤筒、增加导流装置等一系列技术措施,提高了滤筒除尘器的性能,使之应用于轻烧白云石除尘系统。实践表明,设备运行稳定,效果良好。除尘器在铸造行业中也存在类似问题,逄宗刚等人针对铸造设备这个行业特点综合解决问题后,开发的滤筒除尘器配套用于抛丸清理设备,已形成系列化产品,并投入使用,用户反映良好。

在滤筒除尘器使用时可能面临高温问题,这就要求滤料能够耐高温。甘玉生对除尘净化设备常用的过滤材料进行了综述对比,提出了一种新型的过滤材料。该过滤材料可以在高温下直接使用,有利于简化除尘净化设备,同时对用这一新型过滤材料制作滤筒的工艺进行初步探讨和研究,并有一定的收获。邱新标介绍了非织造布滤筒除尘器的产品结构及特点,指出了根据各种除尘器工况条件的要求,如何正确选用性能不同的非织造布滤筒,说明了非织造布滤筒除尘器性能优良,具有广阔的发展前景。

黄嘉仍研究了高效沉流式滤筒除尘技术在部分卷烟厂和复烤厂的应用,它具有除尘效率高、设备体积小、阻力稳定、能耗较低、滤筒易于清理和更换等优点。对沉流式滤筒除尘器技术与脉冲式布袋除尘器技术作了分析比较,并提出了选择滤筒除尘器应注意之处。孙一坚等学者对长沙和常德烟草公司厂房的除尘和通风进行了详细的研究,根据具体情况设计了合理的除尘和通风形式,从经济和效率等方面综合考虑,优化选择设计了相应的滤筒除尘器。

3滤筒除尘器应用中存在的问题与解决方式

3.1滤筒除尘器的滤筒与滤料

3.1.1糊袋,板结,腐蚀现象

在工业中糊袋,板结现象很普遍(见图1)。在脱硫工业中,燃煤中硫经燃烧后,生成二氧化硫,直接捕集成本较高。二氧化硫寄附于粉尘颗粒上,如果加入一定量的氢氧化钙石灰粉,经反应生成硫酸钙,附着在过滤材料上,即可达到收集效果。但是反应中生成水和焦油,极易产生糊袋、板结,使除尘效率下降,同时二氧化硫溶于水生成硫酸,硫酸具有腐蚀性,对滤料造成破坏。清灰时要把板结的物料吹下来,就要更大的喷吹压力和频率,较大的喷吹压力和频率又会加剧滤料的磨损,滤料的寿命大大下降。滤材表面黏附的焦油等粘性物质难以清除,长期使用的滤料应定期清洗。因此,在脱硫工业中就需要耐酸,耐高温,强度较大,耐磨,方便清洗的滤料。

滤筒除尘器

3.1.2滤筒除尘器的滤筒尺寸限制

因受过滤风速和滤筒高度的限制,除尘器处理风量达不到要求。顾海根为了适应除尘工艺的需要,设计中把滤筒长度加大到1400mm,其过滤面积显著增加。长度增加后,为适应高浓度粉尘情况,制作时把滤筒的折缝加宽至2~12mm,使除尘过滤时进入的粉尘容易清除,从而避免粉尘在折缝中积聚存留。

周道所用的滤筒除尘器适用于较多行业,且过滤效率高,对亚微米粒子的过滤效率高达99.99%。过滤阻力低,能耗和运行成本低,由于为表面过滤,在自身清洁时,粉尘颗粒极易排出,而且与布袋除尘器相比,更换滤芯方便。同时,由于采取滤筒式结构,大大缩小了除尘器的体积。该类型除尘器在厂房工艺设备繁多、厂房空间小而除尘风量大的情况下非常实用。

3.1.3滤筒除尘器的滤筒放置形式

最常见的滤筒放置形式有竖置式和横置式。竖置式清灰效果较好,但占用空间较大,较细的粉尘颗粒清灰后容易被再次吹起造成二次扬尘。横置式一般是顺流式,过滤效果较好,但清灰时上部滤筒粉尘会影响下部滤筒,清灰不均匀。王助良等人研究了一种旋转滤筒除尘器,虽然效率也较高,但排放浓度高于布袋除尘器。主要原因是滤料的过滤时间太短,清灰频率高,滤料表面没有沉积,大量的粉尘参与过滤。目前较为普及的玻璃纤维滤筒,是一种结构简单,使用方便又有较高捕集效率的捕尘装置。玻璃纤维滤筒的直径小、过滤面积大,可作为内部采样装置直接放在烟道内部使用,它避免了外部采样时,尘粒在较长的采样管中沉积的可能性。也可不必因烟道中水蒸汽在管内冷凝而采取加热和保温措。

3.1.4高温环境影响

对工业炉窑排放的含尘气体进行净化是当前环境保护和治理的重要任务,目前由于过滤式除尘装置中的滤料使用温度比较低,而在大部分时候除尘器在高温环境使用,普通的滤料根本无法满足要求,经常被烧坏。甘玉生等人针对不同的要求设计耐高温滤料。滤筒所用材料主要有耐火材料、粘结剂、载体材料等。经过多种方案的实验研究,最终确定了一种较为理想的配比方案:耐火材料∶水玻璃∶水=3∶1∶1,用该方案制成的过滤筒具有较高的强度,孔隙率,透气性也较高,烧结不易变形。耐高温非织造布滤筒采用耐高温纤维与高强度玻璃纤维混合,经硬挺化工艺成型,具有纤维紧密、表面微孔隙小、质地坚挺的特点。滤料采用耐高温合成纤维组成,具有硬挺度好、耐磨性能佳、耐化学性能良好的特点,适用于温度要求较高的场合。高温滤筒的出现较好的解决了除尘器在高温环境中的应用。

3.2滤筒除尘器的清灰系统

3.2.1清灰不彻底

滤筒除尘器运行状态的好坏,阻力上升的快慢与清灰系统紧密相连。在脱硫除尘器中,粉尘很容易在滤筒表面板结,滤料表面附着黏性物质,要想达到比较理想的效果就要较大的喷吹压力和喷吹频率,这就造成了一定的能量浪费,因此滤料的选择也会对喷吹系统造成一定的影响。许多工程都有过滤筒反吹清灰不彻底的问题,王金星在某锅炉除尘处理工程试运转时发现早期清灰效果比预期的好,但运行一段时间后,却未达到设计要求。通过对脉冲阀的喷吹间隔调整,效果仍然不理想,后来改进了喷嘴,并且提高了压缩空气压力,顺利解决了反吹不彻底问题。

3.2.2滤筒除尘器的压缩空气量和压力运用不当

有些比较长的滤筒因为压缩空气量或压力不足,导致滤筒的下部清灰不彻底,滤筒下部粉尘层较厚,使整个滤筒的除尘效率下降;由于滤筒较长,为了使滤筒底部清灰效果较好,安装喷嘴,诱导一定量的空气,但是由于安装喷嘴,在滤筒的上部基本是诱导空气阶段,压缩气流并没有来得及扩散,导致上部清灰效果较差。文献对这一问题提出了解决方案,在滤筒里上部设置了一圈挡板,改变了过滤时和清灰时滤筒上部气流的流场,使上部清灰效果得到改善。

滤筒除尘器

3.2.3滤筒除尘器的滤筒夹角影响

吴利瑞等人对4种不同规格滤筒分别进行了清灰性能试验研究,试验结果表明滤筒夹角对滤筒清灰性能影响很大。当滤筒夹角小到一定程度时,在线清灰基本不起作用,必须采用离线清灰。试验还发现同一滤筒不同部位清灰效果不同,上部清灰效果最差,在此分析了其原因并提出改进措施。根据过滤面积、过滤风速、滤筒尺寸、空间等因素合理选择滤筒的夹角,对提高除尘效率、降低阻力有较大的影响。

3.2.4滤筒除尘器的脉冲阀安装位置不当

脉冲阀安装的一般要求是喷吹口正对滤筒中心,保证喷吹气流能够沿着滤筒中心线进入。如果安装位置稍微偏离,就会导致滤筒的清灰效果不好,对着气流的一侧清灰效果较好,另一侧清灰效果较差,同时对着气流的一侧由于长时间正对喷吹,滤料的磨损较为严重,因此脉冲阀的安装位置也很重要。

3.3滤筒除尘器的气流分布

为了提高滤筒除尘器的效率,气流分布也是非常重要的,最常见的气体分布有百叶窗式、多孔板、分布格子、槽型钢分布板和栏杆型分布板等。避免入口处滤筒由于风速较高造成对滤料的高磨损区域,距离入口较远的滤筒不能充分利用。采用导流板或者气流分布板就很必要,在除尘器选用多孔气流分布板,这种气流分布方法在静电除尘器中采用很多,在其他除尘器上很少采用,但用于滤筒除尘器则有独特要求,气流分布必须十分稳定和均匀,才有利于气流的上升及粉尘的下降。滤筒表面均匀的过滤风速也是气流分布的一个重要标志,应用中要保证除尘器尽量多的滤筒能够在合理的过滤风速范围内工作,因此,气流分布板在除尘器上起着重要的作用。

4小结

(1)滤筒除尘器除尘效率高,阻力小,节能,入口浓度和过滤风速范围大,处理能力强,具有很广的适应性。同时,滤筒除尘器使用寿命长、投资和维护费用低,相对布局较紧凑,节约空间,便于维护。与袋式除尘器相比,无论是用于脱硫还是普通除尘都具有更广阔的市场前景,应该加以推广。

(2)滤筒除尘器虽然具有很大的优势,但是目前应用还不是很普遍,还有很多技术上的难点需要改进,特别是滤料和清灰系统。随着滤筒除尘器在各个行业的广泛应用,针对不同的物料性质就需要不同的滤料,现有的各种纤维,聚酯,覆膜等滤料已经不能满足需求,因此开发新型、高效的滤料就越来越迫在眉睫。工业用滤筒除尘器体积较大,滤筒也较长较多,如何保证整个滤筒的上、中、下部都能达到较好的清灰效果;工业上滤筒清灰一般是轮流在线清灰,如何使滤筒间的相互影响最小而又不影响除尘效果,这些问题有待我们今后进一步研究。

(本文作者:张一帜,陈海焱,覃金,西南科技大学,湖南工业大学,《能源与环境》2009你那第5期)

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