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高精度過濾陶瓷管除塵器在氣相法白炭黑生產中適用性分析

瀏覽次數: 日期:2016年5月24日 11:34

无广告时时彩计划软件 www.apwoh.icu 摘  要:在氣相法白炭黑生產工藝中,一般用傳統布袋除塵器來進行尾氣凈化,由于布袋過濾效率低而存在產品回收率低、影響副產品鹽酸的質量以及降低后續吸收塔效果等問題。利用高精度陶瓷管除塵器可實現高精度過濾,從而有效解決以上生產中出現的問題,提高生產工藝水平。
關鍵詞: 氣相法白炭黑生產  尾氣凈化  陶瓷管除塵器   

1 氣相法白炭黑生產中用布袋除塵器存在的問題
    在氣相法白炭黑生產工藝中,一般用傳統布袋除塵器來進行尾氣凈化,過濾尾氣中夾帶著少量白炭黑,凈化后的尾氣進入后續的吸收塔,生產副產品鹽酸。然而布袋除塵器受過濾材質的限制,難以實現對微細顆粒的捕集,且濾袋耐腐蝕性能差,容易發生破袋現象,從而導致部分沒有被收集的白炭黑會隨尾氣一起進入尾氣吸收系統,吸水后結塊堵塞管路,一部分白炭黑會粘附在吸收塔填料表面,降低吸收塔的吸收效果,影響系統壓力的穩定,系統壓力波動會影響白炭黑產品的比表、粒徑D50及PH值,另外逃逸的白炭黑會影響副產品鹽酸的純度和質量,同時對工藝生產的穩定性帶來很大風險。因此,市場需要一種能夠代替傳統袋除塵器,且過濾精度更高、技術更先進的除塵過濾設備,來解決以上生產中存在的問題、提高氣相法白炭黑生產工藝水平。
2  陶瓷濾管及陶瓷管除塵器介紹
該陶瓷濾管由豐德公司自主研發,具備完全自主知識產權(見圖1發明專利)。由多元無機復合材料(主要原料為Al2O3纖維)經高溫燒制而成,成品濾管由內部支撐骨架和表層過濾膜組成,是一種具有低阻、耐高溫、高精度過濾、耐酸堿腐蝕的高性能多孔濾料。其當前主要產品規格見表1:

表1  陶瓷濾管產品主要規格

 

 規格

  長度(m)

外徑(mm)

重量(kg)

單管過濾面積(m2)

過濾速度(m/min)

規格一

   2.6

  126

  4.5

        1

     05

規格二

   5.2

  126

  9.0

        2

     05

該陶瓷濾管產品規格受磨具限制,暫時生產以上兩種規格,后期根據市場調整。陶瓷管除塵器就是利用該陶瓷濾管(外形見圖2)作為過濾元件代替傳統濾袋,其設備結構形式以及外觀與常規布袋除塵器類似,清灰原理也相同,只是在清灰周期、用氣量等參數上根據工況作適當調整。

3  陶瓷管除塵器優良特性
     該新型陶瓷管除塵器徹底顛覆了傳統的布袋除塵器所采用的過濾材質,具備以下特性:
3.1 高精度過濾、超低排放
 濾管外表采用無機膜作為氣固分離層,過濾粉體顆粒直徑可由過濾膜孔徑進行控制;為減少穿過濾膜的過細粉體顆粒殘留在支撐體內造成濾管堵塞增加阻力,支撐體由多層組成,從外到內孔徑由小到大,形成梯度孔結構,同時層與層之間無過渡界面,結合充分,不受熱膨脹或外力作用形成應力集中,具有較好的抗熱震性能;圖3為濾管支撐體和濾膜SEM圖片,圖4為濾管濾膜和截面照片。根據不同的粉體過濾要求可以配置相應的濾膜,并且濾孔中位徑可以做到小于1µm,因此該濾管具有較高的過濾精度,粉塵排放濃度可以達到<1mg/Nm3。

3.2 耐高溫運行
  該陶瓷濾管由無機復合材料經高溫燒制而成,與常規濾料相比能適應更高溫度。主要原料是Al2O3纖維,在0~750℃之間的熱膨脹系數小于1.7×10﹣6℃﹣1,支撐體采用一定長徑比的纖維相互交錯搭接而形成的多孔體,并且孔隙率較高,受熱時產生的內應力因材料的孔隙而停止擴展,材料在受熱時因線膨脹系數小而不會發生斷裂,使材料在熱沖擊下不致破壞濾管多孔結構及膜結構。其正常運行溫度可到450度~500度,短時運行溫度可達550度。這種耐高溫特性也就決定了其更廣泛的適用性,能有效解決常見的高溫燒袋、高溫熱變形等難題。
3.3 低阻力運行、高風速過濾
  該陶瓷濾管為表層膜過濾形式,采用非對稱梯度孔結構,濾管空隙率高達75%,可顯著降低過濾阻力,目前已投產的幾個項目凈空阻力 < 150 Pa(過濾風速在2.0m/min左右),運行時過濾壓力降小于常規布袋,在同等風速的條件下阻力更低。經大量試驗并結合已投運案例,該陶瓷濾管除塵器凈空過濾風速可達2m/min以上,甚至更高。負載時,同等阻力下比傳統纖維濾料過濾風速高出數倍。因而采用該濾管的??榛酒?,可適應大風量含塵氣體的除塵要求。
3.4 長使用壽命、可回收
該陶瓷濾管具有良好的耐酸堿性和抗氧化性。管子本身是剛性體,具有良好耐磨性,材料的抗折強度達到8.5~10MPa,可很好應對各類粗細粉塵沖擊。獨特的空隙結構有效防止過濾孔堵塞,延長濾管使用壽命。經試驗,在各種復雜工況下該陶瓷管過濾元件的耐溫、耐腐蝕、耐磨等特性均較常規濾袋要好,因此具備更長使用壽命。濾管破損后,材料可回收再利用,如表面清洗后重新制備成新濾管骨架,或作為工業干燥劑、催化劑骨架、化工填料等。

4 陶瓷管除塵器目前應用情況
該陶瓷管除塵器已投入運行數十臺(套),涵蓋燃煤鍋爐、化工、水泥以及冶金等多個行業,各項運行指標均遠優于同類場合其他傳統除塵過濾工藝。部分案例如下:
4.1 燃煤鍋爐尾氣凈化。福建永恒能源集團山東達利食品公司20噸鍋爐煙氣除塵,煙氣參數及要求:入口溫度≤200℃,入口粉塵濃度10 g/Nm3,處理風量為60000 m3/h,排放濃度要求<1mg/Nm3,收塵器阻力≤1500pa。設備參數:濾管規格126x2600 mm,管數840根,總過濾面積為840 m2,凈過濾風速1.43 m/min。
4.2 烏海市烏達工業園有機硅生產線尾氣凈化工程。煙氣參數及要求:氣體溫度70~200℃,粉塵主要為SiO2微粉,密度為0.25 Kg/m3,并含有少量的NH4、銅粉,入口粉塵濃度≤50 mg/Nm3,出口排放濃度<1 mg/Nm3,處理風量12000 m3/h,收塵器阻力≤2000 Pa。設備參數:濾管規格126x2600 mm,總過濾面積為160 m2,凈過濾風速為1.67 m/min;設備于2016年3投產運行。
4.3 中鹽紅四方集團精細化工項目。陶瓷管除塵器用于焦亞硫酸鈉生產線的原料凈化中,該節點氣體溫度為70~80℃,氣體主要成份為SO2,并含有一定量的水分,粉塵入口濃度﹥10 mg/m3,主要為硫鐵礦微粉,處理氣量13000~15000 m3/h;濾管規格126x2600 mm,總過濾面積85 m2,過濾風速2.55~2.94 m/min;經2016年2月25日現場測試:入口濃度:>10 mg/m3;氣體溫度:78℃;出口排放濃度:最高141μg/m3,平均為130μg/m3 。 通過對收集下來的粉塵進行粒徑分析(見圖5),粒徑位于2.5μm以下占80%左右,正是靜電除塵或水除塵技術過濾后的殘余粉塵,真正實現了高精度過濾。

5 陶瓷管除塵器在氣相法白炭黑生產中適用性分析
    氣相法白炭黑主要成分為二氧化硅白色超細粒子,其粒徑小、比表面積大、粘附性強,陶瓷管除塵器過濾精度遠大于布袋除塵器,因此可大大提高對尾氣中白炭黑的捕集率,陶瓷管表面無機膜光滑易清灰,可有效避免白炭黑吸水結塊而粘附在濾袋上導致糊袋、阻力增加等現象。陶瓷管本身為無機材質,具備良好的耐酸堿腐蝕功能,在該生產工藝中,可應對鹽酸腐蝕,增加設備正常運行壽命和工藝穩定性。超凈過濾后的尾氣也有利用提高后續副產品鹽酸的純度和質量,提高吸收塔運行效率和穩定性。因此,在氣相法白炭黑生產中,傳統布袋除塵器受濾袋材質限制,其弊端明顯,使用陶瓷管除塵器將會極大提高除塵過濾精度、提升整個生產工藝水平。此外,陶瓷管除塵器在各類精細化工工藝中,可對各種超細粉塵和雜質高精度過濾,實現對煙氣或后續產品的凈化和提純。

 
參考文獻:
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[3]盧鑫, 馬艷, 白皓, 等. 高溫下粉塵在多孔介質中的分布試驗研究[J].內蒙古大學學報, 2010, 29(3): 203-206.
[4] 王德富. 多孔陶瓷過濾元件在水泥窯窯頭廢氣處理近零排放應用試驗[J].水泥 ,2016.2

作者簡介及聯系方式:
周萬畝(碩士研究生、高級工程師、注冊環保工程師、1982-)
研究方向:常規電除塵、袋除塵、電袋復合除塵、高溫陶瓷管除塵技術
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