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LP陶瓷过滤元件在水泥窑窑头废气处理近零排放应用研究

浏览次数: 日期:2016年4月10日 17:01

 LP陶瓷过滤元件在水泥窑窑头废气处理近零排放应用研究

合肥dafabet股份有限公司   王德富 

【关键词】LP陶瓷过滤元件,窑头废气处理,废气粉尘近零排放

一、前言

目前水泥窑窑头废气处理采用静电除尘器和布袋除尘器,由于静电除尘器在使用过程中窑头废气温度有时出现过高造成极板变形,导致电压无法提升,粉尘排放浓度超出国家标准;近年来随着环保理念的提升和粉尘排放标准的提高,要求静电除尘器改造成布袋除尘器,降低水泥马云对环境的污染;由于布袋除尘器采用有机物制成的耐高温滤料,承受温度一般为200~250度,超过250度,滤料被加速氧化损坏;目前采用在布袋除尘器前配置多管冷却器进行空气强制冷却,或在进口管道上装设水喷淋系统进行冷却,避免出现烧袋现象。采用布袋除尘器废气粉尘排放近期可以达到目前的国家排放标准,但随着环保的要求越来越高,如要进一步提高粉尘排放标准,目前的布袋过滤能否达到更高的排放标准存在技术瓶颈,需进一步研究开发,而LP陶瓷过滤元件完全可以胜任该环境的废气粉尘处理,排放浓度可以做到<1mg/m3近零排放。

二、LP陶瓷过滤元件特性

LP是多孔陶瓷过滤元件,采用陶瓷材料烧结而成,具有以下特性:

(1) 可以承受较高的温度,正常运行温度可以450度~500度,短时运行温度可达550度;

(2) 滤管具有多层梯度孔结构,如图1、图2所示,支撑体由三层组成,从外到内孔径由小到大,层与层之间结合充分,外表采用无机膜作为分离层,尽可能减少穿过过滤膜的粉体颗粒残留在支撑体内,有效防止过滤孔堵塞增加阻力,延长滤管使用寿命;

 

图1  滤膜和截面照片         图2  支撑体和膜孔结构的SEM图  

过滤元件采用无机材料制成的过滤膜进行外滤式气固分离,滤孔可以小于1µm,具有较高的过滤精度,粉尘排放浓度可以达到<1mg/m3;

(3) 滤管空隙率高达75%,净空阻力为150 Pa左右(风速1m/min),运行时过滤压力降与布袋相近,在同等风速的条件下阻力更低;

(4) 过滤元件为刚性体,表面具有较高的硬度,具有良好耐磨性;

(5) 过滤元件为陶瓷制品,具有良好的耐酸碱性,良好的抗氧化性,可以适用于水泥窑烟气环境。

滤管外形如图2所示,高温陶瓷纤维过滤元件技术参数如表1所示。

 

         图2  LP滤管外形照片

表1  LP陶瓷过滤元件技术参数表

序号
 

名称
 

单位
 

数值

1
 

滤管长度
 

mm
 

2600

2
 

滤管外径
 

mm
 

125

3
 

滤管内径
 

mm
 

110

4
 

滤管重量
 

kg
 

4.5

5
 

过滤面积
 

m2
 

1

6
 

过滤效率
 

%
 

>99.95

7
 

过滤风速
 

m/min
 

<3

由于LP滤管具备耐高温冲击,对酸碱及其他有机物等形成的腐蚀具有较强保护;对废气中粉体的过滤效率可以达到99.9%以上,保证净气中的粉尘含量低于1mg/m3,达到净化废气的目的。

三、 LP陶瓷过滤元件在水泥窑头废气粉尘过滤应用试验

LP陶瓷过滤元件在江苏溧阳金峰水泥有限公司5号窑日产2500吨熟料生产线窑头进行应用试验,安装位置位于冷却机中部出口,进余热锅炉沉降室前引风管上分流出一部分气体进人试验装置,该试验装置配置及参数如表2所示:

表2  LP试验系统配置及参数

序号
 

名称
 

单位
 

数量

1
 

处理风量
 

m3/h
 

7200

2
 

运行温度
 


 

<550

3
 

LP陶瓷过滤元件
 


 

44

4
 

过滤风速
 

m/min
 

1.5~2.7

5
 

系统阻力
 

Pa
 

<2000

6
 

清灰方式
 

在线式

7
 

清灰压缩气压力
 

MPa
 

0.4~0.6

该设备现场照片及运行瞬时流程图如图3所示。

 

图3  现场安装照片及运行流程图

试验装置于2012年12月进行安装,2013年3月投入试验,运行一年多来效果较好,过滤风速在1.4~2.2m/min正常运行,粉尘排放浓度<400µg/m3,运行阻力<1400Pa ,运行环境温度在300~500度。

1) 系统运行阻力

该设备运行一年多来,运行稳定,图4为2015年4月16日至5月2日的运行阻力曲线,蓝色线为系统阻力(Pa),过滤风速在1.4~2.2m/min,在线清灰,压缩空气喷吹间隔时间40分钟。系统阻力低于1300Pa。

图4  运行阻力曲线

2)运行废气温度

废气温度受冷却机内熟料、冷却风量等因素影响波动较大,一般温度在300~450℃范围内,特殊情况温度高达550℃,图5为2015年2月8日至10日记录的温度曲线,最高点为515℃。LP滤管经过一年多的运行,经受住大范围的温度波动冲击和热震,以及冷态压缩气体的喷吹,没有出现滤管破损或断裂。

 

                                图5 2月9日运行环境温度

3)废气粉尘排放浓度

废气粉尘排放浓度经过几次检测都小于400µg/m3,图6为2015年6月23日针对LP过滤风速1.92m3/min条件下进行PM2.5档、PM10档、和全分析档排放浓度检测(纵坐标单位µg/m3)。

图6 废气粉尘排放浓度曲线

4)收集粉体粒度分布

针对LP滤管与布袋收集的粉体进行粒度分布对比分析,图7为经过LP滤管过滤后的收集粉尘的粒度分布曲线,图8为在同一生产线经过沉降室、余热锅炉、布袋除尘器收集的粉体粒度分布曲线,从图中看出由于窑头废气中超细粉尘含量整体较少,大部分集中在10~90µm之间,特征参数如表3所示, LP过滤收集的与布袋收集的粉体中位径很接近,都在28µm左右,

图7  LP滤管过滤收集粉体粒度分布图               图8  布袋过滤收集粉体粒度分布图

表3 粉尘粒度分布对比表

名称
 

布袋收集
 

LP滤管收集

中位径µm(累积量50%)
 

28.151
 

27.176

小于1µm粉体累积%
 

1.753
 

3.835

小于2.5µm粉体累积%
 

4.172
 

8.570

小于10µm粉体累积%
 

13.857
 

20.077

布袋过滤后废气粉尘排放浓度控制在30mg/m3,LP滤管过滤后废气粉尘排放浓度<0.4mg/m3,粉尘排放量减少近99%,并且LP过滤收集的粉体粒度远比布袋过滤收集的粉体粒度要细,排放废气中PM1.0粉尘比布袋减少118.8%、PM2.5减少105.4%、PM10减少44.9%,其中PM1减少量最大,因此通过LP过滤窑头废气不但粉尘排放浓度远低于国家标准,而且能够大大降低PM2.5的粉尘对大气的影响,为改善环境起到应有的作用。

5)运行后滤管特征

LP滤管经过一年多的运行,滤管外表如图9所示,残留少部分的粉体不能完全清理,滤管阻力基数适当抬高,原始干净滤管净空在风速1m/min时阻力为150~180Pa,运行半年和一年后抽出滤管进行阻力测试,测试条件为在净空风速1m/min:结果见表4。

图9  滤管运行一年后照片照片

表4  滤管净空阻力测试

序号
 

运行时间
 

滤管阻力(Pa)
 

相对增加阻力(Pa)

1
 

投运前
 

150~180
 

2
 

6个月
 

480
 

300

3
 

12个月
 

500
 

20

运行6个月阻力提高300Pa左右,运行12个月相对增加阻力20Pa,说明滤管前期本体阻力增加较快较多,后续增加的阻力较小,因此LP滤管的长期运行阻力增加不是很明显,在该环境下可以长期稳定运行。

四、 结束语

LP陶瓷过滤元件在水泥马云的应用试验,经过近两年的长期运行,各项性能指标达到预期目标并稳定运行;LP滤管可以应用于水泥马云窑头废气处理(包括新建或改造),并可安装在余热锅炉沉降室前,取消现有配置的沉降室、多管冷却器或喷水系统,简化废气处理工艺,净化进入锅炉的气体,提高锅炉的热效率及延长锅炉维修周期;尤其是废气粉尘排放浓度远低于国家排放标准,可以做到<1mg/m3,粉尘排放总量比国家标准降低近99%,大大减少水泥马云排放的废气对大气PM2.5的影响,做到近零排放,保证在很长时间内都能满足废气粉尘浓度排放标准的提高。

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王德富    邮编:230051

电话:0551-62798866    15375308866    邮箱:defuwang@vip.163.com

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