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高精度过滤陶瓷管除尘器在气相法白炭黑生产中适用性分析

浏览次数: 日期:2016年5月24日 11:34

摘  要:在气相法白炭黑生产工艺中,一般用传统布袋除尘器来进行尾气净化,由于布袋过滤效率低而存在产品回收率低、影响副产品盐酸的质量以及降低后续吸收塔效果等问题。利用高精度陶瓷管除尘器可实现高精度过滤,从而有效解决以上生产中出现的问题,提高生产工艺水平。
关键词: 气相法白炭黑生产  尾气净化  陶瓷管除尘器   

1 气相法白炭黑生产中用布袋除尘器存在的问题
    在气相法白炭黑生产工艺中,一般用传统布袋除尘器来进行尾气净化,过滤尾气中夹带着少量白炭黑,净化后的尾气进入后续的吸收塔,生产副产品盐酸。然而布袋除尘器受过滤材质的限制,难以实现对微细颗粒的捕集,且滤袋耐腐蚀性能差,容易发生破袋现象,从而导致部分没有被收集的白炭黑会随尾气一起进入尾气吸收系统,吸水后结块堵塞管路,一部分白炭黑会粘附在吸收塔填料表面,降低吸收塔的吸收效果,影响系统压力的稳定,系统压力波动会影响白炭黑产品的比表、粒径D50及PH值,另外逃逸的白炭黑会影响副产品盐酸的纯度和质量,同时对工艺生产的稳定性带来很大风险。因此,市场需要一种能够代替传统袋除尘器,且过滤精度更高、技术更先进的除尘过滤设备,来解决以上生产中存在的问题、提高气相法白炭黑生产工艺水平。
2  陶瓷滤管及陶瓷管除尘器介绍
该陶瓷滤管由dafabet公司自主研发,具备完全自主知识产权(见图1发明专利)。由多元无机复合材料(主要原料为Al2O3纤维)经高温烧制而成,成品滤管由内部支撑骨架和表层过滤膜组成,是一种具有低阻、耐高温、高精度过滤、耐酸碱腐蚀的高性能多孔滤料。其当前主要产品规格见表1:

表1  陶瓷滤管产品主要规格

 

 规格

  长度(m)

外径(mm)

重量(kg)

单管过滤面积(m2)

过滤速度(m/min)

规格一

   2.6

  126

  4.5

        1

     05

规格二

   5.2

  126

  9.0

        2

     05

该陶瓷滤管产品规格受磨具限制,暂时生产以上两种规格,后期根据市场调整。陶瓷管除尘器就是利用该陶瓷滤管(外形见图2)作为过滤元件代替传统滤袋,其设备结构形式以及外观与常规布袋除尘器类似,清灰原理也相同,只是在清灰周期、用气量等参数上根据工况作适当调整。

3  陶瓷管除尘器优良特性
     该新型陶瓷管除尘器彻底颠覆了传统的布袋除尘器所采用的过滤材质,具备以下特性:
3.1 高精度过滤、超低排放
 滤管外表采用无机膜作为气固分离层,过滤粉体颗粒直径可由过滤膜孔径进行控制;为减少穿过滤膜的过细粉体颗粒残留在支撑体内造成滤管堵塞增加阻力,支撑体由多层组成,从外到内孔径由小到大,形成梯度孔结构,同时层与层之间无过渡界面,结合充分,不受热膨胀或外力作用形成应力集中,具有较好的抗热震性能;图3为滤管支撑体和滤膜SEM图片,图4为滤管滤膜和截面照片。根据不同的粉体过滤要求可以配置相应的滤膜,并且滤孔中位径可以做到小于1µm,因此该滤管具有较高的过滤精度,粉尘排放浓度可以达到<1mg/Nm3。

3.2 耐高温运行
  该陶瓷滤管由无机复合材料经高温烧制而成,与常规滤料相比能适应更高温度。主要原料是Al2O3纤维,在0~750℃之间的热膨胀系数小于1.7×10﹣6℃﹣1,支撑体采用一定长径比的纤维相互交错搭接而形成的多孔体,并且孔隙率较高,受热时产生的内应力因材料的孔隙而停止扩展,材料在受热时因线膨胀系数小而不会发生断裂,使材料在热冲击下不致破坏滤管多孔结构及膜结构。其正常运行温度可到450度~500度,短时运行温度可达550度。这种耐高温特性也就决定了其更广泛的适用性,能有效解决常见的高温烧袋、高温热变形等难题。
3.3 低阻力运行、高风速过滤
  该陶瓷滤管为表层膜过滤形式,采用非对称梯度孔结构,滤管空隙率高达75%,可显著降低过滤阻力,目前已投产的几个项目净空阻力 < 150 Pa(过滤风速在2.0m/min左右),运行时过滤压力降小于常规布袋,在同等风速的条件下阻力更低。经大量试验并结合已投运案例,该陶瓷滤管除尘器净空过滤风速可达2m/min以上,甚至更高。负载时,同等阻力下比传统纤维滤料过滤风速高出数倍。因而采用该滤管的模块化除尘器,可适应大风量含尘气体的除尘要求。
3.4 长使用寿命、可回收
该陶瓷滤管具有良好的耐酸碱性和抗氧化性。管子本身是刚性体,具有良好耐磨性,材料的抗折强度达到8.5~10MPa,可很好应对各类粗细粉尘冲击。独特的空隙结构有效防止过滤孔堵塞,延长滤管使用寿命。经试验,在各种复杂工况下该陶瓷管过滤元件的耐温、耐腐蚀、耐磨等特性均较常规滤袋要好,因此具备更长使用寿命。滤管破损后,材料可回收再利用,如表面清洗后重新制备成新滤管骨架,或作为工业干燥剂、催化剂骨架、化工填料等。

4 陶瓷管除尘器目前应用情况
该陶瓷管除尘器已投入运行数十台(套),涵盖燃煤锅炉、化工、水泥以及冶金等多个行业,各项运行指标均远优于同类场合其他传统除尘过滤工艺。部分案例如下:
4.1 燃煤锅炉尾气净化。福建永恒能源集团山东达利食品公司20吨锅炉烟气除尘,烟气参数及要求:入口温度≤200℃,入口粉尘浓度10 g/Nm3,处理风量为60000 m3/h,排放浓度要求<1mg/Nm3,收尘器阻力≤1500pa。设备参数:滤管规格126x2600 mm,管数840根,总过滤面积为840 m2,净过滤风速1.43 m/min。
4.2 乌海市乌达工业园有机硅生产线尾气净化工程。烟气参数及要求:气体温度70~200℃,粉尘主要为SiO2微粉,密度为0.25 Kg/m3,并含有少量的NH4、铜粉,入口粉尘浓度≤50 mg/Nm3,出口排放浓度<1 mg/Nm3,处理风量12000 m3/h,收尘器阻力≤2000 Pa。设备参数:滤管规格126x2600 mm,总过滤面积为160 m2,净过滤风速为1.67 m/min;设备于2016年3投产运行。
4.3 中盐红四方集团精细化工项目。陶瓷管除尘器用于焦亚硫酸钠生产线的原料净化中,该节点气体温度为70~80℃,气体主要成份为SO2,并含有一定量的水分,粉尘入口浓度﹥10 mg/m3,主要为硫铁矿微粉,处理气量13000~15000 m3/h;滤管规格126x2600 mm,总过滤面积85 m2,过滤风速2.55~2.94 m/min;经2016年2月25日现场测试:入口浓度:>10 mg/m3;气体温度:78℃;出口排放浓度:最高141μg/m3,平均为130μg/m3 。 通过对收集下来的粉尘进行粒径分析(见图5),粒径位于2.5μm以下占80%左右,正是静电除尘或水除尘技术过滤后的残余粉尘,真正实现了高精度过滤。

5 陶瓷管除尘器在气相法白炭黑生产中适用性分析
    气相法白炭黑主要成分为二氧化硅白色超细粒子,其粒径小、比表面积大、粘附性强,陶瓷管除尘器过滤精度远大于布袋除尘器,因此可大大提高对尾气中白炭黑的捕集率,陶瓷管表面无机膜光滑易清灰,可有效避免白炭黑吸水结块而粘附在滤袋上导致糊袋、阻力增加等现象。陶瓷管本身为无机材质,具备良好的耐酸碱腐蚀功能,在该生产工艺中,可应对盐酸腐蚀,增加设备正常运行寿命和工艺稳定性。超净过滤后的尾气也有利用提高后续副产品盐酸的纯度和质量,提高吸收塔运行效率和稳定性。因此,在气相法白炭黑生产中,传统布袋除尘器受滤袋材质限制,其弊端明显,使用陶瓷管除尘器将会极大提高除尘过滤精度、提升整个生产工艺水平。此外,陶瓷管除尘器在各类精细化工工艺中,可对各种超细粉尘和杂质高精度过滤,实现对烟气或后续产品的净化和提纯。

 
参考文献:
[1] 李政法,杨晓春,等.布袋除尘器在气相法白炭黑生产中的应用[J].广州化工,2011.20
[2] 王耀明, 薛友祥, 孟宪谦, 等. 孔梯度陶瓷纤维复合膜管的性能研究[J].陶瓷, 2006, (10): 35-38.
[3]卢鑫, 马艳, 白皓, 等. 高温下粉尘在多孔介质中的分布试验研究[J].内蒙古大学学报, 2010, 29(3): 203-206.
[4] 王德富. 多孔陶瓷过滤元件在水泥窑窑头废气处理近零排放应用试验[J].水泥 ,2016.2

作者简介及联系方式:
周万亩(硕士研究生、高级工程师、注册环保工程师、1982-)
研究方向:常规电除尘、袋除尘、电袋复合除尘、高温陶瓷管除尘技术
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