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高精度过滤陶瓷管除尘器在焦亚硫酸钠生产中的应用

浏览次数: 日期:2016年5月24日 11:29

摘  要:焦亚硫酸钠传统湿法工艺生产中,用传统袋除尘器难以将烟气中杂质过滤干净,严重影响产品纯度。利用陶瓷管除尘器可实现高精度过滤,从而大大提高产品的纯度和市场价值。
关键词: 焦亚硫酸钠生产  纯度  高精度过滤  陶瓷管除尘器   

1 焦亚硫酸钠传统生产工艺中存在的问题
     焦亚硫酸钠以硫磺为原料的传统湿法生产工艺主要流程是,首先将硫磺粉碎成粉末,用压缩空气送至烧炉,硫磺在600~800℃自燃生成SO2,空气加入量是理论量的2倍左右,SO2的浓度在10%~13%,然后经冷却除尘和过滤系统,除去SO2中的升华硫和其他杂质,并冷却至50℃,而后通入串联反应器(主要成分亚硫酸钠),经过三级反应器最终生成焦亚硫酸钠结晶。
在过滤除尘环节,由于烧炉出口的SO2气体夹带的杂质粒径非常小,传统袋除尘很难将杂质处理干净,使得成品焦亚硫酸钠中常含有黑色的杂质,严重影响产品纯度的提高。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。
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 陶瓷管除尘器在焦亚硫酸钠生产中的应用案例介绍
     该陶瓷管除尘器目前已成功应用在中盐安徽红四方公司的焦亚硫酸钠生产中,其主要设备型号和参数见表2:

 

 序 号

名    称

参    数

1

技术提供

合肥dafabet

2

规格与型号

FDLP-85

3

陶瓷管数量

85

4

陶瓷管规格(直径、长度

Φ126X2600(mm)

5

过滤面积

85m2

6

处理风量

13000~15000m3/h

7

进风温度

400℃

8

过滤风速

3.0m/min

9

入口含尘浓度

80g/m3

10

出口含尘浓度

5mg/m3

11

除尘效率

99.99%

12

设备阻力

1700Pa

13

耐压强度

≤+70000 Pa

14

压缩空气压力

0.3~0.5MPa

15

压缩空气耗气量

0.10Nm3/min

16

脉冲阀数量、规格

11只  G1"

17

进出风口形式

灰斗进风,顶部出风

18

壳体材质

S304不锈钢

该陶瓷管除尘器(见图5)已投运近一年,经2016年2月25日现场监测: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,目前该设备运行良好,该公司目前正与我方洽谈另一生产线的除尘改造。

5 小结
     新型陶瓷管除尘器改变了焦亚硫酸钠传统湿法生产中使用袋除尘的工艺,极大提高了最终产品的纯度和市场价值,其高精度过滤特性决定了在化工行业类似的精细化工场合拥有广阔的应用空间,其耐高温、低阻力、寿命长等特性更是比传统袋除尘器应用更广泛。陶瓷管除尘器不仅适用工业除尘场合,也非常适用在各种需要对烟气中粉尘、杂质进行高精度过滤的地方。具有突出的环境价值、经济价值和社会价值,值得大力推广。

参考文献:
[1] 周飚, 戴如康, 等. 焦亚硫酸钠生产工艺的改进与提高[J].硫酸工业, 2006, (4): 30-32.
[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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