顆粒床高溫除塵器的研究及應用

黃 偉，張麗娜，李真西，劉吉普

（湖南應用技術學院，湖南常德415000）

顆粒床高溫除塵器的研究及應用

黃 偉，張麗娜，李真西，劉吉普

（湖南應用技術學院，湖南常德415000）

顆粒床高溫除塵器主要由除塵器本體、顆粒濾料和清灰機構三部分組成，可利用深層和表層捕捉微細粉塵。顆粒床高溫除塵器具有除塵效率高、濾料廉價、不燃不爆、過濾能力不受粉塵比電阻影響、耐高溫腐蝕、抗沖擊磨損等優點。可采用空氣或水與熱交換器進行熱交換，回收高溫煙氣能量，是一種理想的高溫煙氣凈化設備。

顆粒床；高溫煙氣；除塵器；凈化；研究

我國工業尚處在重化工業快速發展的階段，電力、建材、鋼鐵等原材料、能源行業污染嚴重，在所有大氣污染物中，工業煙塵所占的比重很大。工業煙塵不僅破壞自然環境、危害人類的健康，而且造成大量的資源浪費，因此必須予以處理[1]。除塵器是一種重要的環境保護設備，但是在應用的過程中，常用除塵器存在一定的弊端，如它只能處理經過降溫后的高溫煙塵，這必然造成能源的浪費。而現有的高溫除塵器則運行不夠穩定、經濟效益不高，且都對細粉塵的捕集效率低[2]。

顆粒床高溫除塵器相比傳統除塵器優勢明顯，其除塵效率高、所用濾料廉價、耐高溫腐蝕、抗沖擊磨損，由于高溫煙氣不需降溫，故可將高溫煙氣能量回收，是一種理想的高溫煙氣凈化設備[3，4]。

本文介紹了顆粒床除塵機理和開發的顆粒床高溫除塵器結構，并介紹了將此顆粒床高溫除塵器應用于處理某窯爐排出的高溫煙氣的工藝流程。

1 顆粒床除塵的工作原理

1.1 顆粒床的除塵機理

如圖1所示，顆粒床除塵的過濾層是由物理和化學性質均非常穩定的固體顆粒組成，要保證其除塵效率，必須采用固定床過濾，即使含塵氣體由上而下穿過顆粒床過濾層后經篩板流出，顆粒床過濾層過濾出含塵氣體中的粉塵而使其轉變成凈化氣體。

當含塵流體流經顆粒床過濾層時（見圖1 b），流線發生偏折。

圖1 顆粒床過濾層工作示意圖

此時，較大的塵粒由于“慣性碰撞”效應偏離流線撞到捕集體上，部分細塵粒則仍然隨流線而運動。若塵粒的半徑大于流線到過濾介質顆粒表面的距離時，塵粒被“直接攔截”。更細微的塵粒在“布朗擴散”作用下，也可能撞到過濾介質顆粒。若有外力場存在時，塵粒還會因“重力沉降”、“靜電吸引”、“熱遷移”、“倫敦一范德華引力沉積”等作用而沉積[4]。

分析顆粒床過濾層內部粉塵分布情況可知，粉塵主要分布在第1層和第2層。這是因為剛開始時，濾層捕集粉塵能力比較強。隨著濾層捕集的粉塵逐漸增加，粉塵逐步填充顆粒床間隙，顆粒床濾層的空隙趨于飽和，捕捉粉塵能力下降，氣流中的粉塵與顆粒床內的濾層處于一種相對平衡狀態，此時表層被捕捉的粉塵開始充當“過濾介質”，依靠顆粒床粉塵形成的過濾介質進行自過濾[4]。

在設計時，過濾介質粒徑、過濾速度、過濾層厚度這三者對除塵效率和床層壓力差起著相互關聯的作用，須根據實際情況設定過濾速度、床層壓降（過濾層厚度）和反吹周期，以保證獲得較高的過濾效率[5]。

1.2 反吹清灰機理

當顆粒床除塵器的顆粒過濾層隨著過濾時間的增加，濾料對粉塵的捕集增多會導致壓降升高，除塵效率急劇降低。為了使顆粒過濾層能夠連續運行，必須進行清灰。設計的反吹清灰，是讓反吹氣流由下而上經篩板進入顆粒過濾層，當反吹風速增大到一定時，使全部顆粒處于懸浮狀態。當反吹風速略大于顆粒臨界流化速度而小于顆粒的終端速度，整個顆粒床料面產生鼓泡，顆粒激烈地上下攪動呈流態化，通過對粉塵產生揚析和夾帶出去，而實現快速清灰。

2 顆粒床高溫除塵器結構

顆粒床高溫除塵器的結構如圖2所示，主要由除塵器本體、顆粒濾料和清灰機構三部分組成。

圖2 顆粒床高溫除塵器的結構

2.1 除塵器本體

除塵器本體由含塵氣流入口1，顆粒過濾室2，沉降室3，篩板4，顆粒過濾床5，灰斗6，循環口7，攪拌機8，反吹風口9，潔凈氣出口10，閥門11，隔板12組成，主要用于填裝顆粒濾料，是維持濾料處于某種過濾狀態的容器。

含塵煙氣溫度較高，一般在370℃左右，這會導致除塵器內部相關金屬結構件出現較大變形。故本體通常采用耐熱鋼制造并進行保溫。

2.2 顆粒濾料

顆粒濾料又稱過濾介質，是起過濾作用的主體。考慮所處環境特點，顆粒料均要求耐磨、耐腐蝕、耐高溫。

可用作顆粒床高溫除塵器的濾料很多，一般選擇含二氧化硅99%以上的石英砂，它具有很高的耐磨性，在300～400℃溫度下可長期使用，化學穩定性好，價格便宜。

2.3 除塵器清灰機構

為保證較高的過濾效率，顆粒床高溫除塵器采取反吹清灰方式，即當床層壓降達到一定的之后即進行反吹，并優化反吹清灰的寬度。

在顆粒床高溫除塵器出口設一臺可控噴水的雙軸攪拌機，使卸干灰變成半干半濕的灰團，解決排灰和運輸過程的二次揚塵問題。

2.4 顆粒床高溫除塵器工作過程

顆粒床高溫除塵器的工作過程（見圖2）為：含塵氣體由顆粒床高溫除塵器進氣口1進入，粗塵在沉降室3中沉降。細粒徑塵經過顆粒過濾室2自上而下穿過顆粒濾床5（見圖1 a），經過凈化后的氣體經潔凈氣出口10排入大氣。清灰時，通過閥門11開啟反吹風口9的側孔，反吹氣流由下而上經篩板4進入顆粒過濾床5（見圖1 b），使顆粒上下劇烈翻騰呈流化態，使過濾時沉積在顆粒過濾床5內的粉塵被反吹氣流帶到沉降室3（見圖2）。粗塵沉降進入灰斗6，剩余粉塵隨氣流則再次進入其他顆粒過濾室2凈化。同時沉降室3內部分攜帶懸浮粉塵的煙氣，分流進入旋風除塵器，經旋風除塵器分離出粉塵后，經換熱器、風機返回顆粒床除塵器，再次進行上述過程。

3 顆粒床高溫除塵器的應用

某廠有一冶煉回收廢鋁的窯爐，生產時排出10 000 m3/h、400℃、含有800 mg/m3左右粉塵的煙氣，不僅嚴重影響周圍環境，而且造成大量的資源浪費，必須予以處理。但常用的布袋除塵器和濕法除塵器存在一定的弊端，因而選用了顆粒床高溫除塵器。

處理該冶煉回收廢鋁窯爐高溫煙氣的顆粒床高溫除塵器的工藝流程如圖3所示。

圖3 顆粒床高溫除塵器應用的工藝流程

窯爐1產生的含塵高溫煙氣進入顆粒床除塵器5，經過濾室從上而下穿過由石英砂濾料組成的顆粒過濾層，粉塵被顆粒過濾層攔截，凈化后的煙氣經切換閥7經余熱交換器8進行熱交換后，再經由引風機9、煙囪10排入大氣。

隨著過濾時間的增加，石英砂濾料對粉塵的捕集增多，顆粒過濾層空隙率減小導致壓降升高，此時切換閥7動作開啟反吹風口的側孔，反吹風機6將凈化后的煙氣反吹入顆粒床除塵器5，反吹氣流由下而上經篩板進入顆粒過濾層，使沉積在石英砂顆粒過濾層的粉塵被反吹氣流揚析，該顆粒過濾層獲得再生。

沉降室內部分攜帶懸浮粉塵的煙氣，分流進入旋風除塵器3，該股煙氣經旋風除塵器分離出粉塵后，經換熱器2、風機4返回顆粒床除塵器5，再次進行上述過程。

在工藝過程中，采用空氣經換熱器2和余熱交換器8與煙氣進行熱交換，加熱后的空氣被鼓風機吹入冶煉回收廢鋁窯爐。

該廠冶煉回收廢鋁窯爐安裝顆粒床除塵器后，排出煙氣中粉塵的含量降為30 mg/m3以下，達到了該地區排放的標準；回收熱量煙氣溫度降為100℃左右；能耗也得到了降低，達到了節能的目的。

4 結束語

顆粒床高溫除塵器在某冶煉回收廢鋁窯爐的應用表明，顆粒床高溫除塵器相比傳統除塵器優勢明顯，不僅具有除塵效率高、濾料廉價、不燃不爆、設備投資費用低等優點，且能充分利用高溫煙氣的余熱達到節能的目的，是一種理想的高溫煙氣凈化設備。

[1]張會君，盧徐勝．控制PM2.5的除塵技術概述[J]．中國環保產業，2012，29（5）：32-37.

[2]向曉東．現代除塵理論與技術[M]．北京：冶金工業出版社，2004.

[3]徐延相，章利特，辛楊．高溫高壓氣體除塵新概念[J]．西安交通大學學報，2004，38（7）：690-692．

[4]秦紅霞，何鵬．常溫下固體顆粒床過濾除塵技術[J]．北京科技大學學報，2006，28（8）：771-773．

[5]寇麗，王助良．固定床顆粒床除塵實驗研究[J]．鄭州輕工業學院學報，2008，23（04）：77-79．

[6]趙建濤，黃戒介，吳晉滬，等.氣固錯流移動顆粒床過濾器除塵效率[J].化工學報，2004，55（5）：721-726.

Research and App lication of High Tem perature DustCollector in Granular Bed

HUANGWei，ZHANG Li-na，LIZhen-xi，LIU Ji-pu
（Hunan Institute of Applied Technology，Changde Hunan 415000，China）

The granular bed high-temperature dust collector is mainly composed of granular filter material，dust filter body and soot cleaning mechanism，which can use the deep and surface to capture fine dust.The particle bed high temperature dust collector has the advantages of high dust removal efficiency，cheap filtering material，non-burning，filtration capacity not affected by dust ratio resistance，high temperature corrosion，impact erosion and so on.It can use air or water and heat exchanger to heat exchange，recover high temperature flue gas energy，is an ideal high temperature flue gas purification equipment.

granular bed；high temperature flue gas；dust collector；purification；research

TE992.1

A

1672-545X（2017）04-0081-03

2017-01-07

項目資金：湖南省教育廳（14C0768）和湖南應用技術學院（XYBK2014001）資助

黃偉（1984-），男，湖南常德人，碩士，講師，主要從事節能與環保技術研究。