除尘器

氧化铝粉尘在布袋除尘器过滤介质上沉积规律

作者:现场报码,2017开奖记录开奖结果    来源:www.    发布时间:2019-04-09 15:38:06

摘要:以氧化铝粉尘为介质,对氧化铝在布袋除尘器过滤面上的沉积规律进行了研究。通过间接方法,主要研究了布袋长度对氧化铝粉尘层在布袋上沉积规律的影响,推导了粉尘层厚度垂直分布模型及过滤压降模型,可为布袋除尘器设计提供依据。

关键词:布袋除尘器;氧化铝;过滤;沉积层;压降;模型

在电解氧化铝行业,普遍使用布袋除尘器对铝电解烟气进行过滤。过滤时,布袋上形成的氧化铝粉尘层对净化具有重要影响,粉尘层不但可以过滤细小粉尘,而且具有类似固定床反应器除氟的作用。随着国内外环保要求的提高,传统的净化技术不断改进。在铝电解烟气净化系统中,处于领先水平的有法国的ALSTOM公司和SOLIOS公司等。这些厂家对包括布袋除尘器在内的除尘设备不断进行研究并改进,使净化指标不断降低,氟化物量不大于0.8mg/m3(标准状态),而国内氟化物排放指标在3~15mg/m3(标准状态)。究其差距的根本原因,是因为国内大部分用于电解铝烟气净化的布袋除尘器是在国外早期设备基础上进行适当改变而成,没有基础研究数据和经验规律可参考。为了提高国内除尘器的净化效率且尽量减小阻力损失,必须对该类布袋除尘器进行基础理论研究,为工程设计和工艺操作提供理论参考依据。

对布袋除尘器有两大要求,即节能和减排。操作中,既要保存可接收的压降,又得达到排放标准。这些指标极其依赖于粉尘层的厚度及均匀分布程度。国内外对于过滤粉尘层形成规律及脉冲喷吹清灰规律研究很多。大多数研究者用一维模型描述了粉尘层形成规律,并关联了与压降的关系。另外一些研究者考虑了粉尘层分布的不均匀性,用概率模型模拟了粉尘层形成及清灰规律。Kanao-ka C和Klingel R等在过滤研究中发现滤饼垂直方向分布不均,底部厚度大,但没有进一步研究。Wang JQ和Liu GF对高度为1m的扁平布袋进行了过滤研究,用移动式测量显微镜观测了粉尘层厚度,研究了滤饼厚度及不均匀性与过滤速度、单位过滤面积加料量(以下简称面加料量)及粒子质量浓度的关系。研究表明,粉尘层厚度垂直分布不均匀,呈中间厚两端逐渐减薄的形状,并用峰值函数拟合了粉尘层厚度与操作条件的关系。该模型很好描述了滤饼分布情况,并根据滤饼厚度分布预测了压降变化,但没有考虑布袋长度对粉尘层厚度影响的变化,为此,在前面研究基础上,笔者研究了布袋长度对滤饼厚度分布影响。

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1 实验研究

1.1 实验分析

在氧化铝电解烟气过滤中,常用的过滤布袋长度达6m甚至更高,用该长度研究布袋长度对过滤粉尘沉积层厚度和不均匀性的影响比较困难。因为在工业现场,布袋上粉尘层厚度测量不方便。而在实验室,因实验空间、测量手段限制更不便于采用。

文献对长度为1m的扁平布袋进行了过滤研究,对于长度大于1m的布袋,如果在前面研究基础上,按照相似原则进行简单放大,则会带来较大误差。因为在平均过滤速度不变时,增加布袋长度,则布袋底部气流轴向速度(以下简称轴向速度)增加,被气流曳力带起的粉尘数量增加,导致过滤空间粉尘浓度增加,最终使单位过滤面积上沉积的粉尘层质量增加。如果在按相似原则比例放大前提下,再考虑由于布袋长度增加导致的轴向速度增加及对粉尘沉积层质量的影响,就可以分步考虑布袋长度变化对粉尘沉积规律的影响。假设布袋上沉积的粉尘层质量和面加料量成正比,则在平均过滤速度一定的条件下,布袋长度增加对单位过滤面积粉尘层质量的影响可以看作由面加料量成比例增加导致,其比例系数为KL,用面加料量乘以KL,再带入相应的模型,就可能很好地解决布袋长度对过滤沉积规律影响的问题。以下研究在过滤面速度一定时,轴向速度变化对比例系数KL的影响。

1.2 实验装置及步骤

实验装置见图1,主要由透明有机玻璃过滤装置、蒙有涤纶针刺毡过滤介质(厚度2mm)的垂直放置的框架(过滤介质长1000mm,宽150mm)、微型螺旋加料器(10kg/h)、气体流量计、U型压差计、风泵、脉冲喷吹系统及厚度测量装置—带摄像头的移动式显微镜(型号为MJ240XK,测量精度0.02mm)组成。进料侧腔体横截面面积80mm×140mm,出料侧横截面积40mm×140mm。

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为了保证在过滤面速度不变情况下轴向速度成比例改变,加料时气体体积流量应成比例增加,使通过过滤面的体积流量不变,多余含尘气体通过顶部的弧形出口排出。进、出口气体体积流量通过2个玻璃转子流量计和3个球阀调节。每次实验前进行预操作,即在实验条件下进行过滤,达到2kPa后脉冲喷吹,喷吹压力为0.5MPa,经过10个周期形成均匀的初始滤饼层后开始实验。喷吹后初始滤饼层过滤介质内外压差由U形压差计测量,落入料斗中的粒子质量由高精度电子秤测量(精确度0.1g)。飞灰粒子为氧化铝微粒(平均直径32.45μm),由微型螺旋加料器供给,由变频器控制加料速度,粒子用风泵分散。在框架外侧通过透明装置测量布袋除尘器粉尘层厚度,测量仪器为移动式测量显微镜,上端装摄像头并与PC机相连,由PC机控制拍照,图片保存于PC机。粉尘层厚度可以从图片中读取。显微镜可以沿过滤器上下移动(手动操作),从而测量过滤介质整个垂直位移上的沉积层厚度。测量厚度时,为了维持稳定的粉尘层厚度,停止氧化铝加料,气流流量体积流量不变。

操作参数为,平均过滤速度2cm/s、气流轴向速度0.25~1.5m/s(对应的过滤布袋长度为1~6m)、氧化铝飞灰质量浓度80g/m3、面加料量M=1.71kg/m2。所有操作在室温(大约25℃)、相对湿度60%下进行。

1.3 实验结果

在平均过滤速度为2cm/s,氧化铝加料质量浓度为80g/m3,布袋面加料量为1.71kg/m2条件下,改变气流轴向速度,布袋上单位过滤面积沉积层质量m随轴向速度uv变化情况见图2。可以看出,随着uv从0.25m/s逐步增加到1.5m/s,m基本线性增加。不妨把轴向速度增加看作由布袋长度相应增加导致,故在相同过滤速度前提下,随uv增加,m成比例增加,对应的质量比例系数KL(量纲一)随布袋长度变化,拟合KL与布袋长度L关系为:

KL=0.317+0.73L R=0.998    (1)

式中,R为相关系数。

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2 模型研究

2.1 布袋长度对粉尘层厚度影响

文献中用峰值函数关联布袋除尘器沉积层厚度h垂直分布与过滤速度u、粒子加料质量浓度c的关系式,厚度峰值函数为:

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式中,h为沉积层厚度,A为幅值,10-2mm;xc为峰值坐标,W为曲线宽度,mm。

在过滤器结构一定的条件下,A、xc、W由平均过滤速度、氧化铝加料质量浓度和面加料量决定,其拟合关系式为:

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式中,u为过滤速度,cm/s;c为氧化铝加料质量浓度,c0为质量浓度,g/m3;M0为面加料量,kg/m2。文中取u=4cm/s,c=80g/m3,M0=1.71kg/m2。

高度对布袋粉尘层厚度影响可以分解为两步:①厚度分布根据布袋长度比例放大,xc、W前应乘以L,幅值A不变。②布袋长度导致轴向速度和被曳力带起的粉尘质量增加,在面加料量M前需乘以质量比例系数KL。峰值函数形式不变,其参数A、xc、W变为如下形式:

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2.2 压降模型

过滤总压降包括过滤介质压降Δpf和通过滤饼层的压降Δpc,过滤总压降Δp=Δpf+Δpc

假定布袋阻力仅与过滤速度成正比,则布袋及原始粉尘层阻力为:

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式中,k1为布袋阻力系数,Pa·s/m;qV为过滤总体积流量,m3/s;l为布袋宽度,mm。

由于粉尘沉积层沿垂直方向分布不均匀,因此不同垂直位移dx对应的过滤速度du和体积流量dqV不同,过滤速度du=dqV/(dxl)。

假设沉积层阻力系数不随时间和厚度变化,而只与平均过滤速度有关,则粉尘层压降为:

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式中,k2为阻力系数,可以通过实验确定。

文献仅考虑了沉积层对过滤速度的影响,根据达西定律推导的过滤压降模型为:

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总压降为:

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当Δpf不能忽略时,用Δp代替式(10)中的Δpc,得到改进的过滤压降公式:

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xc、W、A可通过式(6)~式(8)求得。在已知操作条件的情况下,式(13)可用于预测过滤压降。

3 结语

以氧化铝粉末为介质,在文献基础上,对粉尘层在布袋过滤面上沉积规律及粉尘层对压降影响进行了进一步研究。笔者采用间接方法,主要研究了布袋长度对沉积规律的影响,把布袋长度对沉积规律的影响转化为轴向速度对沉积规律的影响。在实验基础上,优化了布袋沉积层厚度分布模型,进一步推导了布袋过滤压降模型。在此基础上,还需进一步研究氧化铝粉尘层吸附氟化氢的特性,为用于氧化铝行业烟气净化的布袋除尘器设计提供依据。文中只对一种常规氧化铝粉末进行了研究,今后需对多种氧化铝粉末及其它微粒进行研究,并对模型进行适当修正,使其具有更广泛的应用价值。

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