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  水泥工业中使用最广泛的一种收尘器。它对细尘粒(1~5μm)的效率在99%以上,还可以除去1μm甚至0.1μm的尘粒。布袋除尘器的适应性比较强,不受粉尘比电阻的影响,也不存在其他的污染问题,在选取适当的助滤剂条件下,能同时脱除气体中的固、气两项污染质。由于这个特点,在水泥工业中所有卸料扬尘点处基本上都使用布袋除尘器。
1.布袋除尘器的发展
布袋除尘器早期用人工或机械振打清灰,因而其应用受到限制。1950年以来,由于逆向喷吹型(反吹风)和脉冲型的发明与应用,使布袋除尘器与清灰实现了连续操作,而且阻力稳定,气流速度高,内部无运动机件,随着新型、耐用、耐腐蚀、耐高温(达300~400℃)、低压损、易清灰滤材的应用,特别是非织物的聚合物滤材和金属丝织物混合物滤材的发展,使其应用日益广泛,成为主要的高效收尘器。
布袋除尘器主要依靠以下几方面的作用:(1)重力沉降:含尘气体进入布袋收尘器时,颗粒较大、比重较大的粉尘,在重力作用下沉降下来,这和沉降室的作用完全相同。(2)筛滤:当粉尘的颗粒直径较滤料的纤维间的空隙或滤料上粉尘间的间隙大时,粉尘在气流通过时即被阻留下来。(3)惯性力作用:气流通过滤布时可绕纤维而过,而较大的粉尘颗粒在惯性力的作用下,仍按原方向运动,遂与滤料相撞而被捕获。(4)热运动作用:质轻体小的粉尘随气流运动,非常接近于气流之线,能绕过纤维。但它们在受热时作热运动(即布朗运动)的气体分子的碰撞之后,便改变原来的运动方向。这就增加了粉尘与纤维的接触机会,使粉尘能够被捕获。
布袋除尘器的集灰方式:(1)振动滤袋法:在滤袋顶上给以轻微振动,促使滤袋上灰层垮落。(2)反吹风法:此法使滤袋因袋内外的空气压力差而收瘪,从而使粘着的灰层松散落下。(3)脉冲喷气法:每隔3s时间用700000Pa的压缩空气向脉冲阀的隔仓气室喷吹一次,脉冲喷吹的空气高速扩张而产生冲击波,传滤袋挠曲去掉粘附其上的灰层。(4)声波清灰法:此法应用声波发生器产生低频声波,使滤袋发生振动,并结合反吹风使粘附在滤袋表面的尘粒振落下来。
布袋除尘器的过滤材料:(1)天然纤维:主要有棉纤维、毛纤维和棉毛混纺纤维。(2)无机纤维:主要有玻璃纤维材料。(3)合成纤维:主要有尼龙纤维、涤纶纤维、晴纶纤维、维尼纶纤维、特氟纶纤维等。
从20世纪90年 代初,面对日益严格的环保法规和民众环保意识的提高,西方发达国家除尘器制造厂家开始寻找新的收尘突破点,经综合评估后认为,在技术可行和制造成本竞争方 面,布袋除尘器最有发展前景。在此之前已经诞生了脉冲清灰布袋收尘器,但处理能力有限。在此基础上发展而来的气箱脉冲布袋收尘器已经接近静电收尘器的处理 能力,但高温工况仍是普通滤料的一个误区。上世纪90年代初,国内以南京院为代表开发出了玻璃纤维滤袋,但由于过滤机理仍是在滤袋内部形成尘饼后的深层过滤,玻纤密度不如化纤混纺编织布高,加上滤袋都有金属框架,而玻纤抗折强度很低,因而使用过程中无论是使用效果还是生命周期都较差,无法推广。
真正使布袋收尘器发生革命性的变革技术是美国杜邦公司率先开发出的PTFE [(C2F4)n,TEFLON ]即聚四氟乙烯覆膜技术。聚四氟乙烯是一种高分子化合物,化学性质稳定,耐酸碱,尤其耐酸性更好,耐高温,在300℃以下物理化学特性稳定,高于300℃时出现不稳定活性。现在用于布袋覆膜的聚四氟乙烯薄膜都不是单纯的聚四氟乙烯,为了保证薄膜制作的适当厚度并控制透气性,都加有其它成分的添加剂,实际使用温度在260℃以下,瞬间温度可达280~290℃,超过300℃时物理与化学结构会被破坏。
聚四氟乙烯覆膜的革命性意义在于能够阻挡粉尘透过聚四氟乙烯膜,因而在滤料内形不成尘饼,传统的深层过滤变成了表层过滤,只要表层尘剥离及时,滤料的透气性就不会大幅度降低,压力损失也会很小。将聚四氟乙烯膜覆在玻纤上可以在260℃以下的温度工况内使用,而一般静电除尘器的理想使用温度在180~220℃之间,因而比静电除尘器有更宽的温度使用范围。
以美国富勒(FULLER)为代表,20世纪80年代末就开发出了大布袋收尘器用来取代静电除尘器,但由于玻纤滤料的缺点(诺美克斯NOMAX滤料仅适用于200℃以下的温度)和分室控制技术的不完善,一直得不到推广。
20世纪90年代初,分室控制技术采用PLC控制电磁阀切换,在聚四氟乙烯覆膜技术的支持下,反吹风大布袋和气箱脉冲技术得到了极大的发展。已可完全取代静电除尘器。2000年开工建设的都江堰拉法基水泥厂已全部采用布袋收尘器,2002年验收监测结果显示,所有收尘器排放浓度控制在20mg/Nm3以下,窑尾废气处理大布袋收尘器的排放浓度控制在10mg/Nm3以下,基本达到概念上的工业零排放程度。
目前,能够成熟应用于高温条件下的大布袋反吹风收尘器,各项生产技术均掌握在美国几家公司手中,聚四氟乙烯薄膜的产权属于杜邦公司,最好的玻纤基布技术由美国BGF公 司掌握,而大布袋反吹风收尘器的技术产权属于美国富勒公司,即使聚四氟乙烯薄膜向基布上贴覆技术也只有为数不多的几家国外公司较为成熟,国内滤料厂家采用 的热压覆膜和上胶覆膜技术与国外技术仍有较大差距。国内设备制造厂家一直在做整体技术的引进工作,但技术成本较高,难以在国内普及。
除大布袋收尘器之外,小型单机脉冲清灰布袋收尘器和气箱脉冲布袋除尘器在国内已较普及,国内滤料生产厂家对涤纶、丙纶或晴纶基布覆聚四氟乙烯膜已能满足水泥厂低温工况的过滤需求,由于国内技术覆膜后成本增加很少,因而覆膜滤布目前已成为水泥厂布袋收尘器的主要滤料。
在表层PTFE覆 膜滤料的使用中,由于表层膜较薄,使用中一旦膜破损,其表层过滤机制将消失,对于化纤基布来说表层过滤机理消失或减弱后深层过滤也能起到很好的过滤作用, 但对于玻璃纤维基布来说则是致命的,玻纤基布较薄且经纬线不如化纤基布密,难以形成良好的尘饼。因此,新近发展出了一种新型PTFE滤料———PTFE针刺毡,原理是在滤料成型之前对基布进行PTFE处理,使PTFE不仅存在于滤料表层,而且在基布深层也有几层甚至十几层PTFE,最后滤料成型后仍然是表层过滤机理,也消除了表层薄膜被破坏的缺陷。较为成熟的是PTFE聚酰亚胺(polyimide)替代PTFE玻纤滤料,目前国内尚无一家工厂使用,但在国外已开始推广使用。由于其成本非常高,目前的使用一般仅限于替代PTFE玻纤滤料。总之,布袋过滤收尘器的发展基本上是滤料的发展,滤料材质类别的发展推动了收尘器的机械结构及控制手段的发展。
近年来由于干式脱硫技术的广泛应用,采用布袋除尘器的越来越多。特别是近年来滤料材质的改进,提高了布袋寿命,也拓宽了袋式除尘器应用范围。国外主要进展 是:组装式、筒状折叠形袋式除尘器,大幅度提高了相同体积的过滤面积;采用预附层技术,以降低阻力提高风速;采用烟气调质技术,提高除尘效率;完善袋式过 滤器系统的检漏技术,如示综粉尘和单色照射技术应用;新的滤料耐高温、抗腐蚀、性能好;美、日、澳、德等国家把静电技术与袋滤器结合开发出“静电袋式除尘器”,对改进袋滤性能,提高捕集效率、改进滤料清除能力、降低粉尘粒子透滤率和系统阻力有明显的效果。
2.布袋除尘器的技术展望
2.1技术创新趋势。目前各主要水泥环保装备企业均十分关注国际上先进技术的发展,如主机的标准化,不同焊接的装配化;纳米技术应用于滤料,生产出纳米级的纤维, 滤料的品质大大提高;覆膜技术应用于刚性滤料,表面喷覆的金属膜大大改善过滤料与反清灰效果等等。随着企业生产规模的不断扩大,产品技术含量、产品品质、 产品品种的适应能力等均得到提高,布袋除尘器应用和技术发展也会在新世纪更上一层楼。
2.2整机大型化趋势。随着国内水泥工业结构调整步伐的加快,高技术、大规模水泥窑线的陆续上马,加之国家大气粉尘排放标准的提高,必然会促进大型袋收尘器的应用 及推广,尤其是脉冲袋式、低压长袋收尘器大型化的趋势明显,性能目前已达到国际先进水平。如河北献县环保除尘设备厂设计生产的大型气箱脉冲袋收尘器在北京 水泥厂、鲁奇改进大型袋收尘器在内蒙丰泰发电厂等投入使用后,其排放检验记录均大大低于国家排放标准,达到国际先进水平。
2.3推广耐高温、高浓度袋收尘器的趋势。在“十五”期间,适应高温、高含尘浓度的袋收尘器将得到进一步推广使用。这种袋收尘器能够直接处理温度达300℃,含尘浓度达1400g/m3的气体,比以往提高数十倍,并可稳定达标排放。
2.4应用更加广泛。国外如美、澳、加、欧洲等许多国家都广泛采用袋收尘器,并出现了电改袋的动向,技术和经济上比较成功。随着国家对日益加剧的大气污染影响的重 视,环保标准的提高,对燃料成分的严格要求,袋收尘器的优越性就比较明显了。大力推广袋收尘器的应用范围,逐步提高袋收尘器的市场份额,在未来几年内将成 为我国水泥行业环保装备市场不争的事实。
我国在2000年6月1日开 始实施的《生活垃圾焚烧污染控制标准》中,对污染排放制定了十项指标,并且明确规定,收尘设备必须用布袋除尘器。我国一些袋收尘企业,也纷纷开始介入垃圾 焚烧的烟气处理,有的企业还参与国际合作,收尘器配套销售到国外。河北献县环保除尘设备厂已成功研制并先后在台湾、河北等地应用了垃圾焚烧收尘器,取得了 很好的效果。
布袋除尘器的最大优点就是收尘效率高,在实验室可以高达1mg/Nm3。这是布袋除尘器的机理所决定的,这个机理就是过滤的机理,使粉尘附着在滤袋上,用粉尘参与过滤粉尘。因此,布袋除尘器的收尘效率很高。在我国实行可持续发展战略,大力加强环境保护,实行污染物总量控制、“一控双达标”的情况下,袋收尘器在治理烟尘、粉尘、二氧化硫、二恶英等污染物等方面将得到极大的应用。
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