工業(yè)粘性粉塵調(diào)質(zhì)在袋式除塵器中的應(yīng)用

劉秋新 梅鋼 陳添壽

(武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院 武漢 430070)

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工業(yè)粘性粉塵調(diào)質(zhì)在袋式除塵器中的應(yīng)用

劉秋新 梅鋼 陳添壽

(武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院 武漢 430070)

介紹了粉塵調(diào)質(zhì)技術(shù)原理、分類及其在袋式除塵器中的應(yīng)用。工業(yè)粉塵主要包括MgO，AL2O3等有很強(qiáng)的粘性的物質(zhì)，采取SO3+NH3調(diào)質(zhì)的方式并應(yīng)用到袋式除塵器中，除塵效率可以達(dá)到99.50%。通過粉塵調(diào)質(zhì)試驗(yàn)研究，對比分析不同調(diào)質(zhì)劑對除塵效率的影響。

粘性粉塵 SO3調(diào)質(zhì) NH3調(diào)質(zhì) 袋式除塵器

0 引言

工業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的粉塵，如果對粉塵不加以控制直接排放的話，可能被人體吸入引起呼吸道疾病，更會破壞大氣環(huán)境，因此對粉塵的處理及對除塵器的選擇尤其重要。通過研究粉塵密度、粘附性、荷電性、比電阻等，選擇最適合的除塵方式。工業(yè)生產(chǎn)一般采用電除塵器和袋式除塵器，電除塵器主要利用高壓電場使粉塵荷電，從氣流中分離，能夠處理大量粉塵，除塵效率高，適用于高溫高壓的場所，但是設(shè)備比較龐大，投資大，一般用于大型工業(yè)廠房。袋式除塵器結(jié)構(gòu)簡單，投資低，還能對粉塵進(jìn)行回收，主要適用于細(xì)而干燥的粉塵，但是不適用于凈化含有油霧、凝結(jié)水及粘結(jié)性粉塵的氣體[1]。

本文主要針對小型除塵系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，因此選擇袋式除塵器，采取粉塵調(diào)質(zhì)技術(shù)來降低粘性粉塵的粘性，改善粉塵比電阻，從而提高袋式除塵器的除塵效率。

1 粉塵調(diào)質(zhì)技術(shù)原理

粉塵調(diào)質(zhì)即通過一些物理或者化學(xué)的方法來改變粉塵的比電阻值及粘性。在一定的范圍之內(nèi)粉塵粒徑越大、比電阻值越小，其除塵效率越低，因此可以通過降低粉塵比電阻來提高除塵效率。而工業(yè)粉塵比電阻值往往差別很大，通過控制調(diào)質(zhì)劑量來找到一個理想范圍的比電阻值尤其重要。工業(yè)粉塵調(diào)質(zhì)即向工業(yè)排放的煙氣中加入適量的調(diào)質(zhì)劑，通過與煙氣中的粉塵物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，來降低粉塵的比電阻，調(diào)整噴入煙氣的調(diào)質(zhì)劑的用量可以改變調(diào)質(zhì)后比電阻值大小，以實(shí)驗(yàn)研究的方式找到最佳噴射量是提高除塵效率的關(guān)鍵。另外塵粒間的粘附作用也會影響調(diào)質(zhì)，粘附性過大可以使粉塵凝聚在一起，增大除塵效率，但是粉塵與器壁間的粘附將會使除塵器和管道堵塞，使除塵系統(tǒng)性能惡化，極大地降低除塵效率，所以應(yīng)盡量降低其粘附性。

2 粉塵調(diào)質(zhì)技術(shù)分類

2.1 SO3調(diào)質(zhì)

工業(yè)粉塵中主要包含MgO，AL2O3等粘性狀物質(zhì)，硅鋼生產(chǎn)過程中MgO的含量最多。對于這些粘性粉塵，選擇加入SO3作為調(diào)質(zhì)劑來進(jìn)行粉塵調(diào)質(zhì)，主要通過噴射SO3氣體與粉塵混合，在調(diào)質(zhì)室內(nèi)發(fā)生充分的化學(xué)反應(yīng)，SO3結(jié)合空氣中的水形成H2SO4，附著在粉塵表面并與其發(fā)生反應(yīng)[2]?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式如下式所示。

SO3+7H2O+MgO→MgSO4·7H2O

(1)

該反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，粉塵溫度升高，相對濕度降低，減少粘性，同時生成的七水硫酸鎂能夠降低粉塵層表面比電阻。另外還可以通過調(diào)整添加劑的噴射量來改善其比電阻范圍，從而提高除塵效率。

2.2 NH3調(diào)質(zhì)

NH3作為一種調(diào)質(zhì)劑，其主要作用不是改變粉塵比電阻，而是依靠其自身的粘結(jié)性來吸附粉塵顆粒，從而增大粉塵接觸面積[3]。NH3也會吸收煙氣中的SO3氣體，在高溫條件下反應(yīng)生成(NH4)2SO4，它能夠加大粉塵的黏附性，同時還能降低濾袋的壓力損失。對于NH3調(diào)質(zhì)除塵系統(tǒng)，一般不會出現(xiàn)二次揚(yáng)塵的現(xiàn)象，除塵凈化比較徹底。由于H2SO4呈酸性，(NH4)2SO4呈弱堿性，兩者能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而降低了煙氣中過剩的SO3濃度，防止其對濾袋的腐蝕。

2.3 NH3+SO3調(diào)質(zhì)

有些粉塵中酸性物質(zhì)過多，如果僅僅只用SO3調(diào)質(zhì)不能達(dá)到預(yù)期的效果，可能會引起二次污染的產(chǎn)生。這種情況下，可以根據(jù)煙氣濃度來加入一定量的NH3，在粉塵表面會形成(NH4)2SO4，NH4HSO4或兩者的混合物，有很強(qiáng)的黏附性，能夠避免二次揚(yáng)塵和反電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生。NH3和SO3的混合調(diào)質(zhì)所發(fā)生的化學(xué)方程式如下式所示。

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

(2)

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

(3)

3 粉塵調(diào)質(zhì)在袋式除塵器中的應(yīng)用

袋式除塵器廣泛適用于各種工業(yè)廢氣粉塵中，如輕工、機(jī)械制造、建材、化工等，一般不能處理粘性粉塵，否則會造成除塵器堵塞。但是在濾料上添加一些助濾劑之后，可以有效提高其除塵效率。目前，預(yù)涂層袋式除塵器應(yīng)用還沒有完全普及，主要通過

調(diào)質(zhì)技術(shù)和除塵系統(tǒng)的結(jié)合來達(dá)到除塵效果。在混合前室的噴口位置處噴入適量的NH3和SO3氣體，使其充分混合，NH3能夠吸附煙氣中的MgO,FeO等物質(zhì)，形成大顆粒狀膠體物，降低了粉塵的粘附性。SO3則主要起調(diào)質(zhì)作用，與粉塵中的氧化物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的(NH4)2SO4，NH4HSO4降低了粉塵的粘附力，同時反應(yīng)為放熱反應(yīng)，粉塵溫度升高，其相對濕度也就跟著降低了[4]。NH3+SO3調(diào)質(zhì)過程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下式，除塵系統(tǒng)如圖1。

FeO+SO3→FeSO4

(4)

MgO+SO3→MgSO4

(5)

圖1 添加調(diào)質(zhì)劑的袋式除塵系統(tǒng)圖

4 粉塵調(diào)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究

現(xiàn)有一工業(yè)粉塵氣體，通過測試其粉塵濃度為29.91 mg/m3，原系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的袋式除塵器除塵，其除塵效率較低，僅有90%，不能滿足粉塵的排放濃度標(biāo)準(zhǔn)的要求?，F(xiàn)把粉塵調(diào)質(zhì)應(yīng)用到袋式除塵器系統(tǒng)中去，分別在混合前室添加SO3調(diào)質(zhì)劑和SO3+NH3的混合調(diào)質(zhì)劑來對比觀察兩種情況的除塵效果，并測試記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)(見表1)，最后通過所測數(shù)據(jù)值來計(jì)算兩種情況下除塵器的除塵效率，從而選擇最佳調(diào)質(zhì)方式[5]。

表1 煙氣調(diào)質(zhì)前后除塵器試驗(yàn)數(shù)據(jù)

除塵器除塵效率可利用下式計(jì)算：

(6)

式中，C1為調(diào)質(zhì)前(即除塵器入口)含塵質(zhì)量濃度；C2為調(diào)質(zhì)后(即除塵器出口)含塵質(zhì)量濃度。

根據(jù)表1和式(6)可知，加SO3調(diào)質(zhì)劑的除塵效率為98.19%，加SO3+NH3調(diào)質(zhì)劑的除塵效率達(dá)到了99.50%。而且SO3+NH3調(diào)質(zhì)后溫度比僅加SO3調(diào)質(zhì)劑要高，所以粉塵的相對濕度更低一些，極大地降低了粉塵的粘性。

5 SO3和NH3的噴射量對調(diào)質(zhì)的影響

在上述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的是要調(diào)整SO3和NH3調(diào)質(zhì)所需的用量，過多或者偏少都會對除塵效果造成影響。

(1)當(dāng)SO3與MgO以2∶1的質(zhì)量比混合時，恰好完全反應(yīng)，進(jìn)入除塵器的粉塵只有生成物MgSO4，這種條件下，除塵效率達(dá)到最大。

(2)當(dāng)SO3與MgO的質(zhì)量比大于2∶1時，SO3過剩，進(jìn)入除塵器的粉塵除了含有MgSO4之外，還有過量的SO3，又由于空氣中有水蒸氣存在，SO3會轉(zhuǎn)化為H2SO4。此時進(jìn)入除塵器的粉塵混合物帶有一定的酸性，如果不加處理可能會腐蝕除塵器濾袋。應(yīng)該適當(dāng)加大NH3的用量，與生成的H2SO4發(fā)生中和反應(yīng)，降低其酸性腐蝕作用，延長濾袋使用壽命。

(3)當(dāng)SO3與MgO的質(zhì)量比小于2:1時，說明MgO過剩，進(jìn)入除塵器的粉塵混合物就含有多余的Mg，導(dǎo)致粉塵粘性變大。此時應(yīng)加大入口處NH3的用量，加劇粉塵的凝結(jié)，減少二次揚(yáng)塵。

為了降低粉塵的比電阻，煙氣中必須有足夠的SO3調(diào)質(zhì)劑。此外，對于與SO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后過剩的粉塵混合物，則主要依靠加入NH3的濃度及用量來降低粉塵粘性。所以，SO3的噴射量不能過多也不能過少，應(yīng)根據(jù)煙氣中MgO的濃度來確定噴射SO3以及NH3的用量，既能夠降低粉塵粘性避免糊袋現(xiàn)象產(chǎn)生，又杜絕了過多的SO3對濾袋腐蝕，從而提高袋式除塵器的除塵效率。

6 結(jié)論

(1)對于粘性粉塵，采用粉塵調(diào)質(zhì)能夠改善其比電阻，達(dá)到提高除塵效率的目的。

(2)對比分析粉塵調(diào)質(zhì)劑SO3，NH3，SO3+NH3對粉塵調(diào)質(zhì)的影響，采用SO3和NH3相結(jié)合作為調(diào)質(zhì)劑的方法達(dá)到的調(diào)質(zhì)效果最明顯。

(3)對于粉塵調(diào)質(zhì)在袋式除塵器中的實(shí)驗(yàn)研究，通過添加不同調(diào)質(zhì)劑，比較分析其除塵效率，采用SO3+NH3作為調(diào)質(zhì)劑除塵效率達(dá)到了99.50%，比采用SO3調(diào)質(zhì)效率高。

(4) 當(dāng)SO3過多或過少都會降低除塵效率，可以通過調(diào)節(jié)NH3的用量來改善粉塵的粘性，SO3起主要調(diào)質(zhì)作用，NH3起輔助凝結(jié)作用。因此，對于不同的工業(yè)粉塵要控制好SO3和NH3的噴射量。

[1]劉金榮.煙氣調(diào)質(zhì)在除塵方面的應(yīng)用和新發(fā)展[J].華東電力，2007,35(4):96-98.

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[3]楊建濱,于曉龍.煙氣調(diào)質(zhì)的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2012(26)：70.

[4]張衛(wèi)東,蘇海佳,高堅(jiān).袋式除塵器及其濾料的發(fā)展[J].化工進(jìn)展,2003，22(4)：380-384.

[5]蔣亞彬,騰農(nóng),王強(qiáng)，等.SO3煙氣調(diào)質(zhì)試驗(yàn)研究[J].電力科技與環(huán)保,2003，19(3)：27-30.

Application of Industrial Sticky Dust Quenching in Bag Filter

LIU Qiuxin MEI Gang CHEN Tianshou

(InstituteofUrbanConstruction,WuhanUniversityofScienceandTechnologyWuhan, 430070)

This paper introduces the principle of the technology and classification of dust and its utilization in the filter. The industrial dust mainly includes MgO, Al2O3and others highly viscous substances. By SO3+NH3conditioning and applied in the bag filter, the dust removal efficiency can reach 99.50%. The effects of different quenching on dust removal are compartively analyzed through dust conditioning experimental study.

sticky dust SO3conditioning NH3conditioning bag filter

劉秋新，男，1956年生，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榕照{(diào)、供熱與通風(fēng)除塵、大氣污染控制、冰蓄冷技術(shù)。

2016-03-15)