基于顆粒床除塵器高溫實(shí)驗(yàn)研究

為更好地應(yīng)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)帶來的粉塵問題，研究人員充分發(fā)揮顆粒層過濾器的諸多優(yōu)勢(shì)，研發(fā)出顆粒床除塵器并將其應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。通過在高溫條件下對(duì)設(shè)備進(jìn)行探究，能夠進(jìn)一步挖掘出設(shè)備的除塵作業(yè)規(guī)律。因此，圍繞顆粒床除塵器高溫實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究有著重要意義。

1 顆粒床除塵器高溫實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)于粉塵的要求極為嚴(yán)格，現(xiàn)階段工業(yè)企業(yè)主要依托濕法處理、降溫處理控制粉塵在高溫氣體中的含量。但無論是濕法處理還是降溫處理，都會(huì)對(duì)高溫氣體原有的物理潛熱造成沖擊，導(dǎo)致設(shè)備投入加大。在此背景下，顆粒層過濾器的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，被廣泛應(yīng)用于高溫除塵活動(dòng)中。在圍繞顆粒除塵開展研究時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)重點(diǎn)考慮高溫條件下，顆粒床設(shè)備的壓力損失變化以及除塵效率規(guī)律。

在實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中，研究人員首先需要對(duì)一次高爐除塵后所產(chǎn)生氣體的含塵質(zhì)量濃度進(jìn)行模擬，研究顆粒床設(shè)備的高溫實(shí)驗(yàn)；圍繞過濾層厚度、氣體過濾速度對(duì)過濾層壓力損失、設(shè)備除塵效率的影響進(jìn)行深入探究。

實(shí)驗(yàn)裝備主要包括風(fēng)機(jī)、加熱爐、控溫柜、布料器、閥門、收塵器、除塵器、測(cè)量孔。

具體的實(shí)驗(yàn)步驟為：依托順風(fēng)機(jī)控制實(shí)驗(yàn)風(fēng)量，將氣體送入實(shí)驗(yàn)裝置中的加熱爐，對(duì)氣體進(jìn)行加熱并將經(jīng)過加熱后的氣體送入實(shí)驗(yàn)管道。同時(shí)，通過人工調(diào)節(jié)的方法，對(duì)布料速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，將特定含量的粉塵加入到實(shí)驗(yàn)裝置中。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程具體包括正、反吹，在進(jìn)行正吹活動(dòng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)將閥門1、閥門4 打開，將閥門2、閥門3 關(guān)閉，高溫氣體內(nèi)的粉塵會(huì)被除塵器過濾并從尾部將凈化后的氣體排出。在進(jìn)行反吹活動(dòng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)將閥門2、閥門3 打開，將閥門1、閥門4 關(guān)閉，調(diào)節(jié)風(fēng)量，吹出顆粒床設(shè)備內(nèi)的粉塵，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)除塵作業(yè)目標(biāo)。

在實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中，研究人員應(yīng)按層次把控粉塵、氣流、溫度，選用質(zhì)量濃度在8～15g/m3區(qū)間內(nèi)的氣體粉塵，選用石英砂作為除塵介質(zhì)，選取U 型壓力計(jì)、畢托管測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的實(shí)時(shí)壓力，用鎳鉻熱電偶對(duì)實(shí)驗(yàn)溫度進(jìn)行測(cè)量，使用自動(dòng)煙塵測(cè)試儀對(duì)粉塵質(zhì)量濃度進(jìn)行檢測(cè)，采用分布檢測(cè)儀對(duì)粉塵粒徑分布進(jìn)行測(cè)量。

相比于傳統(tǒng)除塵器，顆粒床除塵器的特點(diǎn)較為明顯，具體包括以下幾點(diǎn)：①顆粒層除塵器中的粒層過濾器主要選用具有非常穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)的固體顆粒，用其過濾液體氣體；同時(shí)，該種材質(zhì)制成的過濾層在高壓、高溫條件下，能夠展現(xiàn)出極好的持久性與較強(qiáng)的耐高溫性能。②該裝置能夠自動(dòng)連續(xù)清灰，可以對(duì)空氣中的灰塵進(jìn)行自動(dòng)捕集、清除，確保過濾介質(zhì)始終處于清新狀態(tài)，穩(wěn)定過濾壓強(qiáng)，能夠處理大流量氣體，具有較寬的調(diào)節(jié)范圍，可以實(shí)現(xiàn)過濾除塵的連續(xù)性。③該設(shè)備具有較高的除塵效率，在極端情況下，除塵效率能夠達(dá)到99%，平均除塵效率為90%。④該種設(shè)備的主要工藝原理為干粉除塵，這種方式有助于防止氣體出現(xiàn)二次污染，大幅節(jié)約水源；同時(shí)，經(jīng)過過濾處理后的干凈氣體支持再度回收熱量，有助于更好地節(jié)約能源。

2 顆粒床除塵器高溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 時(shí)間與除塵壓力差、除塵效率的關(guān)系

通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣流速度保持不變的條件下，隨著時(shí)間的推移，壓力差逐步增大。在實(shí)驗(yàn)開始后的5～20min（實(shí)驗(yàn)初期），壓力差出現(xiàn)顯著變化；在實(shí)驗(yàn)開始后的25～35min(實(shí)驗(yàn)后期)，壓力差出現(xiàn)驟然減緩的變化態(tài)勢(shì)。

其根本原因在于，實(shí)驗(yàn)初期的顆粒床除塵器過濾層相對(duì)較為潔凈，具有極強(qiáng)的粉塵捕捉、收集能力，但隨著時(shí)間的推移，過濾層上覆蓋了大量的粉塵，使得顆粒床過濾層的顆粒間隙逐漸減小，持續(xù)提高粉塵的收集難度，導(dǎo)致氣體越發(fā)不易通過顆粒層，持續(xù)增加壓力差。在實(shí)驗(yàn)后期，顆粒床的過濾層積累了大量的粉塵，使得整個(gè)濾層空隙逐漸趨于飽和，不再具有較強(qiáng)的粉塵黏附力與粉塵捕集能力，導(dǎo)致過濾層與粉塵處于平衡狀態(tài)，壓力差不再出現(xiàn)顯著變化。

通過分析時(shí)間與除塵效率之間的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)除塵效率在實(shí)驗(yàn)開始后的5min 時(shí)處于最低；在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到中期，設(shè)備可以獲得最高的除塵效率并處于一定時(shí)間的穩(wěn)定狀態(tài)；在逐步進(jìn)入實(shí)驗(yàn)后期時(shí)，設(shè)備的除塵效率逐漸下降。其根本原因在于，隨著時(shí)間的推移，過濾層上覆蓋了大量的粉塵，使得顆粒床過濾層的顆粒間隙逐漸減小，持續(xù)提高粉塵的收集難度，導(dǎo)致氣體很難通過顆粒，而設(shè)備的濾層表面逐漸有粉塵顆粒聚集并形成了積灰層，在過濾層與積灰層的共同作用下，設(shè)備的除塵效率得到了顯著增強(qiáng)。這也表明，為盡可能地提升設(shè)備的除塵效率，操作人員可將顆粒床除塵器工作時(shí)間選定為運(yùn)行后的15～25min，在該時(shí)間段進(jìn)行除塵，能夠獲得相對(duì)更強(qiáng)的除塵效果。

2.2 除塵效率與層厚的關(guān)系

通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，過濾層厚度值的逐漸增長(zhǎng)會(huì)提升設(shè)備的除塵效率。在過濾層的厚度為6cm 時(shí)，設(shè)備的除塵作業(yè)效率僅為96%；當(dāng)過濾層厚度達(dá)到12cm 時(shí)，設(shè)備具有較高的除塵效率，超過99.5%。隨著過濾層厚度的逐漸增加，設(shè)備的除塵效率保持了相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。但同樣需要注意的是，過濾層厚度的增加也會(huì)在一定程度上加大除塵效率與除塵阻力，會(huì)給后續(xù)的除塵作業(yè)帶來一定難度?；诖耍瑢?shí)驗(yàn)人員應(yīng)充分考慮粉塵的阻力效應(yīng)與除塵效率，將過濾層厚度控制在最適宜的狀態(tài)，以獲取最佳的除塵作業(yè)效果。

在實(shí)驗(yàn)初始階段，當(dāng)過濾層厚度為6cm 時(shí)，由于設(shè)備具有相對(duì)較小的過濾層厚度，在氣流沖擊下，高溫氣體中的粉塵很可能穿過過濾層的顆?？障叮@導(dǎo)致在過濾層內(nèi)部出現(xiàn)部分粉塵黏附、碰撞的現(xiàn)象，在一定程度上影響過濾層的截留效應(yīng)，導(dǎo)致設(shè)備具有較低的除塵效率。

當(dāng)過濾層厚度逐漸增加并應(yīng)達(dá)到12cm 左右時(shí)，由于過濾層具有較大厚度，可使設(shè)備的除塵效率保持在穩(wěn)定狀態(tài)。其根本原因在于，顆粒層除塵器中的粒層過濾器主要選用具有非常穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)的固體顆粒，用其過濾液體氣體；同時(shí)，該種材質(zhì)制成的過濾層在高壓、高溫條件下，能夠展現(xiàn)出極好的持久性與較強(qiáng)的耐高溫性能；隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增長(zhǎng)，越來越多的粉塵沉積到過濾層的顆?？障吨?，部分被捕捉的細(xì)粉塵停止在過濾層中。此外，由于相比于過濾顆粒，粉塵的顆粒直徑相對(duì)較小，從比表面積角度進(jìn)行分析，過濾顆粒要小于粉塵；這也意味著，過濾層表面的細(xì)粉塵會(huì)捕捉高溫氣體中的粉塵，在一定程度上增加過濾層的截留效應(yīng)，進(jìn)而大大提升設(shè)備的除塵效率。

2.3 除塵效率與溫度的關(guān)系

通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，溫度升高會(huì)提升除塵效率。在常溫條件下，設(shè)備只有相對(duì)較低的除塵效率，很難超過90%。當(dāng)溫度逐漸升高，設(shè)備的除塵效率也會(huì)顯著提高并保持在95%左右。這表明，除塵效率與溫度呈正相關(guān)；也充分說明傳統(tǒng)的降溫處理方式很難有效處理高溫氣體中的粉塵，還會(huì)浪費(fèi)氣體潛熱，增加資源投入，無法切實(shí)提升除塵效率。其根本原因在于，溫度主要依靠擴(kuò)散碰撞來影響設(shè)備的除塵效率，即高溫氣體的擴(kuò)散沉積效率與過濾層厚度、過濾介質(zhì)、過濾層空隙率、粉塵直徑顯著相關(guān)；粉塵尺寸越小，則高溫能夠獲得越強(qiáng)的擴(kuò)散沉積幅度，即越高的過濾效率。

2.4 溫度與壓力損失

通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，煙氣溫度升高會(huì)提高過濾層的壓力損失。在常溫條件下，設(shè)備過濾層不會(huì)出現(xiàn)較高的壓力損失；當(dāng)溫度逐漸升高，過濾層的壓力損失會(huì)呈現(xiàn)增長(zhǎng)狀態(tài)；當(dāng)溫度達(dá)到200℃左右時(shí)，過濾層的壓力損失依然持續(xù)增加，但增速逐漸減緩。通過比對(duì)各實(shí)驗(yàn)對(duì)照組可以發(fā)現(xiàn)，在高溫、常溫條件下，如果過濾層具有較大厚度與較小的濾料直徑，則會(huì)出現(xiàn)更大的壓力損失。其根本原因在于，在高溫氣體中，分子間距相對(duì)較大，很難產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，這會(huì)逐漸擴(kuò)大分子運(yùn)動(dòng)行程，導(dǎo)致在氣體中出現(xiàn)相互混雜的分子；其中，若分子速度較快，則會(huì)進(jìn)入低流速層；若分子運(yùn)動(dòng)速度較慢，則會(huì)進(jìn)入高流速層；不同速度流層中的分子會(huì)出現(xiàn)動(dòng)量交換，進(jìn)而對(duì)流體的相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生一定的遏制作用，導(dǎo)致各流體間出現(xiàn)黏性。若氣體溫度較高，則會(huì)在一定程度上增加氣體內(nèi)能加劇分子的運(yùn)動(dòng)情況，產(chǎn)生更為激烈的動(dòng)量交換，進(jìn)而增加氣體黏性，這也是過濾層出現(xiàn)壓力損失的核心原因。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，過濾層厚度值的增長(zhǎng)會(huì)提升設(shè)備的除塵效率，溫度升高會(huì)提升除塵效率，粉塵尺寸越小則高溫能夠越高的過濾效率，煙氣溫度升高會(huì)提高過濾層的壓力損失；可將顆粒床除塵器工作時(shí)間選定為運(yùn)行后的15～25min，在該時(shí)間段進(jìn)行除塵，能夠獲得相對(duì)更強(qiáng)的除塵效果。