常温高压下移动颗粒层除尘试验研究

燃料化学学报常温高店下移动颗粒层除尘试验研究部时化1，许世森2，危师让2，夏军仓2，任永强21西安交通大学。陕西西安7的0492国家电力公司巧工研究陕西西安710032粒层试验台。调试阶段进行了系列的条件试验。改进后在常温下进行了试验，结果表明在高压下能够实现颗粒层过滤和气力循环清灰的体化稳定运行。研巧发现移动颗粒层过滤时，气流之间的压力平衡是个关键因素，运行中必须严格控制过滤气体和输送气体的压力。移动颗粒层过滤器和循环清灰系统的结构对过滤性能有较大的影响。高温煤气或烟气净化技术是燃煤联合循环发电系统中的项技术关键，目前国际上尚未突破。燃气的净化程度是燃气轮机安全可靠运行及延长经济寿命的关键，而高温净化又是扮兀和口阳。：进步提高效率的潜力所在，也是国际上1：和，片801：联合循环发电技术研究开发的方向之。国际上认为：移动颗粒层过滤器和刚性陶瓷过滤器是最有发展前途的用于100：和巧判0：的高温除尘技术1.目前国内外对移动颗粒层过滤的研鬼均处于试验阶段，理论研巧和运行实践远远不够。国外移动颗粒层过滤的研巧般是在流化床烟气或口民8〔烟气131中进行的。国内对移动颗粒层过滤器和颗粒层循环清灰系统进行了开发研巧，在常压。高温条件下进行了空气配尘试验研究41.国家电力公司热工研究院在前期对移动颗粒层过滤常压、高温研巧的基础上开发设计了套移动颗粒层过滤高温、高压除尘中试系统。在进行热气体过滤试验之前，在常温、高压下进行了累计30011的试验研究。本文介绍了该研究的结果。1移动颗粒层过滤试验系统简介1.1试验系统工艺流程图1是移动颗粒层过滤高温除尘试验系统图。从空气压缩机来的高压空气，经过高温加热器和配尘系统后进入移动颗粒层过滤器。在移动颗粒层过滤器内，高温高压携尘空气的流动在入管蝴趴口处改变方向与颗粒层移动形成逆流，携尘空气经过颗粒层得到净化，从洁净气出口管流出。颗粒层将捕集到的尘粒携带向下移动，进入颗粒循环供料器，由压缩空气将含尘颗粒经输送管送入清灰器。在清灰器内，颗粒与灰尘分离，颗粒依靠重力下落，经滤料回落管重新进入移动颗粒层进行循环收尘，而尘粒则在空气的携带下经清灰器出进入旋风分离器进行收尘。收尘后的清灰气经金属滤网过滤器精除尘后，通过减压阀排入大气。从洁净气出管出来的洁净空气经过冷却器后，温度降至1°0下，之后进行灰尘取样。取样后，洁净气经减压阀排入大气。基金巧目：九五国家重点科技攻关计划项目9726版01作考简介_如时日斑盗蠢如晷髓。船盛量墩口基吗瞄援1化砧。邮://￥。血丑的1.2移动颗粒层过滤器和循环清灰系统的特点移动颗粒层对尘粒的捕集主要依靠扩散沉积、直接拦截、惯性捕集、重力沉积等捕集机理。颗粒层过滤是非稳态过程，尘粒的粘附、分离和沉积化及颗粒层的移动都会引起过滤性能的变化移动颗粒层过滤介质为石英砂、刚玉或河沙，粒径为~4.过滤器的直径为4Xn携尘气入日管的插入深度满足滤层厚度为200胃上的设计要求。过滤器下端采用锥体结构，锥体夹角取30°，抖保证介质颗粒的自然下落。锥体下端开口与颗粒循环供料器的尺寸致，保证介质颗粒在下落及输送过程中不发生堵塞现象。循环清灰系统由颗粒循环供料器、传输管及清灰器组成。运行时要求供料器能够连续、稳定和均匀地供料，抖便能使过滤器中颗粒层定的速度连续、稳定地向下移动，并能使介质颗粒被均匀地输送，抖达到充分清灰的目的。传输管的设计对压损有很大的影响，并且对滤料输送的连续性、稳定性也有影响。清灰器实际上是个分级器，是为了使携带尘粒的介质颗粒与尘粒分离。在清灰器化介质颗粒与尘粒的分离主要是靠重为分离和惯性分离。1.3电加热系统和配尘系统试验采用缠绕在不诱钢管上的陶瓷电加热器对气体进行加热。气体的温度调节范围为20它~800吃。电加热器的最大功配尘系统由螺旋给料机、文氏里喷嘴、储料罐、无级调速器和电机组成。为了防止高压下灰尘的泄漏，螺旋给料机的轴承带有密封装置，加料后将储料罐密封。本试验台设计了专用软件对电加热器、给料电机进行控制，可抖方便地进行温度调节和精确地确定加料时间和给粉量。本试验台酉然可用于高温高压下的试验，但本文着重介绍常温高压下的试验情况和结果。1.4数据采集系统移动颗粒层过滤除尘试验中，涉及的物流有携尘空气、清灰气和床层滤料，由于要满足过滤和清灰同时进行，使各物流符合设计的路线，必须1]好过滤器内的压为平衡。设计了适用于该高温篼压试验台的数据采集系统，硬件包括热电偶、热电狙、温度变送器、压力变送器、差压变送器、配电器、采集卡、通讯卡和工控计算机，设计了具各数据采柳时胳视、数据杳询等功能的数据，采集软件。1.5取样系统和粒度分析由于试验气流量小，抖及洁净气的含尘浓度很小，所抖采用直接收集法进行取样。取样器为小型金属滤网过滤器，取样时预先称重，取样结束时重新称重。取样器在洁净气温度低于1°的条件下对尘粒进行收集收集效率可达99.9.将收集的尘粒混合后，用dveastedz2000进行粒度分析。移动颗粒层过滤器的怠效率由配尘系统的给粉量和取样器的收尘量计算得出。2移动颗粒层过滤条件试验高温高压除尘试验台建成后，进行了系列的条件试验，对设计方案进行了验证和改进。为移动颗粒层过滤和气力循环清灰的体化运行积累了数据和操作经验。对电加热系统进行了试验，由测得的气体温度和加热器出管壁温度，利用继电器进行远程温度调节。试验中曾将气体加热到525尼。但预热试验台需耗费的时间较长。在常压下对配尘系统进行了标定。螺旋给料机下灰比较平稳，转速与给料量呈线性关系，且重复性较好。在高压下，使用密封的储料罐和对螺旋给料机轴部进行密封处理实现了对高压系统的加料。运行中发现文丘里喷嘴后的水平管段有积灰现象，将水平管改为向下倾斜管后，解决了积灰问题。在最初的运行中经常发生滤料输送管吹不上沙子，而沙子从清灰器滤料回落管喷出的现象也发生过清灰器中滤料不下落，滤料从输送管中喷出后在清灰器中堆积将输送管埋住的现象。研究发现：输送气体与过滤气体之间的压力平衡对移动颗粒层过滤器的除尘和循环清灰过程的影响很大。当输送气体的入压力6与过滤气体的入口压力相差不大，而且，输送气体的出压力口1等于或略大于过滤气体的出口压力口2时，过滤和循环清灰过程比较稳定。由流态化理论和力平衡的条件，图1所示的移动颗粒层过滤器，上部为正压差移动床流动，下部为负压差移动床流动。过滤器在垂直方向的长度，会影响到颗粒层的压力梯度。对于负压差移动床流就压力梯度不同，可能出现自由流落。向下窜气、理想料封、向上窜气和不稳定流动等流动状态。移动喵滤器狱热唼除尘需滤料输送气体氮气化但允许少量输送气体进入煤气中。移动颗粒层过滤器的结构是否合适关系到过滤器能否正常稳定的运行。试验研究表明：高压下移动颗粒层除尘系统的循环清灰系统与常压下单独的循环清灰系统不同，颗粒循环供料器容易堵塞清灰器中滤料的回落比较困难。将颗粒循环供料器进料管由最初的垂直管改为与垂直方向20°夹角的倾斜管，并增大了进料管的尺寸，解决了颗粒循环供料器堵塞的问题。根据对篼压下循环清灰系统的研巧经验，对清灰器进行改述同时增大了物流平衡之前滤料料位短暂增高的容许空间，及清灰器上部的气流空间，使滤料回落更顺畅并提高了清灰器的清灰效率。关闭过滤器进阀和洁净气出阀，在移动颗粒层除尘器中加入配好的灰、沙混合物，在不同的清灰气压力巧流量下对循环清灰系统进行试验研究。清灰系统的效率与王作压力下清灰气的流量有关，流量越大，清灰效率越高；但流量过大容易将滤料介质带出清灰器在滤料可抖正常送入清灰器的情况下，清灰效率般为泌％左右。3移动颗粒层过滤除尘试验义1试验条件过滤介质：石英砂1胃2胃，刚3操作温度：常温；操作压力：0.5化~体含尘浓度：10g心3~巧gy入气体含尘的粒度范聆0.356~632456.文中涉及到的气体量及气体流量等，均为标准状态下的体积。试验所需过滤气体和清灰气来自同空压机产生的高压空气。过滤气体经过电加热器系统和空气配尘系统后，过滤器进压力略低于清灰气进压力。合理调节过滤气体和清灰气流量及排气压力，能够满足运行中过滤器内压力平衡的要求。所使用的灰尘为西安市西郊热电厂静电除尘器收集的飞灰。其粒度分布如图2所示。0.1为7.195帕1，40.5为49.912，1，3泪。9为159.2671.平均直径￡[午3]为70.2651.该电厂使用的燃料为陕西铜煤。3.2试验结果试验累计进行了30011，获得了大量数据。本文2000年11月3日的试验3为例进行说明，并且给出了多次试验汇总的结果。了部分运行曲线。试验中清灰气进口压力稳定在0.费lPa除尘器进口压力稳定在0.565化清灰气输送滤料的压力损失为6.2kPa~6.8kPa，移动颗粒层过滤器的床层压力降为5.1证3过滤气体流量为1心，清灰气戌痛量为9013心。由图可知，移动颗粒层过滤系统运行稳定，压力损失较小。移动颗粒层除尘试验取样器收集灰尘样品的粒度分布如图6所示。由图6看出洁净气中灰尘颗粒的平均粒径公[4习为6.131灰尘颗粒的清灰气压力降和除尘器压力降1妨3厌屋瓜品式端2：诗0.5为4.6化1，0.9为9.0片1.洁净气出口中10.1~20片《1灰尘颗粒为2.巧唯心3，20化1灰尘颗粒为0心3.移动颗粒层过滤系统达到的性能指标归纳如下：4.0味3~7.0山3清灰气流量：43~90化3清灰系统压力路6.01化~10.01化；清灰效率：汲％出口气体含尘浓度：15.018/13口气体含尘粒度：10l~20μ灰尘2移动颗粒层过滤除尘试验的结果表明细微尘粒的收集效率较低。联合循环中燃气透平对入口燃气净化的要求是完全除去大于1，枯的尘粒，对含尘浓度和小尘粒的粒径分布也有比较严格的要求。所，进步提局细微尘粒的分级分离效率对移动颗粒层过滤器的发展具有非常重要的意义。常压、高温条件下的移动颗粒层过滤除尘试验14表明：选择较低的表观过滤速度、较小的介质颗粒粒径、较大的过滤层厚度、较低的床层移动速率可提高细微尘粒的过滤效率，同时也伴随着压降增大等问题。文献[5提出采用尘粒预荷电和对颗粒层施加外电场的方法来提高细微尘粒的除尘效率。通过运行参数和结构参数的优化抖及对带静电促进作用的移动颗粒层除尘试验研寇经过工业性示范后，移动颗粒层过滤器将有希望应用于燃煤联合循环发电系统中的高温气体净化。4结论。高温高压移动颗粒层过滤系统试验台除尘工艺及主要部件结构设计合理试验表明在高压下能够实现颗粒层过滤和气力循环清灰的体化稳定运行移动颗粒层过滤系统运行稳定，除尘效率较高，适合用于高温气体的过滤除尘。移动颗粒层过滤时，气流之间的压力平衡是个关键因素，运行中必须严格控制过滤气体和输送气体的压力。过滤器和循环清灰系统的结构对过滤性能有较大的影响。1司许世森。移动颗粒层过滤及旋风分离的高温除尘研河。西安；西安交通大学，1996许世森。静电场对移动颗粒层过滤高温除尘效率促进作用的探讨11.中国电机工程学报，2000201：60~64矛口中国化学会斯夫公司青年国际会议交流资助项目。近日，中国化学会和斯夫公司经过认真讨论，决定共同设立。中国化学会斯夫公司青年知识创新奖抖下简称创新奖广和中国化学会斯夫公司青年国际会议交流资助项目下简砍交流项目奖励与资助旨在进步加强斯夫公司和中国化学界的联系，鼓励中国青年化学工作者开拓创新的科学研究工作及为科研人员到国外参加知名的国际科学会议，汲取、更新知识提供机会创新奖的对象是从事石油化工、高分子材料、精细化工、天然产物及有机合成。表面及胶体化学、生物工程农作物保护剂、饲料添加剂的研究工作，年龄在四十五周岁抖下的优秀的青年科学家。其条件是：在其研究领域中，确有新的发现或创新发展，观点明确、数据完整、结论可靠或其研究工作及成果在相应的应用领域中，有独创和革新，可解决相应技术难题对生产及经济发展有定意义或在研巧工作中提出新的理论或观点，确属首创，有定的发展潜力。要求必须是在国化由本人独立完成或主持的研巧工作。奖励自20於年开始实行，每两年评选次，奖励优秀青年科学家4名，奖励金额为每人1美元，其中包括科研经费撕00美元和个人奖励2000美元交流项目用于资助被国际会议接受的口头报告或担任