无组织尘排放源电除尘技术试验研究

摘要

在一些电力、钢铁、有色金属冶炼等重工业及纺织、面粉、木材等轻工业的生产过程中，车间内会产生大量无组织排放的粉尘。这部分粉尘具有粉尘浓度较低，尘源点分散，排放无规律，难以捕集等特性。在热压和横向气流的干扰作用下扩散，降低车间能见度，严重污染车间操作环境，加速机电设备磨损，影响工人的安全操作和身体健康，同时还会造成区域性污染。目前，国内针对无组织排放的粉尘，主要采用大容量风机从屋顶集尘罩或天窗处将烟气抽吸并通过管道输送至安装在地面上的袋式除尘器净化。这种方法对粉尘的脱除效果较好，但是需要大量铺设管道、大功率风机，运行能耗大、成本高。1972年，日本住友重工业公司率先开发了一种自然通风式的立式半湿式电除尘器，获得了成功。我国在高炉出铁、电石炉、矿热炉等二次烟气治理上屋顶电除尘器也有成功的应用。但是屋顶电除尘器在设计和运行上仍存很多问题，近年来，屋顶电除尘器的应用推广受到限制。
　　鉴于此，本课题组结合传统柔性极电除尘技术，提出一种立式湿式静电除尘器（一种工业用空气净化系统CN107362648A）。该屋顶电除尘器装置放在厂房的房顶，不占用总图面积，只在除尘器出口设置功率较小的斜流风机，利用烟气热压的自然升浮力和电除尘器的高度产生较强的抽力，并通过气流组织将无组织排放粉尘组织进入屋顶电除尘器内。本文针对不同的灰样，研究灰样的特性，通过搭建小试试验台研究该设计试验台对不同灰样颗粒物的脱除特性，并通过中试试验进一步验证，以便将这一技术应用到工业上。试验一方面，需要满足对无组织排放粉尘的脱除标准，另一方面，要完成屋顶电除尘器的技术突破，解决现行存在的问题。
　　首先，根据现行屋顶电除尘器的问题，结合传统柔性极电除尘技术，设计一种立式湿式静电除尘器，搭建小试试验台，确定试验的测试分析方法。并选取代表性的三种灰样（粉煤灰、球团厂灰、面粉厂灰），对灰样的成分、物理性质等进行分析，为研究不同灰样颗粒物的脱除特性和灰水循环系统的设计做好铺垫。
　　其次，在小试试验台上研究各种工作参数对不同灰样的颗粒物脱除特性。考察了工作电压、烟气温度、停留时间、冲洗水流量等对颗粒物脱除特性的影响。试验发现:电压50kV时，面粉厂灰的总颗粒物脱除效率最高，球团厂灰的总脱除效率最低，说明屋顶电除尘器对轻工业中有机成分的灰样也有很好的脱除效果。停留时间的延长对三种颗粒物的脱除效率均有显著提高，尤其是对细颗粒物提高更明显。温度和形成稳定水膜后冲洗水流量的变化对三种灰样的颗粒物脱除效率影响不大。通过对不同灰样灰水特性的研究，得出对粉煤灰、球团厂灰采用滤膜过滤的灰水分离方式，对于面粉厂灰在50℃以下，主要采用滤膜过滤的灰水分离方式，但要注意设计自动清洗滤膜的装置，解决面粉厂灰易堵塞滤孔的问题。
　　最后，在宁夏某冶金公司4×27000VA硅锰矿热炉厂房车间进行了中试试验，并对此技术的经济性进行了分析。屋顶电除尘器稳定运行、无组织尘排放治理效果明显。经过第三方检测，排气口中烟尘排放浓度小于20mg/m3（工况），并能有效消除浇筑工程中车间周围视觉污染。灰水循环系统有效节约了水资源，运行过程中实现废水零排放。较传统集风式布袋除尘技术，屋顶电除尘器技术的设备投资费用降低40％～60％，设备运行过程中耗电量节省70％～83％（每1000Nm3烟气）。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 屋顶电除尘器技术介绍及其发展

1．2．1 屋顶电除尘器工作原理及结构

1．2．2 屋顶电除尘器的优势

1．2．3 屋顶电除尘器在国内外的应用

1．2．4 屋顶电除尘器存在的问题

1．2．5 屋顶电除尘器技术进展

1．3 传统柔性极电除尘技术介绍

1．3．1 柔性极电除尘技术优点

1．3．2 柔性极电除尘技术专利成果

1．4 本文主要研究的目的和方法

2．1 试验系统

2．1．1 试验系统的介绍

2．1．2 试验系统进风装置的流场模拟

2．1．3 试验系统的极板性能分析

2．2 试验灰样特性的分析

2．2．1 成分分析

2．2．2 温度-比电阻特性分析

2．2．3 粒径分布测定与分析

2．2．4 堆积密度测定与分析

2．3 本章小结

第3章 屋顶电除尘器的性能分析

3．1 颗粒物脱除的特性分析

3．1．1 颗粒物脱除主要影响因素的理论分析

3．1．2 电压对颗粒物脱除特性的分析

3．1．3 温度对颗粒物脱除特性的分析

3．1．4 停留时间对颗粒物脱除特性的分析

3．1．5 冲洗水流量对颗粒物脱除特性的分析

3．2 灰样的清灰特性分析

3．2．1 溶解特性的测定与分析

3．2．2 沉降特性的测定与分析

3．3 本章小结

第4章 屋顶电除尘器中试试验研究

4．1 中试试验系统介绍

4．1．1 除尘器本体

4．1．2 阴极和阳极系统

4．1．3 冲洗系统

4．1．4 灰水处理系统

4．1．5 电气控制系统

4．2 试验工况安排及测试结果分析

4．3 屋顶电除尘器应用的技术经济性分析

4．3．1 屋顶电除尘器设备投资经济性分析

4．3．2 屋顶电除尘器运行的技术经济性分析

4．4 本章小结

第五章 全文总结和展望

5．1 全文总结

5．2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要成果