一、项目名称：新型高温组合式滤筒除尘系统

二、项目来源：省部级项目

三、技术水平：国际先进，国内领先

四、研制期限：2007年7月至2011年7月

五、推荐部门：河南省环境保护产业协会

六、技术依托单位：郑州金烨科技发展有限公司

七、项目简介

  本项目是一种适宜于高温冶炼炉及其他高温工业粉尘的高效除尘设备，其具有收集净化效率高、适用范围广、工作可靠、结构简单、操作维修简便、使用寿命长等特点。
  该设备主要用于工业粉尘及高温烟尘的清理和收集，回收有用物料，改善生产环境、防止大气污染等。采用了先进的热管降温，设计了专用滤筒及引风离线清灰、自动输送、故障检测等系统，在铸钢厂、刚玉冶炼厂使用，取得了良好效果。

   本项目采用强大的负压气流，通过滤筒除尘系统、降温装置、旋风料仓、套管吸头后将高温焙烧填充料输送到料仓。

技术关键是：
   1、降温系统：进入系统的焙烧填充料在350℃左右。如何设计一种高效降温系统，使之对外排放的温度低于80℃，是本项目的技术关键之一。本公司研制的降温装置是热管降温，热管的导热系数是铜的数万倍，具有降温效率高、体积小等优点，曾在高温冶炼的除尘系统上试用，收到了很好的效果。
   2、除尘系统：传统的布袋除尘器不能解决体积小、重量轻、效率高的问题，本公司跟踪国际上迅速发展起来的滤筒除尘器，具有过滤效率高（〉99.6%）、体积小（仅为布袋除尘器的1/3）、重量轻、使用寿命长（为布袋的3-4倍）等优点，滤筒除尘器采用聚酯纤维做原料，同样过滤面积的除尘系统，体积仅为布袋的1/3,寿命是布袋的4-10倍。本项目成果设备的清灰方式设定为定时离线脉冲自动循环清灰。
  3、高压大风量引风机：选用效率高、重量轻、噪音低的风机，使设备运行稳定，可靠。
  4、天车：采用现有产品，经过本公司对控制电路技术改进后，可实现多方向移动，操作更加方便、灵活，可实现远程遥控操作。 
    本项目设备由①吸料套管、②旋风料仓、③降温、④除尘、⑤风机五部分组成。设备与行车配套使用，设备四角固定于汽车，能够上升下降前后左右移动，电源由行车电源提供；与地车配套后，可与地车固定在一起，实现一人操作，效果更好。

技术路线描述：
   由于此类除尘器在国内尚无先例，因此本项目指标确定的指导思想是：a粉尘排放浓度低于国家标准；b运行成本低于袋式除尘器；c运行维护周期长等。

下面是在设计过程中的一些技术方案分析：因为是高温烟气除尘，所以方案分两步选择。
   1、降温系统的选择
   目前在实际应用中的降温系统种类很多，如喷流辐射降温、U型管自然降温、间壁式水冷降温、热管降温及冷风补充降温等。但每种降温方式的使用范围及效果均不相同。
 （1）喷流辐射降温
将流体通过圆形或狭缝形喷嘴直接喷射到固体表面进行冷却或加热的方法称为喷流冲击(或曰射流冲击)。由于流体以较高的速度垂直喷向需要冷却或加热的表面,使得流体与固体表面之间的层流边界层紊流化,增加了流体质点与表面的撞击,因而强化了流体与固体表面的对流换热,通常换热系数可比普通的管内换热高出几倍乃至一个数量级。
喷流辐射降温系统在烟气温度大于500℃时，喷流和辐射传热同时进行，传热效率很高；当烟气温度小于500℃甚至更低时，辐射传热效果将成倍减弱，而系统造价将成倍增加。而电弧炉进入集尘罩的温度均低于400℃，故本降温方式不是最佳方案。
 （2）U型管换热器
     U型管换热器的换热管呈U型，两端固定在同一管板上，管束可以自由伸缩；这种换热器只有一块管板，且无浮头，结构也简单，因而价格便宜，其缺点是○1自然腐蚀快，管内易积灰、结垢，导致传热效率下降，维护成本高。○2弹性不足，易受环境温度、入口烟气温度变化等影响，难以自动调整，易导致除尘系统的损坏。○3管道阻力大，增加了除尘系统风机的功率消耗。○4占地面积大，且烟气余热无法回收利用。
 （3）间壁式水冷换热器
利用水直接冷却的降温方法，分为顺流和逆流两种方式，此方案换热效果良好。但管道的腐蚀、结垢问题严重，而且需用水量很大，导致设备寿命较短，维护成本高。
 （4）热管换热器
     热管是一种具有高导热性能的传热元件，它的概念首先由美国通用汽车公司的Gaugler在1942年提出的。是将密闭的管壳内部抽成真空，并在此状态下充入少量的工作液体，管的内壁上贴有称为吸液芯的同心圆筒式的丝网（或其它多孔介质），吸液芯内充满工作液体。在热管的一端（称为蒸发端）加热后，吸液芯中的液体吸收外界的热量而汽化为蒸汽，在微小压差的作用下向热管的另一端（称为冷凝端），并向外界放出热量且凝结为液体，该液体借助于贴壁吸液芯的毛细抽吸力返回到蒸发端，并且再次受热汽化。如此的反复循环，连续不断的将热量由热管的一端传向另一端。热管换热器有以下特点：
    A.其导热能力比金属高几百倍至数千倍。随管内介质的不同，可适用于各种温度范围（－273℃～1000℃）；
    B.有效地避免冷、热流体的串流，每根热管都是相对独立的密闭单元，冷、热流体均在管外流动，并由中间密封结构将冷、热流体完全隔开，且单根热管的损坏不影响其它的热管。
    C.根据工艺要求，可以将流体顺、逆流混合布置，以适应较宽的温度范围。
    D.工作介质的循环是依靠冷凝液的毛细力和重力作用，不需要外加动力，无机械运行部件，不需要经常更换元件，增加了设备的可靠性，同时也减少了运行费用。
    E.可通过热传感器自动控制冷却介质的流速来调节烟气的出口温度，具有高的降温自适应性。
（5）补充冷风降温
    在实际使用过程中，排烟罩的形式很多，包括移动式侧吸排烟罩、天车通过罩、移动式半密闭罩、吹吸式排烟罩、高围罩等。由于操作工艺的不同，排烟罩的形式各不相同。排烟罩形式和高度直接影响烟气的温度和风机的风量。如天瑞炼钢车间的电弧炉均采用移动式半密闭罩，因在进风口掺入大量的冷风，所以进入除尘器烟气的温度小于120℃，完全满足滤筒除尘器的使用要求。
综上：降温系统首选热管换热器和补充冷风。

 2．除尘系统方案比较
    通过对高温烟尘特性的了解,粉尘污染可以通过干式除尘技术、湿式除尘技术及电除尘技术进行解决。由于电除尘器投入成本太高, 且回收的粉尘无经济价值,是国家不推荐的方法。因此电除尘器在文中不作研究。
    干式除尘技术与湿式除尘技术各有利弊。干式除尘技术具有除尘效率高,等优点。事实上它还具有运行简便, 管理方便, 占地面积小及设备不易腐蚀等优点。 但干式除尘技术会带来黏袋和烟气温度过高等问题, 影响干式除尘技术在电弧炉除尘中的应用。黏袋是由于过滤介质及过滤风速参数选择不合理等原因造成的。

   烟气温度过高可采用耐高温的滤料和掺野风的方法加以解决。湿式除尘技术收尘效率也较高, 高温烟气冷却可在水膜中得以解决，同时可以避免干式除尘在电弧炉除尘中带来的粘袋和烟气温度过高问题。但湿式除尘泥浆处理比较困难, 易造成二次污染；且由于洗涤水为酸性, 对设备腐蚀较大； 泥浆易粘在风机叶片上, 影响引风机的动平衡； 运行管理繁琐、复杂,需定期对沉淀池进行清掏, 动力消耗大, 运行费用较高。在选用湿式除尘技术在高温烟尘中应用时，环保技术人员需根据工厂的地理位置, 气候条件, 水质硬度等客观条件来决定是否选用湿式除尘技术。

   一般情况下, 南方地区气候温暖, 冬季不易结冰, 采用地表面水较多, 水质硬度不高, 可以采用湿式除尘技术。在北方地区, 冬季气候寒冷, 循环水易结冰, 影响设备的正常运行；另采用地下水较多, 水质硬度高, 易结垢, 造成湿式文丘里除尘器喷嘴堵塞和布水管道堵塞。因此北方地区在高温除尘中应以干式除尘技术为首选。 

八、技术指标

1、效率：〉15T/h
2、功率:〈190KW
3、排放温度：〈80℃
4、排放口的粉尘浓度：〈50mg/m3
5、噪声：〈80db
6、重量：5t

7、过滤面积：90 m³
8、吸料机料仓：高3.9M  直径1.6M
9、大气真空泵：风压50000Pa  风量4800 m³/h

九、经济效益及环境效益

   本项目于2009年4月开始在雅宝公司运行，经检测风机出口排放浓度86mg/m³，无组织排放小于25 mg/m³，达到环保标准。(由于凯里市环境监测站引用的是《工业炉窑大气污染物排放标准》GB9078-1996，烟尘的排放标准为100 mg/m³)

  1、每台设备增加再就业岗位10人左右，很好的解决当地待业人员就业问题，提高人均收入，维护社会稳定。

  2、除尘效率圆满达到国家有关《工业窑炉大气污染排放物排放标准》的规章制度，极大地降低了对环境的污染，维护工人的身体健康，营造良好的工作环境。

  3、本除尘器所收集的粉尘，绝大多数可再二次回收利用，降低了产品的损耗，节约成本，为我公司带来可观的经济效益。

  4、本除尘器操作简单，自动化性能强，维修方便，自运行之日起至今没出现质量安全事故，对此雅宝公司表示满意。

环境效益：所收集的粉尘可以进行综合利用，如做为耐火材料、陶粒砂、轻质混凝土等的原材料，每年1.3万吨的细微粉价值约1000万元。

十、国内外同类技术比较

   由于各国排放标准日趋提高，特别是对微粒控制的要求越来越严，致使高效除尘设备得到特别迅速的发展，同时也促进了高效除尘器的研究和开发。在发展高效除尘器的同时，也出现了多种不同机理组合的除尘设备,在此期间国内外大风量的组合式除尘器主要以布袋的形式加以改造，如：
    1、上海宝钢从日本引进的分室反吹及大气反吹袋式除尘器，过滤面积达15600㎡，过滤风量为936000m³/h，过滤风速小于1m/min,滤料采用聚酯圆筒形滤袋或玻纤滤袋，袋长可达l0m。但运行期间出现了更换布袋频繁，维护费用高，设备庞大，占地面积大等缺点，此后其他钢厂没有再采用此方法；
    2、美国富尔公司的分室反吹袋式除尘器，处理风量200000 m³/h，采用标准型袋式除尘器,过滤面积7500㎡,滤袋长8～9m；
    3、美国久益公司的反吹清灰袋式除尘器，由哈尔滨环保设备研究所引进后开发了HJL型分室反吹袋式除尘器，每室204条滤袋，袋长约l0m，过滤风速0.46m/min，风量达到65000m3/h，但总过滤面积仅为4600㎡，采用玻纤滤料；
    以上的大风量的组合式除尘器主要是以布袋的形式进行除尘的，但随着新技术、新材料不断地发展，布袋除尘器由于气布比过高，滤袋底部易磨损，过气量低，换袋频繁，影响正常生产；同时滤袋间垂直过滤风速过大、维修费用高、设备体积庞大等，已经制约了它的发展。

   在20世纪70年代在日本和欧美一些国家开始出现了有效过滤面积大、压差低、低排放、体积小、使用寿命长、效率高，投资省、易维护等优点的滤筒除尘器，滤筒除尘器出现后，由于它的优越性，逐步占领了市场，成为工业除尘器发展的新方向。在以后的发展中，滤筒除尘器代替布袋除尘器将成为必然。
   1992年，德国针对布袋除尘器由于高气布比上的设计原因导致设备运行阻力上升快，长期运行设备阻力大等问题，先后试用φ159×2褶式滤筒替代布袋。将过滤介质迎面风速降低到0.85m/min,取得了宝贵的成功经验。1994年，美国多家公司采用φ159×2000滤筒代替φ159×8000布袋，过滤精度明显提高。

   2004年6月，毕威新环境技术有限公司对水泥厂生料磨的袋除尘器进行改造，随后美国的汤姆森公司对美国一家年产300万吨水泥厂的三号水泥磨电除尘器进行改造。

   1999年无锡华瑞机械有限公司大胆对传统除尘设备的技术和结构等进行改造，抛弃了布袋除尘器的传统工艺，研制出结构新颖、工艺独特、操作自动化的HR－LZC系列滤筒除尘器，相继在无锡、上海等地投入运行，除尘效率达到99.9％。

   近来两年，毕威新环境技术(上海)有限公司对燕山水泥厂700t/d熟料干法生产线，进行改造等。据有关调查，国内外过滤面积≥2000米2滤筒除尘器的仅限于少数国家，如：美国、日本等。

   随着国家对环保事业的重视，高品质除尘设备的需求量越来越大。现代除尘器发展趋向结构简单、投资及运行成本低、效率高、占地面积小等。现在市场上可见的只有小规格的单机滤筒除尘器，因其设备容量小，还不能适应电厂、冶炼厂、钢厂等大型企业大面积（8000米2以上）除尘需求。

  为了克服以上的不足，在近年来我国引进的许多国家(日本、美国、德国、英国、瑞典等)的滤筒除尘器基础上，我们开始了研制大风量组合式滤筒除尘器。我公司与国内外同类产品相比较具有以下优越性：
    1、设计了大规格专用滤筒，比通常使用的单个滤筒最大过滤面积增加1倍，最大达到16.5㎡。过滤介质温度提高到120℃，除尘器过滤面积 ≥8910㎡，处理风量455000m3/h。如此大的过滤面积和需用风量在国内还是首创；
    2、引入高导热性能的传热元件――热管，使降温效率、系统体积均优于同类系统。 
    3、为了适用于潮湿的含尘气体选用了覆膜滤料，使滤料与水的接触角大于108°，使得附着于滤料表面的潮湿粉尘不粘滤料，易吹落，解决了潮湿粉尘结露黏料的问题；
    4、除尘器设置多个并联方式的除尘室单元，实现逐室循环自动清灰功能；每个单元分成净气室和过滤室；每个除尘单元设置检修门，实现在线检修、更换滤筒等功能；
    5、设置降速风道，减小滤筒所受冲击力，延长使用寿命；
    6、滤筒架采用不锈钢法兰盘竖插式结构，在净气室松动螺杆，即可提起，更换滤筒方便；
    7、除尘器采用耐高温密封工艺，保证了使用温度；
    8、整个控制系统由主控制器系统，显示器系统，温控器系统，远端矩阵柜等部分组成。其处理芯片、数字化传感器均为先进的进口产品，数据准确，操作方便。在技术指标、设备造价和运行费用等方面，本除尘器均优于国内外同类产品。本除尘器在国内外同类产品中处于领先水平。