CN105727642B - 一种基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统 - Google Patents

一种基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统 Download PDF

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Abstract

本发明为一种基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统，包括基于超微孔滤膜及超细纤维的双层超净滤袋、电荷感应式流量计及分室流量自均衡控制模块；燃煤锅炉产生的含尘烟气在进入超净袋式除尘器各分室之前，由电荷感应式流量计监测分室烟气入口流量，并将信号反馈至分室流量自均衡控制模块，系统根据预定程序控制各分室蝶阀风挡的开度，以实现进入收尘器各分室的烟气流量均衡；进入各分室的均衡烟气通过双层超净滤袋完成除尘过程；本发明能够有效净化燃煤电厂含尘烟气实现超净排放，并具有过滤精度高、流场分布均匀、监控系统灵敏，滤袋寿命长、工艺简单、改造投资费用及运行成本低等特点。

Description

一种基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统
技术领域
本发明涉及燃煤电厂烟气超净除尘技术领域，特别涉及一种基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统。
背景技术
根据2014年7月，国家发改委、环保部及国家能源局联合印发的《煤电节能减排升级改造行动计划》中明确要求东部11省市新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值“50355”，中部8省市(含山西)新建机组原则接近或达到超净排放限值，鼓励西部地区接近或达到超净排放限值。这就意味着燃煤电厂未来烟气粉尘排放浓度需要达到5mg/Nm3的浓度限值。
目前，绝大多数燃煤电厂的除尘技术仍然使用静电除尘。该技术对设备调试、安装及维护的要求较高，受温度、湿度等环境条件影响大，若粉尘比电阻不满足要求不能获得较高的除尘效率，且除尘精度低，难以达到超净排放的要求。虽然有部分燃煤电厂尝试使用袋式除尘技术，但绝大多数袋式除尘器难以达到超净排放的过滤精度。由此可见，开发一种对亚微米级细颗粒过滤精度高、环境适应性强、使用寿命长、收尘器内流场分布均匀及升级改造费用低的超净袋式除尘技术具有现实战略意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统，能够有效净化燃煤电厂含尘烟气实现超净排放，并具有过滤精度高、流场分布均匀、监控系统灵敏，滤袋寿命长、工艺简单等特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统，包括：
双层超净滤袋1，布置在收尘器10中；
电荷感应式流量计2，用于测量收尘器10的各分室入口烟道中的上下游两组等量电荷信号；
分室流量自均衡控制模块3，接收所述等量电荷信号，结合测量点之间的距离以及烟道截面积，计算烟气体积流量，并根据计算结果向各分室入口烟道中的蝶阀风挡9发送控制信号，控制蝶阀风挡9的开度，实现进入收尘器10各分室的烟气流量均衡。
所述双层超净滤袋1的滤料迎尘面上加入一定比例的超细纤维5，并在超细纤维5外侧覆合一层泰氟龙拉伸超微孔滤膜4。
所述泰氟龙拉伸超微孔滤膜4实现对含尘烟气的第一层过滤，其微孔直径细小(孔径规格：0.02μm、0.2μm、0.45μm、1.0μm)，能分离所有大于微孔直径的粉尘，有效减少滤料内部的粉尘阻塞，仅有极少量小于微孔直径的粉尘透过超微孔滤膜4，故基于超微孔滤膜及超细纤维的双层超净滤袋1的残余压差较普通纤维滤料变化稳定。
所述泰氟龙拉伸超微孔滤膜4表面微孔密集，孔隙率在90％以上，气路通畅，且其表面光洁不易黏结粉尘，清灰容易。
所述超细纤维5实现对含尘烟气的第二层过滤，其内部由超细纤维(纤维直径＜1dtex，常规滤料纤维直径≥2.2dtex)纵横交错所组成的三维立体网状结构，可对极少量小于微孔直径的、并已透过泰氟龙拉伸超微孔滤膜4的粉尘进行有效拦截和过滤。
所述超细纤维5的加入比例β与超细纤维层阻力损失△P之间的变化关系，根据如下公式确定：
式中：△P为超细纤维层阻力损失，单位为Pa；μ为动力粘滞系数1.85×10-5Pa·s；v0为过滤风速，单位为m/s；L0为超细纤维层厚度，单位为m；a为超细纤维半径，单位为m；β为超细纤维加入比例，单位为％。
所述电荷感应式流量计2包括一对与收尘器10的各分室入口烟道相垂直的传感器，分为上游传感器6与下游传感器7；传感器所在烟道截面产生一组相同的上下游磁场8，当烟气粉尘粒子流经时，上游传感器6与下游传感器7表面感应等量电荷信号。
所述烟气体积流量的计算公式为：
式中：QV为工况烟气体积流量，单位为m3/s；L为上游传感器与下游传感器的间隔距离，单位为m；ΔT为上下游感应等量电荷信号的时间差；A为收尘器分室入口烟道的横截面积，单位为m2。
本发明还包括设置在收尘器10的各分室入口烟道中的温度及压力检测装置，分室流量自均衡控制模块3根据如下公式计算标况下的烟气体积流量：
式中：QN为标况烟气体积流量，单位为Nm3/s；Pa为实际大气压强，单位为Pa；P为实测表压，单位为Pa；PN为标准大气压强101325Pa；TN为标准温度293.15K；T为实测温度，单位为K；QV为工况烟气体积流量，单位为m3/s。
所述蝶阀风挡9为手/自一体蝶阀启闭装置，采用金属硬密封结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明属于燃煤电厂烟气除尘装置，通过基于超微孔滤膜及超细纤维的双层超净滤袋实现高精度、高效率的粉尘脱除。
2)本发明通过电荷感应式流量计及分室流量自均衡控制模块实现收尘器各分室烟气流量均衡稳定，为双层超净滤袋创造良好的工作环境。
3)本发明分室烟气进口蝶阀风挡为手/自一体蝶阀启闭装置，采用金属硬密封结构并控制泄漏率，可实现收尘器分室离线检修操作。
4)本发明烟尘过滤精度高、流场分布均匀、监控系统灵敏，滤袋寿命长、工艺简单、改造投资费用及运行成本低。
5)本发明应用范围可广泛拓展至钢铁、化工、水泥及有色金属等对粉尘排放要求较高的工业领域。
附图说明
图1为本发明实施例的袋式超净除尘器分室内部结构示意图。
图2为本发明实施例的布袋室进口蝶阀风挡结构侧视示意图。
图3为双层超净滤料残余压差随老化时间变化动态模拟试验。
图4为普通纤维滤料残余压差随老化时间变化动态模拟试验。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
参照图1，一种基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统，包含基于超微孔滤膜及超细纤维的双层超净滤袋1，布置在收尘器10中；双层超净滤袋1的迎尘面上加入一定比例的超细纤维5，并在超细纤维5外侧通过热熔工艺覆合一层泰氟龙拉伸超微孔滤膜4；在收尘器分室烟道上设有电荷感应式流量计2，根据烟气的流向依次在垂直烟道的方向上设置相互平行的一组传感器，即上游传感器6和下游传感器7，用于系统工作时产生一组相同的上下游磁场；在下游传感器7的后端烟道上设置蝶阀风挡9；上游传感器6、下游传感器7及蝶阀风挡9分别与分室流量自均衡控制模块3联通；分室流量自均衡控制模块3与程序控制柜11联通。
所述上游传感器6和下游传感器7的间隔距离为0.2～0.5米，可根据现场分室入口烟道空间酌情选择。
参照图2，蝶阀风挡9采用金属硬密封结构，泄漏率≤1.5％，其通过曲柄连杆机构将阀轴与蜗轮蜗杆传动装置连接，由手/自一体装置把动力传给二级传动装置，由二级传动装置的蜗轮带动阀轴、蝶板作同步旋转运动，达到全开、全闭或任意调节的目的。
本发明工作流程：
在收尘器尾部引风机的作用下，含尘气体从收尘器入口总烟道进入各分室入口烟道。流体中的某粉尘粒子随烟气依次通过由上游传感器6和下游传感器7产生的上下游磁场8，并依次感应等量电荷信号，同一粉尘粒子所感应的电荷信号，其波长、振幅完全相同。电荷感应式流量计2依次捕捉波长、振幅完全相同的等量电荷信号计算时间差△T，再根据上游传感器6和下游传感器7之间的间隔距离L，计算出该粉尘在烟气中的速度v1＝L/△T1，电荷感应式流量计2再根据统计学原理计算大量粉尘粒子在烟气中的平均速度v，并等同于烟气流速，最终根据分室入口烟道截面积A计算出烟气流量QV，并自动换算为工况条件下的流量QN，最终将QN反馈至分室流量自均衡控制模块3。分室流量自均衡控制模块3根据程序控制柜11中预先编制的程序及各分室反馈的烟气流量，将电子控制信号发送至各分室蝶阀风挡9，以调节风挡开度，最终实现进入收尘器10各分室的烟气流量均衡。进入各分室的均衡烟气，首先通过泰氟龙拉伸超微孔滤膜4，将所有大于滤膜微孔直径的粉尘粒子分离，实现第一层过滤。其次通过超细纤维5，凭借其特有的纵横交错的三维立体网状结构，对极少量小于滤膜微孔直径的、并已透过泰氟龙拉伸超微孔滤膜4的粉尘进行有效拦截和筛滤，实现第二次过滤。过滤净化后的超净烟气最终通过滤袋完成除尘过程。
本发明残余压差随滤料老化时间变化动态模拟试验如下：
在室温25℃条件下，选取本发明所述双层超净滤袋1和同基材的非覆膜非超细纤维普通滤袋，在等同的试验条件下(粉尘种类：粉煤灰，粉尘浓度：5g/m3，脉冲清灰：5bar，过滤风速：2m/min，定压反吹周期20s)采用VDI滤料动态过滤性能测试仪进行残余压差随滤料老化时间变化动态模拟试验。双层超净滤料残余压差随老化时间变化如图3所示，随老化时间的推移，在定压喷吹2500次之后，双层超净滤料的残余压差由老化前的210.19Pa增加至老化后的237.65Pa，增幅13.06％。普通纤维滤料残余压差随老化时间变化如图4所示，随老化时间的推移，在定压喷吹2500次之后，普通纤维滤料的残余压差由老化前的112.35Pa增加至老化后的489.47Pa，增幅335.67％。由此可见在使用过程中，双层超净滤袋1的残余压差变化(阻力增加)远低于普通纤维滤料，因而其使用寿命更长，除尘效率更稳定。

Claims (8)

1.一种基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统，包括：
双层超净滤袋(1)，布置在收尘器(10)中，所述双层超净滤袋(1)的滤料迎尘面上加入一定比例的超细纤维(5)，并在超细纤维(5)外侧覆合一层泰氟龙拉伸超微孔滤膜(4)；
电荷感应式流量计(2)，用于测量收尘器(10)的各分室入口烟道中的上下游两组等量电荷信号；
分室流量自均衡控制模块(3)，接收所述等量电荷信号，结合测量点之间的距离以及烟道截面积，计算烟气体积流量，并根据计算结果向各分室入口烟道中的蝶阀风挡(9)发送控制信号，控制蝶阀风挡(9)的开度，实现进入收尘器(10)各分室的烟气流量均衡；
其特征在于，所述超细纤维(5)的加入比例β与超细纤维层阻力损失△P之间的变化关系，根据如下公式确定：
<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>P</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;mu;v</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <msup> <mi>a</mi> <mn>2</mn> </msup> </mfrac> <mn>16</mn> <msup> <mi>&amp;beta;</mi> <mrow> <mn>3</mn> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mn>56</mn> <msup> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>3</mn> </msup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中：△P为超细纤维层阻力损失，单位为Pa；μ为动力粘滞系数1.85×10-5Pa·s；v0为过滤风速，单位为m/s；L0为超细纤维层厚度，单位为m；a为超细纤维半径，单位为m；β为超细纤维加入比例，单位为％。
2.根据权利要求1所述基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统，其特征在于，所述泰氟龙拉伸超微孔滤膜(4)实现对含尘烟气的第一层过滤，能分离所有大于微孔直径的粉尘，有效减少滤料内部的粉尘阻塞，仅有极少量小于微孔直径的粉尘透过超微孔滤膜(4)。
3.根据权利要求1所述基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统，其特征在于，所述泰氟龙拉伸超微孔滤膜(4)表面微孔密集，孔隙率在90％以上。
4.根据权利要求1所述基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统，其特征在于，所述超细纤维(5)实现对含尘烟气的第二层过滤，其内部由超细纤维纵横交错所组成的三维立体网状结构，可对极少量小于微孔直径的、并已透过泰氟龙拉伸超微孔滤膜(4)的粉尘进行有效拦截和过滤。
5.根据权利要求1所述基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统，其特征在于，所述电荷感应式流量计(2)包括一对与收尘器(10)的各分室入口烟道相垂直的传感器，分为上游传感器(6)与下游传感器(7)；传感器所在烟道截面产生一组相同的上下游磁场(8)，当烟气粉尘粒子流经时，上游传感器(6)与下游传感器(7)表面感应等量电荷信号。
6.根据权利要求1所述基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统，其特征在于，所述烟气体积流量的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>V</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>L</mi> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> </mrow> </mfrac> <mi>A</mi> </mrow>
式中：QV为工况烟气体积流量，单位为m3/s；L为上游传感器与下游传感器的间隔距离，单位为m；△T为上下游感应等量电荷信号的时间差；A为收尘器分室入口烟道的横截面积，单位为m2。
7.根据权利要求1所述基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统，其特征在于，还包括设置在收尘器(10)的各分室入口烟道中的温度及压力检测装置，分室流量自均衡控制模块(3)根据如下公式计算标况下的烟气体积流量：
<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>N</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>P</mi> </mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>N</mi> </msub> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>N</mi> </msub> <mi>T</mi> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>V</mi> </msub> </mrow>
式中：QN为标况烟气体积流量，单位为Nm3/s；Pa为实际大气压强，单位为Pa；P为实测表压，单位为Pa；PN为标准大气压强101325Pa；TN为标准温度293.15K；T为实测温度，单位为K；QV为工况烟气体积流量，单位为m3/s。
8.根据权利要求1所述基于双层过滤及分室流量自均衡的超净袋式除尘系统，其特征在于，所述蝶阀风挡(9)为手/自一体蝶阀启闭装置，采用金属硬密封结构。
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