工业粘性粉尘调质在袋式除尘器中的应用

刘秋新 梅钢 陈添寿

(武汉科技大学城市建设学院 武汉 430070)



工业粘性粉尘调质在袋式除尘器中的应用

刘秋新 梅钢 陈添寿

(武汉科技大学城市建设学院 武汉 430070)

介绍了粉尘调质技术原理、分类及其在袋式除尘器中的应用。工业粉尘主要包括MgO，AL2O3等有很强的粘性的物质，采取SO3+NH3调质的方式并应用到袋式除尘器中，除尘效率可以达到99.50%。通过粉尘调质试验研究，对比分析不同调质剂对除尘效率的影响。

粘性粉尘 SO3调质 NH3调质 袋式除尘器

0 引言

工业生产过程中会产生大量的粉尘，如果对粉尘不加以控制直接排放的话，可能被人体吸入引起呼吸道疾病，更会破坏大气环境，因此对粉尘的处理及对除尘器的选择尤其重要。通过研究粉尘密度、粘附性、荷电性、比电阻等，选择最适合的除尘方式。工业生产一般采用电除尘器和袋式除尘器，电除尘器主要利用高压电场使粉尘荷电，从气流中分离，能够处理大量粉尘，除尘效率高，适用于高温高压的场所，但是设备比较庞大，投资大，一般用于大型工业厂房。袋式除尘器结构简单，投资低，还能对粉尘进行回收，主要适用于细而干燥的粉尘，但是不适用于净化含有油雾、凝结水及粘结性粉尘的气体[1]。

本文主要针对小型除尘系统进行实验研究，因此选择袋式除尘器，采取粉尘调质技术来降低粘性粉尘的粘性，改善粉尘比电阻，从而提高袋式除尘器的除尘效率。

1 粉尘调质技术原理

粉尘调质即通过一些物理或者化学的方法来改变粉尘的比电阻值及粘性。在一定的范围之内粉尘粒径越大、比电阻值越小，其除尘效率越低，因此可以通过降低粉尘比电阻来提高除尘效率。而工业粉尘比电阻值往往差别很大，通过控制调质剂量来找到一个理想范围的比电阻值尤其重要。工业粉尘调质即向工业排放的烟气中加入适量的调质剂，通过与烟气中的粉尘物质发生化学反应，来降低粉尘的比电阻，调整喷入烟气的调质剂的用量可以改变调质后比电阻值大小，以实验研究的方式找到最佳喷射量是提高除尘效率的关键。另外尘粒间的粘附作用也会影响调质，粘附性过大可以使粉尘凝聚在一起，增大除尘效率，但是粉尘与器壁间的粘附将会使除尘器和管道堵塞，使除尘系统性能恶化，极大地降低除尘效率，所以应尽量降低其粘附性。

2 粉尘调质技术分类

2.1 SO3调质

工业粉尘中主要包含MgO，AL2O3等粘性状物质，硅钢生产过程中MgO的含量最多。对于这些粘性粉尘，选择加入SO3作为调质剂来进行粉尘调质，主要通过喷射SO3气体与粉尘混合，在调质室内发生充分的化学反应，SO3结合空气中的水形成H2SO4，附着在粉尘表面并与其发生反应[2]。化学反应方程式如下式所示。

SO3+7H2O+MgO→MgSO4·7H2O

(1)

该反应是一个放热反应，粉尘温度升高，相对湿度降低，减少粘性，同时生成的七水硫酸镁能够降低粉尘层表面比电阻。另外还可以通过调整添加剂的喷射量来改善其比电阻范围，从而提高除尘效率。

2.2 NH3调质

NH3作为一种调质剂，其主要作用不是改变粉尘比电阻，而是依靠其自身的粘结性来吸附粉尘颗粒，从而增大粉尘接触面积[3]。NH3也会吸收烟气中的SO3气体，在高温条件下反应生成(NH4)2SO4，它能够加大粉尘的黏附性，同时还能降低滤袋的压力损失。对于NH3调质除尘系统，一般不会出现二次扬尘的现象，除尘净化比较彻底。由于H2SO4呈酸性，(NH4)2SO4呈弱碱性，两者能够发生化学反应，从而降低了烟气中过剩的SO3浓度，防止其对滤袋的腐蚀。

2.3 NH3+SO3调质

有些粉尘中酸性物质过多，如果仅仅只用SO3调质不能达到预期的效果，可能会引起二次污染的产生。这种情况下，可以根据烟气浓度来加入一定量的NH3，在粉尘表面会形成(NH4)2SO4，NH4HSO4或两者的混合物，有很强的黏附性，能够避免二次扬尘和反电晕现象的产生。NH3和SO3的混合调质所发生的化学方程式如下式所示。

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

(2)

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

(3)

3 粉尘调质在袋式除尘器中的应用

袋式除尘器广泛适用于各种工业废气粉尘中，如轻工、机械制造、建材、化工等，一般不能处理粘性粉尘，否则会造成除尘器堵塞。但是在滤料上添加一些助滤剂之后，可以有效提高其除尘效率。目前，预涂层袋式除尘器应用还没有完全普及，主要通过

调质技术和除尘系统的结合来达到除尘效果。在混合前室的喷口位置处喷入适量的NH3和SO3气体，使其充分混合，NH3能够吸附烟气中的MgO,FeO等物质，形成大颗粒状胶体物，降低了粉尘的粘附性。SO3则主要起调质作用，与粉尘中的氧化物质发生化学反应，生成的(NH4)2SO4，NH4HSO4降低了粉尘的粘附力，同时反应为放热反应，粉尘温度升高，其相对湿度也就跟着降低了[4]。NH3+SO3调质过程中所发生的化学反应如下式，除尘系统如图1。

FeO+SO3→FeSO4

(4)

MgO+SO3→MgSO4

(5)

图1 添加调质剂的袋式除尘系统图

4 粉尘调质的实验研究

现有一工业粉尘气体，通过测试其粉尘浓度为29.91 mg/m3，原系统采用传统的袋式除尘器除尘，其除尘效率较低，仅有90%，不能满足粉尘的排放浓度标准的要求。现把粉尘调质应用到袋式除尘器系统中去，分别在混合前室添加SO3调质剂和SO3+NH3的混合调质剂来对比观察两种情况的除尘效果，并测试记录相关的数据(见表1)，最后通过所测数据值来计算两种情况下除尘器的除尘效率，从而选择最佳调质方式[5]。

表1 烟气调质前后除尘器试验数据

除尘器除尘效率可利用下式计算：

(6)

式中，C1为调质前(即除尘器入口)含尘质量浓度；C2为调质后(即除尘器出口)含尘质量浓度。

根据表1和式(6)可知，加SO3调质剂的除尘效率为98.19%，加SO3+NH3调质剂的除尘效率达到了99.50%。而且SO3+NH3调质后温度比仅加SO3调质剂要高，所以粉尘的相对湿度更低一些，极大地降低了粉尘的粘性。

5 SO3和NH3的喷射量对调质的影响

在上述实验系统中，最关键的是要调整SO3和NH3调质所需的用量，过多或者偏少都会对除尘效果造成影响。

(1)当SO3与MgO以2∶1的质量比混合时，恰好完全反应，进入除尘器的粉尘只有生成物MgSO4，这种条件下，除尘效率达到最大。

(2)当SO3与MgO的质量比大于2∶1时，SO3过剩，进入除尘器的粉尘除了含有MgSO4之外，还有过量的SO3，又由于空气中有水蒸气存在，SO3会转化为H2SO4。此时进入除尘器的粉尘混合物带有一定的酸性，如果不加处理可能会腐蚀除尘器滤袋。应该适当加大NH3的用量，与生成的H2SO4发生中和反应，降低其酸性腐蚀作用，延长滤袋使用寿命。

(3)当SO3与MgO的质量比小于2:1时，说明MgO过剩，进入除尘器的粉尘混合物就含有多余的Mg，导致粉尘粘性变大。此时应加大入口处NH3的用量，加剧粉尘的凝结，减少二次扬尘。

为了降低粉尘的比电阻，烟气中必须有足够的SO3调质剂。此外，对于与SO3发生化学反应后过剩的粉尘混合物，则主要依靠加入NH3的浓度及用量来降低粉尘粘性。所以，SO3的喷射量不能过多也不能过少，应根据烟气中MgO的浓度来确定喷射SO3以及NH3的用量，既能够降低粉尘粘性避免糊袋现象产生，又杜绝了过多的SO3对滤袋腐蚀，从而提高袋式除尘器的除尘效率。

6 结论

(1)对于粘性粉尘，采用粉尘调质能够改善其比电阻，达到提高除尘效率的目的。

(2)对比分析粉尘调质剂SO3，NH3，SO3+NH3对粉尘调质的影响，采用SO3和NH3相结合作为调质剂的方法达到的调质效果最明显。

(3)对于粉尘调质在袋式除尘器中的实验研究，通过添加不同调质剂，比较分析其除尘效率，采用SO3+NH3作为调质剂除尘效率达到了99.50%，比采用SO3调质效率高。

(4) 当SO3过多或过少都会降低除尘效率，可以通过调节NH3的用量来改善粉尘的粘性，SO3起主要调质作用，NH3起辅助凝结作用。因此，对于不同的工业粉尘要控制好SO3和NH3的喷射量。

[1]刘金荣.烟气调质在除尘方面的应用和新发展[J].华东电力，2007,35(4):96-98.

[2]安军.浅谈烟气调质在除尘方面的应用和发展[J].企业技术开发(学术版)，2012,31(10):64-65.

[3]杨建滨,于晓龙.烟气调质的应用[J].黑龙江科技信息,2012(26)：70.

[4]张卫东,苏海佳,高坚.袋式除尘器及其滤料的发展[J].化工进展,2003，22(4)：380-384.

[5]蒋亚彬,腾农,王强，等.SO3烟气调质试验研究[J].电力科技与环保,2003，19(3)：27-30.

Application of Industrial Sticky Dust Quenching in Bag Filter

LIU Qiuxin MEI Gang CHEN Tianshou

(InstituteofUrbanConstruction,WuhanUniversityofScienceandTechnologyWuhan, 430070)

This paper introduces the principle of the technology and classification of dust and its utilization in the filter. The industrial dust mainly includes MgO, Al2O3and others highly viscous substances. By SO3+NH3conditioning and applied in the bag filter, the dust removal efficiency can reach 99.50%. The effects of different quenching on dust removal are compartively analyzed through dust conditioning experimental study.

sticky dust SO3conditioning NH3conditioning bag filter

刘秋新，男，1956年生，教授，博士，硕士生导师，主要研究方向为暖通空调、供热与通风除尘、大气污染控制、冰蓄冷技术。

2016-03-15)