碳纖維在高溫過濾除塵中的應(yīng)用研究

1、碳纖維在高溫過濾除塵中的應(yīng)用研究目 錄123 4 研究背景及意義 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 結(jié)果與討論 結(jié)論 45 高溫含塵氣體：工業(yè)生產(chǎn)過程中含有高溫含塵氣體：工業(yè)生產(chǎn)過程中含有固體顆粒，固體顆粒，溫度溫度超超200的氣體。的氣體。 高溫氣體不僅含有大量的顯熱和潛熱顯熱和潛熱，其會(huì)對(duì)后后續(xù)工段造成極大的影響。續(xù)工段造成極大的影響。 如：火力發(fā)電廠煙氣脫硝高含塵量煙氣脫硝裝置高含塵量煙氣脫硝裝置1 1、論文背景和意義、論文背景和意義使用前使用前使用后使用后延長催化劑壽命延長催化劑壽命用作預(yù)除塵用作預(yù)除塵效率效率85%投資高投資高效率效率90%先將氣體冷卻先將氣體冷卻浪費(fèi)熱量浪費(fèi)熱量效率最高效率最高99%，結(jié)構(gòu)

2、簡單，結(jié)構(gòu)簡單，投資少，便于直接回收干料，投資少，便于直接回收干料，適應(yīng)性強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng) 旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器靜電除塵器靜電除塵器濕法除塵濕法除塵布袋式除塵器：布袋式除塵器：NomexNomex纖維纖維耐耐270270高溫、阻燃、較好的機(jī)械性能高溫、阻燃、較好的機(jī)械性能、耐水解耐水解玻璃纖維玻璃纖維 耐耐2502503030高溫高溫 耐腐蝕耐腐蝕 孔隙率大孔隙率大 較好的較好的透氣性透氣性 氣體過濾阻力小氣體過濾阻力小不銹鋼纖維不銹鋼纖維可在可在300-600300-600下使用下使用耐磨性耐磨性、耐氧化耐氧化、高強(qiáng)度高強(qiáng)度陶瓷纖維陶瓷纖維耐溫在耐溫在600600至至13001300之間之間 導(dǎo)熱

3、系數(shù)小、過濾膜孔隙導(dǎo)熱系數(shù)小、過濾膜孔隙容易容易堵塞堵塞碳纖維碳纖維高強(qiáng)度、高模量、耐高強(qiáng)度、高模量、耐10001000高溫、耐腐蝕、抗疲高溫、耐腐蝕、抗疲勞勞 目前國內(nèi)外工業(yè)布袋除塵器過濾用纖維有以下幾種：高強(qiáng)度（高強(qiáng)度（3-7GPa）高模量（高模量（200-650GPa）低密度（低密度（1.8g/cm3）耐高溫（有耐高溫（有O2：400 ；無；無O2：1400 ）耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小、耐磨耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小、耐磨碳纖維碳纖維是有機(jī)纖維或?yàn)r青纖維在是有機(jī)纖維或?yàn)r青纖維在1000以上的溫度下碳化處理后形以上的溫度下碳化處理后形成的含碳量成的含碳量85%以上的碳素纖維。以上的碳素纖維。本論文采

4、用碳纖維為高溫濾材袋本論文采用碳纖維為高溫濾材袋式除塵，在小式中研究了其過濾性能；式除塵，在小式中研究了其過濾性能；并進(jìn)行了電廠并進(jìn)行了電廠脫硝前除塵中式裝置實(shí)驗(yàn)脫硝前除塵中式裝置實(shí)驗(yàn)。2 2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容高溫除塵高溫除塵小式實(shí)驗(yàn)小式實(shí)驗(yàn)脫硝前除脫硝前除塵中式塵中式研究過濾氣速、濾布厚度與研究過濾氣速、濾布厚度與壓降、過濾效率之間的關(guān)系壓降、過濾效率之間的關(guān)系對(duì)中式裝置檢修；對(duì)中式裝置檢修；更換加熱器，調(diào)控脫硝前更換加熱器，調(diào)控脫硝前除塵溫度；初步探索中式除塵溫度；初步探索中式裝置碳纖維過濾性能裝置碳纖維過濾性能2.1實(shí)驗(yàn)器材與儀器v碳纖維濾布v粉塵采樣器2.2 2.2 高溫除塵小式實(shí)驗(yàn)裝

5、置高溫除塵小式實(shí)驗(yàn)裝置過濾器過濾器造塵室造塵室料倉料倉預(yù)熱室預(yù)熱室2.3脫硝前除塵中式實(shí)驗(yàn)煙氣量煙氣量1600m3/h,過濾氣速為過濾氣速為5.85m/s8條濾袋，總過濾面積：條濾袋，總過濾面積：0.228m2中電投熱電二廠除塵室內(nèi)部除塵室內(nèi)部3.1.1碳纖維厚度對(duì)過濾壓降的影響 1.碳纖維在碳纖維在1.5層時(shí)壓降基本上不發(fā)生變化層時(shí)壓降基本上不發(fā)生變化2.同一厚度，隨著時(shí)間的延長，壓降逐漸增加同一厚度，隨著時(shí)間的延長，壓降逐漸增加3.同一時(shí)間下，厚度越厚壓降越大同一時(shí)間下，厚度越厚壓降越大3 3、結(jié)果與討論結(jié)果與討論3.1 高溫除塵小式實(shí)驗(yàn)高溫除塵小式實(shí)驗(yàn)3.1.2碳纖維厚度對(duì)最大壓降與效率

6、的關(guān)系 在流速為在流速為1.6m/min時(shí)，隨著碳纖維厚度的增加，最大壓降在逐漸增加時(shí)，隨著碳纖維厚度的增加，最大壓降在逐漸增加，同時(shí)效率也逐漸增加。因此，同時(shí)效率也逐漸增加。因此， 3層層碳纖維為可以達(dá)到最佳實(shí)驗(yàn)條件碳纖維為可以達(dá)到最佳實(shí)驗(yàn)條件的厚度。的厚度。 3層時(shí)，過濾效率為99.8%，最大壓降為110mm水柱。3.1.3不同氣速對(duì)壓降的影響 碳纖維為碳纖維為3層的條件層的條件 ，隨著時(shí)間的延長，壓降在逐漸增加；，隨著時(shí)間的延長，壓降在逐漸增加；在同一在同一時(shí)間點(diǎn)時(shí)，氣速越大，壓降差越大。時(shí)間點(diǎn)時(shí)，氣速越大，壓降差越大。當(dāng)流速為當(dāng)流速為1.6m/min時(shí)，最大壓時(shí)，最大壓降在降在100m

7、mH2O左右，且排出口灰塵含量為左右，且排出口灰塵含量為57mg/m3；當(dāng)流速擴(kuò)大；當(dāng)流速擴(kuò)大一倍時(shí)，最大壓降一倍時(shí)，最大壓降350mmH2O左右，排出口灰塵含量為左右，排出口灰塵含量為2000mg/m3，完全達(dá)不到環(huán)保的要求。，完全達(dá)不到環(huán)保的要求。3.1.4不同氣速對(duì)最大壓降與效率的影響 碳纖維厚度為碳纖維厚度為3層時(shí)，流速為層時(shí)，流速為1.6m/min時(shí)，壓降差最小，過濾效率時(shí)，壓降差最小，過濾效率最高；最高；當(dāng)氣速增大時(shí)，最大壓降增大，過濾效率減小。當(dāng)氣速增大時(shí)，最大壓降增大，過濾效率減小。綜上可得：綜上可得：實(shí)驗(yàn)室條件下，實(shí)驗(yàn)室條件下，3層的碳纖維過濾介質(zhì)在層的碳纖維過濾介質(zhì)在1.6

8、m/min（3m3/h）的流）的流速下可以獲得的最佳的過濾效果。速下可以獲得的最佳的過濾效果。 過濾效率為99.8%，最大壓降為110mm水柱3.1.5不同層數(shù)對(duì)粉塵的截留率123012345Weight (g)Layer 91.42%6.61%1.97%在碳纖維為三層、氣速為在碳纖維為三層、氣速為1.6m/min時(shí)。得出：第一層的截留率高時(shí)。得出：第一層的截留率高達(dá)達(dá)91.4%，第二層則為，第二層則為6.6%，第三層則為，第三層則為2%。由此圖可以得出，。由此圖可以得出，過濾介質(zhì)對(duì)粉塵氣體的過濾最外層起到很大作用，過濾介質(zhì)對(duì)粉塵氣體的過濾最外層起到很大作用，前兩層可將大部前兩層可將大部分粉塵

9、截留下來。分粉塵截留下來。3.1.6反吹再生時(shí)間與壓降反吹再生時(shí)間與壓降 反吹再生實(shí)驗(yàn)是在反吹再生實(shí)驗(yàn)是在1.6m/min、厚度、厚度3層過濾介質(zhì)和室溫下進(jìn)行。以層過濾介質(zhì)和室溫下進(jìn)行。以此可以得出，此可以得出，每次反吹之后的初始?jí)航翟谥饾u增大，但壓降上升緩每次反吹之后的初始?jí)航翟谥饾u增大，但壓降上升緩慢。說明：碳纖維有很好的再生能力，可以長期使用。慢。說明：碳纖維有很好的再生能力，可以長期使用。 3.1.7高溫下碳纖維表面SEM表征 放大放大1萬倍進(jìn)行電鏡掃描，與未處理的碳纖維電鏡掃描對(duì)比。萬倍進(jìn)行電鏡掃描，與未處理的碳纖維電鏡掃描對(duì)比。400，6%的氧，的氧，2h后出現(xiàn)毛刺；后出現(xiàn)毛刺；4

10、h后碳纖維開裂；后碳纖維開裂；6h后碳纖維呈片狀剝落。后碳纖維呈片狀剝落。原碳纖維原碳纖維2h4h6hv拆卸除塵室拆卸除塵室中的濾袋中的濾袋v清理除塵室清理除塵室中沉積的粉中沉積的粉塵塵3.2.1 中式裝置檢修3.2脫硝前除塵中式實(shí)驗(yàn)v拆卸加熱管v安裝U型壓差計(jì)v拆卸舊濾布v更換新濾布v將新濾袋裝進(jìn)除塵室v安裝反吹管v拆卸加熱管拆卸加熱管v法蘭打孔法蘭打孔v訂做訂做1KW的的加熱管加熱管v組裝加熱管并組裝加熱管并裝到加熱器中裝到加熱器中v安裝電路安裝電路3.2.2 改造溫控系統(tǒng)改造溫控系統(tǒng)3.2.3初步探索中式裝置碳纖維的過濾性能通過粉塵采樣器對(duì)除塵室通過粉塵采樣器對(duì)除塵室進(jìn)出口粉塵含量測量進(jìn)

11、出口粉塵含量測量溫控儀表溫控儀表狀態(tài)總?cè)肟跍囟?過濾入口/過濾出口/壓降/mm關(guān)閉所有閥門-1240開閥門后-1550開風(fēng)機(jī)，不加熱3332871732400開8KW加熱3583672922750開16KW加熱3614023332850開24KW加熱跳閘因?yàn)樘祭w維濾布為直接包裹成過濾袋，一定程度上會(huì)造成除塵效率不高因?yàn)樘祭w維濾布為直接包裹成過濾袋，一定程度上會(huì)造成除塵效率不高 入口粉塵濃度：入口粉塵濃度：33.41g/m3 出口粉塵濃度：出口粉塵濃度：1.67g/m3 除塵效率：除塵效率：95% 3.2.4數(shù)據(jù)處理v在今后如果濾袋能夠制成如圖所示的樣子時(shí)將后大大提高除塵效率15m100 nm2

12、5 m3編號(hào)氧化溫度氧化時(shí)間分析備注14000表面潔凈，存在與軸平行的縱向溝槽表面潔凈，存在與軸平行的縱向溝槽 左上為100nm240012h表面溝槽變淺，產(chǎn)生毛刺出現(xiàn)裂紋表面溝槽變淺，產(chǎn)生毛刺出現(xiàn)裂紋右下為5m3400152h表面裂紋鈍化消除，重現(xiàn)潔凈表面，纖表面裂紋鈍化消除，重現(xiàn)潔凈表面，纖維直徑變小維直徑變小5m100 nm2100nm5m100 nm23.2.5工廠取樣的碳纖維SEM表征4. 結(jié)論結(jié)論v在流速為在流速為1.6m/min、碳纖維碳纖維3層、層、過濾時(shí)間為過濾時(shí)間為15min時(shí)，時(shí)，過濾效率可達(dá)過濾效率可達(dá)99.8%以上，以上，最大壓降最大壓降僅為僅為110mm水柱，排出口粉塵含量為水柱，排出口粉塵含量為40mg/m3。v同一流速、介質(zhì)厚度下，隨著時(shí)間的延長，過濾同一流速、介質(zhì)厚度下，隨著時(shí)間的延長，過濾壓降和效率逐漸增加；同一流速、同一時(shí)間點(diǎn)不壓降和效率逐漸增加；同一流速、同一時(shí)間點(diǎn)不同介質(zhì)厚度下，厚度越厚，壓降越大，效率越高。同介質(zhì)厚度下，厚度越厚，壓降越大，效率越高。v對(duì)中式裝置進(jìn)行檢修改造后，對(duì)