颗粒床除尘器高温实验研究

D01:10.13374j.isml00103x2006.11.03 第28卷第11期 北京科技大学学报 Vol.28 No.11 2006年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2006 颗粒床除尘器高温实验研究 何 鹏秦红霞宗燕兵苍大强买明·卡地尔 北京科技大学治金与生态工程学院.北京100083 摘要针对工业界的高温除尘问题.采用固体颗粒床除尘方式，对砂砾作为过滤介质的可行性 和实用性进行了研究.通过对颗粒床除尘器高温条件下的实验研究.探讨了不同工况时除尘效率 和压力损失的变化规律.推导了除尘效率和压力损失与温度的关系.并与实验结果作了比较.结 果表明，随着烟气温度的升高，除尘效率和压力损失均逐渐增大 关键词固体颗粒床：高温除尘器：过滤式除尘器；除尘效率：压力损失；高温 分类号TF547.2 现代工业生产中，对粉尘的控制越来越严格. 通过控制风机一定的风量，将气体吹入加热 目前，生产中对高温气体中粉尘的控制主要采用 炉中进行加热.加热后的气体吹入管道中.人工 降温和湿法处理.但是，无论是采用兑风降温，还 调节布料器的布料速度，加入一定量的粉尘.实 是利用水处理高温含尘气体都浪费了气体的物 验过程包括正吹和反吹.正吹时，打开阀门1和 理潜热而且设备投入很大，国际能源公署的经 4,同时关闭阀门2和3.含有粉尘的高温气体在 济报告认为刭，颗粒层过滤器是最有发展前途 颗粒床除尘器内被过滤，净化后的气体从尾部排 的高温除尘设备，我国西安交通大学和中国科学 出：反吹时，关闭阀门1和4，打开阀门2和3，选 院山西煤炭化学研究所对颗粒床除尘作了一些研 择适合的风量，把颗粒床内的粉尘吹出，从而达到 究习.本文在等温实验的基础上，实验研究 连续除尘的工作目的， 了高温条件下该设备的除尘效率和压力损失变化 除尘器本体高600mm,中300mm;管道 规律 65mm.实验中粉尘气流的温度分别为20,50， 1 实验方法 100,150,200,250℃.气体粉尘质量浓度为8~ l5gm3.除尘介质选用石英沙，其理化特性分 通过模拟高炉一次除尘后的含尘气体质量浓 析见表1.实验1和实验2的除尘系统条件见 度，进行颗粒床除尘器的等温实验研究，探索气体 表2. 过滤速度、过滤床层厚度对除尘器除尘效率和床 实验中压力用毕托管和U型压力计测量，温 层压力损失的影响.实验装置如图1图所示， 度用镍铬一镍铬热电偶测量，粉尘质量浓度用自 高温含尘气体 动烟尘测试仪测量，粉尘粒径分布用JL一1177激 布料器 -阀J1V 阀12收尘器 光粒度分布测试仪测量. 控温柜 该颗粒床除尘器与传统的除尘器相比有以下 除尘器 测量孔 特点：(1)粒层过滤器是利用物理和化学性质非常 风机 净化后的气体 稳定的固体颗粒组成过滤层，实现对气体或液体 加热炉 阀113 的过滤.在高温、高压过滤状态下，过滤介质具有 14 耐高温、持久性好的优点.(2)具有连续自清灰功 图1实验装备设置图 能容易清除被捕集下来的灰尘，过滤介质永远保 Fig I Experimental system 持清新状态.过滤压降稳定，处理气体流量大，调 节范围较宽，能实现连续过滤除尘.(3)除尘效率 收稿日期：2005-0829修回日期：200603-23 比较高，一般在90%以上，最高甚至可以达到 作者简介：何鹏(1976一)，男，博士研究生：苍大强(1949一). 99%.(4)由于采用干法除尘，不但节约水源避 男，教授，博士生导师 “(CI994-2021 China Academie Joual Electrone Pu兔次污染而具过裤后的于净气体可以鳯收热kine

颗粒床除尘器高温实验研究 何 鹏 秦红霞 宗燕兵 苍大强 买明·卡地尔 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 摘 要 针对工业界的高温除尘问题, 采用固体颗粒床除尘方式, 对砂砾作为过滤介质的可行性 和实用性进行了研究.通过对颗粒床除尘器高温条件下的实验研究, 探讨了不同工况时除尘效率 和压力损失的变化规律.推导了除尘效率和压力损失与温度的关系, 并与实验结果作了比较.结 果表明, 随着烟气温度的升高, 除尘效率和压力损失均逐渐增大. 关键词 固体颗粒床;高温除尘器;过滤式除尘器;除尘效率 ;压力损失;高温 分类号 TF547.2 收稿日期:2005 08 29 修回日期:2006 03 23 作者简介:何 鹏( 1976—) , 男, 博士研究生;苍大强( 1949—) , 男, 教授, 博士生导师 现代工业生产中, 对粉尘的控制越来越严格. 目前, 生产中对高温气体中粉尘的控制主要采用 降温和湿法处理.但是, 无论是采用兑风降温, 还 是利用水处理高温含尘气体, 都浪费了气体的物 理潜热, 而且设备投入很大 .国际能源公署的经 济报告认为[ 1-3] , 颗粒层过滤器是最有发展前途 的高温除尘设备 .我国西安交通大学和中国科学 院山西煤炭化学研究所对颗粒床除尘作了一些研 究[ 4-5] .本文在等温实验的基础上[ 6] , 实验研究 了高温条件下该设备的除尘效率和压力损失变化 规律 . 1 实验方法 通过模拟高炉一次除尘后的含尘气体质量浓 度, 进行颗粒床除尘器的等温实验研究, 探索气体 过滤速度、过滤床层厚度对除尘器除尘效率和床 层压力损失的影响.实验装置如图 1 图所示 . 图 1 实验装备设置图 Fig.1 Experimental system 通过控制风机一定的风量, 将气体吹入加热 炉中进行加热.加热后的气体吹入管道中 .人工 调节布料器的布料速度, 加入一定量的粉尘 .实 验过程包括正吹和反吹 .正吹时, 打开阀门 1 和 4, 同时关闭阀门 2 和 3, 含有粉尘的高温气体在 颗粒床除尘器内被过滤, 净化后的气体从尾部排 出;反吹时, 关闭阀门 1 和 4, 打开阀门 2 和 3, 选 择适合的风量, 把颗粒床内的粉尘吹出, 从而达到 连续除尘的工作目的 . 除尘 器 本 体 高 600 mm, 300 mm ;管 道 65 mm .实验中粉尘气流的温度分别为 20, 50, 100, 150, 200, 250 ℃.气体粉尘质量浓度为 8 ～ 15 g·m -3 .除尘介质选用石英沙, 其理化特性分 析见表 1 .实验 1 和实验 2 的除尘系统条件见 表 2 . 实验中压力用毕托管和 U 型压力计测量, 温 度用镍铬-镍铬热电偶测量, 粉尘质量浓度用自 动烟尘测试仪测量, 粉尘粒径分布用 JL-1177 激 光粒度分布测试仪测量. 该颗粒床除尘器与传统的除尘器相比有以下 特点 :( 1) 粒层过滤器是利用物理和化学性质非常 稳定的固体颗粒组成过滤层, 实现对气体或液体 的过滤 .在高温 、高压过滤状态下, 过滤介质具有 耐高温 、持久性好的优点 .( 2) 具有连续自清灰功 能, 容易清除被捕集下来的灰尘, 过滤介质永远保 持清新状态.过滤压降稳定, 处理气体流量大, 调 节范围较宽, 能实现连续过滤除尘 .( 3)除尘效率 比较高, 一般在 90 %以上, 最高甚至可以达到 99 %.( 4) 由于采用干法除尘, 不但节约水源, 避 免二次污染, 而且过滤后的干净气体可以回收热 第 28 卷 第 11 期 2006 年 11 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.28 No.11 Nov.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.11.013

Vol.28 No.11 何鹏等：颗粒床除尘器高温实验研究 。1065。 量，节约能源. 表1石英沙颗粒的理化特性 Table 1 Characteristic of sand particles 含泥量/ 烟酸可 密度/ 耐酸度/ 磨损率/ 空隙率/ 破碎性/ 松装密度/ 氧化率/ 莫氏硬 % 溶性/% (g"cm-3) % % % % (g'cm-3) % 度/级 Q05 002 266 98 0.03 43 0.35 1.75 99.3 7.5 表2实验条件 表面形成了一层很薄的积灰层，积灰层与过滤层 Table 2 Experimental conditions 的共同作用，使得除尘效率增大了， 床层厚 过滤时 气流速度/ 滤层介质 编号 综合考虑除尘效率和压力差与时间的关系 度/mm 间/min (m‘s 粒径/目 可以认为除尘时间范围选择在10~20min较合 实验1 80 10 1.13 12-14 适. 实验2 100 o 1.01 8-16 22床层厚度和除尘效率的关系 从图3可以看出，随着过滤层厚度的增大颗 2 实验结果 粒除尘器的除尘效率不断增大.床层厚度60mm 时，除尘效率相对较低：床层厚度80~120mm 2.1除尘效率和压力差与除尘时间的关系 时，除尘效率达到99.5%以上，并且保持相对稳 从图2中压力差与时间曲线可以看出，在气 定.增大床层厚度，除尘效率随之增加，但是阻力 流速度一定的情况下，压力差随着时间逐渐增大. 相应增大很多，不利于有效除尘.因此综合考虑 实验前期(5~20min),压力差变化显著：实验后 除尘效率和阻力效应，作为过滤床层的最佳过滤 期(20~35min),压力差变化趋缓.其原因是：实 层厚度为80~100mm. 验开始时滤层比较干净，捕集粉尘能力比较强 100.0 随着滤层颗粒捕集的粉尘逐渐增加，颗粒间隙越 来越小，使气体通过颗粒层难度不断增大，因而压 99.5 力降不断增大；但是在实验后期阶段，颗粒层间隙 99.0 中被捕捉的粉尘越来越多，颗粒床的滤层空隙趋 98.5 于饱和，捕集粉尘能力下降，粉尘的粘附力小，不 98.0 会再继续堆集气流中的粉尘与颗粒床内的滤层 97.5 处于一种相对平衡状态，因此压力降变化不明显. 5060708090100110120130140150 床层厚度mm 100.0 300 280 图3除尘效率和床层厚度关系图 99.5 260 Fig.3 Relationship between dust-removing efficiency and fil ter layer thickness 99.0 240 220 当床层厚度为60mm时，滤层厚度相对较 98.5 0压力差 一除尘率 200 小，粉尘在气流的带动冲击下，容易从颗粒床的颗 9800号0方2动2方0药080 粒间的空隙中流走.尽管在床层内部发生激烈的 时间min 碰撞和粘附，但是截留效应并不显著，除尘效率相 图2除尘效率、压力差和时间关系 对较低. Fig.2 Relationships of dust-removing efficiency and pressure 当床层厚度是80~120mm的时候，滤层厚 drop with time 度相对较大除尘效率基本稳定在99.5%左右. 从图2中除尘效率和时间的变化关系可以看 这是因为，当粉尘在过滤过程中不断沉积于颗粒 出：5min时，除尘效率相对较低；10~20min时， 空隙间，被捕捉留在过滤层中的细粉尘由于其粒 除尘效率可以达到99.5%，并且保持稳定；25min 径比原过滤颗粒的粒径小得多，即粉尘的比表面 以后，除尘效率略有降低.除尘效率随时间增加 积比过滤颗粒的比表面积大得多，因此细粉尘将 的愿因是：被颗粒床滤暴捕集下米的粉牛在滤层。P对不断冲滤过程中含气体的粉尘起到进步的in©

量, 节约能源. 表 1 石英沙颗粒的理化特性 Table 1 Characteristic of sand particles 含泥量/ % 烟酸可 溶性/ % 密度/ ( g·cm -3 ) 耐酸度/ % 磨损率/ % 空隙率/ % 破碎性/ % 松装密度/ ( g·cm -3 ) 氧化率/ % 莫氏硬 度/ 级 0.05 0.02 2.66 98 0.03 43 0.35 1.75 99.3 7.5 表 2 实验条件 Table 2 Experimental conditions 编号 床层厚 度/ mm 过滤时 间/min 气流速度/ ( m·s -1 ) 滤层介质 粒径/ 目 实验 1 80 10 1.13 12 ～ 14 实验 2 100 10 1.01 8 ～ 16 2 实验结果 2.1 除尘效率和压力差与除尘时间的关系 从图 2 中压力差与时间曲线可以看出, 在气 流速度一定的情况下, 压力差随着时间逐渐增大. 实验前期( 5 ～ 20 min) , 压力差变化显著;实验后 期( 20 ～ 35 min), 压力差变化趋缓.其原因是:实 验开始时滤层比较干净, 捕集粉尘能力比较强. 随着滤层颗粒捕集的粉尘逐渐增加, 颗粒间隙越 来越小, 使气体通过颗粒层难度不断增大, 因而压 力降不断增大;但是在实验后期阶段, 颗粒层间隙 中被捕捉的粉尘越来越多, 颗粒床的滤层空隙趋 于饱和, 捕集粉尘能力下降, 粉尘的粘附力小, 不 会再继续堆集, 气流中的粉尘与颗粒床内的滤层 处于一种相对平衡状态, 因此压力降变化不明显. 图 2 除尘效率、压力差和时间关系 Fig.2 Relationships of dust-removing effi ciency and pressure drop with time 从图 2 中除尘效率和时间的变化关系可以看 出:5 min 时, 除尘效率相对较低 ;10 ～ 20 min 时, 除尘效率可以达到 99.5 %, 并且保持稳定 ;25 min 以后, 除尘效率略有降低 .除尘效率随时间增加 的原因是, 被颗粒床滤层捕集下来的粉尘, 在滤层 表面形成了一层很薄的积灰层, 积灰层与过滤层 的共同作用, 使得除尘效率增大了 . 综合考虑除尘效率和压力差与时间的关系, 可以认为除尘时间范围选择在 10 ～ 20 min 较合 适. 2.2 床层厚度和除尘效率的关系 从图 3 可以看出, 随着过滤层厚度的增大, 颗 粒除尘器的除尘效率不断增大.床层厚度 60 mm 时, 除尘效率相对较低;床层厚度 80 ～ 120 mm 时, 除尘效率达到 99.5 %以上, 并且保持相对稳 定.增大床层厚度, 除尘效率随之增加, 但是阻力 相应增大很多, 不利于有效除尘.因此, 综合考虑 除尘效率和阻力效应, 作为过滤床层的最佳过滤 层厚度为 80 ～ 100 mm . 图 3 除尘效率和床层厚度关系图 Fig.3 Relationship between dust-removing efficiency and filter layer thickness 当床层厚度为 60 mm 时, 滤层厚度相对较 小, 粉尘在气流的带动冲击下, 容易从颗粒床的颗 粒间的空隙中流走.尽管在床层内部发生激烈的 碰撞和粘附, 但是截留效应并不显著, 除尘效率相 对较低. 当床层厚度是 80 ～ 120 mm 的时候, 滤层厚 度相对较大, 除尘效率基本稳定在 99.5 %左右. 这是因为, 当粉尘在过滤过程中不断沉积于颗粒 空隙间, 被捕捉留在过滤层中的细粉尘由于其粒 径比原过滤颗粒的粒径小得多, 即粉尘的比表面 积比过滤颗粒的比表面积大得多, 因此细粉尘将 对不断过滤过程中含尘气体的粉尘起到进一步的 Vol.28 No.11 何 鹏等:颗粒床除尘器高温实验研究 · 1065 ·

。1066· 北京科技大学学报 2006年第11期 捕捉作用，截留效应不断显著，故其除尘效率大大 2/3 提高. Cu THo 4 1 Cu To 2.3除尘效率和温度的关系 m1一0 从图4的除尘效率和温度关系可以看出，随 式中，o为气体常温下的动力粘性系数0为常 着温度的升高，除尘效率在增大.无论实验1还 温下除尘效率，Cuo为常温下Cuningham滑动修 是实验2，常温情况下除尘效率比较低都没有超 正系数T0为常温298K. 过85%：当温度升高到250℃时，两组实验的除尘 所以，对于扩散沉积，温度升高，过滤效率增 效率相对差别不大，均在95%左右，说明升高温 加.而且，扩散沉积效率还与尘粒的直径、床层空 度有利于提高除尘效率.因此，采用兑风降温方 隙率、过滤介质颗粒尺寸、床层厚度等因素有关. 式处理高温含尘气体，不但额外增加了投入浪费 另外，尘粒尺寸越小，温度增加时，扩散沉积机理 了气体潜热而且还降低了除尘效率.温度对除 的幅度加大 尘效率的影响主要表现在对扩散碰撞的影响. 24压力损失和温度的关系 100 从图5中可以看出，随着烟气温度的升高，床 实验2△ 层压力损失逐渐增大.在常温下，床层的压力损 95 失较低；温度从室温逐渐升高到100℃时，压力损 50 实验1 失迅速增加，基本上呈线性关系.当温度为100~ 250℃，压力损失虽然还是再继续增大.但是速率 80 比较缓慢.同样，实验2中，无论是常温还是高温 条件，其压力损失都比实验1要大，这是由于实验 100150200250 2的滤料粒径较小，床层厚度较大造成的. 温度/气： 1200 图4除尘效率和温度的关系 1100 实验2A Fig.4 Relation between dust removing efficiency and tempera 1000F ture 名 900 实验1 无论温度如何变化，实验2总是比实验1除 800F 尘效率高，这是由于实验中床层厚度和滤层介质 700 粒径不同造成的 600 下面讨论温度对扩散的作用.对于单一捕集 50 100150200250 温度/℃ 体)，它的扩散沉积捕集比可表示为： ED=f(e)Pe-2/3 (1) 图5压力损失和温度的关系 其中Peclet数可以表示为： Fig.5 Relations between dust-removing efficiency and pressure Pe= 3πadpdg CukT (2) 由Egun公式得出的流体通过均一非球形颗 粒固定床的压降公式可以表示为9： 式中，ED为扩散沉积捕集比，e为空隙率，k为 Boltzman常数，C.为滑动修正系数，ua为截面平 L(d,0+g= P=A1-e2, (5) 均流速，μ为气体粘性系数，dp粉尘直径，dg为 (dp)eu 式中，△P为床层压降，中，为形状系数A为实际 球体直径，T为温度. 粘性系数，B为惯性模拟系数 颗粒层的总捕集效率可以表示为： 31-eLEx 当温度升高时，实验操作条件不变u,飞， m=l-exp 2E dg (3) 中，dp,L保持近似不变.而气体粘性系数H与温 式中，Ex为捕集比，L为过滤层厚度. 度的关系，可由下式确定： 如果考虑扩散沉积，可以令Ex=ED,那么由 C 式(1)和(3)可知，过滤效率与温度的关系为： = 1+CW273 (6) T (C)1994-2021 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.net

捕捉作用, 截留效应不断显著, 故其除尘效率大大 提高 . 2.3 除尘效率和温度的关系 从图 4 的除尘效率和温度关系可以看出, 随 着温度的升高, 除尘效率在增大.无论实验 1 还 是实验 2, 常温情况下除尘效率比较低, 都没有超 过85 %;当温度升高到250 ℃时, 两组实验的除尘 效率相对差别不大, 均在 95 %左右, 说明升高温 度有利于提高除尘效率.因此, 采用兑风降温方 式处理高温含尘气体, 不但额外增加了投入, 浪费 了气体潜热, 而且还降低了除尘效率.温度对除 尘效率的影响主要表现在对扩散碰撞的影响 . 图 4 除尘效率和温度的关系 Fig.4 Relation between dust-removing efficiency and tempera￾ture 无论温度如何变化, 实验 2 总是比实验 1 除 尘效率高, 这是由于实验中床层厚度和滤层介质 粒径不同造成的 . 下面讨论温度对扩散的作用 .对于单一捕集 体[ 7] , 它的扩散沉积捕集比可表示为: E D =f ( ε) Pe -2/3 ( 1) 其中 Peclet 数可以表示为: Pe = 3πμυd dp dg Cu kT ( 2) 式中, E D 为扩散沉积捕集比, ε为空隙率, k 为 Boltzman 常数, Cu 为滑动修正系数, ud 为截面平 均流速, μ为气体粘性系数, dp 粉尘直径, dg 为 球体直径, T 为温度 . 颗粒层的总捕集效率可以表示为: η=1 -exp - 3( 1 -ε) 2ε L d g Ex ( 3) 式中, Ex 为捕集比, L 为过滤层厚度. 如果考虑扩散沉积, 可以令 E x =E D, 那么由 式( 1)和( 3)可知, 过滤效率与温度的关系为: ln 1 1 -η ln 1 1 -η0 = Cu Tμ0 Cu0 T0 μ 2/3 ( 4) 式中, μ0 为气体常温下的动力粘性系数, η0 为常 温下除尘效率, Cu0为常温下 Cuningham 滑动修 正系数, T0 为常温 298 K . 所以, 对于扩散沉积, 温度升高, 过滤效率增 加.而且, 扩散沉积效率还与尘粒的直径 、床层空 隙率 、过滤介质颗粒尺寸、床层厚度等因素有关. 另外, 尘粒尺寸越小, 温度增加时, 扩散沉积机理 的幅度加大. 2.4 压力损失和温度的关系 从图 5 中可以看出, 随着烟气温度的升高, 床 层压力损失逐渐增大 .在常温下, 床层的压力损 失较低 ;温度从室温逐渐升高到 100 ℃时, 压力损 失迅速增加, 基本上呈线性关系.当温度为 100 ～ 250 ℃, 压力损失虽然还是再继续增大, 但是速率 比较缓慢 .同样, 实验 2 中, 无论是常温还是高温 条件, 其压力损失都比实验 1 要大, 这是由于实验 2 的滤料粒径较小, 床层厚度较大造成的. 图 5 压力损失和温度的关系 Fig.5 Relations between dust-removing efficiency and pressure 由 Ergun 公式得出的流体通过均一非球形颗 粒固定床的压降公式可以表示为[ 8] : ΔP L = μA ( 1 -ε) 2 ( sd p) 2ε3 ud + ρB ( 1 -ε) ( sdp) ε3 u 2 d ( 5) 式中, ΔP 为床层压降, s 为形状系数, A 为实际 粘性系数, B 为惯性模拟系数. 当温度升高时, 实验操作条件不变, ud, ε, s, d p, L 保持近似不变 .而气体粘性系数 μ与温 度的关系, 可由下式确定 : μ=μ0 1 + C 273 1 + C T T 273 ( 6) · 1066 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 11 期

Vol.28 No.11 何鹏等：颗粒床除尘器高温实验研究 。1067。 式中，%为气体常温下的动力粘性系数，C为气 粉尘由于自身重力沉降，穿过过滤层而没有被捕 体常数值. 集到过滤介质层中. 在气体中，由于分子间距比较大，引力很弱 分子运动的自由行程大分子间相互掺混，速度快 4结论 的分子可以进入低速流层中，速度慢的分子可以 (1)颗粒床除尘器除尘效率高，运行稳定，在 进入高速流层中，两相邻流体层间进行分子动量 常温和高温下都可以达到高效除尘的目的 交换，从而阻止了流体层间相对滑动，呈现出粘 (2)随着烟气温度的升高，除尘效率在增大 性.当气体的温度升高时，内能增加，分子运动更 (3)升高温度，压力损失呈线性关系增大. 加剧烈，动量交换更加激烈，所以粘性增大 结合公式(5)和(6)可以得知，随着温度的升 潘 考文献 高，床层压降△P逐渐增大. 【刂李慧仁.高温除尘设备发展现状.化工装备技术，1996.17 (1):45 3 过滤前后粉尘粒径大小及其分布 [2 Takematsu T,Maude C.Coal Gasification for IGCC Power Generation.London:IEA Coal Research,1991 用JL一1177激光粒度分布测试仪测量过滤 【3到谭天梁风珍.工业通风除尘技术。北京：中国建筑工业 前后的粉尘粒径和分布，得到实验结果如表3. 出版社，1984 【4!许世森.移动颗粒层过滤及旋风分离的高温除尘研究学 表3粉尘粒径及分布 位论刘，西安：西安交通大学图书馆.1996 Tabel 3 Distribution and particle diameter of dust [习吴晋沪，汤忠，张建民，等。颗粒移动床高温除尘工艺与设 工况 平均粒径/m D/% 备的研究开发(1)：冷试结果及其理论分析.煤炭转化， 过滤前 41.022 38164 1998.21(1):63 过滤后 77.145 65.776 【李翔，白皓，苍大强，等.固体颗粒床高温除尘器的等温实 验研究.北京科技大学学报，2004,26(1)：18 从表3中可以看出，过滤前后粉尘的粒径分 [7 Mustoren J P.Technical and economic analysis of advanced 布截然不同.过滤前，粉尘的粒径分布比较宽，粒 particle filters for PFBC applicat ions //Pme 1991 Int Conf on FBC.Montreal,1991 径尺寸大小不一：过滤后，粉尘的粒径分布比较均 【阁向晓东.现代除尘理论与技术。北京治金工业出版社， 匀，粒径比较大，这是因为刚开始进行过滤除尘 2002 时，过滤介质颗粒间的空隙比较大，一些大颗粒的 Experimental research on high temperature granular bed filters HE Peng,OIN Hongxia,ZONG Yanbing,CANG Dagiang,MAIMING Kadier Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China ABSTRACT A kind of filter with sand as the percolation medium for dust-removing was discussed and de- signed for isothermal and high temperature experiments.The aim of this study was to evaluate the perfor- mance of the granular filter designed for hot gas cleaning up.The effect of temperature on the characteristic of the granular bed filter at high temperature was investigated,and the fomulae of dust removal efficiency and pressure drop with temperature were obtained.The experimental results are similar with the formulae. With the increase of temperature,the dust-removing efficiency and pressure drop become higher during the dust-removal process. KEY WORDS granular bed;high-temperature filter;filtration dust catcher;dust-removing efficiency: pressure drop;high temperature (C)1994-2021 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net

式中, μ0 为气体常温下的动力粘性系数, C 为气 体常数值 . 在气体中, 由于分子间距比较大, 引力很弱, 分子运动的自由行程大, 分子间相互掺混, 速度快 的分子可以进入低速流层中, 速度慢的分子可以 进入高速流层中, 两相邻流体层间进行分子动量 交换, 从而阻止了流体层间相对滑动, 呈现出粘 性.当气体的温度升高时, 内能增加, 分子运动更 加剧烈, 动量交换更加激烈, 所以粘性增大. 结合公式( 5)和( 6) 可以得知, 随着温度的升 高, 床层压降 ΔP 逐渐增大. 3 过滤前后粉尘粒径大小及其分布 用JL-1177 激光粒度分布测试仪测量过滤 前后的粉尘粒径和分布, 得到实验结果如表 3 . 表 3 粉尘粒径及分布 Tabel 3 Distribution and particle diameter of dust 工况 平均粒径/ μm D 50/ % 过滤前 41.022 38.164 过滤后 77.145 65.776 从表 3 中可以看出, 过滤前后粉尘的粒径分 布截然不同.过滤前, 粉尘的粒径分布比较宽, 粒 径尺寸大小不一 ;过滤后, 粉尘的粒径分布比较均 匀, 粒径比较大, 这是因为刚开始进行过滤除尘 时, 过滤介质颗粒间的空隙比较大, 一些大颗粒的 粉尘由于自身重力沉降, 穿过过滤层, 而没有被捕 集到过滤介质层中. 4 结论 ( 1) 颗粒床除尘器除尘效率高, 运行稳定, 在 常温和高温下都可以达到高效除尘的目的. ( 2) 随着烟气温度的升高, 除尘效率在增大 . ( 3) 升高温度, 压力损失呈线性关系增大. 参 考 文 献 [ 1] 李慧仁.高温除尘设备发展现状.化工装备技术, 1996, 17 ( 1) :45 [ 2] Takematsu T , Maude C .Coal Gasification f or IGCC Power Generation.London:IEA Coal Research, 1991 [ 3] 谭天 , 梁凤珍.工业通风除尘技术.北京:中国建筑工业 出版社, 1984 [ 4] 许世森.移动颗粒层过滤及旋风分离的高温除尘研究[ 学 位论文] .西安:西安交通大学图书馆, 1996 [ 5] 吴晋沪, 汤忠, 张建民, 等.颗粒移动床高温除尘工艺与设 备的研究开发( Ⅰ ) :冷试结果及其理论分析.煤炭转化, 1998, 21( 1) :63 [ 6] 李翔, 白皓, 苍大强, 等.固体颗粒床高温除尘器的等温实 验研究.北京科技大学学报, 2004, 26( 1) :18 [ 7] Must onen J P .Technical and economic analysis of advanced particle filters for PFBC applications ∥Proc 1991 Int C onf on FBC .Montreal, 1991 [ 8] 向晓东.现代除尘理论与技术.北京:冶金工业出版社, 2002 Experimental research on high temperature granular bed filters HE Peng , QIN Hongx ia, ZONG Yanbing, CANG Daqiang, MAIMING Kadier Metallurgical and Ecological Engineering School, University of S cience and Technology Beijing, Beijing 100083, China ABSTRACT A kind of filter with sand as the percolation medium for dust-removing was discussed and de￾signed for isothermal and hig h temperature experiments .The aim of this study w as to evaluate the perfor￾mance of the g ranular filter desig ned for hot g as cleaning up .The effect of temperature on the characteristic of the g ranular bed filter at high temperature w as investig ated, and the fo rmulae of dust removal efficiency and pressure drop with temperature were obtained .The experimental results are similar w ith the formulae. With the increase of temperature, the dust-removing efficiency and pressure drop become higher during the dust-removal process . KEY WORDS g ranular bed ;hig h-temperature filter ;filtration dust catcher ;dust-removing efficiency ; pressure drop ;high temperature Vol.28 No.11 何 鹏等:颗粒床除尘器高温实验研究 · 1067 ·