FS除尘器研究及其在焦化行业中的应用.pdf

48燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesNov.2023Vol.54 No.6F S除尘器研究及其在焦化行业中的应用朱从文（山东工程职业技术大学，济南250200）摘要：介绍了目前焦化行业主要采用的圆袋布袋除尘器的优缺点，并针对圆袋布袋除尘器在“双碳”目标下的不适应性，提出改进意见，引出 FS 除尘器。介绍了 FS 除尘器的结构特点，并与圆袋布袋除尘器进行比较，得出 FS 除尘器独有的优点。建议在焦化行业使用 FS 除尘器以达到减碳节能的目地。关键词：焦化粉尘特点；圆袋布袋除尘器；FS 除尘器；优点；应用中图分类号：TQ520.5文献标识码：A文章编号：1001-3709（2023）06-0048-04R e s e a r c h o n F S d e d u s t e r a n d i t s a p p l i c a t i o n i n c o k i n g i n d u s t r yZhu Congwen（Shandong University of Engineering Technology，Jinan250200，China）A b s t r a c t:This paper mainly introduces the advantages and disadvantages of the bag filter used in coking industry，and gives improvement proposals for its inapplicability under the current“carbon peaking and carbon neutrality”targetAnd FS deduster is recommended.It also introduces the structure of FS deduster，and compares it with bag filterAnd unique advantages of FS deduster are provided in the paperAnd FS deduster is recommended for the purpose of reducing carbon and saving energy.Ke y w o r d s:Coke dust characteristics；Bag filter；FS deduster；Advantages；Application收稿日期：2022-09-24作者简介：朱从文（1973-），男，高级工程师1 概述我国是焦炭生产大国，焦炭产量约为4.5亿t/a，约占世界焦炭产量的40%。焦炭在生产过程中，会产生大量粉尘，严重污染周边环境，这些粉尘主要集中在备煤、装煤、出焦和干熄焦等过程中。焦化行业为促进清洁生产，对烟尘治理采取了大量行之有效的方法，取得了一定的效果，但依旧存在大量问题，尤其在除尘效率、烟尘捕集等方面还存在较大差距。2 焦化行业除尘器应用现状2.1 除尘器的分类除尘器是用于从气体中去除或捕集固态微粒的设备，也称为收尘器。除尘器种类多，按照除尘机理可以分为以下6类1。（1）机械除尘器。机械除尘器依靠重力将尘粒从气流中除去，其结构简单，设备和运行费均较低，但除尘效率不高。（2）湿式除尘器。湿式除尘器利用液体的洗涤作用，将尘粒从气流中分离出来，除尘效率为80%95%，但运转费用较高。（3）过滤式除尘器。过滤式除尘器利用多孔介质的过滤作用，对含尘气体进行捕集，常见的有袋式除尘器、内部过滤和表面过滤除尘器。过滤式除尘器除尘效率较高，但不能处理温度高的含尘气体。（4）静电除尘器。该类除尘器是在高压电场的作用下，通过高压放电，实现尘粒与气流分离，一般有管式和板式2种。静电除尘器的特点是阻力损失小，除尘效率高，但除尘效率受颗粒物理性质影响大，投资较高，占地面积大。（5）磁力除尘器。（6）组合式除尘器。组合式除尘器是为了提高除尘效率，在“前级设粗颗粒除尘装置，后级设细颗粒除尘装置”的各类串联组合除尘装置。其中过滤式除尘器，又称为袋式除尘器，在冶金行业和焦化行业得到了广泛的应用。49燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 11 月第 54 卷第 6 期2.2 焦化行业除尘器应用现状焦化厂除尘器一般采用过滤式除尘器，即布袋除尘器。它的突出优点是可适用于各种工业生产过程中，操作稳定，便于回收粉尘，除尘效率高，不受煤种的影响，出口粉尘浓度小于30 mg/Nm3。2.2.1焦化厂烟尘特点及除尘器的工作原理（1）烟尘特点焦炉烟尘发生于装煤、炼焦、推焦和熄焦过程中。炼焦烟尘难以捕集且含有焦油类物质，其主要特点如下所述。含污染物种类较多，废气中含有煤尘、焦尘和焦油类物质。其中无机类物质有硫化氢、氰化氢、氨、二硫化碳等；有机类物质有苯类、酚类等多环及杂环芳烃。污染物多属有毒有害物质，危害性大；污染物发生源多、面广、分散，连续性与阵发性并存。焦化粉尘中的焦粉磨损性强，易磨损管道与设备；粉尘中的焦油类物质易堵塞圆袋布袋除尘器的滤袋。（2）圆袋布袋除尘器的工作原理目前焦化厂烟尘收集主要采用地面除尘站，地面除尘站采用的除尘器一般为圆袋布袋除尘器。其工作原理如下：含尘气体由设置在灰斗上的敞开式法兰进入过滤室，较粗大的粉尘颗粒落入灰仓；含微细粉尘的气体经滤袋过滤，粉尘被滤袋阻留于表面。经布袋过滤后的洁净气体经袋口流入净气室，再通过风机排入大气。含微细粉尘的气体经滤袋过滤时，粉尘在滤袋表面越积越多，程控仪即脉冲控制仪开始工作。将脉冲阀逐个开启，用于清灰的压缩空气通过设在喷吹管上的喷口对滤袋进行喷吹清灰，使滤袋突然膨胀。在反向气流的作用下，滤袋表面的粉尘与滤袋脱离落入灰仓，粉尘由卸灰阀排出。2.2.2圆袋布袋除尘器的材质、结构及特点（1）材质及结构圆形除尘布袋是除尘器布袋的一种，它在布袋除尘器中起着关键的作用。滤袋应选择耐高温的材质，如玻纤布/毡、NOMEX、针刺毡、P84针刺毡等2。圆形除尘布袋采用耐高温材质，耐热性好、抗拉强度高、清灰性能好，在烟尘治理方面得到了广泛应用。但在燃煤锅炉、垃圾焚烧炉产生的酸性烟气的过滤方面，由于酸侵蚀造成滤料强度的大幅度降低，影响滤料的使用寿命，限制了玻纤滤料在该领域的应用。除尘布袋骨架采用圆形结构，骨架的纵筋和反撑环分布均匀，并有足够的强度。顶部加装倒U型冷冲压短管，保证袋笼的垂直及喷吹时滤袋口的稳定性。除尘布袋骨架材料为20#碳钢，使用笼骨生产线一次成型，保证笼骨的直线度和扭曲度。滤袋框架碰焊后光滑无毛刺，并且有足够的强度。（2）圆袋布袋除尘器的特点焦化行业之所以选择圆袋布袋除尘器，主要是因为其具有以下优点：圆袋布袋除尘器除尘效率高。一般来说，选型设计合理的布袋除尘器除尘效率可达99%，捕捉的粉尘颗粒细度可达0.3 m，完全能够满足环保环评要求。布袋除尘器除尘效果稳定。布袋除尘器的工作环境如处置风量、气体含尘量、温度等都会随着作业条件的变化而变化，但这些变化对袋式除尘器的除尘效果影响不大3。布袋除尘器除尘方式较为简单，且粉尘回收利用率高。布袋除尘器是一种干式除尘设备，该设备通过特殊的滤袋收集粉尘颗粒达到除尘效果，收集粉尘时不需要加水，因此不需要专门的污水处理或者泥浆处理装置，可为企业节约开支。布袋除尘器对处理风量要求宽泛。处理风量从每小时数百立方米到每小时几十万立方米均可单独设计，并且能直接设于室内或置于小型机组附近，也可做成大型的布袋除尘室。正因为圆袋布袋除尘器的这些优点，其在焦化行业得到了极大的推广与应用，但随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，对除尘提出了更高的要求，例如粉尘排放限值为10 mg/Nm3，此种情况下，再利用圆袋布袋除尘器进行除尘，就会大幅度增加建设和运行成本。同时圆袋布袋除尘器还存在如下缺点：占地面积大，由于单袋过滤面积有限，因此在处理大风量时，占地面积过大；经常采用高压电机，运行费用高。针对这种情况，各除尘厂家在不断改善布袋材质和除尘效果的基础上，还开发出了滤筒、塑烧板等滤料，用来适应越来越严苛的环保要求。在这种形势下，一种新型的布袋除尘器应运而生。2.2.3FS除尘器FS除尘器是一种典型的扁袋除尘器。在总结国内外各类除尘机组技术基础上，综合了分室反吹清灰结构及低压脉冲清灰技术的优点，克服了分室反50燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesNov.2023Vol.54 No.6吹清灰强度弱及高压脉冲易损件多的缺点的基础上研发出来的一种新型的袋式除尘器。（1）FS除尘器的结构FS除尘器是一种自带风机、控制器，具有滤袋旁插结构的组合机组。其结构紧凑，即可布置在室内，又可安装到室外，适用范围广泛，主要应用于建材、冶金、铸造、粮食加工等工矿企业粉尘的净化和回收。FS除尘器由捕集罩、阀门、风管、过滤器本体、引风机、烟囱等组成。具体构成如下：管路系统主要由捕集罩、阀门、直管、弯头、三通等组成；钢结构主要包括进气罩、灰斗、净气管道、检修平台、烟囱、爬梯、火花捕捉器等；除尘器本体由过滤器壳体、滤袋、网架、弹簧、滤袋压紧架、反吹风机、反吹小车、压力传感器、电控系统等组成；卸灰系统由螺旋输送器、卸灰阀、大布袋外壳、料位计、气体输送装置等组成；风机由蜗壳、叶轮、电机、减震垫等构成；电控系统由电控柜、电缆、桥架、传感器等组成。（2）FS除尘器的性能特点FS除尘器采用顺流式设计，从顶部进气，箱体阻力小于圆袋布袋除尘器。由于下部灰斗内没有气体进入，避免了净气和污染气体的混合，有效减轻了滤袋的负担。箱体阻力的减小使整套除尘系统的压力降低，除尘系统压力降低的同时也降低了风机电机功率，更节能。同时将大型整体式进气罩覆盖于整台除尘器顶部，气流均布板使进入除尘器的气流均匀分布，避免了滤袋因额外冲击而破坏，使用寿命大大延长4。FS除尘器滤袋采用多孔板滤袋，利用支撑架进行两端定位，有效避免滤袋底端相互碰触、摩擦，减少滤袋损坏。滤袋、滤袋支撑架采用面面接触，降低了笼架对滤袋的损害。滤袋从除尘器一侧插入，上部不设开口，滤袋受损时，可以有效避免粉尘从破损布袋进入净气室。FS除尘器采用风机反吹清灰，压力5 000 Pa，清灰力度柔和，因清灰而产生的对滤袋的磨损大大降低。采用离线清灰，保证了粉尘沉降的效果，避免了清理的粉尘下落到下层滤料。FS除尘器采用模块化设计，结构紧凑，同样过滤面积的情况下，体积只有圆袋布袋除尘器体积的1/22/3。过滤采用粉饼层过滤技术，过滤效果明显提高，粉尘排放浓度5 mg/Nm3。FS除尘器框架采用无缝焊接结构，拆装移位便捷，牢固可靠。除尘器壳体耐高压，可达到6 000 Pa。系统运行中维修的工作量极小，通常做到3年以上免维护，关键部件（如反吹机构）可做到终身免维护。布袋使用寿命可达27 000 h或3年，实际可以使用更长时间。圆袋布袋除尘器只能在使用初期满足性能要求，基本达到国内排放标准，相比而言，FS除尘器能始终如一的保持优异的运行性能，同时滤袋更换前，其粉尘排放指标始终5 mg/Nm3。3 F S 除尘器与圆袋布袋除尘器性能比较3.1 性能指标比较FS除尘器与圆袋布袋除尘器的性能比较如表1所示。3.2 设计数据分析表2是处理风量相同的情况下，FS除尘器与圆表 1 F S除尘器与圆袋布袋除尘器的性能比较项目FS 除尘器圆袋布袋除尘器说明气流方向顺流式逆流式顺流式粉尘沉降效果明显滤袋形式横向旁插、扁袋垂直悬挂、圆袋旁插维护方便滤袋长度2.2 m2.5 8 m滤袋材质针刺毡覆膜针刺毡清灰动力风机反吹压缩空气脉冲喷吹压缩空气含水、油等物质时间过长滤袋易板结清灰力度0.01 MPa/可控0.3 0.5 MPa/不可控脉冲清灰力度过大，影响滤袋使用寿命滤袋寿命2 3 年1 2 年清灰控制智能、主动定时、被动清灰效率高一般顺流式结构粉饼层厚度控制精确控制不可控占地面积小大处理风量相同的情况下，FS 除尘器的占地面积约为圆袋布袋除尘器的 2/3粉尘排放指标滤袋破损更换前粉尘排放指标长期稳定在 9 mg/Nm320 30 mg/Nm3，粉尘排放指标随使用时间的延长而逐渐增大维护保养轻松、简便，更换时间短，经培训的操作工可单独更换滤袋更换滤袋需拆卸喷吹管，需专业维修人员更换51燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 11 月第 54 卷第 6 期袋布袋除尘器的设计数据。由表2数据可以看出：（1）FS除尘器的占地面积是圆袋布袋除尘器占地面积的1/2。（2）2套除尘系统中，FS除尘器的风机总功率为180 kW，圆袋布袋除尘器的风机总功率为264 kW，FS除尘器的风机总功率比圆袋布袋除尘器的风机总功率低约32%，全年约节省用电73.5万kWh，节约电费约40万元。（3）FS除尘器清灰系统不需要压缩空气，前期投资省去了空压机、大量的压缩空气管道、储气罐和脉冲阀，同时也省去了后期这些设备的维护和保养费用；FS除尘系统的每套反吹风机功率为7.5 kW，2套除尘系统的反吹风机总功率为15 kW；圆袋布袋除尘系统清灰所需的用气量为4.0 Nm3/min，所配的空压系统功率为30 kW。FS除尘系统功率较圆袋布袋除尘系统相比减小了15 kW，全年节省用电13万kWh，节省电费7万元。（4）圆袋布袋除尘器有5%的袋口漏气率，直接增加了烟气排放量，相同处理风量的情况下过滤面积增大。（5）FS除尘器箱体阻力比圆袋布袋除尘器箱体阻力小600 Pa，可降低除尘器的运行成本。（6）FS除尘布袋使用寿命是圆袋除尘布袋的2倍。4 F S 除尘器在焦化行业推广的意义圆袋布袋除尘器虽然在焦化行业得到了极大的推广，但由于其自身存在的缺点，在目前“碳达峰、碳中和”目标下，已经越来越不适应焦化除尘的需求，主要体现在以下几方面：（1）处理成本高。一般处理20万风量的粉尘就需要560 kW的风机，并且必须采用高压电机。（2）占地面积大。由于单袋过滤面积相对较小，造成与FS除尘器相比，处理相同风量的情况下，占地面积约大1/3。（3）检修困难。当布袋损坏时，需要揭盖进行更换，增加工人劳动量。（4）除尘效果较差。随着各地粉尘浓度排放限值的实行，采用圆袋布袋除尘器时，为达到排放目标，只能降低过滤风速，由于过滤风速的降低，必须增大过滤面积，这就增加了基建投资。针对以上缺点，各焦化厂都在寻找一种既经济又能使粉尘浓度达标排放的除尘设备，FS扁袋除尘器可满足这些要求。如果焦化厂采用FS除尘器，以产量为100万t/a的焦化厂为例，可取得如下经济效益：（1）占地面积可缩小1/3，大大节约建设用地。（2）节约用电，由于FS除尘器设备阻力小，同时不需要外加脉冲风，吨焦节约用电5 kWh，则100万t焦炭可节约用电500万kWh。每kWh按0.54元计算，每年可节约电费270万元。（3）减少碳颗粒外排，减少碳排放。经过测算，每生产1 t焦炭，采用FS除尘器可比圆袋布袋除尘器少排碳颗粒5 g，每年可少排碳颗粒50 t。使用FS除尘器，每年可以减少碳排放约170 t。5 结论FS除尘器无论从技术上还是经济上，都比较适应焦化行业的实际情况，因此在“双碳目标”下，焦化行业利用FS除尘器代替现有的圆袋布袋除尘器是可行的。参考文献 1唐锦芸.钢厂精炼车间除尘系统改造设计D.绵阳：西南科技大学，2018.2营口德瑞化工有限公司.一种过滤裂解法制备氰化氢气体中焦灰的布袋过滤装置：CN202021529148.1P.2021-04-06.3石学勇.除尘减排自动控制系统在石化煅烧装置中应用探讨J.工业技术创新，2016（2）：4.4田学智，杨楼.FS除尘技术的优越性J.中国铸造装备与技术，2014（4）：40-42.韩立影编辑表 2 F S除尘器与圆袋布袋除尘器的设计数据参数1#除尘器2#除尘器FS 除尘器 圆袋布袋除尘器 FS 除尘器 圆袋布袋除尘器风量/（Nm3h-1）57 00057 00054 00054 000温度/50505050吸尘口负压/Pa1 2001 2001 2001 200除尘器入口浓度/（gm-3）510510510510除尘器出口排放浓度/（mgm-3）9999过滤面积/m21 207.51 4401 207.51 440过滤风速（m/s）0.800.700.770.70布袋使用寿命/a2121用气量/（Nm3min-1）02.002.0风机功率/kW9013290132风机静压/Pa4 0004 6004 0004 600除尘箱体阻力/Pa6001 2006001 200袋口漏气率/%0505设备占地面积比例1/211/21FS 除尘器反吹风机功率/kW7.5-7.5-圆袋布袋除尘器清灰风机功率/kW-15-15