碳纤维在高温过滤除尘中的应用研究

1、碳纤维在高温过滤除尘中的应用研究目 录123 4 研究背景及意义 实验内容 结果与讨论 结论 45 高温含尘气体：工业生产过程中含有高温含尘气体：工业生产过程中含有固体颗粒，固体颗粒，温度温度超超200的气体。的气体。 高温气体不仅含有大量的显热和潜热显热和潜热，其会对后后续工段造成极大的影响。续工段造成极大的影响。 如：火力发电厂烟气脱硝高含尘量烟气脱硝装置高含尘量烟气脱硝装置1 1、论文背景和意义、论文背景和意义使用前使用前使用后使用后延长催化剂寿命延长催化剂寿命用作预除尘用作预除尘效率效率85%投资高投资高效率效率90%先将气体冷却先将气体冷却浪费热量浪费热量效率最高效率最高99%，结构

2、简单，结构简单，投资少，便于直接回收干料，投资少，便于直接回收干料，适应性强适应性强 旋风除尘器旋风除尘器静电除尘器静电除尘器湿法除尘湿法除尘布袋式除尘器：布袋式除尘器：NomexNomex纤维纤维耐耐270270高温、阻燃、较好的机械性能高温、阻燃、较好的机械性能、耐水解耐水解玻璃纤维玻璃纤维 耐耐2502503030高温高温 耐腐蚀耐腐蚀 孔隙率大孔隙率大 较好的较好的透气性透气性 气体过滤阻力小气体过滤阻力小不锈钢纤维不锈钢纤维可在可在300-600300-600下使用下使用耐磨性耐磨性、耐氧化耐氧化、高强度高强度陶瓷纤维陶瓷纤维耐温在耐温在600600至至13001300之间之间 导热

3、系数小、过滤膜孔隙导热系数小、过滤膜孔隙容易容易堵塞堵塞碳纤维碳纤维高强度、高模量、耐高强度、高模量、耐10001000高温、耐腐蚀、抗疲高温、耐腐蚀、抗疲劳劳 目前国内外工业布袋除尘器过滤用纤维有以下几种：高强度（高强度（3-7GPa）高模量（高模量（200-650GPa）低密度（低密度（1.8g/cm3）耐高温（有耐高温（有O2：400 ；无；无O2：1400 ）耐腐蚀、热膨胀系数小、耐磨耐腐蚀、热膨胀系数小、耐磨碳纤维碳纤维是有机纤维或沥青纤维在是有机纤维或沥青纤维在1000以上的温度下碳化处理后形以上的温度下碳化处理后形成的含碳量成的含碳量85%以上的碳素纤维。以上的碳素纤维。本论文采

4、用碳纤维为高温滤材袋本论文采用碳纤维为高温滤材袋式除尘，在小式中研究了其过滤性能；式除尘，在小式中研究了其过滤性能；并进行了电厂并进行了电厂脱硝前除尘中式装置实验脱硝前除尘中式装置实验。2 2、实验内容实验内容高温除尘高温除尘小式实验小式实验脱硝前除脱硝前除尘中式尘中式研究过滤气速、滤布厚度与研究过滤气速、滤布厚度与压降、过滤效率之间的关系压降、过滤效率之间的关系对中式装置检修；对中式装置检修；更换加热器，调控脱硝前更换加热器，调控脱硝前除尘温度；初步探索中式除尘温度；初步探索中式装置碳纤维过滤性能装置碳纤维过滤性能2.1实验器材与仪器v碳纤维滤布v粉尘采样器2.2 2.2 高温除尘小式实验装

5、置高温除尘小式实验装置过滤器过滤器造尘室造尘室料仓料仓预热室预热室2.3脱硝前除尘中式实验烟气量烟气量1600m3/h,过滤气速为过滤气速为5.85m/s8条滤袋，总过滤面积：条滤袋，总过滤面积：0.228m2中电投热电二厂除尘室内部除尘室内部3.1.1碳纤维厚度对过滤压降的影响 1.碳纤维在碳纤维在1.5层时压降基本上不发生变化层时压降基本上不发生变化2.同一厚度，随着时间的延长，压降逐渐增加同一厚度，随着时间的延长，压降逐渐增加3.同一时间下，厚度越厚压降越大同一时间下，厚度越厚压降越大3 3、结果与讨论结果与讨论3.1 高温除尘小式实验高温除尘小式实验3.1.2碳纤维厚度对最大压降与效率

6、的关系 在流速为在流速为1.6m/min时，随着碳纤维厚度的增加，最大压降在逐渐增加时，随着碳纤维厚度的增加，最大压降在逐渐增加，同时效率也逐渐增加。因此，同时效率也逐渐增加。因此， 3层层碳纤维为可以达到最佳实验条件碳纤维为可以达到最佳实验条件的厚度。的厚度。 3层时，过滤效率为99.8%，最大压降为110mm水柱。3.1.3不同气速对压降的影响 碳纤维为碳纤维为3层的条件层的条件 ，随着时间的延长，压降在逐渐增加；，随着时间的延长，压降在逐渐增加；在同一在同一时间点时，气速越大，压降差越大。时间点时，气速越大，压降差越大。当流速为当流速为1.6m/min时，最大压时，最大压降在降在100m

7、mH2O左右，且排出口灰尘含量为左右，且排出口灰尘含量为57mg/m3；当流速扩大；当流速扩大一倍时，最大压降一倍时，最大压降350mmH2O左右，排出口灰尘含量为左右，排出口灰尘含量为2000mg/m3，完全达不到环保的要求。，完全达不到环保的要求。3.1.4不同气速对最大压降与效率的影响 碳纤维厚度为碳纤维厚度为3层时，流速为层时，流速为1.6m/min时，压降差最小，过滤效率时，压降差最小，过滤效率最高；最高；当气速增大时，最大压降增大，过滤效率减小。当气速增大时，最大压降增大，过滤效率减小。综上可得：综上可得：实验室条件下，实验室条件下，3层的碳纤维过滤介质在层的碳纤维过滤介质在1.6

8、m/min（3m3/h）的流）的流速下可以获得的最佳的过滤效果。速下可以获得的最佳的过滤效果。 过滤效率为99.8%，最大压降为110mm水柱3.1.5不同层数对粉尘的截留率123012345Weight (g)Layer 91.42%6.61%1.97%在碳纤维为三层、气速为在碳纤维为三层、气速为1.6m/min时。得出：第一层的截留率高时。得出：第一层的截留率高达达91.4%，第二层则为，第二层则为6.6%，第三层则为，第三层则为2%。由此图可以得出，。由此图可以得出，过滤介质对粉尘气体的过滤最外层起到很大作用，过滤介质对粉尘气体的过滤最外层起到很大作用，前两层可将大部前两层可将大部分粉尘

9、截留下来。分粉尘截留下来。3.1.6反吹再生时间与压降反吹再生时间与压降 反吹再生实验是在反吹再生实验是在1.6m/min、厚度、厚度3层过滤介质和室温下进行。以层过滤介质和室温下进行。以此可以得出，此可以得出，每次反吹之后的初始压降在逐渐增大，但压降上升缓每次反吹之后的初始压降在逐渐增大，但压降上升缓慢。说明：碳纤维有很好的再生能力，可以长期使用。慢。说明：碳纤维有很好的再生能力，可以长期使用。 3.1.7高温下碳纤维表面SEM表征 放大放大1万倍进行电镜扫描，与未处理的碳纤维电镜扫描对比。万倍进行电镜扫描，与未处理的碳纤维电镜扫描对比。400，6%的氧，的氧，2h后出现毛刺；后出现毛刺；4

10、h后碳纤维开裂；后碳纤维开裂；6h后碳纤维呈片状剥落。后碳纤维呈片状剥落。原碳纤维原碳纤维2h4h6hv拆卸除尘室拆卸除尘室中的滤袋中的滤袋v清理除尘室清理除尘室中沉积的粉中沉积的粉尘尘3.2.1 中式装置检修3.2脱硝前除尘中式实验v拆卸加热管v安装U型压差计v拆卸旧滤布v更换新滤布v将新滤袋装进除尘室v安装反吹管v拆卸加热管拆卸加热管v法兰打孔法兰打孔v订做订做1KW的的加热管加热管v组装加热管并组装加热管并装到加热器中装到加热器中v安装电路安装电路3.2.2 改造温控系统改造温控系统3.2.3初步探索中式装置碳纤维的过滤性能通过粉尘采样器对除尘室通过粉尘采样器对除尘室进出口粉尘含量测量进

11、出口粉尘含量测量温控仪表温控仪表状态总入口温度/过滤入口/过滤出口/压降/mm关闭所有阀门-1240开阀门后-1550开风机，不加热3332871732400开8KW加热3583672922750开16KW加热3614023332850开24KW加热跳闸因为碳纤维滤布为直接包裹成过滤袋，一定程度上会造成除尘效率不高因为碳纤维滤布为直接包裹成过滤袋，一定程度上会造成除尘效率不高 入口粉尘浓度：入口粉尘浓度：33.41g/m3 出口粉尘浓度：出口粉尘浓度：1.67g/m3 除尘效率：除尘效率：95% 3.2.4数据处理v在今后如果滤袋能够制成如图所示的样子时将后大大提高除尘效率15m100 nm2

12、5 m3编号氧化温度氧化时间分析备注14000表面洁净，存在与轴平行的纵向沟槽表面洁净，存在与轴平行的纵向沟槽 左上为100nm240012h表面沟槽变浅，产生毛刺出现裂纹表面沟槽变浅，产生毛刺出现裂纹右下为5m3400152h表面裂纹钝化消除，重现洁净表面，纤表面裂纹钝化消除，重现洁净表面，纤维直径变小维直径变小5m100 nm2100nm5m100 nm23.2.5工厂取样的碳纤维SEM表征4. 结论结论v在流速为在流速为1.6m/min、碳纤维碳纤维3层、层、过滤时间为过滤时间为15min时，时，过滤效率可达过滤效率可达99.8%以上，以上，最大压降最大压降仅为仅为110mm水柱，排出口粉尘含量为水柱，排出口粉尘含量为40mg/m3。v同一流速、介质厚度下，随着时间的延长，过滤同一流速、介质厚度下，随着时间的延长，过滤压降和效率逐渐增加；同一流速、同一时间点不压降和效率逐渐增加；同一流速、同一时间点不同介质厚度下，厚度越厚，压降越大，效率越高。同介质厚度下，厚度越厚，压降越大，效率越高。v对中式装置进行检修改造后，对