7 超重力湿法除尘技术及工业应用-祁贵生

1、第二届钢铁行业烟气超低排放控制技术研讨会超重力湿法除尘技术及工业应用报告人：祁贵生中北大学化学工程与技术学院 超重力化工过程山西省重点实验室 中北大学 中北大学是一所由山西省人民政府与国家国防科技工业局共建、山西省人民政府管理的多科性教学研究型大学，创办于1941年，历经太行工业学校、太原机械学院、华北工学院等发展历程。基本原理 气-液两相流体的接触、传质与反应是最为常见的化工过程；以塔器为主要设备，使用十分广泛。气液的物性气液接触面积传递效果气液流动状况传递阻力重力加速度g填料塔板式塔基本原理g超重力化工技术 用于化工过程的超重力 场是通过转子（填料层） 的高速旋转来完成的，这种装置被称为旋

2、转填料床 （Rotating Packed Bed 简称RPB），改变了气液接触靠重力作用来完成的化 工过程。 技术特点超重力技术特点 （1） 强化传递效果显著，传递系数比塔设备提高13个数量级；（2） 床层厚度小、气相压降小； （3） 物料停留时间短，适用于某些特殊的快速混合及反应过程；（4） 开、停车方便；可安放于运动的平台上； （5） 设备体积小，成本低、占地面积小，安装、维修方便； （6） 既易于微型化适用于特殊场合，又易于工程放大； （7） 填料层具有自清洗作用，不易结垢、堵塞； （8） 应用范围广、通用性强、操作弹性大。 超重力技术以小的设备体积、短的停留时间，获得了更高的混合与传

3、递效率。中北超重力“超重力化工工程山西省重点实验室”中北大学“超重力化工过程山西省重点实验室”主要从事超重 力环境下的多相流混合、反应、分离及过程强化的基础研究及化工与环保应用技术研究。 近年来，共承担各类科研项目30余项，完成科技成果签定12项， 获国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步奖9项；在超重力研究方 面公开发表学术论文400余篇；申报国家专利140项，授权110项；近40项科技成果得到了转化。有30余台套超重力装置在企业运行，在超重力技术工程化应用方面独具特色。 中北超重力 中北大学化学工程技术研究中心 山西省超重力化工工程技术研究中心 超重力化工过程强化山西省科技创新重点团队 现

4、代化工节能减排山西省教育厅创新基地 山西省化工工程研究生教育创新中心 超重力化工过程山西省重点实验室 山西省超重力环保产业技术创新战略联盟 山西省煤基工业气体深度净化技术高校协同创新中心中北超重力在山东、广西、等20余家企业建立示范工程。天脊集团选择性H2S脱除河北唐山惠达煤气脱硫山西兴安化学材料厂广西华银脱除硫化氢贵州开磷煤锁气精除尘245厂高浓度NOx净化太原东盛煤气脱硫贵州翁福集团吹碘回收天脊集团脱氨除湿潞城兴化公司尾气除尘山东金正大公司心连心化肥除尘研究背景 伴随我国循环经济的不断发展，环境保护、能源节约与资源综合利用越来越受到重视。当前，我国粉尘污染防止治理已经进入全面推进和综合整治

5、的新阶段。 煤炭是我国最主要的能源资源。煤基工业过程中产生大量的粉尘、焦油等颗粒物。含尘原料气极易造成压缩机进口阀门的堵塞，对下游的设备长期安全运转及产品的质量造成严重；含尘尾气的排出会污染周边环境，人体健康、生态系统和气候变化。 含尘气体治理成为区域环境安全及制约经济发展重大技术难题。引发雾霾压缩机堵塞影响产品质量人身健康研究背景适用于细颗粒物脱除不同除尘器适用粒径范围3种除尘器对PM2.5净化效果表强化传递效果占地面积小 运行成本低除尘入口出口 设备浓度浓度除尘效率（g/m3） (mg/m3)PM2.5入口浓度出口浓度除尘 (mg/m3)(mg/m3)效率 袋式352299.93711.1

6、57.433.63除尘器 电除277599.72214.281216.00尘器 电袋复合3317.299.9488.185.433.96除尘器 超重力除尘超重力除尘技术复合了离心沉降、过滤、机械旋转碰撞、惯性碰撞捕获及扩散、水膜等多种细颗粒物捕集净化机制，切割粒径小、净化效率高、液气比小、压降低、能耗低，适于工业应用.外部空腔区填料主体区端效应区填料主体区 旋转碰撞 填料过滤 液滴捕集 逆流：深度分离 错流：深度净化填料内环区 离心作用 液滴捕集填料外环区实验研究开发高效率、大通量、低气阻、防堵塞的新型超重力填料及装置；搭建超重力湿法气体净化工艺流程，研究超重力因子、含尘气体浓度、流体接触方式

7、、液气比等参数对除尘效率和压降的影响规律。实验流程出气 总除尘效率 分级效率 表征手段82FE62出液采样分析系统43 气相压降157粉尘模拟太原第二热电厂粉煤灰经螺杆加料机输送至气流中，形成均匀含尘气体。切割粒径实验研究 进口粉尘粒径分布u 气量 ：50-500 m3/h0-0.50.5-0.70.7-1.01.0-1.31.3-1.51.5-1.71.324.638.4510.8216.3618.471.325.9514.4025.2241.5860.051.7-2.02.0-2.32.3-2.52.5-3.03.0-5.05.0-6.013.548.636.425.923.561.887

8、3.5982.2288.6494.5698.12100u 液气比 ：0.2-2.0 L /m3u 超重力因子： 10-200u 进口尘浓度： 100-3000 mg/m3旋转填料床 小型螺杆机离心风机 离心泵 电机 直径400mm；高度1020；空腔直径390mm11112211111湿式除尘器 输送定量粉尘鼓入空气 输送液体 带动转子、螺杆旋转 定制，加料量：010g/s 型号：9-19；流量：2000 m3/h型号：40FS-21；流量：11 m3/h型号：Y100L1-4；转速1480r/min 电压：380V；功率：2.2kW；电流：6A02000 m3/h016 m3/h 2 m3

9、05kPaTFC-30s双通道粉尘采样仪； 变频器 涡街流量计电磁流量计储液槽 U型压差计 粉尘采样仪 调节电机的转速 计量气体流量计量液体流量存储液体 测量压差 采样、分析 名称规格型号数量备注 粒径区间含量/%累积/%粒径区间含量累积/m/m/%/%实验主要工艺参数及设备实验研究100100999899979896气量:900m3/h 液气比:0.5L/m3 逆流 错流 气量：900m3/h超重力因子 b:80错流 95979496933060901201501800.20.40.60.81.01.21.41.61.8超重力因子b液气比(L/m3)10099u 逆流床除尘效率略高于错流床；

10、u 逆流床除尘效率可达99.8%；u 最佳液气比在0.8L/m3左右；u 错流床除尘效率也可达99%以上。98液气比:0.5L/m3超重力因子b:80错流逆流 979695942003004005006007008009001000 1100气量(m3/h)除尘效率htotal(%)除尘效率htotal(%)除尘效率htotal(%)逆流错流床除尘效率对比实验研究400气量:400m3/h超重力因子b:58.7 错流 逆流 350350300300250250200200150150气量:400m3/h 液量:1.8m3/h 错流 逆流 1001005050000.00.51.01.5液量(m

11、3/h)2.02.53.0050100150200250300350超重力因子b350液量:1.8m3/h超重力因子b:58.7错流 逆流 300u 错流床气相压降低于逆流床压降；u 实验范围内，两者压降损失均低于350Pa；u 气相阻力小，有利于降低运行成本。25020015010050020040060080010001200气量(m3/h)DP(Pa)DP(Pa)DP(Pa)逆流错流床压降性能对比实验研究1001009999989897气量:900m3/h超重力因子b:58.7 超重力因子b:163超重力因子b:3199697气量:900 m /h3液气比:2.0L/m3 液气比:1.0

12、L/m3液气比:0.5L/m395969495930.51.01.5液量 (m3/h)2.02.5050100150200250300350超重力因子b100除尘效率随着超重力因子、液量的增大先增大后基本不变，随着气量的增大先增大后降低；总除尘效率达99.4%；净化后尘含量小于10mg/m3;9998液量:0.9m3/h超重力因子b:58.7 超重力因子b:163超重力因子b:3199796u 液气比1.0L/m 。9532003004005006007008009001000气量(m3/h)除尘效率htotal(%)除尘效率htotal(%)除尘效率htotal(%)错流旋转填料床总除尘效率

13、实验研究10010090908080气量:900m3/h 液量:0.9m3/h超重力因子b:234 超重力因子b:163气量:900m3/h超重力因子b:163液量 :1.8m3/h 液量 :0.9m3/h液量:0.45m3/h7070606050503.0dp / mm3.0dp / mm0.01.02.04.05.06.00.01.02.04.05.06.010090u 分级效率随着超重力因子、液量、气量的增大而增大；u 对PM2.5的脱除效率为93%-96%；u 切割粒径在0.25m左右。80液量:0.9m3/h超重力因子b:163 气量:300m3/h气量:600m3/h 气量:900

14、m3/h7060503.0dp/mm0.01.02.04.05.06.0hi (%)hi (%)hi (%)错流旋转填料床分级除尘效率实验研究超重力湿法净化细颗粒物技术u 除尘效率高：99.4%-99.8%u 对PM2.5脱除效率高：93%u 切割粒径小：0.25m左右 u 液气比小：0.8-1.0L/m3u 气相阻力低：低于500Pa高效脱除气体中细颗粒物 降低投资及运行费用 超重力湿法净化细颗粒物技术具有高效经济的优势，应用于化工原料气和尾气除尘、除焦油，可实现深度净化。现场中试 中试试验针对天脊集团生产硝基复合肥过程中产生的造粒尾气，采用超重力技术进行净化处理，实现高浓度粉尘超低排放。现

15、场装置u 转子直径： 400 mmu 气量：400 m3/hu 液量： 0.21.37 m3/hu 转速： 1000 r/minu 进口尘含量： 1-3g/m3u 除尘效率高达： 99.6%u 除尘后低于： 5 mg/m3中试技术指标现场中试 中试试验河南心连心化肥公司吹风气中的燃煤飞灰经水膜处理后，仍存在一定浓度、粒径较小的粉尘颗粒，未达到环保要求。采用超重力技术净化，实现超低排放。现场装置u 气量 ：300 m3/hu 液气比 ：0.67-1 L /m3u 转速： 1000 r/minu 除尘前： 150-200 mg/m3u 除尘后：低于 10 mg/m3中试技术指标现场中试宝丰能源-焦

16、炉煤气制甲醇压缩机进口煤气深度净化 进口焦油尘3-5mg/m3 ；净化后焦油尘1.2-2.5mg/m3 进口萘110-200mg/m3 ；净化后萘30-80mg/m3 。 现场中试山西建滔万鑫达超重力除焦油尘及萘解决压缩机、活门堵塞及分子筛催化剂板结等问题； 在电捕除焦油尘的基础上进行超低脱除； 进口焦油尘浓度10mg/m3 ；出口尘含量 3mg/m3； 进口萘浓度550mg/m3 ；出口萘含量 30mg/m3； 气液比600-1000； 气体阻力200Pa。 煤电五麟公司；晋煤金石化肥公司工程应用 工业示范贵州开磷息烽合成氨半水煤气在进入压缩机前安装超重力净化装置，延长压缩机活门及各段水冷器

17、的清理周期，保证生产连续运行。u 气量 20700 m3/hu 液量 10 m3/hu 除尘率 95%以上u 实现高精度净化u 焦油、尘数 10 mg/m3u 除尘后 5 mg/m3u 长期连续稳定运行工程应用未安装超重机安装超重机2012.12.5 2013.1.6工程应用 工业示范将超重力技术应用于广汇新能源公司压缩机进口煤锁气除尘技术改造项目，解决了煤锁气火炬燃烧排放造成的环境污染和资源浪费的行业难题。因油尘堵塞，煤锁气压缩机原只能运行 5 天，煤气只能点天灯排放。工程应用 保证压缩机长期稳定运行； 避免“点天灯”造成的资源浪费； 年回收煤锁气3亿立方。 气量20700m3/h 液量8m

18、3/h 以原有造气废水为净化剂 除尘率95%以上 除焦油率90% 原料气焦油1000mg/m3 压缩机工作时间由5天提高到半年工程应用伊犁新天煤化工气化煤炉锁泄压产生的煤锁气中含有水蒸汽、煤焦油、粉尘等杂质，采用三台超重力装置进行净化，保证压缩机稳定运行。气量16500m3/h液量15m3/h以造气水为净化剂除尘率90%以上除焦油率90%原料气焦油尘500-600mg/m3净化后焦油尘25mg/m3。工程应用 工业示范将超重力湿法气体净化技术应用于“玉源化工”生物质锅炉除尘，解决了布袋、电除尘不适该行业的技术难题。 原除尘 550 mg/m3 出口尘含量 100 mg/m3 气液比 1500 气体阻力 500 Pa满足行业排放标准。工程应用 设备直径 2200 mm，气量 80000 m3/h 采用造气循环水，30 m3/h 出口尘含量低于10 mg/m3 气相压降仅 800 Pa 经济有效地实现化工吹风气的超低排放超重力设备 超重力除尘超重力湿法除尘技术复合了水膜、离心沉降、过滤、机械旋转碰撞、惯性碰撞捕获、加速颗粒凝并等多种细颗粒物净化机制。 切割粒径0.25微米，对于PM1.0仍然有90%的净化效果； 净化后尘含量可达5mg/m3以下，实现“超低排放”或“深度净化”； 操作弹性大，气相压降小于1000P