基于顆粒床除塵器高溫實驗研究

為更好地應對工業生產帶來的粉塵問題，研究人員充分發揮顆粒層過濾器的諸多優勢，研發出顆粒床除塵器并將其應用到工業生產中。通過在高溫條件下對設備進行探究，能夠進一步挖掘出設備的除塵作業規律。因此，圍繞顆粒床除塵器高溫實驗進行探究有著重要意義。

1 顆粒床除塵器高溫實驗

現代工業生產對于粉塵的要求極為嚴格，現階段工業企業主要依托濕法處理、降溫處理控制粉塵在高溫氣體中的含量。但無論是濕法處理還是降溫處理，都會對高溫氣體原有的物理潛熱造成沖擊，導致設備投入加大。在此背景下，顆粒層過濾器的優勢逐漸凸顯，被廣泛應用于高溫除塵活動中。在圍繞顆粒除塵開展研究時，實驗人員應重點考慮高溫條件下，顆粒床設備的壓力損失變化以及除塵效率規律。

在實驗進程中，研究人員首先需要對一次高爐除塵后所產生氣體的含塵質量濃度進行模擬，研究顆粒床設備的高溫實驗；圍繞過濾層厚度、氣體過濾速度對過濾層壓力損失、設備除塵效率的影響進行深入探究。

實驗裝備主要包括風機、加熱爐、控溫柜、布料器、閥門、收塵器、除塵器、測量孔。

具體的實驗步驟為：依托順風機控制實驗風量，將氣體送入實驗裝置中的加熱爐，對氣體進行加熱并將經過加熱后的氣體送入實驗管道。同時，通過人工調節的方法，對布料速度進行調節，將特定含量的粉塵加入到實驗裝置中。整個實驗過程具體包括正、反吹，在進行正吹活動時，實驗人員應將閥門1、閥門4 打開，將閥門2、閥門3 關閉，高溫氣體內的粉塵會被除塵器過濾并從尾部將凈化后的氣體排出。在進行反吹活動時，實驗人員應將閥門2、閥門3 打開，將閥門1、閥門4 關閉，調節風量，吹出顆粒床設備內的粉塵，進而實現連續除塵作業目標。

在實驗進程中，研究人員應按層次把控粉塵、氣流、溫度，選用質量濃度在8～15g/m3區間內的氣體粉塵，選用石英砂作為除塵介質，選取U 型壓力計、畢托管測量實驗中的實時壓力，用鎳鉻熱電偶對實驗溫度進行測量，使用自動煙塵測試儀對粉塵質量濃度進行檢測，采用分布檢測儀對粉塵粒徑分布進行測量。

相比于傳統除塵器，顆粒床除塵器的特點較為明顯，具體包括以下幾點：①顆粒層除塵器中的粒層過濾器主要選用具有非常穩定化學性質、物理性質的固體顆粒，用其過濾液體氣體；同時，該種材質制成的過濾層在高壓、高溫條件下，能夠展現出極好的持久性與較強的耐高溫性能。②該裝置能夠自動連續清灰，可以對空氣中的灰塵進行自動捕集、清除，確保過濾介質始終處于清新狀態，穩定過濾壓強，能夠處理大流量氣體，具有較寬的調節范圍，可以實現過濾除塵的連續性。③該設備具有較高的除塵效率，在極端情況下，除塵效率能夠達到99%，平均除塵效率為90%。④該種設備的主要工藝原理為干粉除塵，這種方式有助于防止氣體出現二次污染，大幅節約水源；同時，經過過濾處理后的干凈氣體支持再度回收熱量，有助于更好地節約能源。

2 顆粒床除塵器高溫實驗結果

2.1 時間與除塵壓力差、除塵效率的關系

通過分析實驗數據可以發現，當氣流速度保持不變的條件下，隨著時間的推移，壓力差逐步增大。在實驗開始后的5～20min（實驗初期），壓力差出現顯著變化；在實驗開始后的25～35min(實驗后期)，壓力差出現驟然減緩的變化態勢。

其根本原因在于，實驗初期的顆粒床除塵器過濾層相對較為潔凈，具有極強的粉塵捕捉、收集能力，但隨著時間的推移，過濾層上覆蓋了大量的粉塵，使得顆粒床過濾層的顆粒間隙逐漸減小，持續提高粉塵的收集難度，導致氣體越發不易通過顆粒層，持續增加壓力差。在實驗后期，顆粒床的過濾層積累了大量的粉塵，使得整個濾層空隙逐漸趨于飽和，不再具有較強的粉塵黏附力與粉塵捕集能力，導致過濾層與粉塵處于平衡狀態，壓力差不再出現顯著變化。

通過分析時間與除塵效率之間的關系，可以發現除塵效率在實驗開始后的5min 時處于最低；在實驗進行到中期，設備可以獲得最高的除塵效率并處于一定時間的穩定狀態；在逐步進入實驗后期時，設備的除塵效率逐漸下降。其根本原因在于，隨著時間的推移，過濾層上覆蓋了大量的粉塵，使得顆粒床過濾層的顆粒間隙逐漸減小，持續提高粉塵的收集難度，導致氣體很難通過顆粒，而設備的濾層表面逐漸有粉塵顆粒聚集并形成了積灰層，在過濾層與積灰層的共同作用下，設備的除塵效率得到了顯著增強。這也表明，為盡可能地提升設備的除塵效率，操作人員可將顆粒床除塵器工作時間選定為運行后的15～25min，在該時間段進行除塵，能夠獲得相對更強的除塵效果。

2.2 除塵效率與層厚的關系

通過分析實驗數據可以發現，過濾層厚度值的逐漸增長會提升設備的除塵效率。在過濾層的厚度為6cm 時，設備的除塵作業效率僅為96%；當過濾層厚度達到12cm 時，設備具有較高的除塵效率，超過99.5%。隨著過濾層厚度的逐漸增加，設備的除塵效率保持了相對穩定狀態。但同樣需要注意的是，過濾層厚度的增加也會在一定程度上加大除塵效率與除塵阻力，會給后續的除塵作業帶來一定難度。基于此，實驗人員應充分考慮粉塵的阻力效應與除塵效率，將過濾層厚度控制在最適宜的狀態，以獲取最佳的除塵作業效果。

在實驗初始階段，當過濾層厚度為6cm 時，由于設備具有相對較小的過濾層厚度，在氣流沖擊下，高溫氣體中的粉塵很可能穿過過濾層的顆粒空隙，這導致在過濾層內部出現部分粉塵黏附、碰撞的現象，在一定程度上影響過濾層的截留效應，導致設備具有較低的除塵效率。

當過濾層厚度逐漸增加并應達到12cm 左右時，由于過濾層具有較大厚度，可使設備的除塵效率保持在穩定狀態。其根本原因在于，顆粒層除塵器中的粒層過濾器主要選用具有非常穩定化學性質、物理性質的固體顆粒，用其過濾液體氣體；同時，該種材質制成的過濾層在高壓、高溫條件下，能夠展現出極好的持久性與較強的耐高溫性能；隨著實驗時間的增長，越來越多的粉塵沉積到過濾層的顆粒空隙中，部分被捕捉的細粉塵停止在過濾層中。此外，由于相比于過濾顆粒，粉塵的顆粒直徑相對較小，從比表面積角度進行分析，過濾顆粒要小于粉塵；這也意味著，過濾層表面的細粉塵會捕捉高溫氣體中的粉塵，在一定程度上增加過濾層的截留效應，進而大大提升設備的除塵效率。

2.3 除塵效率與溫度的關系

通過分析實驗數據可以發現，溫度升高會提升除塵效率。在常溫條件下，設備只有相對較低的除塵效率，很難超過90%。當溫度逐漸升高，設備的除塵效率也會顯著提高并保持在95%左右。這表明，除塵效率與溫度呈正相關；也充分說明傳統的降溫處理方式很難有效處理高溫氣體中的粉塵，還會浪費氣體潛熱，增加資源投入，無法切實提升除塵效率。其根本原因在于，溫度主要依靠擴散碰撞來影響設備的除塵效率，即高溫氣體的擴散沉積效率與過濾層厚度、過濾介質、過濾層空隙率、粉塵直徑顯著相關；粉塵尺寸越小，則高溫能夠獲得越強的擴散沉積幅度，即越高的過濾效率。

2.4 溫度與壓力損失

通過分析實驗數據可以發現，煙氣溫度升高會提高過濾層的壓力損失。在常溫條件下，設備過濾層不會出現較高的壓力損失；當溫度逐漸升高，過濾層的壓力損失會呈現增長狀態；當溫度達到200℃左右時，過濾層的壓力損失依然持續增加，但增速逐漸減緩。通過比對各實驗對照組可以發現，在高溫、常溫條件下，如果過濾層具有較大厚度與較小的濾料直徑，則會出現更大的壓力損失。其根本原因在于，在高溫氣體中，分子間距相對較大，很難產生較強的引力，這會逐漸擴大分子運動行程，導致在氣體中出現相互混雜的分子；其中，若分子速度較快，則會進入低流速層；若分子運動速度較慢，則會進入高流速層；不同速度流層中的分子會出現動量交換，進而對流體的相對滑動產生一定的遏制作用，導致各流體間出現黏性。若氣體溫度較高，則會在一定程度上增加氣體內能加劇分子的運動情況，產生更為激烈的動量交換，進而增加氣體黏性，這也是過濾層出現壓力損失的核心原因。

3 結語

綜上所述，過濾層厚度值的增長會提升設備的除塵效率，溫度升高會提升除塵效率，粉塵尺寸越小則高溫能夠越高的過濾效率，煙氣溫度升高會提高過濾層的壓力損失；可將顆粒床除塵器工作時間選定為運行后的15～25min，在該時間段進行除塵，能夠獲得相對更強的除塵效果。