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超疏水静电可控释放除尘器
2022-05-03 09:25  

1 项目简介

工业含尘蒸汽是目前钢铁、水泥、石化、火电等涉能行业造成空气污染的主要原因。此外,含尘蒸汽中大量蒸汽水裹挟含盐粒子直接排放,不仅造成严重的环境问题,还造成了水资源的极大浪费。现有传统的静电除尘、布袋除尘及涡流除尘等技术产品,遇到高湿环境无法处理粉尘,其技术难点为高湿粉尘回收过程中沉积的大量泥垢粘堵设备,难以清除,无法正常运行。因此,高湿粉尘的处理目前为行业痛点和市场空白。

本团队在国内外顶尖科研机构,与多位世界顶尖科学家一道,通过多年研究,成功开发了高性能有序的超疏水纳米纤维材料,结合独创的可控释放电荷的高压静电场技术,开发了世界首款超疏水静电可控释放除尘器,实现了对高湿粉尘的高效处理

该技术在中石化和河北钢铁等下游用户进行测试,效果达到了客户的预期要求,出口烟尘排放设计限值为5mg/m3,实测值约1mg/m3。针对高湿粉尘,该除尘产品不仅处理效率高,而且长期(6个月)使用不见结垢。经测试,我团队开发的超疏水静电除尘设备还可以高效低成本的回收水蒸气,实现水资源的循环再生利用。

文本框: 项目负责人在美国劳伦斯伯克利国家实验室工作现场 文本框: 项目负责人接受劳伦斯伯克利国家实验室袁主任,世界顶尖材料专家A. Paul Alivisatos院士指导 文本框: 项目负责人研制超疏水静电可控释放除尘器

 

文本框: 河钢集团高湿粉尘处理试验施工现场 文本框: 高湿烟气处理效果图

 

该超疏水除尘器主要核心技术如下:

1)有序纳米纤维材料的加工技术

高湿粉尘在电场力的作用下被收集到集尘板上形成泥水混合物。由于集尘板表面覆盖有序的长纤维纳米超疏水结构,泥水混合物沿长纤维方向滚落,起到接触淤泥而不染的效果,保证设备在高湿粉尘环境下长期使用。

本团队研制了世界首个有序纳米疏水纤维膜生产线。纳米纤维膜生产设备如图1所示,该技术可以制备直径仅为0.2μm的结构可控有序长丝,该长丝是制作有序疏水表面的基础。

 

1 纳米纤维膜生产设备示意图

2)除尘器电场分布研究:系统研究了除尘器在收集高湿粉尘过程在电场中的受力情况,经软件分析表明,纤维受力用如下方程式表示。

 

技术创新点:

1)有序纳米纤维纺丝喷头调控:通过特殊设计的旋转阵列针头与旁边的电极形成平行电场,将纺出的细丝引导为有序纤维。当阵列针头旋转至下部的储液槽时,从槽中沾取溶胶,待转至上方时,溶胶在电场力的作用下开始纺丝,纺丝结束后又重新转至下方沾取溶胶,这样操作简便,纺丝稳定。

2)纺丝材料研究:静电纺丝所用的高分子材料有上百种,但能很好纺丝的超疏水材料还不多见,结合本团队在超疏水领域深入的研究,采用独自配方的加工工艺,研制了超疏水纳米纤维。

3)纤维结构设计:超疏水材料指标不仅表现在化学表面的疏水性,还表现在表面物理微结构的调控,通过纳米纤维加工工艺的调控,设计了独有的-的结构,这样既保证了高湿粉尘被有效拦截在纳米纤维表面,又保证了良好的疏水性能需求,实现了长期不粘连、不结垢。

4)除尘器电荷可控释放:一般来说,普通静电除尘器遇到高湿环境容易剧烈放电而无法正常工作,我们采用了独有的半绝缘可控电荷释放技术,实现了电荷的平稳放电,保证了设备的正常运行。

2.应用前景

1)市场规模及增长趋势

工业高湿粉尘处理的市场目前是空白,主要市场在中国和印度及东南亚等重工业发达的国家,需求趋势十分旺盛。高湿粉尘粒径小,富含大量的有毒、有害物质颗粒物,对人体健康和大气环境质量的影响大。如前所述,由于高湿粉尘在回收过程中沉积的大量泥垢会粘堵设备,难以清除,因此,现有传统的静电除尘、布袋除尘及涡流除尘等技术产品无法应用在高湿环境。

据权威部门保守估计,仅中国就有万亿级的市场需求,几乎涉及到钢铁、水泥、石化、火电等所有的涉能行业。随着环保政策日益严格,目前在其它技术手段束手无策的情况下,工业高湿粉尘处理行业呈现市场容量大,客户急需,市场分布广的显著特点。

高湿粉尘除尘市场增长趋势主要取决于我国雾霾的治理情况,就目前的形势判断,我国雾霾问题发生根本性的好转至少需要20年时间。因此,在短期内,该市场不会疲软。

2)竞争对手和竞争优势

目前现有传统的静电除尘、布袋除尘及涡流除尘等技术产品,无法在高湿环境长期稳定处理粉尘。例如,采用普通静电除尘工艺,在该领域使用2天左右即出现泥垢粘堵设备,难以清除的现象,无法继续工作;布袋除尘半天即堵死滤网,无法使用。

项目团队开发的有序纳米超疏水静电除尘器是市场上唯一可以高效长期稳定处理含水粉尘的设备,技术具有垄断水平,且具有以下竞争优势。

a)质量优势:该产品是目前市面上唯一高效驱除高湿粉尘的技术产品,质量占有垄断优势,我们在河钢集团测试至今6个月未见粉尘结垢,运行良好。

b)成本优势:该产品生产成本较低,纳米纤维膜生产成本仅0.5-1/平米,外壳采用316L防腐不锈钢材质,高压静电源市面可以采购,价格可控。这意味着有着更大的利润空间和更多的价格空间。

3)销售预测

该产品可在项目投入的次年实现销售额3000万元,第三年达到销售收入1亿,毛利45百万元,基本实现盈亏平衡;第四年可实现销售额2亿元;第五年打通全国市场后,实现销售额5亿元以上。

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