袋式除尘器是由本体系统(进排气烟道、导流结构、储灰斗、净气箱等含尘烟气的流动空间)、纤维过滤除尘单元和清灰装置组成的高效除尘设备。电解铝行业用袋式除尘器不仅要治理排烟中的颗粒物,更重要的是保障吸附剂氧化铝颗粒对氟化氢有害烟气的循环净化效果:在电解铝的生产工艺中,氧化铝粉体既是铝电解的生产原料,又可作为电解铝烟气净化的吸附剂,吸附完成后的载氟氧化铝部分进行循环使用继续净化含氟烟气,部分直接送回电解槽用于铝的生产,这其中为氧化铝吸附氟化氢创造良好流动条件以保障系统除氟净化效果,以及载氟氧化铝与烟气的高效分离都需要依靠电解铝用袋式除尘器来进行实施。由此可见,电解铝用袋式除尘器突破了传统袋式除尘器只具有控制粉尘排放这一单一功能的限制,实现了袋式除尘技术向气态污染物——颗粒物协同治理,以及净化——除尘一体“单机多能”的转变。显然,传统袋式除尘器的设计方法、理论基础、研究成果和工程经验并不完全适用于对电解铝用袋式除尘技术的研究及工程应用。然而,目前在我国电解铝产能连续多年稳居世界第一以及电解铝行业全面超低排放改造的环保大背景下,电解铝含氟烟气的深度治理已刻不容缓。因此,通过研究适用于电解铝含氟烟气净化的袋式除尘器流场构造特性、气固两相运动控制技术以及高效过滤技术等,从而形成基于袋式除尘的电解铝工艺含氟烟气净化用清洁技术,对促进电解铝含氟烟气净化的技术升级,实现电解铝烟气污染治理的资源化、无害化,实施电解铝的清洁生产以及拓展袋式除尘器的功能和应用领域都具有重要作用和现实应用价值。基于上述目的,本课题展开了如下研究:(1)针对袋式除尘器用于电解铝烟气净化的技术背景问题,展开了电解铝生产工艺的氟平衡和氟的迁移研究,分析并明确了袋式除尘技术在电解铝烟气净化当中的功能定位、研究重点及控制目标。并通过对颗粒物源——吸附剂氧化铝颗粒的粒径分布测试,研究了循环次数对氧化铝粉体破碎及净化系统中PM2.5含量变化的影响,以此掌握氧化铝颗粒粒径分布和波动的特征,为建立基于净化目的的氧化铝颗粒在袋式除尘器内悬浮运动停留时间模型、研究电解铝用袋式除尘器内气固两相运动规律、以及电解铝用滤料过滤技术奠定基础。在对技术背景进行全面总结的基础上,提出污染物的清洁治理概念,并对基于袋式除尘的电解铝烟气净化清洁技术特征进行了分析。(2)针对电解铝用袋式除尘器净化——除尘流场构造特性问题,研究了电解铝用袋式除尘器的流场构造机理及其内部气固两相的运动规律:Ⅰ、通过分析氧化铝颗粒在袋式除尘器内的运动和受力情况,建立氧化铝颗粒在袋式除尘器内悬浮运动时间和距离的分析计算模型,提出以吸附剂自身特性设计袋式除尘器流场构造的方法,利用上述模型及方法提出适用于电解铝烟气净化的袋式除尘器流场基本构型。Ⅱ、建立袋式除尘器内气固两相流动的数值计算模型,利用数值模拟方法研究氧化铝颗粒在上述电解铝用袋式除尘器内的返混、回流及气固分离情况;分析氧化铝颗粒自身特性对其在除尘器内悬浮运动停留时间(吸附净化时间)分布的影响,以及氧化铝颗粒在滤袋上的沉积分布规律,为下一步研究除尘器内气固两相的均布控制,提高系统净化——除尘效率提供理论支撑。(3)针对电解铝烟气净化用袋式除尘器宽粒径分布颗粒群条件下气固两相均布控制问题,通过设立多指标的正交试验,分析灰斗内均流装置结构参数对烟气速度场和颗粒浓度场分布均匀性的影响关系,采用不同因素间各水平的差异显著性检验和综合平衡分析法,确定影响除尘器内气固两相均布的灰斗均流装置结构参数的优组合,并在此基础上建立了“N型烟道弯管导流+烟道出口分流+灰斗内均流”的多重导流技术来实施对除尘器内气固两相的均布控制。(4)建立电解铝烟气净化用袋式除尘器性能评价方法,对除尘器内氧化铝颗粒停留时间(保证吸附反应完成所需时间)、气固两相分布均匀性情况(保证净化效果、提高过滤效率)和系统除氟效率(吸附剂选择及系统除氟效率评估)进行综合评价,为电解铝用袋式除尘器的设计优化和性能评价提供系统性研究分析的方法。(5)根据电解铝烟气净化——除尘的要求,通过试验方法沿着滤料织物特性(构造)到滤料成型再到滤袋制作的完整工艺路线对电解铝用滤料滤袋技术开展研究。通过对上述内容的研究,本课题解决了以实现烟气高效净化——除尘为目标的电解铝用袋式除尘器气固两相流场的构造特性、设计优化、性能评价以及电解铝专用滤料技术问题;提出了污染物治理的清洁技术概念和技术特征,引入颗粒停留时间分布这一新指标作为袋式除尘器设计、研究和性能评价的标准;基于含氟烟气净化要求,建立了氧化铝颗粒悬浮运动时间计算模型,为电解铝用袋式除尘器流场设计提供了理论基础;构建了电解铝用袋式除尘器综合性能评价方法,为净化——除尘类袋式除尘器的设计、优化和评价提供了系统性的研究方法。本课题研究成果在“863”项目示范工程上成功实施,并取得了良好的环保和经济效益;课题部分研究成果、研究方法还可以推广到干法脱硫、燃煤锅炉脱汞、垃圾焚烧发电脱二噁英等工程的研究和应用当中,为以袋式除尘器为核心的工业烟气多污染物协同治理技术做出有益探索。