高温废气过滤除尘技术研究进展

      1 　高温废气除尘的特点

      冶金、机械、化工、电力等行业的各种工业炉窑所排放出来的废气不仅温度高,而且含有大量的粉尘和有害气体,是造成环境污染的主要因素之一。高温条件下,由于废气黏滞力有较大变化,湿度大幅下降,细颗粒凝聚现象大为降低,所以对微粒的分离有较高难度[1 ] 。布袋式除尘器不能承受废气的高温,湿式除尘使其热能不能得到综合利用;静电除尘存在一次性投资高,占地面积大和绝缘等方面的问题[2 ,3 ] 。目前,我国高温含尘废气的处理方法大多是通过水冷凝,将高温废气降至200 ℃左右,再用布袋除尘器除尘,这不仅增加了冷凝设备的投资和运行费用,也使大量的热能流失[4 ] 。因此,新的高温废气除尘技术是亟需开发的重要课题。

      2 　高温废气除尘技术的种类

      高温废气除尘技术有:旋风除尘、湿法除尘、静电除尘、过滤除尘等。

      EPRI 曾综合除尘效率、经济性等因素,对各种高温气体除尘技术作过总结,结果如表1 所示[5 ] 。

      3 　过滤除尘器的主要种类

      3. 1 　袋式过滤除尘器

      袋式除尘器是目前使用最多的过滤式除尘器。其除尘效率高,对亚微米级粉尘也有很高的除尘效率,不会造成二次污染,便于直接回收干料。袋式除尘器在大气污染的治理方面做出了巨大贡献,目前国内外应用越来越广,已占除尘设备的80 %。但在燃煤电厂锅炉高温除尘等方面,袋式除尘技术尚未能完全适应,有待进一步改进和完善,这与滤材性能提高和技术进步密切相关。

      滤料是组成袋式除尘器的核心,其性能对袋式除尘器操作有很大影响。选择滤料时必须考虑含尘气体的特征,如粉尘和气体性质(温度、湿度、粒径和含尘浓度等) 。性能良好的滤料应容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低、使用寿命长, 同时具备耐湿、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。

      3. 2 　颗粒床过滤除尘器

      颗粒床除尘器是利用物理和化学性质非常稳定的固体颗粒如石英砂等组成过滤层,通过颗粒间的空隙和曲折通道来发挥过滤作用,实现对气体的除尘。颗粒床除尘器具有耐高温、持久性好的优点,且能自清灰而实现连续过滤除尘,除尘效率一般在90 %以上,最高可达99 %。

      3. 3 　全滤饼式过滤除尘器

      全滤饼式过滤除尘器(表面过滤器) 的滤材仅仅起一个支撑滤饼的骨架作用,系统始终维持在一个最优的滤饼厚度范围内, 让粉尘形成的滤饼高效过滤粉尘。它具有耐高温 (1 000 ℃) ,不易结雾,不易堵塞,清灰效果好,操作维修方便,价格低等特点,对于超细粉尘(5μm 以下) 的烟气排放质量浓度可控制在5 mg/ m3 以下,特别适用于处理粘附性强及吸湿性强的粉尘[6 ] 。

      3. 4 　烧结多孔金属过滤除尘器

      烧结金属除尘是利用烧结金属多孔材料对含尘气体进行净化。烧结多孔金属过滤器可以对5μm以下的尘粒进行精细除尘。在常温下,多孔金属材料具有整体强度好(强度是陶瓷材料的数倍) ,不发生断裂,长期工作稳定等优点[7 ] 。但是在高温下,其强度和耐蚀性低于陶瓷材料。

      3. 5 　多孔陶瓷过滤除尘器

      从20 世纪70 年代以来,世界先进国家一直不断研究各种材质和结构的多孔陶瓷过滤器,用来进行高温过滤除尘, 已取得了良好效果。多孔陶瓷的主要物理性能指标是孔隙率、渗透率、弯曲强度。研究表明,与其他类型的除尘器相比,多孔陶瓷过滤器的除尘效率高,可达99 %以上,能除去5 μm以上的尘粒,且结构简单,最重要的是耐高温,工作温度可达800 ℃以上,并且在氧化、还原等高温环境下具有良好的抗腐蚀性,因此多孔陶瓷过滤器在高温除尘方面可起重要作用[8 ,9 ] 。

      多孔陶瓷的制造方法主要有无粘结剂烧结工艺、反应烧结工艺和化学蒸汽渗透工艺。制造多孔陶瓷的材料分为氧化物材料(氧化铝、堇青石等) 和非氧化物材料(碳化硅、氮化硅等) 。选择和设计多孔陶瓷的材料和制备工艺,对陶瓷过滤器的性能及价格都有直接影响[10 ] 。

      陶瓷过滤器按其结构型式可分为:陶瓷纤维袋式过滤器、织状陶瓷过滤器、烛状(或管状) 陶瓷过滤器、交叉流式陶瓷过滤器、蜂房式过滤器几种[8 ] 。按陶瓷材料特性又可分为刚性陶瓷过滤器、柔性陶瓷过滤器。