高温废气过滤除尘技术研究进展

      5 　国内高温过滤除尘技术的研究现状

      我国现有工业窑炉近20 万座,年耗煤(焦炭) 量约2 亿 t ,在生产过程中,排放大量高温含尘有害气体,严重地污染了大气环境。其排放尾气的特点是:温度高,含尘浓度高,黑度大,温度和烟气量变化范围广。

      我国锅炉除尘装置制造技术已经历了4 个发展阶段, 即:干式旋风除尘,文丘里水膜除尘,高压静电除尘,袋式除尘[16 ] 。

      广东省东莞市垃圾电厂锅炉上已成功地应用袋式除尘装置,其除尘效率高达99 %以上。目前采用袋式除尘的锅炉最大已达680 t/ h。宝钢在高炉建设时所采用的也是布袋除尘器,除尘效果良好,实现了“无超标排放”的目标[17 ] 。北京市劳动保护科学研究所齐金彦等[18 ]开发研究了陶瓷微孔管过滤式除尘器,其结构及过滤机理与袋式过滤器相同,不同的是陶瓷微孔管在反吹时形状保持不变,所形成的一次粉尘层免遭破坏,除尘效率保持不变。高温烟气用陶瓷质微孔管过滤式除尘器,不需采用降温冷却措施,可省去部分投资,并可进行热回收。该除尘器除尘效率高,过滤后的洁净气体对热交换管束不存在腐蚀和堵塞问题。该除尘器耐磨损、耐急冷急热性能好,使用寿命长。

      华中科技大学姬宏杰等[19 ]利用泡沫陶瓷对高温焦炉煤气过滤技术进行了实验研究。孔隙率为85 %的泡沫陶瓷片在模拟气体(粉尘粒径为75μm以下) 流量为0. 15 - 1. 05 L/ h 时,其粉尘过滤效率均> 90 %。

      清华大学资新运等[20 ]建立了基于泡沫陶瓷微粒过滤单元的三维物理模型和气粒两相流模型。通过模拟计算,分析了气体流速、微粒粒径、泡沫陶瓷微孔参数对微粒扩散拦截和惯性碰撞拦截效率的影响。

      西安交通大学高铁瑜[21 ]对燃煤联合循环陶瓷过滤器过滤流动进行了深入的研究,分析了影响陶瓷过滤元件过滤性能的几种重要机制以及重要的影响因素,提出“实际分级最小厚度”概念,这是过滤精度在陶瓷过滤元件壁厚上的度量值,有望为今后陶瓷过滤元件的优化设计提供必要的理论依据。同时提出: ①在陶瓷过滤元件制备时,应尽可能选取直径相近的陶瓷颗粒; ②锥状截面陶瓷过滤元件的压降要稍低于柱状截面陶过滤元件的变化幅度,而且相同的位置处压降和速度值也低些,在同一流速下,压降随陶瓷颗粒直径的减小而增大; ③为减小或消除过滤过程的粉尘“架桥”现象,应该使孔隙率沿轴向从封闭端到开口端逐渐增大,孔隙率沿轴向的这种变化对脉冲反吹清洗也是有利的; ④脉冲反吹清洗过程中,烛状陶瓷过滤元件沿轴向各个部位脉冲压力峰值随着喷射压力的增大而增大。陶瓷过滤元件开口端压力峰值明显高于中部和封闭端压力峰值,而中部、封闭端压力峰值接近。

      西安交通大学徐廷相等[22 ]研究了含尘超音速高温高压气体的气固两相分离过程,提出了用增加缩放喷管长度的方法,使含尘高温高压气体中的灰尘颗粒获得实现气固两相分离所必需的更高动量的途径。采用这种气体净化概念有可能使大于5μm的灰尘颗粒和大部分小于5 μm 的颗粒从含尘气体中清除掉。

      中国科学院山西煤炭化学研究所杨金权等[23 ]采用D50 mm ×480 mm等效孔径40μm普通不锈钢制作了高温烧结金属丝网过滤器进行了试验。煤气温度为460 - 638 ℃,进口粉尘质量浓度为1. 0 - 25. 0 g/ m3 ,在不同入口粉尘质量浓度及不同过滤气速下,过滤效率均大于99 % ,最高达99. 9 % , > 20μm的颗粒去除率为100 %。试验系统连续运行稳定, 过滤元件(管) 反吹性能良好,安装固定容易,无损坏现象。该研究在过滤效率、反吹清灰及运行特性方面取得了较好效果,为该技术进一步开发奠定了基础。

      上海化工研究院黄晓卫等[24 ]开发的全滤饼式过滤除尘器,滤饼为不锈钢滤料,除尘效率理论值几乎为100 % ,其在结构形式上及清灰技术上都有与众不同之处,除尘流程操作全部由可编程序控制器(PLC) 控制,极易与计算机接口。此过滤器的另一关键技术是采用了大通量的高温程控延期换向阀,这种具有特殊结构形式的高温烟气换向阀的开发成功是整个高温烟气除尘技术的重要保证。它可以实现高精度要求的除尘,对于一定粒度的粉尘,出口浓度(过滤效率) 可以通过控制过滤风速,过滤材料和过滤阻力而达到。

      国家电力公司热工研究院许世森[25 ]研究温度等因素对移动颗粒层过滤高温除尘性能的影响规律,首次提出温度与捕集比的理论关系式,并进行了实验验证,得到了移动颗粒层在高温状态下进行过滤除尘的实验结果,为移动颗粒层过滤高温除尘工艺的放大和工程化打下基拙。

      国家电力公司热工研究院夏军仓等[26 ]研究开发出一套移动颗粒层高温高压煤气除尘中试系统,通过实际煤气考核试验研究,积累和掌握了系统的运行规律和设计依据,为进一步实现工程化奠定了基础。试验表明,该过滤器能实现连续稳定的除尘过程,除尘效率较高,可达99. 65 % - 99. 80 % , > 20μm的颗粒去除率为100 %。大型化后可适用于高温气体的过滤除尘。

      6 　高温烟气过滤除尘技术的发展趋势

      (1) 加强泡沫陶瓷高温高效除尘技术的研究,提高陶瓷过滤器的除尘效率及其韧性,改善其清灰再生技术,延长使用寿命。

      (2) 进一步提高袋式除尘设备的性能,使其适应于高温、高含尘浓度、大烟气量的需要,延长其使用寿命。

      (3) 重视除尘机理研究,探索现有各种除尘技术的基本规律,作为设计和改进设备的依据。

      (4) 加快对颗粒床除尘器的研究,提高其对细微尘粒的捕集效率,进一步研究系统磨损问题及运行的控制因素。目前,高温烟气除尘技术发展迅速,特别是美、德、日正努力控制烟气含尘排放浓度趋向目视为“零”,即除尘器出口浓度接近大气中的含尘浓度。因此,我们必须紧跟世界步伐,与国际接轨,加强与国际社会在环境保护方面的深入合作,充分借鉴利用高新技术,不断创新,开发出经济实用的新型高温高效烟气除尘设备。