OD官网优惠多:气体高温除尘技术探讨研究进展

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　　日本采煤研究中心和日本川崎重工业公司联合 开发了移动床颗粒层过滤器№、７、１０ｌ，用于热煤气除 尘，并在日处理煤量４０ ｔ／ｄ的流化床煤气化炉上进 行了试验，热煤气压力为１．８～１．９ ＭＰａ，温度为４３０ －４６０ ｏＣ，飞灰质量浓度为ｌ～５ ｇ／ｍ３，实测的除尘 效率达９９．８％以上，累计运行时间为９００ ｈ。移动 床颗粒层过滤器的过滤速度为０．１～０．３ ｍ／ｓ，过滤 器压力降＜１．９６ ｋＰａ，所用颗粒直径为１～５ ｌｎｍ，颗 粒层移动速度为０．００１—０．１００ ｍ／ｓ。

　　美国Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ公司和西屋公司联合开 发设计了移动床颗粒层过滤器【８】，含尘气体从中心 引入，移动床中作为过滤介质的颗粒是直径为６ ｍｎｌ 的氧化铝和莫来石，在过滤室内气流和颗粒的流动 方向相反，带尘的颗粒经提升管在清洗室内清洗后 不断补充进入过滤室，该过滤装置其实就是颗粒床 和袋式除尘器的结合。由美国能源部资助在纽约大 学ＰＦＢＣ设备上进行了试验，运行温度为８７０℃，除 尘效率达９９．１％。

　　陶瓷过滤器属于高性能阻挡式过滤器，利用陶 瓷材料的多孔性进行除尘。过滤方式是吸附、表面 过滤和深层过滤相结合的一种过滤方式，过滤原理 主要为惯性冲撞、扩散和截留。随着研究的逐步深 入，陶瓷高温除尘技术取得了很大的进展，这主要体 现在以下两个方面：

　　我国国电热工研究院研究开发了无筛移动逆流 式颗粒层过滤器一Ｊ，进行了常压、高温除尘过程结 构和参数优化实验研究；开发了颗粒层气体循环清 灰系统；研究了尘粒在带电颗粒层中的振荡运动，提 出了采用尘粒荷电和对颗粒层施加外电场的方法来 提高细微尘粒除尘效率的方法，并从理论上证明了 在一定条件下可行。

　　颗粒层除尘技术经过了由固定床层到移动床层 的发展，移动颗粒层过滤除尘系统兼顾了除尘效率 与过滤压力降，实现了过滤、清灰的一体化，易于大 型化，适合高温度高压力气体除尘。目前，国际上普遍认 为移动颗粒层过滤除尘是最有希望、最有发展前途

　　关键词： 高温气体除尘； 陶瓷过滤除尘；颗粒层除尘；金属微孔除尘；旋风除尘；静 电除尘

　　中图分类号：ＴＵ９９６；ＴＱ０２８文献标识码：Ｂ文章编号：１０００—４４１６（２００８）１０一ＯＢｌ８—０５

　　Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ＨｉｇｌＩ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｇａｓ Ｄｕｓｔ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

　　①过滤元件的多样化 多样化的过滤元件能满足不同条件的除尘要 求，主要有陶瓷纤维布袋过滤器、陶瓷纤维毯过滤 器、试管式过滤器、蜂窝式过滤器。 ａ．陶瓷纤维布袋过滤器 美国Ｂｕｅｌｌ公司、美国西屋公司以及美国电力 研究所等用直径为１０—１２斗ｍ陶瓷纤维（由质量分 数为６２％的Ａ１２０３、２４％的Ｓｉ０２、１４％的Ｂ２０３组成） 编织成布袋，在８６℃、０．９８ ＭＰａ的条件下用０．０３３ ｎｔｉｓ的过滤速度做试验，除尘效率高达９９．７％， 压力降为１７６一ｌ ４８９ Ｐａ，清灰时用脉冲空气反 吹‘１ｌ。 ｂ．陶瓷纤维毯过滤器 ‘美国Ａｃｕｒｅｘ公司采用直径为３ ｐｚｎ的陶瓷纤维 编织成毯，两面再蒙上一层陶瓷纤维布或者不锈钢 丝网，在８００℃、０．９８ ＭＰａ条件下试验，过滤速度为 ０．１ ｍ／ｓ，除尘效率可达９９．９％，清灰采用脉冲空气 反吹，在高温下反吹５×１０４次，纤维布和毯的强度 仍可满足规定的要求口Ｊ。． Ｃ．试管式过滤器 试管式过滤器过滤元件为一端封闭、一端开口 的圆筒形结构，典型尺寸是内径为４０（或３０）ｍｍ， 外径为６０ ｍｍ，长度为１．５ ｍ。过滤气体穿过微孔 滤管壁由外向内流动而实现过滤，在滤管外表面形 成粉尘层。早期的陶瓷滤管为单层结构，目前采用 双层结构，内层为平均孔径较大的支撑体以保证滤 管的强度，在支撑体的外表面加一层平均孔径较小 的薄陶瓷滤膜，以实现表面过滤。对于过滤膜，除了 平均孔径和孔隙率方面的要求外，膜厚度的均匀性 很重要。膜的厚度至少应为１０—２０倍晶粒直径， 一般约１５０ ｐａｎ。对于较薄的膜，要求孔径小。平均

　　片的磨损，影响燃气轮机叶片的寿命及工作效率。 未解决这个问题，燃气中的粉尘含量必须限制在 一些范围内；同时，为满足ＩＧＣＣ和ＰＦＢＣ对燃气 高温度的要求，人们正在试图摆脱传统的湿法气体 净化工艺，采用高温干法气体净化技术来解决制约 ＩＧＣＣ和ＰＦＢＣ发展的核心问题。因此，有效的高温 除尘技术至关重要。 １陶瓷高温除尘技术

　　ＵＵ Ｈｕｉ．ｘｕｅ．ＬＩＵ Ｙｏｕ．ｚｈｉ． ＭＥＮＧ Ｘｉａｏ．１ｉ

　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｌ＿ｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｈｉｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｇａｓ ｄｕｓｔ ｒｅｍｏｖａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｃｅｒａｍｉｃ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ｇｒａｎｕｌａｒ ｂｅｄ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ｍｅｔａｌ ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ｃｙｃｌｏｎｅ ｃｏｌ－

　　近年来国内外大力开展高性能金属过滤材料的 研究。其中，Ｆｅ灿金属间化合物和３１０Ｓ不锈钢（其 中镉、镍含量高）以其突出的抗高温氧化和耐硫腐 蚀性能而非常关注。如美国Ｍｏｒｔ公司和Ｐａｌｌ公司 生产的３１０Ｓ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００（镍基合金）、ＦｅＡｌ金属间化 合物等烧结金属滤管，耐温６００—９００℃［１１，１２１；英国 Ｐｏｖａｉｒ公司、比利时Ｂｅｋａｒｔ公司、美国ＵＳ ｆｉｌｔｅｒ等公 司分别开发了ＦｅＣｒＡｌ、Ｈａｙｎｅｓ２３０（镍、铬、钼、钨合 金，耐高温，抗氧化）、Ｈａｙｎｅｓ２１４（镍铬合金，优良的 抗氧化材料）等烧结金属纤维多孔材料【９】。在烧结 金属丝网方面最初有铜基合金、３０４不锈钢、３１６不 锈钢、３１６Ｌ不锈钢、１８８不锈钢、ＧＨ３０高镍合金和 ＧＨ４４高温合金等过滤材料制品。目前，在一些工 业发达国家已经开发出了Ｆｅ—ｍ烧结粉末和３１０Ｓ 烧结金属丝网微孔材料。

　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｓｈ·ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｇａｓ ｄｕｓｔ ｒｅｍｏｖａｌ； ｃｅｒａｍｉｃ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｄｕｓｔ ｒｅｍｏｖａｌ； ｇｒａｎｕｌａｒ ｂｅｄ ｄｕｓｔ ｒｅｍｏｖａｌ；ｍｅｔａｌ ｍｉｃｍｐｏｒｏｕｓ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｄｕｓｔ ｒｅｍｏｖａｌ；ｃｙｃｌｏｎｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ

　　为了提高脉冲反吹性能，通道表面覆盖了一层膜，可 以实现微滤，膜孔径为Ｏ．２—０．５ ｔｕｎ，是支撑体孔径 的１％。荷兰Ｄｅｌｆｔ工业大学在热功率为１．５ ＭＷ的 实验装置上，安装了３个ＣｅｒａＭｅｍ公司生产的蜂窝 式过滤元件。在８００℃条件下，２５ ｈ的运行结果表 明，过滤器脉冲反吹性能好，没再次出现粉尘阻塞通道 的现象Ｈ Ｊ ｏ

　　②陶瓷材料的配方和制备技术的改进 改进的目标是改善陶瓷的韧性、延展性和抗热 震性。制备技术从泡沫型到网眼型的改进，做到了 在流体通过时，降低压力降，增大表面积，提高与流 体接触效率，减轻重量。普通单质陶瓷过滤材料在 产生小变形量时其应力就达到最大值，然后突然破 裂。这种特点以及陶瓷材料固有的热传导性差的特 点使得陶瓷过滤材料难以承受大的热负荷波动，即 抗热震性差。 近年来，人们开展了大量的新型陶瓷过滤材料 的研制，旨在提高陶瓷过滤材料的韧性和抗热震性。 一项具有重大意义的研究进展是纤维复合陶瓷过滤 材料制备技术的研制成功，它使得陶瓷过滤材料的 韧性和延展性大幅度的提升。纤维复合陶瓷过滤材料是 依靠连续长纤维使材料增强、增韧，同时表面复合层 又保证材料具备很高的过滤精度。在研制的纤维复 合陶瓷过滤材料中有美国３Ｍ公司的硅铝酸盐一碳 化硅复合陶瓷过滤材料；美国杜邦公司生产的ＰＲＤ 一６６型试管式陶瓷过滤器，外表面由涂有碳化硅砂 粒的强化尼龙纤维丝缠绕，内表面是渗透率较高的 碳化硅刚性架，除尘效率达９９％以上；美国Ｂ＆Ｗ 公司开发了氧化铝一氧化铝纤维复合陶瓷；西屋公 司开发了氧化铝一莫来石纤维复合陶瓷过滤材 料‘５１。 经过对陶瓷除尘器的研究和改进，可以更好地 发挥陶瓷除尘技术的优点。由于陶瓷材料的固有特 点，即耐热性和化学稳定性，该技术有望成为最有 效的高温除尘技术。目前，该技术面临着诸如管件 与管板间的密封问题、过滤膜孔隙永久性堵塞和压 力降持续增大问题、陶瓷微裂缝蔓延及热疲劳等问 题，这些影响到它的耐久性和可靠性。因此，陶瓷除 尘技术还需进行进一步的研究。 ２颗粒层过滤除尘技术 颗粒层过滤除尘器是利用物理和化学性质非常 稳定的固体颗粒组成过滤层，通过惯性碰撞、扩散沉

　　渗透性要远大于平均孔径为１０ ｐａｎ的膜，且可以忽 略支撑体对过滤性能的影响。德国ＢＷＦ公司、英国 Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒ＆Ｐｕｍｐ公司、芬兰的Ｆｏｓｔｅｒ Ｗｈｅｅｌｅｒ 公司都进行了试管过滤器的研究”Ｊ。

　　ｄ．蜂窝式过滤器 常用的有美国ＣｅｒａＭｅｍ公司生产的圆柱形蜂 窝式陶瓷过滤元件，直径为３０５ ｍｍ，长度为３８１ ｍｉｌｌ，通道截面尺寸为４ ｍｍ ｘ４ ｍｍ，每６．４５２ ｃｍ２有 ２５个通道，孔隙率为３０％～５０％，平均孔径为４０一 ５０ ｐｍ。在氧化条件下，耐温１ ０００℃，且抗热冲击。

　　ｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｓｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｇａｓ ｄｕｓｔ ｒｅｍｏｖａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｉｓ ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ ｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｓｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｇａｓ ｄｕｓｔ ｒｅｍｏｖａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ．

　　金属微孔过滤材料最大优点是良好的耐温性 和优良的机械性能，并且良好的韧性和导热性使其 具有非常好的抗热震性。此外，金属微孔材料还具有 良好的加工性能和焊接性能。金属微孔过滤除尘目 前还存在的问题是金属过滤材料一般在高温下会出 现随着温度上升强度下降的现象，因此在使用的过程 中存在着最高温度的限制。

　　高温气体除尘是在高温条件下直接进行气固分 离，实现气体净化的一项技术，它可以最大限度地利 用气体的显热、潜热和动力能以及最有效地利用气 体中的有用资源。因此，它不仅成为电力、能源和相 关加工工业的研究热点，也是过滤行业的重要研究 课题。

　　目前，整体煤气化燃气蒸汽联合循环发电技术 （Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ，简称ＩＧＣＣ） 和增压流化床燃烧联合循环发电技术（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ Ｂｅｄ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ，简称ＰＦ— ＢＣ）是先进的能源转换系统，但在这两种技术中， 煤、飞灰和脱硫吸附剂会夹带在燃烧（气化）产物 中，易从燃烧器或气化炉带进燃气轮机。由于进入 燃气轮机的气体中含有大量粉尘，引起燃气轮机叶

　　积、重力沉积、直接拦截、静电吸引的过滤原理实现 对含尘气体的过滤，具有耐高温、持久性好等特点。 颗粒层除尘技术对细微尘粒的捕集效率不高，大量 过滤介质在床外循环，能耗大，磨损大。另外在大型 化时，介质均匀移动和气流的均匀分布问题也还需 要研究。

　　摘要：论述了常用的高温气体除尘技术如陶瓷过滤除尘技术、颗粒层过滤除尘技术、金属 微孔过滤除尘技术、旋风除尘技术、静电除尘技术的研究进展，对高温气体除尘技术的前景进行了 展望，指出了高温气体除尘技术要解决的问题。