5 　國內高溫過濾除塵技術的研究現狀

      我國現有工業窯爐近20 萬座,年耗煤(焦炭) 量約2 億 t ,在生產過程中,排放大量高溫含塵有害氣體,嚴重地污染了大氣環境。其排放尾氣的特點是:溫度高,含塵濃度高,黑度大,溫度和煙氣量變化范圍廣。

      我國鍋爐除塵裝置制造技術已經歷了4 個發展階段, 即:干式旋風除塵,文丘里水膜除塵,高壓靜電除塵,袋式除塵[16 ] 。

      廣東省東莞市垃圾電廠鍋爐上已成功地應用袋式除塵裝置,其除塵效率高達99 %以上。目前采用袋式除塵的鍋爐最大已達680 t/ h。寶鋼在高爐建設時所采用的也是布袋除塵器,除塵效果良好,實現了“無超標排放”的目標[17 ] 。北京市勞動保護科學研究所齊金彥等[18 ]開發研究了陶瓷微孔管過濾式除塵器,其結構及過濾機理與袋式過濾器相同,不同的是陶瓷微孔管在反吹時形狀保持不變,所形成的一次粉塵層免遭破壞,除塵效率保持不變。高溫煙氣用陶瓷質微孔管過濾式除塵器,不需采用降溫冷卻措施,可省去部分投資,并可進行熱回收。該除塵器除塵效率高,過濾后的潔凈氣體對熱交換管束不存在腐蝕和堵塞問題。該除塵器耐磨損、耐急冷急熱性能好,使用壽命長。

      華中科技大學姬宏杰等[19 ]利用泡沫陶瓷對高溫焦爐煤氣過濾技術進行了實驗研究。孔隙率為85 %的泡沫陶瓷片在模擬氣體(粉塵粒徑為75μm以下) 流量為0. 15 - 1. 05 L/ h 時,其粉塵過濾效率均> 90 %。

      清華大學資新運等[20 ]建立了基于泡沫陶瓷微粒過濾單元的三維物理模型和氣粒兩相流模型。通過模擬計算,分析了氣體流速、微粒粒徑、泡沫陶瓷微孔參數對微粒擴散攔截和慣性碰撞攔截效率的影響。

      西安交通大學高鐵瑜[21 ]對燃煤聯合循環陶瓷過濾器過濾流動進行了深入的研究,分析了影響陶瓷過濾元件過濾性能的幾種重要機制以及重要的影響因素,提出“實際分級最小厚度”概念,這是過濾精度在陶瓷過濾元件壁厚上的度量值,有望為今后陶瓷過濾元件的優化設計提供必要的理論依據。同時提出: ①在陶瓷過濾元件制備時,應盡可能選取直徑相近的陶瓷顆粒; ②錐狀截面陶瓷過濾元件的壓降要稍低于柱狀截面陶過濾元件的變化幅度,而且相同的位置處壓降和速度值也低些,在同一流速下,壓降隨陶瓷顆粒直徑的減小而增大; ③為減小或消除過濾過程的粉塵“架橋”現象,應該使孔隙率沿軸向從封閉端到開口端逐漸增大,孔隙率沿軸向的這種變化對脈沖反吹清洗也是有利的; ④脈沖反吹清洗過程中,燭狀陶瓷過濾元件沿軸向各個部位脈沖壓力峰值隨著噴射壓力的增大而增大。陶瓷過濾元件開口端壓力峰值明顯高于中部和封閉端壓力峰值,而中部、封閉端壓力峰值接近。

      西安交通大學徐廷相等[22 ]研究了含塵超音速高溫高壓氣體的氣固兩相分離過程,提出了用增加縮放噴管長度的方法,使含塵高溫高壓氣體中的灰塵顆粒獲得實現氣固兩相分離所必需的更高動量的途徑。采用這種氣體凈化概念有可能使大于5μm的灰塵顆粒和大部分小于5 μm 的顆粒從含塵氣體中清除掉。

      中國科學院山西煤炭化學研究所楊金權等[23 ]采用D50 mm ×480 mm等效孔徑40μm普通不銹鋼制作了高溫燒結金屬絲網過濾器進行了試驗。煤氣溫度為460 - 638 ℃,進口粉塵質量濃度為1. 0 - 25. 0 g/ m3 ,在不同入口粉塵質量濃度及不同過濾氣速下,過濾效率均大于99 % ,最高達99. 9 % , > 20μm的顆粒去除率為100 %。試驗系統連續運行穩定, 過濾元件(管) 反吹性能良好,安裝固定容易,無損壞現象。該研究在過濾效率、反吹清灰及運行特性方面取得了較好效果,為該技術進一步開發奠定了基礎。

      上海化工研究院黃曉衛等[24 ]開發的全濾餅式過濾除塵器,濾餅為不銹鋼濾料,除塵效率理論值幾乎為100 % ,其在結構形式上及清灰技術上都有與眾不同之處,除塵流程操作全部由可編程序控制器(PLC) 控制,極易與計算機接口。此過濾器的另一關鍵技術是采用了大通量的高溫程控延期換向閥,這種具有特殊結構形式的高溫煙氣換向閥的開發成功是整個高溫煙氣除塵技術的重要保證。它可以實現高精度要求的除塵,對于一定粒度的粉塵,出口濃度(過濾效率) 可以通過控制過濾風速,過濾材料和過濾阻力而達到。

      國家電力公司熱工研究院許世森[25 ]研究溫度等因素對移動顆粒層過濾高溫除塵性能的影響規律,首次提出溫度與捕集比的理論關系式,并進行了實驗驗證,得到了移動顆粒層在高溫狀態下進行過濾除塵的實驗結果,為移動顆粒層過濾高溫除塵工藝的放大和工程化打下基拙。

      國家電力公司熱工研究院夏軍倉等[26 ]研究開發出一套移動顆粒層高溫高壓煤氣除塵中試系統,通過實際煤氣考核試驗研究,積累和掌握了系統的運行規律和設計依據,為進一步實現工程化奠定了基礎。試驗表明,該過濾器能實現連續穩定的除塵過程,除塵效率較高,可達99. 65 % - 99. 80 % , > 20μm的顆粒去除率為100 %。大型化后可適用于高溫氣體的過濾除塵。

      6 　高溫煙氣過濾除塵技術的發展趨勢

      (1) 加強泡沫陶瓷高溫高效除塵技術的研究,提高陶瓷過濾器的除塵效率及其韌性,改善其清灰再生技術,延長使用壽命。

      (2) 進一步提高袋式除塵設備的性能,使其適應于高溫、高含塵濃度、大煙氣量的需要,延長其使用壽命。

      (3) 重視除塵機理研究,探索現有各種除塵技術的基本規律,作為設計和改進設備的依據。

      (4) 加快對顆粒床除塵器的研究,提高其對細微塵粒的捕集效率,進一步研究系統磨損問題及運行的控制因素。目前,高溫煙氣除塵技術發展迅速,特別是美、德、日正努力控制煙氣含塵排放濃度趨向目視為“零”,即除塵器出口濃度接近大氣中的含塵濃度。因此,我們必須緊跟世界步伐,與國際接軌,加強與國際社會在環境保護方面的深入合作,充分借鑒利用高新技術,不斷創新,開發出經濟實用的新型高溫高效煙氣除塵設備。