气体高温除尘技术研究进展刘会雪，刘有智，孟晓丽（中北大学山西省超重力化工工程技术研究中心，山西太原030051）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需要解决的问题。

　　秀键词：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，它可以最大程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f的有用资源。因此，它不仅成为电力、能源和相关如工工业的研究热点，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（IntegratedGasificationCombinedCycle，简称IGCC）和增压流化床燃烧联合循环发电技术（PressurizedFluidizedBedCombustionCombinedCycle，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，引起燃气轮机叶片的磨损，影响燃气轮机叶片的寿命及工作效率。

　　为了解决这个问题，燃气中的粉尘含量必须限制在一定范围内；同时，为了满足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发展的关键问题。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：多样化的过滤元件可以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。

　　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（xm陶瓷纤维（由质量分数为62%的A1203、24%组成）编织成布袋，在816t、0.98MPa的条件下用0.033m/s的过滤速度进行试验，除尘效率高达99. 7%，压力降为176~1489Pa，清灰时用脉冲空气反吹陶瓷纤维毯过滤器（xm的陶瓷纤维编织成毯，两面再蒙上一层陶瓷纤维布或者不镑钢丝网，在800 1、0.98MPa条件下试验，过滤速度为0.1m/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5x104次，纤维布和毯的强度仍可满足要求……

　　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60mm，长度为1.5m.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，膜厚度的均性非常重要。膜的厚度至少应为10 ~20倍晶粒直径，一般约150（XI.对于较薄的膜，要求孔径小。平均孔径为5（xm的膜虽然初始压力降大一些，但是其渗透性要远大于平均孔径为10pm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IndustrialFilter公司、芬兰的FosterWheeler公司都进行了试管过滤器的研究。

　　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305mm，长度为381mm，通道截面尺寸为4mmX4mm，每6.452cm2有25个通道，孔隙率为30% ~50%，平均孔径为40~50pm.在氧化条件下，耐温1000t，且抗热冲击。

　　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0.2~0.5pm，是支撑体孔径的1%.荷兰Delft工业大学在热功率为1.5MW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800t条件下，25h的运行结果表明，过滤器脉冲反吹性能好，没有出现粉尘阻塞通道的现象。

　　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大提高。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有很高的过滤精度。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-碳化硅复合陶瓷过滤材料；美国杜邦公司生产的PRD-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BW公司开发了氧化铝-氧化铝纤维复合陶瓷；西屋公司开发了氧化铝-莫来石纤维复合陶瓷过滤材料。

　　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，即热稳定性和化学稳定性，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。

　　1957年，德国开始采用振动清灰的MB型颗粒层除尘器，以后又不断进行改进，近年来在颗粒层除尘的原理和实验研究方面也进行了大量工作。

　　由于这种除尘器具有耐高温特点，因而成为很有发展前途的一种工业高温除尘设备，近年来发展很快。

　　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，用于热煤气除尘，并在日处理煤量40t/d的流化床煤气化炉上进行了试验，热煤气压力为1.8 460，飞灰质量浓度为1 ~5g/m3，实测的除尘效率达99.8%以上，累计运行时间为900h.移动床颗粒层过滤器的过滤速度为。

　　器压力降<196kPa，所用颗粒直径为1~5mm，颗粒层移动速度为0.001~.100m/s.发设计了移动床颗粒层过滤器，含尘气体从中心引人，移动床中作为过滤介质的颗粒是直径为6mm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。不断补充进人过滤室，该过滤装置实际上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i9，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。

　　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，适合高温高压气体除尘。目前，国际上普遍认为移动颗粒层过滤除尘是最有希望、最有发展前途的可用于IGCC和PFBC的高温除尘技术之一。

　　3金属微孔过滤除尘技术金属微孔过滤材料最大优势在于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很好的抗热震性。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升篼强度下降的现象，因此在使用过程中存在着最高温度的限制。

　　近年来国内外大力开展高性能金属过滤材料的研究。其中，FeAl金属间化合物和310S不镑钢（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备受关注。如美国Mott公司和Pall公司生产的310S、Incne1600（镍基合金）、FeAl金属间化合物等烧结金属滤管，耐温600900T；英国Povair公司、比利时Bekart公司、美国USfilter等公司分别开发了FeCrAl、Haynes230（镍、铬、钼、钨合金，耐高温，抗氧化）、Haynes214（镍铭合金，优良的抗氧化材料）等烧结金属纤维多孔材料。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-A1烧结粉末和310S烧结金属丝网微孔材料。

　　在试验研究方面也有一定的进展。4%11试验研究了金属过滤材料在PFBC工作环境下的情况。滤材主要选取了美国Pall公司的Fe3Al金属间化合物、美国USF公司的Fe-Cr-A1合金和Haynes230合金。试验温度为650~840，系统压力为1.0MPa，3种滤材在850t以下1 000h试验中均保持完好，未出现破裂情况。

　　Novick等采用实验室合成气体模拟煤气环境研究了Fe3Al烧结滤材在还原气氛下的耐蚀性，600系统压力为1.0MPa.试验进行了2251h，Fe3Al材料的抗拉伸性能未降低，可以通过脉冲反吹再生更新，对于大于14.5|xm的粉尘的除尘效率为99.89%.我国有关研究单位如安泰科技公司等，也开展了Fe3Al、310S等先进金属过滤材料的研制和310S烧结金属丝网高温煤气除尘中试研究，试验温度为580~6Mt，试验压力为1.0后煤气含尘量（质量浓度）达到了10mg/m3以下，除尘效率达99.9%.烧结金属丝网过滤材料工作稳定，具有很好的反吹再生性能。

　　4旋风除尘技术旋风分离器是利用含尘气体在高速旋转时所产生的离心力，将固体从气体中分离出来的干式除尘设备。由于它结构简单，无运动部件，制造安装费用较少，操作维护简便，性能稳定，受气体的含尘浓度和温度影响较小，压损中等，动力消耗不大，因此得到广泛的应用。其核心部件采用耐高温的陶瓷旋风子，利用烟气炉的砌筑方法，使高温烟气得到较好的除尘效果，并把温降控制在最小的范围之内，满足了工艺生产的需求。

　　为了延长旋风除尘器的使用寿命，提高除尘效率及满足耐高温、耐磨损的要求，人们对该项技术进行了一系列的改进。例如使用陶瓷材料制作核心部件旋风子和陶瓷多管旋风除尘器。由于该技术对粒径<10|xm的粒子无效，远远不能满足净化后的高温煤（烟）气含尘体积分数<6x1（T6的要求，故一般旋风除尘器只能作为预除尘设备，使从气化炉出来的高温粗煤气含尘体积分数降低到。5%以下，再予以二次除尘。

　　5静电除尘技术静电除尘器原理为：在高压静电作用下使尘粒带有负电荷后，在电场力的作用下尘粒向带有正电荷的极板方向运动，当尘粒到达极板后放出负电荷，开始附着在收尘极板的板面上，形成灰尘集聚物。然后由振打装置敲击极板，对灰尘集聚物产生冲击力，使其脱落进入灰斗被排除。

　　为了提高燃煤电厂静电除尘效率，有些电厂使用了经过改造的静电袋式复合除尘器。该除尘器是一种新型的除尘装置，它是静电除尘器和袋式除尘器的有机结合，通过这2种成熟可靠技术的有机串联，既发挥了静电除尘器收尘效率高的优点，又有袋式除尘单元高效捕集细微粉尘的优点。静电除尘单元能除去80% ~90%的粉尘，袋式除尘单元只需除去其余10%~20%的粉尘。静电袋式复合除尘器具有过滤阻力小、造价及运行成本低、对微细粉尘收集效率高等优点。

　　为了弥补纤维过滤器在燃气轮机上使用的不足，英国Fortum公司开发了空气清洁技术（简称FACT），它是由一组静电除尘器组成的系统。经优化设计，并通过英国GlanfordBrigg电站试验得出FACT静电除尘器的使用效果可靠，有一系列显著的优点：不需要更换过滤器，检修工作成本降低；结渣少；空气预热温度降低；压力降减小；燃气轮机使用寿命延长。

　　目煎，美国研究在温度达9丈、压力达110MPa下的静电除尘器，除尘效率为90% ~99.6%，捕获尘粒平均粒径为5）xm，大约20%尘粒粒径在2|xm以下。

　　静电除尘技术是一种高效的除尘技术，其优点明显。但目前应用在高温高压下除尘，尚存在电晕稳定性、长时间运行时材料稳定性、材料的热胀性等问题。静电除尘器造价高，还有对粉尘的比电阻和气体成分等性质的敏感性及电极的腐蚀等问题。因此，静电除尘技术用于较高温度的除尘还有一定的局限性。

　　6结语高温气体除尘技术具有很强的现实意义，目前它还处在研发阶段，需要解决的主要问题是高温下延长滤材寿命、优化滤材再生技术、提高过滤效率。

　　虽然几种常用的高温除尘技术目前都取得了很大的进步，但是还存在各自的问题，在一定的条件下还需要对几种技术进行有机结合。在炼焦及煤发电行业中，煤的利用效率不高，且给环境带来的污染日益严重，高温除尘技术会逐步成熟完善，会有更广阔的工业应用前景。