壁流式蜂窝陶瓷在高温除尘技术中的应用

前言

冶金、建材、电力及煤化工等行业每年产生大量的高温烟气，这些烟气含尘量高，尘粒易附着，烟气中高温段含有大量的高品位余热，由于工艺、回收抑或满足排放标准的需要，必须对这些高温含尘烟气进行处理。近年来，在环境污染治理方面加大力度，“超低排放”、“近零排放”对除尘器及除尘技术提出了高的要求，一些传统的除尘器及除尘技术难以实现对超细粉尘尤其是高温条件下超细粉尘的捕集。多孔陶瓷材料含有大量的微细孔隙结构，比表面积大，耐高温、耐腐蚀、机械强度高且结构稳定不易变形，基于多孔陶瓷材料的高温无机陶瓷滤材用于高温含尘气体的净化具有耐高温、过滤精度高的特点，不可以实现粉尘的超低排放，还可以负载特定的催化剂，在除尘的同时，实现脱硫、脱硝烟气净化。

2高温除尘技术

高温气体除尘是指在高温条件下直接进固分离，大程度地利用气体显热、潜热和动力能。通常所指的高温除尘，是指260℃以上气体的直接气固分离。由于运行温度高，高温除尘对其使用滤料的机械性能、热和化学稳定性提出了很高的要求，并且高温除尘设备所采用的容器和滤料材料必须能够经受住高温、高压的冲击。在一些特殊工况中，如核废料处理和石油裂解等，其尾气温度高达1000℃以上，在这种情况下，只能采用无机耐温滤料[1]。

目前常用的除尘技术主要械式除尘技术、电除尘技术、湿式除尘技术以及过滤式除尘技术。高温旋风除尘器是一种典型的机械式除尘器，具有结构简单、操作方便、造价较低的特点，根据不同的工艺要求可用于不同温度及高磨蚀场合。旋风除尘器的工作原理决定了其除尘效率与粉尘颗粒大小密切相关，对于50μm的粉尘，除尘效率可以达到96％以上；但对5μm粉尘，除尘效率73％左右；而对1μm粉尘，除尘效率为27％左右[2]。而高温条件下，湿度大幅下降，且粘滞力与常温时相比有较大变化，细颗粒凝聚现象大为降低，烟气中存在大量的超细粉尘，因而使用旋风除尘器处理高温烟气中的粉尘无法达到要求，只能作为预除尘器设备，在二次除尘前先烟气中的部分大颗粒粉尘。静电除尘器利用高电压产生电晕使尘粒荷电，然后施加收尘电压捕集带电的尘粒。静电除尘器效率高，压损低（一般小于200Pa），但一次性投资高，占地面积大，高温条件下难以维持稳定的电晕，阴寿命短、对粉尘的比电阻和气体成分等性质敏感，还存在电腐蚀和高电压击穿等问题，因而也不适用于高温条件下的烟气除尘。湿式除尘器形式很多，总体上包括以喷雾塔和旋风洗涤器为代表的低能湿式除尘器（压损0.2～1.5KPa）以及文丘里洗涤器为代表的高能湿式除尘器（压损2.5～9KPa）。湿式除尘器能耗高，产生二次污染，用于高温除尘，流程长、设备多、操作复杂，重要的是浪费了烟气中的高品位。过滤式除尘技术利用高温过滤材料实现气固分离，其基本原理是尘粒通过过滤材料时受到惯性碰撞、截留、扩散、静电、筛滤等作用从气流中被分离

出来。过滤式除尘技术不可以大程度地利用物理显热，提高能源利用率，同时可以简化工艺过程，节省工艺设备投资。高温气体过滤除尘技术的关键在于高温滤材的开发，传统的过滤式除尘器多以纤维滤袋为过滤材料，纤维滤袋除尘效率高、速度快、清灰方式简单，但滤袋使用寿命短，换频繁。此外，纤维滤袋高只能在200～300℃的环境下长期使用，无法满足高温度工况下的除尘要求。目前，高温滤材研究较多的有耐高温金属滤材及高温陶瓷滤材。耐高温金属滤材具有良好的耐温性能和机械性能，本身具有好的韧性和导力，但金属滤材的强度会随着温度的增加逐渐减弱，存在高使用温度限制。高温陶瓷滤材具有良好的化学稳定性和抗酸碱腐蚀性，同时能承受高达1000℃以上的高温。此外，高温陶瓷滤材具有非常大的内部比表面积，对5μm以下的超细粉尘仍然具有99%以上的过滤效率。尤其是近年来，随着高温除尘技术的迅猛发展，陶瓷滤材推陈出新，与之相应的配套设备也不断被改进，无机陶瓷滤材在高温除尘技术领域的应用受到了越来越广泛

的关注。

3壁流式蜂窝陶瓷及其在高温除尘技术中的应用

随着技术的不断进步，高温陶瓷滤材具有越来越多样化的结构和组成，可以满足不同工业生产条件下的除尘要求。目前，在高温作用下用于除尘净化的陶瓷滤材根据其在使用时的形状和安装排列方式的不同，可以分为挂烛式、列管式以及块状蜂窝式。挂烛式高温陶瓷滤材设计成中空烛管状，一端开口一端封闭，含尘气流从管外到管内，粉尘在外表面沉降形成粉尘层，借助脉冲清灰方式使附着于烛管外壁的粉尘脱落并掉入置于下方的灰斗中。列管式陶瓷滤材设计成两端开口，含尘气流由上端开口进入，粉尘一部分直接掉入灰斗，一部分受碰撞、扩散或静电作用被粘附、拦截在管内表面。清灰

时采用逆气流脉动喷吹，气流由管外进入管内，这种清灰方式耗气量大，但有利于提高陶瓷滤材的使用寿命。块状蜂窝式陶瓷滤材多采用壁流式蜂窝结构，如图1所示，该结构具有规则的平行通道，所有通道的进/出口被交错密封，形成独立的进气通道和排气通道，从滤材进气通道进入的含尘气体必须经过内部多孔薄壁到相邻的排气通道流出，粉尘被多孔薄壁拦截在入口一侧。采用脉冲反吹方式进行清灰。