深度丨脫硝除塵一體化工藝中陶瓷濾管與布袋濾袋應(yīng)用對(duì)比

本文通過對(duì)催化劑附著濾袋與催化劑附著陶瓷濾管的特性、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用前景進(jìn)行分析以期為該領(lǐng)域后續(xù)相關(guān)研究提供參考與借鑒。

近二十年來，高溫陶瓷濾管技術(shù)在煙氣凈化領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。其與傳統(tǒng)布袋過濾器的除塵機(jī)理相似，兩者均是以篩分機(jī)理為主，同時(shí)存在慣性碰撞、攔截、擴(kuò)散效用，及特定條件下的靜電效應(yīng)和重力效應(yīng)。然而，與傳統(tǒng)布袋濾袋相比，陶瓷濾管具備耐腐蝕性強(qiáng)和耐高溫等特點(diǎn)。因此，隨著陶瓷濾管制造技術(shù)的成熟，及近年來火電、垃圾焚燒等行業(yè)更為嚴(yán)格的煙氣粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布，陶瓷濾管過濾技術(shù)得到了快速發(fā)展。

近年來，除粉塵外，氮氧化物等污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)也更為嚴(yán)格，傳統(tǒng)的SNCR脫硝技術(shù)難以滿足日益嚴(yán)格的氮氧化物排放要求。因此，國內(nèi)外催化劑附著濾袋與催化劑附著陶瓷濾管工藝越來越受關(guān)注，以此為基礎(chǔ)的高溫陶瓷濾管除塵脫硝一體化技術(shù)得到迅速發(fā)展。

濾袋與催化劑附著濾袋研究

濾袋的過濾形式可分為三種：深層過濾、覆膜過濾和表層過濾。深層過濾是最為傳統(tǒng)的一種過濾方式，指煙氣直接被濾料層過濾。覆膜過濾指在傳統(tǒng)濾料的迎煙面附著一層微孔結(jié)構(gòu)的薄膜，薄膜孔徑直徑較小，一般小于2μm，可有效避免絕大多數(shù)的顆粒物進(jìn)入纖維濾料內(nèi)部。表層過濾則是在傳統(tǒng)濾料的迎煙面附著一層超細(xì)纖維，同樣起到阻止顆粒物進(jìn)入濾料內(nèi)部的作用。

布袋除塵器的核心是濾袋材料。目前，濾袋主要材質(zhì)包括聚苯硫醚（Polyphenylene Sulfide, PPS）、聚亞酰胺（Polyimide, P84）、聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene, PTFE）和玻璃纖維（Fiberglass, GL）等。各種材質(zhì)的適用溫度與優(yōu)缺點(diǎn)詳見表1。為了更好融合各種濾袋材質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，克服各種濾袋材質(zhì)的缺點(diǎn)，由兩種或多種材質(zhì)組成的復(fù)合型濾袋也較為常見。

表1 不同濾袋材料的適用溫度和優(yōu)缺點(diǎn)

表1可看出，總體而言，布袋除塵僅適用于中低溫?zé)煔猓虼耍?dāng)煙氣溫度較高時(shí)，需在煙氣進(jìn)入布袋除塵器前，對(duì)其進(jìn)行水冷、風(fēng)冷等降溫處理，以保護(hù)濾袋不會(huì)破損。

近年來，隨著氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，脫硝除塵一體化的布袋除塵器開始受到關(guān)注，其關(guān)鍵技術(shù)在于催化劑附著濾袋的研發(fā)。將錳系/釩系等催化劑附著在濾袋表面，并在布袋除塵器中或其進(jìn)口煙道中噴入氨氣，在催化劑的作用下，噴入的氨氣與煙氣中的氮氧化物反生成氮?dú)狻＿@與SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原）反應(yīng)器對(duì)于氮氧化物的去除機(jī)理類似，即在催化劑作用下，還原劑NH3在180~400℃下有選擇的將NO和NO2還原成N2，而幾乎不發(fā)生NH3與O2的氧化反應(yīng)，從而提高了主反應(yīng)選擇性，減少了還原劑的消耗，降低成本，有利于控制氨逃逸。

近年來，眾多專家學(xué)者致力于催化劑附著濾料的研發(fā)。汪謝通過表面活性劑分散法、徐覆法和抽濾法將二氧化錳／聚化咯催化劑負(fù)載到PPS濾料，催化劑負(fù)載量約為44g/㎡，在實(shí)驗(yàn)室條件下，催化劑附著PPS濾袋在180℃時(shí)，脫硝效率可達(dá)80%。

鄭偉杰采用相關(guān)氧化還原反應(yīng)的機(jī)理將三種不同的催化劑組分Mn-CeOx、Mn-SnOx和Mn-Ce-SnOx原位生長在PPS纖維表面，結(jié)果表明，三種不同的催化劑附著濾料在實(shí)驗(yàn)室條件下，當(dāng)制備條件為KMnO4/PPS質(zhì)量比為0.6，且脫硝反應(yīng)溫度為180℃時(shí)，脫硝率可以高達(dá)100%，甚至附著Mn-Ce-SnOx催化劑的濾料在脫硝反應(yīng)溫度為120℃時(shí)，脫硝率即可高達(dá)100%。

鄒海強(qiáng)采用超聲分散法，使得6%MnO2/CNFs催化劑附著于于芳綸濾料表面，經(jīng)聚多巴胺包覆后，在180℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)室條件下，其脫硝效率可達(dá)80%。

王敏將MnOx附著于布袋除塵器濾袋上，研究了溫度、氧氣含量、入口氣體流量等因素對(duì)脫硝效果的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)溫度為150℃，且反應(yīng)氣體中煙氣含量為5%時(shí)，氮氧化物的脫除率可以達(dá)到75%。

陶瓷濾管與催化劑附著陶瓷濾管研究

陶瓷濾管主要是由碳化硅、二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鋁、鈦酸鋁和硅酸鋁等材質(zhì)制成。它具有良好的微孔性能、耐高溫、耐各種介質(zhì)腐蝕且耐氧化，其本體具有一定剛度，無需外部支撐，故適用領(lǐng)域非常廣泛。隨著我國對(duì)顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，其具有很好的推廣使用價(jià)值。

陶瓷濾管的孔徑可根據(jù)煙氣特性定制，最小可小于1μm，目前常見的孔徑為2~3μm，經(jīng)其凈化后的煙氣中粉塵含量低，小于5mg/m3，甚至可穩(wěn)定在1mg/m3以下。

日本旭硝子株式會(huì)社利用堇青石制成的均質(zhì)圓管狀多孔陶瓷管凈化1000℃含塵高溫廢氣。陶瓷濾管的孔徑大小為40~60μm，孔隙率為16%~22%。研究結(jié)果表明，該陶瓷濾管對(duì)粒徑大于孔徑1/20以上的顆粒物去除率基本可高達(dá)100%，在定期反吹沖洗的前提下，其除塵效率高達(dá)99.99%。

與催化劑附著濾袋相似，陶瓷濾管表面也可附著錳系/釩系等催化劑，實(shí)現(xiàn)脫硝除塵效應(yīng)的一體化。陶瓷管表面可附著比表面積極大的納米級(jí)催化劑顆粒。此外，陶瓷管本身不規(guī)則纖維結(jié)構(gòu)，增加了氣體分子通過時(shí)與催化劑顆粒碰撞接觸的頻率，因而催化劑附著陶瓷濾管的脫硝效果良好。

陶瓷濾管本身可以耐受1000℃的高溫，其運(yùn)行溫度主要取決于催化劑的最佳使用溫度和煙氣溫度。當(dāng)陶瓷濾管附著L-01/02錳鐵/釩鈦系催化劑時(shí)，其最佳操作溫度為160~225℃，最高運(yùn)行溫度為250℃；當(dāng)陶瓷濾管附著M-02釩鈦系催化劑時(shí)，其最佳操作溫度為250~330℃，最高運(yùn)行溫度為350℃；當(dāng)陶瓷濾管附著M-01釩鈦鎢系催化劑時(shí)，其最佳操作溫度為275~400℃，最高運(yùn)行溫度420℃。

催化劑附著濾袋與催化劑附著陶瓷濾管對(duì)比研究

催化劑附著濾袋與催化劑附著陶瓷濾管在除塵與脫硝方面的原理基本相似：除塵以篩分為主要機(jī)制；脫硝皆采用氨氣為還原劑，催化脫硝，且兩者所用催化劑皆以錳鐵/釩鈦系催化劑為主。然而，濾袋的適用溫度約為120~280℃，因而濾袋附著催化劑以中溫和低溫催化劑為主。

編輯：李丹