基于高温除尘技术的燃煤污染物一体化控制技术

任育杰

摘 要：除尘技术作为现代工业过程的基础单元，涵盖了煤电、化工、钢铁、有色、建材甚至是制药、食品等几乎所有的基础工业领域。例如，各种火电厂及窑炉烟气的除尘、混合气体的选择性分离、资源性粉尘的富集等。随着环保要求提高，开发高温除尘技术，并结合SCR脱硝技术与新型脱硫技术，是一条极有应用前景的燃煤污染物一体化控制技术路线。

关键词：高温除尘；燃煤污染物；一体化；技术

中图分类号：TM611.1；X51 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0004-01

1 高温除尘技术

1.1 目前常规除尘技术问题

目前常规除尘技术工作温度都偏低，一般在200℃以下。因此，工作过程中，由于某些过滤对象是复杂的混合物，其中一些组分在低温时会发生相变，由气体形态凝结为固体颗粒，使得分离出来的固体颗粒品质降低以及过滤后的该组分数量减少。例如，在有色冶金烟气脱砷和回收过程中，目前采用的布袋的工作温度只能在200℃左右。在该温度下，烟气中气态的三氧化二砷会凝结成固体颗粒，一方面使得过滤下来的金属粉尘中含有较高浓度的砷，既难以回炉利用又不能满足环保要求进行填满，另一方面使后面工序回收的三氧化二砷数量减少，效益降低。黄磷、煤制油气、电石等生产过程中，对高温含尘气体采取了湿法洗涤。[1]这不仅导致了现场生产环境的恶化，还导致了水资源的大量消耗并产生了含氰化物或苯酚类的难以处理的大量废水，同时消费了高温气体所具有的显热。

1.2 高温除尘的优点

高温除尘技术可以根据过滤对象的性质采取不同的过滤工作温度以实现分级过滤，从而将所需要的组分高效高品质地分离出来，提高过滤效果进而带来经济效益。例如，在400℃左右进行有色冶炼烟气的过滤，此时分离下来的金属粉尘将不含砷成分，便于回炉再利用或进行填埋，而后续收集的砷的数量也更多。同时由于膜的高效除尘，回收的砷的纯度也将得到大幅度的提高。将过滤由低温段向高温段推进，还可以缩短原始含尘气体的流程，增加洁净气体的流程，提高系统的可靠性延长设备寿命。[2]

2 国内外发展现状

由于高温过滤具有广泛的应有领域，国内外都对其进行了研究和开发。德国Schumacher、美国Acurex、国内的钢铁研究总院及安泰科技等相继开发出了陶瓷材料、金属纤维材料等，在IGCC高温烟气除尘等方面进行了应用研究；德国Argillon、美国Babcockpower利用高温电除尘研究了高温低浓度粉尘的烟气SCR脱硝等。但由于存在高温电除尘的运行费用高、除尘精度低，陶瓷抗热震性差、过滤阻力高，金属纤维耐腐蚀性差等原因，均没有得到规模化的工业应用。

利用中南大学粉末冶金国家重点实验室在国家863、973及自然资金等项目支持下的研究成果，成都易态科技有限公司自2007年起开始了金属间化合物膜材料应用于高温气体和腐蚀性液体过滤的技术研究和产品开发及工程建设。

金属间化合物膜是以金属粉末为原料，利用Kirkendall效应的偏扩散成孔机理，在真空条件下经高温烧结反应生成的可薄至0.3mm的多孔材料。通过选择与预期过滤对象粒径分布相匹配的金属粉末、控制烧结反应温度和时间，可以制得预先设计的孔隙形态及性能的膜材料。金属间化合物由金属键和化合键构成了混键结构，形成了相当稳定的化学结构，从而具有一些单质金属材料不具有的优良性能。在耐腐蚀性、抗氧化性、抗硫化性、抗疲劳性、耐磨性等方面尤为突出。除了具有优异的理化与力学性能外，金属间化合物膜以其开孔率高、孔径均匀可控、曲折因子小等性能满足了现代工业对高温、高精度、高稳定性、低阻力的过滤材料要求。如图1所示。

3 基于高温除尘的燃煤锅炉污染物一体化控制技术

我国能源结构以燃煤为主。随着环保政策越来越严格，燃煤产生的SO2、NOx、PM深度脱除要求越来越高。目前燃煤烟气NOx控制技术路线主要是SCR方法。SCR脱硝技术多采用省煤器与空预器之间的高灰浓度布置，但因飞灰量大造成催化剂层堵塞、磨损、中毒而大大缩短了催化剂寿命，以及氨的大量逃逸二次污染、空预器腐蚀堵灰等。在超净排放的大背景下，污染物的深度脱除面临挑战。显然，布置于SCR前的高温除尘器，是有效解决燃煤污染物（SO2，NOx，PM）深度脫除的核心问题。

基于此，本项目组提出燃烧污染物一体化脱除全系统流程，见图2。

以烟气流程说明：以SO2，NOx，PM控制阶段区分，可理解为污染物源头生成控制+三级脱硝（SNCR、SCR、臭氧氧化NO深度脱除）+两级脱硫（喷淋、鼓泡）+两级PM脱除（高温除尘、喷淋散射塔）。450℃左右高温烟气经过金属间化合物柔性膜高温除尘装置进行PM级除尘，净化后烟气含尘量≤10mg/Nm3。洁净的烟气随后进入新型微孔SCR装置进行第二级脱硝。至此，结合低氮燃烧+SNCR+新型SCR组合，基本完成NOx脱除。随后，烟气经过深度余热回收装置，进入新型石灰石喷淋散射塔。该塔前面布置有臭氧氧化装置，将烟气中残留的NO氧化成易于溶于水的NO2。喷淋散射塔综合喷淋+鼓泡技术优点，实现SO2的两级脱除。同时，在塔里面也实现NOx和PM的深度脱除，洁净烟气排空。

4 结语

本项目构建了一条新的基于高温除尘的燃煤污染物一体化控制全新的技术路线，目的是解决了靠单一技术升级已经很难满足燃煤产生的SO2、NOx、PM深度脱除要求。从经济、安全、环保等三个方面，试图发现一个新的燃煤污染物一体化控制技术。

参考文献

[1]夏兴祥.高温除尘技术综述[J].化工机械，2000，27（1）：47-56.

[2]邢毅，况春江.高温除尘过滤材料的研究[J].过滤与分离，2004.14（2）：1-4.