高温除尘技术分析

甘海龙

1. 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆400037；2、中煤科工集团重庆研究院有限公司　瓦斯研究分院，重庆400037

摘要：介绍目前主流的高温除尘技术种类，适用温度、优缺点。主要技术有旋风除尘、高温陶瓷纤维膜除尘、电除尘等。旋风除尘主要用于温度较低的工况，除尘效果不能满足环保排放要求，旋风除尘器只能作为预除尘；高温陶瓷膜除尘技术可用于较高温度的工况，过滤精度高，但是其阻力较大；电除尘技术阻力小，但是会消耗一定的电能。因此需根据不同的生产工况，选择合适的除尘技术

关键词：高温；除尘；旋风；陶瓷纤维；电除尘

引言：

在火力发电站、工业炉窑等设备生产过程中，都会产生大量的高温烟气，烟气中通常也包含大量的粉尘，烟气中的粉尘必须经过净化处理达到排放标准才能排入大气，此外,有些生产过程排出的粉尘是生产原料或成品，需回收。除尘就是通过除尘器分离空气中的粉尘以达到净化空气或回收物料的目的。除尘的效果取决于粉尘的性质和除尘器的性能,目前主要的高温除尘技术包括旋风除尘^[1]、高温陶瓷膜技术^[2]、电除尘技术^[3]。本文主要介绍除尘技术的工作原理、特点。

1. 旋风除尘

旋风除尘器主要应用于温度小于400℃的环境，其特点是结构简单、操作容易、价格低廉，但除尘效率不高，即使是最高效的旋风除尘器，对于50 u m粉尘，除尘效率只能达到96%左右;对5u m粉尘，只有73%左右;而对1u m，仅为27%左右。对于高温旋风除尘，含尘气体粘性变大，颗粒的高温特性也发生变化，旋风除尘效果更差。因此，即使三个旋风除尘器串联，除尘效果也不能满足环保排放要求，旋风除尘器只能作为预除尘。

2.高温陶瓷膜技术

高温陶瓷膜是一种具有较高的机械强度、优良的热性能和耐化学腐蚀性能、极佳的微孔过滤性能的微孔陶瓷过滤材料，由高强度陶瓷支撑体和高效膜分离层复合烧结而成。材质主要包括碳化硅质、堇青石质、氧化铝质、陶瓷纤维质及陶瓷纤维膜过滤材料等。高温陶瓷膜过滤材料具有过滤效率高、适用范围广等优点，可广泛应用于各种高温高压气体净化、高温烟气除尘等，产品形状分烛式(法兰型）和长管式两种。

高温陶瓷膜过滤（除尘）器是以高性能高温陶瓷膜元件作为核心过滤介质的一种集过滤、清洗再生及自动控制为一体的高温高压气体除尘装置,主要是由高温陶瓷膜元件、高温过滤（除尘)器壳体、高压脉冲反吹系统和在线自动控制系统等部分组成。高温陶瓷膜过滤(除尘）按使用工况条件不同，可分为箱体式除尘器和罐体式除尘器。其主要技术指标如表1：

表1 高温陶瓷膜除尘器技术指标

气体处 理量	气体 温度	工作 压力	过滤 面积	过滤 速率	过滤 阻力	方式	过滤 精度	过滤 效率
1000-30000m3/h	200-800℃	0.1-7.0MPa	10-500m2	1-6CM/s	1000-15000Pa	脉冲	0.1-3微米	99.9%

高温陶瓷膜除尘技术优点：

最高使用温度高，最高可达800℃。使用压力高，最高可达7Mpa。

过滤精度高，最高可达0.1 u m，粉尘浓度控制在1mg/m³以下。

过滤阻力小，根据不同过滤精度要求，具有梯度孔结构的高温陶瓷膜材料初始阻力一般在100-500Pa，过滤风速可达1.5-6cm/s。

良好的耐化学腐蚀性能(SO2H2S H2O碱金属及盐等)和抗氧化性能，使用范围广，适用各种介质过滤。

采用表面过滤技术，可在线清洗，再生性能好，使用寿命长，最高可达5年以上。高温过滤减少冷却系统、防止低露点物质的凝结。提高高温气体反应效率。

高温过滤可以提高气体净化效率和热利用效率。

3.电除尘器

电除尘器是利用静电作用的原理捕集粉尘的设备，它是1907年由乔治.科特雷尔发明的，电除尘器和其他除尘器相比，有以下特点：

（1）除尘效率高。电除尘器要以通过加长电场长度的办法提高捕集效率，普遍使用3个电场的电了作尘器，当烟气中粉尘状态处于一般状态时，其捕集效率可达99%以上；如使用4个、5个电场除尘器效率还能提高。当电除尘器运行若干年后，因电极腐蚀等原因，除尘效率会有所下降。

（2）设备阻力小，总的能耗低。电除尘器的能耗主要由设备阻力损失、由供电装置，电加热保温和振打电动机等能耗组成，而其他除尘器的阻力损失为主要能耗。在总能耗子中占有较大份额，电除尘器的阻力一般仅为200-300Pa，纸为袋式除尘器的1/5。由于总的能耗较低，又很少更换易损件，所以运行费用比袋式除尘器等要低得多。

（3）适用范围广。电除尘器可捕集粒径小于0.1цm的粒子，300-400℃的高温烟气；湿式电除尘器不仅可除尘，还除尘烟气中的水雾和酸雾，当烟气各参数发生一定范围滤动时，当比电阻小于104Ω.cm或大于1012Ω.cm时，电除尘器的正常过程受于干扰。

（4）可处理大风量烟气。电除尘器由于结构上易于模块化，因此可以实现装置大型化。目前单台电除尘器烟气处理量已达200*104m³/h, 这样大的烟气量用袋式除尘器或旋风除尘器来处理都是不容易的。

（5）一次投资较大。电除尘器和其他除尘设备相比，结构复杂，耗用钢材较多，每个电场需配用一套高压电源及控制装置，因此价格较贵。

4．颗粒层过滤除尘

它是利用化学性质稳定、耐高温的固体颗粒（如石英砂等）形成过滤层，以过滤粉尘。其突出优点是耐高温、耐腐蚀、对烟气成分不敏感，除尘效率也很高，可达到99%，能除去10 u m以上尘粒。在高温除尘、粘性或弱粘性粉尘捕集、及易爆易燃粉尘捕集等方面，颗粒层过滤除尘显示出了独特的优越性。提高颗粒层对微细粒子的过滤效率，是颗粒层过滤除尘技术需要攻克的关键问题。

5.其他除尘技术

已研究或正在研究的高温除尘技术还有陶瓷织状过滤器、金属毡过滤器^[4]、烧结金属丝网管过滤器、太棉过滤器等等，这些除尘器的过滤效率都能达到99%以上，但都存在各自的问题。如强度问题、永久性堵塞失效问题、成本问题等。

6.结论

旋风除尘主要用于温度较低的工况，除尘效果不能满足环保排放要求，旋风除尘器只能作为预除尘；高温陶瓷膜除尘技术可用于较高温度的工况，过滤精度高，但是其阻力较大；电除尘技术阻力小，但是会消耗一定的电能。因此需根据不同的生产工况，选择合适的除尘技术。

参考文献:

[1] 牟春宇, 姜大志. 旋风除尘器环形空间气流运动的数值研究[J]. 环境工程学报, 2007, 1(8):5.

[2] 刘开琪. 高温含尘气体净化用陶瓷膜研究现状与发展趋势[J]. 新材料产业, 2017(5):6.

[3] 黄三明. 电除尘技术的发展与展望[J]. 环境保护, 2005(7):5.

[4] 赵赫. 金属纤维毡在燃煤锅炉烟气除尘中的应用研究[D]. 天津大学, 2005.