基于高溫除塵技術的燃煤污染物一體化控制技術

任育杰

摘 要：除塵技術作為現代工業過程的基礎單元，涵蓋了煤電、化工、鋼鐵、有色、建材甚至是制藥、食品等幾乎所有的基礎工業領域。例如，各種火電廠及窯爐煙氣的除塵、混合氣體的選擇性分離、資源性粉塵的富集等。隨著環保要求提高，開發高溫除塵技術，并結合SCR脫硝技術與新型脫硫技術，是一條極有應用前景的燃煤污染物一體化控制技術路線。

關鍵詞：高溫除塵；燃煤污染物；一體化；技術

中圖分類號：TM611.1；X51 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0004-01

1 高溫除塵技術

1.1 目前常規除塵技術問題

目前常規除塵技術工作溫度都偏低，一般在200℃以下。因此，工作過程中，由于某些過濾對象是復雜的混合物，其中一些組分在低溫時會發生相變，由氣體形態凝結為固體顆粒，使得分離出來的固體顆粒品質降低以及過濾后的該組分數量減少。例如，在有色冶金煙氣脫砷和回收過程中，目前采用的布袋的工作溫度只能在200℃左右。在該溫度下，煙氣中氣態的三氧化二砷會凝結成固體顆粒，一方面使得過濾下來的金屬粉塵中含有較高濃度的砷，既難以回爐利用又不能滿足環保要求進行填滿，另一方面使后面工序回收的三氧化二砷數量減少，效益降低。黃磷、煤制油氣、電石等生產過程中，對高溫含塵氣體采取了濕法洗滌。[1]這不僅導致了現場生產環境的惡化，還導致了水資源的大量消耗并產生了含氰化物或苯酚類的難以處理的大量廢水，同時消費了高溫氣體所具有的顯熱。

1.2 高溫除塵的優點

高溫除塵技術可以根據過濾對象的性質采取不同的過濾工作溫度以實現分級過濾，從而將所需要的組分高效高品質地分離出來，提高過濾效果進而帶來經濟效益。例如，在400℃左右進行有色冶煉煙氣的過濾，此時分離下來的金屬粉塵將不含砷成分，便于回爐再利用或進行填埋，而后續收集的砷的數量也更多。同時由于膜的高效除塵，回收的砷的純度也將得到大幅度的提高。將過濾由低溫段向高溫段推進，還可以縮短原始含塵氣體的流程，增加潔凈氣體的流程，提高系統的可靠性延長設備壽命。[2]

2 國內外發展現狀

由于高溫過濾具有廣泛的應有領域，國內外都對其進行了研究和開發。德國Schumacher、美國Acurex、國內的鋼鐵研究總院及安泰科技等相繼開發出了陶瓷材料、金屬纖維材料等，在IGCC高溫煙氣除塵等方面進行了應用研究；德國Argillon、美國Babcockpower利用高溫電除塵研究了高溫低濃度粉塵的煙氣SCR脫硝等。但由于存在高溫電除塵的運行費用高、除塵精度低，陶瓷抗熱震性差、過濾阻力高，金屬纖維耐腐蝕性差等原因，均沒有得到規模化的工業應用。

利用中南大學粉末冶金國家重點實驗室在國家863、973及自然資金等項目支持下的研究成果，成都易態科技有限公司自2007年起開始了金屬間化合物膜材料應用于高溫氣體和腐蝕性液體過濾的技術研究和產品開發及工程建設。

金屬間化合物膜是以金屬粉末為原料，利用Kirkendall效應的偏擴散成孔機理，在真空條件下經高溫燒結反應生成的可薄至0.3mm的多孔材料。通過選擇與預期過濾對象粒徑分布相匹配的金屬粉末、控制燒結反應溫度和時間，可以制得預先設計的孔隙形態及性能的膜材料。金屬間化合物由金屬鍵和化合鍵構成了混鍵結構，形成了相當穩定的化學結構，從而具有一些單質金屬材料不具有的優良性能。在耐腐蝕性、抗氧化性、抗硫化性、抗疲勞性、耐磨性等方面尤為突出。除了具有優異的理化與力學性能外，金屬間化合物膜以其開孔率高、孔徑均勻可控、曲折因子小等性能滿足了現代工業對高溫、高精度、高穩定性、低阻力的過濾材料要求。如圖1所示。

3 基于高溫除塵的燃煤鍋爐污染物一體化控制技術

我國能源結構以燃煤為主。隨著環保政策越來越嚴格，燃煤產生的SO2、NOx、PM深度脫除要求越來越高。目前燃煤煙氣NOx控制技術路線主要是SCR方法。SCR脫硝技術多采用省煤器與空預器之間的高灰濃度布置，但因飛灰量大造成催化劑層堵塞、磨損、中毒而大大縮短了催化劑壽命，以及氨的大量逃逸二次污染、空預器腐蝕堵灰等。在超凈排放的大背景下，污染物的深度脫除面臨挑戰。顯然，布置于SCR前的高溫除塵器，是有效解決燃煤污染物（SO2，NOx，PM）深度脫除的核心問題。

基于此，本項目組提出燃燒污染物一體化脫除全系統流程，見圖2。

以煙氣流程說明：以SO2，NOx，PM控制階段區分，可理解為污染物源頭生成控制+三級脫硝（SNCR、SCR、臭氧氧化NO深度脫除）+兩級脫硫（噴淋、鼓泡）+兩級PM脫除（高溫除塵、噴淋散射塔）。450℃左右高溫煙氣經過金屬間化合物柔性膜高溫除塵裝置進行PM級除塵，凈化后煙氣含塵量≤10mg/Nm3。潔凈的煙氣隨后進入新型微孔SCR裝置進行第二級脫硝。至此，結合低氮燃燒+SNCR+新型SCR組合，基本完成NOx脫除。隨后，煙氣經過深度余熱回收裝置，進入新型石灰石噴淋散射塔。該塔前面布置有臭氧氧化裝置，將煙氣中殘留的NO氧化成易于溶于水的NO2。噴淋散射塔綜合噴淋+鼓泡技術優點，實現SO2的兩級脫除。同時，在塔里面也實現NOx和PM的深度脫除，潔凈煙氣排空。

4 結語

本項目構建了一條新的基于高溫除塵的燃煤污染物一體化控制全新的技術路線，目的是解決了靠單一技術升級已經很難滿足燃煤產生的SO2、NOx、PM深度脫除要求。從經濟、安全、環保等三個方面，試圖發現一個新的燃煤污染物一體化控制技術。

參考文獻

[1]夏興祥.高溫除塵技術綜述[J].化工機械，2000，27（1）：47-56.

[2]邢毅，況春江.高溫除塵過濾材料的研究[J].過濾與分離，2004.14（2）：1-4.