За последние 20 лет технология высокотемпературных керамических фильтрующих трубок быстро развивалась в области очистки дымовых газов. Его механизм удаления пыли аналогичен механизму традиционных рукавных фильтров, оба из которых в основном основаны на механизме просеивания, а также имеют эффекты инерционного столкновения, перехвата, диффузии и, при определенных условиях, электростатических и гравитационных эффектов. Однако, по сравнению с традиционными мешочными фильтрами, керамические фильтровальные трубки обладают высокой коррозионной стойкостью и устойчивостью к высоким температурам. Таким образом, благодаря зрелой технологии производства керамических фильтрующих трубок и более строгим стандартам выбросов пыли дымовых газов в таких отраслях, как теплоэнергетика и сжигание отходов в последние годы, технология фильтрации керамических фильтрующих трубок быстро развивалась.

В последние годы, в дополнение к пыли, стали более строгими стандарты выбросов загрязняющих веществ, таких как оксиды азота, и традиционная технология денитрификации SNCR не может соответствовать все более строгим требованиям к выбросам оксидов азота. Таким образом, рукавные фильтры с катализаторным покрытием и керамические фильтрующие трубки с каталитическим покрытием привлекают все большее внимание как внутри страны, так и за рубежом, а интегрированная технология удаления пыли из высокотемпературных керамических фильтрующих трубок и денитрификации, основанная на этом, быстро развивается.

Исследование мешочных фильтров и мешочных фильтров с катализаторным покрытием

Формы фильтрации рукавных фильтров можно разделить на три типа: глубокая фильтрация, фильтрация с покрытием и поверхностная фильтрация. Глубокая фильтрация является наиболее традиционной формой фильтрации, при которой дымовые газы фильтруются непосредственно слоем фильтрующего материала. Фильтрация с покрытием относится к тонкой пленке с микропористой структурой, прикрепленной к верхней поверхности традиционного фильтрующего материала. Диаметр пор тонкой пленки обычно меньше 2 мкм, что может эффективно предотвратить попадание большинства твердых частиц в материал волокнистого фильтра. Поверхностная фильтрация представляет собой слой сверхтонкого волокна, прикрепленный к верхней поверхности традиционного фильтрующего материала, который также играет роль в предотвращении попадания твердых частиц в фильтрующий материал.

Основой рукавного фильтра является материал рукавного фильтра. В настоящее время основными материалами фильтровальных мешков являются полифениленсульфид (PPS), полиимид (P84), политетрафторэтилен (PTFE) и стекловолокно (GL). Применимый диапазон температур, а также преимущества и недостатки каждого материала подробно описаны в таблице 1. Чтобы лучше объединить преимущества различных материалов фильтровальных мешков и преодолеть недостатки каждого из них, также обычно используются композитные фильтровальные мешки, состоящие из двух или более материалов. .

Таблица 1: Применимая температураe и преимущества/недостатки различных материалов фильтровальных мешков.

Таблица 1 показывает, что в целом пылеудаление рукавным фильтром подходит только для средне- и низкотемпературных дымовых газов. Поэтому, когда температура дымовых газов высока, необходимо охладить их водой или воздухом, прежде чем они попадут в пылесборник рукавного фильтра, чтобы защитить фильтровальные рукава от повреждения.

В последние годы, с повышением стандартов выбросов оксидов азота, внимание стало уделяться интегрированным рукавным фильтрам для денитрификации и удаления пыли, а ключевая технология заключается в разработке рукавных фильтров с катализаторным покрытием. Катализаторы, такие как марганец/ванадий, прикрепляются к поверхности рукавного фильтра, а газообразный аммиак распыляется в пылесборник рукавного фильтра или его впускной дымовой газ. Под действием катализатора газообразный аммиак вступает в реакцию с оксидами азота в дымовых газах с образованием газообразного азота. Это похоже на механизм удаления оксидов азота в реакторе SCR (Selective Catalytic Reduction), который селективно восстанавливает NO и NO2 до N2 с помощью восстановителя NH3 при 180-400°C под действием катализатора, при этом практически не окисляя происходит реакция NH3 и O2.

В последние годы многие эксперты и ученые занимались разработкой фильтрующих материалов с каталитическим покрытием. Ван Се использовал дисперсию поверхностно-активного вещества, покрытие Xu и методы вакуумной фильтрации для загрузки катализатора MnO2/полипиррола на фильтрующий материал PPS. Количество загрузки катализатора составляет около 44 г/м2. В лабораторных условиях рукавный фильтр из ПФС, покрытый катализатором, может достигать эффективности денитрификации 80% при 180°C.

Чжэн Вейцзе использовал механизм соответствующих окислительно-восстановительных реакций для выращивания трех различных компонентов катализатора Mn-CeOx, Mn-SnOx и Mn-Ce-SnOx in situ на поверхности волокон PPS. Результаты показали, что в лабораторных условиях скорость денитрификации трех различных фильтрующих материалов, покрытых катализатором, может достигать 100 %, когда условия приготовления составляют массовое соотношение KMnO4/PPS, равное 0,6, и температура реакции денитрификации составляет 180°C, и даже фильтр материал, покрытый катализатором Mn-Ce-SnOx, может обеспечить скорость денитрификации 100% при температуре реакции денитрификации 120°C.

Zou Haiqiang использовал ультразвуковую дисперсию для прикрепления катализатора 6% MnO2/CNF к поверхности фильтрующего материала из ароматического полиэстера, и после покрытия полидофамином в лабораторных условиях при 180°C эффективность денитрификации может достигать 80%.

Ван Мин прикрепил MnOx к фильтрующему мешку рукавного фильтра-пылесборника и изучил влияние температуры, содержания кислорода и скорости потока входящего газа на эффект денитрификации. Результаты исследований показали, что при температуре реакции 150°С и содержании дымовых газов в реакционном газе 5% степень удаления оксидов азота может достигать 75%.

Сравнительное исследование рукавных фильтров с прикрепленным катализатором и керамических трубчатых фильтров с прикрепленным катализатором

Принципы удаления пыли и денитрификации для рукавных фильтров с прикрепленным катализатором и керамических трубчатых фильтров с прикрепленным катализатором в основном схожи: удаление пыли в основном основано на просеивании; при денитрификации в качестве восстанавливающего агента для каталитической денитрификации используется аммиак, и в обоих случаях используются катализаторы марганцево-железо/ванадий-титан. Тем не менее, применимый диапазон температур фильтровальных мешков составляет около 120 ~ 280 ℃, поэтому низкотемпературные и среднетемпературные катализаторы в основном используются для фильтровальных мешков с катализатором.

Диапазон применимых температур керамических фильтрующих трубок шире, до 1000 ℃, поэтому можно выбрать низкотемпературные, среднетемпературные или высокотемпературные катализаторы в соответствии с конкретными характеристиками дымовых газов и промышленности. Это позволяет избежать явления охлаждения дымовых газов перед входом в пылесборник из-за высокой температуры, что способствует снижению потребления энергии.

В настоящее время эффективность денитрификации среднетемпературных и высокотемпературных катализаторов денитрификации выше, чем у низкотемпературных катализаторов, а цены относительно ниже. Кроме того, триоксид серы в дымовых газах реагирует с аммиаком с образованием сульфата аммония, гидросульфата аммония и других соединений серы и аммония. Гидросульфат аммония имеет высокую вязкость, и ее вязкость увеличивается при понижении температуры. Даже когда температура реакции ниже 150 ℃, он будет прилипать к поверхности катализатора в жидкой форме, адсорбировать летучую золу, блокировать поры катализатора и вызывать дезактивацию катализатора. Таким образом, стабильная работа керамических фильтрующих трубок при средних и высоких температурах способствует повышению эффективности денитрификации и увеличению срока службы катализатора.

Онлайн-технология обратной промывки рукавных фильтров и пылеуловителей с фильтрующими трубками может эффективно продлить срок службы катализатора. Хотя твердые частицы будут осаждаться на поверхности фильтрующего мешка, некоторые мелкие частицы все же могут попасть внутрь фильтрующего материала. Когда они вступают в контакт с катализатором, прикрепленным к фильтровальному мешку, легко блокируются поры на поверхности катализатора, вызывая отравление катализатора; кроме того, щелочные металлы в дымовых газах также могут снижать активность катализатора. Следовательно, по мере увеличения времени работы мешочного фильтра или керамической фильтрующей трубки активность катализатора будет постепенно снижаться. Своевременная обратная промывка рукавного фильтра или пылесборника с керамической фильтрующей трубкой может эффективно замедлить воздействие мелких частиц на катализатор.

Использование технологии мешочных фильтров с прикрепленным катализатором может обеспечить комплексную денитрификацию и удаление пыли на основе практически неизменного размера рукавного фильтра, эффективно уменьшая площадь, занимаемую оборудованием для очистки дымовых газов, и особенно подходит для новых или реконструированных проектов с ограниченное пространство. Высота мешочного фильтра рукавного фильтра обычно составляет около 6 метров, а высота корпуса пылесборника составляет около 20-25 метров. Однако размер керамической фильтрующей трубки в пылесборнике фильтрующей трубки обычно не превышает 3 метров, а высота пылесборника фильтрующей трубки составляет около 18-20 метров. Таким образом, площадь основания пылеуловителя с керамической фильтрующей трубкой меньше, чем у пылесборника с мешочным фильтром, а установка более гибкая.

Рукавный фильтр с катализатором денитрации, прикрепленным к мешочному фильтру, в настоящее время все еще находится на стадии лабораторных исследований и разработок, и в настоящее время нет практических инженерных приложений. Тем не менее, интегрированное оборудование для денитрации и удаления пыли из высокотемпературных керамических фильтрующих трубок применяется во многих отраслях промышленности, таких как сжигание строительных отходов в стране и за рубежом, сжигание шлама отходов, печи для обжига стекла, цветные металлы, электростанции на биомассе, сжигание опасных отходов, и цементные печи.

В 2011 году завод по сжиганию строительных отходов Исиномаки в префектуре Мияги, Япония, начал использовать технологию керамических фильтрующих трубок с прикрепленным катализатором. Концентрация диоксина в исходных дымовых газах составляла 40 нг ДЭ/нм3 (содержание кислорода в сухих дымовых газах составляло 10%), а концентрация диоксинов в выходящих дымовых газах составляла <0,06 нг ±0,02 нг ДЭ/нм3 (сухие дымовые газы). содержание кислорода составляло 10 %), степень удаления 99,85 %.

11 января 2020 года электростанция на биомассе Цзинань Вэйцюань завершила реконструкцию системы очистки дымовых газов. Начали работать комплексная система денитрации и удаления пыли из высокотемпературных композитных фильтровальных трубок и вспомогательное оборудование. Согласно онлайн-мониторингу, его выбросы дымовых газов соответствуют ограничениям выбросов, установленным оценкой воздействия этого проекта на окружающую среду: оксиды азота <50 мг/нм3 и твердые частицы <15 мг/нм3. Помимо вышеперечисленных отраслей, он также имеет определенные перспективы для продвижения и применения в таких областях, как сжигание твердых бытовых отходов.

Заключение

В последние годы многие отрасли промышленности в Китае, в том числе сталелитейная промышленность, теплоэнергетика, сжигание биомассы, сжигание отходов для производства электроэнергии и сжигание опасных отходов, столкнулись со все более строгими стандартами выбросов. В новых проектах часто используется сочетание традиционных и других технологий для соблюдения более строгих стандартов выбросов, что приводит к увеличению количества технологических маршрутов контроля выбросов, а также к значительному увеличению площади и инвестиций, необходимых для объектов контроля выбросов. В то же время многие существующие проекты ограничены местом на площадке, что затрудняет использование комбинации технологий для модернизации. Следовательно, в области контроля выбросов существует острая потребность в устройствах, объединяющих несколько функций в одну систему контроля выбросов.

Процессы покрытых катализатором мешочных фильтров и фильтровальных трубок с катализаторным покрытием, представленные в этой статье, могут обеспечить комплексную денитрификацию и удаление пыли, а также эффективно удалить другие токсичные и вредные компоненты, такие как диоксины, из дымовых газов, обеспечивая скоординированную очистку от нескольких загрязняющих веществ. . Этот подход может эффективно снизить сложность эксплуатации и обслуживания оборудования и широко применяется во многих отраслях, особенно в проектах с меньшей производительностью по очистке дымовых газов. Таким образом, применение интегрированных рукавных фильтров для денитрификации и удаления пыли, а также керамических фильтрующих трубок является одной из будущих тенденций развития в области контроля выбросов.