气固膜分离资料解读.docx

气固膜分离资料解读.docx

《气固膜分离资料解读.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《气固膜分离资料解读.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

气固膜分离资料解读

膜法气体处理技术：

膜法气固分离

高温除尘陶瓷过滤器

多孔陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐清洗、机械强度大、结构稳定不变形、寿命长等突出优点，因而是被广泛接受和称誉的热粒子过滤材料的最佳选择。

由于多孔陶瓷过滤器耐高温，寿命长，运行费用较低，不会产生二次污染，且是各种废气处理最适宜和最有前途的方法。

如图1所示的实验测试表明，旋风除尘器（Cyclone）、湿式除尘器（Scrubber）、袋式过滤器（FabricFilter）和均匀高效的静电除尘器（HighEfficiencyESP）等分离技术皆不能达到美国新资源利用的标准（NSPS），而多孔陶瓷过滤器除尘效率却可以超过这一标准。

多孔陶瓷除尘器分离效率高，除尘率一般可以超过99.5%，是其它除尘、收尘设备无法比拟的。

1．多孔陶瓷用于气固分离的研究现状

多孔陶瓷过滤器在气固分离方面的应用在国外已有多年的历史，应用领域广阔，效果显著。

目前，已在煤炭气化、废物焚烧、废物热解、再生黑色金属熔化、贵金属回收、热土壤重整、流化床金属净化、锅炉装置、化工制造和玻璃熔化等多个领域得到应用。

但是在我国，多孔陶瓷过滤器的研究和应用还处于初级阶段，应用于热电燃煤锅炉高温除尘，尚未有这方面的报道。

目前，用于高温除尘的多孔陶瓷元件，形状和排列方式分为挂烛式、列管式、蜂窝状和板式等类型，以挂烛式和列管式为主。

多孔陶瓷过滤组件由众多的陶瓷单管成管束状组装起来，控制过滤密度的膜层，装在单管的内表面。

瑞典、芬兰和美国等国家最早将该技术研究应用于IGCC（集成气化联合循环）发电厂的除尘系统。

芬兰的环境电力公司发明了一种简化的IGCC工艺，其中应用陶瓷烛式过滤器来进行热气体净化，过滤效率为99.4-99.8%（wt），过滤后出口颗粒含量小于5mg/m3。

该值显著低于汽轮机所要求的产物气体中的最大固体量（5ppm），并且比环保要求值低了几乎一个数量级。

在英国，用无机陶瓷过滤器处理燃煤工厂的废气已被证实是最适合的颗粒脱除技术，在GrimethorpePFBC电站，自1991年起一直在成功地运行陶瓷膜过滤器进行烟气除尘，他们认为这是一种最为可信的除尘技术。

美国陶瓷膜（Ceramem）公司报道了他们研制的多孔陶瓷膜过滤器，其面积/体积比达到500m3/m2（布袋除尘器仅为33m3/m2），可直接安装在烟道气中滤去99%的烟尘。

另外，美国一公司研制成一种称为“热梳”的错流多孔陶瓷片过滤器，其滤料是多孔陶瓷膜，两层膜间用波状板隔开，相邻波状板的方向相互垂直，组成交叉流（即错流）式过滤器。

在690℃下试验表明其除尘效率可达99.6~100%，过滤速度为0.41m/min，脉冲清灰性能也很好。

2．多孔陶瓷在气固分离方面的应用前景和市场分析

基于多孔陶瓷的过滤性能，可开发多种形式的过滤装置，归纳起来主要的应用方面如下：

（1）燃煤电厂多孔陶瓷过滤器除尘装置。

这被认为是一种最为可信的除尘技术。

鉴于环境保护意识的加强，目前燃煤电厂通常采用的静电除尘器，将会难以符合环保立法的要求。

（2）冶金行业的陶瓷膜过滤器收尘装置。

有色金属冶炼中，精矿和浸出渣的干燥广泛采用回转干燥窑。

干燥窑产生大量的烟尘，含有金属微粒，对环境造成污染。

由于干燥窑烟气的温度与其露点温度（45~65℃）很接近，且具有吸湿性，易造成烟气的结露，给烟气的收尘带来困难。

而用陶瓷膜过滤器进行高温收尘，则可很好地解决上述问题。

（3）煤的洁净燃烧新工艺－－集成气化联合循环发电（IGCC）路线，是世界各国都在投资发展的新型高效发电技术，21世纪将实用化。

在煤气化反应塔和脱硫装置之后进行高温气体粉尘滤除，利用陶瓷膜过滤器是最佳技术路线。

（4）工业气体净化，特别是高温烟气和化工行业气体，包括工业流程中原料气中固体粒子的脱除与净化，尾气中固体颗粒的脱除等，直接关系到下游设备的运行寿命和运行安全，而这些工业炉窑烟气中的飘尘（小于10µm的颗粒），会危及人体健康。

对于上述处理要求，普通除尘器很难达到，但对于无机陶瓷膜过滤器则正是其优势所在。

（5）回收有用的粉体，特别是高附加值粉尘的回收。

例如在石油化工厂流化床设备中回收催化剂，在气流输送与喷雾干燥过程中收集粉料，纳米材料生产和其它超细粉体生产中粉体的回收等。

（6）随着环保要求的提高，为了保护人类的健康，像垃圾焚烧，特别是放射性、传染性等有害废物的烧缩过程，例如与SARS有关的医用和其他垃圾的焚烧，为防止有害粉尘污染大气，利用高效能的陶瓷膜过滤器是一种切实可行的方法。

综上所述，高温除尘技术是国内外一项跨世纪的高新技术，与其它过滤器比较，多孔陶瓷过滤器在气固分离方面优势明显，效果显著，技术上可取，经济上可行。

随着技术的不断进步，燃煤发电向着高效率、低污染的方向发展，以满足人类社会对能源和环境的要求。

为此，人们期待着燃煤发电的技术发展能有一个革命性的变化。

理论上说，以燃料电池为代表的新型燃煤发电技术将会对传统的燃煤发电方式带来巨大的冲击，但就近期内工业实用技术的可行性而言，联合循环发电技术的发展更受人们的关注。

联合循环发电技术分为整体煤气化联合循环（IGCC）和增压流化床联合循环（PFBC-CC）两大类。

整体煤气化联合循环（IntegratedGasificationCombinedCycle，简称IGCC）发电技术，是将煤气化与联合循环发电相结合的一种洁净煤发电技术，是未来燃烧发电一个主要发展方向。

IGCC发电技术将煤炭气化，产生出低热值（相对于天然气和石油）的合成气，经净化后进入燃气轮机做功，将固体燃料转化成清洁的气体燃料，既具有联合循环的优点高效率，又解决了燃煤所带来的环保问题，因此成为世界上极有发展前途的一种洁净煤发电技术。

燃煤发电造成的污染主要是SO2、NOX粉尘。

煤、飞灰和脱硫吸附剂会夹带在燃烧（气化）产物中，易从燃烧器或气化炉带进燃气轮机，会引起燃气轮机叶片的磨损，影响燃气轮机叶片的寿命及工作效率。

IGCC技术是在合成气进入燃气轮机之前就必须进行脱硫和除尘，对入口的含尘量和含尘浓度有很严格的限制，一般IGCC的粉尘排放低于10mg/Nm3。

此外，为了满足联合循环发电技术对燃气温度的要求，人们正在试图摆脱传统的湿法气体净化工艺，采用高温干法气体净化技术。

在高温、高压条件下，一般的技术静电除尘器、筛网过滤器、干式或湿式洗涤器以及各种挡板过滤器均不能满足使用要求，而陶瓷膜除尘器则成为优选技术。

实际上，国外火力发电厂早已普及推广多孔陶瓷除尘技术。

按国外1992年～1993年的水平,火力发电厂高温除尘器使用寿命高达5年～6年。

有关权威人士认为:

如果国内火力发电厂使用的高温除尘器配套的多孔陶瓷滤材寿命达到3年,则有推广价值;我国火力发电有2亿千瓦装机容量,按每1千瓦装机容量使用滤材0.8m2计算,如有50%机组使用多孔陶瓷高温除尘器,则其配套的多孔陶瓷滤材需用量将达到8000万平方米,若以每平方米2000元计算，仅此项用量就有1600亿的市场需求。

目前，我国燃煤装置（包括各种燃煤炉窑）的除尘设备十分落后，除尘的效果仅仅95~98%，很少达到99%，如果靠引进国外成套设备，投资极大（每套数百万元乃至数千万元），且收效面小，且大多是国外70~80年代水平的技术。

因此，我国不应走国外技术发展的老路，而应该自主开发，从研究新技术入手，所以开发多孔陶瓷除尘过滤器是一条切实可行的有前景的路线。

另外，在众多的工业部门中（如炼焦工业，钛白粉生产等）处理高温含尘气体始终是一紧迫课题，需要一种耐高温、高强度、抗热震性能优良有高渗透性多孔材料。

在发达国家，利用多孔陶瓷除尘是一种新型、有效的高温烟气除尘技术，我国有热电厂几百座、工业锅炉几十万台，每年排放的烟尘高达一亿吨以上，造成严重的环境污染问题，如果采用多孔陶瓷除尘将来巨大的环保效应和经济效益。

如国内二氧化钛粉体的生产工艺中，在回收二氧化钛产品时，主要采用旋风除尘加袋式收尘的方式，回收率只有95%左右。

若用多孔陶瓷收尘器，收集效率可达到99%以上。

对于一个年产一万吨二氧化钛粉体的厂家，如果改用多孔陶瓷除尘器，除去不可预见损失，一年按多回收5%的产品计算，若每吨超细钛白粉按1万元计算，则每年直接经济效益超过500万元。

事实上，尾气回收的钛白粉为高度分散的纳米粉，价格应比普通产品高的多（每吨17000－20000元）。

目前我国的钛白粉生产量为年产50万吨。

因此，在解决对环境的污染问题同时还带来可观的经济效益。

据中国环境保护产业协会的有关统计，中、高温除尘设备的目标市场容量为1800～3200亿元，其中，全国钢铁企业1600多家，目标市场容量600～1000亿元；水泥行业企业8435家统计，年生产能力59亿吨，居世界第一位，目标市场容量600～1200亿元；电力行业的目标市场容量为100～300亿元；其它领域的目标市场容量为500～700亿元。

多孔陶瓷除尘、收尘设备的高效和长寿命使得它们在这一巨大市场中将占有相当份额，而且随着环保和资源利用要求水准日益提高，这一份额会持续增大，预计在产业化后的未来五年内，其中、高温除尘设备的年产值将达数亿元是有可能的。

3．高质价廉多孔陶瓷过滤材料的开发研制

高温气体的除尘、收尘技术要求多孔陶瓷材料成本低廉，具有通量大，抗热震性高等性能。

为此，可以天然无机非金属矿物为原料，研制系列新型多孔陶瓷过滤产品，材质包括天然沸石多孔陶瓷、硅藻土多孔陶瓷、堇青石多孔陶瓷和莫来石多孔陶瓷等。

这些多孔陶瓷过滤产品不仅耐高温、耐热冲击能力强、结构稳定性好、具有足够大的抗弯强度、孔径与微结构可调，气体流通量大；而且制造工艺可控，成本较低廉。

可在高温气体收尘除尘、污水处理，特别是含重金属离子的污水处理（如利用天然沸石陶瓷膜对污水中铅离子的吸附作用）等过程中应用。

4、与热电脱硝装置配套的多孔陶瓷高温除尘装置工艺和设计

高温多孔陶瓷除尘器，设计放置在烟气出口之后，脱硝装置之前：

功能设计构思：

*直接放置在烟气出口之后，实现不大幅降低温度状态下的固-气态分离，使进入脱硝系统的烟气保持在350度以上，具备脱硝催化反应条件；

*放置在脱硝装置前面，先行处理掉灰分，可以防止或大大减少蜂窝状脱硝单体堵塞；

*放置在脱硝装置前面可使过滤后气体杂质浓度小于1mg/m3,

*放置在脱硝装置前面能够防御火花和热的微粒,

*多孔过滤器的应用可以极大简化灰尘消除配置,避免使用昂贵的防火系统和火花抑制器.

*多孔过滤器的应用可是原来布袋除尘和其它除尘设计必须的冷却器和喷射塔也省去,使能源和水的消耗最低.

技术设计：

*过滤效率和分离效率，过滤精度高达0.2微米烟尘净化效率可达99.9%以上，净化后气体浓度可达10mg/Nm3以下。

*操作温度和操作压力，一般使用温度可达400℃以上，最高使用温度可达700℃以上，操作压力可达3MPa。

*过滤速率：

2-8cm/s.

*耐化学腐蚀性能（SO2H2SH2O碱金属及盐等）和抗氧化性能。

*操作稳定，具有良好的清洗再生性能，可在线清洗再生。

*减少冷却系统、防止低露点物质的产生。

*提高气体净化效率和热利用效率。

产品设计原理：

高温陶瓷过滤元件是一种在由耐火的陶瓷骨料（刚玉、碳化硅、堇青石等）及陶瓷结合剂经合理的工艺配比、成型、高温烧结而成的一种具有高气孔率、可控孔径和良好机械化学性能的一种陶瓷过滤材料。

它具有良好的微孔性能、机械性能、热性能和以及适用于各种高压、高温含尘（烟尘）气体中耐各种介质腐蚀性能和高温抗氧化性能。

孔梯度陶瓷纤维复合膜过滤元件是由大孔径、高强度、高透气性陶瓷支撑体和高过滤精度的陶瓷纤维复合过滤膜组成。

相比传统的陶瓷过滤材料，陶瓷纤维复合膜过滤材料具有更高的过滤效率和清洗再生性能。

󰀁

气固分离的技术现状和需求

气

-

固分离是在化工、

冶金、

煤炭燃烧和气化、

水泥、

环境保护等行业中都要用到的分离过程

特别

是高温气体中固态粒子的脱除、

回收一直是