美国高温气体除尘技术发展现状

羡国高温气体除尘披术发展现状 王 乃计 徐振刚 煤炭科学研 究总院北京煤化 学研 究所 摘要 论述 了适用于 高温煤 气或 高温燃烧 气除尘的陶瓷管过滤技米 、 颗拉床过滤技末和 错流过滤技米的技术特点 , 已达到 的使 用规模 , 应 用前景及 目前仍存在的 问题 。 绘合 除尘效率 、 经济性 、 投 资等因素对各种 高温 气体除尘技米的比较 。 关键词 高温煤 气 高温燃烧 气 除尘 燃煤联合循环发电是受人瞩 目的洁净煤技术的 重要组成部分 , 其优势在于较高的能源利用效率和 卓越的环境特性 。 高温气体除尘是燃煤联合循环发 电系统中一个技术关键 , 实施高温气体除尘 , 不仅 是保护燃气轮机叶片腐蚀的必要措施 , 而且能大幅 度提高系统的整体发电效率 。 美国高温气体除尘技术的研究不仅起步较早 , 而且速度较快 , 也较为系统 。 总体研究水平代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 全 球高温气体除尘的最高技术水准 , 目前 已接近中试 和商业化示范阶段 , 其中主要的代表技术有陶瓷管 过滤技术 、 颗粒床过滤技术和错流过滤技术等 。 陶瓷管过滤技术 陶瓷管过滤技术 的发展到 目前为止 已近 年 , 因此不论是在陶瓷 管的原料选择 , 加工制备工艺 , 还是示范厂的规模 都已达到相当水平 。 近些年 , 美国一批洁净煤项 目 更推动 了高温气体净化 技术 的发 展 , 目前大 到 。 的 示 范 电站 , 小到 的 模块气体净化装置 , 已形成一系 列的陶瓷管性能测试手段 , 在大装置上可一次完成 数千小时的寿命试验 , 而在小装置上则可迅速对不 同原料 、 不同制备手段所制成的陶瓷管作出横向性 能对比 。 陶瓷管的制备原料也 已 由 年代初期的 基本 一 矿物质过渡到 目前的多种复合材料 , 如 一 材料等 。 为了改善陶瓷管的机械强度 , 制备技术也不是过去的单一多孔陶瓷法 , 而是 目前 的陶瓷纤维编织法 , 即把整根过滤管分成两部分 , 一部分为刚性骨架 , 另一部分为缠绕在刚性骨架外 美国高温气体除尘技术发展现状 的陶瓷纤维过滤膜 。 陶瓷管除尘工艺进展现状 全美从 事 陶瓷 除尘技 术 的机构 很 多 , 其 中 是最典型的一个 。 它们的高温气体除 尘工作始于 年 , 经过 多年的完善与积累 , 陶瓷管过滤 已完成从实验室向中试厂乃至示范厂过 渡 。 这些中试厂或示范厂采用的洁净煤工艺主要是 、 及先进的 种 , 在这些工艺中 采用高温气体除尘技术目的很明确 , 对于 主 要基于以下几个方面的考虑 ①热煤气脱硫工艺的 要求 ②增进煤气经济价值的要求 ③提高整体效 率的要求 。 对于 主要出于以下几个方面的考 虑 满足环保要求 保护气体透平机 改进装置的 操作 减少潜在有害气体的排放量 。 各种洁净煤工 艺中采用的陶瓷管过滤器结构如图 所示 。 各示范厂陶瓷管过滤技术 目前的试验情况 如表 所示 。 普通坟料 沽净气体 沪碑护 , 户尹尹 耐热金属构件 , ‘ 、、、、 、、、偏 、 陶瓷管排才、、、、 陶瓷管安装及密封 图 陶瓷管过滤器 对 陶瓷管高温气体过滤 技术作 一归纳可得出如下一些结论 ①整套系统具备相当 高的除尘效率 , 且压力损失始终保持稳定 ②尘密 封 , 金属结构及脉冲反冲管具备良好操作特性 ③ 陶瓷管的整体机械强度高 ④系统可靠性较好 , 这 主要 表现 在 系统操 作范 围宽且 不形 成 灰饼 等方 面 。 除了采用 过滤技术的若干 示范 厂外 , 建立在 的 高温煤气净化模块 试验装置也颇具特色 , 该装置具备双重功效 , 测试各 生产厂家所能提供的陶瓷管的除尘性能并作出评 价 跟 的 价 加 压 流 化 床 气 化 炉 , 中的热煤气脱硫单元及燃气轮机单元相配 套 , 使之形成一个小型的 试验系统 。 表 设 备 压力 和 陶瓷管除尘试验情况 温度 ℃ 流量 · 一 ‘ 含尘量 ’ 试验时间 备注 气化炉 气化炉 碳化炉 燃烧炉 们 一 一 一 一 一 一 一 一曰 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 年后期建成 年后期建成 陶瓷管的研制进展现状 陶瓷管的研制可分为 个方面 ①材料的选 择 ②配方的选择 ③加工工艺的选择 。 人们最初 在研制陶瓷管时仅仅是采用单一的陶瓷原料而 已 , 这种原料制得的过滤器除尘性能很好 , 但在抵抗裂 纹蔓延和热疲劳方面则无能为力 , 而事实上微裂纹 蔓延 , 热疲劳是最终导致整个过滤器失去作用的关 键因素 。 近些年人们研究发现在陶瓷管制备原材料中加 入一种连续性的陶瓷纤维化合物将能明显改善陶瓷 管的性能 如 纤维 , 一 纤维 , 硅酸铝 , 多铝红柱石等 。 、 陶瓷管配方的选择主要是考虑到不 同气氛对陶瓷管材料有不同的要求 。 比如 工 艺 , 气氛为氧化性气氛 , 而 工艺气氛则为还 原性气氛 , 这样适用于 工艺的过滤管并不见 得同样适用于 , 因而 , 种工艺所选择的陶 瓷原料尽管成分可能相差无几 , 但配 比则 不尽相 同 。 制备工艺是决定陶瓷管研制进程的一个很重要 的因素 , 基于陶瓷管本身的特殊要求 , 决定了其区 别于一般陶瓷制品加工工艺的特殊性 , 而工艺的改 进则主要围绕减轻重量 , 提高机械强度 , 维持透气 性 , 并最终延长陶瓷管的使用寿命这一中心 出发 。 的 等人经过多年的潜心 研究 , 开发成功一种轻质陶瓷过滤管 , 这种管的原 料是长度为 巧 经过稀有金属 氧化物处理的铝 一 硅酸铝纤维及粘结剂 。 制备在真空状态下进行 , 温度在 ℃ 以上 , 这种工艺制成的母体重量 仅为常规管的 , 而孔体积则是常规管的 倍 , 由于管的总体重量减轻 , 使得 “ 管叶 ” 及支撑硬件 的设计加工变 的极为简化 , 另外 , 由于纤维随机 “ 编织 ” 作用 , 使得过滤管法兰处 的应力变小 , 同 时 , 也减少了微裂纹扩张的可能性 。 目前该轻质陶 瓷管 已成功地应用到 了商业化规模的煤基有害废物 的焚烧装置上 。 除了 的轻质陶瓷管制备技术 外 , 的纤维玻璃丝陶瓷管编织工艺也颇具 代表性 , 图 是 一 陶瓷管的制作工艺简图 。 该工艺可分成 个步骤 ①玻璃纤维丝在水 一 铝 浆中涂层 ②高精密缠绕技术将玻璃纤维裹在刚性 骨架外面形成网络过滤层 ③对过滤层进行高温循 环灼烧 , 灼烧过程中硅铝及 与水铝浆中的铝 发生化学反应 , 形成多铝红柱石晶体 。 经该工艺制 得的 一 已在 一 ℃的氧化性气 氛下连续使用 , 另外在其他类型的应用过程中该产 品也经受过多次超过 ℃ 的热冲击 。 实践 表明 , 一 在机械强度方面 比它的前身提高 了近 , 而 陶瓷管的背压则降为过去的 。 洁净煤技术 年第 卷第 期 麟麟麟麟麟戮魏丫丫丫、 ,, 蒸蒸熬熬熬熬 民民洲 沪 心口口 ‘‘ 藻藻藻珊珊 备和除尘操作提供相关的理论指导 。 ③机械强度问 题 。 尽管人们在陶瓷管的材料选择 , 制备工艺等方 面 已取得不少成绩 , 但陶瓷管的微裂纹蔓延及热疲 劳等问题并不可能在短时间内得到彻底的解决 , 这 是因为有关陶瓷管的诸多力学 问题 人 们还知之甚 少 。 图 一 制作土 艺 陶瓷管过滤工艺存在的问题 陶瓷管过滤工艺是一种相当有前途的高温气体 净化工艺 , 但是 , 在积极完善的同时 , 一些关键性 的问题也迫切等待人们去解决 , 这主要表现在 ① 陶瓷管的密封 问题 , 比如采用什么样的密封形式 , 选择什么样的耐高温密封材料等 ②过滤膜的堵塞 间题 。 一 根 新鲜 的陶瓷管其 内外 压 力损 失 小 于 , 但使用一段时间后 , 内外压差则增加至几 个大气压 , 以致使用 比系统压力高出许多的脉冲反 冲气也不能使管表面的灰饼脱落 , 关于其成因 , 人 们的看法并不一致 , 有人认为这是气体中的粘性尘 埃将过滤膜中的孔隙堵塞引起的 。 也有人认为这是 过滤气氛在高温状态下跟过滤膜材料生成了新的熔 融性盐类所致 。 在过滤膜的透气性研究方面 等人曾做过一些有意义的尝试 , 在一套能提供 正反 种气流的 如图 所示 冷态模型装置上 , 颗粒床除尘技术 颗粒床除尘器及颗粒除尘工艺 颗粒床除尘技术 也是一种 比较好的高温气体除尘技术 , 在该项研究领域 内工 作做得较多是 肠 公可的 等人 。 颗粒床除尘最初出现在 年代后期 及 年代初期 , 当时的使用压力较低 , 使用温度为 ℃左右 , 除尘效率在 以上 。 年高温高 压试验在 大学结束 , 当时用在燃煤的 工艺上 , 试验表明颗粒床的除尘效率既可满足 的要求 , 同时也能满足燃气轮机对颗粒的允 许极限要求 。 颗粒床早期的放大工作亩 于诸如尺 寸 、成本 、机械方面复杂性的原因 进展受到 了限制 , 直到最近有人建议 , 使用大直径的过滤器时可相应 采用大直径的球状过滤介质来增加过滤容量并减少 系统的复杂性才使这一工作有了突破性的进展 , 图 是 气化工艺中的颗粒除尘器 , 该除 尘器内径为 , 床深为 一 。 密封垫打孔器户冲反吹 过诊介质分布 密封压盖 护气体出口 挂介质 压力壳 陶瓷管 弄减级触面 快响应 传感器 盯盯盯倾倾入 阅阅 」」」」」」」 、、走走走 ‘‘‘‘‘‘‘‘‘匀‘ 食食食食食食食食食 么么么 又又又 达达达 片片片 卜卜扮议议工工 压力源 图 过滤管压 力分布测量 利用响应速度仅为 的微型压力传感器 , 精确 测试过同一时刻沿过滤管轴向方向不同位置上的压 力分布或过滤管同一位置在不同时刻的压力分布 , 通过分析压力分布曲线得出陶瓷管过滤膜的能量分 布 , 该能量分布参数在一定意义上能为陶瓷管的制 美国高温气体除尘技术发展现状 图 气化工艺中的颗粒除尘器 颗粒除尘工艺流程如图 所示 , 含尘气体通过 进气管输送到过滤介质中去 , 气体最初 向下流动 , 然后转弯跨过过滤介质 , 向上跟向下移动的过滤介 质逆流接触 , 气体和尘通过过滤介质时 , 尘被拦截 脱除 , 过滤 器的低部 为锥形管 , 尘和颗粒 由此排 出 , 整个过滤工艺中设有加压气力输送管 , 它将过 滤介质重新送回到床层中去 , 而尘及输送气体则进 入一逆流热交换器进行冷却 , 然后 , 压力袋将尘收 集 。 洁净的输送气体经鼓风机升压至 后 进入热交换器预热 , 然后回到提升管的底部 , 洁净 的过滤介质经提升管到达分离器后 , 依靠重力流回 到过滤器的顶部 。 洁净气体出 口 已利用 等人对除尘器结构 得出的动力学计算结果辅之以前期试验结果 , 设计 并在 建成一台新的颗粒除尘器 , 试验将 在近期进行 。 结构如图 所示 。 过滤介质回流 人孔 过滤介质 分布管 气体分布器 ,,柳柳 图 颗粒床除尘工 艺流程 颗粒床除尘的最新进展 颗粒床除尘效率及设备的放大等问题 , 已基本 得到解决 , 但除了上述问题外 , 在除尘器及除尘工 艺的优化等方面还有许多工作要做 , 这主要表现 在 ①在除尘器底部使用变浅的锥形管后是否有可 能将除尘器的总体高度降下来 ②锥形的角度对除 尘介质运动的影响需要进一步确定 ③气体过滤速 度及其他影响参数需要确定 ④气流对提升管中的 耐火材料的磨蚀作用需要进一步评估 , 并寻求到抗 磨蚀性能较好的材料 ⑤除尘介质的寿命及结构完 整性需要进一步评估 ⑥计算得出的流体力学结果 表明增大气体进气管跟除尘介质的接触表面可能减 少通过除尘器的阻力损失 , 这一结果需要核实并确 定它对过滤介质流动的影响 。 上述间题是 等人在研究当 中 已涉及到的一些除尘器本身的间题 。 另外 , 则 正在开发既能除尘 , 又能搜集其他有害物如金属氧 化物 , 卤化物 , 比 硫除外 的化学活性除尘材 料 , 该研究分为 个方向 ①合成泥基材料 , 该材 料在除尘的同时兼脱除气流中的碱及痕量金属氧化 物 ②合成钠化合物材料 , 用它来除尘兼脱除卤化 物及非金属氧化物 ③合成镍基材料 , 用它来除尘 兼做氨分解的催化剂 。 关于泥基材料他们已取得一 些进展 , 合成的几个泥基材料 目前正在 上做 动力学评价试验 。 最后需要提及 的是 图 颗粒床热煤气除尘器 错流除尘技术 一 在先进的燃煤发电系统中 , 使用错流过滤器进 行高温除尘 已显示出它强大的吸引力 。 作为一个基 本绝对的屏障 , 错流过滤器可使气体中煤灰或焦粉 的脱除率达到 以上 , 错流除尘工艺有 种 , 一种为 轴向错流技术 , 如图 所示 另 一种为常规错流技术 , 错流过滤与陶瓷管过滤及颗 粒床过滤基本原理一致 , 都是在含尘气流的流动方 向上设置阻碍屏障将气体中的固体颗粒拦截下来 , 但由于错流过滤能够提供的比表面积 比其它过滤器 技术大得多 , 故颗粒跟其屏障层接触的机会相应大 得多 , 所以错流过滤能够带来高的除尘效率 。 错流过滤作为一种高温气体除尘技术 , 其工艺 原理 已基本确定下来 , 以 为例 , 众 多示范厂除了使用陶瓷管除尘外 , 错流除尘也占有 多孔壁 渝渝一下二 一一 , 一 , 夕丫一一花不不 ,, · ⋯ 门 扣 ,, 一一 。 目 目“ 价 ’ 一夭一一 洲 盼盼拜拜厂一一下二二耳一一一二二二二幕 一一一护护 一一一 , 沙 、 日 。 一“补一 ’ 咖咖几网网 ‘、 加 七 一一乍 一一 二 一 , 一今 , “ , 一‘‘妙 创 脓脓’ 一 、 ,, 翻翻 火一 尹沪净 又一竹 一一」 二、 。 丫头岁 ’ 脚脚一 屯 , 网网 火一气 一 · 尘集结 图 蜂巢状错流除尘器结构示意 洁净煤技术 年第 卷第 期 相 当 大 的 比 例 , 比 如 , 气 化 炉 , 燃烧炉 及碳化炉 , 项 目均 在进行错流除尘试验 , 有的试验时间已超过数百小 时 。 关于错流除尘 , 人们目前主要在从事两方面的 工作 , 一是利用精密陶瓷制备技术优化错流除尘器 的结构 二是考察影响除尘器稳定试验的因素 。 在优化除尘器的结构方面 比 做 了些有意 义的尝试 , 他 已利用 的精密陶瓷 工艺制成了单片整装式错流除尘器 , 这种除尘器在 性能方面明显优于 已在运行当中的多层配筋烧熔式 除尘器 。 多层烧熔除尘器在层与层的接缝处明显存 在颗粒的泄漏现象 , 但整装除尘器不仅除尘效率可 达近 , 且机械强度也 比多层烧熔除尘器有明 显的提高 。 在考察影响除尘器稳定使用的因素方面 电力公 司的 等人 做过较多的工作 , 概括如下 气体相及蒸汽 相对除尘器的影响 碱类气体相对除尘器的影响 温度及退火对除尘器的影响 。 这些工作为人们在新 型错流除尘器的材料选择及增强除尘器热强度的制 备工艺选择方面提供了明确的理论依据 。 对高温气体除尘工艺的 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 以上对陶瓷管除尘技术 、 颗粒床除尘技术及错 流除尘技术作了简单情况介绍 , 事实上除了这 种 较普通的除尘工艺外 , 人们正在开发的除尘工艺还 有烧结金属管 网 过滤技术 、 编织陶瓷袋过滤技 术 、 过滤技术等 。 曾综合除尘效率 、 经 济性 、 投资等因素 , 对各种高温气体除尘技术作过 总结 , 结果如表 所示 。 表 热气除尘技术概述 设 施 捕集效率 △ 容量 · 一 ‘ 过滤器投资 美元 时 安装投资 美元 耐 · 一 主要问题 丫即卜︸、︺月咔,才,乙八 内」 旋风除尘器 电除尘 浅式固定颗粒床 移动颗粒床 编织陶瓷袋 烧结金属 陶瓷管 错 流 一 一 一 一 一 一 一 需要精确除尘 , 汽轮机寿命短 需要精确除尘 , 汽轮机寿命短 清除能力差 结构复杂 过滤器耐久性差 、 抵抗清洗的能力差 袋的耐久性差 容易堵死 , 抗腐蚀能力差 容易堵死 , 商业化放大困难 机械支撑物困难 姗 。动人吵娜劝林 红 滋 效派 , 续黑爵添蕊 知对扭 幼 , 印 上 丈 , 毗 。云 , 篮点燕燕假嚣 一 赫一 碌 即 五 七巾 纽 此 , 凡 场 一 一 收稿 美国高温气体除尘技术发展现状