1 高溫工業(yè)廢氣除塵的特點(diǎn)

冶金、機(jī)械、化工、電力等行業(yè)的各種工業(yè)爐窯所排放出來的廢氣不僅溫度高，而且含有大量的粉塵和有害氣體，是造成環(huán)境污染的主要因素之一。高溫條件下，由于廢氣粘滯力有較大變化，濕度大幅下降，細(xì)顆粒凝聚現(xiàn)象大為降低，所以對微粒的分離有較高難度[1]。布袋式除塵器不能承受廢氣的高溫，濕式除塵使其熱能又不能得到綜合利用；靜電除塵又存在一次投資高，占地面積大和絕緣等方面的問題[2-3]。目前，我國高溫工業(yè)含塵廢氣的處理方法大多是通過水冷凝，將高溫廢氣降至200℃左右，再用布袋除塵器除塵，這不僅增加了冷凝設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，也使大量的熱能流失[4]。

目前，世界上多數(shù)國家（特別是我國）的主要能源依然是煤炭，而煤炭的燃燒是高溫含塵廢氣的最主要來源。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)保要求日趨嚴(yán)格。因此，新的高溫工業(yè)廢氣除塵技術(shù)是亟需開發(fā)的重要課題。

高溫廢氣除塵具有如下特點(diǎn)[1]：

（1）所要求凈化的含塵氣體溫度高，高達(dá)600~1400℃；

（2）廢氣中粉塵顆粒細(xì)，通常粒徑<5~10μm，甚至在亞微米級；

（3）凈化標(biāo)準(zhǔn)高，出口濃度要求10~50mg/m³，甚至更小。

2  高溫工業(yè)廢氣除塵技術(shù)的種類

高溫工業(yè)廢氣除塵技術(shù)的種類有：旋風(fēng)除塵、濕法除塵、靜電除塵、過濾除塵等。

2.1旋風(fēng)除塵

旋風(fēng)除塵是使含塵氣體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，利用離心力作用將塵粒從氣流中分離并捕集下來。

該種除塵器歷史悠久，應(yīng)用廣泛，型式繁多，結(jié)構(gòu)簡單，沒有運(yùn)動部件，造價便宜，維護(hù)管理方便；除塵效率一般達(dá)85％左右，其可分離粒徑較大，只能用于高溫除塵的預(yù)處理。

2.2濕法除塵

濕法除塵利用含塵氣體與水或其它液體相接觸時,水滴和塵粒的慣性碰撞及其他作用而把塵粒從氣流中分離出來。其突出優(yōu)點(diǎn)是可同時對有害氣體進(jìn)行凈化；但易產(chǎn)生二次污染，耗能高，用于高溫除塵其流程長，操作復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高，故此法很少運(yùn)用。

2.3靜電除塵

靜電除塵是利用高壓電源和一對電極（放電極及集塵板）產(chǎn)生不均勻的電場以分離捕集氣流中的粉塵。電除塵效率可達(dá)90%～99.6%，捕獲塵粒平均粒徑為5μm，壓力損失低。但一次性投資和運(yùn)行費(fèi)用高，對于高溫含塵煙氣需要在高壓條件下才能有穩(wěn)定的電暈電荷，還存在粉塵的比電阻和氣體成分等性質(zhì)的敏感性及電極的腐蝕等問題，對于含塵煤氣還存在電火花引起爆炸的問題。

2.4過濾除塵

過濾除塵是使含塵氣流通過過濾材料而將粉塵分離捕集。采用廉價的砂、礫、焦炭等顆粒物作為濾料的顆粒層除塵器，在高溫廢氣除塵方面引人注目。過濾除塵的除塵效率可高達(dá)99％。采用耐高溫纖維織物作濾料的袋式除塵器，在工業(yè)尾氣的除塵方面應(yīng)用較廣。

美國電力研究院（Electric Power Research Insti－tute）曾綜合除塵效率、經(jīng)濟(jì)性等因素，對各種高溫氣體除塵技術(shù)作過總結(jié)，結(jié)果如表1所示[5]。

3  過濾除塵的機(jī)理

由于過濾除塵的除塵效率高，近年來對其研究最為廣泛。慣性碰撞、攔截、擴(kuò)散、重力和靜電作用等粉塵粒子的沉降機(jī)理是分析過濾式除塵器濾塵機(jī)理的理論基礎(chǔ)。根據(jù)不同粒徑的粉塵在流體中運(yùn)動的不同力學(xué)特性，過濾除塵機(jī)理涉及以下幾方面。

（1）篩濾作用。過濾器的濾料網(wǎng)眼一般為5~50μm，粉塵粒徑大于網(wǎng)眼直徑或粉塵沉積在濾料間的塵粒間空隙時，粉塵即被阻留。對于新織物濾料，由于纖維間的空隙遠(yuǎn)大于粉塵粒徑，所以篩濾作用很小，但當(dāng)濾料表面沉積大量粉塵形成粉塵層后，篩濾作用顯著增強(qiáng)。

（2）慣性碰撞作用。一般粒徑較大的粉塵主要依靠慣性碰撞作用捕集。當(dāng)含塵氣流接近濾料的纖維時，氣流將繞過纖維，其中較大的粒子（大于1μm）由于慣性作用，偏離氣流流線，繼續(xù)沿著原來的運(yùn)動方向前進(jìn)，撞擊到纖維上而被捕集，所有處于粉塵軌跡臨界線內(nèi)的大塵粒均可到達(dá)纖維表面而被捕集。這種慣性碰撞作用，隨著粉塵粒徑及氣流流速的增大而增強(qiáng)。因此，提高通過濾料的氣流流速，可提高慣性碰撞作用。

（3）攔截作用。當(dāng)含塵氣流接近濾料纖維時，較細(xì)塵粒隨氣流一起繞流,若塵粒半徑大于塵粒中心到纖維邊緣的距離時，塵粒即因與纖維接觸而被攔截。

（4）擴(kuò)散作用。對于小于1μm的塵粒，特別是小于0.2μm的亞微米粒子，在氣體分子的撞擊下脫離流線，象氣體分子一樣作布朗運(yùn)動，如果在運(yùn)動過程中和纖維接觸，即可從氣流中分離出來。這種作用即稱為擴(kuò)散作用，它隨流速的降低、纖維和粉塵直徑的減小而增強(qiáng)。

（5）靜電作用。許多纖維編織的濾料，當(dāng)氣流經(jīng)過時，由于摩擦?xí)a(chǎn)生靜電現(xiàn)象，同時粉塵在輸送過程中也會由于摩擦和其它原因而帶電，這樣會在濾料和塵粒之間形成一個電位差,當(dāng)粉塵隨著氣流趨向濾料時,由于庫侖力作用促使粉塵和濾料纖維碰撞并增強(qiáng)濾料對粉塵的吸附力而被捕集,提高捕集效率。

（6）重力沉降作用。當(dāng)緩慢運(yùn)動的含塵氣流進(jìn)入除塵器后，粒徑和密度大的塵粒，可能因重力作用而自然沉降下來。

過濾式除塵器的濾塵過程比較復(fù)雜，一般來講，粉塵粒子在捕集體上的沉降，是多種沉降機(jī)理聯(lián)合作用的結(jié)果。而且，隨著濾料的空隙、氣流流速、粉塵粒徑以及其它原因的變化，各種機(jī)理對不同濾料的過濾性能的影響也不同。

4  過濾除塵器的主要種類

4.1  袋式過濾除塵器

袋式除塵器是目前使用最多的過濾式除塵器。

其除塵效率高，對亞微米級粉塵也有很高的除塵效率，不會造成二次污染，便于直接回收干料。袋式除塵器在大氣污染的治理方面做出了巨大貢獻(xiàn)，目前國內(nèi)外應(yīng)用越來越廣，已占除塵設(shè)備的80%。但在燃煤電廠鍋爐高溫除塵等方面，袋式除塵技術(shù)尚未能完全適應(yīng)，有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善,這與濾材性能提高和技術(shù)進(jìn)步密切相關(guān)。

對于袋式除塵器，新濾袋的除塵效率不高，濾袋使用一段時間后，陸續(xù)通過篩濾、碰撞、攔截、擴(kuò)散、靜電和重力沉降等6種除塵機(jī)理，使得粗塵粒首先被阻留，并在網(wǎng)孔之間產(chǎn)生“架橋”現(xiàn)象，很快在濾布表面形成一層所謂粉塵初層。在以后的除塵過程中，初層便成了濾袋的主要過濾層,而濾布只起著支撐骨架作用。粉塵初層形成后，使濾布成為對粗、細(xì)粉塵皆有效的過濾材料，過濾效率劇增。對于1μm以上的塵粒，主要靠慣性碰撞；1μm以下的塵粒，主要靠擴(kuò)散：總的過濾效率可達(dá)99％以上。研究在不同條件下各種機(jī)制對除塵效率的影響,有助于控制影響袋式除塵器的工作條件,改善袋式除塵器的工作性能[6]。

濾料是組成袋式除塵器的核心，其性能對袋式除塵器操作有很大影響。選擇濾料時必須考慮含塵氣體的特征，如粉塵和氣體性質(zhì)（溫度、濕度、粒徑和含塵濃度等）。性能良好的濾料應(yīng)容塵量大，吸濕性小，效率高，阻力低，使用壽命長；同時具備耐濕、耐磨、耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。

袋式除塵器的濾料種類較多。按濾料材質(zhì)分，有天然纖維、無機(jī)纖維和合成纖維等。按濾料結(jié)構(gòu)分，有濾布和毛氈兩類。按連續(xù)使用的溫度（干態(tài)），可把濾料分為三類：低于130℃為常溫濾料；130~200℃為中溫濾料；高于200℃為高溫濾料。可耐200℃以上高溫的常用濾料種類及其特性如表2所示 [7]。

4.2顆粒床過濾除塵器

顆料床除塵器是利用物理和化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的固體顆粒如硅砂等組成過濾層，通過顆料間的空隙和曲折通道來發(fā)揮過濾作用，實(shí)現(xiàn)對氣體的除塵。

顆粒床除塵器具有耐高溫、持久性好的優(yōu)點(diǎn)，且能連續(xù)自清灰而實(shí)現(xiàn)連續(xù)過濾除塵，除塵效率一般在90%以上，最高可達(dá)99%。

4.3全濾餅式過濾除塵器

全濾餅式過濾除塵器（表面過濾器）的濾材僅僅起一個支撐濾餅的骨架作用，系統(tǒng)始終維持在一個最優(yōu)的濾餅厚度范圍內(nèi)，讓粉塵形成的濾餅高效過濾粉塵。它具有耐高溫（～1000℃），不易結(jié)霧，不易堵塞，清灰效果好，操作維修方便，價格低等特點(diǎn)，對于超細(xì)粉塵（5μm以下）的煙氣排放濃度可控制在 5mg/Nm³以下，特別適用于處理粘附性強(qiáng)及吸濕性強(qiáng)的粉塵[8]。

4.4燒結(jié)多孔金屬過濾除塵器

燒結(jié)金屬除塵是利用燒結(jié)金屬多孔材料對含塵氣體進(jìn)行凈化。燒結(jié)多孔金屬過濾器可以對5μm以下的塵粒進(jìn)行精細(xì)除塵。在常溫下，多孔金屬材料具有整體強(qiáng)度好（強(qiáng)度是陶瓷材料的數(shù)倍），不發(fā)生斷裂，長期工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)[9]。但是在高溫下，其強(qiáng)度和耐蝕性低于陶瓷材料。

4.5多孔陶瓷過濾除塵器

隨著高溫除塵技術(shù)的發(fā)展，對除塵設(shè)備的簡單化、高溫化、高效化要求日趨強(qiáng)烈，而陶瓷制品恰恰具有耐高溫的獨(dú)特優(yōu)勢，因此環(huán)保工作者對陶瓷過濾器日益關(guān)注。

從20世紀(jì)70年代以來，世界先進(jìn)國家一直不斷研究各種材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷過濾器，用來進(jìn)行高溫過濾除塵，已取得了良好效果。多孔陶瓷的主要物理性能指標(biāo)是孔隙率，滲透率，彎曲強(qiáng)度。研究表明：與其他類型的除塵器相比，多孔陶瓷過濾器的除塵效率高，可達(dá)99%以上，能除去5μm以上的塵粒，且結(jié)構(gòu)簡單，最重要的是耐高溫，工作溫度可達(dá)800℃以上，并且在氧化、還原等高溫環(huán)境下具有良好的抗腐蝕性，因此多孔陶瓷過濾器在高溫除塵方面可起重要作用 [10-11]。

多孔陶瓷的制造方法主要有無粘結(jié)劑燒結(jié)工藝、反應(yīng)燒結(jié)工藝和化學(xué)蒸汽滲透工藝。制造多孔陶瓷的材料分為氧化物材料（氧化鋁、堇青石等）和非氧化物材料（碳化硅、氮化硅等）。選擇和設(shè)計多孔陶瓷的材料和制備工藝，對陶瓷過濾器的性能及價格都有直接影響[12]。

陶瓷過濾器按其結(jié)構(gòu)型式可分為陶瓷纖維袋式陶瓷過濾器、織狀陶瓷過濾器、燭狀（或管狀）陶瓷過濾器、交叉流式陶瓷過濾器、蜂房式過濾器幾種[10]。按陶瓷材料特性又可分為剛性陶瓷過濾器、柔性陶瓷過濾器。

陶瓷纖維過濾器和織狀過濾器的柔度較大，故稱為柔性陶瓷。該種陶瓷的形狀極易改變，可做成多種形狀，其核尺寸較大，晶格密度較小。其組成材料包括：各種配比的氧化硅、氧化鋁、氧化硼組合；氧化鋁、氧化硅石組合；碳化硅、氧化硅組合。美國西屋公司生產(chǎn)的織狀柔性陶瓷過濾器AB312由氧化鋁、氧化硼、氧化硅按3∶1∶2構(gòu)成的陶瓷纖維編織而成，除塵效率達(dá)99.9%以上；德國Essen大學(xué)研制的陶瓷纖維過濾器由氧化鋁和氧化硅纖維組合而成，能承受 900℃的高溫，除塵效率達(dá)99.9%；德國BWF公司生產(chǎn)的真空成型陶瓷纖維管耐溫>1000℃，抗熱沖擊性好[13]。

燭狀過濾器、交叉流式過濾器、蜂房式過濾器均屬剛性陶瓷過濾器。剛性陶瓷過濾器材料可用氧化物、非氧化物及其混合物組成。最普遍的氧化物包括氧化鋁、多鋁紅柱石(3Al2O3·2SiO2）、堇青石(2MgO·2Al2O·35SiO2）、火燒粘土及氧化物陶瓷纖維。非氧化物包括：粘土結(jié)合的碳化硅、燒結(jié)的氮化硅、再結(jié)晶碳化硅及碳化硅強(qiáng)化纖維。剛性陶瓷的核尺寸較小，晶格密度較高[10]。見報道的日本Asahi公司生產(chǎn)的均質(zhì)堇青石陶瓷濾管孔徑為40~60mm，耐溫達(dá)1000℃，抗熱沖擊性較好[13]。

泡沫陶瓷過濾器是一種氣孔率高達(dá)70%~90%、體積密度只有0.3~0.6g/cm³，具有三維立體網(wǎng)絡(luò)骨架和相互貫通氣孔結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度沒有方向性變化的多孔陶瓷制品。泡沫陶瓷使用方便，價格便宜，制造工藝簡單；通常用回彈性高、孔徑均勻的泡沫塑料作為前驅(qū)體浸漬陶瓷料漿燒制而成。它除了具有耐高溫、耐腐蝕等一般陶瓷所具有的性能外，且具有密度小、氣孔率高、比表面積大，對流體自擾性強(qiáng)等特點(diǎn)[14]。

5  國外高溫工業(yè)過濾除塵技術(shù)的研究現(xiàn)狀

美國高溫氣體陶瓷凈化除塵技術(shù)的研究起步較早，其主要的代表技術(shù)有陶瓷過濾技術(shù)、顆粒床過濾技術(shù)和錯流過濾技術(shù)等[5]。

全美從事陶瓷除塵技術(shù)的機(jī)構(gòu)很多，其中Westinghouse（西屋）是最典型的一個。其陶瓷管高溫氣體過濾技術(shù)較為成熟，具有以下特點(diǎn)：

（1）整套系統(tǒng)具備相當(dāng)高的除塵效率，且壓力損失始終保持穩(wěn)定；

（2）塵密封、金屬結(jié)構(gòu)及脈沖反沖管具備良好操作特性；

（3）陶瓷管的整體強(qiáng)度高；

（4）系統(tǒng)可靠性好，這主要表現(xiàn)在系統(tǒng)操作范圍寬且不形成灰餅等。

美國西屋公司陶瓷管的研制內(nèi)容包括3個方面：材料的選擇，配方的選擇，加工工藝的選擇。單一原料制得的過濾器抵抗微裂紋蔓延和熱疲勞能力很差，這會導(dǎo)致整個過濾器失去作用。近些年人們研究發(fā)現(xiàn)在陶瓷管制備原材料中加入一種連續(xù)性的陶瓷纖維化合物將能明顯改善陶瓷管的性能，如SiC纖維、NB-SiC 纖維、硅酸鋁、多鋁紅柱石等。

德國Schumacher公司、美國西屋公司、日本的AsahiGlass公司等[10]已開發(fā)出燭狀陶瓷過濾器，除塵效率均達(dá)99%以上。燭狀陶瓷過濾器適用于高溫（260~1093℃）、高壓（1.0~3.0MPa）條件下塵粒去除。

當(dāng)輸入載荷達(dá)0.5%時，輸出塵粒粒度小于0.5μm，濃度低于5×10-6，滿足高溫高壓煤（煙）氣凈化要求。英國Grimethorpe電廠測試了燭狀陶瓷過濾器特性[10]。

因為熱沖擊和材料在高溫下疲勞破壞，燭狀陶瓷過濾器極易在支撐頭處損壞。脈沖噴射清洗時，會引起補(bǔ)丁式堵塞，影響過濾特性，并極易引起支撐環(huán)斷裂、扭曲、錯位。交叉流式過濾器，極易在角部斷裂，并在過濾體中形成縱向裂縫。因為熱應(yīng)力和其它應(yīng)力集中，會引起材料破壞，故應(yīng)改進(jìn)其材質(zhì)、安裝結(jié)構(gòu)和密封效果。

美國西屋公司開發(fā)的交叉流式過濾器[10]可在650~900℃，1.0~3.0MPa條件下運(yùn)行，在加利福尼亞Montebello的Texaco氣化爐上做了示范試驗并經(jīng)過了8000h的測試。

膜式陶瓷過濾器公司[7]在蜂房式多通道堇青石基礎(chǔ)上,于表面覆蓋一層極薄陶瓷膜（小于50μm）制造成了膜式陶瓷過濾器。蜂房式過濾器一般由多鋁紅柱石或堇青石制成，斷面采用蜂房結(jié)構(gòu)，集塵效率高達(dá)99%，可適用的氣體溫度達(dá)400℃，5000h后壓降4kPa[10]。

日本旭硝子株式會社[14]開發(fā)研制的高溫廢氣處理用陶瓷過濾器為圓管狀多孔堇青石（LOTEC-M）ACTF型陶瓷管過濾器，孔徑為 40～60μm，高度方向孔徑無梯度，通孔率為16%～22%，抗彎強(qiáng)度為15～18MPa，耐熱性優(yōu)良，可處理高達(dá)1000℃的高溫含塵煙氣，幾乎能 100%地過濾直徑大于孔徑的1/20以上的粉塵。為使過濾器能連續(xù)運(yùn)行，采用反洗的方式進(jìn)行定期清灰，即通過安裝在各清潔室出口的噴射器，將高壓反洗氣流短時間吹入清潔室內(nèi)，一般在0.2~0.3s內(nèi)即可完成，并可聯(lián)機(jī)反洗，其收塵效率達(dá)99.999％。芬蘭Ahlstrow公司和美國 Babcock&Wilcox公司等鍋爐制造廠都引進(jìn)了ACTF技術(shù)。

旭硝子株式會社還開發(fā)了APT型顆粒捕集器。

該捕集器的過濾器主要材質(zhì)為堇青石。堇青石是以電熔法制造的堇青石玻璃經(jīng)結(jié)晶化處理而制得的。

將堇青石制成具有一排貫穿孔的平板，并在一邊預(yù)留一定間隔的狹縫（用于凈化氣體的排出），然后將一定數(shù)量（根據(jù)處理廢氣量確定）的平板疊層而制成過濾器部件，整體呈盒狀。其常用規(guī)格為：高140mm×寬103mm×長200mm，體積2.9L，重量1.8kg，貫通孔形狀3mm×5mm（橢圓形），貫通孔數(shù)量17×37，過濾面積0.9m²。一般采用高壓空氣（0.6~0.8MPa）脈沖氣流進(jìn)行反吹，將顆粒堆積層吹落，反吹時間為 0.2~0.5s。APT裝置在1000h的運(yùn)行考核中，顆粒捕集率在96％以上，壓力損失保持在9~11kPa。

俄羅斯S.V.Entin等[15]進(jìn)行了耐火材料生產(chǎn)中除塵工藝的研究，并設(shè)計出一套實(shí)驗裝置。該裝置采用的是盤狀多孔不銹鋼過濾板對含塵氣體進(jìn)行過濾。

除塵過程中，含塵氣體通過進(jìn)氣管進(jìn)入過濾器的除塵室，粉塵粒子沉積到過濾體的外表面，處理后的氣體穿過過濾體進(jìn)入凈氣室，最終由出氣管排出。采用U 形管壓力計測定過濾阻力，通過過濾器的氣體體積由壓縮空氣測量試管和MMN微型壓力計控制，過濾效果由過濾器內(nèi)外氣體的含塵濃度對比進(jìn)行評價。該裝置適用于建筑材料、食品、化工、冶金以及核電等行業(yè)。

俄羅斯B.L.Krasnyi等[16]深入研究多孔陶瓷過濾元件后認(rèn)為：利用多孔陶瓷作為過濾元件具有很多優(yōu)點(diǎn)，如高的使用溫度和高的耐熱性、耐腐蝕、抗振性，能同時除去粉塵及氮氧化物等。但該種陶瓷必須利用特殊工藝進(jìn)行生產(chǎn)，以便控制其孔徑和孔徑分布。這種多孔陶瓷根據(jù)拓?fù)鋵W(xué)規(guī)律可以分為兩類，即有組織性和無組織性微觀結(jié)構(gòu)材料。無組織性微觀結(jié)構(gòu)的陶瓷由粉末和纖維或兩者混合而成。由粉末制得的多孔陶瓷開孔率為20%~45％，孔徑為 5~400μm。而由纖維制得的多孔陶瓷其開孔率為30%~90％，孔徑為5~200μm。有組織性微觀結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷包括網(wǎng)狀、細(xì)胞狀、蜂窩狀等結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由預(yù)置系統(tǒng)決定。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的材料由紡織或編織機(jī)制得的陶瓷纖維所制成，其開孔率為20%~80％，孔徑約20~200μm；但是由于其高溫下使用壽命短，用壓縮空氣噴吹清灰再生后易破壞，所以未能得到廣泛應(yīng)用。由陶瓷片充填細(xì)胞狀泡沫多孔脈石制得的細(xì)胞滲透陶瓷材料其開孔率為75%~95％，孔徑為 200~500μm；而采用特制鋼模擠壓可塑性陶瓷粉末或其與纖維質(zhì)混合物所制得的細(xì)胞滲透材料，其生坯干燥焙燒后開孔率為50%~80％，方形開孔尺寸約800~7000μm。

B.L.Krasnyi等最終研制出FKI-45除塵器，屬袋式除塵器。裝置中采用盤狀多孔滲透陶瓷制造管狀過濾器件，直徑為60~62mm，厚度約8~23mm，可以耐1000℃高溫。

日本Iwanaga.A等[17]設(shè)計出一種垂直除塵器，其上部和下部分別是含塵氣體入口和集灰斗，中間是過濾區(qū)域。過濾部分由多孔陶瓷過濾圓筒組成。凈氣室與過濾圓筒處于同一位置，并被分成兩部分。多孔陶瓷過濾圓筒的上方為空氣噴嘴，這種裝置適用于燃油、煉鐵、陶瓷以及化工等行業(yè)。

日本Imada.K.等[18]在廢氣除塵移動床材料的研究中，用作移動床的材料為顆粒直徑1~10mm、氣孔率20%~60％的多孔粒徑材料。該移動床材料已被應(yīng)用于煉鋼、煉鐵焦炭爐的廢氣除塵。

英國太棉公司（TENMAT）研制的太棉高溫氣體過濾器[19]是專門為超過袋式除塵器、電除塵器等傳統(tǒng)除塵器所承受的工作溫度而開發(fā)的一種硬式表面過濾器。太棉可長期應(yīng)用于1200℃的高溫?zé)煔庀到y(tǒng)，最高可耐1600℃，使用過程中遇火不燃燒，具有超強(qiáng)的耐酸堿性能，使用壽命長達(dá)10年以上，而袋式除塵器一般一年多就需更換。同時，太棉除塵器能過濾小于1μm的塵粒，過濾效率更達(dá)99.99％以上。所以，由于太棉過濾器濾料好、設(shè)備簡單、壽命長、不用維護(hù)等優(yōu)勢，使得除塵總費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于袋式除塵設(shè)備。

6國內(nèi)高溫工業(yè)過濾除塵技術(shù)的研究現(xiàn)狀

我國現(xiàn)有工業(yè)窯爐近20萬座，年耗煤（焦炭）量約2億噸，在生產(chǎn)過程中排放大量高溫含塵有害氣體，嚴(yán)重地污染大氣環(huán)境。其排放尾氣的特點(diǎn)是：溫度高，含塵濃度高，黑度大，溫度和煙氣量變化范圍廣。

我國鍋爐除塵裝置制造技術(shù)已經(jīng)歷了四個發(fā)展階段，即干式旋風(fēng)除塵、文丘里水膜除塵、高壓靜電除塵、袋式除塵[20]。

廣東省東莞市垃圾電廠鍋爐上已成功的應(yīng)用袋式除塵裝置，其除塵效率高達(dá)99％以上。目前采用袋式除塵的鍋爐最大已達(dá)680t/h。寶鋼在高爐建設(shè)時所采用的也是布袋除塵器，除塵效果良好，實(shí)現(xiàn)了“無超標(biāo)排放”的目標(biāo)[21]。北京市勞動保護(hù)科學(xué)研究所齊金彥等[22]開發(fā)研究了陶瓷微孔管過濾式除塵器，其結(jié)構(gòu)及過濾機(jī)理與袋式過濾器相同，不同的是陶瓷微孔管在反吹時形狀保持不變，所形成的一次粉塵層免遭破壞，除塵效率保持不變。高溫?zé)煔庥锰沾少|(zhì)微孔管過濾式除塵器，不需采用降溫冷卻措施，可省去部分投資，并可進(jìn)行熱回收。該除塵器除塵效率高，過濾后的潔凈氣體對熱交換管束不存在腐蝕和堵塞問題。該除塵器耐磨損、耐急冷急熱性能好，使用壽命長。

華中科技大學(xué)姬宏杰等[23]利用湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)電研究設(shè)計院提供的泡沫陶瓷對高溫焦?fàn)t煤氣過濾技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗研究?？紫堵蕿?5％的泡沫陶瓷片在模擬氣體（粉塵粒徑為75μm以下）流量為0.15~1.05L/h時，其粉塵過濾效率均>90％。

清華大學(xué)資新運(yùn)等[24]建立了基于泡沫陶瓷微粒過濾單元的三維物理模型和氣粒兩相流模型。通過模擬計算，分析了氣體流速、微粒粒徑、泡沫陶瓷微孔參數(shù)對微粒擴(kuò)散攔截和慣性碰撞攔截效率的影響。得出以下結(jié)論：①隨著流速的提高，微粒的慣性碰撞捕集效率逐漸降低，當(dāng)流速達(dá)到一定值時，大微粒的捕集效率將迅速上升，而小微粒的捕集效率繼續(xù)降低；②當(dāng)粒徑小于1.0μm時，慣性捕集效率隨微粒粒徑的變化不大，當(dāng)粒徑大于1.0μm時，慣性碰撞捕集效率隨微粒粒徑的增大而迅速上升；當(dāng)微粒的粒徑增大時，擴(kuò)散捕集效率迅速下降,但增大到0.5μm時，下降速率變得緩慢；③微孔直徑越大，擴(kuò)散捕集效率越低；④微粒在微孔壁附近所受到的Saffman力對微粒的捕集起了阻礙的作用。

西安交通大學(xué)高鐵瑜[25]對燃煤聯(lián)合循環(huán)陶瓷過濾器過濾流動進(jìn)行了深入的研究，分析了影響陶瓷過濾元件過濾性能的幾種重要機(jī)制以及重要的影響因素，提出“實(shí)際分級最小厚度”概念，這是過濾精度在陶瓷過濾元件壁厚上的度量值，有望為今后陶瓷過濾元件的優(yōu)化設(shè)計提供必要的理論依據(jù)。同時提出：①在陶瓷過濾元件制備時，應(yīng)盡可能選取直徑相近的陶瓷顆粒；②錐狀截面陶瓷過濾元件的壓降要稍低于柱狀截面陶過濾元件的變化幅度，而且相同的位置處壓降和速度值也低些，在同一流速下，壓降隨陶瓷顆粒直徑的減小而增大；③為減小或消除過濾過程的粉塵“架橋”現(xiàn)象，應(yīng)該使孔隙率沿軸向從封閉端到開口端逐漸增大，孔隙率沿軸向的這種變化對脈沖反吹清洗也是有利的；④脈沖反吹清洗過程中，燭狀陶瓷過濾元件沿軸向各個部位脈沖壓力峰值隨著噴射壓力的增大而增大；陶瓷過濾元件開口端壓力峰值明顯高于中部和封閉端壓力峰值，而中部、封閉端壓力峰值接近。

西安交通大學(xué)徐廷相等[26]研究了含塵超音速高溫高壓氣體的氣固兩相分離過程，提出了用增加縮放噴管長度的方法，使含塵高溫高壓氣體中的灰塵顆粒獲得實(shí)現(xiàn)氣固兩相分離所必需的更高動量的途徑。采用這種氣體凈化概念有可能使大于5μm的灰塵顆粒和大部分小于5μm的顆粒從含塵氣體中清除掉。

中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所楊金權(quán)等[27]采用D50mm×480mm等效孔徑40μm普通不銹鋼制作了高溫?zé)Y(jié)金屬絲網(wǎng)過濾器進(jìn)行了試驗。煤氣溫度為460~638℃，進(jìn)口粉塵濃度為1.0~25.0g/Nm³，在不同入口粉塵含量及不同過濾氣速下，過濾效率均大于99%，最高達(dá) 99.9%，＞20μm的顆粒去除率為100％。試驗系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定，過濾元件（管）反吹性能良好，安裝固定容易，無損壞現(xiàn)象。該研究在過濾效率、反吹清灰及運(yùn)行特性方面取得了較好效果，為該技術(shù)進(jìn)一步開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

上?；ぱ芯吭狐S曉衛(wèi)等[28]開發(fā)的全濾餅式過濾除塵器，濾餅為不銹鋼濾料，除塵效率理論值幾乎為100％，其在結(jié)構(gòu)形式上及清灰技術(shù)上都有與眾不同之處，除塵流程操作全部由可編程序控制器（PLC）控制，極易與計算機(jī)接口。此過濾器的另一關(guān)鍵技術(shù)是采用了大通量的高溫程控延期換向閥,這種具有特殊結(jié)構(gòu)形式的高溫?zé)煔鈸Q向閥的開發(fā)成功是整個高溫?zé)煔獬龎m技術(shù)的重要保證。它可實(shí)現(xiàn)高精度要求的除塵，對于一定粒度的粉塵，出口濃度（過濾效率）可通過控制過濾風(fēng)速、過濾材料和過濾阻力而達(dá)到。

國家電力公司熱工研究院許世森[29]研究溫度等因素對移動顆粒層過濾高溫除塵性能的影響規(guī)律，首次提出溫度與捕集比的理論關(guān)系式，并進(jìn)行了實(shí)驗驗證，得到了移動顆拉層在高溫狀態(tài)下進(jìn)行過濾除塵的實(shí)驗結(jié)果，為移動顆粒層過濾高溫除塵工藝的放大和工程化打下基拙。

國家電力公司熱工研究院夏軍倉等[30]研究開發(fā)出一套移動顆粒層高溫高壓煤氣除塵中試系統(tǒng)，通過實(shí)際煤氣考核試驗研究，積累和掌握了系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律和設(shè)計依據(jù)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工程化奠定了基礎(chǔ)。試驗表明:該過濾器能實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的除塵過程，除塵效率較高，可達(dá)99.65%~99.80%，＞20μm 的顆粒去除率為100％；大型化后可適用于高溫氣體的過濾除塵。

為了提高顆粒床對微細(xì)粉塵的過濾除塵效率，寧波大學(xué)楊國華等[31]提出并試驗研究了雙層濾料顆粒床過濾塵新方法。該方法以2~5mm膨脹珍珠巖顆粒為上層濾料，0.5~1mm海沙為下層濾料組成雙濾料床。過濾時，含塵氣先經(jīng)過上層濾料粗過濾，再經(jīng)過下層濾料精過濾；反吹清灰時，兩層濾料成不相混分層流化床，雙層結(jié)構(gòu)保持不變。試驗表明:對于粒徑小于2.26μm的微粒數(shù)占90%的電廠飛灰，過濾氣速為0.33m/s時，過濾效率高達(dá) 99.992%~99.994%。這種極高過濾效率和床層容塵量是現(xiàn)有顆粒床過濾器都不能達(dá)到的。這種雙層濾料過濾床的過濾氣速是布袋除塵器的5~6倍，過濾效率超過了布袋除塵器和電除塵器，特別是這種雙層濾料過濾床容塵量很大，可以利用這一特性實(shí)現(xiàn)有害氣體與塵等多種污染物脫除一體化。

7 高溫工業(yè)廢氣過濾除塵技術(shù)的發(fā)展趨勢縱觀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為，高溫工業(yè)廢氣過濾除塵技術(shù)的發(fā)展將呈現(xiàn)如下趨勢：

（1）加強(qiáng)泡沫陶瓷高溫高效除塵技術(shù)的研究，提高陶瓷過濾器的除塵效率及其韌性，改善其清灰再生技術(shù)，延長使用壽命；

（2）進(jìn)一步提高袋式除塵設(shè)備的性能，使其適應(yīng)于高溫、高含塵濃度、大煙氣量的需要，延長其使用壽命；

（3）重視除塵機(jī)理研究，探索現(xiàn)有各種除塵技術(shù)的基本規(guī)律，作為設(shè)計和改進(jìn)設(shè)備的依據(jù)；

（4）加快對顆粒床除塵器的研究，提高其對細(xì)微塵粒的捕集效率，進(jìn)一步研究系統(tǒng)磨損問題及運(yùn)行的控制因素。

目前，高溫工業(yè)廢氣除塵技術(shù)發(fā)展迅速，特別是美、德、日正努力控制煙氣含塵排放濃度趨向目視為“零”，即除塵器出口濃度接近大氣中的含塵濃度。因此，我們必須緊跟世界步伐，與國際接軌，加強(qiáng)與國際社會在環(huán)境保護(hù)方面的深入合作，充分借鑒利用高新技術(shù)，不斷創(chuàng)新，開發(fā)出經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效的新型高溫工業(yè)廢氣除塵設(shè)備。