深度丨脱硝除尘一体化工艺中陶瓷滤管与布袋滤袋应用对比

本文通过对催化剂附着滤袋与催化剂附着陶瓷滤管的特性、优缺点及应用前景进行分析以期为该领域后续相关研究提供参考与借鉴。

近二十年来，高温陶瓷滤管技术在烟气净化领域得到了快速发展。其与传统布袋过滤器的除尘机理相似，两者均是以筛分机理为主，同时存在惯性碰撞、拦截、扩散效用，及特定条件下的静电效应和重力效应。然而，与传统布袋滤袋相比，陶瓷滤管具备耐腐蚀性强和耐高温等特点。因此，随着陶瓷滤管制造技术的成熟，及近年来火电、垃圾焚烧等行业更为严格的烟气粉尘排放标准的颁布，陶瓷滤管过滤技术得到了快速发展。

近年来，除粉尘外，氮氧化物等污染物的排放标准也更为严格，传统的SNCR脱硝技术难以满足日益严格的氮氧化物排放要求。因此，国内外催化剂附着滤袋与催化剂附着陶瓷滤管工艺越来越受关注，以此为基础的高温陶瓷滤管除尘脱硝一体化技术得到迅速发展。

滤袋与催化剂附着滤袋研究

滤袋的过滤形式可分为三种：深层过滤、覆膜过滤和表层过滤。深层过滤是最为传统的一种过滤方式，指烟气直接被滤料层过滤。覆膜过滤指在传统滤料的迎烟面附着一层微孔结构的薄膜，薄膜孔径直径较小，一般小于2μm，可有效避免绝大多数的颗粒物进入纤维滤料内部。表层过滤则是在传统滤料的迎烟面附着一层超细纤维，同样起到阻止颗粒物进入滤料内部的作用。

布袋除尘器的核心是滤袋材料。目前，滤袋主要材质包括聚苯硫醚（Polyphenylene Sulfide, PPS）、聚亚酰胺（Polyimide, P84）、聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene, PTFE）和玻璃纤维（Fiberglass, GL）等。各种材质的适用温度与优缺点详见表1。为了更好融合各种滤袋材质的优点，克服各种滤袋材质的缺点，由两种或多种材质组成的复合型滤袋也较为常见。

表1 不同滤袋材料的适用温度和优缺点

表1可看出，总体而言，布袋除尘仅适用于中低温烟气，因此，当烟气温度较高时，需在烟气进入布袋除尘器前，对其进行水冷、风冷等降温处理，以保护滤袋不会破损。

近年来，随着氮氧化物排放标准的提高，脱硝除尘一体化的布袋除尘器开始受到关注，其关键技术在于催化剂附着滤袋的研发。将锰系/钒系等催化剂附着在滤袋表面，并在布袋除尘器中或其进口烟道中喷入氨气，在催化剂的作用下，喷入的氨气与烟气中的氮氧化物反生成氮气。这与SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原）反应器对于氮氧化物的去除机理类似，即在催化剂作用下，还原剂NH3在180~400℃下有选择的将NO和NO2还原成N2，而几乎不发生NH3与O2的氧化反应，从而提高了主反应选择性，减少了还原剂的消耗，降低成本，有利于控制氨逃逸。

近年来，众多专家学者致力于催化剂附着滤料的研发。汪谢通过表面活性剂分散法、徐覆法和抽滤法将二氧化锰／聚化咯催化剂负载到PPS滤料，催化剂负载量约为44g/㎡，在实验室条件下，催化剂附着PPS滤袋在180℃时，脱硝效率可达80%。

郑伟杰采用相关氧化还原反应的机理将三种不同的催化剂组分Mn-CeOx、Mn-SnOx和Mn-Ce-SnOx原位生长在PPS纤维表面，结果表明，三种不同的催化剂附着滤料在实验室条件下，当制备条件为KMnO4/PPS质量比为0.6，且脱硝反应温度为180℃时，脱硝率可以高达100%，甚至附着Mn-Ce-SnOx催化剂的滤料在脱硝反应温度为120℃时，脱硝率即可高达100%。

邹海强采用超声分散法，使得6%MnO2/CNFs催化剂附着于于芳纶滤料表面，经聚多巴胺包覆后，在180℃时，实验室条件下，其脱硝效率可达80%。

王敏将MnOx附着于布袋除尘器滤袋上，研究了温度、氧气含量、入口气体流量等因素对脱硝效果的影响。研究结果表明，当反应温度为150℃，且反应气体中烟气含量为5%时，氮氧化物的脱除率可以达到75%。

陶瓷滤管与催化剂附着陶瓷滤管研究

陶瓷滤管主要是由碳化硅、二氧化硅、三氧化二铝、氧化铝、钛酸铝和硅酸铝等材质制成。它具有良好的微孔性能、耐高温、耐各种介质腐蚀且耐氧化，其本体具有一定刚度，无需外部支撑，故适用领域非常广泛。随着我国对颗粒物排放标准日趋严格，其具有很好的推广使用价值。

陶瓷滤管的孔径可根据烟气特性定制，最小可小于1μm，目前常见的孔径为2~3μm，经其净化后的烟气中粉尘含量低，小于5mg/m³，甚至可稳定在1mg/m³以下。

日本旭硝子株式会社利用堇青石制成的均质圆管状多孔陶瓷管净化1000℃含尘高温废气。陶瓷滤管的孔径大小为40~60μm，孔隙率为16%~22%。研究结果表明，该陶瓷滤管对粒径大于孔径1/20以上的颗粒物去除率基本可高达100%，在定期反吹冲洗的前提下，其除尘效率高达99.99%。

与催化剂附着滤袋相似，陶瓷滤管表面也可附着锰系/钒系等催化剂，实现脱硝除尘效应的一体化。陶瓷管表面可附着比表面积极大的纳米级催化剂颗粒。此外，陶瓷管本身不规则纤维结构，增加了气体分子通过时与催化剂颗粒碰撞接触的频率，因而催化剂附着陶瓷滤管的脱硝效果良好。

陶瓷滤管本身可以耐受1000℃的高温，其运行温度主要取决于催化剂的最佳使用温度和烟气温度。当陶瓷滤管附着L-01/02锰铁/钒钛系催化剂时，其最佳操作温度为160~225℃，最高运行温度为250℃；当陶瓷滤管附着M-02钒钛系催化剂时，其最佳操作温度为250~330℃，最高运行温度为350℃；当陶瓷滤管附着M-01钒钛钨系催化剂时，其最佳操作温度为275~400℃，最高运行温度420℃。

催化剂附着滤袋与催化剂附着陶瓷滤管对比研究

催化剂附着滤袋与催化剂附着陶瓷滤管在除尘与脱硝方面的原理基本相似：除尘以筛分为主要机制；脱硝皆采用氨气为还原剂，催化脱硝，且两者所用催化剂皆以锰铁/钒钛系催化剂为主。然而，滤袋的适用温度约为120~280℃，因而滤袋附着催化剂以中温和低温催化剂为主。

编辑：李丹