双层滤料颗粒床梯级过滤高温除尘技术
一、技术背景
本技术属于高温除尘技术。二十多年来，高温除尘一直是国际上久攻不下的难题：
1)袋式除尘器是国内外公认的最高效除尘器，其最高使用温度只有280℃。 2)陶瓷滤料过滤器，虽然陶瓷本身耐温高，但做成过滤管后，由于性脆，延展性、韧性差、抗热震性差，整体强度小，工作温度>350℃时，容易断管，还存在永久性堵塞、烧结，管与管板间的密封困难等问题，且价格高，目前只能用于小流量气体过滤，对大流量烟气处理，因其价格太贵，用不起，更为严重的是，陶瓷滤管使用寿命短，且温度越高，寿命越短。
3)金属滤料过滤器，金属滤料有良好的延展性、韧性，抗热震性和整体强度，良好的加工性能和焊接性能，但价格高，因永久性堵塞、高温氧化、腐蚀等原因，使用寿命短。
4)静电除尘，阻降低，但高温度下，存在电晕放电不稳定、电极寿命短、高温绝缘、极板热变形等问题，高温可靠性低、PM2.5去除率低。
5)颗粒层过滤，耐高温、耐腐蚀、对烟气成分不敏感，可靠性高，投资、运行和维护费用低，但PM2.5去除率低。
由上可见，国际上几种主流技术或耐温低，或价格高、寿命短，或效率低，都未能真正攻克高温除尘这一难题。
二、技术内容
（一）基本原理
本技术属于颗粒层过滤技术。颗粒层过滤的突出优点是耐高温、耐腐蚀、对烟气成分不敏感，在高温除尘、弱粘性粉尘捕集、易爆易燃粉尘捕集等方面，以及投资和运行费用方面，具有独特优势，突出问题是对微细粒子过滤效率低，因为，为提高微细粒子的过滤效率而减小滤料颗粒粒径，将同时使过滤压降急剧上升，以至于清灰周期很短而失去实用性。
为解决这一问题，江苏金凯阳装备有限公司首创的双层滤料颗粒床梯级过滤除尘技术。双层滤料颗粒床由上粗下细、上轻下重、能分层流化清灰的两层滤料组成，如图1所示，过滤时，含尘气先经过上层粗颗粒滤料层，截留绝大部分粉
尘，再经过下层细颗粒滤料捕获残余微细粉尘，集上层粗过滤与下层精过滤于一体，梯级过滤，获得极高过滤效率和低压降，攻克了颗粒床作为高温除尘器PM2.5过滤效率不高的国际性难题。当床层压降达到设定值时，采用反吹流化清灰，清灰结束后，轻质上层滤料始终浮于重质下层滤料之上，双层滤料互不相混，界面清晰，保持双层滤料颗粒床梯级过滤特性不变。
采用上述技术在高温烟气行业应用较多，但是在高温煤气行业中出现问题，上层滤料的稳定性和耐热性对后续收集半焦灰影响很大，因为半焦灰在长期流化时，会造成上料滤料磨损，细小的滤料最后进入到半焦灰中，造成半焦灰热值降低，灰分增大。在新疆淖毛湖由新疆广汇组织的双层颗粒床实验，每小时800Nm3/h含尘含焦油的荒煤气，经过长时间论证，,该设备阻力稳定在2700pa以内，经过除尘后含尘量在15mg~20mg/Nm3，说明该设备可以进行荒煤气除尘，而且效果非常好，唯一缺陷就是部分上层滤料珍珠岩进入到半焦灰中，造成半焦
灰的污染。
淖毛湖现场照片
卸灰
（二）工艺流程（含工艺流程图）
鉴于在淖毛湖中试发现的问题，金凯阳一直致力于解决该问题，能尽快将该设备推向市场，在江阴新疆一套大型实验设备，已成功解决滤料问题，实验效果非常好，经过多次长周期运转，运行稳定，阻力稳定。
江阴中试DCS控制图
江阴中试外观图
采用一种堆积密度较低的陶瓷球代替上层珍珠岩滤料，两层滤料独立可独立控制，陶瓷球的耐热性稳定，破损率极低，可保证在2-3年不用滤料。改进后的床层阻力有所增加，但操作具有便利性，在实际生产过程中，在运行一个月的实
验中，阻力增加不到3000Pa。
双层滤料颗粒床采用一壳多列多层结构（图2中只有1列），其工作原理是： 在引风机的作用下，烟气进入双层滤料颗粒床过滤除尘器，平行经过若干（图中为8个）并联过滤床过滤，每个过滤床连接一个排风支管，干净的气体通过每个排风支管汇集到总管道，然后进入换热器进行余热回收，最后通过引风机由烟囱排出。除尘器阻降控制在<5000Pa范围，超过该范围，由PLC控制通过各排风支管上的切换阀，自上而下逐层反吹流化清灰，粉尘逐层向下传输，沉降到除尘器的下部灰斗，由排灰机构定时排出。当粉尘浓度大，为强化排灰，还可在灰斗引出少量气流，由外接小除尘器分离粉尘后返回除尘器入口。
四、技术指标
(1)耐高温：可耐800℃~1000℃；不怕炉况变化而产生的烟温波动，温度适用范围广，具有优异的耐高温性；
(2)高效率：除尘效率99.99％（或出口粉尘浓度5mg/m3以下）； (3)低压降:1500~3000Pa；
(4)低投资和运行费用：没有如陶瓷管那样的昂贵元件，也没有如移动床那样的大量滤料循环，投资和运行费用低于陶瓷管过滤器，也低于移动颗粒床过滤器；
(5)高可靠性：没有运动部件，没有如陶瓷管那样的易脆易断易阻塞的元件，经久耐用，维护简单；
(6)易于大型化：模块化组合结构，单机处理量可达1500000m3/h以上； (7)颗粒层过滤且采用流化清灰，滤料层经常翻动，短时结露不会造成类似布袋（滤管）板结堵塞的问题，在所有干式除尘器中，其抗结露性能和抗粘结性能最好。
五、应用实例
已完成5个应用项目，两个中试项目，一个独家供货协议，其中应用于某公司6台15吨铝合金熔化炉的烟气除尘系统的烟气处理量为120000m3/h，除尘器出口粉尘浓度小于5mg/m3，除尘器压降小于1600Pa，如图3。
表1 部分应用项目
应用单位 ××装饰材料有限公司 ××有色金属材料有限公司 ××铝型材厂 ××铝业有限公司 ××金川集团 ××新疆广汇 ××江阴中试 ××国控环球工程有限公司 项目名称 2台13 t铝合金熔化炉除尘 6台15t铝合金熔化炉除尘 20t铝合金熔化炉除尘 15t铝合金熔化炉除尘 冶炼炉除尘 煤低温热解炉 荒煤气 改进后除尘器 300万吨粉煤热解 荒煤气 处理烟气量m3/h 50000 120000 58000 45500 20000 中试 6000 100000 六、应用领域与前景
（一）应用领域
本项高温除尘技术有七大方面应用：
1)煤化工及先进能源系统的高温煤气除尘。以煤气化、煤热解为核心的煤化工多联产系统、IGCC先进能源系统、“煤化油”工程、化肥工业等都涉及到一个关键设备：高温煤气除尘器，采用高温除尘, 可使煤气不降温，满足下游工艺需要，并使高温余热随清洁气带入下游设备而被清洁高效利用，提高系统效率。
2)排气温度波动大、或温度高的工业炉窑除尘。这类炉窑很多，如钢厂转炉、高炉等。这类情况采用湿法除尘，余热不能利用，耗水大，污水处理复杂；采用干法布袋除尘，则需要复杂的温控调节设备（换热设备、喷水设备、自动控制系统等），余热利用率低。若采用温度适应范围大的高温除尘，系统简化，降低投资、运行和维护费用，显著提高余能利用率。
3)高温下回收有用粉体。有很多情况，高温除尘不仅是环保的需要，更是回收有用粉体的需要，如碳黑、硅微粉、（丙烯腈、石油催化裂化、苯酐、苯胺、丁烯氧化脱氢等过程的）催化剂微粒、含贵金属矿粉等有用粉体回收，农药、化肥及精细化工等粉体工程中粉体产品的回收等。
4)不宜降温时的高温除尘。分三类情况，一是降温时产生冷凝物, 如生物质煤气（或焦炉煤气）降温时会冷凝出焦油，焦油和灰混杂严重沾污和堵塞换热器，使系统瘫痪；二是含酸量高、酸露点温度高，如铜镍冶炼烟气，必须在酸露点温度以上除尘(>350℃)；三是降温时产生有害物质，垃圾焚烧炉烟气在550至250℃的降温过程中在飞灰的催化作用下会产生毒性为砒霜千倍的二恶英，而在高温下
去除飞灰，可大大减少二英的低温生成。
5) SCR前的高温除尘。电厂、水泥窑、烧结炉、冶炼炉等都要求烟气脱硝，十二五期间烟气脱硝将引发一个巨大的环保产业，国际上烟气脱硝首推SCR（选择性催化还原技术）其最佳工作温度是350—400度，这个温度下的烟气含有大量灰尘、相当多种类杂质和各类微量重金属，使敏感的脱硝催化剂承受着易堵塞、易中毒的恶劣环境。如采用能够承受400度高温除尘器，则可使SCR工作在无灰、无杂质和微量重金属的环境中，提高催化剂的催化效果和寿命，降低催化剂的成本。
6)干燥系统的高温烟气除尘。现有干燥系统中，燃料燃烧产生热烟气，热烟气通过换热器加热空气，再由热空气干燥物料，这样的方案，排气热损失包括两部分：从换热器排出的热烟和从干燥机排出的热空气，排气热损失大，若从燃烧炉排出的热烟通过高温除尘后直接去干燥物料，则排气热损失只有从干燥机排出的热烟，大大提高系统热效率，且可省去换热器。
7)含弱粘性粒子的高温烟气除尘。如废铜熔炼炉、废铝熔炼炉、重油燃烧炉等烟气中含有粘性微粒，双层滤料颗粒床由于采用流化清灰，容易清除粘性粒子，对处理粘性粒子较布袋等其它干式除尘器适应性强。
（二）应用前景
与国内外其它高温除尘技术相比，双层滤料颗粒床梯级过滤新技术在可靠性、可用率、耐温性、过滤效率、压降、投资和运行费用等方面具有独特优势和竞争力，应用范围很广，如冶金工业的高炉、转炉、电弧炉、烧结炉、铜熔炼炉、铝熔炼炉等；建材工业的水泥窑、玻璃窑、陶瓷炉等；化工领域的石油催化裂解炉、碳黑炉、电石炉、化肥厂煤气炉等；固废处理的垃圾焚烧炉；能源系统的IGCC、多联产中的热煤气除尘、生物质热煤气除尘等，取代除尘效率低、耗水大、余热不能利用的湿法除尘，不仅有显著的减排效益，更有显著的节能节水效益，是工业炉窑节能减排、实现清洁生产的共性技术和装备，社会效益十分显著，市场很大。
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