In den letzten 20 Jahren hat sich die Hochtemperatur-Keramikfilterrohrtechnologie im Bereich der Rauchgasreinigung rasant weiterentwickelt. Sein Staubentfernungsmechanismus ähnelt dem herkömmlicher Beutelfilter, die beide hauptsächlich auf dem Siebmechanismus basieren, aber auch die Auswirkungen von Trägheitskollision, Abfangen, Diffusion und unter bestimmten Bedingungen elektrostatische und Schwerkrafteffekte aufweisen. Im Vergleich zu herkömmlichen Beutelfilterbeuteln weisen Keramikfilterrohre jedoch eine starke Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit auf. Mit der ausgereiften Herstellungstechnologie von Keramikfilterrohren und den strengeren Emissionsnormen für Rauchgasstaub in Branchen wie Wärmekraft und Müllverbrennung in den letzten Jahren hat sich die Filtertechnologie für Keramikfilterrohre daher rasant weiterentwickelt.

In den letzten Jahren sind neben Staub auch die Emissionsnormen für Schadstoffe wie Stickoxide strenger geworden, und die herkömmliche SNCR-Entstickungstechnologie kann die immer strengeren Anforderungen an Stickoxidemissionen nicht erfüllen. Daher haben katalysatorbeschichtete Filterbeutel und katalysatorbeschichtete Keramikfilterrohre sowohl im Inland als auch international zunehmende Aufmerksamkeit erhalten, und die darauf basierende integrierte Hochtemperatur-Keramikfilterrohr-Entstaubungs- und Denitrifikationstechnologie hat sich schnell weiterentwickelt.

Forschung zu Filterbeuteln und katalysatorbeschichteten Filterbeuteln

Die Filterform von Filterbeuteln kann in drei Typen unterteilt werden: Tiefenfiltration, beschichtete Filtration und Oberflächenfiltration. Die Tiefenfiltration ist die traditionellste Form der Filtration, bei der das Rauchgas direkt durch die Filtermaterialschicht gefiltert wird. Bei der beschichteten Filtration handelt es sich um einen dünnen Film mit einer mikroporösen Struktur, der auf der stromaufwärtigen Oberfläche des herkömmlichen Filtermaterials angebracht ist. Der Porendurchmesser des dünnen Films ist normalerweise kleiner als 2 μm, wodurch der Großteil der Partikel wirksam daran gehindert werden kann, in das Faserfiltermaterial einzudringen. Bei der Oberflächenfiltration handelt es sich um eine Schicht aus ultrafeinen Fasern, die auf der vorgelagerten Oberfläche des herkömmlichen Filtermaterials angebracht wird und auch dazu beiträgt, das Eindringen von Partikeln in das Filtermaterial zu verhindern.

Das Herzstück des Beutelfilters ist das Filterbeutelmaterial. Zu den wichtigsten Filterbeutelmaterialien gehören derzeit Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (P84), Polytetrafluorethylen (PTFE) und Glasfaser (GL). Der anwendbare Temperaturbereich sowie die Vor- und Nachteile jedes Materials sind in Tabelle 1 aufgeführt. Um die Vorteile verschiedener Filterbeutelmaterialien besser zu integrieren und die Nachteile jedes einzelnen zu überwinden, werden häufig auch Verbundfilterbeutel aus zwei oder mehr Materialien verwendet .

Tabelle 1: Anwendbare Temperature und Vor-/Nachteile verschiedener Filterbeutelmaterialien.

Tabelle 1 zeigt, dass die Beutelfilter-Entstaubung insgesamt nur für Rauchgas mittlerer und niedriger Temperatur geeignet ist. Daher ist es bei hoher Rauchgastemperatur erforderlich, das Rauchgas mit Wasser oder Luft abzukühlen, bevor es in den Beutelfilter-Staubabscheider gelangt, um die Filterbeutel vor Beschädigung zu schützen.

In den letzten Jahren haben integrierte Beutelfilter zur Entstickung und Staubentfernung mit der Erhöhung der Stickoxid-Emissionsnormen an Bedeutung gewonnen, und die Schlüsseltechnologie liegt in der Entwicklung katalysatorbeschichteter Filterbeutel. Katalysatoren wie Mangan/Vanadium werden an der Oberfläche des Filterbeutels angebracht und Ammoniakgas wird in den Staubabscheider des Beutelfilters oder dessen Rauchgaseinlass gesprüht. Unter der Wirkung des Katalysators reagiert das Ammoniakgas mit den Stickoxiden im Rauchgas und erzeugt Stickstoffgas. Dies ähnelt dem Entfernungsmechanismus von Stickoxiden im SCR-Reaktor (Selective Catalytic Reduction), der NO und NO2 mithilfe des Reduktionsmittels NH3 bei 180–400 °C unter der Wirkung des Katalysators selektiv zu N2 reduziert, während nahezu keine Oxidation erfolgt Es kommt zur Reaktion von NH3 und O2.

In den letzten Jahren haben sich viele Experten und Wissenschaftler der Entwicklung katalysatorbeschichteter Filtermaterialien verschrieben. Wang Xie nutzte Tensiddispersions-, Xu-Beschichtungs- und Saugfiltrationsmethoden, um MnO2/Polypyrrol-Katalysator auf PPS-Filtermaterial zu laden. Die Katalysatorbeladungsmenge beträgt etwa 44 g/m2. Unter Laborbedingungen kann der katalysatorbeschichtete PPS-Filterbeutel eine Denitrifikationseffizienz von 80 % bei 180 °C erreichen.

Zheng Weijie nutzte den Mechanismus relevanter Redoxreaktionen, um drei verschiedene Katalysatorkomponenten Mn-CeOx, Mn-SnOx und Mn-Ce-SnOx in situ auf der Oberfläche von PPS-Fasern wachsen zu lassen. Die Ergebnisse zeigten, dass unter Laborbedingungen die Denitrifikationsrate der drei verschiedenen katalysatorbeschichteten Filtermaterialien 100 % erreichen kann, wenn die Vorbereitungsbedingungen ein KMnO4/PPS-Massenverhältnis von 0,6 und die Denitrifikationsreaktionstemperatur 180 °C beträgt, und sogar der Filter Mit Mn-Ce-SnOx-Katalysator beschichtetes Material kann eine Denitrifikationsrate von 100 % bei einer Denitrifikationsreaktionstemperatur von 120 °C erreichen.

Zou Haiqiang nutzte Ultraschalldispersion, um 6 % MnO2/CNFs-Katalysator an der Oberfläche von aromatischem Polyester-Filtermaterial anzubringen, und nach der Beschichtung mit Polydopamin kann unter Laborbedingungen bei 180 °C die Denitrifikationseffizienz 80 % erreichen.

Wang Min befestigte MnOx am Filterbeutel des Beutelfilter-Staubabscheiders und untersuchte den Einfluss von Temperatur, Sauerstoffgehalt und Einlassgasdurchfluss auf den Denitrifikationseffekt. Die Forschungsergebnisse zeigten, dass bei einer Reaktionstemperatur von 150 °C und einem Rauchgasgehalt im Reaktionsgas von 5 % die Stickoxidentfernungsrate 75 % erreichen konnte.

Vergleichsstudie von Filterbeuteln mit Katalysator und Keramikfilterrohren mit Katalysator.

Die Prinzipien der Staubentfernung und Denitrifizierung für Filterbeutel mit Katalysator und Keramikfilterrohren mit Katalysator sind grundsätzlich ähnlich: Die Staubentfernung basiert hauptsächlich auf Siebung; Bei der Denitrifikation wird Ammoniak als Reduktionsmittel für die katalytische Denitrifikation verwendet, und beide verwenden Mangan-Eisen/Vanadium-Titan-Katalysatoren. Der anwendbare Temperaturbereich von Filterbeuteln liegt jedoch bei etwa 120 bis 280 °C, sodass für Filterbeutel mit Katalysatorbefestigung hauptsächlich Niedertemperatur- und Mitteltemperaturkatalysatoren verwendet werden.

Der anwendbare Temperaturbereich von Keramikfilterrohren ist breiter und beträgt bis zu 1000℃, sodass je nach den spezifischen Eigenschaften des Rauchgases und der Industrie Niedertemperatur-, Mitteltemperatur- oder Hochtemperaturkatalysatoren ausgewählt werden können. Dadurch kann das Phänomen der Abkühlung des Rauchgases vor dem Eintritt in den Staubabscheider aufgrund der hohen Temperatur vermieden werden, was sich positiv auf die Reduzierung des Energieverbrauchs auswirkt.

Derzeit ist die Denitrifikationseffizienz von Denitrifikationskatalysatoren bei mittlerer und hoher Temperatur höher als die von Niedertemperaturkatalysatoren, und die Preise sind relativ niedriger. Darüber hinaus reagiert Schwefeltrioxid im Rauchgas mit Ammoniak unter Bildung von Ammoniumsulfat, Ammoniumhydrogensulfat und anderen Schwefel-Ammonium-Verbindungen. Ammoniumhydrogensulfat hat eine hohe Viskosität und seine Viskosität nimmt mit sinkender Temperatur zu. Selbst wenn die Reaktionstemperatur unter 150 °C liegt, haftet es in flüssiger Form an der Oberfläche des Katalysators, adsorbiert Flugasche, verstopft die Poren des Katalysators und führt zur Deaktivierung des Katalysators. Daher trägt der stabile Betrieb von Keramikfilterrohren bei mittleren und hohen Temperaturen zur Verbesserung der Denitrifikationseffizienz und zur Verlängerung der Lebensdauer des Katalysators bei.

Die Online-Rückspültechnologie von Beutelfilter- und Filterrohr-Staubabscheidern kann die Lebensdauer des Katalysators effektiv verlängern. Obwohl sich Partikel auf der Oberfläche des Filterbeutels ablagern, können dennoch einige feine Partikel in das Innere des Filtermediums gelangen. Wenn sie mit dem am Filterbeutel befestigten Katalysator in Kontakt kommen, können die Poren auf der Oberfläche des Katalysators leicht verstopft werden, was zu einer Katalysatorvergiftung führt. Darüber hinaus können auch Alkalimetalle im Rauchgas die Aktivität des Katalysators verringern. Daher nimmt die Aktivität des Katalysators mit zunehmender Betriebszeit des Filterbeutels oder Keramikfilterrohrs allmählich ab. Die zeitgesteuerte Rückspülung von Beutelfiltern oder Keramikfilterrohr-Staubabscheidern kann den Einfluss feiner Partikel auf den Katalysator wirksam verlangsamen.

Durch den Einsatz der katalysatorgebundenen Filterbeuteltechnologie kann eine integrierte Entstickung und Staubentfernung erreicht werden, da sich die Stellfläche des Beutelfilters nahezu nicht verändert, wodurch die Stellfläche von Rauchgasreinigungsgeräten effektiv reduziert wird und sie besonders für neue oder renovierte Projekte geeignet ist begrenzter Platz. Die Höhe des Filterbeutels des Beutelfilters beträgt im Allgemeinen etwa 6 Meter und die Höhe des Staubsammelkörpers beträgt etwa 20 bis 25 Meter. Allerdings beträgt die Größe des Keramikfilterrohrs im Filterrohr-Staubkollektor im Allgemeinen nicht mehr als 3 Meter und die Höhe des Filterrohr-Staubkollektors beträgt etwa 18 bis 20 Meter. Daher ist die Stellfläche des Keramikfilterrohr-Staubsammlers kleiner als die des Beutelfilter-Staubsammlers und die Installation ist flexibler.

Der Beutelfilter mit am Filterbeutel befestigtem Denitrierungskatalysator befindet sich derzeit noch im Laborforschungs- und Entwicklungsstadium und es gibt derzeit keine praktischen technischen Anwendungsfälle. Die integrierte Hochtemperatur-Keramikfilterrohr-Entstickungs- und Staubentfernungsausrüstung wird jedoch in vielen Branchen eingesetzt, beispielsweise in der Verbrennung von Bauabfällen im In- und Ausland, in der Abfallschlammverbrennung, in Glasöfen, in Nichteisenmetallen, in Biomassekraftwerken und in der Verbrennung gefährlicher Abfälle. und Zementöfen.

Im Jahr 2011 begann die Bauabfallverbrennungsanlage Ishinomaki in der japanischen Präfektur Miyagi mit der Nutzung der katalysatorbefestigten Keramikfilterrohrtechnologie. Die Dioxinkonzentration im ursprünglichen Rauchgas betrug 40 ng DE/Nm3 (der Sauerstoffgehalt des trockenen Rauchgases betrug 10 %), während die Dioxinkonzentration im Austrittsrauchgas <0,06 ng ±0,02 ng DE/Nm3 (trockenes Rauchgas) betrug Der Sauerstoffgehalt betrug 10 % bei einer Entfernungsrate von 99,85 %.

Das Biomassekraftwerk Jinan Weiquan hat die Renovierung des Rauchgasreinigungssystems am 11. Januar 2020 abgeschlossen. Das integrierte System zur Entstickung und Staubentfernung mit Hochtemperatur-Verbundfilterrohren und die dazugehörigen Geräte wurden in Betrieb genommen. Seine Rauchgasemissionen erfüllen laut Online-Überwachung die in der Umweltverträglichkeitsprüfung dieses Projekts geforderten Emissionsgrenzwerte: Stickoxide <50 mg/Nm3 und Feinstaub <15 mg/Nm3. Zusätzlich zu den oben genannten Branchen bestehen auch gewisse Aussichten auf Förderung und Anwendung in Bereichen wie der Verbrennung fester Siedlungsabfälle.

Abschluss

In den letzten Jahren waren viele Industriezweige in China, darunter Stahl, Wärmekraft, Biomasseverbrennung, Müllverbrennung zur Stromerzeugung und die Verbrennung gefährlicher Abfälle, mit immer strengeren Emissionsnormen konfrontiert. Neue Projekte nutzen oft eine Kombination aus traditionellen und anderen Technologien, um strengere Emissionsstandards zu erfüllen, was zu einer Zunahme der Anzahl von Emissionskontrolltechnologierouten sowie zu einem erheblichen Anstieg der Fläche und der erforderlichen Investitionen für Emissionskontrollanlagen führt. Gleichzeitig ist bei vielen bestehenden Projekten der Platzbedarf vor Ort begrenzt, was es schwieriger macht, eine Kombination von Technologien zur Modernisierung zu nutzen. Daher besteht im Bereich der Emissionskontrolle ein dringender Bedarf an Geräten, die mehrere Funktionen in einem Emissionskontrollsystem integrieren.

Die in diesem Artikel vorgestellten Prozesse von katalysatorbeschichteten Filterbeuteln und katalysatorbeschichteten Filterrohren können eine integrierte Denitrifikation und Staubentfernung erreichen sowie andere giftige und schädliche Bestandteile wie Dioxine im Rauchgas effektiv entfernen und so eine koordinierte Behandlung mehrerer Schadstoffe erreichen . Dieser Ansatz kann die Schwierigkeiten beim Betrieb und bei der Wartung von Geräten wirksam reduzieren und ist in vielen Branchen weit verbreitet, insbesondere bei Projekten mit geringerer Rauchgasbehandlungskapazität. Daher ist der Einsatz integrierter Denitrifikations- und Staubentfernungsfilterbeutel und Keramikfilterrohre einer der zukünftigen Entwicklungstrends im Bereich der Emissionskontrolle.