雙層煙氣過濾元件及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雙層煙氣過濾元件及制作方法，具體的講是具有兩層過濾結(jié)構(gòu)的煙氣過濾元件，特別適合但不僅限用于對高溫氣體脫硝中。
【背景技術(shù)】
[0002]目前大多數(shù)的燃煤電廠及煤化工企業(yè)的廢煙氣處理系統(tǒng)都具有氣固分離系統(tǒng)、SCR催化反應(yīng)系統(tǒng)、以及其它子系統(tǒng)，例如有煤粉鍋爐、排煙道、煙氣混合氣、脫硝反應(yīng)器等。而在工業(yè)爐氣中常含有大量粉塵和氮氧化物，例如燃煤電廠鍋爐的爐氣，其所含的氮氧化物是促成酸雨形成的主要原因，且一般每升燃煤電廠鍋爐的爐氣中還含有數(shù)十克的粉塵。針對諸如燃煤電廠鍋爐的爐氣等高粉塵及氮氧化物含量的工業(yè)爐氣的凈化采取的通常方法是:首先將爐氣引入SCR反應(yīng)器(在將爐氣引入SCR反應(yīng)器的過程中還需向爐氣中注入還原劑，該還原劑通常為氨水)從而將氮氧化物還原為無害氮氣，實現(xiàn)爐氣脫硝凈化，然后將脫硝后的爐氣引入電除塵器以除去爐氣中的粉塵，再將除塵后的氣體引入脫硫塔脫硫凈化后排放。所說的術(shù)語“SCR”指Selective Catalytic Reduct1n，即選擇性催化還原。
[0003]上述SCR反應(yīng)器中的催化劑是影響SCR系統(tǒng)整體脫硝效果的重要因素。最初開發(fā)的SCR催化劑為顆粒狀，目前則主要采用蜂窩狀或平板狀催化劑。蜂窩狀催化劑和平板狀催化劑上都排布有眾多可供煙氣通過的格孔，這些格孔的大小可根據(jù)煙氣中粉塵的濃度和大小進行選擇，使用時煙氣從催化劑的一側(cè)通過由這些格孔構(gòu)成的通道流向催化劑的另一偵牝其間煙氣與格孔內(nèi)壁上的催化活性物質(zhì)接觸，從而將煙氣中的氮氧化物還原為無害氮氣。上述的蜂窩狀催化劑和平板狀催化劑一般由載體和催化活性層構(gòu)成，其中載體先被制成蜂窩狀或平板狀(一般采用擠壓成型)，然后再在載體上附著由催化活性物質(zhì)構(gòu)成的催化活性層。
[0004]但由于SCR催化劑是直接與高含塵量的煙氣接觸的，如果直接對含塵煙氣進行催化很容易導(dǎo)致催化活性物質(zhì)中毒，并且還由于煙氣對催化劑的摩擦和沖擊，容易導(dǎo)致催化劑開裂甚至脫落，使得催化劑的壽命縮短。如果是先將含塵煙氣通過濾芯過濾后再進行催化還原反應(yīng)，由于過濾和催化的設(shè)備不同，各個設(shè)備分別獨分散，非常不利于流程化操作和維護。
[0005]同時，當(dāng)單一濾芯出現(xiàn)損壞或斷裂等故障后即導(dǎo)致整個過濾系統(tǒng)故障，而對故障的排查通常比較困難和繁瑣，需要對所有濾芯進行逐一檢查，費時費力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種雙層煙氣過濾元件及制作方法，使對含塵煙氣的過濾和催化還原能夠在一個系統(tǒng)中完成，并且當(dāng)外層濾芯出現(xiàn)故障時仍能進行正常過濾。
[0007]本發(fā)明的雙層煙氣過濾元件，包括均具有多孔金屬過濾層的外層濾芯和內(nèi)層濾芯，外層濾芯主要用于對煙氣除塵以及將氣體混合均勻的作用，內(nèi)層濾芯固定于外層濾芯的腔體內(nèi)，在內(nèi)層濾芯的表面覆有催化物質(zhì)。多孔金屬是現(xiàn)有的一種金屬材料，是一種內(nèi)部具有許多平均孔徑在I?200 μ m的細小微孔的金屬。多孔金屬可以為單一金屬，也可以為金屬間化合物，金屬間化合物也叫固體相涉及金屬，是由兩種或兩種以上金屬構(gòu)成的復(fù)合物。金屬間化合物構(gòu)成的外層濾芯在高溫氣體過濾中有非常顯著的優(yōu)點。內(nèi)層濾芯的表面覆有催化物質(zhì)，當(dāng)煙氣經(jīng)外層濾芯過濾掉其中的顆粒雜質(zhì)后，煙氣中的顆粒雜質(zhì)基本都得到了過濾，且濾過的氣體的均勻性得到顯著提高，并且可以與內(nèi)層濾芯表面的催化物質(zhì)進行安全的催化反應(yīng)，同時內(nèi)層濾芯還對煙氣進行進一步的過濾，進一步過濾殘余的粉塵雜質(zhì)。而當(dāng)外層濾芯出現(xiàn)損壞、斷裂等故障后，內(nèi)層濾芯仍然能夠正常工作，不會影響至整個過濾系統(tǒng)出現(xiàn)故障，例如當(dāng)外層濾芯出現(xiàn)不可恢復(fù)的堵塞后，可將外層濾芯拆除并安裝新外層濾芯后繼續(xù)使用。本發(fā)明的雙層煙氣過濾元件還適用在高溫下對煙氣進行過濾，例如對煙氣進行SCR脫硝時，催化物質(zhì)可以是以1102為基材，以V2O5為主要活性成份，以WO 3、MoO3為抗氧化和抗毒化輔助成份構(gòu)成。其它煙氣處理時，選用現(xiàn)有相應(yīng)的催化物質(zhì)即可。
[0008]本發(fā)明過濾元件的結(jié)構(gòu)看似簡單，但能夠?qū)⒛壳安煌ば虻牟煌O(shè)備整合為一體，而且還能夠避免催化物質(zhì)直接接觸含塵煙氣而中毒失效，當(dāng)濾芯出現(xiàn)簡單故障時也能夠保持正常工作狀態(tài)，這在工業(yè)管理效率和煙氣處理效率上都得到了巨大的提高，這在傳統(tǒng)方式的煙氣處理中是不具備的，同時由于各種效率的提高而為生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益。
[0009]進一步的，在內(nèi)層濾芯的凈氣腔中裝填有所述的催化物質(zhì)，這樣能夠?qū)煔庵械挠泻Τ煞指浞值倪M行反應(yīng)，有效避免內(nèi)層濾芯表面的催化物質(zhì)與煙氣反應(yīng)不充分。
[0010]進一步的，在雙層煙氣過濾元件的端部設(shè)有安裝接頭，這樣能夠方便將雙層濾芯與花板等過濾器中的其它設(shè)備連接。
[0011]其中一種連接結(jié)構(gòu)為，所述的安裝接頭通過螺紋結(jié)構(gòu)連接于雙層煙氣過濾元件的端部。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，但有可能會出現(xiàn)螺紋連接處密封不嚴密的問題。
[0012]另一種連接結(jié)構(gòu)為，所述的安裝接頭通過法蘭結(jié)構(gòu)連接于雙層煙氣過濾元件的端部，同樣能夠保證連接處的密封，并且組件更換也簡單方便。
[0013]本發(fā)明還提供了一種用于上述雙層過濾元件的制作方法，包括了外層濾芯制作和內(nèi)層濾芯制作。其中在外層濾芯制作是，先在金屬粉末中加入制粒劑，將金屬粉末制備為金屬顆粒；然后將所述金屬顆粒在例如100?300MPa的冷等靜壓環(huán)境下壓制為外層濾芯壓坯，將所述外層濾芯壓坯燒結(jié)為多孔金屬結(jié)構(gòu)的外層濾芯。冷等靜壓是一種常用的壓制技術(shù)，是將裝入密封、彈性模具中的物料，置于盛裝液體或氣體的容器中，用液體或氣體對其施加以一定的壓力，將物料壓制成實體，得到原始形狀的坯體。壓力釋放后，將模具從容器內(nèi)取出，脫模后，在根據(jù)需要將坯體作進一步的整形處理。燒結(jié)時濾芯壓坯可以在950°C?1300°C的溫度下通過真空燒結(jié)為具有多孔金屬結(jié)構(gòu)的濾芯，其中燒結(jié)溫度還可以是 1000°C?12000C ο
[0014]內(nèi)層濾芯制作的步驟包括了:a、制備多孔結(jié)構(gòu)的濾層基體；b、配置用于覆于所述濾層基體上的載體的溶膠，再將濾層基體浸漬到所述溶膠中，然后使濾層基體中的溶膠凝膠化，再對附著所述凝膠的濾層基體進行熱處理，使凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米顆粒；C、配置催化物質(zhì)溶液，再將覆有以凝膠納米顆粒為載體的濾層基體浸漬到所述催化物質(zhì)溶液中，然后對附著有催化物質(zhì)溶液的濾層基體進行熱處理，在所述濾層基體上形成催化層；最后將內(nèi)層濾芯固定于外層濾芯的腔體中。
[0015]進一步的，將催化物質(zhì)裝填入所述內(nèi)層濾芯的凈氣腔中，這樣能夠使煙氣得到更充分的反應(yīng)。
[0016]具體的，制作外層濾芯時所述的金屬粉末中至少包括鐵粉和鋁粉，其中鐵粉的重量比為40?80%，銷粉的重量比為15?30%，根據(jù)過濾元件的使用環(huán)境，還可以加入重量比小于20%的其它金屬粉末，例如鉻(Cr)，鎳(Ni)，硅(Si)以及其它稀土元素(如鈰、鑭、釔等)。其它金屬粉末的作用主要是為了改善過濾元件濾層材料的一些特性，包括耐腐蝕性能、韌性、力學(xué)性能、孔隙分布及其大小等，如添加Cr，可以明顯提升材料的抗拉強度、三點抗彎、壓潰強度等力學(xué)性能，還能夠顯著提升材料在強酸強堿等惡劣環(huán)境下的耐腐蝕性能。這樣制成的金屬間化合物結(jié)構(gòu)的濾芯更能夠適合對高溫氣體的過濾。是否添加其它金屬粉末可以根據(jù)實際工況條件具體確定，若實際使用條件比較溫和，則可以不添加，如果使用環(huán)境比較惡劣(如含硫、含氟或其它酸堿性環(huán)境)，則必須添加相應(yīng)金屬粉末，以保證過濾元件適用于該環(huán)境。
[0017]具體