用陶瓷催化过滤器控制玻璃炉废气



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一站式多空气污染物控制解决方案。

介绍

通过在一个外壳盒装系统中使用催化剂浸渍的陶瓷过滤元件,可以同时去除烟道气中的微粒、氮氧化物和硫氧化物。大多数已安装的污染控制设备由 59% 的袋式除尘器织物过滤器和 39% 的 ESP 主导。通过使用 3 合 1 CCF 工艺,与传统的 ESP/袋式除尘器和 SCR/SNCR 配置相比,可以节省 10% 至 20% 的资本支出以及节省绘图空间。目前,美国有 74 个玻璃生产基地,包括 133 个熔炉,其中 42 个熔炉安装了空气污染控制设备。其中 25 个地点已投入使用或正在安装 CCF 装置。随着越来越多的设施开始安装或升级其设备,CCF 基础只会增加。

在我们呼吸的空气中发现的三种最常见的污染物是颗粒物 (PM)、氮氧化物 (NOx) 和硫氧化物 (SOx)。二氧化氮 (NO2) 是一种高活性气体或氮氧化物 (Nox)。氮氧化物包括亚硝酸和硝酸。用于去除 NOx 的常见设备类型是选择性催化还原 (SCR),它在催化剂的帮助下在 700 F 左右与氨反应,以及选择性非催化还原 (SNCR),它在更高的温度下与氨反应以还原 NOx。

美国环境保护署 (USEPA) 对所有三种污染物进行监管。这三个主要污染物来源可引发呼吸困难和哮喘,并造成酸雨、能见度受损和水质影响造成的环境危害。

氮氧化物处理

NOx 的催化还原在600 到 700°F之间的典型温度范围内进行 。NOx还原操作是通过注入氨基试剂来进行的。

在高温炉尾气 1150°F 的应用中,可以使用喷水、新鲜空气稀释或热交换器来冷却和控制气体速度和温度分布,以达到最佳反应条件。

SOx 处理

由于生成硫酸,主要是 SO2 的一组硫氧化物 (SOx) 受到关注。对于 SOx 去除,常用的设备是湿法烟气脱硫 (WFGD)、循环干式洗涤器 (CDS) 和半干式洗涤器 (SDA)。

石灰在 350°F 至 1200°F 的操作温度范围内与 SO2 反应,以通过以下反应形成盐和水,其中使用钙(熟石灰)和钠基吸附剂(碳酸氢钠或天然碱)。

PM处理

微粒物质是固体颗粒、液滴、灰尘、污垢、烟灰和烟雾(大小从 2.5 微米到 10 微米不等)的混合物,包含碱、酸、化学品、液体、固体、金属粉尘和气体颗粒,通常是使用袋式除尘器 – 织物过滤器或湿式或干式静电除尘器(ESP、wetESP)去除。对 PM10(<10 微米)和 PM2.5(小于 2.5 微米)等颗粒物 (PM) 的限制均进行了规定。

多污染物控制:三合一

如图 3 所示,工业上常见的去除 NOx、SOx 和 PM 的方法有三种(SCR、SDA、Baghouse)。各种技术和设备已成功用于污染物控制。使用陶瓷催化过滤器的好处是减少使用的设备数量,从而减少现场占地面积。图 8 总结了 CCF 装置对各种污染物的去除效率。

图 1:ESP 与 CCF 与袋滤室织物过滤器。单个 CCF 装置以更小的占地面积、更低的运营和维护成本实现了相同的去除效率

图 1: ESP 与 CCF 与袋滤室织物过滤器。单个 CCF 装置以更小的占地面积、更低的运营和维护成本实现了相同的去除效率。

陶瓷催化过滤器盒装外壳 (CCF)

图 2:在 5 个过滤箱中安装了 FLKCAT 过滤器元件的烟气处理系统

图 2:在 5 个过滤箱中安装了 FLKCAT 过滤器元件的烟气处理系统。

织物过滤器(也称为袋滤室)和陶瓷过滤器可以捕获超过 99.9% 的颗粒物, 包括 PM2.5。当与吸附剂注入相结合以去除额外的污染物(如汞、SOx 和其他酸性气体)时,这些系统将成为多污染物系统 。NOx 可以通过过滤器元件中的 SCR 催化剂和上游注入氨或(如果 温度足够高)尿素来去除 。

陶瓷过滤器因其实心管形状也被称为烛式过滤器。低密度陶瓷过滤器可以带有或不带有嵌入式催化剂。

使用催化陶瓷过滤箱系统可以一步控制多种污染物。已经发现这种系统的优点是;

  1. 资本支出节省:用于 PM< NOx 和 SOx 控制的设备更少
  2. 去除二恶英、重金属
  3. 减少公用事业的使用。整个系统的压降更低
  4. OPEX 节省降低了维护成本,减少了需要维护的设备。
  5. 运动部件少
  6. 高效去除污染物
  7. 可在高废气温度下运行。(> 350 华氏度)
  8. 模块化设计:一次维护一个过滤箱,不中断运行。
  9. 催化剂滤芯的使用寿命为 5 至 10 年。
  10. 通过自动在线脉冲喷射清洗实现滤饼去除
  11. 操作远离酸和水露点

陶瓷烛式过滤器

烛形陶瓷过滤器是一种刚性管,孔隙率为 80-90%,重量轻的耐火纤维加上有机和无机粘合剂。通常添加分散剂、成孔剂、高温粘合剂和增塑剂以生产具有优异耐热性和抗热震性的过滤管。由于纤维结构,存在高内表面积。过滤器通常以 10 英尺长、6 英寸直径、12.5 千克(27 磅)的重量提供。

有关详细尺寸,请参阅图 7。一些供应商正在研究更长的 20 英尺长度,允许每箱更少的元件,因此甚至更低的足迹。

由直径约 3 µm 的纤维组成的低密度陶瓷过滤器通过纤维浆真空成型为刚性管状纤维过滤元件。安装过滤器元件作为传统脉冲喷射清洁织物过滤器元件的替代品。过滤器元件通过整体法兰自支撑,如图 3、4 和 5 所示。穿过过滤箱的压降保持在 4“ wg在干净的情况下。

干燥的钙基或钠基吸附剂被注入到陶瓷过滤器上游的烟气中以 去除 SO2。也可以注入活性炭或溴化活性炭以去除 汞。烟道气被 ID 风扇吸入过滤器管壁,收集的 颗粒在管外形成滤饼(见图 6)。通过注入氨或尿素的催化还原去除氮氧化物 ,形成氮和水;催化剂嵌入 过滤壁内。干净的烟气然后向上通过管道进入增压室。使用标准脉冲喷射方法定期从过滤器壁上清除滤饼 。最佳脉冲喷射频率和压力可改善氮氧化物的减少。

陶瓷过滤器被喷雾嵌入并用催化剂浆液干燥,以进行反应以去除 NOx。催化过滤器滤芯主要由 Al2O3、SiO3、TiO2、V2O5 和 WO3 组成。微小尺寸的催化剂颗粒分布在整个壁厚上,从而产生大的催化表面积。它们的微孔结构和小尺寸部分解释了在较低温度下增加的反应性。

催化陶瓷过滤器占地面积小,操作简单。它们可以取代现有的 ESP 并消除对单独 SCR 装置的需要。因此,它们可以在没有足够空间安装传统 SCR 装置的工业工厂中进行改造。

箱式外壳单元的模块化设计允许配置过滤器来处理大流量 。系统可以设计为在需要时可以将单个盒子脱机,并且

剩下的两个或多个盒子继续在略高的压力下运行,过程本身不会中断,排放也没有明显变化。

在此过程中不消耗水,因此不产生废水。然而,飞灰需要处理。当催化陶瓷过滤器达到使用寿命时,需要对其进行处理。已发现催化剂寿命高于高粉尘常规 SCR 系统。陶瓷过滤器的典型寿命为五到十年,有些装置运行时间超过 10 年。陶瓷催化过滤器尚未用于燃煤电厂和水泥厂中的高粉尘应用。

安装过滤器

图 3:安装的 FLK 陶瓷催化过滤器滤芯

图 3:安装的 FLK 陶瓷催化过滤器滤芯

图 4:安装 FLK 陶瓷催化过滤器元件,图 5:安装的 FLK 陶瓷催化过滤器元件

图 4:安装 FLK 陶瓷催化过滤器元件 图 5:安装的 FLK 陶瓷催化过滤器元件

图 6

图 6

图 7

图 7

图 8. 污染物去除性能总结

图 8. 污染物去除性能总结

参考

Carpenter Anne M (2013) Advances in multi-pollutant control; IEA Clean Coal Centre
Heidenreich S (2013) Hot gas filtration - a review. Fuel; 104; 83-94 (Feb 2013)
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Moss K D (2012a) Ceramic filter systems. Ceramic Industry; 23-27 (Jun 2012)
Moss K (2012b) Advanced air pollution control in one system. Pollution Engineering; 12-16 (Jan 2012)
Startin A, Elliott G (2009) Controlling emissions with ceramic filters. Chemical Engineering; 35-39 (Jan 2009)

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