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粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒。隨著我國經濟和社會的發展，民眾對生存環境的要求越來越高。能源、化工、鋼鐵等行業每年都會產生近千萬噸的粉塵，對人體健康、大氣環境和生產經濟都造成了嚴重的影響。尤其燃煤電廠排放的大量煙塵幾乎都是可吸入顆粒物（PM10和PM2.5），對人體健康危害 很 大。2014年， 我國 發展改革委、環保部、能源局3部委聯合 印發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，行動計劃明確了在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/Nm3的_低排放要求，不斷收緊的環境政策給我國以煤為主的能源結構帶來了巨大環保和經濟壓力。
截至2016年底，已投運火電廠煙氣脫硝機組容量約9.1億kW，占 我 國火電機組容量的86.7%，占 我 國煤電機組容量的91.7%，其中90%以上采用SCR脫硝技術。同時為了維持催化劑的高活性及運行的經濟性，現有SCR脫硝系統普遍采用高塵布置方式，即：SCR反應器布置在鍋爐省煤器與空氣預熱器之間。由于前端無除塵裝置，煙氣中的高濃度粉塵和Ca、Se等金屬元素對催化劑造成了損害，磨損、堵塞和中毒等問題普遍存在，降低了催化劑的壽命及SCR系統的脫硝能力。同時，受燃煤供應能力的限制，電廠燃煤煤質有越來越劣質的趨勢，由于高溫煙塵導致的催化劑和空預器堵塞、磨損等問題必將會越來越凸現。由此可見，在SCR系統之前進行高溫除塵處理，減少煙氣中的粉塵顆粒濃度，以消除高濃度粉塵對催化劑和空預器等后端設備帶來的不 利影響，具有_重要 的意義。同時，采用高溫除塵技術是對現有電廠技術的一次重大創新，它將有效降低現有污染處理設備運行能耗和運行成本，提高電廠運行穩定性，還可為我國燃煤電廠的_低排放提供一種新的技術路線。本文重點介紹高溫除塵技術現狀及在高溫條件下飛灰的性質。
1技術及應用占有情況
1.1高溫條件下飛灰性質在高溫條件下，飛灰會發生軟化或燒結，從而引起過濾材料表面堆積1層粘性粉塵，導致過濾堵塞、能耗升高等問題。通常使用膨脹計或高溫流變計測量粉塵軟化溫度。這個溫度取決于粉塵的化學成分。氯化物如NaCl、KCl或CaCl2可降低軟化溫度。酸性氧化物如SiO2、Al2lO3、TiO2等物質的含量上升會對提高軟化溫度。隨著溫度升高，粉塵粘結力越來越強，會發生粉塵搭橋，搭橋程度過大，堵塞孔隙影響過濾效果。通過膨脹計、熱差分析和示差掃描量熱法研究褐煤灰的熱變性質以及在高溫條件下的過濾特性，結果褐煤灰的不穩地過濾發生在600°C以上，燒結出現在820°C以上。同時不同溫度條件下的飛灰顆粒的捕集原理不同。小于1μm的粉塵顆粒，溫度升高可提高除塵效率，在這個尺寸范圍內，擴散力決定了除塵效率。隨著溫度升高，顆粒運動加快，提高了顆粒擴散速率和碰撞機率，增 加了顆粒被捕集的概率。因此，溫度升高時小顆粒粉塵的脫除效率升高。
對于一般的燃煤電廠，350～500°C溫度區間的高溫煙氣，飛灰性質比較穩定，發生燒結、軟化和搭橋現象可能性較小。
1.2高溫除塵技術應用現狀
目前，能有效脫除高溫煙氣中塵粒的方法，主要有旋 風除塵器、電除塵器、布袋除塵器、濾筒除塵器、顆粒床除塵技術、高溫陶瓷過濾技術、多孔金屬過濾技術。
（1） 旋風除塵器。旋風除塵器是通過含塵氣體的運動，使塵粒借助離心力作用而從氣體中被分離捕集的裝置。
當含塵氣流由進氣管進入旋風除塵器時，氣流將由 直線運動變為圓周運動。旋轉氣流的絕大部分沿器壁自圓筒體呈螺旋形向下，朝錐體流動，通常稱此為外旋氣流。含塵氣體在旋轉過程中產生離心力，將重量較大的塵粒甩向器壁。塵粒一旦與器壁接觸，便失去慣性力而靠入口速度的動量和向下的重力沿壁面下落，進入排灰管。旋轉下降的外旋氣流在到達錐體時，因圓錐形的收縮而向除塵器中心靠攏，其切向速度不斷提高。當氣流到達錐體下端某一位置時，即以同樣的旋轉方向從旋風除塵器中部，由下反轉而上，繼續作螺旋形流動，即內旋氣流。凈化氣經排氣管排出旋風除塵器外，一部分未被捕集的塵粒也隨之帶出。
旋風除塵器具有良好的_性能（1000°C下），結構簡單 ，造價低。旋風除塵器對于10～20μm的粉塵，其除塵效率可達到95%以上，但對于小于10～20μm的粉塵，除塵效率只能達到60%～80%，由于其分離效率較低，達不到環保要求。因此，旋風除塵器遠不能滿足燃煤電廠的排放要求。
（2） 電除塵器。在高壓靜電作用下使塵粒帶有負電荷后，在電場力的作用下塵粒向帶有正電荷的_板方向運動，當塵粒到達_板后放出負電荷，開始附著在收塵_板的板面上，形成粉塵集聚物。然后由振打裝置敲擊_板，使粉塵脫落進入灰斗。此外，靜電力作用于顆粒，因此電除塵器具有低阻力、低耗能、處理范圍大等特點，是目前我國燃煤電廠應用 較 廣的除 塵技術。電除塵技術其優點明顯。但目前應用的常規電除塵器造價高，同時存在電暈不穩定、長時間運行后材料腐蝕；在高溫條件下對氣體成分性質敏感，粉塵比電阻變化導致除塵效率下降等問題。
常規電除塵器一般用來處理溫度不高于200°C的煙氣，當前燃煤電站運行的絕大部分電除塵器都屬于這類。常規電除塵器安裝于空氣預熱器之后，運行煙氣溫度通常在120～160°C范圍內；高溫電除塵器一般用于處理高于300°C的煙氣，在燃煤電站，高溫電除塵器一般安裝于空氣預熱器之前，入口煙氣溫度在300～450°C范圍內。高溫電除塵器主要是通過采用高性能電_材料提高_性，以及高性能鋼材提高除塵器結構穩定性等方式，進行高 溫電除塵。截止2006年，安裝有高溫電除塵器的燃煤電站占到了美總裝機容量的11.3% ，主要方式是“高溫電除塵器+濕法脫硫”及“高溫電除塵器+SCR+濕法脫硫”。高溫電除塵器在日本被用于大容量燃煤發電機組，主要用來保護脫硝設備中的選擇性催化還原反應催化劑免受飛灰的機械磨損和化學毒化
高溫電除塵器目前主要問題：①投資費用高。高溫電除塵器由于其運行溫度高，導致本體體積與建造所使用的鋼材品類都發生了很大的變化，對防腐與鋼材穩定性提出了_高的要求。②與常規電除塵器相比，由于高溫電除塵器體積_加龐大，導致其散熱損失增加，從而降低了高溫電除塵器運行的經濟性。③溫度升高，氣體密度變小，電離效應加強，引起起暈電壓、擊穿電壓降低，電弧電壓和電暈電壓之間的差值變小，電壓工作范圍變窄，影響電除塵器除塵效率和工作的穩定性。④溫度升高，氣體的黏性增大，影響除塵效率。
目前富士電機有限公司的高溫靜電除塵器，采用的是金屬網過濾式靜電除塵器技術，除塵效率98%以上，粉塵出口濃度在10mg/m3以下，耐受300～400°C高溫，壓力損失在500Pa以下，多應用于鋼鐵、玻璃、鋁業等行業。
（3） 布袋除塵器。袋式除塵器的工作原理是含塵氣體由除塵器下部進氣管道，經導流板進入灰斗時，由于導流板的碰撞和氣體速度的降低等作用，粗粒粉塵將落入灰斗中，其余細小顆粒粉塵隨氣體進入濾袋室，用纖維等材料編制物制作的袋式過濾布，在含塵氣體單向通過濾布，塵粒在繞過濾布纖維時因慣性力作用與纖維碰撞而被攔截；細微的塵粒（粒徑為1μm或_小）則受氣體分子沖擊（布朗運動）不斷改變運動方向，由于纖維間的空隙小于氣體分子布朗運動的自由路徑，塵粒便與纖維碰撞而被分離出來；足夠多的塵粒堆積在濾布纖維 表面，形成濾餅，這種濾餅又通過篩濾等機理，得以捕集_細的塵粒。塵粒留在上游或濾布的含塵氣體側，而干凈氣體通過濾布到下游或干凈氣體側，當塵粒沉積到程度后，借助于氣 力或機械方法，將塵粒從濾布上除去，收集并運走。布袋除塵器能有效地捕集微細粒塵，尤 其對0.1～1μm的煙塵捕 集效果好，除塵效率 可達_以上。若同時采取輔助措施（如采用 覆膜濾料等），能有效提高PM2.5的脫除率，并協同脫除As、Se、Hg等重金屬、硫氧 化物、氮氧化物。布袋除塵器不受煙氣成份、比電阻等粉塵性質的影響，無二次污染。
布袋除塵器也存在不足，如運行阻力大，濾袋濾料的壽命受煙塵溫度、酸露點等的影響；濾袋需要清灰，但清灰必使濾袋發生激振，且過濾時大顆粒粉塵磨損濾袋，縮短濾袋壽命，一般情況下濾袋平均使用壽命不到2年，使得袋式除塵器在燃煤電廠的應用受到了限制。同時布袋除塵器的_能力有限，常用的濾料一般適用于120～130°C范圍，玻璃纖維等濾料也需要低于250°C，不能在350～500°C高溫下使用。
（4） 濾筒除塵器 。濾筒式除塵器是20世紀80年代由美唐納森公司在袋式除塵器的基礎上生產的一種新型除塵器，濾筒除塵器主要有3大部分，箱體、濾筒、清灰系統。
①箱體是整個除塵器的外殼，包括氣箱和灰斗，氣箱主要是提供所需的除塵空間，有利流場的合理分布，灰斗收集過濾下來的粉塵；②濾筒是由外層、內層和中間層構成，內層和外層均為金屬網等材料，中間為褶型的濾料。濾筒用濾料的特點是，把亞微米級的薄纖維黏附在一般濾料上，該黏附層上的纖維間排列非常緊密，其間隙0.12～0.6μm，由于采用密集的折疊，使其過濾面積大為增加， 較 大的過濾面積是濾筒的突出特點；③清灰系統主要包括噴吹管、脈沖閥、氣包等。當濾筒表面積灰達到 額定 厚度，_要進行清灰，反吹清灰：打開處于閉合狀態的脈沖閥，壓縮空氣直接噴入濾筒中心，對其進行脈沖清灰。濾筒除塵器除塵效率高，阻力小（一般粉塵壓損小于1000Pa，粘附力較強粉塵壓損小于1500Pa），節能，入口 濃度和過濾風速范圍大，處理能力強，具有很廣的適應性。同時，濾筒除塵器使用壽命長、投資和維護費用低，相對布局較緊湊，節約空間，便于維護。主要缺點：①濾筒在使用過程中易導致糊袋、板結、腐蝕現象，_性能較差，需要開發新型濾料，以提高其_、_等方面的性能；②因為其褶皺型結構，常常導致其清灰 力度 不夠，同時反吹壓過大，會導致濾料損耗。目前國外有技術廠家，通過結合新型陶瓷濾料使濾筒型除塵器應用在生物質發電行業，在550°C高溫煙氣條件下，粉塵去除率達到95%。
（5） 顆粒床除塵技術。顆粒層過濾器是利用物化性質較穩定的固體顆粒組成過濾層，用_的顆粒介質作為濾料（細砂、石英砂、活性炭等），實現對含塵氣體的過濾，達到凈化氣體的目的。優點是_、抗沖擊、耐磨損、_、除塵效率較高、性能穩定及過濾介質費用低。存在的問題是設備龐大，造價高，對細粉塵捕集效率不高，系統磨損等，故離工業應用還有一段距離。
移動式顆粒層過濾技術是利用化學性質穩定的固體顆粒（瓷環、活性炭等），形成移動式過濾層脫除粉塵。優點是_、易控制、運行可靠、負荷變化范圍寬，除塵效率受煙氣成分 的影響小，除塵效率高等；但在降低磨損、減小壓降以及提高對微細顆粒捕集能力等問題上仍需做進一步研究。
（6） 高溫陶瓷過濾技術。目前正在開發和應用的多孔陶瓷材 料具有_、_、耐磨損、重量輕、價格低、除塵效率高、使用壽命長等優點，已成為過濾式干法除塵裝置的主要材料，其主要缺點是陶瓷過濾材料性脆，延展性和韌性較差，難于與系統整體封接；還由于熱傳導性差，使得難以承受急冷急熱負荷波動，即抗熱震性差；在高溫、高壓條件下，陶瓷材料的整體強度，操作的長期性，可靠性存在不少問題。不過，通過與其他纖維或金屬材料混合的高性能復合材料在脆性和傳熱性等方面有很大提高。
目前已研制開發的高溫陶瓷過濾材料主要包括：①氧化物陶瓷材料，如氧化鋁/莫來石、堇青石、氧化鋯 等；②非氧化物陶瓷材料，如反應結合碳化硅、黏土結合碳化硅、熱壓燒結氮化硅、羥基磷灰石等。其按照形狀一般分為泡沫多孔陶瓷、蜂窩多孔陶瓷和纖維多孔陶瓷。
高溫陶瓷過濾材料除塵器。多孔陶瓷過濾器通常由一個或多個起主要過濾作用的過濾單元組成，多孔陶瓷過濾單元一般分為3種：蠟燭狀、管狀、塊狀。目前商業應用較多的是蠟燭狀和管狀過濾單元。
我國是以燃煤發電為主的能源結構，各個燃煤電廠現有的煙氣除塵方式都為傳統方式，即煙氣首先經過降溫再除塵，煙氣熱量沒有得到有效的回收利用。同時各個電廠對小顆粒粉塵去除率低，造成大氣污染的同時，還對后續脫硝過程中的催化劑和空預器有很大的危害，提高了煙氣凈化成本。因此，_加環保的高溫高塵煙氣除塵技術顯得尤其重要。在未來發展中，開發以高溫陶瓷材料和多孔金屬材料為核心的過濾元件，并對目前常規高溫除塵技術進行 有機的整合，將是實現我國燃煤電廠高溫除塵技術的重要發展方向。找到一條合適的技術路線，實現高溫除塵技術的突破，是解決目前燃煤電廠眾多SCR系統問題的關鍵，將有利于電力行業污染治理技術的革命性發展。
冀公網安備13092902000218號