烟气过滤元件及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及烟气过滤元件及制作方法，特别适合但不仅限用于对高温气体脱硝中。
【背景技术】
[0002]目前大多数的燃煤电厂及煤化工企业的废烟气处理系统都具有气固分离系统、SCR催化反应系统、以及其它子系统，例如有煤粉锅炉、排烟道、烟气混合气、脱硝反应器等。而在工业炉气中常含有大量粉尘和氮氧化物，例如燃煤电厂锅炉的炉气，其所含的氮氧化物是促成酸雨形成的主要原因，且一般每升燃煤电厂锅炉的炉气中还含有数十克的粉尘。针对诸如燃煤电厂锅炉的炉气等高粉尘及氮氧化物含量的工业炉气的净化采取的通常方法是:首先将炉气引入SCR反应器(在将炉气引入SCR反应器的过程中还需向炉气中注入还原剂，该还原剂通常为氨水)从而将氮氧化物还原为无害氮气，实现炉气脱硝净化，然后将脱硝后的炉气引入电除尘器以除去炉气中的粉尘，再将除尘后的气体引入脱硫塔脱硫净化后排放。所说的术语“SCR”指Selective Catalytic Reduct1n，即选择性催化还原。
[0003]上述SCR反应器中的催化剂是影响SCR系统整体脱硝效果的重要因素。最初开发的SCR催化剂为颗粒状，目前则主要采用蜂窝状或平板状催化剂。蜂窝状催化剂和平板状催化剂上都排布有众多可供烟气通过的格孔，这些格孔的大小可根据烟气中粉尘的浓度和大小进行选择，使用时烟气从催化剂的一侧通过由这些格孔构成的通道流向催化剂的另一侦牝其间烟气与格孔内壁上的催化活性物质接触，从而将烟气中的氮氧化物还原为无害氮气。上述的蜂窝状催化剂和平板状催化剂一般由载体和催化活性层构成，其中载体先被制成蜂窝状或平板状(一般采用挤压成型)，然后再在载体上附着由催化活性物质构成的催化活性层。
[0004]但由于SCR催化剂是直接与高含尘量的烟气接触的，如果直接对含尘烟气进行催化很容易导致催化活性物质中毒，使用寿命缩短。如果是先将含尘烟气通过滤芯过滤后再进行催化还原反应，由于过滤和催化的设备不同，各个设备分别独分散，非常不利于流程化操作和维护。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种烟气过滤元件及制作方法，使对含尘烟气的过滤和催化还原能够在一个系统中完成，简化现有的设备和过程，减少能耗损失和节约成本，提高生产效率。
[0006]本发明的烟气过滤元件，包括用于过滤烟气中颗粒杂质且为多孔金属过滤层的滤芯，在滤芯内的净气腔中装填有可将所述烟气中有害成分反应为无害成分的催化物质。其中在所述多孔金属的滤层内表面也可以覆有催化物质。多孔金属是现有的一种金属材料，是一种内部具有许多平均孔径在I?200 μπι的细小微孔的金属。多孔金属可以为单一金属，也可以为金属间化合物，金属间化合物也叫固体相涉及金属，是由两种或两种以上金属构成的复合物。金属间化合物构成的滤芯在高温气体过滤中有非常显著的优点。将催化物质装填入滤芯的净气腔中，当烟气通过滤芯过滤掉其中的颗粒杂质后，立刻与净气腔中的催化物质进行催化还原反应，然后排出。如果在过滤元件的滤层内表面也覆有催化物质时，滤层上的催化物质便与经滤层过滤后的烟气进行首次反应，然后再由装填在净气腔中的催化物质对烟气中残余的有害物质进行进一步反应。这种结构看似简单，但能够将目前不同工序的不同设备整合为一体，在工业管理效率和烟气处理效率上都得到了巨大的提高，这在传统方式的烟气处理中是不具备的，同时由于各种效率的提高而为生产企业创造了显著的经济效益。本发明的过滤元件还能够适用在高温下对烟气进行过滤，例如对烟气进行SCR脱硝时，催化物质可以是以打02为基材，以V2O5为主要活性成份，以W03、Mo03为抗氧化和抗毒化辅助成份构成。其它烟气处理时，选用现有相应的催化物质即可。
[0007]进一步的，在滤芯的端部设有安装接头，这样能够方便将滤芯与花板等过滤器中的其它设备连接。
[0008]其中一种连接结构为，所述的安装接头与滤芯螺纹连接。这种方式结构简单，拆装方便，但有可能会出现螺纹连接处密封不严密的问题。
[0009]另一种连接结构为，所述的安装接头通过法兰与滤芯固定连接。法兰结构的连接方式同样能够保证连接处的密封，并且拆装也简单方便。除此之外，安装接头还可以通过粘接等方式与滤芯连接。
[0010]可选的，所述催化物质装填于与净气腔组合装配的催化笼中，所述催化笼的侧壁上设有通孔。这样在装填和取出催化物质，特别是取出催化物质时能够非常的方便，直接将装有催化物质的催化笼取出即可，同时也可以避免催化物质对滤芯内壁造成二次污染。
[0011]本发明还提供了一种用于上述过滤元件的制作方法，包括了在金属粉末中加入制粒剂，将金属粉末制备为金属颗粒；然后将所述金属颗粒在压力环境下压制为滤芯压坯，再将所述滤芯压坯烧结为多孔金属结构的滤芯；最后将需要与烟气中有害成分反应的催化剂装填入所述滤芯的净气腔中。
[0012]进一步的，所述的金属粉末中至少包括铁粉和铝粉，其中铁粉的重量比为40?80%，铝粉的重量比为15?30%，根据过滤元件的使用环境，还可以加入重量比小于20%的其它金属粉末，例如铬(Cr)，镍(Ni)，硅(Si)以及其它稀土元素(如铈、镧、钇等)。其它金属粉末的作用主要是为了改善过滤元件滤层材料的一些特性，包括耐腐蚀性能、韧性、力学性能、孔隙分布及其大小等，如添加Cr，可以明显提升材料的抗拉强度、三点抗弯、压溃强度等力学性能，还能够显著提升材料在强酸强碱等恶劣环境下的耐腐蚀性能。这样制成的金属间化合物结构的滤芯更能够适合对高温气体的过滤。是否添加其它金属粉末可以根据实际工况条件具体确定，若实际使用条件比较温和，则可以不添加，如果使用环境比较恶劣(如含硫、含氟或其它酸碱性环境)，则必须添加相应金属粉末，以保证过滤元件适用于该环境。
[0013]优选的，所述的金属颗粒在压力为100?300MPa的冷等静压环境中压制为滤芯压坯。冷等静压是一种常用的压制技术，是将装入密封、弹性模具中的物料，置于盛装液体或气体的容器中，用液体或气体对其施加以一定的压力，将物料压制成实体，得到原始形状的坯体。压力释放后，将模具从容器内取出，脱模后，在根据需要将坯体