双层烟气过滤元件及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及双层烟气过滤元件及制作方法，具体的讲是具有两层过滤结构的烟气过滤元件，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，并且还由于烟气对催化剂的摩擦和冲击，容易导致催化剂开裂甚至脱落，使得催化剂的寿命缩短。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。
[0005]同时，当单一滤芯出现损坏或断裂等故障后即导致整个过滤系统故障，而对故障的排查通常比较困难和繁琐，需要对所有滤芯进行逐一检查，费时费力。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种双层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，并且当外层滤芯出现故障时仍能进行正常过滤。
[0007]本发明的双层烟气过滤元件，包括均具有多孔金属过滤层的外层滤芯和内层滤芯，外层滤芯主要用于对烟气除尘以及将气体混合均匀的作用，内层滤芯固定于外层滤芯的腔体内，在内层滤芯的表面覆有催化物质。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 μ m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外层滤芯在高温气体过滤中有非常显著的优点。内层滤芯的表面覆有催化物质，当烟气经外层滤芯过滤掉其中的颗粒杂质后，烟气中的颗粒杂质基本都得到了过滤，且滤过的气体的均匀性得到显著提高，并且可以与内层滤芯表面的催化物质进行安全的催化反应，同时内层滤芯还对烟气进行进一步的过滤，进一步过滤残余的粉尘杂质。而当外层滤芯出现损坏、断裂等故障后，内层滤芯仍然能够正常工作，不会影响至整个过滤系统出现故障，例如当外层滤芯出现不可恢复的堵塞后，可将外层滤芯拆除并安装新外层滤芯后继续使用。本发明的双层烟气过滤元件还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1102为基材，以V2O5为主要活性成份，以WO 3、MoO3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。
[0008]本发明过滤元件的结构看似简单，但能够将目前不同工序的不同设备整合为一体，而且还能够避免催化物质直接接触含尘烟气而中毒失效，当滤芯出现简单故障时也能够保持正常工作状态，这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。
[0009]进一步的，在内层滤芯的净气腔中装填有所述的催化物质，这样能够对烟气中的有害成分更充分的进行反应，有效避免内层滤芯表面的催化物质与烟气反应不充分。
[0010]进一步的，在双层烟气过滤元件的端部设有安装接头，这样能够方便将双层滤芯与花板等过滤器中的其它设备连接。
[0011]其中一种连接结构为，所述的安装接头通过螺纹结构连接于双层烟气过滤元件的端部。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。
[0012]另一种连接结构为，所述的安装接头通过法兰结构连接于双层烟气过滤元件的端部，同样能够保证连接处的密封，并且组件更换也简单方便。
[0013]本发明还提供了一种用于上述双层过滤元件的制作方法，包括了外层滤芯制作和内层滤芯制作。其中在外层滤芯制作是，先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例如100?300MPa的冷等静压环境下压制为外层滤芯压坯，将所述外层滤芯压坯烧结为多孔金属结构的外层滤芯。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，在根据需要将坯体作进一步的整形处理。烧结时滤芯压坯可以在950°C?1300°C的温度下通过真空烧结为具有多孔金属结构的滤芯，其中烧结温度还可以是 1000°C?12000C ο
[0014]内层滤芯制作的步骤包括了:a、制备多孔结构的滤层基体；b、配置用于覆于所述滤层基体上的载体的溶胶，再将滤层基体浸渍到所述溶胶中，然后使滤层基体中的溶胶凝胶化，再对附着所述凝胶的滤层基体进行热处理，使凝胶转变为纳米颗粒；C、配置催化物质溶液，再将覆有以凝胶纳米颗粒为载体的滤层基体浸渍到所述催化物质溶液中，然后对附着有催化物质溶液的滤层基体进行热处理，在所述滤层基体上形成催化层；最后将内层滤芯固定于外层滤芯的腔体中。
[0015]进一步的，将催化物质装填入所述内层滤芯的净气腔中，这样能够使烟气得到更充分的反应。
[0016]具体的，制作外层滤芯时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%，销粉的重量比为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。
[0017]具体