前言

冶金、建材、電力及煤化工等行業每年產生大量的高溫煙氣，這些煙氣含塵量高，塵粒易附著，煙氣中高溫段含有大量的高品位余熱，由于工藝、回收抑或滿足排放標準的需要，必須對這些高溫含塵煙氣進行處理。近年來，在環境污染治理方面加大力度，“超低排放”、“近零排放”對除塵器及除塵技術提出了高的要求，一些傳統的除塵器及除塵技術難以實現對超細粉塵尤其是高溫條件下超細粉塵的捕集。多孔陶瓷材料含有大量的微細孔隙結構，比表面積大，耐高溫、耐腐蝕、機械強度高且結構穩定不易變形，基于多孔陶瓷材料的高溫無機陶瓷濾材用于高溫含塵氣體的凈化具有耐高溫、過濾精度高的特點，不可以實現粉塵的超低排放，還可以負載特定的催化劑，在除塵的同時，實現脫硫、脫硝煙氣凈化。

2高溫除塵技術

高溫氣體除塵是指在高溫條件下直接進固分離，大程度地利用氣體顯熱、潛熱和動力能。通常所指的高溫除塵，是指260℃以上氣體的直接氣固分離。由于運行溫度高，高溫除塵對其使用濾料的機械性能、熱和化學穩定性提出了很高的要求，并且高溫除塵設備所采用的容器和濾料材料必須能夠經受住高溫、高壓的沖擊。在一些特殊工況中，如核廢料處理和石油裂解等，其尾氣溫度高達1000℃以上，在這種情況下，只能采用無機耐溫濾料[1]。

目前常用的除塵技術主要械式除塵技術、電除塵技術、濕式除塵技術以及過濾式除塵技術。高溫旋風除塵器是一種典型的機械式除塵器，具有結構簡單、操作方便、造價較低的特點，根據不同的工藝要求可用于不同溫度及高磨蝕場合。旋風除塵器的工作原理決定了其除塵效率與粉塵顆粒大小密切相關，對于50μm的粉塵，除塵效率可以達到96％以上；但對5μm粉塵，除塵效率73％左右；而對1μm粉塵，除塵效率為27％左右[2]。而高溫條件下，濕度大幅下降，且粘滯力與常溫時相比有較大變化，細顆粒凝聚現象大為降低，煙氣中存在大量的超細粉塵，因而使用旋風除塵器處理高溫煙氣中的粉塵無法達到要求，只能作為預除塵器設備，在二次除塵前先煙氣中的部分大顆粒粉塵。靜電除塵器利用高電壓產生電暈使塵粒荷電，然后施加收塵電壓捕集帶電的塵粒。靜電除塵器效率高，壓損低（一般小于200Pa），但一次性投資高，占地面積大，高溫條件下難以維持穩定的電暈，陰壽命短、對粉塵的比電阻和氣體成分等性質敏感，還存在電腐蝕和高電壓擊穿等問題，因而也不適用于高溫條件下的煙氣除塵。濕式除塵器形式很多，總體上包括以噴霧塔和旋風洗滌器為代表的低能濕式除塵器（壓損0.2～1.5KPa）以及文丘里洗滌器為代表的高能濕式除塵器（壓損2.5～9KPa）。濕式除塵器能耗高，產生二次污染，用于高溫除塵，流程長、設備多、操作復雜，重要的是浪費了煙氣中的高品位。過濾式除塵技術利用高溫過濾材料實現氣固分離，其基本原理是塵粒通過過濾材料時受到慣性碰撞、截留、擴散、靜電、篩濾等作用從氣流中被分離

出來。過濾式除塵技術不可以大程度地利用物理顯熱，提高能源利用率，同時可以簡化工藝過程，節省工藝設備投資。高溫氣體過濾除塵技術的關鍵在于高溫濾材的開發，傳統的過濾式除塵器多以纖維濾袋為過濾材料，纖維濾袋除塵效率高、速度快、清灰方式簡單，但濾袋使用壽命短，換頻繁。此外，纖維濾袋高只能在200～300℃的環境下長期使用，無法滿足高溫度工況下的除塵要求。目前，高溫濾材研究較多的有耐高溫金屬濾材及高溫陶瓷濾材。耐高溫金屬濾材具有良好的耐溫性能和機械性能，本身具有好的韌性和導力，但金屬濾材的強度會隨著溫度的增加逐漸減弱，存在高使用溫度限制。高溫陶瓷濾材具有良好的化學穩定性和抗酸堿腐蝕性，同時能承受高達1000℃以上的高溫。此外，高溫陶瓷濾材具有非常大的內部比表面積，對5μm以下的超細粉塵仍然具有99%以上的過濾效率。尤其是近年來，隨著高溫除塵技術的迅猛發展，陶瓷濾材推陳出新，與之相應的配套設備也不斷被改進，無機陶瓷濾材在高溫除塵技術領域的應用受到了越來越廣泛

的關注。

3壁流式蜂窩陶瓷及其在高溫除塵技術中的應用

隨著技術的不斷進步，高溫陶瓷濾材具有越來越多樣化的結構和組成，可以滿足不同工業生產條件下的除塵要求。目前，在高溫作用下用于除塵凈化的陶瓷濾材根據其在使用時的形狀和安裝排列方式的不同，可以分為掛燭式、列管式以及塊狀蜂窩式。掛燭式高溫陶瓷濾材設計成中空燭管狀，一端開口一端封閉，含塵氣流從管外到管內，粉塵在外表面沉降形成粉塵層，借助脈沖清灰方式使附著于燭管外壁的粉塵脫落并掉入置于下方的灰斗中。列管式陶瓷濾材設計成兩端開口，含塵氣流由上端開口進入，粉塵一部分直接掉入灰斗，一部分受碰撞、擴散或靜電作用被粘附、攔截在管內表面。清灰

時采用逆氣流脈動噴吹，氣流由管外進入管內，這種清灰方式耗氣量大，但有利于提高陶瓷濾材的使用壽命。塊狀蜂窩式陶瓷濾材多采用壁流式蜂窩結構，如圖1所示，該結構具有規則的平行通道，所有通道的進/出口被交錯密封，形成獨立的進氣通道和排氣通道，從濾材進氣通道進入的含塵氣體必須經過內部多孔薄壁到相鄰的排氣通道流出，粉塵被多孔薄壁攔截在入口一側。采用脈沖反吹方式進行清灰。