En los últimos 20 años, la tecnología de tubos de filtro de cerámica de alta temperatura se ha desarrollado rápidamente en el campo de la purificación de gases de combustión. Su mecanismo de eliminación de polvo es similar al de los filtros de bolsa tradicionales, los cuales se basan principalmente en el mecanismo de detección, mientras que también tienen los efectos de colisión de inercia, intercepción, difusión y, bajo condiciones específicas, efectos electrostáticos y de gravedad. Sin embargo, en comparación con las bolsas de filtro de bolsa tradicionales, los tubos de filtro de cerámica tienen una fuerte resistencia a la corrosión y resistencia a altas temperaturas. Por lo tanto, con la tecnología de fabricación madura de los tubos de filtro de cerámica y los estándares de emisión más estrictos para el polvo de gases de combustión en industrias como la energía térmica y la incineración de desechos en los últimos años, la tecnología de filtración de tubos de filtro de cerámica se ha desarrollado rápidamente.

En los últimos años, además del polvo, los estándares de emisión de contaminantes como los óxidos de nitrógeno se han vuelto más estrictos y la tecnología de desnitrificación SNCR tradicional no puede cumplir con los requisitos cada vez más estrictos para las emisiones de óxido de nitrógeno. Por lo tanto, las bolsas de filtro recubiertas de catalizador y los tubos de filtro de cerámica recubiertos de catalizador han recibido una atención cada vez mayor tanto a nivel nacional como internacional, y la tecnología integrada de eliminación de polvo y desnitrificación de tubo de filtro de cerámica de alta temperatura basada en esto se ha desarrollado rápidamente.

Investigación sobre bolsas de filtro y bolsas de filtro recubiertas de catalizador

La forma de filtración de las bolsas de filtro se puede dividir en tres tipos: filtración profunda, filtración recubierta y filtración superficial. La filtración profunda es la forma más tradicional de filtración, donde el gas de combustión es filtrado directamente por la capa de material del filtro. La filtración recubierta se refiere a una película delgada con una estructura microporosa adherida a la superficie aguas arriba del material de filtro tradicional. El diámetro de los poros de la película delgada suele ser inferior a 2 μm, lo que puede evitar que la mayoría de las partículas entren en el material del filtro de fibra. La filtración de superficie es una capa de fibra ultrafina adherida a la superficie aguas arriba del material del filtro tradicional, que también desempeña un papel en la prevención de la entrada de partículas en el material del filtro.

El núcleo del filtro de bolsa es el material de la bolsa de filtro. Actualmente, los principales materiales de las bolsas de filtro incluyen sulfuro de polifenileno (PPS), poliimida (P84), politetrafluoroetileno (PTFE) y fibra de vidrio (GL). El rango de temperatura aplicable y las ventajas y desventajas de cada material se detallan en la Tabla 1. Con el fin de integrar mejor las ventajas de varios materiales de bolsas de filtro y superar las desventajas de cada uno, también se usan comúnmente bolsas de filtro compuestas compuestas por dos o más materiales. .

Tabla 1: Temperatura aplicablee y ventajas/desventajas de diferentes materiales de bolsas de filtro.

La Tabla 1 muestra que, en general, la eliminación de polvo con filtros de mangas solo es adecuada para gases de combustión de temperatura media y baja. Por lo tanto, cuando la temperatura de los gases de combustión es alta, es necesario enfriarlos con agua o aire antes de que ingresen al colector de polvo del filtro de mangas para proteger las mangas del filtro contra daños.

En los últimos años, con el aumento de los estándares de emisión de óxido de nitrógeno, la desnitrificación integrada y el filtro de bolsa para la eliminación de polvo han recibido atención, y la tecnología clave radica en el desarrollo de bolsas de filtro recubiertas de catalizador. Se adhieren catalizadores como manganeso/vanadio a la superficie de la bolsa de filtro y se rocía gas amoníaco en el colector de polvo del filtro de bolsa o en su gas de combustión de entrada. Bajo la acción del catalizador, el gas amoníaco reacciona con los óxidos de nitrógeno en el gas de combustión para generar gas nitrógeno. Esto es similar al mecanismo de eliminación de óxidos de nitrógeno en el reactor SCR (Selective Catalytic Reduction), que reduce selectivamente NO y NO2 en N2 usando el agente reductor NH3 a 180-400°C bajo la acción del catalizador, mientras que casi no hay oxidación. Se produce la reacción de NH3 y O2.

En los últimos años, muchos expertos y académicos se han comprometido con el desarrollo de materiales de filtro revestidos de catalizador. Wang Xie utilizó métodos de dispersión de surfactante, recubrimiento Xu y filtración por succión para cargar el catalizador de MnO2/polipirrol en el material del filtro PPS. La cantidad de carga de catalizador es de aproximadamente 44 g/m2. En condiciones de laboratorio, la bolsa de filtro de PPS recubierta de catalizador puede lograr una eficiencia de desnitrificación del 80 % a 180 °C.

Zheng Weijie utilizó el mecanismo de reacciones redox relevantes para hacer crecer tres componentes catalizadores diferentes Mn-CeOx, Mn-SnOx y Mn-Ce-SnOx in situ en la superficie de las fibras de PPS. Los resultados mostraron que, en condiciones de laboratorio, la tasa de desnitrificación de los tres materiales de filtro recubiertos de catalizador diferentes puede alcanzar el 100 % cuando la condición de preparación es una relación de masa de KMnO4/PPS de 0,6 y la temperatura de reacción de desnitrificación es de 180 °C, e incluso el filtro El material recubierto con catalizador Mn-Ce-SnOx puede lograr una tasa de desnitrificación del 100 % a una temperatura de reacción de desnitrificación de 120 °C.

Zou Haiqiang usó dispersión de ultrasonido para unir el catalizador MnO2/CNF al 6 % a la superficie del material de filtro de poliéster aromático y, después de recubrirlo con polidopamina, en condiciones de laboratorio a 180 °C, la eficiencia de desnitrificación puede alcanzar el 80 %.

Wang Min adjuntó MnOx a la bolsa de filtro del colector de polvo con filtro de bolsa y estudió la influencia de la temperatura, el contenido de oxígeno y el caudal de gas de entrada en el efecto de desnitrificación. Los resultados de la investigación mostraron que cuando la temperatura de reacción era de 150 °C y el contenido de gas de combustión en el gas de reacción era del 5 %, la tasa de eliminación de óxido de nitrógeno podía alcanzar el 75 %.

Estudio comparativo de bolsas de filtro con catalizador y tubos de filtro de cerámica con catalizador

Los principios de eliminación de polvo y desnitrificación para bolsas de filtro con catalizador y tubos de filtro de cerámica con catalizador son básicamente similares: la eliminación de polvo se basa principalmente en el cribado; La desnitrificación utiliza amoníaco como agente reductor para la desnitrificación catalítica, y ambos utilizan catalizadores de manganeso, hierro y vanadio y titanio. Sin embargo, el rango de temperatura aplicable de las bolsas de filtro es de aproximadamente 120~280 ℃, por lo que los catalizadores de baja y media temperatura se usan principalmente para bolsas de filtro con catalizador adjunto.

El rango de temperatura aplicable de los tubos de filtro de cerámica es más amplio, hasta 1000 ℃, por lo que se pueden elegir catalizadores de temperatura baja, temperatura media o temperatura alta de acuerdo con las características específicas de los gases de combustión y la industria. Esto puede evitar el fenómeno de enfriar los gases de combustión antes de ingresar al colector de polvo debido a la alta temperatura, lo que es beneficioso para reducir el consumo de energía.

Actualmente, la eficiencia de desnitrificación de los catalizadores de desnitrificación de temperatura media y alta es mayor que la de los catalizadores de baja temperatura, y los precios son relativamente más bajos. Además, el trióxido de azufre en los gases de combustión reacciona con el amoníaco para generar sulfato de amonio, sulfato de hidrógeno y amonio y otros compuestos de azufre y amonio. El hidrogenosulfato de amonio tiene una alta viscosidad y su viscosidad aumenta a medida que disminuye la temperatura. Incluso cuando la temperatura de reacción es inferior a 150 ℃, se adherirá a la superficie del catalizador en forma líquida, adsorberá las cenizas volantes, bloqueará los poros del catalizador y hará que el catalizador se desactive. Por lo tanto, la operación estable de los tubos de filtro de cerámica a temperaturas medias y altas conduce a mejorar la eficiencia de desnitrificación y extender la vida útil del catalizador.

La tecnología de retrolavado en línea de los colectores de polvo de filtro de bolsa y tubo de filtro puede extender efectivamente la vida útil del catalizador. Aunque se depositarán partículas en la superficie de la bolsa del filtro, algunas partículas finas aún pueden ingresar al interior del medio filtrante. Cuando entran en contacto con el catalizador adherido a la bolsa de filtro, es fácil bloquear los poros en la superficie del catalizador, provocando el envenenamiento del catalizador; además, los metales alcalinos en el gas de combustión también pueden reducir la actividad del catalizador. Por lo tanto, a medida que aumenta el tiempo de funcionamiento de la bolsa de filtro o del tubo de filtro cerámico, la actividad del catalizador disminuirá gradualmente. El retrolavado cronometrado del filtro de mangas o de los colectores de polvo con tubo de filtro cerámico puede ralentizar eficazmente el impacto de las partículas finas en el catalizador.

El uso de la tecnología de bolsa de filtro con catalizador adjunto puede lograr una desnitrificación y eliminación de polvo integradas sobre la base de que casi no cambia el espacio ocupado por el filtro de bolsa, lo que reduce efectivamente el espacio ocupado por el equipo de purificación de gases de combustión, y es particularmente adecuado para proyectos nuevos o renovados con espacio limitado. La altura de la bolsa del filtro del filtro de bolsa es generalmente de unos 6 metros, y la altura del cuerpo del colector de polvo es de unos 20~25 metros. Sin embargo, el tamaño del tubo de filtro de cerámica en el colector de polvo del tubo de filtro generalmente no supera los 3 metros, y la altura del colector de polvo del tubo de filtro es de aproximadamente 18 ~ 20 metros. Por lo tanto, la huella del colector de polvo con tubo de filtro cerámico es más pequeña que la del colector de polvo con filtro de bolsa, y la instalación es más flexible.

El filtro de bolsa con catalizador de desnitrificación adjunto a la bolsa de filtro se encuentra actualmente en la etapa de investigación y desarrollo de laboratorio, y actualmente no hay casos prácticos de aplicación de ingeniería. Sin embargo, el equipo integrado de desnitrificación y eliminación de polvo con tubo de filtro cerámico de alta temperatura se ha aplicado en muchas industrias, como la incineración de desechos de construcción nacionales y extranjeros, la incineración de lodos de desecho, hornos de vidrio, metales no ferrosos, plantas de energía de biomasa, incineración de desechos peligrosos, y hornos de cemento.

En 2011, la planta de incineración de residuos de construcción de Ishinomaki en la prefectura de Miyagi, Japón, comenzó a utilizar la tecnología de tubo de filtro de cerámica con catalizador adjunto. La concentración de dioxina en el gas de combustión original era de 40 ng DE/Nm3 (el contenido de oxígeno del gas de combustión seco era del 10 %), mientras que la concentración de dioxina en el gas de combustión de salida era <0,06 ng ± 0,02 ng DE/Nm3 (gas de combustión seco). el contenido de oxígeno fue del 10%), con una tasa de eliminación del 99,85%.

La planta de energía de biomasa Jinan Weiquan completó la renovación del sistema de purificación de gases de combustión el 11 de enero de 2020. El sistema integrado de eliminación de polvo y desnitrificación del tubo de filtro compuesto de alta temperatura y su equipo de apoyo comenzaron a funcionar. Según el seguimiento en línea, sus emisiones de gases de combustión cumplen con los límites de emisión requeridos por la evaluación de impacto ambiental de este proyecto: óxidos de nitrógeno <50 mg/Nm3 y material particulado <15 mg/Nm3. Además de las industrias anteriores, también tiene ciertas perspectivas de promoción y aplicación en campos como la incineración de residuos sólidos urbanos.

Conclusión

En los últimos años, muchos sectores industriales en China, incluidos el acero, la energía térmica, la incineración de biomasa, la incineración de desechos para la generación de energía y la incineración de desechos peligrosos, se han enfrentado a estándares de emisiones cada vez más estrictos. Los nuevos proyectos a menudo usan una combinación de tecnologías tradicionales y otras para cumplir con estándares de emisiones más estrictos, lo que da como resultado un aumento en la cantidad de rutas de tecnología de control de emisiones, así como un aumento significativo en el área y la inversión requerida para las instalaciones de control de emisiones. Al mismo tiempo, muchos proyectos existentes están limitados por el espacio del sitio, lo que dificulta el uso de una combinación de tecnologías para la actualización. Por lo tanto, existe una necesidad urgente en el campo del control de emisiones de dispositivos que integren funciones múltiples en un sistema de control de emisiones.

Los procesos de bolsas de filtro recubiertas de catalizador y tubos de filtro recubiertos de catalizador presentados en este artículo pueden lograr una desnitrificación y eliminación de polvo integradas, así como también eliminar de manera efectiva otros componentes tóxicos y dañinos, como las dioxinas en los gases de combustión, logrando el tratamiento coordinado de múltiples contaminantes. . Este enfoque puede reducir efectivamente la dificultad de operación y mantenimiento del equipo, y es ampliamente aplicable en muchas industrias, especialmente para proyectos con menor capacidad de tratamiento de gases de combustión. Por lo tanto, la aplicación de bolsas filtrantes integradas de desnitrificación y eliminación de polvo y tubos filtrantes cerámicos es una de las futuras tendencias de desarrollo en el campo del control de emisiones.