煙氣過濾元件及制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及煙氣過濾元件及制作方法，特別適合但不僅限用于對高溫氣體脫硝中。
【背景技術】
[0002]目前大多數的燃煤電廠及煤化工企業的廢煙氣處理系統都具有氣固分離系統、SCR催化反應系統、以及其它子系統，例如有煤粉鍋爐、排煙道、煙氣混合氣、脫硝反應器等。而在工業爐氣中常含有大量粉塵和氮氧化物，例如燃煤電廠鍋爐的爐氣，其所含的氮氧化物是促成酸雨形成的主要原因，且一般每升燃煤電廠鍋爐的爐氣中還含有數十克的粉塵。針對諸如燃煤電廠鍋爐的爐氣等高粉塵及氮氧化物含量的工業爐氣的凈化采取的通常方法是:首先將爐氣引入SCR反應器(在將爐氣引入SCR反應器的過程中還需向爐氣中注入還原劑，該還原劑通常為氨水)從而將氮氧化物還原為無害氮氣，實現爐氣脫硝凈化，然后將脫硝后的爐氣引入電除塵器以除去爐氣中的粉塵，再將除塵后的氣體引入脫硫塔脫硫凈化后排放。所說的術語“SCR”指Selective Catalytic Reduct1n，即選擇性催化還原。
[0003]上述SCR反應器中的催化劑是影響SCR系統整體脫硝效果的重要因素。最初開發的SCR催化劑為顆粒狀，目前則主要采用蜂窩狀或平板狀催化劑。蜂窩狀催化劑和平板狀催化劑上都排布有眾多可供煙氣通過的格孔，這些格孔的大小可根據煙氣中粉塵的濃度和大小進行選擇，使用時煙氣從催化劑的一側通過由這些格孔構成的通道流向催化劑的另一偵牝其間煙氣與格孔內壁上的催化活性物質接觸，從而將煙氣中的氮氧化物還原為無害氮氣。上述的蜂窩狀催化劑和平板狀催化劑一般由載體和催化活性層構成，其中載體先被制成蜂窩狀或平板狀(一般采用擠壓成型)，然后再在載體上附著由催化活性物質構成的催化活性層。
[0004]但由于SCR催化劑是直接與高含塵量的煙氣接觸的，如果直接對含塵煙氣進行催化很容易導致催化活性物質中毒，使用壽命縮短。如果是先將含塵煙氣通過濾芯過濾后再進行催化還原反應，由于過濾和催化的設備不同，各個設備分別獨分散，非常不利于流程化操作和維護。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種煙氣過濾元件及制作方法，使對含塵煙氣的過濾和催化還原能夠在一個系統中完成，簡化現有的設備和過程，減少能耗損失和節約成本，提高生產效率。
[0006]本發明的煙氣過濾元件，包括用于過濾煙氣中顆粒雜質且為多孔金屬過濾層的濾芯，在濾芯內的凈氣腔中裝填有可將所述煙氣中有害成分反應為無害成分的催化物質。其中在所述多孔金屬的濾層內表面也可以覆有催化物質。多孔金屬是現有的一種金屬材料，是一種內部具有許多平均孔徑在I?200 μπι的細小微孔的金屬。多孔金屬可以為單一金屬，也可以為金屬間化合物，金屬間化合物也叫固體相涉及金屬，是由兩種或兩種以上金屬構成的復合物。金屬間化合物構成的濾芯在高溫氣體過濾中有非常顯著的優點。將催化物質裝填入濾芯的凈氣腔中，當煙氣通過濾芯過濾掉其中的顆粒雜質后，立刻與凈氣腔中的催化物質進行催化還原反應，然后排出。如果在過濾元件的濾層內表面也覆有催化物質時，濾層上的催化物質便與經濾層過濾后的煙氣進行首次反應，然后再由裝填在凈氣腔中的催化物質對煙氣中殘余的有害物質進行進一步反應。這種結構看似簡單，但能夠將目前不同工序的不同設備整合為一體，在工業管理效率和煙氣處理效率上都得到了巨大的提高，這在傳統方式的煙氣處理中是不具備的，同時由于各種效率的提高而為生產企業創造了顯著的經濟效益。本發明的過濾元件還能夠適用在高溫下對煙氣進行過濾，例如對煙氣進行SCR脫硝時，催化物質可以是以打02為基材，以V2O5為主要活性成份，以W03、Mo03為抗氧化和抗毒化輔助成份構成。其它煙氣處理時，選用現有相應的催化物質即可。
[0007]進一步的，在濾芯的端部設有安裝接頭，這樣能夠方便將濾芯與花板等過濾器中的其它設備連接。
[0008]其中一種連接結構為，所述的安裝接頭與濾芯螺紋連接。這種方式結構簡單，拆裝方便，但有可能會出現螺紋連接處密封不嚴密的問題。
[0009]另一種連接結構為，所述的安裝接頭通過法蘭與濾芯固定連接。法蘭結構的連接方式同樣能夠保證連接處的密封，并且拆裝也簡單方便。除此之外，安裝接頭還可以通過粘接等方式與濾芯連接。
[0010]可選的，所述催化物質裝填于與凈氣腔組合裝配的催化籠中，所述催化籠的側壁上設有通孔。這樣在裝填和取出催化物質，特別是取出催化物質時能夠非常的方便，直接將裝有催化物質的催化籠取出即可，同時也可以避免催化物質對濾芯內壁造成二次污染。
[0011]本發明還提供了一種用于上述過濾元件的制作方法，包括了在金屬粉末中加入制粒劑，將金屬粉末制備為金屬顆粒；然后將所述金屬顆粒在壓力環境下壓制為濾芯壓坯，再將所述濾芯壓坯燒結為多孔金屬結構的濾芯；最后將需要與煙氣中有害成分反應的催化劑裝填入所述濾芯的凈氣腔中。
[0012]進一步的，所述的金屬粉末中至少包括鐵粉和鋁粉，其中鐵粉的重量比為40?80%，鋁粉的重量比為15?30%，根據過濾元件的使用環境，還可以加入重量比小于20%的其它金屬粉末，例如鉻(Cr)，鎳(Ni)，硅(Si)以及其它稀土元素(如鈰、鑭、釔等)。其它金屬粉末的作用主要是為了改善過濾元件濾層材料的一些特性，包括耐腐蝕性能、韌性、力學性能、孔隙分布及其大小等，如添加Cr，可以明顯提升材料的抗拉強度、三點抗彎、壓潰強度等力學性能，還能夠顯著提升材料在強酸強堿等惡劣環境下的耐腐蝕性能。這樣制成的金屬間化合物結構的濾芯更能夠適合對高溫氣體的過濾。是否添加其它金屬粉末可以根據實際工況條件具體確定，若實際使用條件比較溫和，則可以不添加，如果使用環境比較惡劣(如含硫、含氟或其它酸堿性環境)，則必須添加相應金屬粉末，以保證過濾元件適用于該環境。
[0013]優選的，所述的金屬顆粒在壓力為100?300MPa的冷等靜壓環境中壓制為濾芯壓坯。冷等靜壓是一種常用的壓制技術，是將裝入密封、彈性模具中的物料，置于盛裝液體或氣體的容器中，用液體或氣體對其施加以一定的壓力，將物料壓制成實體，得到原始形狀的坯體。壓力釋放后，將模具從容器內取出，脫模后，在根據需要將坯體