高温布袋除尘再上台阶：袋式过滤替代陶瓷蜡烛过滤的产业信号

基于西班牙塞维利亚大学热态烟气试验平台的袋式高温过滤与SO₂协同脱除研究解读

关键词
Filtration, bag filter, high temperature, SO2 sorption, IGCC, 静电除尘器

高温烟气净化一直是煤电与IGCC等先进发电技术商业化的“卡脖子”环节之一。长期以来，陶瓷蜡烛过滤器被视为高温烟气除尘的首选技术，但示范电站的运行经验表明，其材料可靠性、结构设计及投资成本仍存在明显短板[1–3]。在静电除尘器（ESP）和常温布袋除尘器在常规机组中高度成熟的背景下，如何在200–370 ℃、中高压力条件下实现高效、可持续的热态颗粒物与SO₂协同控制，正在成为烟气治理领域的新技术风向。

西班牙塞维利亚大学化学与环境工程系（Departamento de Ingeniería Química y Ambiental, Universidad de Sevilla）的B. Alonso-Fariñas、M. Lupión、B. Navarrete 和 V. J. Cortés 团队，依托自建的高温高压热态烟气过滤试验台，系统对三种典型高温袋式过滤材料（PTFE、P84 聚酰亚胺和3M FB700 玻纤织物）开展了完整实验研究[4–8]。试验聚焦于高温布袋除尘器在200–370 ℃、最高7.5 barg下的性能表征、运行优化及工程适用性评估，同时提出基于高温过滤单元和固体吸收剂喷入实现粉尘与SO₂一步干法协同去除的技术构想，对未来大规模煤电机组、IGCC 与配SCR 的燃煤机组具有重要的工艺启发意义。

试验平台利用空气或锅炉尾气为工艺气体，配套加热系统将烟气温度控制在约235–600 ℃范围，最大操作压力7.5 barg，最高处理烟气量约850 Nm³/h，允许飞灰质量浓度1–22 kg/h。过滤容器内部分为净气室与含尘气室，并设计为两分室结构以适配隔室反吹与整体清灰两种模式。清灰系统采用压缩氮气（或空气）脉冲喷吹，最高压力20 barg，清灰气体与工况温度保持一致，以模拟实际高温工况下的布袋除尘器反吹条件。为精准评价过滤效率，试验平台专门开发了等速采样系统，对过滤器入口与出口粉尘浓度进行在线与离线组合测定[4,7,8]。

研究选取了三类在工业上具有代表性的高温袋式除尘滤料：PTFE（Teflon）、P84 聚酰亚胺以及3M FB700 玻纤织物。三类滤袋直径均为120 mm，长度分别为1.5 m（PTFE、P84）与1.8 m（3M FB700）。P84 滤料克重约550 g/m²、孔隙率86%，耐温至260 ℃；PTFE 滤料克重700 g/m²，设计连续运行温度同样为260 ℃；3M FB700 为玻纤织物滤料，克重约746 g/m²，连续运行温度可达370 ℃，峰值温度427 ℃（每天不超过15 min）。这一材料配置实际上对应了目前高温布袋除尘器在燃煤锅炉与燃气化、PFBC（加压流化床燃烧）等工况下的典型选择组合。

在试验设计上，团队系统考察了过滤风速、入口粉尘浓度、容器压力、运行温度、最大允许压差ΔPmax、清灰压力、脉冲时长及清灰模式等关键操作变量。通过监测压差曲线、脉冲清灰间隔、基线压差（清灰后的最低压差）、过滤效率及滤袋耐久性，建立起滤袋性能对操作变量的系统依赖关系。这种以“压差–清灰–效率–寿命”为主线的评估框架，与目前工业布袋除尘器选型与运维评估方法高度契合，对电站用户与环保工程公司具有直接的工程指导意义。

在稳定工况下，三类滤袋的颗粒物去除效率表现差异明显。P84 滤袋在235 ℃附近运行时，初期效率接近99.8%，但在连续运行阶段，出口粉尘浓度逐渐升高至214 mg/Nm³，整体效率下降至98.4%左右。事后检查发现，滤袋长度缩短约11.5 cm，判断为高温长期作用导致的热收缩与结构变形所致。将运行温度降低至200–220 ℃后重新试验，滤袋缩短幅度减小至2–3 cm，出口粉尘浓度降至16–22 mg/Nm³，但材料的尺寸稳定性问题依然存在。

PTFE 滤袋在235 ℃工况下表现最为突出，稳定出口粉尘浓度低于3 mg/Nm³，整体颗粒物去除效率超过99.98%。在本次试验条件与粉尘特性下，其过滤性能完全可以对标甚至超过常规低温布袋除尘器，对需要替代或补充静电除尘器（ESP）以达超低排放的燃煤机组具有现实参考价值。

3M FB700 玻纤滤袋的平均效率约为99.5%，出口粉尘浓度在15–155 mg/Nm³之间波动；在370 ℃高温条件下运行，并将过滤风速适当降低至约1 cm/s 时，平均效率可提升至约99.7%，出口粉尘浓度约5 mg/Nm³。这一结果表明，玻纤滤袋在高温条件下具有良好潜力，特别适合用于锅炉省煤器后、SCR 反应器前的高温低尘烟气段。相对常温布袋除尘器，高温布袋可以避免烟气降温与再热，大幅简化系统并减少能耗。

在运行参数影响方面，研究重点分析了清灰压力、最大压差限制、过滤风速及脉冲时长等因素对系统稳定性的作用。在7–7.5 barg 容器压力下，若脉冲清灰压力仅为13.5 barg，则压差曲线随时间持续爬升，无法维持稳定清灰；将脉冲压力提升至约14.5 barg 以上，压差波动趋于稳定。综合不同工况对氮气消耗的影响后，研究认为清灰压力控制在13.5–16 barg 是兼顾效果与成本的合理区间，即“清灰压力约为容器压力的两倍”可作为工程经验参考。

与此同时，试验表明，在相同粉尘浓度条件下，提高允许的最大压差Pmax 可拉大两次清灰之间的时间间隔，从而降低单位时间内的脉冲次数，利于延长滤袋寿命和压缩气耗。但基线压差会随着过滤风速上升而显著增加，清灰频次也随之提高，这在三种滤料中均得到验证。综合效率与运行稳定性，研究给出了各滤材推荐的最高过滤风速和对应的最大压差：P84 滤袋的最大稳定过滤风速约为1.6 cm/s，对应ΔPmax ≈170 mmWC（略高于厂家建议的120 mmWC）；PTFE 滤袋可稳定运行至2.0 cm/s 与170 mmWC；3M FB700 在1.1 cm/s、120 mmWC 条件下运行较为理想。对于工业设计来说，这些数据可作为高温布袋除尘器在煤电和IGCC 工程中的初步选型边界。脉冲时长在400–1000 ms 范围内对运行特性影响不显著，只要保持“短脉冲、足压强”的策略即可。

值得特别关注的是，该研究提出并论证了一种基于高温过滤单元与干法脱硫协同的“一步法”烟气治理新路径：在锅炉省煤器出口（约300–370 ℃）设置高温布袋除尘器（以3M FB700 等高温玻纤滤袋为代表），并在其前端烟道中喷入碳酸氢钠或钙基吸收剂，实现粉尘与SO₂的同步去除[6,11]。再结合下游的低尘SCR 脱硝装置，可实现“高温布袋+干法脱硫+低尘SCR”的多污染物协同控制工艺链。

与传统“高尘SCR+湿法脱硫（WFGD）+ESP/布袋除尘器”的组合相比，低尘SCR 带来的优势包括：显著降低催化剂表面沉灰与中毒风险，允许缩小催化剂通道间距、降低体积与投资，并取消高尘SCR 所需的大型灰斗和复杂的吹灰系统[9,10]。然而，低尘SCR 同时对高温布袋除尘器提出更高要求：在高温、大烟气量条件下保持稳定高效除尘，并与上游干法脱硫吸收剂形成协同。此前研究表明，在300 ℃以上，NaHCO₃ 等干法吸收剂对SO₂的去除效率可超过80%，在接近400 ℃时甚至可达近乎完全吸收[11]。在此温度窗口，利用高温布袋兼作“反应器+捕集器”的耦合功能，成为大容量燃煤机组实现多污染物一体化治理的有潜力方向。

基于本阶段工作，塞维利亚大学团队计划进一步在试验平台上对3M FB700 高温布袋与陶瓷蜡烛在370 ℃条件下，配合SO₂与吸收剂喷入，开展对比试验，以量化两类高温过滤技术在干法脱硫效率、压差响应与滤材耐久性方面的差异。这一系列工作，将为未来在大型煤电机组中采用“高温布袋替代陶瓷蜡烛 + 干法脱硫 + 低尘SCR”的系统方案提供更扎实的数据基础。

总体而言，该研究给出的行业信号非常明确：在200–370 ℃、中高压力烟气净化场景下，高温布袋除尘系统已具备替代部分陶瓷蜡烛过滤及配合静电除尘器构建分级除尘系统的现实基础；PTFE 滤袋在中高温条件下可实现接近零排放的颗粒物控制；3M FB700 等高温玻纤滤料在370 ℃附近表现出的高效率与运行可行性，为构建“高温布袋+干法SO₂脱除+低尘SCR”的下一代燃煤电站烟气治理路径打开了新的工程空间。这一方向，值得国内从事烟气治理工程设计、除尘与脱硫设备制造以及大型煤电运营企业持续关注和跟踪。

参考文献
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[9] European Commission. Integrated Pollution Prevention and Control. Reference Document on Best Available Techniques for Large Combustion Plants; 2006.
[10] U.S. EPA. Air Pollution Control Cost Manual. 6th ed. EPA-452/B-02-001; 2002.
[11] Hemmer P, Kasper G, Schraub F, Wang J. Removal of Particles and Acid Gases (SO2 or HCl) with a Ceramic Filter by Addition of Dry Sorbents. In: High Temperature Gas Cleaning, 5th International Symposium; Morgantown, USA; 2002.

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