颗粒床过滤除尘技术研究进展

颜深，孙国刚，孙占朋，韩笑，黄雷，赵斐

（1中国石油大学(北京)化学工程学院，北京 102249；2过程流体过滤与分离技术北京市重点试验室，北京 102249）

颗粒床过滤除尘技术研究进展

颜深1，2，孙国刚1，2，孙占朋1，2，韩笑1，2，黄雷1，2，赵斐1，2

（1中国石油大学(北京)化学工程学院，北京 102249；2过程流体过滤与分离技术北京市重点试验室，北京 102249）

高温气体高效除尘技术的开发与应用对于提高工业过程能量利用效率、实现清洁生产具有重要意义，其中颗粒床过滤技术因兼顾效率与压降、经济性好、苛刻环境适应性强等特点，为解决固体燃料高效综合利用、清洁发电、余热利用等领域涉及的高温气体净化难题提供了一条有效的途径。本文首先对颗粒床的除尘机理和分类进行了介绍，重点综述了颗粒床的结构形式和改进研究进展，从固定床、移动床到其他形式颗粒床，然后概述了颗粒床性能影响因素和工程应用研究现状，最后对颗粒床的发展趋势进行了展望。相较于固定床，移动床尽管效率尚待提升，运行控制因素也较多，但移动床过滤时效率和压降基本保持稳定，可以连续操作，更加适合工业化应用。本文总结出移动床是目前研究的热点，增强颗粒层整体均匀流动性和利用效率、优化进气方式以及集成性针对性设计是未来移动床的发展方向。

过滤；优化；热解；颗粒床；移动床；高温除尘

高温含尘气体在线除尘技术在现代工业生产中占有重要地位，不仅可以最大程度地利用气体的热能，同时可以简化工艺过程、节省设备投资，此外还避免了湿法除尘带来的二次污染。现有高温气体除尘技术主要有旋风除尘、电除尘、陶瓷过滤、金属过滤及颗粒床过滤等，其中颗粒床过滤是利用物理和化学性质非常稳定的粒状物料组成颗粒层（也称滤料或过滤介质），实现含尘气体的净化，是最有发展前途的高温除尘技术之一[1]。20世纪50年代起，颗粒床过滤器（granular bed filter，GBF，简称颗粒床）开始应用于水泥、冶金等行业，后来，随着旋风分离器、布袋除尘器等除尘设备的不断改进，除尘效率和耐温能力的提高，颗粒床的竞争力有所减弱[2]。近年来，伴随着新工艺的应用和环保标准的提高，高温除尘要求日益严格，兼顾效率与压降、经济性好、苛刻环境适应性强的颗粒床正受到广泛关注。

本文在介绍颗粒床除尘机理和分类的基础上，重点综述了颗粒床结构形式和改进研究以及性能影响因素，接着概述了颗粒床工程应用研究现状，最后展望了颗粒床发展趋势。

1 颗粒床除尘机理和分类

颗粒床除尘的基本原理是含尘气体流经颗粒层时，粉尘在惯性碰撞、扩散、直接拦截、重力、静电力等[2]作用下偏离流线，与滤料颗粒发生碰撞而被捕集。根据颗粒层流态，颗粒床主要分为固定床（fixed granular bed filter，FGBF）和移动床（moving granular bed filter，MGBF）两种。固定床一般采用水平床层，即滤料平铺在支撑板上，并保持一定的厚度，含尘气体垂直通过颗粒层，因颗粒层容尘量有限，所以固定床需要定期停风反洗。移动床过滤时，颗粒层在重力作用下间歇或持续向下移动并与含尘气体接触，夹带粉尘的滤料从移动床底部排出，洁净滤料则不断从移动床顶部加入，从而保证移动床的过滤能力。

深层过滤和滤饼过滤是颗粒床过滤的两种主要形式[3]，见图1。深层过滤时，粉尘进入滤料颗粒间长而曲折的通道，逐渐沉积于颗粒层内部，随后与滤料颗粒共同作为过滤介质。若选用小粒径颗粒（小于1mm）作为滤料，当过滤气速、操作温度、粉尘特性等满足一定条件时，过滤过程逐渐从深层过滤向滤饼过滤转变，此时，粉尘在滤料通道中发生“架桥”现象，颗粒层表面因粉尘堆积逐渐形成粉尘层（即滤饼），因滤饼空隙远小于颗粒层空隙，所以滤饼才是真正有效的过滤介质。滤饼过滤一般出现在固定床中，对于移动床，因滤料颗粒处于移动状态，难以形成稳定的滤饼，故以深层过滤为主，若无特殊说明，下文中的过滤皆指深层过滤，以便与滤饼过滤区分。

图1 深层过滤和滤饼过滤示意图

2 颗粒床研究进展

2.1 固定床结构形式和改进

2.1.1 固定床结构形式

图2 固定床颗粒过滤器示意图

固定床典型的结构形式依据清灰操作方式有耙式和沸腾式两种，见图2。两种结构固定床的过滤过程基本一致，含尘气体流经颗粒层时，粉尘被捕集并沉积下来，过滤压降随之增加，当阻力达到一定值后，固定床开始清灰。在耙子搅动和反吹气体吹动下，耙式过滤器颗粒层内的沉积粉尘被带走，同时耙子可将颗粒层表面耙平，确保下次过滤时含尘气体均匀流过颗粒层。为解决耙式过滤器具有转动部件而带来的结构复杂、密封等问题，沸腾式过滤器通过在支撑板下加装气体分布器或者直接将支撑板设计成多孔筛板等形式，清灰时颗粒层呈流化态，沉积粉尘被气流夹带出去，达到清灰目的。当然，为保证颗粒层沸腾质量，沸腾式过滤器清灰时要求的反吹气速较耙式过滤器高一些，这一气速可根据滤料颗粒的临界流化速度和终端速度来确定。固定床可采用多台过滤单体并联、轮流反吹清灰的方式进行操作以扩大处理能力、实现连续过滤。对于排出的反吹含尘气体，需额外设置净化装置进行处理，如降温后布袋除尘等，若将反吹含尘气体直接或简单经旋风分离器粗除尘后排入其他并联的过滤单体，会导致微细粉尘始终在颗粒床内部循环，严重影响颗粒床过滤性能。

2.1.2 固定床改进

为弥补单台固定床过滤与清灰只能循环交替进行的不足，除采用并联切换的操作方式外，延长固定床过滤时间或者开发单台可连续运行的新型固定床一直是学者们的研究重点，同时，提高固定床对微细粉尘的捕集效率以适应新工艺和新环保标准的要求也越来越受重视，固定床改进研究主要集中于以下3个方面。

（1）新型固定床 王助良等[4]和颜学升等[5]设计了如图3所示的新型固定床，以解决单台固定床不能连续运行的问题。通过加装隔板将颗粒层分成许多单元颗粒层，在旋转吸风罩的配合下，一部分单元颗粒层处于过滤状态，另一部分单元颗粒层处于沸腾清灰状态，实现了单台固定床过滤和清灰连续同时操作，冷态条件下运行平稳可靠。这种新型固定床实际上是多个颗粒层的“并联组合体”，虽然存在吸风罩与均风板缝隙密封不严和旋转机构带来的维护工作量增加等问题，但却是单台固定床运行整体化的一次新探索。

图3 新型固定床颗粒过滤器示意图[4-5]

（2）粉体滤料固定床 对于粒径小于5μm的微细粉尘，深层过滤较难获得很好的过滤效果，这种情况下，滤饼过滤显示出较强的优越性，在某些条件下，即便是亚微米粉尘（0.1～1.0μm），过滤效率也可达到99%以上，但是滤饼过滤也存在一些问题[6-7]：①滤饼形成的条件较为苛刻，即便相关条件满足，滤饼的形成也需要时间，在过滤初期滤饼尚未形成时，颗粒层对微细粉尘的过滤效率极低；②随着滤饼厚度的增加，滤饼上下游压差快速增加，极易导致滤饼穿孔，效率随之降低，因此滤饼过滤的持续时间一般很短。

为解决滤饼过滤操作时间短、滤饼结构不稳定等问题，黄三等[8]开发了由上部粉体层（0.074～0.1mm石英砂）和下部支撑层（0.355～0.5mm海砂）组成的粉体颗粒床。粉体层在过滤初期起到“滤饼”作用，提高颗粒床对微细粉尘的过滤效率，并促进粉尘在粉体层表面形成滤饼。滤饼过滤中的滤饼是在过滤过程中逐渐形成的，清灰时滤饼被反吹气体带走，再次过滤时滤饼重新形成，而粉体颗粒床自带“滤饼”，反吹清灰时，若气速控制得当，粉体层处于流化态，沉积粉尘被反吹气体带走，清灰后粉体层恢复原状。冷态试验表明，在过滤气速0.1m/s条件下，进行约80min操作，粉体颗粒床对PM2.5尘粒的过滤效率为95.841%，过滤压降从初始时515Pa增至1400Pa。随后石开玉等[9]在相同的试验条件下，考察了过滤气速对粉体颗粒床性能的影响，当过滤气速维持在0.05～0.1m/s范围内，颗粒床对PM2.5尘粒的过滤效率保持95%左右，过滤压降低于1500Pa，增大气速至0.2m/s，效率迅速降至90%以下，压降增至2500Pa以上，这说明只有低气速条件下才能在维持适当压降的同时保证较高的过滤效率。

粉体滤料过滤优势明显：①“滤饼”始终存在，保证颗粒床在整个过滤过程对微细粉尘有着较高的过滤效率；②“滤饼”厚度可调，结构相对稳定，不易被穿孔，在压降允许的情况下，可长时间进行过滤操作。但粉体颗粒床存在过滤气速低、压降偏高等问题，另外，部分粉体颗粒在清灰时不可避免会被反吹气体带走，需要定期补充。总体来说，粉体颗粒床在处理微米级、尤其是亚微米级粉尘居多的高温气体方面具有较高的应用潜力。

（3）多层滤料固定床 为降低固定床反吹频率，杨国华等[10]提出了双层滤料梯级过滤方法，颗粒床由上轻下重、上粗下细的双层滤料组成，过滤时，上层粗颗粒捕集气体中的大部分粉尘，下层细颗粒截获上层粗颗粒漏下的微细粉尘，反吹清灰时，因两种滤料颗粒存在密度差，上层粗颗粒始终悬浮于下层细颗粒之上，清灰后，双层滤料结构保持不变。杨国华等在冷态条件下对比了单层滤料（0.5～1mm海砂）、双层滤料（上层2～5mm膨胀珍珠岩，下层0.5～1mm海砂）颗粒床的最长操作时间，操作压降从初始时2000Pa升至5000Pa，单层滤料、双层滤料颗粒床的过滤时间分别为20min、113min，过滤效率均达到99%以上，这表明在双层滤料颗粒床中，上层粗滤料的存在将显著增大床层容尘量，从而延长过滤操作时间。相比于杨国华等试验，田素瑞等[11]采用小粒径颗粒（1～2mm）作为上层滤料，将上层滤料出口处气体的粉尘浓度降低至入口浓度的2%～4%，因进入下层滤料的气体的粉尘浓度很低，所以下层滤料仍处于深层过滤状态，避免了粉尘过度沉积导致的压降激增。

在过滤操作中，各种过滤机理联合作用的结果使得颗粒床粒级效率随着粉尘粒径的增加呈现先降低后升高的变化趋势，也就是说颗粒床出现了难过滤粉尘。为进一步提高微细粉尘捕集效率，石开玉等[12]将双层滤料过滤思想应用于粉体颗粒床上，在粉体层上添加一层膨胀珍珠岩（0.3～1mm），组成粉-粒双层滤料颗粒床，粉体层和膨胀珍珠岩层的难过滤粉尘的粒径分别在0.352μm、1μm左右，双层滤料颗粒床梯级过滤、错位互补，试验得到的分级效率曲线在0.352μm、1μm处无明显下凹，双层滤料颗粒床的平均效率和粒级效率较单一粉体层和单一膨胀珍珠岩层均有所提高。

2.2 移动床结构形式和改进

2.2.1 移动床结构形式

移动床的结构形式很多，根据含尘气体和颗粒层两者的流动方向，分为交叉流式、顺流式、逆流式等几种；根据含尘滤料是否再生，移动床有滤料再生式和滤料不再生式两种。对于滤料再生式移动床，因底部排出的含尘滤料需要被回收使用，所以其结构复杂，除移动床本体外，还包括滤料收集和清灰、滤料提升及储料等相关部件。移动床滤料再生过程一般有两种：①含尘滤料先在振动筛或滚筒筛中分离出夹带粉尘，之后再生滤料气力输送至移动床顶部的储料罐[13-14]，见图4(a)；②含尘滤料气力输送至移动床顶部，在旋风分离器或惯性分离器中除去夹带粉尘，接着再生滤料送至储料罐[15-16]，见图4(b)。对于滤料不再生式移动床，虽然不用设置复杂庞大的滤料再生系统，但需考虑含尘滤料的处理问题，以免造成二次污染。含尘滤料的处理方法一般也有两种：①移动床与特定的工艺过程相配合，含尘滤料在其他工序中能够被有效利用；②利用造粒设备将工业废料压制成粒团作为滤料使用，移动床排出的含尘滤料送至工业废料处理单元[17]。

图4 移动床颗粒过滤器滤料再生系统示意图

2.2.2 移动床改进

因颗粒层处于移动状态，滤料颗粒间隙较大，所以移动床对微细粉尘的过滤效率不及固定床，并且运行控制的因素较多，但移动床过滤时效率和压降基本保持稳定，单台设备即可实现连续操作，所以较固定床更适合应用于工业生产。随着移动床过滤的发展，学者们通过大量的理论研究与实践，对移动床进行了改进研究，下文进行分类论述。

（1）交叉流式移动床 滤料颗粒被百叶窗结构夹持，含尘气体水平通过颗粒层是交叉流式移动床的典型特征，见图5。颗粒层向下流动时，受移动床结构和颗粒间相互作用力的影响，两侧颗粒的移动速率很小，很快与中心区域颗粒分离，在百叶窗附近形成类滞留区（quasi-stagnant zone，QSZ），随着过滤操作的进行，该区域内沉积粉尘不断增多，容易引起压降增大、百叶窗腐蚀、滤料结块等问题。为减小QSZ，提高颗粒层整体均匀流动性，学者们着重从百叶窗结构和增设内构件两方面对移动床进行结构改进，见图6。

图5 交叉流式移动床颗粒过滤器示意图

KUO等[18]和HSIAU等[19]研究表明移动床内滤料颗粒流场受百叶窗倾斜角θ影响。在对称百叶窗结构[见图6(a1)]中，倾斜角过大，滤料颗粒呈漏斗流动，QSZ随即出现；倾斜角过小，虽然滤料颗粒呈整体流动，但迎风面和背风面却显著减小，较大的过流气速极易将滤料颗粒带出。对于非对称百叶窗结构[见图6(a2)]，左侧倾斜角较小（θ1=15°），该区域内含尘滤料能够快速排出，右侧倾斜角较大（θ2=40°），背风面的增大和QSZ的存在可降低含尘气体出流速度，有利于提高过滤效率。将非对称百叶窗气体出口一侧结构上移[见图6(b)]，左侧迎风面进入的含尘气体可通过多条路径排出，试验表明这种改进有利于缓解颗粒层移动不均的问题。CHOU等[20]通过试验指出采用曲面对称百叶窗结构[见图6(c)]也可减小移动床内QSZ，曲面曲率减小，QSZ随之减小。

上述研究表明，从提高滤料颗粒整体均匀流动性角度考虑，百叶窗倾斜角应小一些；从适当延长含尘气体在颗粒层内停留时间以提高移动床过滤效率角度考虑，百叶窗倾斜角应大一些。面对这一矛盾，学者们以大倾斜角（θ≈40°）百叶窗结构为基础，通过加装内构件来增大百叶窗边壁区域颗粒的移动速率，从而减小QSZ。CHOU等[21]采用示踪颗粒法研究了结构较为简单的垂直内构件[见图6(d)]对对称百叶窗移动床内颗粒流动的影响，百叶窗倾斜角40°时，滤料颗粒流动300s后，QSZ占滤料颗粒总过流面积的比值从43.2%降至增设内构件后的29.1%，百叶窗倾斜角50°时，这一比值从50.7%降至27.9%，说明垂直内构件的增加对减小QSZ有着一定影响。为进一步减小QSZ，林爱光等[22]和HSIAU等[23-25]在对称百叶窗移动床内加装了鞍形内构件[见图6(e)]，与传统对称百叶窗结构相比，HSIAU等采用JOHANSON方法设计的内构件的增设显著减小了QSZ。受HSIAU等采用JOHANSON方法的启发，CHOU等[26]在非对称百叶窗移动床[见图6(a2)]中加装了楔形内构件[见图6(f)]、CHEN等[27]优化了非对称百叶窗结构[见图6(b)]的相关参数，同样有效减小了QSZ。鞍形内构件在减小QSZ的同时，也占用了百叶窗内的部分空间，为解决这一问题，HSIAU等[28]和SMID等[29]开发了子百叶窗内构件[见图6(g)]，研究表明在倾斜角40°对称百叶窗移动床内，滤料颗粒流动240min后，QSZ占滤料颗粒总过流面积的比值从24.72%降至增设内构件后的0.5%，与鞍形内构件相比，子百叶窗内构件显著减小QSZ的同时，也在一定程度上避免了移动床的体积过于庞大。带有鞍形和子百叶窗内构件的移动床也在实验室条件下进行了冷态和热态试验[30-33]，获得了良好的过滤除尘效果。

图6 几种交叉流式移动床颗粒过滤器改进示意图

除不均匀流动问题外，移动床颗粒层能否有效得以利用也受到学者们的关注。HSU等[34-36]在入口采用渐扩结构的移动床内加装了导流板（见图5），使得含尘气体速率沿移动床轴向方向（见图5中A、B）分布更加均匀，提高了过滤效率。WAN等[37]在移动床底部加装了非对称内构件（见图5），在入口气体粉尘浓度较高的场合下，左侧高含尘的颗粒层（见图5中C区域）移动较快，从而稳定了操作压降，右侧低含尘的颗粒层（见图5中D区域）缓慢移动，在维持较高过滤效率的同时避免了洁净滤料的浪费。

（2）顺流式和逆流式移动床 在顺流式移动床中，含尘气体与颗粒层两者的流动方向相同，均一致向下，图7为Westinghouse Science and Technology Center（WSTC）[17]开发的顺流式移动床示意图。过滤时，含尘气体首先与洁净滤料接触，随着气体逐渐深入颗粒层，滤料颗粒间不断增多的沉积粉尘有利于过滤效率的提高，向下流动的气体也有助于颗粒层的顺畅流动。该型移动床运行时也暴露出一个问题：滤料颗粒沿气体/滤料分离面向下滑动时，部分从滤料颗粒间脱落的粉尘会被通过该表面的气体带出，除尘效果受到影响。图8为BROWN等[38]和EI-HEDOK等[39]设计的逆流式移动床示意图，因含尘气体与颗粒层流动方向相反，出流气体始终与洁净滤料接触，有效缓解了顺流式移动床粉尘二次夹带问题。在逆流式移动床中，为避免含尘气体流化滤料颗粒情况的发生，除处理气量被加以限制外，颗粒层的流动速率也需注意，含尘滤料应尽快排出，避免粉尘过度沉积而对气体流动造成阻碍。

图7 顺流式移动床颗粒过滤器示意图[17]

图8 逆流式移动床颗粒过滤器示意图[38-39]

图9 混合流式移动床颗粒过滤器示意图[40-41]

Combustion Power Company（CPC）[40]和国家电力公司热工研究院（TPRI）[41]优化了移动床进气方式，将顺流式和逆流式移动床整合在一起，开发了如图9所示的混合流式移动床。移动床中心立管出口处为顺流区和交叉流区，含尘滤料在这里可以捕集气体夹带的大部分粉尘，之后气体进入逆流区，持续更新的洁净滤料可有效防止已沉积粉尘的返混和夹带，从而大大提高了移动床的过滤效率。CPC试验表明在840℃条件下，移动床对0.3～4μm粉尘的过滤效率为93.2%～99%，操作压降6～7kPa；TPRI也对该型移动床进行了煤气除尘考核试验，进口温度450～480℃，移动床对中位粒径9.915μm粉尘的过滤效率达99.65%以上，操作压降4～6kPa。

2.3 其他形式颗粒床

为强化过滤效果，许多学者将颗粒床与其它除尘技术有机结合，开发了一系列组合式除尘器。为降低入口粉尘浓度、减小移动床除尘负荷，吕保和[42]、BROWN等[38]和EI-HEDOK等[39]将移动床与旋风分离器结合成一体，外部旋风体粗除尘、内部移动床精细除尘，在单台设备中实现了两级除尘。针对颗粒床、特别是移动床对微细粉尘过滤效率不高的问题，许世森[43]和陶继业[44]分别从理论和试验上证明了采用尘粒荷电和对颗粒床施加外电场方法来提高微细粉尘捕集效率是可行的，为这一问题的解决提供了一种可选方案；吴晋沪[45]将深层过滤和滤饼过滤结合起来，用烧结金属丝网替换交叉流式移动床气体出口一侧的百叶窗，过滤时粉尘会在金属丝网表面形成一层滤饼，但其厚度会受到颗粒层下移摩擦的限制，不会持续增加，确保除尘器能够恒阻稳定操作。

学者们在旋风分离器上开展的促使粉尘发生团聚的相关研究也可被借鉴用以提高颗粒床对微细粉尘的除尘效率，SIBANDA等[46]和许世森[47]分别在旋风分离器上游安装了错流过滤元件和带有导向叶片的旋风筒，有效促进了细颗粒的团聚和粘结，从而提高了微细粉尘捕集效率。除过滤除尘外，颗粒床还存在协同脱除其他污染物的潜在优势，胡付祥等[48]和张志学等[49]分别将焦油催化裂解催化剂、脱硫剂等填充在颗粒床内，实现了高温气体一体化脱尘脱焦、一体化脱尘脱硫，拓展了颗粒床的功能。

2.4 颗粒床性能影响因素

过滤时间、过滤气速、颗粒层厚度、滤料特性等操作参数的优化组合是颗粒床稳定、高效运行的关键，对其设计也有着切实的指导作用。研究表明[50-51]：①随着粉尘沉积，固定床颗粒层空隙率减小，效率和压降增加，当颗粒层内粉尘沉积趋于饱和时，粉尘二次夹带现象凸显，效率降低，压降增加平缓；而对于移动床，因含尘滤料不断被洁净滤料所取代，所以效率和压降随时间变化不明显。②较为合适的操作气速常取0.3～0.8m/s，气速过低，粉尘容易在颗粒层表面沉积，颗粒层不能发挥作用，处理气量也受到影响；气速过高，压降快速增加，粉尘穿透颗粒层的能力增强，二次夹带作用显著，效率降低。③颗粒层厚度需要综合效率、压降两者的关系来确定，一般取100～200mm，若颗粒层过厚，效率增加不明显，但压降急剧增加。④滤料颗粒应具有耐高温高压、抗腐蚀、价廉易获取等特点，对于长时间循环使用的滤料，具有一定的机械强度也是必要的，保证清灰再生期间不会因颗粒碰撞造成损失，较为常用的滤料有石英砂、陶粒、膨胀珍珠岩等；考虑到颗粒层高效率除尘的同时还要具有一定的容尘量，滤料颗粒粒径一般取2～4mm，另外，滤料颗粒粒度也要结合待过滤气体性质加以选择，例如对于黏性较大的含尘气体，若选用小粒径滤料，则容易使颗粒层结块，带来颗粒床阻塞等问题。

此外，YANG等[16]、SULAYMON等[52]、何鹏等[53]和许世森[54]研究了操作温度对颗粒床性能的影响，结果表明：温度的升高有利于提高扩散作用占主导的小粒径粉尘（小于1μm）的捕集效率，而对于惯性碰撞占主导的大粒径粉尘（大于1μm），其捕集效率随温度的升高而降低；气体的黏度随温度的升高而增大，含尘气体流经颗粒层的阻力随之增大，压降增加。对于移动床，颗粒层移动速率也是影响其性能的一个重要因素，EI-HEDOK等[39]通过试验指出，滤料颗粒在移动床内的停留时间不能超过一个临界值τg，也就是说颗粒层移动速率不能过小，否则移动床因含尘滤料不能及时更新而表现出“固定床过滤特点”，即效率和压降随会时间有所变化。在滤料颗粒停留时间大于τg的情况下，适当增大颗粒层移动速率有助于效率的提高，这与BROWN等[38]试验结论一致。当滤料颗粒的停留时间小于τg时，不同试验条件下获得的结论存在差异，EI-HEDOK等得出颗粒层移动速率对效率几乎无影响的结论，而许世森[55]、PAENPONG等[56]研究表明随着颗粒层移动速率的增加，颗粒层空隙率增大，压降和效率均有所降低。

3 工程应用研究现状

3.1 固体燃料分级转化和高值化利用

热解获得高附加值的热解油品、高热值的热解气以及可进一步加工利用的半焦是支撑煤炭、油页岩、生物质等固体燃料分级转化和高值化利用的核心技术。现阶段，热解技术还存在诸多技术挑战，其中高黏性、腐蚀性强、易发生二次反应的高温热解油气除尘问题已成为热解技术工业化应用的瓶颈之一[56-58]。

在如此恶劣环境下进行高效在线气固分离，颗粒床几乎是最为合理的选择。为验证颗粒床在高温热解油气除尘中的可行性，梁鹏等[59-60]利用固定床对处理量10kg/h固体热载体煤热解试验装置产生的热解油气进行了除尘研究，结果表明，通过改变滤料种类、过滤气速及颗粒层厚度等操作参数，可将操作压降和焦油含尘率控制在一定范围内。随后，中国科学院过程工程研究所（IPE-CAS）[61]与中国石油大学（北京）[62]联合开发了一套固定床，在处理量3000t/a固体热载体煤热解中试平台上进行了约20h热解油气除尘试验，进一步考察了固定床长时间运行的表现。两台过滤单体并联，过滤（5min）、清灰（30s）切换操作，过热水蒸气作为反吹气体，粒径2～5mm膨胀珍珠岩作为滤料，过滤气速0.07m/s，操作温度400℃，试验获得的焦油品质较好，含尘率从之前未采用固定床的12%降至1.14%（质量分数），过滤压降低于500Pa，反吹压降低于200Pa。

除固定床外，移动床也被应用于热解中试系统进行了一系列除尘试验，陕西府谷恒源煤焦电化有限公司在其所建75t/h热解中试装置中采用交叉流式移动床[57-58]对热解油气进行脱尘处理，过滤介质为半焦，操作温度500℃，移动床排出的含尘半焦经处理后送至锅炉燃烧，最终获得的焦油中含尘率小于5%（质量分数），满足工业要求，半焦作为滤料的移动床[63-64]也在神华煤制油化工公司6000t/a热解中试装置中进行了除尘测试，为后续移动床的优化改进积累了数据。

为进一步提高热解油气收率和品质，IPE-CAS将颗粒床与热解反应器集成于一体，提出了内构件外热式油页岩/煤热解反应器方案[65]，见图10。内构件外热式热解反应器内温度呈中心低、壁面高分布，反应器壁面处的油页岩/煤先热解形成半焦层，中心集气管是气体的唯一流出通道，使得热解油气从高温区向低温区流动。在热解油气定向流动过程中，低温原料层在过滤除尘的同时还会冷凝捕集热解油气中的重组分，避免了重组分直接附着在中心集气管上而带来的阻塞问题，与此同时，热解油气严重的二次反应也被有效缓解，油页岩/煤连续加入、含尘半焦连续排出，实现了热解与除尘的连续同时操作。该型热解反应器分别在处理量10kg/h（油页岩）、1000t/a（煤）热解平台上进行了效果验证，试验得到的焦油中含尘率均在0.1%（质量分数）左右，焦油中轻质组分含量均达到70%（质量分数）以上[66-67]。

图10 内构件外热式油页岩/煤热解反应器示意图

在高温热解油气除尘中，半焦作为滤料的移动床有着显著的优点[68]：①半焦为热解系统自产，移动床排出的含尘半焦又能被后续过程有效利用，省去了滤料再生系统，降低了移动床设备的复杂性；②热解反应器产生的半焦具有较高的温度，充分利用了系统热能，减小了移动床外部供热压力；③半焦孔隙结构发达，比表面积较大，除尘效果好。将移动床由热解反应器外“转移”到热解反应器内则进一步简化了除尘过程，降低了设备投资和运行成本。目前，移动床应用于热解油气除尘尚处于中试试验阶段，移动床长时间稳定运行和放大问题等仍需要进一步研究。

3.2 清洁发电

受我国“富煤、贫油、少气”能源结构的影响，电力工业在煤炭消费中占有及其重要的地位。煤炭作为品质较差的化石燃料，直接燃烧会产生大量污染物，引发严重的环境问题，因此发展以整体煤气化联合循环发电（integrated gasification combined cycle，IGCC）和增压流化床燃烧联合循环发电（pressurized fluidized bed combustion combined cycle，PFBC-CC）为代表的洁净煤发电技术对于控制污染物排放、实现煤炭清洁利用具有重要意义。

对于IGCC系统，从保护下游燃气轮机和满足排放标准的角度考虑，需要对气化炉产生的370～595℃、压力可达8MPa的煤气[69-70]进行脱尘处理。陶瓷过滤器作为一种较有前途的高温除尘设备，已在众多IGCC示范电站进行了工业试验，虽然获得了很好的除尘效果，但高温高压条件下仍存在一些问题[71]：①部分粉尘永久性沉积在陶瓷滤料孔隙中，导致操作压降剧增，过滤元件失效；②热疲劳和裂纹蔓延等问题造成陶瓷滤料破碎，过滤器长周期运行得不到保证。而在PFBC-CC系统中，采用陶瓷过滤器对流化床产生的760～870℃、1～1.2MPa的烟气[69-70]进行高温除尘则面临更大的挑战。

表1 应用于高温煤气、烟气颗粒床过滤器小试和中试试验简要汇总

颗粒床从过滤过程上看与陶瓷过滤器有相似之处，但又有较大的不同：①若滤料选择合适，可在高温高压条件下稳定运行，耐久性好；②选择移动床可实现连续过滤，不需要脉动反吹，操作压降平稳。到目前为止，已有众多学者和机构对应用于高温煤气、烟气除尘领域的颗粒床展开了小试和中试试验[50]，见表1。当下，在陶瓷过滤器高温高压条件下稳定性和耐久性问题仍需进一步研究解决的情况下，颗粒床，尤其是移动床在IGCC、PFBC等领域具有良好的发展前景。

3.3 工业炉窑余热利用

冶金、建材、化工等工业炉窑余热利用对于降低能耗、推进我国节能减排工作具有重要意义。对于以重油等为燃料的炉窑，其排放的烟气一般黏性较大，烟气温度和流量也存在较大波动，目前普遍采用的湿法除尘虽然效率高，但却浪费了烟气余热，耗水量大，产生的污水、污泥处理复杂。面对这种情况，结构简单、容尘量大、对工况变化不敏感的双层滤料固定床显示出较强的优越性，过滤后的烟气仍具有较高温度，可进入后续换热设备进行余热回收。双层滤料固定床已在铝合金熔化炉上进行了工业除尘试验[72]，进口温度450℃，出口粉尘浓度小于10mg/m3，装置除尘消烟效果好，运行稳定可靠。

4 结语与展望

随着人们对颗粒床过滤技术越来越重视，研究越来越深入，颗粒床这种高效且经济适用的高温气体除尘设备正在不断地改进和完善中。就目前的研究现状来看，固定床的开发主要包括两方面：①延长过滤操作时间，包括增大颗粒层容尘量（多层滤料固定床）和设计可连续运行固定床（新型固定床）；②减小滤料颗粒直径，提高微细粉尘捕集效率（粉体滤料固定床）。移动床的开发则集中于：①提高颗粒层均匀顺畅流动性（交叉流式移动床）；②增大颗粒层利用效率（交叉流式移动床）；③优化进气方式，减小沉积粉尘二次夹带（混合流式移动床）。

颗粒床的研究开发也可归纳为集成性和针对性两个特点。集成性指将颗粒床与其他技术手段进行有机组合，组合方式可以是简单叠加，如旋风-过滤、静电-过滤、颗粒过滤-金属过滤等复合除尘，也可是多种技术手段耦合一体化，如研究改性滤料，实现除尘、脱硫、脱焦等同时进行。针对性则是指颗粒床的使用与特定的工艺过程配合，如热解过程中的滤料不再生式移动床和内构件外热式热解反应器等，滤料系热解系统自产，排出的含尘滤料系统自用。

综上所述，颗粒床过滤技术在固体燃料高效综合利用、清洁发电、余热利用等领域应用潜力巨大，已成为高温气体除尘领域的研究热点之一。目前，针对颗粒床的有关研究已取得了一定的成果，但颗粒床距离工业广泛应用仍存在距离，设计高效率、低成本的颗粒床任重道远。相较于固定床，移动床结构较为复杂，过滤效率有待提高，但移动床单台设备即可连续操作，过滤性能稳定，因而具有很高的开发应用价值。现阶段，移动床颗粒层均匀顺畅流动性仍需提升，这直接限制着其工业化推广。进一步改进完善移动床结构，增强颗粒层整体流动性和利用效率、优化进气方式以及集成性针对性设计，将使移动床具有更强的工业化竞争力。

[1] 刘会雪，刘有智，孟晓丽. 气体高温除尘技术研究进展[J]. 煤气与热力，2008，28（10）：18-22.LIU H X，LIU Y Z，MENG X L. Research progress in high-temperature gas dust removal technology[J]. Gas and Heat，2008，28（10）：18-22.

[2] 向晓东. 现代除尘理论与技术[M]. 北京：冶金工业出版社，2002：107-161.XIANG X D. Modern aerosol particle collection theory and technology[M]. Beijing：Metallurgical Industry Press，2002：107-161.

[3] 陈敏恒，从德滋，方图南，等. 化工原理[M]. 北京：化学工业出版社，2006：115-142.CHEN M H，CONG D Z，FANG T N，et al. Principles of chemical engineering[M]. Beijing：Chemical Industry Press，2006：115-142.

[4] 王助良，钟秦，吉恒松，等. 新型固定床颗粒层除尘器的研究[J].洁净煤技术，2006，12（2）：85-88.WANG Z L，ZHONG Q，JI H S，et al. Investigation of a new fixed bed particle layer deduster[J]. Clean Coal Technology，2006，12（2）：85-88.

[5] 颜学升，王助良，张敏，等. 新型颗粒层的过滤性能[J]. 江苏大学学报（自然科学版），2009，30（5）：491-495.YAN X S，WANG Z L，ZHANG M，et al. Filtration performance of a new granular layer[J]. Journal of Jiangsu University（Natural Science Edition），2009，30（5）：491-495.

[6] 黄三. 自带粉体层滤膜的多层滤料颗粒床过滤特性研究[D]. 宁波：宁波大学，2012.HUANG S. Study on characteristics of the multi-layer granular bed with powder membrane[D]. Ningbo：Ningbo University，2012.

[7] KUO Y M，HUANG S H，LIN W Y，et al. Filtration and loading characteristics of granular bed fi lters[J]. Journal of Aerosol Science，2010，41（2）：223-229.

[8] 黄三，杨国华，杜卡帅，等. 新型粉体颗粒床过滤 PM2.5烟尘粒子的实验研究[J]. 中国矿业大学学报，2013，42（1）：117-121.HUANG S，YANG G H，DU K S，et al. Experimental study of filtration of PM2.5by a new powder bed filter[J]. Journal of China University of Mining and Technology，2013，42（1）：117-121.

[9] SHI K Y，YANG G H，HUANG S，et al. Study on fi ltering characteristics of aerosol particulates in a powder-grain dual-layer granular bed[J]. Powder Technology，2015，272：54-63.

[10] YANG G H，ZHOU J H. Experimental study on a new dual-layer granular bed filter for removing particulates[J]. Journal of China University of Mining and Technology，2007，17（2）：201-204.

[11] TIAN S R，YANG G H，LI Z，et al. Cascade fi ltration properties of a dual-layer granular bed fi lter[J]. Powder Technology，2016，301：545-556.

[12] 石开玉，杨国华，田素瑞，等. 粉-粒双层滤料颗粒床对 PM2.5的过滤特性研究[J]. 中国矿业大学学报，2015，44（1）：138-143.SHI K Y，YANG G H，TIAN S R，et al. Study of filtration characteristics of PM2.5by a powder-grain dual-layer granular bed[J].Journal of China University of Mining and Technology，2015，44（1）：138-143.

[13] 王助良. 局部流化清灰的新型颗粒层过滤装置设计和实验研究[D]. 南京：南京理工大学，2007.WANG Z L. Design and experimental study of new granular-layer filtration device for local fluidized dust cleaning[D]. Nanjing：Nanjing University of Science and Technology，2007.

[14] CHEN Y S，HSIAU S S，LEE H Y，et al. Size separation of particulates in a trommel screen system[J]. Chemical Engineering and Processing：Process Intensi fi cation，2010，49（11）：1214-1221.

[15] BAI J C，WU S Y，LEE A S，et al. Filtration of dust in a circulating granular bed filter with conical louver plates（CGBF-CLPs）[J].Journal of Hazardous Materials，2007，142（1/2）：324-331.

[16] YANG S I，CHUNG I L，WU S R. An experimental study of the in fl uence of temperature on char separation in a moving granular bed[J]. Powder Technology，2012，228：121-127.

[17] SMID J，HSIAU S S，PENG C Y，et al. Hot gas cleanup：new designs for moving bed filters[J]. Filtration and Separation，2005，42（10）：36-39.

[18] KUO J T，SMID J，HSIAU S S，et al. Stagnant zones in granular moving bed fi lters for fl ue gas cleanup[J]. Filtration and Separation，1998，35（6）：529-534.

[19] HSIAU S S，SMID J，TSAI F H，et al. Velocities in moving granular bed filters[J]. Powder Technology，2001，114（1/2/3）：205-212.

[20] CHOU C S，YANG T L. Flow patterns and wall stresses in a moving granular fi lter bed with a curved symmetric louvered wall[J].Advanced Powder Technology，2005，16（5）：451-471.

[21] CHOU C S，CHEN S H. Moving granular filter bed of quartz sand with louvered-walls and flow-corrective inserts[J]. Powder Technology，2007，172（1）：41-49.

[22] 林爱光，张立平，阴金香，等. 颗粒移动床除尘装置[J]. 实验技术与管理，2001，18（1）：47-48，51.LIN A G，ZHANG L P，YIN J X，et al. Moving granular bed dust removing device[J]. Experimental Technology and Management，2001，18（1）：47-48，51.

[23] HSIAU S S，SMID J，TSAI F H，et al. Placement of flow-corrective elements in a moving granular bed with louvered-walls[J]. Chemical Engineering and Processing，2004，43（8）：1037-1045.

[24] HSIAU S S，SMID J，CHYOU Y P，et al. Impact of flow-corrective insert on flow patterns in two-dimensional moving bed[J]. Chemical Engineering and Processing：Process Intensi fi cation，2013，73：7-15.[25] CHOU C S，YANG T L. The effect of a flow corrective insert upon flow patterns and wall stresses in a two-dimensional bin-hopper[J].Advanced Powder Technology，2004，15（5）：567-582.

[26] CHOU C S，YANG T L，CHANG J C. Flow patterns and wall stresses in a moving granular filter bed with an asymmetric louvered-wall and obstacles[J]. Chemical Engineering and Processing，2006，45（2）：79-89.

[27] CHEN Y S， HSIAU S S，SMID J，et al. Removal of dust particles from fuel gas using a moving granular bed filter[J]. Fuel，2016，182：174-187.

[28] HSIAU S S，SMID J，TSAI S A，et al. Flow of filter granules in moving granular beds with louvers and sublouvers[J]. Chemical Engineering and Processing，2008，47（12）：2084-2097.

[29] SMID J，HSIAU S S，TSAI S A，et al. Study on gravity flow of granules in beds supported by louver-sublouver system[J]. Advanced Powder Technology，2009，20（2）：127-138.

[30] CHEN Y S，HSU C J，HSIAU S S，et al. Clean coal technology for removal dust using moving granular bed fi lter[J]. Energy，2017，120：441-449.

[31] CHEN Y S， HSIAU S S，LAI S C，et al. Filtration of dust particulates with a moving granular bed fi lter[J]. Journal of Hazardous Materials，2009，171（1/2/3）：987-994.

[32] CHEN Y S，CHYOU Y P，LI S C. Hot gas clean-up technology of dust particulates with a moving granular bed fi lter[J]. AppliedThermal Engineering，2014，74：146-155.

[33] CHEN Y S， HSIAU S S，LEE H Y，et al. Filtration of dust particulates using a new fi lter system with louvers and sublouvers[J].Fuel，2012，99：118-128.

[34] HSU C J，HSIAU S S. A study of fi ltration performance in a cross- fl ow moving granular bed fi lter：the in fl uence of gas fl ow uniformity[J]. Powder Technology，2015，274：20-27.

[35] HSU C J，HSIAU S S. Experimental study of the gas flow behavior in the inlet of a granular bed fi lter[J]. Advanced Powder Technology，2011，22（6）：741-752.

[36] HSU C J，HSIAU S S，CHEN Y S，et al. Investigation of the gas inlet velocity distribution in a fi xed granular bed fi lter[J]. Advanced Powder Technology，2010，21（6）：614-622.

[37] WAN H P，YANG T Y，CHUNG I L，et al. Hydrodynamic behavior in a moving granular bed fi lter for modeling on char separation during the biomass fast pyrolysis process[J]. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers，2013，44（6）：1016-1021.

[38] BROWN R C，SHI H，COLVER G，et al. Similitude study of a moving bed granular filter[J]. Powder Technology，2003，138（2/3）：201-210.

[39] EL-HEDOK I A，WHITMER L，BROWN R C. The in fl uence of granular fl ow rate on the performance of a moving bed granular fi lter[J]. Powder Technology，2011，214（1）：69-76.

[40] SMID J，HSIAU S S，PENG C Y，et al. Moving bed filters for hot gas cleanup[J]. Filtration and Separation，2005，42（6）：34-37.

[41] 夏军仓，许世森，郜时旺，等. 移动颗粒层过滤高温高压煤气除尘技术的试验研究[J]. 动力工程，2003，23（2）：2337-2341.XIA J C，XU S S，GAO S W，et al. Experimental research on moving granular bed filter for hot gas cleanup[J]. Power Engineering，2003，23（2）：2337-2341.

[42] 吕保和. LX型移动式颗粒床除尘器研究与应用[J]. 通风除尘，1998（3）：46-48.LU B H. Research and application of LX moving granular bed dust collector[J]. Building Energy and Environment，1998（3）：46-48.

[43] 许世森. 静电场对移动颗粒层过滤高温除尘效率促进作用的探讨[J]. 中国电机工程学报，2000，20（1）：60-64.XU S S. Analyzing the effect of the static electric field to enhance the efficiency of the moving granular bed filter for hot gas cleanup[J].Proceedings of the Chinese Society for Electrical Engineering，2000，20（1）：60-64.

[44] 陶继业. 带静电促进的颗粒层过滤器高温煤气除尘研究[D]. 武汉：武汉大学，2005.TAO J Y. Study on the granular bed filter with electrostatic field for high-temperature coal gas dust-removal[D]. Wuhan：Wuhan University，2005.

[45] 吴晋沪. 移动床高温煤气除尘基础研究[D]. 山西：中国科学院山西煤炭化学研究所，1998.WU J H. Study on moving granular bed for high temperature gas cleaning[D]. Shanxi：Institute of Coal Chemistry，Chinese Academy of Sciences，1998.

[46] SIBANDA V，GREENWOOD R W，SEVILLE J P K. Particle separation from gases using cross-flow filtration[J]. Powder Technology，2001，118（1/2）：193-202.

[47] 许世森. 细微尘粒的预团聚对旋风分离器高温除尘性能影响的实验研究[J]. 动力工程，1999，19（4）：309-313.XU S S. Experimental research on the performance of cyclone at high temperature improved by agglomerating micro-particles[J]. Power Engineering，1999，19（4）：309-313.

[48] HU F X，YANG G H，DING G Z，et al. Experimental study on catalytic cracking of model tar compounds in a dual layer granular bed filter[J]. Applied Energy，2016，170：47-57.

[49] 张志学，杨国华，涂开峰. 粉状活性焦在双层滤料颗粒床中的脱硫试验研究[J]. 环境污染与防治，2009，31（3）：62-65.ZHANG Z X，YANG G H，TU K F. Experimental study on the desulphurization by powdered activated coke in a dual-layer granular bed filter[J]. Environmental Pollution and Control，2009，31（3）：62-65.

[50] 许世森，李春虎，郜时旺. 煤气净化技术[M]. 北京：化学工业出版社，2006：274-350.XU S S，LI C H，GAO S W. Coal gas purification technology[M].Beijing：Chemical Industry Press，2006：274-350.

[51] 李翔，白皓，苍大强，等. 固体颗粒床高温除尘器的等温实验研究[J]. 北京科技大学学报，2004，26（1）：18-21.LI X，BAI H，CANG D Q，et al. Isothermal experiment research of a high temperature granular bed filter[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing，2004，26（1）：18-21.

[52] SULAYMON A H，MUSTAFA Y A. Aerosol filtration using quartz sand filter[J]. American Journal of Environmental Sciences，2012，8（4）：385-395.

[53] 何鹏，秦红霞，宗燕兵，等. 颗粒床除尘器高温实验研究[J]. 北京科技大学学报，2006，28（11）：1064-1067.HE P，QIN H X，ZONG Y B，et al. Experimental research on high temperature granular bed filters[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing，2006，28（11）：1064-1067.

[54] 许世森. 温度对移动颗粒层过滤高温除尘性能影响的研究[J]. 中国电机工程学报，1999，19（10）：69-72.XU S S. The effect of temperature on the characteristic of the moving granular bed filter for high temperature dust removal[J]. Proceedings of the Chinese Society for Electrical Engineering，1999，19（10）：69-72.

[55] 许世森. 移动颗粒层过滤高温除尘过程结构和参数优化实验研究[J]. 中国电机工程学报，1999，19（5）：13-17.XU S S. Research on optimizing structure and parameters of the moving granular bed filter for high temperature dust removal in IGCC and PFBC systems[J]. Proceedings of the Chinese Society for Electrical Engineering，1999，19（5）：13-17.

[56] PAENPONG C，PATTIYA A. Filtration of fast pyrolysis char fi nes with a cross- fl ow moving-bed granular fi lter[J]. Powder Technology，2013，245：233-240.

[57] 樊英杰，郑化安，张生军. 粉煤热解含尘干馏气除尘技术研发及应用[J]. 煤化工，2014，42（5）：1-5.FAN Y J，ZHENG H A，ZHANG S J. Technical research of dedusting the dusty retorting gas in the process of low-temperature pyrolysis of pulverized coal and its application[J]. Coal Chemical Industry，2014，42（5）：1-5.

[58] 张生军，郑化安，陈静升，等. 煤热解工艺中挥发分除尘技术的现状分析及建议[J]. 洁净煤技术，2014，20（3）：79-82，86.ZHANG S J，ZHENG H A，CHEN J S，et al. Status analysis and improvement measures of volatile dust removal technology in coal pyrolysis process[J]. Clean Coal Technology，2014，20（3）：79-82，86.

[59] 梁鹏，曲旋，毕继诚. 炉前煤低温干馏的工艺研究[J]. 燃料化学学报，2008，36（4）：401-405.LIANG P，QU X，BI J C. Study on the low temperature coal pyrolysis by solid heat carrier in a moving bed pyrolyzer[J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology，2008，36（4）：401-405.

[60] 梁鹏，王志锋，董众兵，等. 炉前煤低温干馏工艺中的挥发分除尘[J]. 燃料化学学报，2006，34（1）：25-29.LIANG P，WANG Z F，DONG Z B，et al. Hot dust removal in the process of low temperature coal pyrolysis[J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology，2006，34（1）：25-29.

[61] 中国科学院过程工程研究所能源转化课题组. 中国科学院过程工程研究所煤炭低温热解油尘分离技术获得突破性进展[EB/OL].[2016-12-25]. http：//www.ipe.cas.cn/xwdt/kyjz/201504/t20150410_4334971.html.Energy conversion research group，Institute of process engineering，Chinese Academy of Sciences. Institute of process engineering，Chinese Academy of Sciences made a great breakthrough in the separation technology of oil and dust in the process of low-temperature pyrolysis of coal [EB/OL]. [2016-12-25]. http：//www.ipe.cas.cn/xwdt/kyjz/201504/t20150410_4334971.html.

[62] 詹敏述. 油页岩与固体热载体颗粒混合及热解气高温除尘技术研究[D]. 北京：中国石油大学（北京），2015.ZHAN M S. Research on the mixing of oil shale and solid heat carriers and high temperature pyrolysis gas dust removal technology[D].Beijing：China University of Petroleum-Beijing，2015.

[63] 白效言，裴贤丰，张飏，等. 小粒径低阶煤热解油尘分离问题分析[J]. 煤质技术，2015（6）：1-4.BAI X Y，PEI X F，ZHANG Y，et al. Analysis on separation of tar and dust during pyrolysis of small-size low rank coal[J]. Goal Quality Technology，2015（6）：1-4.

[64] 刘书贤，门卓武，郭屹，等. 块煤热解提质工艺及反应器开发进展[J]. 洁净煤技术，2015，21（4）：67-73.LIU S X，MEN Z W，GUO Y，et al. Status and development of lump coal pyrolysis and reactor design technologies[J]. Clean Coal Technology，2015，21（4）：67-73.

[65] 李红娟，张纯，段正康，等. 油页岩固定床热解反应器中内构件强化作用[J]. 中国科学（化学），2014（3）：395-402.LI H J，ZHANG C，DUAN Z K，et al. Impact of internals on oil shale pyrolysis in fixed bed reactor[J]. Scientia Sinica （Chimica），2014（3）：395-402.

[66] 张纯. 外热式内构件移动床低阶碎煤热解技术研究[D]. 北京：中国科学院过程工程研究所，2015.ZHANG C. Pyrolysis of small-size low-rank coal in indirectly heated moving bed with internals[D]. Beijing：Institute of Process Engineering，Chinese Academy of Sciences，2015.

[67] 赖登国. 内构件移动床固体热载体油页岩热解技术研究[D]. 北京：中国科学院过程工程研究所，2017.LAI D G. Pyrolysis of oil shale by solid heat carrier in moving bed with internals[D]. Beijing：Institute of Process Engineering，Chinese Academy of Sciences，2017.

[68] 陶贻功，陈家全，李志建，等. 半焦作为过滤介质应用于高温除尘的探讨[EB/OL]. [2016-12-25]. http：//www.paper.edu.cn/html/releasepaper/2011/06/64/.TAO Y G， CHEN J Q，LI Z J，et al. Study on semi-coke as the filter medium used in high temperature dust-removing[EB/OL]. [2016-12-25].http：//www.paper.edu.cn/html/releasepaper/2011/06/ 64/.

[69] SMID J，PENG C Y，LEE H T，et al. Hot gas granular moving bed filters for advanced power systems[J]. Filtration and Separation，2004，41（10）：32-35.

[70] HEIDENREICH S. Hot gas fi ltration—a review[J]. Fuel，2013，104：83-94.

[71] SMID J，HSIAU S S，PENG C Y，et al. Hot gas cleanup： pilot testing of moving bed filters[J]. Filtration and Separation，2006，43（4）：21-24.

[72] 于春令，杨国华，王兴云. 双层滤料颗粒床高温除尘技术及其在冶金炉窑中的应用[J]. 环境工程，2009，27（2）：15-17，21.YU C L，YANG G H，WANG X Y. Dual-layer granular bed filter for hot gas cleanup and its application in metallurgical furnaces[J].Environmental Engineering，2009，27（2）：15-17，21.

Advances in research on granular bed filter for dust removal

YAN Shen1，2，SUN Guogang1，2，SUN Zhanpeng1，2，HAN Xiao1，2，HUANG Lei1，2，ZHAO Fei1，2
（1College of Chemical Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2Beijing Key Laboratory of Process Fluid Filtration and Separation，Beijing 102249，China）

The development and application of high temperature gas dust removal technology makes great sense to the energy utilization and cleaner production in industrial processes. Granular filtration technology which shows a balance between efficiency and pressure drop，better economy and good adaptability in harsh environment，has provided an effective way to settle issues involved in efficient synthetically utilization of solid fuels，clean electricity generation and utilization of residual heat，etc. The principle and forms of granular bed filters（GBFs）were introduced in this paper. Special emphasis was placed on the structure type and improvement research of GBFs，including fixed GBFs，moving GBFs and other forms of GBFs. The influence factors and present studies on engineering application of GBFs were then summarized，and the development trend of GBFs was discussed at last. There are many control factors in moving GBFs and the filtration efficiency of moving GBFs still needs to be improved compared with fixed GBFs，but moving GBFs are more appropriate for industrial application and are the first choice，because moving GBFs can be operated continuously at a steady efficiency and pressure drop.In addition，uniform flow and high utilization efficiency of granular layer，optimization of dirty gas inlet modes and pertinency and integration design are the future directions of research for moving GBFs.

filtration；optimization；pyrolysis；granular bed；moving granular bed；hot gas cleanup

TQ028.2；TQ051.8

：A

：1000-6613（2017）09-3152-12

10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0014

2017-01-04；修改稿日期：2017-02-14。

国家重点基础研究发展计划（2014CB744304）及中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室开放课题（MPCS2014D11）项目。

颜深（1994—），男，硕士研究生，研究方向为气固分离技术。E-mail：shenyan1215@foxmail.com。联系人：孙国刚，博士，教授，博士生导师，研究方向为气固分离、颗粒分选及烟气脱硫硝技术。E-mail：ggsunbj@163.com。