陶瓷過濾除塵器
陶瓷過濾器屬于高性能阻擋式過濾器, 是利用陶瓷材料的多孔性進行除塵, 其過濾元件的過濾是吸附、表面過濾和深層過濾相結合的一種過濾方式, 其過濾機理主要為慣性沖撞、擴散和截留。隨著對研究的深入進行, 陶瓷過濾除塵技術取得了很大的進展。
1 過濾元件結構上的多樣化
其多樣的過濾元件可以滿足不同條件的除塵要求, 并且不同的過濾元件隨著應用的推進而經過了改進, 例如, 陶瓷纖維布袋過濾器、陶瓷纖維毯過濾器、試管式過濾器、蜂窩式過濾器。
1. 1 陶瓷纖維布袋過濾器
美國Buel l 公司、美國西屋公司以及美國電力研究所等用直徑為10μm~12μm陶瓷纖維( 由質量分數為62%Al 2O3、24%Si O2、14%B2O3 組成) 編織成布袋, 在816℃、0. 98MPa 的條件下, 用0. 033m/ s 的過濾速度進行試驗,除塵效率高達99. 7%, 壓力降為176. 4Pa~1 489. 6Pa ,清灰時用脈沖空氣反吹。
1. 2 陶瓷纖維毯過濾器
美國Acur ex 公司采用直徑為3μm的陶瓷纖維編織成毯, 兩面再蒙上一層陶瓷纖維布或者不銹鋼絲網, 在800℃ 、0. 98MPa 條件下試驗, 過濾速度為0. 1m/ s , 除塵效率可達99. 9%, 清灰時也采用脈沖空氣反吹, 在高溫下反吹5×104 次, 纖維布和毯的強度仍可滿足要求。
1. 3 試管式過濾器
試管式過濾元件為一端封閉、一端開口的圓筒形結構, 典型尺寸為內徑40mm( 或30mm) , 外徑60mm, 長為1. 5m。過濾氣體穿過微孔濾管壁, 由外向內流動而實現過濾, 在濾管外表面形成粉塵層。早期的陶瓷濾管為單層結構, 目前常采用雙層結構, 內層為平均孔徑較大的支撐體, 以保證濾管的強度, 而在支撐體的外表面加一層平均孔徑較小的薄陶瓷濾膜, 以實現表面過濾。對于過濾膜, 除了平均孔徑和孔隙率方面的要求外, 膜厚度的均勻性非常重要。膜的厚度至少應為晶粒直徑的10 倍~20 倍, 一般約為150μm。對于薄的膜, 要求孔徑小。平均孔徑5μm的膜盡管初始壓降高一些, 但其滲透性遠大于10μm的膜的滲透性, 且可以忽略支撐體對過濾性能的影響。德國BWF 公司、英國IndustrialFilter&Pump 公司、芬蘭的Foster Wheeler 公司都做了試管過濾器的研究。
1. 4 蜂窩式過濾器
常用的有美國Cer amem公司生產的圓柱型蜂窩式陶瓷過濾元件, 直徑305mm, 長度為381mm, 通道截面積為4mm×4mm, 每平方英寸( 6.452cm2) 有25 個通道, 孔隙率30%~50%, 平均孔徑為40μm~50μm。在氧化條件下, 耐溫1 000℃, 且抗熱沖擊。為了提高脈沖反吹性能, 通道表面上覆蓋了一層膜, 可以實現微濾, 膜孔徑0. 2μm~0.5μm, 是支撐體孔徑的1%。荷蘭Delft工業大學在熱功率為1. 5MW( 熱能) 實驗裝置上, 安裝
了3 個Cer amem公司生產的蜂窩式過濾元件。在800℃下, 25h 的運行結果表明, 過濾器脈沖反吹性能好, 沒有出現粉塵阻塞通道現象。
2 陶瓷材料的配方和制備技術的改進
為了改善陶瓷的韌性、延展性和抗熱震性, 制備技術從泡沫型到網眼型的改進, 做到了在流體通過時, 降低壓降, 增大表面積, 提高與流體接觸效率, 減輕重量。普通單質陶瓷過濾材料在產生小量變形時,其強度就達到最大值, 然后突然破裂。這種特點以及陶瓷材料固有的熱傳導性差的特點使得陶瓷過濾材料難以承受大的熱負荷波動, 即抗熱震性差。在制備方法上有發泡法、溶膠凝膠法、添加造孔劑法、有機泡沫浸漬法和化學氣相沉積或滲透法。
近年來, 世界各國開展了大量新型陶瓷過濾材料的研制, 旨在提高陶瓷過濾材料的韌性和抗熱震性。其中, 具有重大意義的研究進展是纖維增強復合陶瓷過濾材料制備技術的研制成功, 它使得陶瓷過濾材料的韌性和延展性大大提高。纖維復合陶瓷過濾材料是依靠連續長纖維使材料增強、增韌, 同時表面復合層又保證材料具有很高的過濾精度。在研制的纖維復合陶瓷過濾材料中, 有美國3M公司( 明尼蘇達礦業及制造公司) 的硅鋁酸鹽- 碳化硅復合陶瓷過濾材料; 另外, 還有美國杜邦公司生產的PRD- 66 型試管式陶瓷過濾器, 外表面涂有碳化硅砂粒的強化尼龍纖維絲纏繞, 內表面是滲透率較高的碳化硅剛性能架, 除塵效率達99%以上; 杜邦公司還開發了碳化硅- 碳化硅復合陶瓷; 美國B&W公司開發了氧化鋁- 氧化鋁纖維復合陶瓷, 西屋公司開發了氧化鋁- 莫來石纖維復合陶瓷過濾材料等。
由上可知, 經過對陶瓷除塵器的研究和改進, 可以更好地發揮陶瓷除塵技術的優點。本著陶瓷材料的固有特點, 即熱穩定性和化學穩定性, 該技術有望成為最有效的高溫除塵技術。目前, 該技術面臨著諸如管件與管板間的密封、過濾膜孔隙永久性堵塞和壓降持續增大、陶瓷微裂縫蔓延及熱疲勞等問題, 會影響到它的耐久性和可靠性。因此, 陶瓷過濾除塵技術還需進行局部的研究發展。
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