陶瓷过滤除尘器
陶瓷过滤器属于高性能阻挡式过滤器, 是利用陶瓷材料的多孔性进行除尘, 其过滤元件的过滤是吸附、表面过滤和深层过滤相结合的一种过滤方式, 其过滤机理主要为惯性冲撞、扩散和截留。随着对研究的深入进行, 陶瓷过滤除尘技术取得了很大的进展。
1 过滤元件结构上的多样化
其多样的过滤元件可以满足不同条件的除尘要求, 并且不同的过滤元件随着应用的推进而经过了改进, 例如, 陶瓷纤维布袋过滤器、陶瓷纤维毯过滤器、试管式过滤器、蜂窝式过滤器。
1. 1 陶瓷纤维布袋过滤器
美国Buel l 公司、美国西屋公司以及美国电力研究所等用直径为10μm~12μm陶瓷纤维( 由质量分数为62%Al 2O3、24%Si O2、14%B2O3 组成) 编织成布袋, 在816℃、0. 98MPa 的条件下, 用0. 033m/ s 的过滤速度进行试验,除尘效率高达99. 7%, 压力降为176. 4Pa~1 489. 6Pa ,清灰时用脉冲空气反吹。
1. 2 陶瓷纤维毯过滤器
美国Acur ex 公司采用直径为3μm的陶瓷纤维编织成毯, 两面再蒙上一层陶瓷纤维布或者不锈钢丝网, 在800℃ 、0. 98MPa 条件下试验, 过滤速度为0. 1m/ s , 除尘效率可达99. 9%, 清灰时也采用脉冲空气反吹, 在高温下反吹5×104 次, 纤维布和毯的强度仍可满足要求。
1. 3 试管式过滤器
试管式过滤元件为一端封闭、一端开口的圆筒形结构, 典型尺寸为内径40mm( 或30mm) , 外径60mm, 长为1. 5m。过滤气体穿过微孔滤管壁, 由外向内流动而实现过滤, 在滤管外表面形成粉尘层。早期的陶瓷滤管为单层结构, 目前常采用双层结构, 内层为平均孔径较大的支撑体, 以保证滤管的强度, 而在支撑体的外表面加一层平均孔径较小的薄陶瓷滤膜, 以实现表面过滤。对于过滤膜, 除了平均孔径和孔隙率方面的要求外, 膜厚度的均匀性非常重要。膜的厚度至少应为晶粒直径的10 倍~20 倍, 一般约为150μm。对于薄的膜, 要求孔径小。平均孔径5μm的膜尽管初始压降高一些, 但其渗透性远大于10μm的膜的渗透性, 且可以忽略支撑体对过滤性能的影响。德国BWF 公司、英国IndustrialFilter&Pump 公司、芬兰的Foster Wheeler 公司都做了试管过滤器的研究。
1. 4 蜂窝式过滤器
常用的有美国Cer amem公司生产的圆柱型蜂窝式陶瓷过滤元件, 直径305mm, 长度为381mm, 通道截面积为4mm×4mm, 每平方英寸( 6.452cm2) 有25 个通道, 孔隙率30%~50%, 平均孔径为40μm~50μm。在氧化条件下, 耐温1 000℃, 且抗热冲击。为了提高脉冲反吹性能, 通道表面上覆盖了一层膜, 可以实现微滤, 膜孔径0. 2μm~0.5μm, 是支撑体孔径的1%。荷兰Delft工业大学在热功率为1. 5MW( 热能) 实验装置上, 安装
了3 个Cer amem公司生产的蜂窝式过滤元件。在800℃下, 25h 的运行结果表明, 过滤器脉冲反吹性能好, 没有出现粉尘阻塞通道现象。
2 陶瓷材料的配方和制备技术的改进
为了改善陶瓷的韧性、延展性和抗热震性, 制备技术从泡沫型到网眼型的改进, 做到了在流体通过时, 降低压降, 增大表面积, 提高与流体接触效率, 减轻重量。普通单质陶瓷过滤材料在产生小量变形时,其强度就达到最大值, 然后突然破裂。这种特点以及陶瓷材料固有的热传导性差的特点使得陶瓷过滤材料难以承受大的热负荷波动, 即抗热震性差。在制备方法上有发泡法、溶胶凝胶法、添加造孔剂法、有机泡沫浸渍法和化学气相沉积或渗透法。
近年来, 世界各国开展了大量新型陶瓷过滤材料的研制, 旨在提高陶瓷过滤材料的韧性和抗热震性。其中, 具有重大意义的研究进展是纤维增强复合陶瓷过滤材料制备技术的研制成功, 它使得陶瓷过滤材料的韧性和延展性大大提高。纤维复合陶瓷过滤材料是依靠连续长纤维使材料增强、增韧, 同时表面复合层又保证材料具有很高的过滤精度。在研制的纤维复合陶瓷过滤材料中, 有美国3M公司( 明尼苏达矿业及制造公司) 的硅铝酸盐- 碳化硅复合陶瓷过滤材料; 另外, 还有美国杜邦公司生产的PRD- 66 型试管式陶瓷过滤器, 外表面涂有碳化硅砂粒的强化尼龙纤维丝缠绕, 内表面是渗透率较高的碳化硅刚性能架, 除尘效率达99%以上; 杜邦公司还开发了碳化硅- 碳化硅复合陶瓷; 美国B&W公司开发了氧化铝- 氧化铝纤维复合陶瓷, 西屋公司开发了氧化铝- 莫来石纤维复合陶瓷过滤材料等。
由上可知, 经过对陶瓷除尘器的研究和改进, 可以更好地发挥陶瓷除尘技术的优点。本着陶瓷材料的固有特点, 即热稳定性和化学稳定性, 该技术有望成为最有效的高温除尘技术。目前, 该技术面临着诸如管件与管板间的密封、过滤膜孔隙永久性堵塞和压降持续增大、陶瓷微裂缝蔓延及热疲劳等问题, 会影响到它的耐久性和可靠性。因此, 陶瓷过滤除尘技术还需进行局部的研究发展。
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