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(jìn)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(jié)合的一種過濾方式, 其過濾機(jī)理主要為慣性沖撞、擴(kuò)散和截留。隨著對(duì)研究的深入進(jìn)行, 陶瓷過濾除塵技術(shù)取得了很大的進(jìn)展。

1 過濾元件結(jié)構(gòu)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(yīng)用的推進(jìn)而經(jīng)過了改進(jìn), 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(guó)Buel l 公司、美國(guó)西屋公司以及美國(guó)電力研究所等用直徑為10μm~12μm陶瓷纖維( 由質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jìn)行試驗(yàn),除塵效率高達(dá)99. 7%, 壓力降為176. 4Pa~1 489. 6Pa ,清灰時(shí)用脈沖空氣反吹。

1. 2 陶瓷纖維毯過濾器

美國(guó)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(wǎng), 在800℃ 、0. 98MPa 條件下試驗(yàn), 過濾速度為0. 1m/ s , 除塵效率可達(dá)99. 9%, 清灰時(shí)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(qiáng)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(jié)構(gòu), 典型尺寸為內(nèi)徑40mm( 或30mm) , 外徑60mm, 長(zhǎng)為1. 5m。過濾氣體穿過微孔濾管壁, 由外向內(nèi)流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)過濾, 在濾管外表面形成粉塵層。早期的陶瓷濾管為單層結(jié)構(gòu), 目前常采用雙層結(jié)構(gòu), 內(nèi)層為平均孔徑較大的支撐體, 以保證濾管的強(qiáng)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(shí)現(xiàn)表面過濾。對(duì)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(yīng)為晶粒直徑的10 倍~20 倍, 一般約為150μm。對(duì)于薄的膜, 要求孔徑小。平均孔徑5μm的膜盡管初始?jí)航蹈咭恍? 但其滲透性遠(yuǎn)大于10μm的膜的滲透性, 且可以忽略支撐體對(duì)過濾性能的影響。德國(guó)BWF 公司、英國(guó)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(guó)Cer amem公司生產(chǎn)的圓柱型蜂窩式陶瓷過濾元件, 直徑305mm, 長(zhǎng)度為381mm, 通道截面積為4mm×4mm, 每平方英寸( 6.452cm2) 有25 個(gè)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(shí)現(xiàn)微濾, 膜孔徑0. 2μm~0.5μm, 是支撐體孔徑的1%。荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)在熱功率為1. 5MW( 熱能) 實(shí)驗(yàn)裝置上, 安裝
了3 個(gè)Cer amem公司生產(chǎn)的蜂窩式過濾元件。在800℃下, 25h 的運(yùn)行結(jié)果表明, 過濾器脈沖反吹性能好, 沒有出現(xiàn)粉塵阻塞通道現(xiàn)象。

2 陶瓷材料的配方和制備技術(shù)的改進(jìn)

為了改善陶瓷的韌性、延展性和抗熱震性, 制備技術(shù)從泡沫型到網(wǎng)眼型的改進(jìn), 做到了在流體通過時(shí), 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(zhì)陶瓷過濾材料在產(chǎn)生小量變形時(shí),其強(qiáng)度就達(dá)到最大值, 然后突然破裂。這種特點(diǎn)以及陶瓷材料固有的熱傳導(dǎo)性差的特點(diǎn)使得陶瓷過濾材料難以承受大的熱負(fù)荷波動(dòng), 即抗熱震性差。在制備方法上有發(fā)泡法、溶膠凝膠法、添加造孔劑法、有機(jī)泡沫浸漬法和化學(xué)氣相沉積或滲透法。

近年來, 世界各國(guó)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(jìn)展是纖維增強(qiáng)復(fù)合陶瓷過濾材料制備技術(shù)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(fù)合陶瓷過濾材料是依靠連續(xù)長(zhǎng)纖維使材料增強(qiáng)、增韌, 同時(shí)表面復(fù)合層又保證材料具有很高的過濾精度。在研制的纖維復(fù)合陶瓷過濾材料中, 有美國(guó)3M公司( 明尼蘇達(dá)礦業(yè)及制造公司) 的硅鋁酸鹽- 碳化硅復(fù)合陶瓷過濾材料; 另外, 還有美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的PRD- 66 型試管式陶瓷過濾器, 外表面涂有碳化硅砂粒的強(qiáng)化尼龍纖維絲纏繞, 內(nèi)表面是滲透率較高的碳化硅剛性能架, 除塵效率達(dá)99%以上; 杜邦公司還開發(fā)了碳化硅- 碳化硅復(fù)合陶瓷; 美國(guó)B&W公司開發(fā)了氧化鋁- 氧化鋁纖維復(fù)合陶瓷, 西屋公司開發(fā)了氧化鋁- 莫來石纖維復(fù)合陶瓷過濾材料等。

由上可知, 經(jīng)過對(duì)陶瓷除塵器的研究和改進(jìn), 可以更好地發(fā)揮陶瓷除塵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。本著陶瓷材料的固有特點(diǎn), 即熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性, 該技術(shù)有望成為最有效的高溫除塵技術(shù)。目前, 該技術(shù)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(xù)增大、陶瓷微裂縫蔓延及熱疲勞等問題, 會(huì)影響到它的耐久性和可靠性。因此, 陶瓷過濾除塵技術(shù)還需進(jìn)行局部的研究發(fā)展。

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