高温烟尘颗粒捕集技术设备构成与材料制备

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1、1高温烟气粉尘捕集技术在化工、石油、冶金、电力及其他行业中，常产生高温含尘气体。由于不同工艺需要或回收能量抑或达到环保排放标准，都需对这些高温含尘气体进行除尘。在高温条件下，由于粘滞力有较大变化，湿度大幅下降，细颗粒凝聚现象大为降低，所以对微粒的分离有较高难度。另外，高温时采用的设备材质、结构形式以及热膨胀等问题往往影响设备的正常运行。因此，高温条件下气固分离技术在工程中属于有较高难度且亟需开发的课题，是国内外一项高新技术。高温高效除尘技术的特点是：所要求净化的含尘气体温度高（600℃-1400℃）；颗粒细（通常dp<5～

2、10μm，甚至在亚微米级）；净化标准高（出口浓度常要求1～50mg/m3(标)，甚至更小）。对于如此苛刻的要求，采用简单的气固分离设备是远远达不到的。2陶瓷高温除尘简介陶瓷过滤器按结构形式可分为纤维袋式陶瓷过滤器、织状陶瓷过滤器、烛状(管状)陶瓷过滤器、交叉流式陶瓷过滤器、蜂房式陶瓷过滤器等；按陶瓷材料特性又可分为刚性陶瓷过滤器和柔性陶瓷过滤器。多孔陶瓷过滤材料主要特点：（1）材料孔隙率高，最高可达60%以上。孔径均匀且易于控制。过滤精度高，可达0.1微米，适用于各种介质精密过滤。（2）耐酸碱性好。适用于强酸(硫酸、硝酸、

3、盐酸)、强碱(氢氧化钠等)和各种有机溶剂的过滤。（3）机械强度高，工作压力可达6MPa，压差可达1MPa。(4)耐高温，具有良好的急热急冷性能，工作温度最高可达800℃。适用于各种高温气体过滤。(5)过滤元件使用寿命长，长期使用，微孔形貌不发生变化，便于清洗再生。多孔陶瓷过滤元件的过滤是集吸附、表面过滤和深层过滤相结合的一种过滤方式。对于液固、气固系统的过滤与分离来讲，其过滤机理主要为惯性冲撞、扩散和截留。过滤过程可分为三个阶段：第一阶段，过滤滤料是清洁的，随着粉尘颗粒在滤料表面的堆积，滤料的结构发生变化；紧接着是第二阶段

4、，随着粉尘堆积量的增加，滤料阻力、过滤效率也逐渐增大，这是过滤的主要阶段。堆积的粉尘应有一定的限量，超过限量将会导致滤料发生变形、损坏、风量下降、过滤效率降低等不良后果，所以，必须采取滤料的清灰处理，以恢复其过滤能力，这就是过滤的第三阶段——滤料的清灰再生。3国内外反应器研究现状在我国，陶瓷过滤器用于煤气过滤除尘的研究处于起步阶段。目前只有东南大学、西安交通大学、石油大学、北京化工大学、辽宁工程技术大学等单位对陶瓷过滤器进行研究。按照结构分类，可分为烛状（管状）陶瓷过滤器、蜂房式陶瓷过滤器、纤维袋式陶瓷过滤器、织状陶瓷过滤

5、器、交叉流式陶瓷过滤器等；按陶瓷材料特性又可分为刚性陶瓷过滤器和柔性陶瓷过滤器。1管状（烛状）陶瓷过滤器试管式过滤器是一种形如试管的陶瓷过滤管，工业上用多个试管式过滤元件组成多层试管式过滤器，如图1所示。含尘气体从下部进入过滤器，由管外部穿过陶瓷壁而实现过滤，捕集下来的颗粒落入灰斗中。当穿过陶瓷管的压降因粉尘粘在陶瓷管外壁而逐渐增加到一定值后，需用高压空气脉冲反吹，实现了在线清灰。试管式过滤器的管板与过滤器壁的连接涉及到密封、热膨胀等问题，因此管板上的布管必须考虑到管板强度、滤管之间的粉尘夹带和粉尘架桥等问题。图1多层试管

6、式陶瓷过滤器元件示意图辽宁省煤炭工业学校、辽宁工程技术大学等单位共同研究烛状(或管状)陶瓷过滤元件技术，取得了很好的试验效果。他们从陶瓷过滤元件的制作材料的选取、加工工艺以及其对多空陶瓷的性能的影响等方面分别进行试验研究，重点介绍了烛状(或管状)陶瓷过滤元件，因为这种元件工艺简单。选用粘土烧结炭化硅材料，造孔剂采用锯末，实验结果除尘效率达99%，净化后煤气中的尘粒小于5微米，完全满足环保要求。表1陶瓷过滤器元件特性堆积密度1.0g/cm3平均孔径2~50微米四点弯曲强度15~20MPa热胀性<1%孔隙率40%化学成分SiC

7、内径10mm外径20mm壁厚5mm长度0.1~1.0m图2管状陶瓷过滤器元件示意图常用的试管式陶瓷过滤元件的外径60ram，内径30～40mm，长约0.5m～1.5m，其底部封闭，顶部开口，顶部有一瓶颈，用于将过滤元件固定在管板上。含尘气体从过滤元件的外表面穿过多孔的陶瓷管壁而实现过滤，净化气体则从每根过滤元件的中心向上流出，被捕集的飞灰颗粒堆积在过滤元件的外表面而形成粉尘层。当过滤元件外表面粉尘层堆积到一定厚度后，因过滤压降增加太大，必须采用高压气体进行脉冲反吹清洗，使得过滤元件再生，以实现连续过滤。早期的陶瓷滤管为单层

8、结构，目前常采用双层结构。双层陶瓷过滤元件其典型结构为：用碳化硅颗粒胶结成基体，平均孔径在100～125微米，所用材料的粒径为50～300微米、基体厚8.5～15mm。在基体外有一薄层的滤膜结构，由2.5～3微米的碳化硅和刚玉纤维烧结而成，其厚度为150～300微米，平均孔径在10～30微米。基体保证过