陶瓷過濾除塵技術
目前，高溫除(chu)塵(chen)(chen)器(qi)主要有布袋除(chu)塵(chen)(chen)器(qi)、移動床除(chu)塵(chen)(chen)器(qi)、陶(tao)瓷(ci)除(chu)塵(chen)(chen)器(qi)等，其中陶(tao)瓷(ci)除(chu)塵(chen)(chen)器(qi)具有出色的(de)熱穩定(ding)性和化(hua)學穩定(ding)性，除(chu)塵(chen)(chen)效(xiao)率高，使用壽命長，因此(ci)，陶(tao)瓷(ci)過濾(lv)器(qi)已成為一項重要的(de)高溫除(chu)塵(chen)(chen)技(ji)術.
1 陶瓷過濾元件及結構
陶(tao)(tao)瓷(ci)過(guo)(guo)(guo)濾元件(jian)按陶(tao)(tao)瓷(ci)的微孔(kong)結(jie)(jie)(jie)構(gou)可分為(wei)均質(zhi)陶(tao)(tao)瓷(ci)和(he)(he)復(fu)合(he)膜層(ceng)(ceng)陶(tao)(tao)瓷(ci)，復(fu)合(he)膜層(ceng)(ceng)結(jie)(jie)(jie)構(gou)包括雙(shuang)層(ceng)(ceng)和(he)(he)多層(ceng)(ceng)結(jie)(jie)(jie)構(gou). 雙(shuang)層(ceng)(ceng)結(jie)(jie)(jie)構(gou)是(shi)(shi)由(you)微孔(kong)孔(kong)徑較(jiao)大(da)的支撐層(ceng)(ceng)和(he)(he)孔(kong)徑相對較(jiao)小的膜過(guo)(guo)(guo)濾層(ceng)(ceng)組(zu)成，這(zhe)種結(jie)(jie)(jie)構(gou)克服(fu)了傳統陶(tao)(tao)瓷(ci)過(guo)(guo)(guo)濾元件(jian)壓力損(sun)失高、過(guo)(guo)(guo)濾效(xiao)率低的問題(ti)，實現了表面(mian)過(guo)(guo)(guo)濾，是(shi)(shi)近些年來開(kai)發應用最(zui)為(wei)典型的一種結(jie)(jie)(jie)構(gou)形式.
按形狀又可分(fen)為(wei)試(shi)(shi)管(guan)(guan)式(shi)和(he)錯流式(shi)片狀2種結構(gou)，試(shi)(shi)管(guan)(guan)式(shi)過(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)是一種形如(ru)試(shi)(shi)管(guan)(guan)的(de)陶(tao)瓷(ci)過(guo)(guo)濾(lv)管(guan)(guan)，工業上(shang)用多個(ge)試(shi)(shi)管(guan)(guan)式(shi)過(guo)(guo)濾(lv)元件組成多層(ceng)試(shi)(shi)管(guan)(guan)式(shi)過(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)，如(ru)圖1 所示. 含(han)塵氣體從(cong)下部進入(ru)過(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)，由管(guan)(guan)外(wai)部穿過(guo)(guo)陶(tao)瓷(ci)壁而(er)實現過(guo)(guo)濾(lv)，捕集下來的(de)顆(ke)粒落入(ru)灰(hui)斗(dou)中. 當穿過(guo)(guo)陶(tao)瓷(ci)管(guan)(guan)的(de)壓(ya)降(jiang)因粉(fen)塵粘(zhan)在陶(tao)瓷(ci)管(guan)(guan)外(wai)壁而(er)逐漸增加到一定值后，需用高(gao)壓(ya)空氣脈沖(chong)反吹，實現了在線清灰(hui). 試(shi)(shi)管(guan)(guan)式(shi)過(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)的(de)管(guan)(guan)板(ban)與過(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)壁的(de)連接涉(she)及到密封、熱(re)膨脹(zhang)等問題(ti)，因此管(guan)(guan)板(ban)上(shang)的(de)布管(guan)(guan)必須考慮到管(guan)(guan)板(ban)強度、濾(lv)管(guan)(guan)之間的(de)粉(fen)塵夾(jia)帶和(he)粉(fen)塵架橋等問題(ti).
 |
復合膜層結(jie)構中膜層的(de)孔隙率、厚(hou)度及孔徑大小對過(guo)(guo)濾元件(jian)的(de)過(guo)(guo)濾性能(neng)有著重(zhong)(zhong)要的(de)影響(xiang). 通過(guo)(guo)重(zhong)(zhong)復噴(pen)(pen)涂可得到多層表面(mian)過(guo)(guo)濾薄(bo)膜，提高過(guo)(guo)濾效率，但是重(zhong)(zhong)復噴(pen)(pen)涂的(de)熱處理(li)成本很高.
由(you)3M 公司(si)生產的(de)(de)CVI-SiC 復合型過濾管由(you)3層(ceng)結構組(zu)成：外層(ceng)過濾層(ceng)、中間纖維(wei)層(ceng)和構成過濾器支撐(cheng)基體的(de)(de)纖維(wei)內(nei)層(ceng). 在(zai)外層(ceng)過濾層(ceng)和中間纖維(wei)層(ceng)內(nei)部沉積著(zhu)約(yue)1～2 μm 的(de)(de)碳化硅顆粒，而(er)在(zai)內(nei)層(ceng)纖維(wei)層(ceng)沉積有(you)約(yue)100 μm 的(de)(de)碳化硅.
CVI-SiC 的氧化穩(wen)定(ding)性和(he)表面涂(tu)層的穩(wen)定(ding)性，及Nextel 或Nicalon 纖維(wei)(wei)在高溫(wen)氧化性環境中(zhong)的應用穩(wen)定(ding)性是纖維(wei)(wei)纏繞和(he)纖維(wei)(wei)強化CVI-SiC 或者SiC-SiC 復合型試管式過(guo)濾元件(jian)存在的問題.
2 濾餅的研究
濾(lv)(lv)(lv)餅對陶瓷過濾(lv)(lv)(lv)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)過濾(lv)(lv)(lv)起(qi)著重要(yao)作用(yong). 含塵(chen)(chen)氣(qi)(qi)流經過陶瓷孔隙時，在(zai)慣(guan)性碰撞、擴散和(he)架橋等(deng)作用(yong)下(xia)，粉塵(chen)(chen)顆粒被(bei)陶瓷捕捉，在(zai)陶瓷表面逐(zhu)漸(jian)形成一層由粉塵(chen)(chen)組成的(de)(de)(de)(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)餅. 當氣(qi)(qi)流的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)力降因粉塵(chen)(chen)粘在(zai)陶瓷管(guan)外壁而逐(zhu)漸(jian)增加到(dao)一定值后，需要(yao)進行清(qing)灰，使濾(lv)(lv)(lv)餅脫落(luo). 壓(ya)降升(sheng)高的(de)(de)(de)(de)(de)原因主(zhu)要(yao)有(you)3條：(1)每次反吹(chui)清(qing)灰之(zhi)后，陶瓷表面的(de)(de)(de)(de)(de)殘(can)留粉塵(chen)(chen)會(hui)增加；(2)濾(lv)(lv)(lv)餅層的(de)(de)(de)(de)(de)致密(mi)化和(he)陶瓷過濾(lv)(lv)(lv)薄膜孔隙的(de)(de)(de)(de)(de)孔體積(ji)下(xia)降及孔徑的(de)(de)(de)(de)(de)縮小；(3)由于粉塵(chen)(chen)和(he)過濾(lv)(lv)(lv)器(qi)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)化學反應(ying)和(he)燒結等(deng)作用(yong)引(yin)起(qi)過濾(lv)(lv)(lv)介質(zhi)中孔隙的(de)(de)(de)(de)(de)堵塞.
Hurley 認為在(zai)1 000 ℃以(yi)上(shang)的高溫條件下，玻璃(li)質的硅酸鹽(yan)化(hua)合物對粉(fen)塵沉積物的粘性起主(zhu)要作用(yong)(yong)，但是在(zai)低(di)溫條件下，卻是硫酸鹽(yan)化(hua)合物起主(zhu)要作用(yong)(yong)，尤其(qi)是在(zai)含鈣量高的粉(fen)塵中(zhong).
3 陶瓷過濾器安全系統
由于種種原因，陶(tao)瓷過濾(lv)(lv)管經(jing)常會破(po)裂(lie). 一旦某一個過濾(lv)(lv)元(yuan)件(jian)破(po)裂(lie)，含塵氣(qi)(qi)流就會進入過濾(lv)(lv)器(qi)清(qing)潔(jie)氣(qi)(qi)室，從清(qing)潔(jie)氣(qi)(qi)出口進入后續(xu)工藝，如燃氣(qi)(qi)渦輪機等，影響后續(xu)工作. 為了避免(mian)這種情況(kuang)的發(fa)生(sheng)，必須建立一套過濾(lv)(lv)器(qi)的安全系統.
文獻報道了一種(zhong)故障安全(quan)保險技術(Coupled Pressure Pulse，CPP). 圖3 為CPP 技術原(yuan)理圖，圖3(a)是傳統的(de)清灰裝(zhuang)置，其通風管(guan)管(guan)口(kou)與過(guo)濾(lv)管(guan)保持一段距離，且管(guan)口(kou)徑小. 脈沖(chong)氣(qi)(qi)流(liu)從通風管(guan)口(kou)進(jin)入(ru)過(guo)濾(lv)管(guan)，氣(qi)(qi)流(liu)動能轉化為靜壓，實現清灰. 當過(guo)濾(lv)管(guan)破裂時，含塵(chen)氣(qi)(qi)流(liu)直接進(jin)入(ru)清潔氣(qi)(qi)室(shi).
 |
清(qing)灰(hui)強度(du)取決于脈沖(chong)氣流速度(du)、質量流量和反吹系統的結構尺(chi)寸. 圖3(b)是CPP 技(ji)術，它(ta)的通(tong)風(feng)管(guan)(guan)(guan)直接(jie)與過(guo)濾管(guan)(guan)(guan)相連(lian)，省去(qu)了通(tong)風(feng)管(guan)(guan)(guan)口與過(guo)濾管(guan)(guan)(guan)的距離，同時保(bao)證通(tong)風(feng)管(guan)(guan)(guan)與過(guo)濾管(guan)(guan)(guan)的口徑一致，而且將(jiang)通(tong)風(feng)管(guan)(guan)(guan)設(she)成多(duo)孔(kong). 當(dang)過(guo)濾管(guan)(guan)(guan)破裂(lie)時，多(duo)孔(kong)性(xing)通(tong)風(feng)管(guan)(guan)(guan)可以(yi)起(qi)到(dao)過(guo)濾管(guan)(guan)(guan)作用，阻(zu)止含塵氣流進入清(qing)潔氣室，成為保(bao)險過(guo)濾管(guan)(guan)(guan).
圖(tu)4 為(wei)CPP 技術在(zai)過濾(lv)(lv)(lv)器中的(de)應用原理. 在(zai)大型過濾(lv)(lv)(lv)設備(bei)里，每個過濾(lv)(lv)(lv)元(yuan)件設一(yi)個保險(xian)過濾(lv)(lv)(lv)管(guan)(guan)，再(zai)把這些過濾(lv)(lv)(lv)管(guan)(guan)分組. 過濾(lv)(lv)(lv)時，待過濾(lv)(lv)(lv)氣(qi)流首先經過過濾(lv)(lv)(lv)管(guan)(guan)，再(zai)經過保險(xian)過濾(lv)(lv)(lv)管(guan)(guan)、液壓閥(fa)，最(zui)后進入清潔(jie)氣(qi)室(shi). 期間(jian)的(de)壓力損(sun)失比噴射脈沖要小.如果過濾(lv)(lv)(lv)管(guan)(guan)破裂，含塵氣(qi)流會以很高(gao)(gao)的(de)表面速(su)度(du)通過保險(xian)過濾(lv)(lv)(lv)管(guan)(guan). 為(wei)了控制清潔(jie)氣(qi)流的(de)粉塵濃(nong)度(du)，保險(xian)過濾(lv)(lv)(lv)管(guan)(guan)必須要有高(gao)(gao)除塵率. 由于氣(qi)流的(de)高(gao)(gao)表面速(su)度(du)，粉塵會滲透(tou)到(dao)過濾(lv)(lv)(lv)管(guan)(guan)很深(shen)處，保險(xian)過濾(lv)(lv)(lv)管(guan)(guan)很快就會被(bei)堵塞(sai). 為(wei)了避(bi)免在(zai)清灰時粉塵被(bei)再(zai)次揚起，需要用具有深(shen)層過濾(lv)(lv)(lv)特性的(de)過濾(lv)(lv)(lv)元(yuan)件.
 |
CPP 清(qing)灰技術與傳統(tong)脈沖噴(pen)射清(qing)灰技術相(xiang)比(bi)有明顯(xian)的優點：清(qing)灰強度更高(gao)，而清(qing)灰氣流(liu)壓力(li)只(zhi)比(bi)系統(tong)壓力(li)高(gao)出0.05～0.2MPa，對于危險性的黏性粉(fen)塵也能(neng)夠穩定過濾(lv)(lv)，避免了因(yin)濾(lv)(lv)餅破裂而經常(chang)關閉系統(tong). 而且，系統(tong)的剩(sheng)余壓降也很(hen)低. 因(yin)此(ci)，可以延長過濾(lv)(lv)周期(qi)，提高(gao)過濾(lv)(lv)速度，降低成(cheng)本.
4 陶瓷過濾器高溫氣體凈化技術
在傳統工藝中(zhong)，高(gao)(gao)溫氣(qi)體(ti)的除(chu)塵(chen)和脫硫(liu)脫氮(dan)是分開進行的，在選擇性催化還(huan)原脫氮(dan)之前先除(chu)塵(chen)，或者在燃燒之后再脫硫(liu). 這種多(duo)步操作(zuo)增(zeng)加了(le)成(cheng)本，也浪(lang)費能源. 因此，在陶瓷高(gao)(gao)溫除(chu)塵(chen)器的基礎上，高(gao)(gao)溫氣(qi)體(ti)凈化一體(ti)化技術應運而生.
圖5 為(wei)催(cui)化性陶(tao)(tao)瓷(ci)過濾(lv)元件，即在(zai)陶(tao)(tao)瓷(ci)過濾(lv)器外表面涂(tu)一(yi)層過濾(lv)薄膜，在(zai)陶(tao)(tao)瓷(ci)內部加催(cui)化劑作為(wei)催(cui)化層. 這種技術可(ke)用于脫(tuo)氮(dan)脫(tuo)硫、HCl 等(deng)潛在(zai)的氣態(tai)催(cui)化劑毒(du)物的凈化，及催(cui)化氧化VOC.
 |
催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)和(he)陶瓷過(guo)濾(lv)管(guan)(guan)的(de)(de)組合方式較多(duo)(duo)，比(bi)較常用的(de)(de)方法有(you)(you)：(1)在(zai)(zai)多(duo)(duo)孔支撐層(ceng)(ceng)表(biao)面涂一(yi)層(ceng)(ceng)催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)涂層(ceng)(ceng)，此(ci)法的(de)(de)催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)層(ceng)(ceng)的(de)(de)厚度(du)和(he)結構變化的(de)(de)自由度(du)很(hen)小(xiao)，而且制造(zao)也比(bi)較困難. (2)在(zai)(zai)陶瓷過(guo)濾(lv)管(guan)(guan)制造(zao)過(guo)程中，將催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)混入陶瓷顆(ke)粒，一(yi)起(qi)做成(cheng)過(guo)濾(lv)元件，這(zhe)(zhe)種方法催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)的(de)(de)接觸面損失(shi)比(bi)較大. (3)在(zai)(zai)原來(lai)的(de)(de)陶瓷管(guan)(guan)上增(zeng)加一(yi)根多(duo)(duo)孔內嵌管(guan)(guan)，在(zai)(zai)內嵌管(guan)(guan)和(he)支撐管(guan)(guan)之間(jian)(jian)形成(cheng)一(yi)層(ceng)(ceng)催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)顆(ke)粒層(ceng)(ceng). 這(zhe)(zhe)種方法的(de)(de)優點是對催(cui)(cui)(cui)(cui)化性(xing)過(guo)濾(lv)器的(de)(de)潛在(zai)(zai)應用具有(you)(you)一(yi)定的(de)(de)靈活性(xing)，相(xiang)對催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)薄膜制作(zuo)時間(jian)(jian)少；另外，如果填(tian)充具有(you)(you)高表(biao)面積的(de)(de)催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)顆(ke)粒，就會(hui)提高催(cui)(cui)(cui)(cui)化能力.
運用(yong)(yong)一體化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)技(ji)術的(de)(de)(de)首(shou)要條件就是(shi)在(zai)最佳(jia)的(de)(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)溫度(du)(du)和(he)過(guo)濾(lv)(lv)速(su)度(du)(du)下，催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)能(neng)力(li)要盡(jin)可能(neng)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)，而壓(ya)差要盡(jin)可能(neng)的(de)(de)(de)低(di)，特別是(shi)高(gao)(gao)溫氣體. 加大(da)過(guo)濾(lv)(lv)管(guan)的(de)(de)(de)厚度(du)(du)，延長(chang)氣流在(zai)陶瓷內的(de)(de)(de)停(ting)留(liu)時間，可以(yi)(yi)提高(gao)(gao)過(guo)濾(lv)(lv)管(guan)的(de)(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)能(neng)力(li)，但是(shi)這(zhe)樣過(guo)濾(lv)(lv)管(guan)的(de)(de)(de)壓(ya)降也增大(da)了. 所以(yi)(yi)，要調整這(zhe)兩者的(de)(de)(de)關系(xi)(xi)，以(yi)(yi)最小的(de)(de)(de)壓(ya)降取得最佳(jia)的(de)(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)性能(neng). 文獻[12]利用(yong)(yong)納(na)米材料TiO2 作(zuo)為催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)載體，用(yong)(yong)特制的(de)(de)(de)TiO2 溶膠，通過(guo)溶膠凝膠過(guo)程(cheng)，制得TiO2 納(na)米材料. 在(zai)這(zhe)個過(guo)程(cheng)中，可以(yi)(yi)使用(yong)(yong)乙(yi)酰丙酮和(he)乙(yi)酸作(zuo)為絡(luo)合劑(ji)控制鈦醇鹽的(de)(de)(de)水解和(he)凝縮(suo). 催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)采用(yong)(yong)V2O5-WO3 體系(xi)(xi)，用(yong)(yong)浸漬法(fa)把催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)整合到多孔陶瓷過(guo)濾(lv)(lv)元件上，使其具有最高(gao)(gao)的(de)(de)(de)比表面積和(he)最低(di)的(de)(de)(de)孔隙堵塞(sai)機(ji)率. 試驗結(jie)果表明，在(zai)過(guo)濾(lv)(lv)速(su)度(du)(du)為2 cm?s-1，進氣NO 濃度(du)(du)為5×10-4，300 ℃的(de)(de)(de)條件下，NO 的(de)(de)(de)轉化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)率達96%，而壓(ya)降只有21mbar，完全滿足高(gao)(gao)溫除(chu)塵的(de)(de)(de)要求. 如(ru)果用(yong)(yong)SiO2 代替TiO2 作(zuo)為催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)，可以(yi)(yi)提高(gao)(gao)NO 的(de)(de)(de)轉化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)率. 而添加Pt 的(de)(de)(de)TiO2-V2O5 催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)系(xi)(xi)統，丙烯的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)率達到了100%.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
