高温气体过滤除尘材料的研究进展
国外高温工业过滤除尘技术研究现状Word版
国外高温工业过滤除尘技术研究现状俄罗斯B.L.Krasnyi 等深入研究多孔陶瓷过滤元件后认为：利用多孔陶瓷作为过滤元件具有很多优点，如高的使用温度和高的耐热性、耐腐蚀、抗振性，能同时除去粉尘及氮氧化物等。
但该种陶瓷必须利用特殊工艺进行生产，以便控制其孔径和孔径分布。
这种多孔陶瓷根据拓扑学规律可以分为两类，即有组织性和无组织性微观结构材料。
无组织性微观结构的陶瓷由粉末和纤维或两者混合而成。
由粉末制得的多孔陶瓷开孔率为20%~45％，孔径为5~400μm。
而由纤维制得的多孔陶瓷其开孔率为30%~90％，孔径为5~200μm。
有组织性微观结构的多孔陶瓷包括网状、细胞状、蜂窝状等结构，其结构由预置系统决定。
网状结构的材料由纺织或编织机制得的陶瓷纤维所制成，其开孔率为20%~80％，孔径约20~200μm；但是由于其高温下使用寿命短，用压缩空气喷吹清灰再生后易破坏，所以未能得到广泛应用。
由陶瓷片充填细胞状泡沫多孔脉石制得的细胞渗透陶瓷材料其开孔率为75%~95％，孔径为200~500μm；而采用特制钢模挤压可塑性陶瓷粉末或其与纤维质混合物所制得的细胞渗透材料，其生坯干燥焙烧后开孔率为50%~80％，方形开孔尺寸约800~7000μm。
B.L.Krasnyi 等最终研制出FKI-45 除尘器，属袋式除尘器。
装置中采用盘状多孔渗透陶瓷制造管状过滤器件，直径为60~62mm，厚度约8~23mm，可以耐1000℃高温。
全美从事陶瓷除尘技术的机构很多，其中Westinghouse（西屋）是最典型的一个。
其陶瓷管高温气体过滤技术较为成熟，具有以下特点：德国Schumacher 公司、美国西屋公司、日本的AsahiGlass 公司等[10]已开发出烛状陶瓷过滤器，除尘效率均达99%以上。
烛状陶瓷过滤器适用于高温（260~1093℃）、高压（1.0~3.0MPa）条件下尘粒去除。
当输入载荷达0.5%时，输出尘粒粒度小于0.5μm，浓度低于5×10-6，满足高温高压煤（烟）气净化要求。
高温气体过滤除尘技术和材料开发进展
２００６年第１３卷第６期化工生产与技术ＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ!!!!!!"!"!!!!!!"!"来稿摘登目前，我国电力工业主要以火力发电为主，但其中的烟气净化主要是从环保方面考虑，要求不高，致使大量的热能和有用资源白白浪费掉。
整体煤气化和加压流化床２种联合循环发电技术是２１世纪最先进的节能、高效洁净煤技术，该项技术的应用可以促进我国资源、经济与环境的协调，实现其可持续发展。
洁净煤技术的关键是要将煤（烟道）气在高温下直接实现气固净化分离，这样既可以充分利用高温煤（烟道）气的显热和潜热来提高发电热效率，降低成本，又能满足环保要求。
要除去高温煤（烟道）气中的尘粒，必须要求所选陶瓷材料能承受高温（５００～９００℃）、高压（１．０～３．０ＭＰａ）以及脉冲反吹时因温度差突变而引起的热应力变化。
因此，如何选择一种具有优异性能的高温陶瓷过滤材料尤为重要。
１国内外发展现状高温气体除尘技术的开发研究始于上世纪７０年代，美国能源部开展了以无机膜过滤介质为主的高温气体过滤除尘技术的开发，德、日、英等发达国家也都开展了类似的研究工作。
其主要目标是实现被称之为跨世纪新技术的煤的洁净燃烧联合循环发电工艺技术（ＩＧＣＣ，ＰＦＢＣ）的商业化。
上世纪９０年代中期，高温气体过滤除尘技术取得了很大的进展。
首先是一批先进的高性能无机膜过滤材料的开发为高温气体过滤除尘技术的工业化应用奠定了基础；其次，高温除尘工艺技术的提高，如系统高温密封和过滤元件自保护密封技术，过滤元件再生技术，气体在线检测技术以及系统自动控制技术等等，也都大大推动了高温气体过滤除尘技术的工业化应用。
在无机膜高温气体除尘工艺方面，开发了纤维袋式、织状等柔性无机膜过滤器和试管式、交叉流式、蜂房式等刚性无机膜过滤器。
美国西屋公司生产的由氧化铝、氧化硼和氧化硅构成的ＡＢ３１２织状柔性无机膜过滤器，除尘效率达９９％以上［１］。
陶瓷过滤器高温除尘技术的研究进展
作用 ， 但是在低温条件下 ， 却是硫酸盐化合物起主
要作用 ，尤其是在含钙量高的粉尘中ｌ ６ 】 ．
文献 ［】 ２ 种不 同的过 滤器 作 了对 比试验 ， ７用
内层纤维层沉积有约 １０ ｍ 的碳化硅． ０ｇ
Ｃ ！ＳＣ的氧 化 稳定性 和表 面 涂层 的稳 定性 ， Ｖ 一ｉ
及 Ｎ ｘ ｌ Ｎ ｃｌ 纤维在高温氧化性环境中的应 ｅｔ 或 ｉ ｏ ｅ ａｎ
第 ２卷 第３ １ 期
２ ０ 年 ９月 ０８
宁 波 大 学 学 报 （理 工 版 ）
Ｊ Ｕ ＮＡ ＮＧＢ ＮＩ Ｒ Ｉ Ｙ（ Ｅ Ｏ Ｒ ＬＯＦ ＮＩ Ｏ Ｕ ＶＥ Ｓ Ｔ ＮＳ Ｅ）
、０ Ｎ Ｏ３ ，ｌ ２ｌ ． Ｓ ｐ． ２ ０ ｅｔ ０８
文 章编 号 ：０ １５ ３ ２ ０ ０ ．４ ３０ １ ０ １ ２（ ０ ８） ３０ ２ —５
陶瓷过滤器高温除尘技术 的研究进展
陈武 军，杨 国华
（ 宁波大学 海运学院 ，浙江 宁波 ３ ５ １ ） １２ １
摘要 ：对 陶瓷过 滤 元件 及 结构 、滤饼 的作 用和 架桥 、过 滤 器故 障安 全（Ｐ ） Ｃ Ｐ 系统及 陶瓷过 滤 器 高 温 气体 净化 一体 化 技 术等 几 个 方面进 行 了评 述 ，总结 了陶瓷过 滤 器存 在 着过 滤 管破 裂 、清灰 效
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 示 ． 尘气体 从 下部进 入 过滤 器 ， 所 含
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
性， 除尘效率高 ， 使用寿命长 ， 因此 ，陶瓷过滤器
高温烟气过滤材料的应用及发展
高温烟气过滤材料的应用及发展趋势1.高温烟气过滤材料性能要求工业排放的高温烟气主要成分多为烟尘、二氧化硫、氮氧化合物等，具有排放量大、温度高、粉尘细小且黏性强、部分粉尘易燃易爆等特点。
由于高温烟气中还含有腐蚀性成分，在高温、高湿和粉尘等因素相互作用下，会导致过滤材料的过滤效率下降，使用寿命缩短。
因此在实际生产中对高温烟气过滤材料的性能各种的要求。
1.1 阻燃性和耐热性高温烟气温度较高，滤材使用环境温度高，因此用于高温烟气过滤的滤材要有良好的耐热性，不能出现随着温度升高强度大幅下降的现象。
烟气中部分粉尘颗粒物易燃易爆，这决定了高温烟气过滤材料需要具有一定的阻燃功能，以保证生产过程中的安全性。
1.2 抗静电性过滤材料的抗静电性能会影响清灰效果以及生产的安全性。
高温烟气过滤材料在一些使用场合中，随着接触摩擦时间的增加，会导致静电聚集，产生火花，甚至造成火灾和爆炸。
因此在用于可燃气体、粉尘的高温烟气过滤场合的滤料需要具有抗静电功能。
1.3 耐腐蚀性因高温烟气中含有腐蚀性成分，过滤材料的耐腐蚀性会直接影响其使用寿命。
耐腐蚀性能可根据腐蚀物质的不同分为耐酸碱性、耐氧化性和耐水解性。
高温烟气中含氧量高、酸碱含量大，滤料需要具备耐氧化耐酸碱性能以防止滤料被腐蚀使过滤效率降低甚至失效。
不耐水解的纤维材料在高温烟气过滤中会因水解导致纤维分子链断裂，强力下降，使用寿命缩短。
1.4 机械强度高在过滤和清灰过程中，滤料容易出现机械磨损，导致机械强度降低。
为提高在高温条件下使用的稳定性，高温烟气用滤料需要具有高的断裂强力，良好的耐磨性、刚性和较长的使用寿命。
1.5 过滤效率高过滤的过滤效率是对滤布最基本的性能要求。
滤料的过滤效率高，意味着烟气中的烟尘能够被滤料阻挡，具有良好过滤的效果，经过滤后排放的气体能达到排放标准要求。
2. 高温过滤材料用纤维由于滤材的种类多，需要根据其应用场合和过滤要求选择适合的纤维材料。
目前常用的高温烟气过滤材料为玻璃纤维、聚四氟乙烯（PTFE）、聚酰亚胺纤维（P84）、聚苯硫醚纤维（PPS）等。
耐高温除尘过滤材料的研发现状及发展趋势
耐高温除尘过滤材料的研发现状及发展趋势伴随着我国工业的不断发展，当前排放高温烟气的行业如钢铁、冶金、热电厂以及水泥生产等，其高温除尘工艺相比于常温除尘，更复杂，难度更大，同时较高的温度可能导致烟气以及粉尘的性能发生变化。
1 耐高温除尘过滤设备的研发现状1.1 机械除尘器性能更强目前在机械式的高性能除尘设备中已经出现了单级和双级的旋风除尘器，该设备原理是高速旋转会产生较大风速，进而生成离心惯性力和不同的线速度差，此时高温气流中的粉尘颗粒能够被有效去除。
如今市场上有很多废气排放企业，运用旋风除尘器，主要是因为这种除尘器的运行成本不高，而且该设备的结构也比较简单。
该设备的缺点是在运行过程中，对颗粒物施加的惯性力比较低。
其对于粒径为5～10 μm的颗粒没有除尘效果。
在此条件下，很多细微的颗粒随着高温气流排放到大气环境中<sup></sup>。
将设备的颗粒载荷范围设置在0.01%～0.03%之间，能够优化去除高温气流粉尘颗粒的效果。
1.2 静电除尘器早在20世纪的60年代，静电除尘器就被应用于高温高压的环境中，以美国为例，目前正展开对压力达1.0 MPa静电除尘设备的研究，设备的最高除尘温度是900 ℃。
当温度处于600～800 ℃时，设备对粒径小于10 μm的颗粒物除尘率为99.6%。
在所捕获的颗粒中，大约有20%的颗粒，粒径小于3 μm。
将该技术投入到实际应用中还需进一步研究。
研究发现其现存问题有热膨胀性能差、设备使用寿命不长、设备用电不稳定、对废气成分过于敏感、设备运行不稳定等。
由此可见该技术目前还不够成熟，无法投入到工业化应用中。
2 耐高温防酸过滤材料的研究现状2.1研发思路在研究过程中，通常会分析都市废弃物焚化炉和煤燃烧后的高温烟气。
就都市废弃物焚烧炉和燃煤锅炉中典型的烟道气体而言，其成分有氯化氢，硫化物、氮化物、氟化氢，除此之外还含有一定量的水分、氧气和粉尘。
通常情况下，进入到除尘箱之后，气体温度在100～200 ℃范围内。
高温气体介质过滤除尘技术和材料的发展
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高温气体介质过滤除尘技术和材料的发展
况 春 江 方 玉 诚 安 泰 科 技 股 份 有 限 公 司
烧 结 粉 末和 ３０ 烧结 金 属 丝 网微 孔材 料 。这 些高 性 １Ｓ
能 金 属 微 孔 材 料 的 研 制 成 功 为 金 属 过 滤 材 料 应 用 于 高 温 除 尘 领 域 带 来 了 更 光 明 的 前 景 。 如 美 国 Ｍｏｔ Ｄ ｔ ￣
一Hale Waihona Puke 、国 内外研 究现 状
高 温气 体 除尘 技 术 的开 发 研 究始 于 上 个世 纪７ ０
线 脉 冲 反 吹 再 生 机 理 的 理 论 与 试 验 研 究 成 果 对 高 温
过 滤 器 的 优 化 设 计 以 及 高 温 除 尘 技 术 的 发 展 也 起 了 重要 的 推动 作 用 。 在 高 温 过 滤 介 质 的 研 制 方 面 ， 多 年 来 围 绕 着 陶 瓷 过 滤 材 料 抗 热 震 性 的 改 善 、 金 属 过 滤 材 料 耐 高 温 腐 蚀 性 的 提 高 开 展 了 大 量 的 研 究 工 作 ， 取 得 了 实 质
业 的重要 研 究课 题 。
ＢＣ） 的 商 业 化 。 ９ 年 代 中 期 ， 高 温 气 体 过 滤 除 尘 ０ 技 术 取 得 了 很 大 的 进 展 。 首 先 是 一 批 先 进 的 高 性 能 过 滤 材 料 的 开 发 为 高 温 气 体 介 质 过 滤 除 尘 技 术 的 工 业 化 应 用 奠 定 了 基 础 ； 其 次 ， 高 温 除 尘 工 艺 技 术 的 提 高 ， 如 系 统 高 温 密 封 和 过 滤 元 件 自 保 护 密 封 技 术 ， 过 滤 元 件 再 生 技 术 ， 气 体 在 线 检 测 技 术 以 及 系 统 自动 控 制 技 术 等 ， 也 大 大 推 动 了 高 温 气 体 介 质 过 滤 除 尘 技 术 的 工 业 化 应 用 。 另 外 ， 高 温 过 滤 元 件 在
高温气体除尘技术及其研究进展
高温气体除尘是在高温条件下直接进行气固分离,实现气体净化的一项技术,它可以最大程度地利用气体的物理显热、化学潜热和动力能以及最有效地利用气体中的有用资源。
因此,它不仅成为电力、能源和相关加工工业的研究热点,也是过滤行业的重要研究课题。
目前,整体煤气化燃气蒸汽联合循环发电技术(I G C C )和增压流化床燃烧联合循环发电技术(PFB C )是先进的能源转换系统,但在这两种技术中,煤、飞灰和脱硫吸附剂会夹带在燃烧(气化)产物中,易从燃烧器或气化炉带进燃气轮机。
由于进入燃气轮机的气体中含有大量粉尘,会引起燃气轮机叶片的磨损,影响燃气轮机叶片的寿命及工作效率。
为了解决这个问题,燃气中的粉尘含量必须限制在一定范围内,同时,为了满足I G C C 和PF B C 对燃气高温的要求,人们正在试图摆脱传统的湿法气体净化工艺,采用高温干法气体净化技术来解决制约I G C C 和PFB C 发展的关键问题。
因此,有效的高温除尘技术的作用是至关重要的。
1陶瓷过滤除尘技术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。
1.1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。
1.1.1陶瓷纤维布袋过滤器美国B uel 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%A l 2O 3、24%Si O 2、14%B 2O 3组成)编织成布袋,在816℃、0.98M P a 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176.4P a ~1489.6Pa,清灰时用脉冲空气反吹[1]。
高温气体除尘技术的探讨
高温气体除尘技术的探讨一、前言近年来，我国在炼焦及煤发电行业中的污染日趋严重，高温气体除尘技术对于污染物的过滤具有很强的现实意义。
我国在高温除尘技术上虽然取得了很大的进步，但是还存在各自的问题，在一定的条件下还需要对高温气体除尘技术进行深入研究。
二、必要性目前，我国电力工业主要以火力发电为主，但其中的烟气净化主要是从环保方面考虑，要求不高，致使大量的热能和有用资源白白浪费掉。
因此，在现代工业生产中，高温含尘气体的净化除尘技术对于相关行业来说就显的意义重大。
高温气体除尘技术的研究开发始于上世纪70年代，传统的除尘方式多为湿法除尘，先将高温气体进行冷却，然后冷态下进行除尘，这样浪费了大量热资源。
而高温气体的直接净化除尘技术是实现高温气体资源综合利用的关键技术，也是一项先进的环保技術。
目前的直接高温除尘器主要有高温旋风除尘器，旋流式分离器（龙卷风除尘器），多管除尘器以及介质过滤除尘器等。
三、高温气体除尘技术概述高温气体除尘技术的核心是保护后续工艺设备的顺利运行和气体净化。
在诸多高温气体净化除尘工艺技术中，介质过滤净化除尘技术有许多显著的优点。
在实际操作中，多采用圆柱型过滤器.过滤器的滤芯一般采用刚性陶瓷或金属多孔材料。
介质过滤除尘工艺过程主要分为含尘气体的过滤、净化和过滤材料（介质）的再生两个阶段。
目前，国内外开发的介质过滤净化除尘装置中，滤材再生大多采用与过滤方向相反的脉冲反吹气流对滤芯进行在线反吹，使滤饼脱落进入集灰室，以实现过滤元件的再生。
在线脉冲反吹再生技术对维持滤芯正常工作和设备的连续运行起着重要作用，脉冲反吹再生条件的变化对滤芯寿命有很大影响。
四、高温气体除尘技术种类1、陶瓷高温除尘技术陶瓷过滤器属于高性能阻挡式过滤器，利用陶瓷材料的多孔性进行除尘。
过滤方式是吸附、表面过滤和深层过滤相结合的一种过滤方式，过滤原理主要为惯性冲撞、扩散和截留。
随着研究的逐步深入，陶瓷高温除尘技术取得了很大的进展，这主要体现在以下两个方面：（1）过滤元件的多样化多样化的过滤元件可以满足不同条件的除尘要求，主要有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。
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目前应用于高温 除尘的多孔陶瓷制备技术 主要有造孔剂法 、发泡法等 。 多孔陶瓷材料在高 温除尘应用方 面有其 独特的 优点 , 其主要 特点 如下 :
(1)孔隙率高 , 可达到 60%以上 , 孔径均匀 且易于控制 。过滤精度高 , 可达 0.1μm, 适用于 各种介质精密过滤 。
(2)耐酸碱性好 , 适用于强酸或强碱以及各 种有机气氛中工作 。
烧结金属粉末是依靠熔融金属雾化制粉后
压制成形和烧结而得 。 烧结金属粉末可制成各 种复杂形状 , 并且有较高的过滤精度[ 3] 。 新近开 发出的 Fe3 Al烧结金属粉末过滤材料 , 是一种廉 价的带有战略意义的材料 , 具有突出的抗高温氧 化和耐硫腐蚀性能 。 在煤的洁净燃烧联合循环 发电工艺技术中具有重要应用前景 , 它具有非常 高的过滤精度 。
收稿日期 :2008 -06 -03 作者简介 :周翔 , 男 , 1983年生 , 华南理工大学 2006级在读硕士研究生 。2月
微颗粒 。从 20世纪 70年代 开始 , 比利 时 BEKAERT公司开始了大批量生产不锈钢纤维毡 , 产 品质量达到了世界先进水平 。 近年来 , 我国西北 有色金属研究院在金属纤维毡的研制及产业化 开发方面也取得了突破性的进展 。 这种材料在 化工 、化纤 、冶金等领域具有广泛的应用 , 如在天 然气集输过程中 , 它可代替某些过滤介质 。
性好 , 过滤面积大 , 可在线清洗 , 适应范围宽 。 20世纪 90年代出现了不锈钢膜 , 主要用于
液 -固 、气 -固 、固 -固分离 , 现在已经商品化 。 不过 , 目前市场上涉及金属膜的研究单位和公司 已经很多 , 现在比 较成功的 金属膜是 德国 GKN 公司的不锈钢膜 。
2 多孔陶瓷材料
2008年 12月
材 料 开 发 与 应 用
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文章编号 :1003-1545(2008)06-0099-04
高温气体过滤除尘材料的研究进展
周 翔a, 隋贤栋a, 黄肖容b
(华南理工大学 a.机械与汽车工程学院 ;b.化学与化工学院 , 广东 广州 510640)
摘 要 :高温介质过滤除尘技术的关键是高温过滤材料 , 本文主 要介绍了 金属多孔材 料和陶 瓷多孔 材料以 及 新型过滤材料各 自的特点和最新研究进展 , 其中金属陶 瓷复合膜等 新型多孔 材料因克 服了陶 瓷材料密 封性 、 抗热震性差以及 金属材料制备困难 、稳定性差等缺点 , 成为高温气体除尘材料研究者关注的焦点 。 关键词 :高温除尘 ;多孔陶 瓷 ;多孔金属 ;新型材料 中图分类号 :TQ174, TG146 文献标识码 :B
金属材料良好的 塑性使其可以拉拔成金属 细丝或纤维 , 进而编织成网或铺制成毡 。 粉状颗 粒材料经烧结可以制成烧结金属粉末和金属膜 。 金属多孔过滤材料按结构形式分 , 主要有烧结金 属丝网 、金属纤维毡 、烧结金属粉末和金属膜等 。
烧结金属丝网采 用多层金属编织丝网为原 料 , 通过特殊的叠层设计 、复合压制和真空 (或保 护气氛 )烧结等工艺制备而成 。 在发达国家 , 其 制作工艺已相当成熟 , 如日本的 NipponSeison公 司就是以生产多层网为主的过滤器公司 。 此外 , 德国 、美国 、英国也能批量生 产 。 它在洁净煤发 电技术的高温 除尘领 域具有 很好 的应用 前景 。 金属纤维毡是一种将金属熔化后 , 通过真空喷丝 制成的金属织物 。它 兼具金属耐高温和织物高 精度的特性 , 经过结构优化后 , 能够有效滤除细
在诸多高温气体净化除尘工艺技术中 , 介质 过滤净化除尘技术因其最大程度地利用了气体 显热和有用能源 , 同 时简化了工艺过程 , 节省了 设备投资以及避免了湿法除尘所带来的二次水
污染等而具有显著的优势 。 高温气体介质过滤 除尘技术的 核心是 高温过 滤材料 , 由于 其在高 温 、高腐蚀性气体中 工作 , 因此对过滤材料具有 很高的要求 , 必须满足过滤特性 、使用寿命 、价格 等多方面的要求 。 工业除尘过滤材料的主要功 能是捕集高温含尘气体中的颗粒 。 其过滤机制 主要有惯性碰撞 、拦截和扩散效应 3种 , 3种机理 的主要区别是由含尘颗粒粒径的大小不同所致 。 按微粒被捕集的方式可将过滤方式分为表面过 滤 、深层过滤和滤饼过滤 。目前常用的有金属多 孔材料和陶瓷多孔材料 。
中国科学技术大学固态化学与无机膜研究 所一直致力于陶瓷膜制备技术和应用基础研究 , 且已经实现了成果转化 。 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 [ 7] , 取得了很好的试验效 果 。该陶瓷过滤元件除尘效率可达 99%以上 , 净 化后气体尘粒小于 5μm, 为进一步开展研究奠定 了基础 。
1 多孔金属材料
金属过滤材料具有 优异的耐温性和力学性 能 , 在常温下金属材料的强度是陶瓷材 料的 10 倍 , 即 使在 700℃高温其 强度仍 数倍于陶 瓷材 料 [ 2] 。金属材料良好的导热性和韧性使其具有 优异的抗热震性能 , 并且适于连续的反向脉冲清 洗 , 再生性好 , 使用寿命长 。 金属材料还具有很 好的加工性和焊接性能 。 这些优异性能使得金 属过滤材料在高温气体除尘应用中具有很好的 适应性和优越性 。
(3)机械强度高 , 可耐受较高的工作压力及 压力降 。
(4)耐高温 , 工作温度可达 800℃, 适用于各 种高温气体过滤 。
(5)过滤元件使用寿命长 , 经济性好 , 长期使 用时微孔形貌不发生变化 , 且再生性好 。 2.2 多孔陶瓷材料高温除尘的研究现状
在高温气体除尘技术研究的早期 , 美国开展 了以陶瓷过滤介质为主的高温气体过滤除尘技 术的开发 , 德 、日 、英等发达国家也开展了类似的 研究工作 。 而进入 90年代中期以来 , 随着一批 先进的高性能过滤材料的开发成功 , 高温气体介
第 23卷第 6期
周翔等 :高温气体过滤除尘材料的研究进展
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质过滤除尘技术的工业化应用进入了实质性阶 段 , 围绕着陶瓷过滤 材料抗热震性的改善 , 取得 了实质性进展 , 尤其是陶瓷纤维增强复合多孔材 料的开发 , 使得陶瓷过滤材料抗热震性得到显著 改善 。 在开发的高性能材料中 , 有日本 Asahi公 司生产的匀质堇青石陶瓷滤管 , 德国 Schumacher 公司生产的 SiC-Al2 O3 双层 试管式滤 管 , 德国 BWF公司生产的真空成型陶瓷纤维管等 [ 4] 。国 外大量专利报道了很多各式各样的陶瓷膜高温 气体过滤器 [ 5, 6] 。如美国的 DupuntLanxide公司 生产的 PRD-66型管 状碳化硅陶瓷 过滤器 , 芬 兰 Helsinki技术大 学的 高温 管式 过滤 器 , 采用 DIA-SchunalithF40 过滤 管的德 国 Schumacher 公司的小型高温陶瓷过滤器等 , 都得到了成功的 应用 。
尽管金属材料有着众多的优点 , 然而它活性 较高 , 容易氧化 , 尤其 是许多高温含尘气体具有 腐蚀性或氧化性 , 容易被腐蚀 , 稳定性不好等 , 使 其制备和应用受到极大限制 。 陶瓷材料因具有 优良的热稳定性和化学稳定性 , 可在高达 1000℃ 温度下工作 , 并且在氧化 、还原等高温环境下具 有很好的抗腐蚀性而成为高温气体除尘的优良 选材之一 。 陶瓷微孔 材料从材质上可分为氧化 物 、非氧化物和复合物类 。 其中属非氧化物陶瓷 材料的碳化硅具有强度高 、导热 性好 、热膨胀系 数小 、抗热冲击性强 、透气性好 、低压降等优良性 能 , 是首选的高温陶瓷过滤材料 。 2.1 多孔陶瓷过滤材料的制备及主要特点
多孔陶瓷材料具有低密度 、高精度 、高渗透 率 、耐腐蚀 、耐高温 、抗热冲击性好 、压降低以及 使用寿命长等优点 , 是一种优良的过滤材料 , 在 高温干式除尘方面有着较好的应用 。
3 新型过滤材料
早期的研究主要集中在陶瓷过滤技术方面 , 陶瓷材料的突出优点是具有优良的热稳定性和 化学稳定性 。 但其有着性脆 、延展性差 、焊接性 差 、抗热震性差 、操作的长期性 、可靠性差等缺点 且其反吹性仍存在不少问题[ 8] 。 而金属多孔过 滤材料具 有良好的 耐温性 和优良 的力 学性能 。 但其仍有不少缺点 :金属活性较高 , 制备困难 , 危 险性高 ;金属容易氧化 , 使用中稳定性不高 ;金属 材料在极高温环境下强度仍然不够高等 。因此 , 综合陶瓷材料和金属材料的优点 , 开发新型和复 合高性能材料倍受关注 。 3.1 金属陶瓷复合材料
在现代工业生产中 , 涉及高温含尘气体的净 化除尘领域十分广泛 。 高温气体除尘技术的研 究开发始于上世纪 70 年代 , 传统的除尘方式多 为湿法除尘 , 先将高 温气体进行冷却 , 然后冷态 下进行除尘 , 这样浪费了大量热资源 。 而高温气 体的直接净化除尘技术是实现高温气体资源综 合利用的关键技术 , 也是一项先进的环保技术 。 目前的直接高温除尘器主要有高温旋风除尘器 , 旋流式分离器 (龙卷风除尘器 ), 多管除尘器[ 1] 以 及介质过滤除尘器等 。
多孔膜在烧结时 , 以颗粒表面质点的扩散来 进行传质 。 烧结推动力是粉状颗粒的表面能大 于多晶烧结体的晶界能 。 经烧结后 , 晶界能取代 表面能 , 这就是多孔 金属膜机械强度大 、耐高压 的原因 。目前用于高温除尘的多孔金属膜的制 备方法主要有悬浮粒子烧结法, 相分离沥滤 法等 。
多孔金属膜有以下优点 。 (1)机械强度高 , 耐压性能好 (耐压高达 7MPa), 因此膜组件不易 损坏 , 可用增大压差 的方法来提高渗透率 , 增大 膜的分离能力 。 (2)具有良好的热传导性和散热 能力 , 因此可减小膜 组件的热应力 , 提高膜的使 用寿命 , 非常适合高温领域的应用 。 (3)密封性 能好 , 膜材料是具有良好焊接性能的金属材料 , 因而膜组件易于连接密封 。 (4)具有很强的应用 价值 , 在过滤过程中 , 多孔金属膜吸附量大 , 支撑