國外高溫工業(yè)過濾除塵技術研究現(xiàn)狀
美國高溫氣體陶瓷凈化除塵技術的研究起步較早,其主要的代表技術有陶瓷過濾技術、顆粒床過濾技術和錯流過濾技術等。
全美從事陶瓷除塵技術的機構很多,其中Westinghouse(西屋)是最典型的一個。其陶瓷管高溫氣體過濾技術較為成熟,具有以下特點:
(1)整套系統(tǒng)具備相當高的除塵效率,且壓力損失始終保持穩(wěn)定;
(2)塵密封、金屬結構及脈沖反沖管具備良好操作特性;
(3)陶瓷管的整體強度高;
(4)系統(tǒng)可靠性好,這主要表現(xiàn)在系統(tǒng)操作范圍寬且不形成灰餅等。
美國西屋公司陶瓷管的研制內容包括3 個方面:材料的選擇,配方的選擇,加工工藝的選擇。單一原料制得的過濾器抵抗微裂紋蔓延和熱疲勞能力很差,這會導致整個過濾器失去作用。近些年人們研究發(fā)現(xiàn)在陶瓷管制備原材料中加入一種連續(xù)性的陶瓷纖維化合物將能明顯改善陶瓷管的性能,如SiC 纖維、NB-SiC 纖維、硅酸鋁、多鋁紅柱石等。
德國Schumacher 公司、美國西屋公司、日本的AsahiGlass 公司等[10]已開發(fā)出燭狀陶瓷過濾器,除塵效率均達99%以上。燭狀陶瓷過濾器適用于高溫(260~1093℃)、高壓(1.0~3.0MPa)條件下塵粒去除。當輸入載荷達0.5%時,輸出塵粒粒度小于0.5μm,濃度低于5×10-6,滿足高溫高壓煤(煙)氣凈化要求。英國Grimethorpe 電廠測試了燭狀陶瓷過濾器特性。因為熱沖擊和材料在高溫下疲勞破壞,燭狀陶瓷過濾器極易在支撐頭處損壞。脈沖噴射清洗時,會引起補丁式堵塞,影響過濾特性,并極易引起支撐環(huán)斷裂、扭曲、錯位。交叉流式過濾器,極易在角部斷裂,并在過濾體中形成縱向裂縫。因為熱應力和其它應力集中,會引起材料破壞,故應改進其材質、安裝結構和密封效果。
美國西屋公司開發(fā)的交叉流式過濾器可在650~900℃,1.0~3.0MPa 條件下運行,在加利福尼亞Montebello 的Texaco 氣化爐上做了示范試驗并經過了8000h 的測試。
膜式陶瓷過濾器公司在蜂房式多通道堇青石基礎上,于表面覆蓋一層極薄陶瓷膜(小于50μm)制造成了膜式陶瓷過濾器。蜂房式過濾器一般由多鋁紅柱石或堇青石制成,斷面采用蜂房結構,集塵效率高達99%,可適用的氣體溫度達400℃,5000h 后壓降4kPa。
日本旭硝子株式會社開發(fā)研制的高溫廢氣處理用陶瓷過濾器為圓管狀多孔堇青石(LOTEC-M)ACTF 型陶瓷管過濾器,孔徑為40~60μm,高度方向孔徑無梯度,通孔率為16%~22%,抗彎強度為15~18MPa,耐熱性優(yōu)良,可處理高達1000℃的高溫含塵煙氣,幾乎能100%地過濾直徑大于孔徑的1/20 以上的粉塵。為使過濾器能連續(xù)運行,采用反洗的方式進行定期清灰,即通過安裝在各清潔室出口的噴射器,將高壓反洗氣流短時間吹入清潔室內,一般在0.2~0.3s 內即可完成,并可聯(lián)機反洗,其收塵效率達99.999%。芬蘭Ahlstrow 公司和美國Babcock&Wilcox公司等鍋爐制造廠都引進了ACTF 技術。
旭硝子株式會社還開發(fā)了APT 型顆粒捕集器。該捕集器的過濾器主要材質為堇青石。堇青石是以電熔法制造的堇青石玻璃經結晶化處理而制得的。將堇青石制成具有一排貫穿孔的平板,并在一邊預留一定間隔的狹縫(用于凈化氣體的排出),然后將一定數(shù)量(根據(jù)處理廢氣量確定)的平板疊層而制成過濾器部件,整體呈盒狀。其常用規(guī)格為:高140mm×寬103mm×長200mm,體積2.9L,重量1.8kg,貫通孔形狀3mm×5mm(橢圓形),貫通孔數(shù)量17×37,過濾面積0.9m2。一般采用高壓空氣(0.6~0.8MPa)脈
沖氣流進行反吹,將顆粒堆積層吹落,反吹時間為0.2~0.5s。APT 裝置在1000h 的運行考核中,顆粒捕集率在96%以上,壓力損失保持在9~11kPa。
俄羅斯S.V.Entin 等進行了耐火材料生產中除塵工藝的研究,并設計出一套實驗裝置。該裝置采用的是盤狀多孔不銹鋼過濾板對含塵氣體進行過濾。除塵過程中,含塵氣體通過進氣管進入過濾器的除塵室,粉塵粒子沉積到過濾體的外表面,處理后的氣體穿過過濾體進入凈氣室,最終由出氣管排出。采用U 形管壓力計測定過濾阻力,通過過濾器的氣體體積由壓縮空氣測量試管和MMN 微型壓力計控制,過濾效果由過濾器內外氣體的含塵濃度對比進行評價。該裝置適用于建筑材料、食品、化工、冶金以及核
電等行業(yè)。
俄羅斯B.L.Krasnyi 等深入研究多孔陶瓷過濾元件后認為:利用多孔陶瓷作為過濾元件具有很多優(yōu)點,如高的使用溫度和高的耐熱性、耐腐蝕、抗振性,能同時除去粉塵及氮氧化物等。但該種陶瓷必須利用特殊工藝進行生產,以便控制其孔徑和孔徑分布。這種多孔陶瓷根據(jù)拓撲學規(guī)律可以分為兩類,即有組織性和無組織性微觀結構材料。無組織性微觀結構的陶瓷由粉末和纖維或兩者混合而成。由粉末制得的多孔陶瓷開孔率為20%~45%,孔徑為5~400μm。而由纖維制得的多孔陶瓷其開孔率為30%~90%,孔徑為5~200μm。有組織性微觀結構的多孔陶瓷包括網狀、細胞狀、蜂窩狀等結構,其結構由預置系統(tǒng)決定。網狀結構的材料由紡織或編織機制得的陶瓷纖維所制成,其開孔率為20%~80%,孔徑約20~200μm;但是由于其高溫下使用壽命短,用壓縮空氣噴吹清灰再生后易破壞,所以未能得到廣泛應用。由陶瓷片充填細胞狀泡沫多孔脈石制得的細胞滲透陶瓷材料其開孔率為75%~95%,孔徑為200~500μm;而采用特制鋼模擠壓可塑性陶瓷粉末或其與纖維質混合物所制得的細胞滲透材料,其生坯干燥焙燒后開孔率為50%~80%,方形開孔尺寸約800~7000μm。B.L.Krasnyi 等最終研制出FKI-45 除塵器,屬袋式除塵器。裝置中采用盤狀多孔滲透陶瓷制造管狀過濾器件,直徑為60~62mm,厚度約8~23mm,可以耐1000℃高溫。
日本Iwanaga.A 等設計出一種垂直除塵器,其上部和下部分別是含塵氣體入口和集灰斗,中間是過濾區(qū)域。過濾部分由多孔陶瓷過濾圓筒組成。凈氣室與過濾圓筒處于同一位置,并被分成兩部分。多孔陶瓷過濾圓筒的上方為空氣噴嘴,這種裝置適用于燃油、煉鐵、陶瓷以及化工等行業(yè)。
日本Imada.K.等在廢氣除塵移動床材料的研究中,用作移動床的材料為顆粒直徑~10mm、氣孔率20%~60%的多孔粒徑材料。該移動床材料已被應用于煉鋼、煉鐵焦炭爐的廢氣除塵。
英國太棉公司(TENMAT)研制的太棉高溫氣體過濾器是專門為超過袋式除塵器、電除塵器等傳統(tǒng)除塵器所承受的工作溫度而開發(fā)的一種硬式表面過濾器。太棉可長期應用于1200℃的高溫煙氣系統(tǒng),最高可耐1600℃,使用過程中遇火不燃燒,具有超強的耐酸堿性能,使用壽命長達10 年以上,而袋式除塵器一般一年多就需更換。同時,太棉除塵器能過濾小于1μm 的塵粒,過濾效率更達99.99%以上。所以,由于太棉過濾器濾料好、設備簡單、壽命長、不用維護等優(yōu)勢,使得除塵總費用遠遠低于袋式除塵設備。
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