国外高温工业过滤除尘技术研究现状

作者:快彩平台网站 | 2019-12-01 09:25

  美国高温气体陶瓷净化除尘技术的研究起步较早,其主要的代表技术有陶瓷过滤技术、颗粒床过滤技术和错流过滤技术等。

  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:

  美国西屋公司陶瓷管的研制内容包括3个方面:材料的选择,配方的选择,加工工艺的选择。单一原料制得的过滤器抵抗微裂纹蔓延和热疲劳能力很差,这会导致整个过滤器失去作用。近些年人们研究发现在陶瓷管制备原材料中加入一种连续性的陶瓷纤维化合物将能明显改善陶瓷管的性能,如SiC纤维、NB-SiC纤维、硅酸铝、多铝红柱石等。

  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。英国Grimethorpe电厂测试了烛状陶瓷过滤器特性。因为热冲击和材料在高温下疲劳破坏,烛状陶瓷过滤器极易在支撑头处损坏。脉冲喷射清洗时,会引起补丁式堵塞,影响过滤特性,并极易引起支撑环断裂、扭曲、错位。交叉流式过滤器,极易在角部断裂,并在过滤体中形成纵向裂缝。因为热应力和其它应力集中,会引起材料破坏,故应改进其材质、安装结构和密封效果。

  美国西屋公司开发的交叉流式过滤器可在650~900℃,1.0~3.0MPa条件下运行,在加利福尼亚Montebello的Texaco气化炉上做了示范试验并经过了8000h的测试。

  膜式陶瓷过滤器公司在蜂房式多通道堇青石基础上,于表面覆盖一层极薄陶瓷膜(小于50μm)制造成了膜式陶瓷过滤器。蜂房式过滤器一般由多铝红柱石或堇青石制成,断面采用蜂房结构,集尘效率高达99%,可适用的气体温度达400℃,5000h后压降4kPa。

  日本旭硝子株式会社开发研制的高温废气处理用陶瓷过滤器为圆管状多孔堇青石(LOTEC-M)ACTF型陶瓷管过滤器,孔径为40~60μm,高度方向孔径无梯度,通孔率为16%~22%,抗弯强度为15~18MPa,耐热性优良,可处理高达1000℃的高温含尘烟气,几乎能100%地过滤直径大于孔径的1/20以上的粉尘。为使过滤器能连续运行,采用反洗的方式进行定期清灰,即通过安装在各清洁室出口的喷射器,将高压反洗气流短时间吹入清洁室内,一般在0.2~0.3s内即可完成,并可联机反洗,其收尘效率达99.999%。芬兰Ahlstrow公司和美国Babcock&Wilcox公司等锅炉制造厂都引进了ACTF技术。

  旭硝子株式会社还开发了APT型颗粒捕集器。该捕集器的过滤器主要材质为堇青石。堇青石是以电熔法制造的堇青石玻璃经结晶化处理而制得的。将堇青石制成具有一排贯穿孔的平板,并在一边预留一定间隔的狭缝(用于净化气体的排出),然后将一定数量(根据处理废气量确定)的平板叠层而制成过滤器部件,整体呈盒状。其常用规格为:高140mm×宽103mm×长200mm,体积2.9L,重量1.8kg,贯通孔形状3mm×5mm(椭圆形),贯通孔数量17×37,过滤面积0.9m2。一般采用高压空气(0.6~0.8MPa)脉冲气流进行反吹,将颗粒堆积层吹落,反吹时间为0.2~0.5s。APT装置在1000h的运行考核中,颗粒捕集率在96%以上,压力损失保持在9~11kPa。

  俄罗斯S.V.Entin等进行了耐火材料生产中除尘工艺的研究,并设计出一套实验装置。该装置采用的是盘状多孔不锈钢过滤板对含尘气体进行过滤。除尘过程中,含尘气体通过进气管进入过滤器的除尘室,粉尘粒子沉积到过滤体的外表面,处理后的气体穿过过滤体进入净气室,最终由出气管排出。采用U形管压力计测定过滤阻力,通过过滤器的气体体积由压缩空气测量试管和MMN微型压力计控制,过滤效果由过滤器内外气体的含尘浓度对比进行评价。该装置适用于建筑材料、食品、化工、冶金以及核电等行业。

  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。

  日本Iwanaga.A等设计出一种垂直除尘器,其上部和下部分别是含尘气体入口和集灰斗,中间是过滤区域。过滤部分由多孔陶瓷过滤圆筒组成。净气室与过滤圆筒处于同一位置,并被分成两部分。多孔陶瓷过滤圆筒的上方为空气喷嘴,这种装置适用于燃油、炼铁、陶瓷以及化工等行业。

  日本Imada.K.等在废气除尘移动床材料的研究中,用作移动床的材料为颗粒直径~10mm、气孔率20%~60%的多孔粒径材料。该移动床材料已被应用于炼钢、炼铁焦炭炉的废气除尘。

  英国太棉公司(TENMAT)研制的太棉高温气体过滤器是专门为超过袋式除尘器、电除尘器等传统除尘器所承受的工作温度而开发的一种硬式表面过滤器。太棉可长期应用于1200℃的高温烟气系统,最高可耐1600℃,使用过程中遇火不燃烧,具有超强的耐酸碱性能,使用寿命长达10年以上,而袋式除尘器一般一年多就需更换。同时,太棉除尘器能过滤小于1μm的尘粒,过滤效率更达99.99%以上。所以,由于太棉过滤器滤料好、设备简单、寿命长、不用维护等优势,使得除尘总费用远远低于袋式除尘设备。

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