高温高效气固分离材料的研究

高温高效气固分离材料的研究内容摘要为了能够高效利用能源，在高温下收尘已成为一种趋势，如果高温收尘器能广泛运用，可能将颠覆工业化生产，大大提高各行业的效率。而多孔陶瓷纤维的出现为该技术的研究开发提供了一种新的可能。对于陶瓷过滤器，因其造价低，运行费用少，不会产生二次污染，且耐高温，寿命长，是各种废气处理最适宜和最有前途的方法，特别是其高的分离效率，更是其他除尘器无法比较的。关键词高温收尘陶瓷过滤器高温高效气固分离材料的研究空气中的粉尘悬浮物一直是危害人类身体健康的元凶之一，而冶金、机械、化工、电力等行业的各种工业炉窑所排放出来的废气不仅粉尘量极高而且温度较高。高温条件下，由于废气粘滞力有较大变化，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。布袋式除尘器虽然是现在运用得最为广泛的，但是它不能承受高温，湿式除尘使其热能又不能得到综合利用；静电除尘又存在一次投资高，占地面积大和绝缘等方面的问题。目前，我国高温工业含尘废气的处理方法大多是通过水冷凝，将高温废气降至200左右，再用布袋除尘器除尘，这不仅增加了冷凝设备的投资和运行费用，也使大量的热能流失。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。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。一、陶瓷过滤器简介陶瓷过滤元件是具有均匀分布的微孔孔隙率高达5090,容重小,有着三维立体网络骨架结构,且相互贯通的陶瓷制品1。泡沫陶瓷因具有特殊的性能如高比表面积、高渗透性、低容重、低热导率等而引起各方面的重视。这些优异的性能使其在催化剂载体、熔融金属过滤、高温气体过滤、耐火材料、生物材料等领域得到广泛应用24。图1和图12分别为陶瓷过滤元件的纵向剖面图和陶瓷过滤元件的多孔介质截面图。常用的试管式陶瓷过滤元件的外径60MM，内径3040MM，长约05M15M，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。图1陶瓷过滤元件的纵向剖面图图2陶瓷过滤元件剖面图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。过滤元件试管式陶瓷过滤元件由于过滤元件必须保证在高温下长周期连续工作,要求过滤元件具有以下性能1、较高的过滤速度和较低的压力降，影响二者大小的重要指标为过滤元件的孔隙率5。一般陶瓷过滤元件的过滤速度为002M/S010M/S，其孔隙率为4050。空隙率越大，过滤压降越低，但高的空隙率会增加氧化性、腐蚀性，降低了过滤元件的弯曲强度。2、好的抗热冲击性能，因为陶瓷过滤元件须通过反吹清洗才能使得过滤元件实现再生，而通常反吹气体的温度比烟气温度低，如果过滤元件抗热冲击性能差，就易开裂。3、易于反吹、操作稳定和具有高的过滤效率6。二、陶瓷过滤器材料选择的要求一陶瓷过滤材料应具有以下特点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01M，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。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。二陶瓷过滤器材料选择原则陶瓷过滤器必须满足对特性、寿命和价格的要求和限制。根据使用条件，要求陶瓷过滤器必须能承受气流化学特性变化、组分变化及喷入极细尘粒时的振动的影响，并保持较高的除尘效率，保持高流量及低压降特性。同时要求陶瓷过滤器能承受机械夹紧力、因气流脉冲喷射清洗引起的振动力和热应力。要求选择的陶瓷材料不仅要具有热的、化学的、机械的稳定性，还应具有耐用性和较高可靠性，尤其在高温高压下，当存在气相硫、碱、氯元素腐蚀时，要求陶瓷材料具有很高的相对稳定性。考虑到不同工作条件对陶瓷过滤器材料有不同的要求，如在高压流化床燃烧PFBC工艺中，其工作温度为800900，工作压力1MPA左右，条件为氧化性气氛；而在整体煤气化联合循环IGCC工艺中，工作温度为500650，工作压力为23MPA，条件为还原气氛。这两种工艺所选择的陶瓷材料成份可以相近，但配比则不尽相同。在PEBC环境中，因煤中含有NACL等成分，煤炭燃烧后转化成NASI化合物NA2SI2O5会降低过滤器的机械性能，烧结的碳化硅、部分粘土结合的陶瓷材料都会受到腐蚀，各种性能下降，而纯净的SIC陶瓷材料却不会受到NA2SI2O5的腐蚀作用。而碱金属蒸汽对各种陶瓷材料都有不同程度的损坏。在IGCC环境中，形成稳定的碳酸钠或NACL的数量与HCL浓度有关，一般为400PPMV，而这时的SIC陶瓷材料却不易受到腐蚀78。表1陶瓷过滤器材料特性性能参数多铝红柱石烧结SIC堇青石VFCFVFCCF使用温度C1000（900）1000125012501250重量10MM壁厚/KG125（28）22322203（04）035价格/元1016070507热冲击阻力/N10125185175（195）185陶瓷过滤器元件制造工艺的改进主要是围绕减轻重量、提高弯曲强度、维持透气性、提高寿命而展开的。近年来出现了一些新型材料和工艺如真空成型陶瓷纤维VFCF及真空成型切片陶瓷纤维VFC2CF材料，是轻质陶瓷材料，具有良好的强度特性，可用于制作各种形状的陶瓷过滤器。三、具体研究手段本课题要研究的主要问题是采用真空抽滤法制得高温气体收尘材料，然后进行一些表面改性，并通过相关性能测试得到相对较佳的实验参数。一实验原料多晶莫来石纤维硅酸铝纤维无机凝结剂（水玻璃，磷酸二氢铝）后期表面改性所需的原料二实验步骤1称量一定量的纤维，根据实验配方的要求称取适当的水玻璃或磷酸二氢铝；2把原料放入搅拌机，进行搅拌打碎；3将搅拌好的浆料导入抽滤皿中，打开抽滤泵，进行抽滤；4制成的样品放入烘箱中进行烘干，温度设定在80，时间45个小时；5拿出的样品放入炉中烧制；6烧制后的样品，用来测阻力、抗折强度和气孔率；7根据一系列的实验数据，得到最好的制样烧样制度；8选择最后的样片作为基底，尝试做一些表面改性，优化性能。当今社会，除尘已经不能缺少，国家近年颁布实施了PM25的指标，更表明的国家整顿环境的决心，但是现在我国的除尘器的使用温度比较低，大量的热能就因此而浪费，为了能够高效利用能源，迫切需要在高温下进行收尘，如果高温收尘器能广泛运用，可能将在很大程度上改变生产工艺，大大提高各行业的生产效率和经济效益。参考文献1李湘洲,刘昊宇多孔陶瓷的研究现状与应用全国性建材科技期刊陶瓷,2005547492靳洪允泡沫陶瓷的研究进展佛山陶瓷,2005829313赵东亮,张玉军,张兰有机泡沫浸渍法制备SIC泡沫陶瓷的研究进展全国性建材科技期刊陶瓷,2006311124靳洪允泡沫陶瓷材料的研究进展现代技术陶瓷,2005,105333355KELSALLGJ,SMITHMA,CANNONMFLOWEMISSIONSCOMBUSTORDEVELOPMENTFORANINDUSTRIALGASTURBINETOUTILIZELCVFUELGASJASMEJO