（北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所，北京 100071）

基于陶瓷膜的高溫除塵技術(shù)研究

劉平，蹇玥

（北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所，北京 100071）

高溫過濾除塵系統(tǒng)是低碳環(huán)保的油泥干化處理、原油回收利用等節(jié)能潔凈技術(shù)的關(guān)鍵子系統(tǒng)，高溫陶瓷膜技術(shù)是該系統(tǒng)核心技術(shù)。由該技術(shù)生產(chǎn)的多孔陶瓷管是除塵系統(tǒng)的核心除塵部件，多孔陶瓷管的機(jī)械性能和孔隙結(jié)構(gòu)直接決定著除塵系統(tǒng)的使用壽命、過濾效率和過濾精度。

高溫除塵；陶瓷膜；粒級(jí)效率

高溫氣固分離工藝是除塵設(shè)備研發(fā)中的難點(diǎn)，但由于其具有廣泛的使用需求和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此也是研究的重點(diǎn)。為了更好的驗(yàn)證高溫陶瓷膜分離技術(shù)在氣固分離領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的性能表現(xiàn)，進(jìn)行了中試研究。

1 高溫陶瓷氣固分離原理

通過對(duì)纖維漿料的處理和選擇合適的涂膜液，利用空氣噴涂技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)過濾管的纖維過渡層和陶瓷分離膜的完整均勻涂覆。支撐體干壓成型后，在1000～1200℃預(yù)燒結(jié)。在支撐體上利用空氣噴涂技術(shù)均勻涂覆一層或幾層莫來石纖維、硅酸鋁纖維和陶瓷粘結(jié)劑的混合料，干燥后在其表面上連續(xù)噴涂幾層過濾膜，最后將制得的碳化硅膜材料在干燥后在空氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，即可得高溫過濾用復(fù)合碳化硅多孔過濾膜材料。

當(dāng)高溫含塵氣流以一定壓力通過陶瓷管，會(huì)發(fā)生兩種變化。

首先，粉塵由于粒徑過大，會(huì)被微孔阻擋，從而被阻隔在陶瓷膜的一側(cè)，而氣流分子可以順利通過這些空隙，達(dá)到氣固分離的目的。

隨后，當(dāng)粉塵顆粒增多時(shí)，會(huì)在陶瓷管的一側(cè)形成濾餅，在氣流的作用下濾餅也是微孔狀的，其本身也對(duì)粉塵顆粒起到吸附作用，甚至可以阻礙比陶瓷膜孔隙更小顆粒的通過。這種作用在陶瓷膜高溫粉塵過濾中占據(jù)主導(dǎo)地位。當(dāng)濾餅積累到一定的厚度，壓降會(huì)大大的增加，阻力更大耗費(fèi)更多的能源，這時(shí)候需要必要的措施來實(shí)現(xiàn)對(duì)陶瓷膜的清理。

2 中試裝置研制

為了更好的了解新型陶瓷膜材料的性能，研制了該套中試裝置。

該裝置值得注意的特性有兩點(diǎn)：一是該裝置不同于普通的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，而是裝備了全套自控與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠及時(shí)反饋所有需要的運(yùn)行數(shù)據(jù)，保證試驗(yàn)的精度。二是更加的符合實(shí)際工況，因此該裝置配備了電加熱器、氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、高溫風(fēng)機(jī)等。試驗(yàn)系統(tǒng)工藝詳細(xì)流程及設(shè)備布置如圖1、2為中試系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)工藝詳圖

圖2 試驗(yàn)系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)

3 參數(shù)設(shè)置及試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 參數(shù)設(shè)置

根據(jù)中試目的及工藝匹配要求，參數(shù)設(shè)置顯得極為重要，經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)算和模擬，確定工藝參數(shù)如下。

除塵器：3根陶瓷管（φ60/40x2000mm），膜面積0.84m2，額定工況風(fēng)量50m3/h。

本體：φ300，材質(zhì)SUS316，耐高溫500℃。

引風(fēng)機(jī)：考慮到防腐蝕要求，采用鋁合金材質(zhì)，變頻控制40～60Hz，耐溫260℃，1.5kW。

螺旋給料機(jī)：采用變頻控制，油泥，含塵濃度0～50g/m3，堆密度0.3～0.5g/cm3。

清灰裝置：內(nèi)置電加熱，高溫膜片閥溫度控制在180℃，帶電動(dòng)放散閥，氮?dú)?～0.6MPa。

冷卻器：采用自熱空冷，額定300℃降至200℃。

電控系統(tǒng)：采用PLC，10寸觸摸屏，預(yù)留3個(gè)電動(dòng)回路及控制點(diǎn)。

油泥物性檢測(cè)：對(duì)油泥進(jìn)行含水率檢測(cè)，為了滿足螺旋輸送機(jī)的要求，含水率不得超過85%，油泥總油1%～5%，其余為含渣量。采取連續(xù)運(yùn)行，氮?dú)獗Ｗo(hù)，干渣收集稱重。對(duì)干渣進(jìn)行檢測(cè)。

3.2 結(jié)果分析

試驗(yàn)完成后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。

氣固分離效率η：搜集干渣稱重 。η=單位時(shí)間收集干渣量（kg）/單位時(shí)間進(jìn)入的干渣總量（kg）上面的分離效率簡(jiǎn)單明確，但精確度不高，它不僅隨分離設(shè)備的不同而變化，而且對(duì)于同一分離設(shè)備，還隨入口粉料的粗細(xì)而變化。為了更精確的考量試驗(yàn)系統(tǒng)的氣固分離效率，引進(jìn)“粒級(jí)效率”概念。粒級(jí)效率則是對(duì)某個(gè)粒徑而言的，這樣就與入口粉料的粗細(xì)無關(guān)，只取決于分離設(shè)備本身性能及單個(gè)顆粒的本身性質(zhì)，所以用它來衡量分離設(shè)備的性能就較為適宜。

圖3 不同風(fēng)量時(shí)截面過濾速度損失

圖4 不同氣流速度對(duì)分離效率的影響

本文重點(diǎn)在于研究在不同流量情形下，分離效率所受的影響。干渣輸送量通過螺旋輸送機(jī)來控制，而氣體流量可通過風(fēng)機(jī)來控制，以保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在不同速度下，截面過濾速度損失不同，處理速度越快，截面過濾速度損失越大，如圖3所示。另外，當(dāng)速度過高時(shí)，處理效率會(huì)有一個(gè)明顯的下降，并在某一時(shí)刻達(dá)到一個(gè)拐點(diǎn)。如圖4所示，其中的原因分析認(rèn)為是濾餅阻力降過大造成的。在工程設(shè)備的實(shí)際設(shè)計(jì)中如何避免拐點(diǎn)的出現(xiàn)，是有實(shí)際意義的。

在不同氣流速度下，分離效率如圖4所示。

4 結(jié)語

陶瓷膜用于高溫含油氣固分離是一個(gè)全新的領(lǐng)域，通過研制中試裝置進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)陶瓷膜進(jìn)行氣固分離的一些規(guī)律，截面濾速的損失，處理量對(duì)過濾效率的影響等。這些數(shù)據(jù)為進(jìn)一步的陶瓷膜工業(yè)應(yīng)用提供了有益的參考。同時(shí)，還積累了陶瓷膜處理含油顆粒物的一些有益經(jīng)驗(yàn)。

[1]時(shí)銘顯.高溫氣體除塵的現(xiàn)代進(jìn)展[C].第五屆全國(guó)非均 相分離學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集.北京，1997.

[2]楊國(guó)華.雙層濾料顆粒床過濾除塵新方法的研究[J].動(dòng)力工程，2005（6）:891-8941.

[3]況春江，方玉誠(chéng).高溫氣體介質(zhì)過濾除塵技術(shù)和材料的發(fā)展[J].新材料產(chǎn)業(yè)， 2002（5）:25-28.

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