基于陶瓷膜的高溫除塵技術(shù)研究

（北京航天試驗技術(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；粒級效率

高溫氣固分離工藝是除塵設(shè)備研發(fā)中的難點，但由于其具有廣泛的使用需求和巨大的經(jīng)濟效益，因此也是研究的重點。為了更好的驗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)，進行了中試研究。

1 高溫陶瓷氣固分離原理

通過對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)實現(xiàn)了對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行燒結(jié)，即可得高溫過濾用復合碳化硅多孔過濾膜材料。

當高溫含塵氣流以一定壓力通過陶瓷管，會發(fā)生兩種變化。

首先，粉塵由于粒徑過大，會被微孔阻擋，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，達到氣固分離的目的。

隨后，當粉塵顆粒增多時，會在陶瓷管的一側(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)主導地位。當濾餅積累到一定的厚度，壓降會大大的增加，阻力更大耗費更多的能源，這時候需要必要的措施來實現(xiàn)對陶瓷膜的清理。

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：一是該裝置不同于普通的實驗系統(tǒng)，而是裝備了全套自控與監(jiān)測系統(tǒng)，能夠及時反饋所有需要的運行數(shù)據(jù)，保證試驗的精度。二是更加的符合實際工況，因此該裝置配備了電加熱器、氮氣保護系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、高溫風機等。試驗系統(tǒng)工藝詳細流程及設(shè)備布置如圖1、2為中試系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)。

圖1 試驗系統(tǒng)工藝詳圖

圖2 試驗系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)

3 參數(shù)設(shè)置及試驗結(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)過反復驗算和模擬，確定工藝參數(shù)如下。

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

本體：φ300，材質(zhì)SUS316，耐高溫500℃。

引風機：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：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℃，帶電動放散閥，氮氣0～0.6MPa。

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個電動回路及控制點。

油泥物性檢測：對油泥進行含水率檢測，為了滿足螺旋輸送機的要求，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)運行，氮氣保護，干渣收集稱重。對干渣進行檢測。

3.2 結(jié)果分析

試驗完成后，對結(jié)果進行了分析。

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

圖3 不同風量時截面過濾速度損失

圖4 不同氣流速度對分離效率的影響

本文重點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來控制，而氣體流量可通過風機來控制，以保證試驗的準確性。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，試驗發(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，當速度過高時，處理效率會有一個明顯的下降，并在某一時刻達到一個拐點。如圖4所示，其中的原因分析認為是濾餅阻力降過大造成的。在工程設(shè)備的實際設(shè)計中如何避免拐點的出現(xiàn)，是有實際意義的。

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全新的領(lǐng)域，通過研制中試裝置進行試驗，發(fā)現(xiàn)陶瓷膜進行氣固分離的一些規(guī)律，截面濾速的損失，處理量對過濾效率的影響等。這些數(shù)據(jù)為進一步的陶瓷膜工業(yè)應(yīng)用提供了有益的參考。同時，還積累了陶瓷膜處理含油顆粒物的一些有益經(jīng)驗。

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