陶瓷膜除塵器設(shè)計(jì)

徐 浩 ，李大玉 ，繆 宏 ，朱 松

（1.揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院；2.揚(yáng)州市海牛廚房設(shè)備有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

0 引言

目前國內(nèi)外除塵技術(shù)主要有旋風(fēng)除塵、布袋除塵、電除塵、電袋除塵、顆粒床過濾除塵、多孔無機(jī)膜過濾以及其他的一些除塵方式。旋風(fēng)除塵的除塵效率差，不能滿足環(huán)保排放要求，一般只用于預(yù)除塵濾。布袋式除塵受濾料的耐溫、耐腐蝕等性能的限制，使用溫度不能過高，一般在低于250℃時(shí)使用，顯然不能滿足高溫?zé)煔鈨艋男枨蟆ｋ姵龎m存在電暈放電不穩(wěn)定、電極壽命短、對煙氣成分敏感、高溫絕緣等問題，也不宜在高溫下長時(shí)間使用(一般低于380℃)。顆粒層過濾除塵耐高溫、耐腐蝕，不過其過濾效率尚不理想，粉塵排放濃度偏高。金屬膜以及金屬編制的料價(jià)格昂貴，由于不耐腐蝕以及磨損，應(yīng)用受到局限。其他過濾方式中，已研究或正在研究的除塵技術(shù)有陶瓷織狀過濾器、陶瓷纖維過濾器等，這些除塵器的過濾效率都能達(dá)到99%，但都存在強(qiáng)度低、易堵塞失效等問題。

本文設(shè)計(jì)一種陶瓷膜除塵器裝置，調(diào)整方便、適用性強(qiáng)、效率高，有利于克服現(xiàn)有凈化裝置存在的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高溫除塵凈化與污染氣體的作用過程及兩者協(xié)同作用機(jī)理，極大地節(jié)約了能源。

1 陶瓷膜除塵器裝置設(shè)計(jì)與工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對孔梯度陶瓷纖維膜分離機(jī)理、使用環(huán)境要求和制備工藝條件的分析，確定孔梯度陶瓷纖維膜結(jié)構(gòu)由多孔陶瓷支撐體層和陶瓷纖維過渡層、陶瓷纖維分離膜層三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，孔徑匹配性設(shè)計(jì)結(jié)果為陶瓷纖維分離膜層的孔徑為8～10μm、陶瓷纖維過渡層孔徑為40～70μm、多孔陶瓷支撐體孔徑為130～150μm。確定多孔陶瓷支撐體為繭青石質(zhì)，陶瓷纖維為含鋯硅酸鋁纖維，多孔陶瓷支撐體結(jié)合劑為Si2-Al2O3-K2O-LiO系低熱膨脹結(jié)合劑，陶瓷纖維過渡層和分離膜層結(jié)合劑為加入強(qiáng)助熔劑氧化鋅和硼砂的Si2-Al2O3-K2O-LiO系低熱膨脹結(jié)合劑。

該裝置主要由過濾串吊掛管、耐高溫金屬架、過濾串、共用氣室、排氣管等組成，首先通過化學(xué)鍍、電鍍技術(shù)對陶瓷進(jìn)行改性，在陶瓷上鍍上一層金屬，再利用這層金屬進(jìn)行釬焊，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

陶瓷膜管除塵裝置采用了列管換熱器形式的設(shè)計(jì)模型，含塵氣體走管時(shí)，被陶瓷膜分離組件截留下來的粉塵在重力作用下自由沉降到裝置的收塵部分。吸附在膜管壁上的粉塵在瞬時(shí)高壓反吹氣體的作用下脫離而沉降，分離后的潔凈氣體通過清潔氣出口管進(jìn)行排放?？滋荻忍沾衫w維膜的過濾主要通過陶瓷纖維膜分離膜層來完成，其過濾層可以看作是由許多陶瓷纖維薄層組成的。在每個(gè)薄層交界處形成微孔的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)流體通過過濾材料時(shí)，流體在過濾材料內(nèi)部的流通是彎彎曲曲的，其實(shí)際路徑要比過濾材料厚度長許多倍。當(dāng)其用于過濾含雜質(zhì)的氣體時(shí)，雜質(zhì)中大于陶瓷纖維膜過濾層孔徑的顆粒會直接被阻截。

2 裝置試運(yùn)行

試運(yùn)行于2018年12月28日在揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，使用的陶瓷膜除塵器裝置經(jīng)測試,該裝置簡便易行，效率高。

2.1 截留 雜質(zhì)顆粒由于比陶瓷分離膜的微孔孔徑大而被截留捕捉，在表面形成濾餅層，屬表面過濾。截留只與雜質(zhì)顆粒的大小有關(guān)，而與流速、流體的粘度無關(guān)。

2.2 慣性 沖撞流經(jīng)陶瓷分離膜微孔的流體中的雜質(zhì)顆粒，由于慣性而與微孔孔道壁接觸而被捕捉。慣性沖撞的過濾效果與雜質(zhì)顆粒直徑的平方成正比，與流速及流體粘度成反比。

2.3 擴(kuò)散 雜質(zhì)顆粒由于布朗運(yùn)動(dòng)而離開流線和微孔孔道壁接觸而被捕捉或吸咐，擴(kuò)散捕捉與流速及流體粘度成反比。

當(dāng)流體流經(jīng)陶瓷分離膜時(shí)，大于孔徑的顆粒被截留在表面形成濾餅層，小于陶瓷分離膜孔徑的顆粒由于慣性和受布朗運(yùn)動(dòng)影響而離開流線與孔道壁接觸被捕捉或卡在孔的頸部，大部分雜質(zhì)顆粒被截留在表面或沉積在陶瓷分離膜孔道內(nèi)。

3 結(jié)論

3.1 陶瓷膜除塵器裝置試運(yùn)行表明：該裝置簡便易行，效率高，有利于提高廢氣凈化的自動(dòng)化水平。

3.2 采用陶瓷膜除塵的方案可大大提高工作效率,推進(jìn)廢氣凈化的加工進(jìn)程；本裝置不僅可用于汽車尾氣凈化過程中，而且可廣泛地用于各類凈化場合。