高溫陶瓷纖維過濾管冷態試驗

汪家勤，經文賢，詹俊東，吳振山

(合肥豐德科技股份有限公司 安徽合肥 230051)

近幾十年來，國內外對高溫工業廢氣除塵技術的研究取得了重大進展，如袋式除塵器的表面覆膜、東南大學[1]研發的無電暈電除塵器、發達國家的部分企業[2]所研發的雙層結構覆膜陶瓷過濾器、王耀明和薛友祥等[3- 4]提出的孔梯度陶瓷纖維復合膜管和復合過濾膜的概念、Larbot A.和Sibanda A.等[5- 6]分別用不同材質的陶瓷膜在高溫工業廢氣除塵方面進行的研究等，但這些除塵器在使用過程中還存在不少問題，如除塵效率低、廢氣處理量小、過濾阻力大、質量重、對細小顆粒物過濾效果差等。

目前，硅微粉因其自身密度小、細度大等特點，普通高溫陶瓷過濾材料在進行除塵時會導致過濾元件堵塞等情況，所以絕大多數生產企業依然采用布袋進行除塵。本文主要介紹利用陶瓷纖維制備的耐高溫、低阻力和高過濾精度的高溫除塵材料在冷態條件下對硅微粉進行過濾的試驗情況。

1 試驗部分

1.1 試驗材料和儀器

過濾元件：通過調整噴涂量和控制膜層厚度，制備平均凈空過濾阻力分別為107.32 Pa/(m·min)和285.82 Pa/(m·min)、長度為2 600 m、直徑為125 mm的2組LP高溫過濾管。

過濾對象：D50=1.290 μm的硅微粉。

試驗儀器：北京聚道合盛的LD- 5型粉塵濃度檢測儀；成都精新粉體測試設備有限公司的JL- 1178型干法粉塵粒度檢測儀。

1.2 試驗方法

將每組3根LP高溫過濾管懸掛在冷態試驗裝置內部并對其結合處進行密封處理；待設備正常運行時，先每次取部分硅微粉置于風機(滿負荷工作)入口處，通過風機的作用，從裝置底部進行揚塵，待吹入過濾裝置中的粉塵質量濃度達到5 000 g/m3(標態)時停止加料；后期每隔3 h加入500 g硅微粉，每隔2 h對LP高溫過濾管的過濾阻力進行在線檢測，并不定時利用LD- 5型粉塵濃度檢測儀在系統的出風口進行粉塵排放濃度的檢測。

2 結果和討論

2.1 系統阻力的變化

LP高溫過濾管在實際應用過程中，無論凈空過濾阻力大小如何，在對粉塵進行過濾時，隨時間的延長，進入過濾系統的部分粉塵逐漸吸附在LP高溫過濾管的表面形成一定厚度的粉塵層，但其入口粉塵濃度相對較小，LP高溫過濾管單位過濾風速是逐漸增加直至大體平衡的一個過程。本試驗為了節省時間，在短時間內使粉塵質量濃度達到5 000 g/m3(標態)，在風機滿負荷工作的情況下，粉塵迅速吸附在LP高溫過濾管的表面形成粉塵層，因此在系統過濾開始的短時間內，LP高溫過濾管過濾阻力上升的速度較快。

2組LP高溫過濾管對硅微粉進行過濾時，系統冷態阻力變化趨勢如圖1所示。

圖1 系統冷態阻力變化趨勢

由圖1可以看出：系統阻力都是從凈空阻力狀態在短時間內大幅上升，且隨著過濾時間的延長，系統過濾阻力先緩慢上升，然后逐漸趨于平穩；凈空過濾阻力分別為107.32 Pa/(m·min)和285.82 Pa/(m·min)的LP高溫過濾管，經過30 d的運行后，過濾阻力分別在1 000 Pa/(m·min)和1 500 Pa/(m·min)上下波動，后者的平衡阻力比前者高。

2.2 系統粉塵排放濃度

在試驗中，待試驗系統阻力相對穩定時對排放后氣體進行PM2.5和TSP濃度值的測定。在本試驗中，通過計算使系統內粉塵質量濃度在短時間內達到5 000 g/m3(標態)，在后期的過濾過程中每隔3 h加入500 g硅微粉，利用LD- 5型粉塵濃度檢測儀同時在系統的出風口進行PM2.5和TSP濃度值的檢測，測定結果如圖2和圖3所示。

圖2 PM2.5排放濃度測定結果

圖3 TSP排放濃度測定結果

由圖2和圖3可知：針對2組凈空阻力不同的LP高溫過濾管，對D50=1.290 μm的硅微粉進行過濾時，PM2.5排放質量濃度<200 μg/m3(標態)，TSP排放質量濃度<400 μg/m3(標態)；凈

空阻力大的一組LP高溫過濾管，其TSP排放濃度稍低；針對PM2.5的過濾，2組LP高溫過濾管受到表面膜層孔徑大小的限制，PM2.5排放濃度差異較小。

3 結語

(1) LP高溫過濾管對D50=1.290 μm的硅微粉進行冷態過濾除塵試驗時，系統的過濾阻力分別穩定在1 000 Pa/(m·min)和1 500 Pa/(m·min)左右。

(2) 在相同的條件下，在系統阻力穩定后，凈空阻力大的LP高溫過濾管的過濾阻力相對較大。

(3) 采用LP高溫過濾管對D50=1.290 μm的硅微粉進行冷態過濾除塵試驗時，系統TSP排放質量濃度<400 μg/m3(標態)，PM2.5排放質量

濃度<200 μg/m3(標態)，說明其冷態過濾精度很高。

[1] 楊亞平.一種新穎的高溫除塵技術[J].燃氣輪機技術，2002(2)：28- 31.

[2] 姬忠禮.高溫陶瓷過濾元件的研究進展[J].化工裝備技術，2000(3)：1- 6.

[3] 王耀明.高溫煙氣凈化用孔梯度陶瓷纖維膜的設計、制備及特性[D].武漢：武漢理工大學，2007.

[4] 薛友祥.陶瓷纖維復合微濾膜制備及性能表征[D].武漢：武漢理工大學，2002.

[5] LARBOT A, PROUZET E, BERTRAND M. Performances of ceramic filters in the air purification[C]∥Abstract Book of 7th International Conference on Inorganic Membranes，2002.

[6] SIBANDA V, GREENWOOD R W, SEVILLE J P K. Particle separation from gases using cross- flow filtration[J]. Power Technology，2001(1- 2)：193- 202.