陶瓷纖維在高溫煙氣過濾中的應用

梁振江,鄧 輝,張 杰,朱珍軍

(天津工業大學 紡織學院，天津 300380)

陶瓷纖維在高溫煙氣過濾中的應用

梁振江,鄧 輝,張 杰,朱珍軍

(天津工業大學 紡織學院，天津 300380)

文章介紹了陶瓷纖維用于高溫煙氣過濾的可行性，概述了陶瓷纖維的物理化學性質和國內的研究現狀，將陶瓷纖維和其它無機纖維進行了對比分析，探討了陶瓷纖維在高溫煙氣過濾中的優缺點，為陶瓷纖維的進一步研究開發提供一定參考。

陶瓷纖維；高溫過濾；過濾材料

1 引言

陶瓷纖維是一種集傳統絕熱材料、耐火材料優良性能于一體的纖維狀輕質耐火材料[1]，是繼碳纖維、玻璃纖維和玄武巖纖維之后應用較為廣泛的無機耐高溫煙氣過濾材料。陶瓷纖維按微觀結構形態可以分為玻璃態纖維和結晶質纖維；按其化學組成可分為非氧化物和氧化物陶瓷纖維二大類；按使用溫度可以分為低檔陶瓷纖維(使用溫度為800 ℃～1100 ℃)、中檔陶瓷纖維(使用溫度為1200 ℃～1300 ℃)、高檔陶瓷纖維(使用溫度1300 ℃～1500 ℃)；按照材料的形態可以分為散狀陶瓷纖維、定形陶瓷纖維、不定形陶瓷纖維、混配(紡)陶瓷纖維[2]。不論以哪種方式對陶瓷纖維分類，陶瓷纖維的本質還是不變的，化學組成是相同的，即陶瓷纖維的主要成分是碳化硅、氧化鋁或多鋁硅酸鹽[3]。

陶瓷纖維的使用溫度范圍是800 ℃～1500 ℃。在高溫煙氣過濾行業，參照熱能動力工程的劃分標準，可將待過濾的煙氣劃分為常溫煙氣(<120 ℃)、常高溫煙氣(<250 ℃)、亞高溫煙氣(250 ℃～450 ℃)、超高溫煙氣(<800 ℃)，一般工廠及行業煙氣溫度范圍在250 ℃～280 ℃[4]。陶瓷纖維是一種纖維狀輕質耐火材料，具有質輕、熱穩定性好、耐高溫、比熱容小、耐機械振動等優良特性[5]，并且陶瓷纖維可以通過雙面針刺的工藝制作陶瓷纖維針刺氈，其在高溫和低溫環境中被廣泛使用。因此，陶瓷纖維可以在高溫煙氣過濾中作為濾料使用。

2 陶瓷纖維的特性

2.1 陶瓷纖維的物理性質

陶瓷纖維的主要化學組成成分為氧化鋁，因此陶瓷纖維在一定程度上表現出氧化鋁的特性，即難溶于水的白色固體，無臭、無味，易吸潮而不潮解(灼燒過的不吸濕)。因其又含有部分碳化硅，這樣既增強了陶瓷纖維的硬度，也增強了該纖維的熔沸點，所以在較高的溫度下也不發生形變。與傳統輕質耐火材料相比，陶瓷纖維具有氣孔率高、氣孔孔徑和比表面積大等優點，一般陶瓷纖維氣孔率大于90%[6]。

2.2 陶瓷纖維的化學性質

陶瓷纖維含堿量極低，幾乎不和冷、熱水作用，除氰氟酸、磷酸和強酸外，其他酸堿對它的侵蝕作用很小，在氧化氣氛下非常穩定[7]。在使用過程中無毒、無害，不會有二次污染，對環境無不良影響。

2.3 陶瓷纖維的其它性質

陶瓷纖維除了作為高溫煙氣過濾材料應用在過濾方面，因其獨特的多孔狀纖維結構，還可應用于很多領域。陶瓷纖維的其它性質常表現為：多孔狀結構，導熱系數很低。常用于作為保溫隔熱材料，如石油化工設備、容器、管道和航空航天等的隔熱保溫材料；不燃或者有自熄性。常用作防火材料，如高檔寫字樓中的檔案庫、金庫、保險柜等重要場所的絕熱、防火隔層，消防自動防火簾等；絕緣性。陶瓷纖維的化學組成物質為共價鍵化合物，無導電性，常用來做絕緣材料，如電線桿上固定電線的瓷瓶等。陶瓷纖維除了以上特性外還有隔音、防輻射等特性。

3 陶瓷纖維的國內研究進展

我國陶瓷纖維已處于持續調整發展的階段，陶瓷纖維的生產工藝與設備，尤其是干法針刺毯的生產工藝與設備具有世界先進水平[8]。金江等[9]通過將陶瓷纖維層和硅酸鈣互相黏附在一起，構成一種耐高溫陶瓷纖維氣體過濾材料，其可耐200 ℃～1200 ℃的高溫，過濾阻力低，分離效率高且容易再生，可以廣泛應用于高溫煙氣、干法除塵等除塵過濾領域。李超[10]發明了一種具有倒錐形非織造布本體、圓形圈、第一半圓形加強筋和第二半圓形加強筋的陶瓷纖維原料非織造布過濾結構，結構簡單、過濾效率高、耐高溫、耐高壓、耐腐蝕且可反復沖洗使用，擁有使用壽命長、生產成本低、適用范圍廣、易推廣等優點。孫揚善等[11]研究了由莫來石纖維和硅酸鋁纖維組成的陶瓷纖維過渡層對高溫氣體過濾用碳化硅非對稱過濾膜的成膜和過濾壓降的影響，發現當支撐體和過濾膜之間的陶瓷纖維過渡層厚度為60 μm左右時，過濾膜的過濾壓降最小，同時還大大提高了成膜過程中過濾膜的均勻性和完整性；王娟[12]設計了一種由圓形本體、緊固圈、圓形連接板、固定孔和過濾孔組成的陶瓷纖維原料滾筒式過濾結構，該結構具有結構簡單、使用裝配便捷、過濾效率高、耐高溫高壓且可反復沖洗使用等優點，同時該過濾結構生產成本低、易推廣。

與其它傳統高溫煙氣濾料相比較，陶瓷纖維濾料具有高效低阻、使用壽命長、清灰容易和后期維護簡單等優勢，近二十年高溫氣體除塵過濾材料的研究取得了重大進展，一批先進過濾材料得以開發，尤其是陶瓷纖維復合增強材料的開發使得陶瓷過濾材料的韌性得到很大提高[13]。開發和研制更加高效的高溫煙氣陶瓷纖維過濾裝置，對環境保護和社會發展具有重要意義。

4 陶瓷纖維與其他高溫過濾材料的比較

用于高溫過濾煙氣過濾材料的無機纖維除了玄武巖纖維以外，還有多種高性能纖維，例如碳纖維、玻璃纖維和石棉纖維等。它們具有無機纖維的部分或全部的特性，如耐高溫性、阻燃性、強度大、模量高、化學性質穩定、吸聲隔音、透電波、抗震和介點絕緣等。這些纖維雖然具有多種優異的性能，但也具有一定的缺陷。例如，碳纖維表面化學性呈惰性、表面能低、表面光滑，在使用過程中易引發靜電等；玄武巖纖維密度較大，在梳理成網時易出現脫落現象，且表面光滑、脆性大等；玻璃纖維硬度過高、卷曲度小、耐磨性能差；石棉纖維在使用過程中會產生致癌物質，環保性很差等。

陶瓷纖維作為理想的高溫煙氣過濾材料，其主要優點主要表現為：過濾方面：具有較高的除塵效率，可達99%以上；具有較高的強度和耐熱性；具有良好的耐高溫氣體腐蝕和化學腐蝕。制作工藝方面：具有加工容易、施工方便等特點，并且原料來源較為廣泛。環保方面：在使用過程中不會產生二次污染，不會產生有毒有害氣體，對環境無任何影響。經濟方面：具有良好的再生性能，使用壽命長，原料廉價易得，成品加工流程短等。陶瓷纖維作為高溫濾料，在使用過程中清灰也比較容易，因此具有良好的經濟特性。

陶瓷纖維雖然有很多優良的特性，但其最主要的缺點是不耐磨、不耐碰撞，不能抵抗高速氣流的沖刷，不能抵抗熔渣的侵蝕。因此在使用過程中常通過徑復合、預應力法和相轉變法來提高陶瓷的韌性[14]，實際生產中一般是通過降低陶瓷纖維脆性的方法實現。

5 結束語

隨著科學的發展，時代的進步，人們生活水平的日益提高，對生活質量的要求也越來越高。環境是人類和一切生物賴以生存的基礎，空氣質量的好壞直接影響環境的好壞，進而影響人們的生活質量。空氣中有毒、有害物質和顆粒粉塵物質的減少有助于空氣質量的提高，因此在高溫煙氣過濾過程中，過濾材料的過濾效率和質量直接影響著空氣質量。陶瓷纖維雖然有很高的過濾效率、耐高溫、耐化學腐蝕，但其在使用過程中也常出現各種問題，因此對現有陶瓷纖維的升級改進是今后的努力方向之一。

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TheApplicationofCeramicFiberinHighTemperatureFlueGasFiltration

LiangZhenjiang,DengHui,ZhangJie,ZhuZhenjun

(School of Textile， Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300380, China)

This paper introduced the feasibility of ceramic fiber used as a high temperature flue gas filter, summarized the physical and chemical properties of ceramic fiber and its domestic current research, analyzed and compared ceramic fiber and other inorganic fibers, discussed the advantages and disadvantages of ceramic fiber used in high temperature flue gas filtration. It provides references for further development of ceramic fiber.

ceramic fiber; high temperature filter; filter material

《聚酯工業》2018年征訂啟事

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1009-3028(2017)06-0044-03

2017-09-26

梁振江(1993—)，男，河南開封人，碩士研究生。