基于陶瓷膜的高溫除塵技術研究

（北京航天試驗技術研究所，北京 100071）

基于陶瓷膜的高溫除塵技術研究

劉平，蹇玥

（北京航天試驗技術研究所，北京 100071）

高溫過濾除塵系統是低碳環保的油泥干化處理、原油回收利用等節能潔凈技術的關鍵子系統，高溫陶瓷膜技術是該系統核心技術。由該技術生產的多孔陶瓷管是除塵系統的核心除塵部件，多孔陶瓷管的機械性能和孔隙結構直接決定著除塵系統的使用壽命、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備研發中的難點，但由于其具有廣泛的使用需求和巨大的經濟效益，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在氣固分離領域大規模應用的性能表現，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，利用空氣噴涂技術實現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℃預燒結。在支撐體上利用空氣噴涂技術均勻涂覆一層或幾層莫來石纖維、硅酸鋁纖維和陶瓷粘結劑的混合料，干燥后在其表面上連續噴涂幾層過濾膜，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，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，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，而是裝備了全套自控與監測系統，能夠及時反饋所有需要的運行數據，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、冷卻系統、高溫風機等。試驗系統工藝詳細流程及設備布置如圖1、2為中試系統的主體結構。

圖1 試驗系統工藝詳圖

圖2 試驗系統主體結構

3 參數設置及試驗結果分析

3.1 參數設置

根據中試目的及工藝匹配要求，參數設置顯得極為重要，經過反復驗算和模擬，確定工藝參數如下。

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SUS316，耐高溫500℃。

引風機：考慮到防腐蝕要求，采用鋁合金材質，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：采用PLC，10寸觸摸屏，預留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。采取連續運行，氮氣保護，干渣收集稱重。對干渣進行檢測。

3.2 結果分析

試驗完成后，對結果進行了分析。

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，它不僅隨分離設備的不同而變化，而且對于同一分離設備，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，只取決于分離設備本身性能及單個顆粒的本身性質，所以用它來衡量分離設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。根據監測數據，試驗發現在不同速度下，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。在工程設備的實際設計中如何避免拐點的出現，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 結語

陶瓷膜用于高溫含油氣固分離是一個全新的領域，通過研制中試裝置進行試驗，發現陶瓷膜進行氣固分離的一些規律，截面濾速的損失，處理量對過濾效率的影響等。這些數據為進一步的陶瓷膜工業應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驗。

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