高温陶瓷纤维过滤管冷态试验

Cold Test of High Temperature Ceramic Fiber Filter Tubes

汪家勤 Jiaqin WANG , 经文贤 Wenxian JING , 詹俊东 Jundong ZHAN , 吴振山 Zhenshan WU

合肥丰德科技股份有限公司安徽合肥 230051 Hefei Found Technology Co., Ltd., Hefei 230051, China

摘要：

通过调整喷涂量和控制膜层厚度，制备了2组不同净空过滤阻力的高温陶瓷纤维除尘管(LP高温过滤管)。以D₅₀=1.290 μm的硅微粉作为过滤对象，通过30 d的冷态过滤试验，结果表明由净空过滤阻力低的LP高温过滤管组成的过滤系统，在系统阻力较为稳定时，单位风速下的过滤阻力较小，系统TSP排放质量浓度 < 400 μg/m³(标态)，PM_2.5排放质量浓度 < 200 μg/m³(标态)，过滤精度很高。

关键词：

高温除尘; 陶瓷纤维; 冷态试验; 排放浓度; 过滤阻力;

Abstract：

By adjusting quantity for spray and controlling film thickness, 2 groups of high temperature ceramic fiber dust removal tubes with different clearance filtration resistances (LP high temperature filter tubes) are prepared. Using D₅₀=1.290 μm silica micro-powder as object filtering, a 30 days cold filtration test is carried out. Results show that when system resistance is relatively stable, the filter system consisted of LP high temperature filter tubes with low clearance filtration resistance has smaller filtration resistance at mean wind speed, system TSP emission mass concentration < 400 μg/m³ (standard conditions), PM_2.5 emission mass concentration < 200 μg/m³ (standard conditions), filtration precision is very high.

Keyword：

high temperature dust removal; ceramic fiber; cold test; emission concentration; filtration resistance;

近几十年来，国内外对高温工业废气除尘技术的研究取得了重大进展，如袋式除尘器的表面覆膜、东南大学^[1]研发的无电晕电除尘器、发达国家的部分企业^[2]所研发的双层结构覆膜陶瓷过滤器、王耀明和薛友祥等^[3-4]提出的孔梯度陶瓷纤维复合膜管和复合过滤膜的概念、Larbot A.和Sibanda A.等^[5-6]分别用不同材质的陶瓷膜在高温工业废气除尘方面进行的研究等，但这些除尘器在使用过程中还存在不少问题，如除尘效率低、废气处理量小、过滤阻力大、质量重、对细小颗粒物过滤效果差等。

目前，硅微粉因其自身密度小、细度大等特点，普通高温陶瓷过滤材料在进行除尘时会导致过滤元件堵塞等情况，所以绝大多数生产企业依然采用布袋进行除尘。本文主要介绍利用陶瓷纤维制备的耐高温、低阻力和高过滤精度的高温除尘材料在冷态条件下对硅微粉进行过滤的试验情况。

1 试验部分

1.1 试验材料和仪器

过滤元件：通过调整喷涂量和控制膜层厚度，制备平均净空过滤阻力分别为107.32 Pa/(m·min)和285.82 Pa/(m·min)、长度为2 600 m、直径为125 mm的2组LP高温过滤管。

过滤对象：D₅₀=1.290 μm的硅微粉。

试验仪器：北京聚道合盛的LD-5型粉尘浓度检测仪；成都精新粉体测试设备有限公司的JL-1178型干法粉尘粒度检测仪。

1.2 试验方法

将每组3根LP高温过滤管悬挂在冷态试验装置内部并对其结合处进行密封处理；待设备正常运行时，先每次取部分硅微粉置于风机(满负荷工作)入口处，通过风机的作用，从装置底部进行扬尘，待吹入过滤装置中的粉尘质量浓度达到5 000 g/m³(标态)时停止加料；后期每隔3 h加入500 g硅微粉，每隔2 h对LP高温过滤管的过滤阻力进行在线检测，并不定时利用LD-5型粉尘浓度检测仪在系统的出风口进行粉尘排放浓度的检测。

2 结果和讨论

2.1 系统阻力的变化

LP高温过滤管在实际应用过程中，无论净空过滤阻力大小如何，在对粉尘进行过滤时，随时间的延长，进入过滤系统的部分粉尘逐渐吸附在LP高温过滤管的表面形成一定厚度的粉尘层，但其入口粉尘浓度相对较小，LP高温过滤管单位过滤风速是逐渐增加直至大体平衡的一个过程。本试验为了节省时间，在短时间内使粉尘质量浓度达到5 000 g/m³(标态)，在风机满负荷工作的情况下，粉尘迅速吸附在LP高温过滤管的表面形成粉尘层，因此在系统过滤开始的短时间内，LP高温过滤管过滤阻力上升的速度较快。

2组LP高温过滤管对硅微粉进行过滤时，系统冷态阻力变化趋势如图 1所示。

图 1

系统冷态阻力变化趋势

由图 1可以看出：系统阻力都是从净空阻力状态在短时间内大幅上升，且随着过滤时间的延长，系统过滤阻力先缓慢上升，然后逐渐趋于平稳；净空过滤阻力分别为107.32 Pa/(m·min)和285.82 Pa/(m·min)的LP高温过滤管，经过30 d的运行后，过滤阻力分别在1 000 Pa/(m·min)和1 500 Pa/(m·min)上下波动，后者的平衡阻力比前者高。

2.2 系统粉尘排放浓度

在试验中，待试验系统阻力相对稳定时对排放后气体进行PM_2.5和TSP浓度值的测定。在本试验中，通过计算使系统内粉尘质量浓度在短时间内达到5 000 g/m³(标态)，在后期的过滤过程中每隔3 h加入500 g硅微粉，利用LD-5型粉尘浓度检测仪同时在系统的出风口进行PM_2.5和TSP浓度值的检测，测定结果如图 2和图 3所示。

图 2

PM_2.5排放浓度测定结果

图 3

TSP排放浓度测定结果

由图 2和图 3可知：针对2组净空阻力不同的LP高温过滤管，对D₅₀=1.290 μm的硅微粉进行过滤时，PM_2.5排放质量浓度 < 200 μg/m³(标态)，TSP排放质量浓度 < 400 μg/m³(标态)；净空阻力大的一组LP高温过滤管，其TSP排放浓度稍低；针对PM_2.5的过滤，2组LP高温过滤管受到表面膜层孔径大小的限制，PM_2.5排放浓度差异较小。

3 结语

(1) LP高温过滤管对D₅₀=1.290 μm的硅微粉进行冷态过滤除尘试验时，系统的过滤阻力分别稳定在1 000 Pa/(m·min)和1 500 Pa/(m·min)左右。

(2) 在相同的条件下，在系统阻力稳定后，净空阻力大的LP高温过滤管的过滤阻力相对较大。

(3) 采用LP高温过滤管对D₅₀=1.290 μm的硅微粉进行冷态过滤除尘试验时，系统TSP排放质量浓度＜400 μg/m³(标态)，PM_2.5排放质量浓度＜200 μg/m³(标态)，说明其冷态过滤精度很高。

ckwx 参考文献

杨亚平.一种新颖的高温除尘技术[J].燃气轮机技术, 2002(2):28-31.

姬忠礼.高温陶瓷过滤元件的研究进展[J].化工装备技术, 2000(3):1-6.

王耀明.高温烟气净化用孔梯度陶瓷纤维膜的设计.制备及特性[D].武汉: 武汉理工大学, 2007.

薛友祥.陶瓷纤维复合微滤膜制备及性能表征[D].武汉: 武汉理工大学, 2002.

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.

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.