陶瓷過濾器

陶瓷過濾器過濾特性

過濾特性中最主要的是上述的收塵效率，其次還有過濾容量、氣孔堵塞問題等。

陶瓷過濾器過濾容量

對于潔凈的流體，通過陶瓷過濾器層的流體滲透量與面積、壓力差成正比，與板厚、粘性系數(shù)成反比。將過濾（器）層看作毛細管的集合，通過毛細管的流體流量，可用下式表示：

v=（π·d⁴·ΔP）/（128η·l）=（π·d⁴·ΔP）/（128α·η·L）

此外，氣扎率ε和單位面積的毛細管數(shù)N、毛細管直徑d的關(guān)系可用下式表示：

ε=（π/4）d²·N

從而滲透量V可用下式表示：

V=N·v=（d²·ε·ΔP）/（32α·η·L）

式中 V——單位時間單位面積的滲透量（厘米³/厘米²·秒）；

ΔP——壓力差（達因/厘米²）；

η——粘性系數(shù)（達因·秒/厘米²）；

L——過濾（器）層的厚度（厘米）；

d——毛細管直徑（厘米）；

l——毛細管長度（厘米）；

α——彎曲度（1～3）。

也就是說，通過陶瓷過濾（器）層的流體滲透量與過濾器的氣孔率及毛細管的直徑平方成正比。增加粘結(jié)劑的量，擴大顆粒直徑分布范圍等使氣孔率ε下降，流體的滲透量降低，因此，粘結(jié)劑的量和顆粒直徑分布應(yīng)作為過濾器的制造條件。陶瓷過濾器的氣孔率為33±2%，減小厚度，增大氣孔直徑雖可增加滲透量，但收塵效率反而下降。另外，還要考慮強度等因素，然后選定各種條件。

陶瓷過濾器堵塞

陶瓷過濾器收集的固體堆積在過濾（器）層外面或過濾（器）層內(nèi)部，堵塞過濾器的氣孔，過濾容量就會下降。這種堵塞狀態(tài)可表現(xiàn)為幾種形式，如表面收集固體；固體進入過濾器內(nèi)層；還有在表面堆積的固體形成粗糙的表層（好象是過濾層那樣），在這些情況下，雖過濾容量都逐漸下降，但下降程度是各不相同的。

陶瓷過濾器強度

由于陶瓷過濾器本身受到內(nèi)壓、外壓、壓縮、拉伸等作用力，因而強度是重要特性之一。另外，在高溫下（700～1000℃）使用時，過濾器受熱后并不引起軟化和強度下降山是非常重要的特性。雖然強度受骨料質(zhì)量、骨料顆粒大小、粘結(jié)劑質(zhì)量和混合比等很多因素影響，但是主要與骨料強度、粘結(jié)層強度有關(guān)。例如，通常用作骨（集）料顆粒的各種材料的強度順序為：

SiC，Al₂O₃>莫來石>陶瓷顆粒>硅砂，碳粒

雖然粘結(jié)層的強度主要取決于粘結(jié)劑和燒成條件（溫度和氣氛），但是調(diào)整粘結(jié)劑和骨（集）料的熱膨脹系數(shù)，確保粘結(jié)劑和骨料的粘結(jié)力也是很重要的（即熱膨脹系數(shù)和粘結(jié)力也是影響粘結(jié)層強度的重要因素）。

陶瓷過濾器耐腐蝕性

陶瓷過濾器通常具有極其優(yōu)良的耐酸性，在高溫條件下，對于氟酸以外的所有酸仍是穩(wěn)定的。耐酸性受粘結(jié)劑的配合、燒成條件、骨料質(zhì)量等因素影響。為了獲得耐堿性、耐蒸氣特性優(yōu)良的過濾器，需采用特別配制的粘結(jié)劑。碳質(zhì)過濾器具有優(yōu)良的耐堿性。

陶瓷過濾器耐污染性

在精密過濾場合（作為特殊的情況），為防止污染液體，不允許有微量的溶出物，采用陶瓷過濾器時，通常沒有溶出物，而且按食品衛(wèi)生法來檢驗，也是合格的，因此可在禽品工業(yè)領(lǐng)域采用

陶瓷過濾器抗熱震性

雖然陶瓷過濾器可用于其它多孔體不能達到的高溫區(qū)域，但是在過濾燃燒廢氣、熔融金屬時，以及處于氣體吹入高溫爐內(nèi)的噴口等場合，最好用于1000℃以下的高溫區(qū)域。為適應(yīng)更高的溫度區(qū)域，考慮了使用粘結(jié)劑非常少的，骨料彼此以自相結(jié)合的方式構(gòu)成的過濾器。

在700～1000℃高溫區(qū)域，抗熱震性優(yōu)良的碳化硅陶瓷過濾器顯示出良好的效果。其次是氧化鋁陶瓷過濾器。下圖2所示出以碳化硅為骨（集）料，采用特殊配制的陶瓷粘結(jié)劑的過濾器的高溫強度的變化。由圖2可見，在粘結(jié)劑開始軟化的溫度以下，出現(xiàn)了高溫強度高于常溫強度的傾向。

現(xiàn)以碳化硅陶瓷過濾器來探討陶瓷過濾器的抗熱震性。當流體為氣體時，從制品形狀來講，能耐溫差達400～700℃的急冷急熱。氧化鋁陶瓷過濾器能耐溫差達300～400℃的急冷急熱。這種過濾器所以具有這樣高的抗熱震性，是由于陶瓷具有多孔性，能吸收熱變形所致。

陶瓷過濾器是使用比較廣的一種過濾器，它采用剛性的微孔材料作為過濾元件。它包括陶瓷、剛玉、碳化硅、砂芯片等一系列的過濾器，如圖1所示。因過大的氣流可使灰塵黏附在過濾器上，造成堵塞，為了防止過大的氣流直接吹射陶瓷杯，因此在陶瓷杯的外面加上一個防護罩，使氣流繞過過濾器的下部，再進入過濾器。為了減小無效的體積，使過濾器的底部為錐形，同時增加了一個分路接頭。一方面可以把灰塵吹走；另一方面，由于氣體不斷流動而加速了氣體交換，減小了滯后時間。為便于更換和清理過濾器，設(shè)計了陶瓷過濾器系統(tǒng)。當一個過濾器發(fā)生堵塞時，可轉(zhuǎn)動兩個四通換向閥，把樣氣通入另一個過濾器，堵塞的過濾器則可通過高壓空氣進行反吹，使黏附在陶瓷濾杯上的灰塵除掉。這樣兩個過濾器輪換工作。它適用于較重要的分析系統(tǒng)，以及容易發(fā)生堵塞的含塵量較高的取樣系統(tǒng)。

目前，陶瓷過濾器在很多工業(yè)領(lǐng)域得到越來越廣泛地應(yīng)用，如催化貴金屬回收、流化床燃燒、煅燒、有機廢物氣化發(fā)電、建材、化工和各種工業(yè)窯、爐等工業(yè)過程的高溫煙氣凈化。高溫煙氣凈化的應(yīng)用還會出現(xiàn)在冶煉、材料生產(chǎn)和玻璃制造等。這些高溫煙塵凈化常是在接近大氣壓條件下進行的。

陶瓷過濾器最突出的應(yīng)用是燃煤發(fā)電領(lǐng)域的煙塵凈化。因為在世界范圍內(nèi)對電能的需求日益增長，煤是解決電力問題的主要來源。對于這種化石燃料的不可再生性，最大限度地提高發(fā)電效率和減少對大氣造成的污染已成為世界各國，特別中國這樣一個燃煤大國的一個主要任務(wù)。通過循環(huán)流化床（CFBC）發(fā)電和煤氣化（IGCC）發(fā)電，及其組合式發(fā)電可以實現(xiàn)提高發(fā)電效率的目的。煤氣化發(fā)電不同于傳統(tǒng)的蒸氣機發(fā)電過程，將煤加熱汽化后，在煤氣進入燃氣式發(fā)電機（氣燃機）之前，需要先凈化。即任何粉塵或其他雜質(zhì)必須除去。大多數(shù)發(fā)電廠將進入氣燃機的允許含塵濃度限制在5 mg/m³以下。理論上最好低于1 mg/m³。除塵系統(tǒng)的工作溫度常在350～1000℃、壓力為1～2.5 SPa。因此，要在如此高溫、高壓下達到如此高的凈化效果，陶瓷過濾器必然成為第一選擇。

陶瓷過濾的研究主要集中于兩個方面：一是陶瓷過濾器的材質(zhì)，包括陶瓷過濾器的制造工藝及性能；二是陶瓷過濾器的結(jié)構(gòu)，包括過濾器的形狀、安放位置、過濾機制及過濾效果。

選擇過濾器材質(zhì)要根據(jù)過濾所要去除的夾雜物的類型來進行選擇，同時也要考慮材料的抗蠕變及抗熱振性。大量的實驗結(jié)果表明，材質(zhì)、孔隙度和陶瓷過濾器的內(nèi)表面粗糙度影響過濾效果。

陶瓷過濾器的結(jié)構(gòu)是由其材質(zhì)決定的，根據(jù)材質(zhì)的不同，可以把陶瓷過濾器分為泡沫陶瓷過濾器和顆粒陶瓷過濾器兩大類。

陶瓷過濾器過濾器

泡沫陶瓷過濾器的開孔體積為75%～90%，通常是按每英寸線上的孔數(shù)（ppi）來進行分類。如10 ppi的泡沫陶瓷過濾器，其孔徑為1778 μm，范圍為584～3708 μm；30 ppi的泡沫陶瓷過濾器，其孔徑為711 μm，范圍為229～1422 μm。泡沫陶瓷過濾器的厚度一般為25 mm。在澆注系統(tǒng)中有直立安放的，也有水平安放的，其結(jié)構(gòu)根據(jù)具體的使用情況來設(shè)計。

泡沫陶瓷過濾器曾經(jīng)選用過的材質(zhì)有NCL-Mullite，ZrO₂，Zr-SiO₄與Al₂O₃等。采用Al₂O₃泡沫陶瓷，在操作時不易碎，其抗熱振崩裂性能好，在1700℃高溫金屬液流動下，抗蠕變變形能力強。因為開孔的孔隙度高（75%～90%）和孔壁很薄，所以泡沫陶瓷過濾器在與金屬液接觸前不需要預熱。

陶瓷過濾器顆粒陶瓷

顆粒陶瓷過濾器的結(jié)構(gòu)為上下有孔的支撐板，中間為顆粒填充物，在顆粒上鍍有一層活性吸附材料，見圖3。支撐板的厚度一般為12 mm，孔直徑為4.5～13 mm。

顆粒陶瓷過濾器選用MgO或Al₂O₃作為填充物，根據(jù)要過濾夾雜物的類別選用活性吸附劑。對于用稀土金屬處理過的高溫合金，選用稀土金屬為活化劑，當使用氧化鈣顆粒時要解決防水化問題。

CaO耐火材料是很好的顆粒陶瓷過濾器的填充材料，它不僅可以依靠物理吸附原理，而且還可以通過化學反應(yīng)去除夾雜物。但有兩個原因限制了其大量應(yīng)用：一是需極高的燒結(jié)溫度（高于1800℃）才能獲得必需的致密度和機械強度。二是在常溫和大氣下易水化。

CaO耐火材料的優(yōu)點是耐火度高，堿度高，鋼液過濾性好，資源極為豐富。提高鋼液過濾用CaO耐火材料抗水化性能的途徑是大力提高CaO耐火材料的燒結(jié)度，大結(jié)晶粒度，采用超高煅燒或電熔石灰；在CaO表面形成一層保護膜；在CaO燒成品上浸上焦油或有機樹脂薄膜作為中間過渡措施；在CaO中加入少量的化學添加劑，其作用是降低CaO的燒結(jié)溫度，并在燒結(jié)后期使燒結(jié)體內(nèi)部產(chǎn)生部分液相，促進CaO晶粒的長大。

①除氫氟酸、濃堿以外，對所有腐蝕液具有極其優(yōu)良的耐腐蝕性；

②耐熱性能良好，不會產(chǎn)生熱變形、軟化、氧化，在較高溫度下仍可使用；

③氣體分布均勻，可按要求形成0.1～600mm的細孔徑；

④剛性大，在流體壓力作用下并不引起形狀變化和細孔變形；

⑤液體中沒有滲出物，不會污染液體。

含煤廢水處理陶瓷過濾器是工業(yè)(環(huán)保)廢水處理的一種新型設(shè)備，是國家的主要項目產(chǎn)品之一，該設(shè)備主要針對化工、冶煉、電力、石化、焦化、煤氣、凈水處理等方面的油水分離、廢水凈化和氣體除塵處理而設(shè)計的高效凈化設(shè)備，該分離器不是以傳統(tǒng)的填充料、鋼塑篩網(wǎng)、焦碳、石英砂等作為分離材料，而是以瓷剛玉為原料制作的濾材作為陶瓷過濾器的主要組成部分，而且將傳統(tǒng)的分離池、槽、罐等濃縮為一個整體分離設(shè)備，大幅度濃縮和精減分離程序和設(shè)備，在工藝方面采用了正切分離方式、將吸附、分離的工序有效地結(jié)合起來，集聚于設(shè)備之中，起到了投資少效率高的雙重效果。

含煤廢水處理陶瓷過濾器有罐體式和框架式兩種結(jié)構(gòu)，罐體式是將濾材置于罐體中，罐體的上空間作用于集聚油類物而排出，罐體的下空間作用于沉積重金屬、泥污好惹懸浮物而排出。待濾液體經(jīng)濾材分離至標準性液體或水?？蚣苁竭^濾器將分離分單個組裝成分離器，采用下進、中出的交錯分離工藝，隨廢水流動的膠體物，懸浮物在壓力狀態(tài)下被帶到上部位經(jīng)排污管排出。