陶瓷膜除尘器设计

徐 浩 ，李大玉 ，缪 宏 ，朱 松

（1.扬州大学机械工程学院；2.扬州市海牛厨房设备有限公司，江苏 扬州 225000）

0 引言

目前国内外除尘技术主要有旋风除尘、布袋除尘、电除尘、电袋除尘、颗粒床过滤除尘、多孔无机膜过滤以及其他的一些除尘方式。旋风除尘的除尘效率差，不能满足环保排放要求，一般只用于预除尘滤。布袋式除尘受滤料的耐温、耐腐蚀等性能的限制，使用温度不能过高，一般在低于250℃时使用，显然不能满足高温烟气净化的需求。电除尘存在电晕放电不稳定、电极寿命短、对烟气成分敏感、高温绝缘等问题，也不宜在高温下长时间使用(一般低于380℃)。颗粒层过滤除尘耐高温、耐腐蚀，不过其过滤效率尚不理想，粉尘排放浓度偏高。金属膜以及金属编制的料价格昂贵，由于不耐腐蚀以及磨损，应用受到局限。其他过滤方式中，已研究或正在研究的除尘技术有陶瓷织状过滤器、陶瓷纤维过滤器等，这些除尘器的过滤效率都能达到99%，但都存在强度低、易堵塞失效等问题。

本文设计一种陶瓷膜除尘器装置，调整方便、适用性强、效率高，有利于克服现有净化装置存在的缺点，实现了高温除尘净化与污染气体的作用过程及两者协同作用机理，极大地节约了能源。

1 陶瓷膜除尘器装置设计与工作原理

1.1 整体结构设计

通过对孔梯度陶瓷纤维膜分离机理、使用环境要求和制备工艺条件的分析，确定孔梯度陶瓷纤维膜结构由多孔陶瓷支撑体层和陶瓷纤维过渡层、陶瓷纤维分离膜层三层结构构成，孔径匹配性设计结果为陶瓷纤维分离膜层的孔径为8～10μm、陶瓷纤维过渡层孔径为40～70μm、多孔陶瓷支撑体孔径为130～150μm。确定多孔陶瓷支撑体为茧青石质，陶瓷纤维为含锆硅酸铝纤维，多孔陶瓷支撑体结合剂为Si2-Al2O3-K2O-LiO系低热膨胀结合剂，陶瓷纤维过渡层和分离膜层结合剂为加入强助熔剂氧化锌和硼砂的Si2-Al2O3-K2O-LiO系低热膨胀结合剂。

该装置主要由过滤串吊挂管、耐高温金属架、过滤串、共用气室、排气管等组成，首先通过化学镀、电镀技术对陶瓷进行改性，在陶瓷上镀上一层金属，再利用这层金属进行钎焊，具体结构如图1所示。

1.2 工作原理

陶瓷膜管除尘装置采用了列管换热器形式的设计模型，含尘气体走管时，被陶瓷膜分离组件截留下来的粉尘在重力作用下自由沉降到装置的收尘部分。吸附在膜管壁上的粉尘在瞬时高压反吹气体的作用下脱离而沉降，分离后的洁净气体通过清洁气出口管进行排放。孔梯度陶瓷纤维膜的过滤主要通过陶瓷纤维膜分离膜层来完成，其过滤层可以看作是由许多陶瓷纤维薄层组成的。在每个薄层交界处形成微孔的立体网络结构。当流体通过过滤材料时，流体在过滤材料内部的流通是弯弯曲曲的，其实际路径要比过滤材料厚度长许多倍。当其用于过滤含杂质的气体时，杂质中大于陶瓷纤维膜过滤层孔径的颗粒会直接被阻截。

2 装置试运行

试运行于2018年12月28日在扬州大学农业装备工程实验室进行，使用的陶瓷膜除尘器装置经测试,该装置简便易行，效率高。

2.1 截留 杂质颗粒由于比陶瓷分离膜的微孔孔径大而被截留捕捉，在表面形成滤饼层，属表面过滤。截留只与杂质颗粒的大小有关，而与流速、流体的粘度无关。

2.2 惯性 冲撞流经陶瓷分离膜微孔的流体中的杂质颗粒，由于惯性而与微孔孔道壁接触而被捕捉。惯性冲撞的过滤效果与杂质颗粒直径的平方成正比，与流速及流体粘度成反比。

2.3 扩散 杂质颗粒由于布朗运动而离开流线和微孔孔道壁接触而被捕捉或吸咐，扩散捕捉与流速及流体粘度成反比。

当流体流经陶瓷分离膜时，大于孔径的颗粒被截留在表面形成滤饼层，小于陶瓷分离膜孔径的颗粒由于惯性和受布朗运动影响而离开流线与孔道壁接触被捕捉或卡在孔的颈部，大部分杂质颗粒被截留在表面或沉积在陶瓷分离膜孔道内。

3 结论

3.1 陶瓷膜除尘器装置试运行表明：该装置简便易行，效率高，有利于提高废气净化的自动化水平。

3.2 采用陶瓷膜除尘的方案可大大提高工作效率,推进废气净化的加工进程；本装置不仅可用于汽车尾气净化过程中，而且可广泛地用于各类净化场合。