摘  要：在氣相法白炭黑生產(chǎn)工藝中，一般用傳統(tǒng)布袋除塵器來進(jìn)行尾氣凈化，由于布袋過濾效率低而存在產(chǎn)品回收率低、影響副產(chǎn)品鹽酸的質(zhì)量以及降低后續(xù)吸收塔效果等問題。利用高精度陶瓷管除塵器可實(shí)現(xiàn)高精度過濾，從而有效解決以上生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，提高生產(chǎn)工藝水平。
關(guān)鍵詞： 氣相法白炭黑生產(chǎn)  尾氣凈化  陶瓷管除塵器   

1 氣相法白炭黑生產(chǎn)中用布袋除塵器存在的問題
    在氣相法白炭黑生產(chǎn)工藝中，一般用傳統(tǒng)布袋除塵器來進(jìn)行尾氣凈化，過濾尾氣中夾帶著少量白炭黑，凈化后的尾氣進(jìn)入后續(xù)的吸收塔，生產(chǎn)副產(chǎn)品鹽酸。然而布袋除塵器受過濾材質(zhì)的限制，難以實(shí)現(xiàn)對微細(xì)顆粒的捕集，且濾袋耐腐蝕性能差，容易發(fā)生破袋現(xiàn)象，從而導(dǎo)致部分沒有被收集的白炭黑會(huì)隨尾氣一起進(jìn)入尾氣吸收系統(tǒng)，吸水后結(jié)塊堵塞管路，一部分白炭黑會(huì)粘附在吸收塔填料表面，降低吸收塔的吸收效果，影響系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定，系統(tǒng)壓力波動(dòng)會(huì)影響白炭黑產(chǎn)品的比表、粒徑D50及PH值，另外逃逸的白炭黑會(huì)影響副產(chǎn)品鹽酸的純度和質(zhì)量，同時(shí)對工藝生產(chǎn)的穩(wěn)定性帶來很大風(fēng)險(xiǎn)。因此，市場需要一種能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)袋除塵器，且過濾精度更高、技術(shù)更先進(jìn)的除塵過濾設(shè)備，來解決以上生產(chǎn)中存在的問題、提高氣相法白炭黑生產(chǎn)工藝水平。
2  陶瓷濾管及陶瓷管除塵器介紹
該陶瓷濾管由豐德公司自主研發(fā)，具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)（見圖1發(fā)明專利）。由多元無機(jī)復(fù)合材料（主要原料為Al2O3纖維）經(jīng)高溫?zé)贫桑善窞V管由內(nèi)部支撐骨架和表層過濾膜組成，是一種具有低阻、耐高溫、高精度過濾、耐酸堿腐蝕的高性能多孔濾料。其當(dāng)前主要產(chǎn)品規(guī)格見表1：

表1  陶瓷濾管產(chǎn)品主要規(guī)格

該陶瓷濾管產(chǎn)品規(guī)格受磨具限制，暫時(shí)生產(chǎn)以上兩種規(guī)格，后期根據(jù)市場調(diào)整。陶瓷管除塵器就是利用該陶瓷濾管（外形見圖2）作為過濾元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)濾袋，其設(shè)備結(jié)構(gòu)形式以及外觀與常規(guī)布袋除塵器類似，清灰原理也相同，只是在清灰周期、用氣量等參數(shù)上根據(jù)工況作適當(dāng)調(diào)整。

3  陶瓷管除塵器優(yōu)良特性
     該新型陶瓷管除塵器徹底顛覆了傳統(tǒng)的布袋除塵器所采用的過濾材質(zhì)，具備以下特性：
3.1 高精度過濾、超低排放
 濾管外表采用無機(jī)膜作為氣固分離層，過濾粉體顆粒直徑可由過濾膜孔徑進(jìn)行控制；為減少穿過濾膜的過細(xì)粉體顆粒殘留在支撐體內(nèi)造成濾管堵塞增加阻力，支撐體由多層組成，從外到內(nèi)孔徑由小到大，形成梯度孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)層與層之間無過渡界面，結(jié)合充分，不受熱膨脹或外力作用形成應(yīng)力集中，具有較好的抗熱震性能；圖3為濾管支撐體和濾膜SEM圖片，圖4為濾管濾膜和截面照片。根據(jù)不同的粉體過濾要求可以配置相應(yīng)的濾膜，并且濾孔中位徑可以做到小于1μm，因此該濾管具有較高的過濾精度，粉塵排放濃度可以達(dá)到<1mg/Nm3。

3.2 耐高溫運(yùn)行
  該陶瓷濾管由無機(jī)復(fù)合材料經(jīng)高溫?zé)贫?，與常規(guī)濾料相比能適應(yīng)更高溫度。主要原料是Al2O3纖維，在0~750℃之間的熱膨脹系數(shù)小于1.7×10﹣6℃﹣1，支撐體采用一定長徑比的纖維相互交錯(cuò)搭接而形成的多孔體，并且孔隙率較高，受熱時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力因材料的孔隙而停止擴(kuò)展，材料在受熱時(shí)因線膨脹系數(shù)小而不會(huì)發(fā)生斷裂，使材料在熱沖擊下不致破壞濾管多孔結(jié)構(gòu)及膜結(jié)構(gòu)。其正常運(yùn)行溫度可到450度~500度，短時(shí)運(yùn)行溫度可達(dá)550度。這種耐高溫特性也就決定了其更廣泛的適用性，能有效解決常見的高溫?zé)?、高溫?zé)嶙冃蔚入y題。
3.3 低阻力運(yùn)行、高風(fēng)速過濾
  該陶瓷濾管為表層膜過濾形式，采用非對稱梯度孔結(jié)構(gòu)，濾管空隙率高達(dá)75%，可顯著降低過濾阻力，目前已投產(chǎn)的幾個(gè)項(xiàng)目凈空阻力 < 150 Pa（過濾風(fēng)速在2.0m/min左右），運(yùn)行時(shí)過濾壓力降小于常規(guī)布袋，在同等風(fēng)速的條件下阻力更低。經(jīng)大量試驗(yàn)并結(jié)合已投運(yùn)案例，該陶瓷濾管除塵器凈空過濾風(fēng)速可達(dá)2m/min以上，甚至更高。負(fù)載時(shí)，同等阻力下比傳統(tǒng)纖維濾料過濾風(fēng)速高出數(shù)倍。因而采用該濾管的模塊化除塵器，可適應(yīng)大風(fēng)量含塵氣體的除塵要求。
3.4 長使用壽命、可回收
該陶瓷濾管具有良好的耐酸堿性和抗氧化性。管子本身是剛性體，具有良好耐磨性，材料的抗折強(qiáng)度達(dá)到8.5~10MPa，可很好應(yīng)對各類粗細(xì)粉塵沖擊。獨(dú)特的空隙結(jié)構(gòu)有效防止過濾孔堵塞，延長濾管使用壽命。經(jīng)試驗(yàn)，在各種復(fù)雜工況下該陶瓷管過濾元件的耐溫、耐腐蝕、耐磨等特性均較常規(guī)濾袋要好，因此具備更長使用壽命。濾管破損后，材料可回收再利用，如表面清洗后重新制備成新濾管骨架，或作為工業(yè)干燥劑、催化劑骨架、化工填料等。

4 陶瓷管除塵器目前應(yīng)用情況
該陶瓷管除塵器已投入運(yùn)行數(shù)十臺（套），涵蓋燃煤鍋爐、化工、水泥以及冶金等多個(gè)行業(yè)，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)均遠(yuǎn)優(yōu)于同類場合其他傳統(tǒng)除塵過濾工藝。部分案例如下：
4.1 燃煤鍋爐尾氣凈化。福建永恒能源集團(tuán)山東達(dá)利食品公司20噸鍋爐煙氣除塵，煙氣參數(shù)及要求：入口溫度≤200℃，入口粉塵濃度10 g/Nm3，處理風(fēng)量為60000 m3/h，排放濃度要求<1mg/Nm3，收塵器阻力≤1500pa。設(shè)備參數(shù)：濾管規(guī)格126x2600 mm，管數(shù)840根，總過濾面積為840 m2，凈過濾風(fēng)速1.43 m/min。
4.2 烏海市烏達(dá)工業(yè)園有機(jī)硅生產(chǎn)線尾氣凈化工程。煙氣參數(shù)及要求：氣體溫度70~200℃，粉塵主要為SiO2微粉，密度為0.25 Kg/m3，并含有少量的NH4、銅粉，入口粉塵濃度≤50 mg/Nm3，出口排放濃度<1 mg/Nm3，處理風(fēng)量12000 m3/h，收塵器阻力≤2000 Pa。設(shè)備參數(shù)：濾管規(guī)格126x2600 mm，總過濾面積為160 m2，凈過濾風(fēng)速為1.67 m/min；設(shè)備于2016年3投產(chǎn)運(yùn)行。
4.3 中鹽紅四方集團(tuán)精細(xì)化工項(xiàng)目。陶瓷管除塵器用于焦亞硫酸鈉生產(chǎn)線的原料凈化中，該節(jié)點(diǎn)氣體溫度為70~80℃，氣體主要成份為SO2，并含有一定量的水分，粉塵入口濃度﹥10 mg/m3，主要為硫鐵礦微粉，處理氣量13000~15000 m3/h；濾管規(guī)格126x2600 mm，總過濾面積85 m2，過濾風(fēng)速2.55~2.94 m/min；經(jīng)2016年2月25日現(xiàn)場測試：入口濃度：>10 mg/m3；氣體溫度：78℃；出口排放濃度：最高141μg/m3，平均為130μg/m3 。 通過對收集下來的粉塵進(jìn)行粒徑分析（見圖5），粒徑位于2.5μm以下占80%左右，正是靜電除塵或水除塵技術(shù)過濾后的殘余粉塵，真正實(shí)現(xiàn)了高精度過濾。

5 陶瓷管除塵器在氣相法白炭黑生產(chǎn)中適用性分析
    氣相法白炭黑主要成分為二氧化硅白色超細(xì)粒子，其粒徑小、比表面積大、粘附性強(qiáng)，陶瓷管除塵器過濾精度遠(yuǎn)大于布袋除塵器，因此可大大提高對尾氣中白炭黑的捕集率，陶瓷管表面無機(jī)膜光滑易清灰，可有效避免白炭黑吸水結(jié)塊而粘附在濾袋上導(dǎo)致糊袋、阻力增加等現(xiàn)象。陶瓷管本身為無機(jī)材質(zhì)，具備良好的耐酸堿腐蝕功能，在該生產(chǎn)工藝中，可應(yīng)對鹽酸腐蝕，增加設(shè)備正常運(yùn)行壽命和工藝穩(wěn)定性。超凈過濾后的尾氣也有利用提高后續(xù)副產(chǎn)品鹽酸的純度和質(zhì)量，提高吸收塔運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。因此，在氣相法白炭黑生產(chǎn)中，傳統(tǒng)布袋除塵器受濾袋材質(zhì)限制，其弊端明顯，使用陶瓷管除塵器將會(huì)極大提高除塵過濾精度、提升整個(gè)生產(chǎn)工藝水平。此外，陶瓷管除塵器在各類精細(xì)化工工藝中，可對各種超細(xì)粉塵和雜質(zhì)高精度過濾，實(shí)現(xiàn)對煙氣或后續(xù)產(chǎn)品的凈化和提純。

 
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作者簡介及聯(lián)系方式:
周萬畝（碩士研究生、高級工程師、注冊環(huán)保工程師、1982-）
研究方向：常規(guī)電除塵、袋除塵、電袋復(fù)合除塵、高溫陶瓷管除塵技術(shù)
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