陶瓷纖維過濾器和織狀過濾器的柔度較大,故稱為柔性陶瓷。該種陶瓷的形狀極易改變,可做成多種形狀,其核尺寸較大,晶格密度較小。其組成材料包括:各種配比的氧化硅、氧化鋁、氧化硼組合;氧化鋁、氧化硅石組合;碳化硅、氧化硅組合。

      燭狀過濾器、交叉流式過濾器、蜂房式過濾器均屬剛性陶瓷過濾器。剛性陶瓷過濾器材料可用氧化物、非氧化物及其混合物組成,最普遍的氧化物包括:氧化鋁、多鋁紅柱石 (3Al2O3·2SiO2) 、堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2) 、硅酸鋁泡沫、黏土組合鋁、火燒黏土及由化學(xué)蒸汽滲透(CVI) 而產(chǎn)生的連續(xù)陶瓷纖維組合而成。非氧化物包括:黏土結(jié)合的碳化硅、燒結(jié)的氮化硅、再結(jié)晶碳化硅及由化學(xué)蒸汽滲透(CVI) 而產(chǎn)生的碳化硅強化纖維。剛性陶瓷的核尺寸較小,晶格密度較高。見報道的日本Asahi 公司生產(chǎn)的均質(zhì)堇青石陶瓷濾管孔徑為40 - 60 mm ,耐溫達(dá)1 000 ℃,抗熱沖擊性較好[11 ] 。

      泡沫陶瓷過濾器是一種氣孔率高達(dá)70 % - 90 % ,體積密度只有0. 3 - 0. 6 g/ cm3 ,具有三維立體網(wǎng)絡(luò)骨架和相互貫通氣孔結(jié)構(gòu),強度沒有方向性的變化的多孔陶瓷制品。泡沫陶瓷使用方便、價格便宜、制造工藝簡單,通常用回彈性高、孔徑均勻的泡沫塑料作為前驅(qū)體浸漬陶瓷料漿燒制而成。它除了具有耐高溫、耐腐蝕等一般陶瓷所具有的性能外,且具有密度小、氣孔率高、比表面積大,對流體自擾性強等特點[12 ] 。

      4 　國外高溫過濾除塵技術(shù)的研究現(xiàn)狀

      美國高溫氣體陶瓷凈化除塵技術(shù)的研究起步較早,其主要的代表技術(shù)有陶瓷過濾技術(shù)、顆粒床過濾技術(shù)和錯流過濾技術(shù)等[5 ] 。

      全美從事陶瓷除塵技術(shù)的機(jī)構(gòu)很多,其中Westinghouse (西屋) 是最典型的一個。其陶瓷管高溫氣體過濾技術(shù)較為成熟,具有以下特點: ①整套系統(tǒng)具備相當(dāng)高的除塵效率,且壓力損失始終保持穩(wěn)定; ②密封、金屬結(jié)構(gòu)及脈沖反沖管具備良好操作特性; ③瓷管的整體機(jī)械強度高; ④系統(tǒng)可靠性好,這主要表現(xiàn)在系統(tǒng)操作范圍寬且不形成灰餅等。

      德國Schumacher 公司、美國西屋公司、日本的AsahiGlass 公司等[8 ] 已開發(fā)出燭狀陶瓷過濾器,除塵效率均達(dá)99 %以上。燭狀陶瓷過濾器適用于高溫(260 - 1 093 ℃) 、高壓(1. 0 - 3. 0 MPa) 條件下塵粒去除。當(dāng)輸入載荷達(dá)0. 5 %時,輸出塵粒粒度小于0. 5μm ,體積分?jǐn)?shù)低于5 ×10 - 6 ,滿足高溫高壓煤(煙) 氣凈化要求。英國Grimethorpe 電廠測試了燭狀陶瓷過濾器特性[8 ] 。

      美國西屋公司開發(fā)的交叉流式過濾器[8 ] 可在650 - 900 ℃,1. 0 - 3. 0 MPa 條件下運行,在加利福尼亞Montebello 的 Texaco 氣化爐上做了示范試驗并經(jīng)過了8 000 h 的測試。日本旭硝子株式會社[12 ]開發(fā)研制的高溫廢氣處理用陶瓷過濾器為圓管狀多孔堇青石(LOTEC - M) ACTF 型陶瓷管過濾器,孔徑為40 - 60μm ,方向孔徑無梯度,通孔率為16 % - 22 % ,抗彎強度為15 - 18 MPa ,耐熱性優(yōu)良, 可處理高達(dá) 1 000 ℃的高溫含塵煙氣,幾乎能100 %地過濾直徑大于孔徑的1/ 20 以上的粉塵。為了使過濾器能連續(xù)運行,采用反洗的方式進(jìn)行定期清灰,即通過安裝在各清潔室出口的噴射器,將高壓反洗氣流短時間吹入清潔室內(nèi),一般在0. 2 - 0. 3 s 完成, 并可聯(lián)機(jī)反洗, 其收塵效率達(dá)99. 999 %。芬蘭的 Ahlstrow公司和美國的Babcock&Wilcox 公司等鍋爐制造廠都引進(jìn)了ACTF 技術(shù)。

      旭硝子株式會社還開發(fā)了APT 型顆粒捕集器。該捕集器的過濾器主要材質(zhì)為堇青石。堇青石是以電熔法制造的堇青石玻璃經(jīng)結(jié)晶化處理而制得的。將堇青石制成具有一排貫穿孔的平板,并在一邊預(yù)留一定間隔的狹縫(用于凈化氣體的排出) ,然后將一定數(shù)量(根據(jù)處理廢氣量確定) 的平板疊層制成過濾器部件,整體呈盒狀。其常用規(guī)格為:高140 mm ×寬103 mm ×長200 mm、體積2. 9 L、重量1. 8 kg、貫通孔形狀3 mm ×5 mm(橢圓形) 、貫通孔數(shù)量17 ×37、過濾面積0. 9 m2 。一般采用高壓空氣(0. 6 - 0. 8 MPa) 脈沖氣流進(jìn)行反吹,將顆粒堆積層吹落,反吹時間為0. 2 - 0. 5 s。APT裝置在1 000 h 運行考核中,顆粒捕集率在96 %以上,壓力損失保持在9 - 11 kPa。

      俄羅斯S.V. Entin 等[13 ]進(jìn)行了耐火材料生產(chǎn)中除塵工藝的研究,并設(shè)計出一套實驗裝置。該裝置采用的是盤狀多孔不銹鋼過濾板對含塵氣體進(jìn)行過濾。除塵過程中,含塵氣體通過進(jìn)氣管進(jìn)入過濾器的除塵室,粉塵粒子沉積到過濾體的外表面,處理后的氣體穿過過濾體進(jìn)入凈氣室,最終由出氣管排出。采用U 形管壓力計測定過濾阻力,通過過濾器的氣體體積由壓縮空氣測量試管和MMN 微型壓力計控制,過濾效果由過濾器內(nèi)外氣體的含塵濃度對比進(jìn)行評價。該裝置適用于建筑材料、食品、化工、冶金以及核電等行業(yè)。俄羅斯B.L. Krasnyi 等[14 ] 深入研究多孔陶瓷過濾元件后認(rèn)為:利用多孔陶瓷作為過濾元件具有很多優(yōu)點,如高的使用溫度和高的耐熱性、耐腐蝕、抗振性,能同時除去粉塵及氮氧化物等。但該種陶瓷必須利用特殊工藝進(jìn)行生產(chǎn),以便控制其孔徑和孔徑分布。這種多孔陶瓷根據(jù)拓?fù)鋵W(xué)規(guī)律可以分為2 類,即:有組織性和無組織性微觀結(jié)構(gòu)材料。無組織性微觀結(jié)構(gòu)的陶瓷由粉末和纖維或兩者混合而成。由粉末制得的多孔陶瓷開孔率為20 % - 45 % ,孔徑為5 - 400μm。而由纖維制得的多孔陶瓷開孔率為30 % - 90 % ,孔徑為5 - 200μm。有組織性微觀結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷包括網(wǎng)狀、細(xì)胞狀、蜂窩狀等結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)由預(yù)置系統(tǒng)決定。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的材料由紡織或編織機(jī)制得的陶瓷纖維所制成,其開孔率為20 % - 80 % ,孔徑約20 - 200μm ,但是由于其高溫下使用壽命短,用壓縮空氣噴吹清灰再生后易破壞,所以未能得到廣泛應(yīng)用。由陶瓷片充填細(xì)胞狀泡沫多孔脈石制得的細(xì)胞滲透陶瓷材料其開孔率為75 % - 95 % ,孔徑為200 - 500μm;而采用特制鋼模擠壓可塑性陶瓷粉末或其與纖維質(zhì)混合物所制得的細(xì)胞滲透材料,其生坯干燥焙燒后開孔率為50 % - 80 % ,方形開孔尺寸約800 - 7 000μm。B. L. Krasnyi 等最終研制出FKI - 45 除塵器,屬袋式除塵器。裝置中采用盤狀多孔滲透陶瓷制造管狀過濾器件,直徑為60 - 62 mm ,厚度約8 - 23 mm , 可以耐1 000 ℃高溫。

      日本Imada. K. 等[15 ]在廢氣除塵移動床材料的研究中, 用作移動床的材料為顆粒直徑1 - 10 mm、氣孔率20 % - 60 %的多孔粒徑材料。該移動床材料已被應(yīng)用于煉鋼、煉鐵、焦炭爐的廢氣除塵。

      英國太棉公司(TENMAT) 研制的太棉高溫氣體過濾器是專門為超過袋式除塵器、電除塵器等傳統(tǒng)除塵器所承受的工作溫度而開發(fā)的一種硬式表面過濾器。太棉可長期應(yīng)用于 1 200 ℃的高溫?zé)煔庀到y(tǒng),最高可耐1 600 ℃,使用過程中遇火不燃燒,具有超強的耐酸堿性能,使用壽命長達(dá)10 a 以上, 而袋式除塵器一般1 a 多就需更換。同時,太棉除塵器能過濾小于1μm的塵粒,過濾效率達(dá)99. 99 %以上。由于太棉過濾器濾料好、設(shè)備簡單、壽命長、不用維護(hù)等優(yōu)勢,使得除塵總費用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于袋式除塵設(shè)備。