[发明专利]用于高温气体过滤的过滤管及其制作装置和制作方法

说明书

技术领域

本发明是关于高温气固分离技术，尤其涉及一种用于高温气体过滤的过滤管及其制作装置和制作方法。

背景技术

在化工、石油、冶金、电力等行业中，常产生高温含尘气体；由于不同工艺需要回收能量和达到环保排放标准，都需对这些高温含尘气体进行除尘。高温气体除尘是高温条件下直接进行气固分离，实现气体净化的一项技术，它可以最大程度地利用气体的物理显热，化学潜热和动力能，提高能源利用率，同时简化工艺过程，节省设备投资。

高温气体过滤技术被公认为最具发展潜力的高温气固分离技术，通常可除去5μm以上的颗粒，出口含尘浓度小于5mg/Nm³，分离效率达99.9％。能够满足后续工艺要求。微孔陶瓷过滤管具有耐高温、抗酸碱腐蚀、抗热震性好、过滤精度高等众多优点，因此，微孔陶瓷过滤管成为高温气体过滤器的核心元件。

高温气体过滤器的管板将过滤器密封分隔为两部分，下部分为含尘气体侧，上部分为洁净气体侧；含尘气体（或称为粗合成气）由过滤器的气体入口进入到过滤器的含尘气体侧，在气体推动力的作用下到达各个过滤单元，各个过滤单元内安装有陶瓷过滤管，如图6A、图6B所示，含尘气体A由过滤管9的外侧表面通过过滤材料的微孔进入过滤管内，气体中的固体颗粒被截留在过滤管的外壁上，形成粉饼层，洁净的气体由过滤管的开口端排出进入洁净气体侧，经气体出口排出进入后续工艺。随着过滤操作的进行，过滤管外表面的粉饼层逐渐增厚，导致过滤管的压降增大，这时需要采用反吹的方式实现过滤管的性能再生，反吹的气流与过滤的气流方向相反，反吹气体B利用瞬态的能量将过滤管外表面的粉饼层剥落，使得过滤管的阻力基本上恢复到初始状态，从而实现过滤管的性能再生。

如图6A、图6B、图6C、图6D所示，为现有陶瓷过滤管9的结构示意图，目前工业应用的陶瓷过滤管9，形状多为圆筒状，长度1m～2.5m，一端封闭，另一端开口，开口端设有法兰；陶瓷过滤管9的管体采用双层结构，内层为平均孔径较大的支撑体层91，用来保证过滤管的强度，支撑体层的外径一般为60mm，支撑体层的厚度为10～15mm，如图6D所示，支撑体层91的颗粒911粒径通常为200～350微米，图6D中912为支撑体层颗粒的气孔；而在支撑体层91的外表面加上一层平均孔径较小的过滤膜层92，用来拦截粉尘颗粒物，以实现对粉尘颗粒的表面过滤，过滤膜层92的厚度约为150～200μm，构成过滤膜层的颗粒921的粒径约为15～30μm，过滤膜层的气孔922平均孔径约10～15μm；从图6D中可以看出，构成支撑体层91的颗粒911的粒径和气孔912孔径都明显大于过滤膜层92的粒径。因此，真正起过滤分离作用的是过滤膜层92，过滤膜层92的性能直接影响陶瓷过滤管9的过滤性能。

但是，上述现有的陶瓷过滤管至少存在以下问题：

(1)过滤膜层的压降高，过滤膜层厚度和气孔率沿过滤管表面分布不均匀。

过滤管的压降过高会增大过滤器的运行能耗。过滤管的自身的压降包括两部分：支撑体层的压降和过滤膜层的压降。过滤膜层的厚度、气孔孔径和气孔率都会影响过滤膜层压降。由于过滤膜层需要实现对细小颗粒的拦截，所以过滤膜层的气孔率和气孔孔径小，气流通过时过流阻力大，压降高。

支撑体层的平均孔径和颗粒粒径远远大于过滤膜层的平均孔径和颗粒粒径，现有技术在支撑体层外表面制备过滤膜层时，部分过滤膜层的颗粒会进入支撑体层的孔隙中，使得过滤膜层的实际厚度(从进入支撑体层孔隙的过滤膜层底面算起到过滤膜层外表面)大于其名义厚度(支撑体层表面到过滤膜层外表面的厚度)，进入支撑体层孔隙内的这部分过滤膜层颗粒明显增加了过滤膜层的厚度，也就增大了过滤膜层的压降。研究表明，过滤膜层的压降约占整个过滤管的压降的40-45%。

对现有技术中的过滤膜层的微观结构进行分析，发现过滤膜层的气孔率沿过滤管的表面分布不均匀，过滤膜层表面粗糙度高。陶瓷过滤管在使用过程中，过滤膜层表面的粉尘是无法在反吹过程中全部被清除掉的，总会有薄薄的一部分残留在过滤管的外表面，这层残留的粉尘层为残余粉尘层。当过滤膜层表面光滑且气孔率均匀时，粉尘层与过滤膜层表面的粘结力相对较小，粉尘层在反吹过程中容易被清除掉，如果过滤膜层表面粗糙、气孔率不均匀，将不利于反吹清灰。现有技术在制备过滤膜层的时候，通常采用将支撑体层浸没在料浆中的浸涂方式，或者用喷枪把过滤膜层的料浆喷涂在支撑体层外表面的方式来实现过滤膜层的制备，这两种方式造成的过滤膜层的厚度和气孔率不均匀是显而易见的。

(2)过滤膜层的抗热震性能不佳，过滤膜层容易破损和剥落。