CN110743282B - 一种变径气体净化陶瓷过滤膜管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变径气体净化陶瓷过滤膜管,属于多孔陶瓷分离膜制备领域。包括变径法兰端头、支撑体变径直管、变径密封端头以及过滤膜层;所述变径法兰端头和支撑体变径直管为一体化制备成型,然后通过高温热处理成半成品,再通过变径密封端头进行密封,最后在支撑体外层喷涂分离膜层,进行高温热处理成挂烛式陶瓷过滤膜管。本发明通过控制陶瓷过滤膜管内直径,使得沿法兰端头至密封端头内直径成一定角度的变化趋势,即沿法兰端头至密封端头管壁厚度越来越薄,陶瓷过滤膜管整体质量也随之下降,法兰端头的强度不变承载负荷减小,同时过滤阻力降低,过滤效率增加,也能有效改善脉冲反吹清除滤饼效果。
Description
技术领域
本发明属于多孔陶瓷分离膜制备领域,涉及一种变径气体净化陶瓷过滤膜管及其制备方法。
背景技术
高温气体净化膜材料主要用于水泥、钢铁、电力、煤炭气化、玻璃熔化、废物焚烧、废物热解、再生黑色金属熔化、贵金属回收、锅炉装置、化工制造和发酵过程等领域的高温气体的直接净化。目前国际上发展应用高温陶瓷膜材料主要有颗粒质陶瓷膜过滤材料和纤维质复合膜过滤材料。前者强度和热稳定性较好,主要材质有碳化硅、氧化铝、堇青石和莫来石,但存在过滤阻力大,气体通量低,反吹清灰困难等问题。为了提高颗粒质陶瓷膜的孔隙率,增加其气体通量,通常采用以下两种方法,一方面增加造孔剂含量,但造孔剂的增加会影响颗粒质陶瓷膜的机械强度,从而影响使用寿命,如何控制陶瓷孔隙率和机械强度均达到最佳值是该方向的研究重点[程敏等. 造孔剂及烧结温度对堇青石支撑体性能的影响[J]. 人工晶体学报,2018,12:2525-2521.] [赵根发等. 以石墨为造孔剂制备堇青石多孔陶瓷材料[J]. 耐火材料,2014, 4: 278-281.]。另一方面通过添加各种烧结助剂并配合设计新的烧结制度,调节颗粒颈部连接状态,最终改变陶瓷孔隙率和机械强度,已经取得了一些技术性的突破。但以上研究均未从陶瓷过滤管结构设计,尤其是管径结构设计进行研究探讨[罗志勇等.ρ-Al2O3添加量对原位反应结合碳化硅膜支撑体性能的影响[J].过程工程学报,2018,19(2):407-412.]。
有关颗粒质陶瓷管的制备,国内外已经开展了一些研究工作。中国发明专利CN1287048A将基料和水熔性粘结剂在载体中经过搅拌制成浆料,通过离心铸造陶瓷膜管机,将浆料注入到刚性管模内,制成梯度陶瓷膜管生坯,生坯烘干后经脱模、烧结、冷却得到梯度颗粒质陶瓷管。中国发明专利CN106732641A设计了一种新型具有催化功能的陶瓷膜管,包括一端开口的支撑体、涂覆于支撑体表面的分离膜、填充于支撑体内部空腔处的催化棉以及封于支撑体开口处用于阻挡压紧催化棉的蜂窝陶瓷挡板。但以上发明专利设计的陶瓷膜内直径一致,未在陶瓷管管径变化方面作出研究,甚至管内填充催化棉严重影响了气体净化陶瓷膜管的反吹清灰过程。
发明内容
本发明根据陶瓷管除尘器内气流分布情况,设计了变径气体净化陶瓷过滤膜管,陶瓷过滤膜管沿法兰端头至密封端头内径越来越大,即膜管壁厚越来越薄。
本发明的技术方案如下:
一种变径气体净化陶瓷过滤膜管,包括变径法兰端头、支撑体变径直管、变径密封端头以及过滤膜层;变径法兰端头与支撑体变径直管一端相连,为一体化制备成型;变径法兰端头嵌入在除尘器花板上的凹槽中,使得过滤管能够稳定悬挂于除尘器中;支撑体变径直管及其上的过滤膜层主要起粉尘截留的作用;变径密封端头将过滤膜管另一端进行密封,使得过滤膜管整体呈外进内出的死端过滤形式;陶瓷过滤膜管沿法兰端头至密封端头内径越来越大,即膜管壁厚越来越薄。有效提高了气体渗透通量和反吹清灰效率。
其中:
(1)支撑体变径直管材料为碳化硅、莫来石和堇青石,其粒径范围均在1μm-300μm;
(2)支撑体变径直管长度为20mm-2000mm,外径范围为40mm-150mm,平均孔径范围为5μm-60μm;
(3)陶瓷过滤膜管法兰端头采用的粉体主要为碳化硅、莫来石和堇青石,其粒径范围均在1μm-300μm;法兰端头处壁厚范围为10mm-20mm,沿支撑体变径直管至密封端头处壁厚线性减小,密封端头处壁厚范围为5mm-10mm;
(4)过滤膜层材料为碳化硅、氧化铝和氧化锆,其粒径范围均在0.1μm-50μm;
(5)过滤膜层孔径范围为0.5μm-25μm,膜层厚度范围为50μm-400μm;
(6)变径密封端头材料为碳化硅、莫来石和堇青石,其粒径范围均在1μm-100μm;
(7)变径密封端头外径为5mm-10mm,其外径与支撑体变径直管内径相契合。
本发明的有益效果:
1. 通过改变陶瓷膜管内径,减少了陶瓷支撑体材料用量,节约材料成本,同时保证了挂烛式陶瓷膜管法兰端机械强度并降低该处重量负荷,减小断裂风险;
2. 通过改变陶瓷膜管内径,增大了单位陶瓷膜管的气体通量,降低了除尘器主体设备占地面积;减小了反吹清灰时气体沿管程的压降损失,提高了反吹清灰的效果,延长滤芯使用寿命。
附图说明
图1是一种变径气体净化陶瓷过滤膜管示意图,其中:1-变径法兰端头;2-过滤膜层;3-支撑体变径直管;4-变径密封端头。
图2是在总长度为1500mm,外径60mm陶瓷管上截取的长22mm的半圆截面内径变化图。
图3是在总长度为200mm,外径36mm陶瓷管半圆截面内径变化图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明,但并不用来限定本发明的实施范围。
实施例1
本实施例中支撑体变径直管和变径法兰端头材料为碳化硅、堇青石、莫来石,其平均粒径分别为300μm、1μm、1μm;支撑体变径直管长度为2000mm,外径为150mm,平均孔径为60μm;陶瓷过滤管法兰端头处壁厚为20mm,沿支撑体变径直管至密封端头处壁厚线性减小,密封端头处壁厚为10mm;过滤膜层材料为碳化硅、氧化铝、氧化锆,其平均粒径分别为50μm、0.1μm、0.1μm,平均孔径为25μm,膜层厚度为400μm;变径密封端头材料为碳化硅、莫来石和堇青石,其平均粒径分别为100μm、1μm、1μm;密封端头外径为10mm,与支撑体变径直管内径相契合。经检测,过滤面积为0.94m2,气体通量为280m3·m-2·h-1·kPa-1。
实施例2
本实施例中支撑体变径直管和变径法兰端头采用的材料主要为碳化硅、堇青石、莫来石,其平均粒径分别为200μm、300μm、1μm;变径支撑体直管长度为1500mm,外径为120mm,平均孔径为40μm;陶瓷过滤管法兰端头处壁厚为20mm,沿支撑体变径直管至密封端头处壁厚线性减小,密封端头处壁厚为10mm;过滤膜层采用的材料主要为碳化硅、氧化铝、氧化锆,其粒径分别为0.1μm、25μm、0.1μm,平均孔径为10μm,膜层厚度为200μm;变径密封端头采用的材料主要为碳化硅、莫来石和堇青石,其平均粒径分别为1μm、100μm、1μm;密封端头外径为10mm,与支撑体变径直管内径相契合。经检测,过滤面积为0.56m2,气体通量为175m3·m2·h·kPa。
实施例3
本实施例中变径支撑体直管和变径法兰端头采用的材料主要为碳化硅、堇青石、莫来石,其平均粒径分别为100μm、1μm、300μm;变径支撑体直管长度为1200mm,外径为60mm,平均孔径为20μm;陶瓷过滤管法兰端头处壁厚为10mm,沿支撑体变径直管至密封端头处壁厚线性减小,密封端头处壁厚为5mm;过滤膜层采用的材料主要为碳化硅、氧化铝、氧化锆,其粒径分别为0.1μm、0.1μm、50μm,平均孔径为2.5μm,膜层厚度为100μm;变径密封端头采用的材料主要为碳化硅、莫来石和堇青石,其平均粒径分别为1μm、1μm、100μm;密封端头外径为5mm,与支撑体变径直管内径相契合。经检测,经检测,过滤面积为0.22m2,气体通量为55m3·m2·h·kPa。
实施例4
本实施例中变径支撑体直管和变径法兰端头采用的材料主要为碳化硅、堇青石、莫来石,其平均粒径分别为50μm、50μm、50μm;变径支撑体直管长度为20mm,外径为40mm,平均孔径为5μm;陶瓷过滤管法兰端头处壁厚为10mm,沿支撑体变径直管至密封端头处壁厚线性减小,密封端头处壁厚为5mm;过滤膜层采用的材料主要为碳化硅、氧化铝、氧化锆,其粒径分别为5μm、0.1μm、0.1μm,平均孔径为0.5μm,膜层厚度为50μm;变径密封端头采用的材料主要为碳化硅、莫来石和堇青石,其平均粒径分别为50μm、50μm、50μm;密封端头外径为5mm,与支撑体变径直管内径相契合。经检测,过滤面积为0.003m2,气体通量为12m3·m2·h·kPa。
Claims (9)
1.一种变径气体净化陶瓷过滤膜管,其特征在于,包括变径法兰端头、支撑体变径直管、变径密封端头以及过滤膜层;变径法兰端头与支撑体变径直管一端相连,为一体化制备成型;变径密封端头将过滤管另一端进行密封,使得过滤膜管整体呈外进内出的死端过滤形式;陶瓷过滤膜管沿法兰端头至密封端头内径越来越大,膜管壁厚越来越薄。
2.根据权利要求1所述的一种变径气体净化陶瓷过滤膜管,其特征在于,支撑体变径直管材料为碳化硅、莫来石和堇青石,其粒径范围均在1μm-300μm。
3.根据权利要求1所述的一种变径气体净化陶瓷过滤膜管,其特征在于,支撑体变径直管长度为20mm-2000mm,外径范围为40mm-150mm,平均孔径范围为5μm-60μm。
4.根据权利要求1所述的一种变径气体净化陶瓷过滤膜管,其特征在于,所述陶瓷过滤膜管法兰端头处壁厚范围为10mm-20mm,沿撑体变径直管至密封端头处壁厚线性减小,密封端头处壁厚范围为5mm-10mm。
5.根据权利要求1所述的一种变径气体净化陶瓷过滤膜管,其特征在于,过滤膜层材料为碳化硅、氧化铝和氧化锆,其粒径范围均在0.1μm-50μm。
6.根据权利要求1所述的一种变径气体净化陶瓷过滤膜管,其特征在于,过滤膜层孔径范围为0.5μm-25μm,膜层厚度范围为50μm-400μm。
7.根据权利要求1所述的一种变径气体净化陶瓷过滤膜管,其特征在于,所述变径密封端头材料为碳化硅、莫来石和堇青石,其粒径范围均在1μm-300μm。
8.根据权利要求1所述的一种变径气体净化陶瓷过滤膜管,其特征在于,所述变径密封端头外径为5mm-10mm,其外径与支撑体变径直管的内径相契合。
9.根据权利要求1所述的一种变径气体净化陶瓷过滤膜管,其特征在于,变径法兰端头嵌入在除尘器花板上的凹槽中,使得过滤管稳定悬挂于除尘器中。
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