一种铁铝合金制成的螺旋状高效低阻滤芯的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于除尘器的滤芯设计领域，具体涉及Fe-Al金属间化合物多孔滤料的制备、滤料最大孔径变化及滤芯螺旋状结构与除尘效率的关系，完成在不同场合要求下除尘器滤芯的最优化设计方案。
【背景技术】
[0002]现代工业生产过程中不可避免地会产生大量粉尘及有毒、有害气体。近年来雾霾、酸雨等问题愈演愈烈，严重威胁人类健康，因此减轻区域大气细颗粒物污染，降低城市空气二氧化硫浓度成为环境保护的当务之急。
[0003]近年来，过滤技术已成为烟气净化的主导技术。与常规的降温净化技术相比，高温烟气(220°C以上的工业烟气)净化技术具有设备投资少、工作效率高、能耗低、环保相容性好等突出优点。通常该除尘器所使用的无机多孔材料包括金属材料和陶瓷材料两大类，其中多孔陶瓷过滤材料由于具有优良的耐高温、耐腐蚀等性能，因而广泛应用于燃煤锅炉、煤气化发电系统、石油催化裂解装置及金属冶炼等的高温烟气净化设备中。然而多孔陶瓷固有的高脆性、低抗热振能力，使其在使用过程中因热应力而导致损坏，给生产带来巨大隐患。不锈钢多孔材料因高温力学性能不良及抗高温氧化、硫化能力低等缺陷，也不能胜任高温烟气的净化工作。
[0004]金属间化合物具有许多特殊的物理、化学和力学性能。其中，Fe-Al金属间化合物多孔材料是继陶瓷和金属多孔材料之后的又一新型无机多孔材料，Fe-Al金属间化合物具有高温比强度和优异的高温抗氧化、抗硫化、抗熔融盐及抗渗碳的性能，最高耐腐蚀温度可达1200°C。此外，Fe-Al还具有优良的抗催化热化、耐磨损以及较好的可加工性能，符合现代工业中对于高温滤材的要求，具有可制备形状复杂工件以及孔结构可控等优势。弥补了陶瓷多孔材料的本征脆性和不易组装连接以及金属多孔材料高温抗氧化和抗腐蚀性能差，制备成本昂贵且制备工艺污染环境等不足，是一种具有广阔应用前景的功能材料，可广泛应用于过滤分离净化、提纯、隔音、隔热以及催化等领域。因此，开发应用高温烟气过滤的新型高性能Fe-Al合金多孔过滤材料用于除尘设备中具有十分重要的意义。
[0005]经过多年的研究，人们对于Fe-Al合金的结构和性质有了进一步的理解，为了使其获得广泛的应用，就必须在基于其耐蚀性优异、密度和成本低等优点的基础上，改善其室温延性低、高温抗蠕变力小的不足。为此，近年来人们在合金设计上总结了如下几条原则:1)控制铝含量低于38%;2)形成锻造的或含有纤维组织的拉长的晶粒结构；3)细化晶粒尺寸；4)从400°C以上的温度缓冷以减少热空位；5)加入有益的合金元素(B、Mn元素等)。
[0006]对于多孔材料而言，孔结构是影响其性能的主要因素之一，直接决定了材料的透过性能和应用领域。孔隙度、最大孔径和透气度是用来表征多孔材料孔结构性能的三个重要参数，在过滤材料领域，透气度与最大孔径两个孔结构性能参数分别直接反映了多孔体的过滤通量和过滤精度。目前，已有研究结合数值分析手段详细叙述了粉末粒度与反应合成Fe-Al金属间化合物多孔材料孔结构性能参数之间的定性规律或定量关系，这为滤料的孔结构的性能结构控制提供科学依据。研究表明，当粉末粒径在60 μ m以上时，随着粉末粒径的增加，Fe-Al金属间化合物多孔材料的总孔隙度和开孔隙度变化不大，即粉末粒度不是决定Fe-Al多孔材料孔隙度的主要因素，而粉末粒度是决定Fe-Al金属间化合物多孔材料最大孔径的主要因素，在18?125 μm的粒度范围内，多孔体最大孔径4与粉末粒径dp2间严格遵循4= 0.4.οΙρ的直线变化规律。这也为滤料复杂孔径结构设计提供了有效的依据。
[0007]Fe-Al滤芯除尘器结构由滤芯本体、金属格网以及脉冲反吹等装置组成。滤芯采用Fe-Al多孔滤芯，滤芯孔径则依据烟气中粉尘的粒度进行匹配。通过调整Fe-Al滤芯制备过程中的参数(如粉末配比、粉末粒度、压制压力、表面修饰等)可制备出在一定范围内孔径可控的Fe-Al多孔滤芯。除尘器工作时含尘气体由箱体侧部进入，烟气粉尘通过惯性碰撞、筛滤等综合作用沉积在滤材表面，粒度大的集聚在外层壁面，粒度小的通过大孔径依次进入里层壁面，经过层层综合作用，粒度达到排放标准的烟气进入中心排烟管道排出。当滤管阻力达到规定值时采用高压脉冲气体反吹方式清除滤芯本体表面粉尘。净化后的气体进入下道工序。
【发明内容】
[0008]为解决目前市场上除尘器除尘效率低、抗高温、抗硫化性能弱的核心问题，本实用新型提供了一种铁铝合金制成的螺旋状新型高效低阻滤芯，以期解决以上问题。
[0009]为了解决以上问题，本实用新型是通过以下技术方案予以实现的。
[0010]本实用新型提供了一种铁铝合金制成的螺旋状低阻滤芯，包括:滤芯本体、排风管、脉冲反吹联动装置及顶盖阀门装置，滤芯本体由金属格网支撑，其特征在于，所述滤芯本体为圆柱状螺旋式结构，该螺旋式滤芯本体孔径沿中轴线呈等差数列分布；所述等差数列分布是指孔径从内到外依次为cU、cU、cU、-,dnn,并且它们是以cL为首项，D为公差的等差数列，即dml= dmn+(n_l)D，其中:0.5 μ?? ^ dm^ 50 μπι，η为圈数，η为彡1的自然数，dml是最内层滤料的最大孔径，孔径由外向内依次增大，最内层孔径最大。
[0011]进一步的，依据工况的不同，设置不同的滤芯圈数n，圈数控制在2 < η < 5圈之内。
[0012]本实用新型中:考虑到烟粒具有团聚现象，大粒度烟粒几乎都被阻挡在外表面，只有粒径很小的烟粒进入里层，逐层过滤后，小粒度烟粒进入里层，为防止烟粒发生团聚现象而堵塞滤芯，故而设计孔径由外向内依次增大，最内层孔径最大。
[0013]本实用新型中:滤芯是由计算长度L的铁铝合金弯曲成螺旋状，通过调节Fe、Al粉末比例、烧结温度以及利用分段烧结工艺来控制Fe