用于高温气体过滤的过滤管及其制作装置的制作方法

专利名称：用于高温气体过滤的过滤管及其制作装置的制作方法
技术领域：
本实用新型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。
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5μπι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Im 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150 200 μ m,构成过滤膜层的颗粒921的粒径约为15 30 μ m，过滤膜层的气孔922平均孔径约10 15 μ m ;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:(I)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。在多孔陶瓷支撑体层上涂覆过滤膜层，要求涂膜料浆能够均匀固化到支撑体层表面，并以物理和化学的方式与支撑体层表面牢固地结合在一起。由于陶瓷过滤管在高温高压的工况下操作，在反吹清灰时 ，需要承受压力很高的反吹气体的气流冲击，实际运行过程中，频繁的反吹操作往往造成过滤膜层的破损，甚至局部从过滤管的支撑体层表面剥落。因此，如何增加过滤膜层与支撑体层之间的结合力，增大过滤膜层的耐热冲击能力，是亟需解决的问题。(3)陶瓷过滤管的残余压降上升速率快，过滤管过早失效。残余压降是指每次反吹后过滤管的压降，S卩:过滤管自身的压降和残留在外表面粉尘层的压降总和。由于含尘工艺气体中含有大量小于过滤膜层微孔孔径的粉尘颗粒(例如:1 μ m的粉尘)，那么这些细小的粉尘颗粒会在过滤的过程中，容易进入过滤膜层的膜孔，沉积在过滤管的过滤膜层和支撑体层内，由于过滤管内部的多孔通道为不规则的迷宫型，所以容易造成过滤管的微孔的堵塞，反吹操作时也不能将微孔中的粉尘颗粒物吹出，导致过滤管残余压降不断增加，当残余压降增加到一定程度时，过滤管的阻力已经很大，气孔率也大大降低，不能满足继续使用要求，最终导致过滤管失效。研究表明，颗粒在过滤膜层和支撑体层中的沉积是导致残余压降不断增加的主要原因。过滤膜层的气孔孔径越小，其过滤精度越高，一定程度上能够减小粉尘颗粒在过滤管内部的沉积，但是气孔孔径太小，就会导致过滤膜层的压降大，这种矛盾的关系也是困扰行业的难题，往往不可兼顾。由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于高温气体过滤的过滤管及其制作装置，以克服现有技术的缺陷
实用新型内容
[0016]本实用新型的目的在于提供一种用于高温气体过滤的过滤管及其制作装置，能够减少过滤膜层气孔和支撑体层内的粉尘沉积，使过滤管操作过程中残余压降稳定，有利于延长过滤管的使用寿命。本实用新型的另一目的在于提供一种用于高温气体过滤的过滤管及其制作装置，制备的过滤管的过滤膜层的气孔率分布均匀，过滤膜层压降低，可降低整个过滤管的运行能耗；本实用新型的再一目的在于提供一种用于高温气体过滤的过滤管及其制作装置，能够减少过滤膜层与支撑体层接触位置的过滤膜层的颗粒向支撑体层深处的渗透；改善过滤膜层的表面粗糙的状况；增强过滤膜层的抗热震性能，使得过滤膜层与支撑体层之间的结合更加牢固，减少反吹过程中高压气体冲击造成的过滤膜层破损和局部剥落的可能性。本实用新型的目的是这样实现的，一种用于高温气体过滤的过滤管，所述过滤管为圆筒状，其一端封闭，另一端开口，开口端设有法兰；所述过滤管的管体从里向外由支撑体层、纳米颗粒过渡层、过滤膜层和纳米涂层构成。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述支撑体层是由碳化硅材料构成的；所述纳米颗粒过渡层中的纳米颗粒包括有纳米碳化硅粉料，所述纳米颗粒均匀喷涂并粘覆在支撑体层的外表面构成所述纳米颗粒过渡层；所述过滤膜层是由莫来石材料构成的，所述过滤膜层喷涂在纳米颗粒过渡层的外表面，所述过滤膜层的厚度为80 100 μ m ;所述纳米涂层是由纳米莫来石粉料构成，所述纳米莫来石粉料均匀喷涂并粘覆在过滤膜层的外表面构成所述纳米涂层。在本实用新型的一较佳实施方式中，在所述支撑体层与纳米颗粒过渡层之间喷涂有第一胶合层；在所述过滤膜层与纳米涂层之间喷涂有第二胶合层。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述支撑体层的碳化硅材料由粒径为200 400 μ m的碳化娃颗粒构成。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述纳米颗粒过渡层中纳米碳化硅粉料的平均粒径为300 350nm。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述过滤膜层的莫来石材料由平均粒径为15 μ m的莫来石颗粒构成。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述纳米涂层的纳米莫来石粉料平均粒径为20 30nm。本实用新型的目的还可以这样实现，一种用于制作过滤管的制作装置，所述制作装置包括一圆筒形密封腔体，该圆筒形密封腔体中横向设有分隔板，所述分隔板将圆筒形密封腔体分隔为上腔体和下腔体；所述分隔板上设有透孔，所述透孔中转动地设置一个能悬挂过滤管的法兰的环形支撑座；所述环形支撑座上方固定设有一个压设于过滤管的法兰的环形压盘；所述上腔体的筒壁设有排气口，排气口连接于一引风机；所述下腔体的筒壁上沿圆周切向方向均布有第一进口、第二进口和第三进口 ；所述圆筒形密封腔体下部设有一端与过滤管封闭端固定连接的支撑轴，所述支撑轴的另一端与电机连接。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述排气口通过一流量控制阀连接于所述引风机；所述第一进口连接于第一阀门；所述第二进口中设有气溶胶喷管，所述气溶胶喷管通过第二阀门连接 于气溶胶发生器；所述第三进口中设有雾化喷嘴，所述雾化喷嘴通过第三阀门连接于一增压设备。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述环形支撑座与分隔板的透孔之间设有密封轴承。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述上腔体与下腔体之间设有差压变送器。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述圆筒形密封腔体底部设有储料斗，储料斗底端设有排料阀门。由上所述，本实用新型的用于高温气体过滤的过滤管，在支撑体层与过滤膜层之间设置了纳米颗粒过渡层，在制作过程中能够减少过滤膜层颗粒向支撑体层深处的渗透，可以减小过滤膜层的实际厚度，并使过滤膜层的气孔率分布均匀，由此，可降低过滤膜层的压降，降低过滤器的运行能耗；同时，纳米颗粒过渡层可以提高过滤膜层颗粒与支撑体层颗粒的结合力，使得过滤膜层与支撑体层之间的结合更加牢固，降低反吹过程中高压气体冲击造成的过滤膜层破损和局部剥落的可能性。本实用新型在过滤膜层外表面设置有纳米涂层，可降低过滤膜层的表面粗糙度，能够增加过滤膜层对细小颗粒的拦截性能，进而减少过滤膜层气孔和支撑体层气孔内的粉尘沉积，延长过滤管的使用寿命。

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中:图1A:为本实用新型用于高温气体过滤的过滤管的外观结构示意图。图1B:为本实用新型用于高温气体过滤的过滤管的剖视结构示意图。图1C:为本实用新型用于高温气体过滤的过滤管的各层结构示意图。图2A:为本实用新型中用于制作过滤管的制作装置的结构示意图。图2B:为图2A中的I处局部放大示意图。图2C:为图2A中A-A处剖视结构示意图。图2D:为图2A中的II处局部放大示意图。图3:为本实用新型制作过滤管的方法流程示意图。图4:为本实用新型的过滤管与现有技术的过滤管的残余压降对比结果示意图。图5A:为现场长周期运行后本实用新型过滤管的支撑体层内部微观结构图。图5B:为现场长周期运行后现有技术过滤管的支撑体层内部微观结构图。图6A:为现有技术的过滤管进行高温气体过滤的示意图。图6B:为现有技术的过滤管进行反吹清灰的示意图。图6C:为现有技术过滤管的管体结构示意图。图6D:为现有技术过滤管的各层结构示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式
。本实用新型提出一种用于高温气体过滤的过滤管100，如图1A、图1B和图1C所示，所述过滤管100为圆筒状，其一端封闭，另一端开口，开口端设有法兰105 ;所述过滤管100的管体从里向外由支撑体层101、纳米颗粒过渡层102、过滤膜层103和纳米涂层104构成；所述支撑体层101是由粒径为200 400 μ m的碳化硅颗粒构成的微孔结构，较佳地，所述碳化硅颗粒的平均粒径为250 μ m左右；所述纳米颗粒过渡层102中的纳米颗粒是由平均粒径为200 300nm的纳米木炭粉料(造孔剂)和平均粒径为300 350nm的纳米碳化娃粉料混合构成，所述纳米颗粒均匀喷涂并粘覆在支撑体层101的外表面，以构成所述的纳米颗粒过渡层102 ;所述过滤膜层103是由平均粒径为15 μ m左右的莫来石颗粒构成的微孔结构，所述过滤膜层103喷涂在纳米颗粒过渡层102的外表面，所述过滤膜层103的厚度为80 100 μ m ;所述纳米涂层104是由平均粒径为20 30nm的纳米莫来石粉料构成,所述纳米莫来石粉料均匀喷涂并粘覆在过滤膜层103的外表面，由此构成所述纳米涂层104。由上所述，本实用新型的用于高温气体过滤的过滤管，在支撑体层与过滤膜层之间设置了纳米颗粒过渡层，在制作过程中能够减少过滤膜层颗粒向支撑体层深处的渗透，可以减小过滤膜层的实际厚度，并使过滤膜层的气孔率分布均匀，由此，可降低过滤膜层的压降，降低过滤器的运行能耗；同时，纳米颗粒过渡层可以提高过滤膜层颗粒与支撑体层颗粒的结合力，使得过滤膜层与支撑体层之间的结合更加牢固，降低反吹过程中高压气体冲击造成的过滤膜层破损和局部剥落的可能性。本实用新型在过滤膜层外表面设置有纳米涂层，可降低过滤膜层的表面粗糙度，能够增加过滤膜层对细小颗粒的拦截性能，进而减少过滤膜层气孔和支撑体层气孔内的粉尘沉积，延长过滤管的使用寿命。进一步，在本实施方式中，在所述支撑体层101与纳米颗粒过渡层102之间喷涂有第一胶合层(图中未示出);在所述过滤膜层103与纳米涂层104之间喷涂有第二胶合层(图中未示出)。如图2A、图2B、图2C和图2D所示，为了加工制作上述用于高温气体过滤的过滤管100，本实用新型提出一种用于制作过滤管的制作装置200，所述制作装置200包括一圆筒形密封腔体1，该圆筒形密封腔体I中横向设有分隔板2，所述分隔板2将圆筒形密封腔体I分隔为上腔体11和下腔体12 ;所述分隔板2上设有透孔21，所述透孔21中转动地设置一个能悬挂过滤管100的法兰105的环形支撑座3 ;所述环形支撑座3上方固定设有一个压设于过滤管的法兰105的环形压盘4 ;所述过滤管100通过顶部法兰悬挂固定在环形支撑座3，通过环形压盘4达到固定和密封的目的；所述上腔体11的筒壁设有排气口 5，所述排气口 5通过一流量控制阀51连接于一引风机(图中未示出)；如图2C所示，所述下腔体12的筒壁上沿圆周切向方向均布有第一进口 61、第二进口 62和第三进口 63，三个进口用来实现进气或者进料操作，所述切向进口可以防止进料或进气时对过滤管造成的直接冲刷，同时使得进料或进气分布均匀地到达过滤管表面；所述第一进口 61连接于第一阀门611 ;所述第二进口 62中设有气溶胶喷管622，所述气溶胶喷管622通过第二阀门621连接于气溶胶发生器(图中未示出)；所述第三进口 63中设有雾化喷嘴632，所述雾化喷嘴632通过第三阀门631连接于一增压设备(图中未示出)；所述圆筒形密封腔体I下部设有一端与过滤管封闭端固定连接的支撑轴8，所述支撑轴8的另一端与电机81连接；所述上腔体11与下腔体12之间连接有差压变送器7，用于测量上、下腔体的压降(B卩:过滤管的压降)。进一步，如图2B所示，所述环形支撑座3与分隔板2的透孔21之间设有密封轴承31，使得过滤管可以在下面电机的带动下实现旋转；如图2D所示，在本实施方式中，过滤管100的封闭端底部设有凹槽 106，所述支撑轴8的顶端穿设在所述凹槽106中，通过垫片82和螺母与过滤管封闭端固定连接，所述支撑轴8的底端与位于过滤管100正下方的电机81相连，由此，可通过电机81带动过滤管以一定的转速旋转。所述电机81被密封设置在圆筒形密封腔体I下部。在本实施方式中，如图2A所示，所述圆筒形密封腔体I底部设有储料斗13，储料斗13底端设有用于排料的排料阀门131。本实用新型还提供一种利用上述制作装置200制作所述过滤管的制作方法，如图3所示，该制作方法至少包括以下步骤:步骤一:制备陶瓷过滤管的支撑体层101 ;该步骤采用与现有技术相同的工艺流程，包括:(1)筛选碳化硅颗粒:使用球磨将碳化硅的粒径范围磨至200 400 μ m，使用筛分方式选取平均粒径为250 μ m左右的碳化硅颗粒作为支撑体层原料；(2)制备粘合剂:将紫木节、苏州土与高岭土粉体按照质量比为1:1:0.8的比例混合，并将得到的混合粉体在球磨机中磨至平均粒径为2μπι的粉体；使用粘合剂有两个目的，一是改善坯体成型的可塑性，二是高温下产生液相，将碳化硅颗粒粘接在一起；(3)制备增塑剂:用去离子水配制质量浓度2 3%的羧甲基纤维素水溶液制成增塑剂；使用增塑剂可提高支撑体层的颗粒间的粘结性和塑性，增强生坯的强度和成型能力；增塑剂在过滤管烧结过程中通过挥发、分解等形式被除去，不出现在最终烧成的过滤管中；(4)制备造孔剂:使用球磨机将木炭粉磨至平均粒径为30 35 μ m的颗粒，作为造孔剂；利用造孔剂在支撑体层的坯体中占据一定的空间，经烧结挥发后形成所需尺寸的气孔，同时造孔剂还能促进支撑体层坯体成型过程中碳化硅颗粒的流动，利于制备出 结构均匀地支撑体层；(5)制备支撑体层泥料:将碳化硅颗粒、粘合剂、增塑剂和造孔剂及水按质量百分比的范围分别为45 55%，10 15%，2 3%，8 12%及18 25%混合，然后在练泥机中混合均匀，制备成支撑体层泥料；(6)挤压成型:在80 90°C下将支撑体层泥料烘2 3h，然后将泥料放入过滤管挤压成型模具中，使用30 35MPa的压力，采用挤压法获得外径60mm，内径40mm，长度1500 2000mm的碳化硅陶瓷过滤管胚体，该胚体的开口端有法兰，封闭端为带有凹槽的封头(法兰用于悬挂在制作装置的环形支撑座3上，封闭端凹槽用来安装支撑轴)；(7)干燥、烧结成型:将陶瓷过滤管支撑体层的胚体在80 90°C下烘干5 7h，然后在120 130°C下烘干至水分小于1%后，将干燥后的胚体在1250°C 1400°C下烧结2 3h，之后随炉降温，制成合格的陶瓷过滤管支撑体层。步骤二:将陶瓷过滤管的支撑体层101安装在所述制作装置200中，在支撑体层101外表面喷涂纳米颗粒过渡层102 ；在该步骤中包括有如下工艺过程:(I)将平均粒径范围300 350nm的碳化硅粉料与平均粒径为200 300nm的木炭粉料按照质量比为7:1混合均匀，放入带有静电消除功能的气溶胶发生器中；消除静电可以防止颗粒之间的团聚，有利于混料均匀，气溶胶发生器可以将混合后的粉料以浓度可控的方式均匀喷出；(2)将过滤管的支撑体层安装在制作装置200中，关闭第二进口 62的第二阀门621和第三进口 63的第三阀门631，完全打开第一进口 61的第一阀门611，启动引风机并调节排气口 5的流量控制阀51，调节过滤管的表观气速为0.6 0.8m/min之间(过滤管的表观气速等于通过过滤管的气体流量与过滤管外表面积的比值)，记录此时差压变送器7的数值为第一压降Λ Pl (单位Pa) ；(3)使用加热装置(优选温度可控的电加热炉)将装有502胶的容器(图中未示出)加热至蒸汽状态；开启电机81并调整转速，使得过滤管的支撑体层101在电机81的带动下旋转，转速范围为20 35rpm ;将502胶蒸汽由第一进口 61通入，在引风机的作用下，502胶蒸汽由第一进口61被自然吸入到制作装置200内部，502胶蒸汽均匀到达过滤管支撑体层101外表面，由于502胶为快干胶，到达过滤管支撑体层的外表面时会冷却固化在表面的陶瓷颗粒及其气孔的边壁上，形成带有毛刺状的胶膜；由于过滤管处于被抽吸的状态，因此支撑体层的气孔中始终有气流通过，支撑体层的微孔孔径和气孔率会略微降低，但不会造成支撑体层的微孔被固化后的胶水堵塞；根据差压变送器7显示的压降，控制通入的胶水蒸汽量(装有502胶的容器本身设有相应的流量控制阀，通过控制该流量控制阀可以控制通入的胶水蒸汽量)，通入量太高时，容易堵塞支撑体层微孔；当支撑体层的压降在第一压降Λ Pl的基础上增加100 150Pa时，停止通入502胶水蒸汽，此时支撑体压降记为第二压降Λ Ρ2 ； (4)将气溶胶发生器中的纳米木炭粉料和纳米碳化硅粉料通过第二进口 62中的气溶胶喷管622以浓度范围0.15 0.4g/m3喷入到制作装置200中，同时调节电机的转速至90 120rpm，粉料将在过滤管支撑体层101的外表面均匀分布，形成纳米颗粒过渡层102 ;由于502胶水在支撑体层101的气孔中形成了带有毛刺状的胶膜，并且该状态下的表观气速较低，气流对粉料颗粒的曳力不强，所以粉料颗粒不会进入支撑体层的深处；当压降值比第二压降Λ P2大120 180Pa时，停止通入纳米粉料。步骤三:在纳米颗粒过渡层102外表面喷涂过滤膜层103 ；在该步骤中包括有如下工艺过程:(I)通过筛分的方式选取平均粒径为15 μ m的莫来石粉体；(2)将占总料浆质量百分比65 75%的莫来石粉体、12 18%的粘合剂、4 6%的造孔剂、和水均匀混合，然后在料浆中分别加入占总料浆质量0.4 0.7%的聚丙烯酸铵和3 5%的聚乙烯醇添加剂(这两种添加剂能够进一步增强颗粒的分散性，有利于制备均匀的过滤膜层)，调节PH至9左右，制备成过滤膜层料浆(总料浆)；(3)将制备好的过滤膜层料浆通过增压设备，从第 三进口 63的雾化喷嘴632向制作装置200内以雾化状态通入，雾状的过滤膜层料浆在进入制作装置200后，在抽吸气流的作用下达到过滤管支撑体层101的外表面并形成一层液膜；将电机转速调高至240 300rpm，过滤管旋转产生的离心力以及纳米颗粒过渡层102的填充作用，可以有效防止液膜在气流抽吸力的作用下向内部渗透；通过合理的匹配过滤膜层料浆的喷射浓度和过滤管的转速，在支撑体层外表面制备出厚度80 100 μ m的、分布均匀的过滤膜层；同时由于过滤管处于被抽吸的状态，因此，能够保证气孔和过滤膜层的分布均匀，从而避免了现有技术使用喷枪直接喷涂(无本实用新型中的转动和被抽吸特点)或浸涂方式造成的气孔率和过滤膜层的厚度不均匀问题；保持该状态2 3h。步骤四:在过滤膜层103外表面喷涂纳米涂层104 ；在该步骤中包括有如下工艺过程:(I)调节排气口 5的流量控制阀51，使得此时过滤管的表观气速为1.5 1.8m/min，记录此时差压变送器7的数值为第三压降Λ Ρ3 ;调节电机转速至50 70rpm ;(2)由第一进口 61向制作装置200中通入502胶水蒸汽，使得过滤膜层的气孔中形成毛刺状的胶膜，当压降比第三压降Λ Ρ3高120 150Pa时，停止通入胶水蒸汽，记录此时差压变送器7的数值为第四压降Λ P4 ; (3)使用气溶胶喷管622向制作装置200内加入平均粒径为20 30nm的莫来石粉料(操作方法与前述一致)，由此，在过滤膜层103表面制备出纳米涂层104 ;在喷涂纳米莫来石粉料时，控制通入的粉料浓度范围在0.lg/m3 0.3g/m3之间，当压降比第四压降Λ Ρ4增加200 260Pa时,停止通入纳米莫来石粉料，此时压降记为第五压降Λ P5 ;由于过滤膜层的气孔孔径为10 15 μ m，远远大于纳米莫来石粉料的粒径，所以纳米粉料会优先进入过滤膜层的气孔中，使得过滤膜层表面的粗糙度大为改善，同时由于已经形成的毛刺状胶膜的阻挡和吸附的作用，再加上气孔中一直有气流通过，所以纳米颗粒不会进入到过滤膜层更深层，而是粘附在过滤膜层气孔的边壁上，从而在过滤膜层103表面制备出了纳米涂层104 ； (4)继续向制作装置200中通入502胶水蒸汽，对上述制备的纳米涂层104进行固化定型，防止纳米涂层移位。步骤五:将陶瓷过滤管从制作装置中取出，放入烧结设备中进行烧结；在该步骤中，将过滤管从制作装置200中取出，装入电炉中以1.5°C /min的速率升温至650°C，再以2.5°C /min的速率升温至1450 1500°C，然后保温2 4h，在烧结的过程中，造孔剂(支撑体层、纳米颗粒过渡层和过滤膜层中的木炭粉料)和固化后的502胶水都会烧失和挥发掉，随炉降温后取出，即制备出了本实用新型的用于高温气体过滤的过滤管。本实用新型与现有技术相比具有如下优点:一、在本实用新型的过滤管结构方面:(I)由于本实用新型制备的过滤膜层比现有技术的过滤膜层薄(现有技术的过滤膜层为200 μ m左右，本实用新型的过滤膜层为80 100 μ m,由于现有技术采用浸涂或者直接喷涂的方式制备过滤膜层，所以不能制备出较薄的过滤膜层；而本实用新型在制备过程中，始终保持有气流通过过滤管，所以可以控制过滤膜层较薄、气孔率高且分布均匀)，因此，本实用新型过滤管的压降同等条件下比现有技术的过滤管低15 20%，降低了过滤器的运行能耗。使用纳米涂层的填充作用，降低了过滤膜层的表面粗糙度，尽管纳米涂层的粉料的粘附会使得过滤膜层的气孔率降低3 7%，一定程度上增大了过滤膜层的压降，但是该缺点能够被过滤膜层厚度减小和气孔率均匀的优势所抵消。
(2)通过制备一层纳米颗粒过渡层，能够减少过滤膜层与支撑体层接触位置的过滤膜层的颗粒向支撑体层深处的渗透；同时促进了互相接触的过滤膜层颗粒与支撑体层颗粒间生成颈部，增加了两者间的结合力，使得过滤膜层与支撑体层之间的结合更加牢固，增强了过滤膜层的抗热震性能，减少了反吹过程中高压气体冲击造成的过滤膜层破损和局部剥落的可能性。(3)由于纳米颗粒具有表面效应，所以当含尘气体到达过滤膜层的气孔附近时，粘附在在过滤膜层的气孔中的边壁上的纳米颗粒会对细小的粉尘颗粒具有强烈的吸附作用，所以能够增加过滤膜层对细小粉尘颗粒的拦截性能，提高了过滤管的过滤精度和过滤效率，可以减少过滤膜层气孔和支撑体层内的粉尘沉积，延长过滤管的使用寿命。二、在本实用新型的制作装置及制作方法方面:根据过滤管的压降、表观气速及过滤管的气孔率之间的关系，通过本实用新型的制作装置和制作方法，利用监控压降的变化可以精确的控制各个工艺步骤的操作。在工业生产中，大型过滤器要求在同一流量下每根滤管的压降差别要小于5%，这样才能保证过滤器内每根滤管的处理气量均匀；采用现有技术实现这一目标是比较困难的，而采用本实用新型的制作装置和制作方法，很容易对生产过程中过滤管的质量进行控制。为了更好的说明本实用新型的效果，现将本实用新型的部分实验数据予以公布。本实用新型最重要的目的是要减少过滤管内的粉尘颗粒沉积，从而延长过滤管的使用寿命，因此，比较了长周期运行过程中与现有技术的过滤管的残余压降的变化，在相同的操作条件下对两种过滤管的性能进行了对比。操作温度340°C，操作压力1.2MPa，过滤管表观气速1.2m/min，含尘气体中浓度20g/m3，含尘气体中的粉尘为平均粒径5 μ m的粉煤灰，清灰压力2.5MPa，过滤循环次数1000次。长周期运行下，本实用新型的过滤管和现有技术的过滤管的残余压降对比结果如图4所示，图4中A代表本实用新型陶瓷过滤管的残余压降变化，B代表现有技术的陶瓷过滤管的残余压降变化，从图4中曲线拟合后的趋势可以看出，本实用新型的陶瓷过滤管的残余压降上升速率较慢，当经过约250次过滤循环后，残余压降基本稳定在3kPa，过滤管再生性能良好；现有技术陶瓷过滤管的残余压降上升速率较快，最终的残余压降要比本实用新型的过滤管残余压降高1.8kPa，这就增大了过滤器的运行能耗，说明本实用新型的过滤管能够减少细小粉尘颗粒的沉积，从而能够延长过滤管的使用寿命。为了进一步验证本实用新型的过滤管能够降低残余压降，减少过滤管内部粉尘颗粒的沉积，分别对现有技术的过滤管和本实用新型的过滤管进行了微观结构分析。图5A为本实用新型过滤管的支撑体层内部微观结构图；图5B为现有技术过滤管的支撑体层内部微观结构图。从微观结构图中可以看出，本实用新型的过滤管的内部气孔洁净，没有发生粉尘颗粒沉积现象，而现有技术的过滤管在经过长周期运行后，在过滤膜层的微孔内和支撑体层内部都发现了粉尘颗粒沉积现象，所以导致残余压降不断增加，最终会导致过滤管失效。由此再次验证了本实用新型的纳米涂层过滤管对细小粉尘颗粒的拦截优于现有技术的过滤管，其减少粉尘颗粒在过滤管内部的沉积作用是显著的。由上所述，本实用新型的用于高温气体过滤的过滤管，在支撑体层与过滤膜层之间设置了纳米颗粒过渡层，在制作过程中能够减少过滤膜层颗粒向支撑体层深处的渗透，可以减小过滤膜层的实际厚度，并使过滤膜层的气孔率分布均匀，由此，可降低过滤膜层的压降，降低过滤器的运行能耗；同时，纳米颗粒过渡层可以提高过滤膜层颗粒与支撑体层颗粒的结合力，使得过滤膜层与支撑体层之间的结合更加牢固，降低反吹过程中高压气体冲击造成的过滤膜层破损和局部剥落的可能性。本实用新型在过滤膜层外表面设置有纳米涂层，可降低过滤膜层的表面粗糙度，能够增加过滤膜层对细小颗粒的拦截性能，进而减少过滤膜层气孔和支撑体层气孔 内的粉尘沉积，延长过滤管的使用寿命。以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式
，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种用于高温气体过滤的过滤管，所述过滤管为圆筒状，其一端封闭，另一端开口，开口端设有法兰；其特征在于:所述过滤管的管体从里向外由支撑体层、纳米颗粒过渡层、过滤膜层和纳米涂层构成。
2.如权利要求1所述的用于高温气体过滤的过滤管，其特征在于:所述支撑体层是由碳化硅材料构成的；所述纳米颗粒过渡层中的纳米颗粒包括有纳米碳化硅粉料，所述纳米颗粒均匀喷涂并粘覆 在支撑体层的外表面构成所述纳米颗粒过渡层；所述过滤膜层是由莫来石材料构成的，所述过滤膜层喷涂在纳米颗粒过渡层的外表面，所述过滤膜层的厚度为80 100 μ m ;所述纳米涂层是由纳米莫来石粉料构成,所述纳米莫来石粉料均勻喷涂并粘覆在过滤膜层的外表面构成所述纳米涂层。
3.如权利要求2所述的用于高温气体过滤的过滤管，其特征在于:在所述支撑体层与纳米颗粒过渡层之间喷涂有第一胶合层；在所述过滤膜层与纳米涂层之间喷涂有第二胶合层。
4.如权利要求2所述的用于高温气体过滤的过滤管，其特征在于:所述支撑体层的碳化娃材料由粒径为200 400 μ m的碳化娃颗粒构成。
5.如权利要求2所述的用于高温气体过滤的过滤管，其特征在于:所述纳米颗粒过渡层中纳米碳化硅粉料的平均粒径为300 350nm。
6.如权利要求2所述的用于高温气体过滤的过滤管，其特征在于:所述过滤膜层的莫来石材料由平均粒径为15 μ m的莫来石颗粒构成。
7.如权利要求2所述的用于高温气体过滤的过滤管，其特征在于:所述纳米涂层的纳米莫来石粉料平均粒径为20 30nm。
8.一种用于制作如权利要求1 7任一项过滤管的制作装置，其特征在于:所述制作装置包括一圆筒形密封腔体，该圆筒形密封腔体中横向设有分隔板，所述分隔板将圆筒形密封腔体分隔为上腔体和下腔体；所述分隔板上设有透孔，所述透孔中转动地设置一个能悬挂过滤管的法兰的环形支撑座；所述环形支撑座上方固定设有一个压设于过滤管的法兰的环形压盘；所述上腔体的筒壁设有排气口，排气口连接于一引风机；所述下腔体的筒壁上沿圆周切向方向均布有第一进口、第二进口和第三进口 ；所述圆筒形密封腔体下部设有一端与过滤管封闭端固定连接的支撑轴，所述支撑轴的另一端与电机连接。
9.如权利要求8所述的过滤管的制作装置，其特征在于:所述排气口通过一流量控制阀连接于所述引风机；所述第一进口连接于第一阀门；所述第二进口中设有气溶胶喷管，所述气溶胶喷管通过第二阀门连接于气溶胶发生器；所述第三进口中设有雾化喷嘴，所述雾化喷嘴通过第三阀门连接于一增压设备。
10.如权利要求8所述的过滤管的制作装置，其特征在于:所述环形支撑座与分隔板的透孔之间设有密封轴承。
11.如权利要求8所述的过滤管的制作装置，其特征在于:所述上腔体与下腔体之间设有差压变送器。
12.如权利要求8所述的过滤管的制作装置，其特征在于:所述圆筒形密封腔体底部设有储料斗，储料斗底端设有排料阀门。
专利摘要本实用新型为一种用于高温气体过滤的过滤管及其制作装置，所述过滤管为圆筒状，其一端封闭，另一端开口，开口端设有法兰；该过滤管的管体从里向外由支撑体层、纳米颗粒过渡层、过滤膜层和纳米涂层构成。该过滤管在支撑体层与过滤膜层之间设有纳米颗粒过渡层，能够减少过滤膜层颗粒向支撑体层渗透，减小过滤膜层实际厚度，使过滤膜层气孔率分布均匀，降低过滤膜层压降及整体过滤器的运行能耗；该纳米颗粒过渡层可提高过滤膜层与支撑体层的结合力，降低反吹过程中高压气体冲击造成的过滤膜层破损和局部剥落的可能性；过滤膜层外表面设置的纳米涂层，可降低过滤膜层表面粗糙度，减少过滤管气孔内粉尘沉积，延长过滤管的使用寿命。
文档编号C04B41/89GK203075782SQ20132008520
公开日2013年7月24日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者吴小林, 陈鸿海, 姬忠礼, 杨亮, 冯家迪 申请人:中国石油大学(北京)