Applicazione di filtri ceramici in un campo per l’eliminazione delle polveri di gas ad alta temperatura

L’energia svolge un ruolo vitale nello sviluppo economico e sociale, ma l’inquinamento ambientale è un problema accessorio che deve essere affrontato. Dopo la riforma e l’apertura, la nostra economia ha raggiunto un lungo periodo di rapida crescita, ma la crescita economica e l’approvvigionamento stabile di energia sono inseparabili quanto la carne. La quantità di ceneri volanti prodotte dal consumo di carbone termico per la produzione di energia elettrica in cina è molto elevata ogni anno, e molti processi industriali di produzione devono affrontare anche problemi di polvere. Questo tipo di rifiuti solidi composti da innumerevoli piccole sfere contiene una varietà di componenti nocivi, elevati costi di stoccaggio e un grave inquinamento da polveri, per cui è molto importante recuperare e riciclare efficacemente in modo ragionevole. La depurazione ad alta temperatura dei gas di combustione è un processo essenziale nel processo di riciclaggio della cenere volatile, che dipende direttamente dal tasso di recupero dei componenti efficaci della cenere volatile e dal grado di inquinamento ambientale causato da tale processo. La tecnologia di filtraggio ceramico ad alta temperatura è una tecnologia di purificazione dei gas polverosi ad alta temperatura relativamente avanzata nel mondo negli ultimi anni.

1 principali categorie di tecnologie per l’eliminazione delle polveri sul mercato e loro vantaggi e svantaggi

Attualmente, le principali tecnologie per la rimozione delle polveri in patria e all’estero comprendono la rimozione delle polveri da cicloni, i sacchetti di tessuto, la rimozione delle polveri elettriche, la rimozione delle polveri da sacchetto elettrico, la filtrazione su letto di particolato, la filtrazione su membrana inorganica porosa e così via. Le carenze di questi metodi di depolverazione sono le seguenti:

L’efficienza di depolverazione dei cicloni è scarsa, non può soddisfare i requisiti delle emissioni ambientali, generalmente utilizzate solo per la depolverazione preventiva. L’eliminazione delle polveri a sacco di tessuto è limitata dalla resistenza alla temperatura, dalla resistenza alla corrosione e da altre proprietà dei mezzi filtranti. L’uso della temperatura non può essere troppo elevato, generalmente al di sotto dei 250 gradi, e ovviamente non può soddisfare le esigenze della depurazione ad alta temperatura dei gas di combustione. La depolverazione elettrica presenta alcuni problemi, quali lo scarico corona instabile, la breve durata degli elettrodi, la sensibilità alla composizione dei gas di combustione, l’isolamento ad alta temperatura, ecc., e non è adatta ad essere utilizzata ad alta temperatura per un lungo periodo (generalmente inferiore a 380 litri). Filtrazione granulare su strato resistenza alla rimozione della polvere ad alta temperatura, resistenza alla corrosione, ma la sua efficienza di filtrazione non è ideale, la concentrazione di emissione di polvere è elevata. I supporti filtranti in metallo e tessuti metallici sono costosi edi applicazione limitata a causa della resistenza alla corrosione e dell’usura. Tra gli altri metodi di filtrazione, le tecnologie di rimozione delle polveri studiate o in corso di studio comprendono filtri a tessitura ceramica e filtri in fibra di ceramica, ecc. L’efficienza di filtrazione di questi depolveratori può raggiungere oltre il 99%, ma vi sono molti problemi come la bassa resistenza, la facilità di tappare e il guasto. La membrana ceramica e il corpo di supporto contengono un gran numero di pori, che gli conferiscono una vasta superficie specifica. La superficie di questi pori è un buon vettore di catalizzatore. Una volta che il catalizzatore è stato caricato in superficie, la desolforazione e la decontaminazione possono essere effettuate contemporaneamente all’eliminazione delle polveri. Il filtro a membrana in ceramica presenta i vantaggi di un’elevata resistenza alla temperatura, della resistenza alla corrosione, di una elevata resistenza meccanica, di una struttura stabile e di nessuna deformazione, e può realizzare la rigenerazione funzionale mediante "pulizia" multipla, lunga durata di vita, per cui è considerato una delle migliori scelte di rimozione della polvere da gas ad alta temperatura.

2 materiale ceramico per l’abbattimento delle polveri ad alta temperatura

La polvere ad alta temperatura contiene molti componenti comburenti e riducenti, composti metallici a basso punto di fusione e così via. Questo tipo di mezzo ha un certo effetto corrosivo sui materiali filtranti ad alta temperatura. Pertanto, la buona resistenza alle alte temperature e la temperatura chimica sono le condizioni di base degli elementi filtranti ceramici ad alta temperatura. Attualmente, i materiali ceramici di filtrazione ad alta temperatura sviluppati si dividono principalmente in due tipi: materiali ceramici a ossido, quali allumina, spinel, cordierite, mullite, ecc.; Materiali ceramici non ossidati, quali carburo di silicio, nitruro di silicio, ecc. Tra questi, il materiale di carburo di silicio presenta una buona conduttività termica, un’elevata resistenza, un basso coefficiente di espansione termica, una buona resistenza all’impatto termico e altri vantaggi.

3. Meccanismo di filtrazione di un filtro a membrana in ceramica

Per la filtrazione e la separazione del sistema gassolido, il meccanismo di rimozione delle polveri del filtro a membrana in ceramica è costituito principalmente da collisione inerziale, diffusione e intercettazione. Generalmente, la polvere con particelle più grandi è intrappolata perché le particelle sono più grandi dell’apertura della membrana. Durante il passaggio attraverso il microporo della membrana, la polvere di dimensione media è intrappolata dalla collisione inerziale e dal contatto con la parete del microporo. Le particelle più piccole sono intrappolate da un movimento browniano a contatto con la parete dei pori.

Il processo di depolverazione si articola principalmente in tre fasi:

Nella prima fase, il gas contenente polvere entra nel tubo di membrana ceramica e le particelle di polvere sono bloccate dallo strato di membrana. In questo momento, lo strato di membrana sulla superficie del tubo filtrante svolge un ruolo importante.

Nella seconda fase, con il processo di filtrazione, la polvere sulla superficie dello strato della pellicola aumenta e la massa filtrante si forma sulla superficie della pellicola. In questo processo, i pannelli filtranti svolgono un ruolo importante nel filtraggio del gas contenente polvere, migliorando In modo significativo l’efficienza di raccolta, che è anche la fase principale della filtrazione.

Nella terza fase, dopo un certo periodo di funzionamento, a causa dell’ispessimento continuo dello strato di panelli di filtrazione, la resistenza alla filtrazione aumenta, la velocità di filtrazione diminuisce e la perdita di pressione aumenta. In questo momento la polvere attaccata alla superficie del tubo filtrante deve essere eliminata nel tempo e il filtro a membrana in ceramica può essere rigenerato mediante gas di rigonfiamento in modo da ripristinarne la capacità di filtrazione. Va notato che il processo di pulitura della filtrazione su membrana ceramica dipende principalmente dallo strato di torta formato dal tubo di filtraggio. Durante il processo di pulizia e rigenerazione, una pulizia eccessiva riduce l’efficienza di filtrazione.

Le membrane di ceramica utilizzate per l’abbattimento delle polveri di gas ad alta temperatura possono non solo proteggere l’ambiente, ottenere una produzione pulita, ma hanno anche una vasta gamma di vantaggi economici. Di fronte ad un ambiente rigido di depolverazione a gas ad alta temperatura, l’applicazione di materiali ceramici porosi tradizionali è molto limitata. Pertanto, in futuro i ricercatori si concentreranno sullo sviluppo di membrane di ceramica ad alta temperatura con buona resistenza agli shock termici e ad alta temperatura, nonché sulla ricerca sulla filtrazione e sulla soffiatura inversa degli aeromobili. Al tempo stesso è necessario ottimizzare ulteriormente il processo di fabbricazione delle membrane di ceramica e ridurre i costi, in modo da realizzare quanto prima l’applicazione industrializzata delle membrane di ceramica nel settore della depolverazione ad alta temperatura.