陶瓷過濾元件按陶瓷的微孔結構可分為均質陶瓷和復合膜層陶瓷,復合膜層結構包括雙層和多層結構。雙層結構是由微孔孔徑較大的支撐層和孔徑相對較小的膜過濾層組成,這種結構克服了傳統陶瓷過濾元件壓力損失高、過濾效率低的問題,實現了表面過濾,是近些年來開發應用最為典型的
一種結構形式。
按形狀又可分為試管式和錯流式片狀2種結構,試管式過濾器是一種形如試管的陶瓷過濾管,工業上用多個試管式過濾元件組成多層試管式過濾器,如圖1所示。含塵氣體從下部進入過濾器,由管外部穿過陶瓷壁而實現過濾,捕集下來的顆粒落入灰斗中。當穿過陶瓷管的壓降因粉塵粘在陶瓷管外壁而逐漸增加到一定值后,需用高壓空氣脈沖反吹,實現了在線清灰。試管式過濾器的管板與過濾器壁的連接涉及到密封、熱膨脹等問題,因此管板上的布管必須考慮到管板強度、濾管之間的粉塵夾帶和粉塵架橋等問題。
復合膜層結構中膜層的孔隙率、厚度及孔徑大小對過濾元件的過濾性能有著重要的影響。通過重復噴涂可得到多層表面過濾薄膜,提高過濾效率,但是重復噴涂的熱處理成本很高[1]。文獻[2]提出了一種混合燒結雙分子層α-氧化鋁薄膜技術,試驗結果顯示這種薄膜具有更好、更穩定的滲透率,而且能夠很好地承受高壓脈沖。
由3M公司生產的CVI-SiC復合型過濾管由3層結構組成[3]:外層過濾層、中間纖維層和構成過濾器支撐基體的纖維內層。在外層過濾層和中間纖維層內部沉積著約1~2μm的碳化硅顆粒,而在內層纖維層沉積有約100μm的碳化硅。
CVI-SiC的氧化穩定性和表面涂層的穩定性,及Nextel或Nicalon纖維在高溫氧化性環境中的應用穩定性是纖維纏繞和纖維強化CVI-SiC或者SiC-SiC復合型試管式過濾元件存在的問題。文獻[4]關于多孔SiC基陶瓷過濾器除塵研究結果顯示:該除塵器的除塵效率達99。99%;支撐層孔隙率越高,脈沖反吹清灰效率也越高;含有氧化鋁添加劑的多孔過濾器管有更好的耐腐蝕性。碳化硅質過濾材料雖然強度和熱穩定性較好,但存在高溫介質氧化和腐蝕、層間接觸面的穩定性等問題。文獻[5]對SiC質過濾管的穩定性做了研究,實驗結果顯示:高溫、水蒸氣和氣態鈉等不利因素會引起過濾器微觀結構的改變,影響其機械強度,造成粘合劑的結晶化和SiC的氧化。在870℃高溫條件下,水蒸氣和氣態鈉會引起SiC顆粒的氧化和粘合劑的結晶化,這種微觀結構上的改變降低了過濾器的機械強度。在實際的操作條件下,微觀結構的改變所引起的熱應力和機械應力的下降會導致機械強度的持續退化。