随着工业进(jin)程的(de)不断(duan)加快，工业生产排(pai)放(fang)的(de)高温烟气(qi)粉(fen)尘也对(dui)环(huan)境造成了影响。为了减少有(you)害粉(fen)尘的(de)排(pai)放(fang)，就(jiu)需要采用“高温气(qi)体(ti)(ti)除尘技(ji)术”。
高温气体(ti)(ti)(ti)除尘技(ji)术是指在(zai)高温条件下（>260 ℃）进行气体(ti)(ti)(ti)净化(hua)的(de)烟气气固分离技(ji)术。净化(hua)后的(de)气体(ti)(ti)(ti)可以直(zhi)接进行换热，有效利(li)用(yong)气体(ti)(ti)(ti)中的(de)物理显热和化(hua)学潜热，最大效率地(di)利(li)用(yong)能(neng)源。因此，它已(yi)成为电力和能(neng)源等(deng)高温工(gong)业和过滤行业的(de)的(de)重要研究课(ke)题。
目(mu)前(qian)，高温气体过(guo)滤的(de)关键技术(shu)之一为(wei)高温过滤(lv)用多孔陶(tao)瓷材料(liao)，它也(ye)是(shi)(shi)目(mu)前在(zai)高温(wen)烟气过滤方面实际使用最多(duo)的(de)滤材(cai)——这(zhei)是(shi)(shi)由于陶瓷材(cai)料在(zai)高温(wen)条件(jian)(jian)下(xia)，耐腐蚀、抗磨损(sun)、化学性质稳定，且过滤精(jing)度高。这(zhei)些优势(shi)使它能够(gou)承(cheng)受(shou)苛刻的(de)工业条件(jian)(jian)，逐渐成(cheng)为重要的(de)高温(wen)气体过滤材(cai)料之一(yi)。
多孔(kong)陶瓷材料
一、为什么选择碳化硅？
高温烟气除尘用陶(tao)瓷膜过(guo)滤材料主要由两个(ge)部分构(gou)成，即陶(tao)瓷膜和支撑体(ti)，它们(men)起到的作用分别如(ru)下：
（1）陶(tao)瓷(ci)膜：陶(tao)瓷(ci)膜很(hen)薄(bo)，附着在支(zhi)撑体外表面上(shang)，仅100~200μm厚，对高温含尘(chen)烟气的(de)过滤精度(du)起着决定性作用(yong)。除需具(ju)有(you)较(jiao)高的(de)孔隙(xi)率(lv)和(he)机械强度(du)，同时还需与支(zhi)撑体有(you)良好的(de)结合强度(du)、相匹(pi)配的(de)热膨胀(zhang)系(xi)数，以防止在使用(yong)时陶(tao)瓷(ci)膜出现开(kai)裂，甚至剥落。
（2）支(zhi)撑体：支(zhi)撑体可(ke)为(wei)陶(tao)瓷膜提供可(ke)靠的(de)机(ji)械(xie)强度，能够承(cheng)受(shou)多次较高压(ya)力反吹(chui)“清洗”而(er)不(bu)破碎，同(tong)时(shi)还需要(yao)耐受(shou)高温烟(yan)气中酸、碱环境的(de)腐蚀。另外，支(zhi)撑体作为(wei)陶(tao)瓷过滤材料中的(de)重要(yao)部(bu)分(fen)，需要(yao)有较大的(de)孔(kong)径和(he)较高的(de)孔(kong)隙率(lv)，同(tong)时(shi)具有较窄(zhai)的(de)孔(kong)径分(fen)布以降低(di)过滤压(ya)降。
目前，已报(bao)道开发(fa)的陶瓷(ci)(ci)过滤材料(liao)可分(fen)为(wei)：氧(yang)(yang)化(hua)物多(duo)孔陶瓷(ci)(ci)及非氧(yang)(yang)化(hua)物陶瓷(ci)(ci)。但(dan)是氧(yang)(yang)化(hua)物多(duo)孔陶瓷(ci)(ci)材料(liao)（、堇青石、莫来石等）应对苛刻的工(gong)业环境时或(huo)多(duo)或(huo)少都(dou)存在一些不足，如氧(yang)(yang)化(hua)铝陶瓷(ci)(ci)热(re)膨(peng)胀系数较(jiao)高导致(zhi)抗热(re)冲击性(xing)较(jiao)差、堇青石陶瓷(ci)(ci)机械(xie)性(xing)能较(jiao)差，耐(nai)腐蚀性(xing)也(ye)较(jiao)差等。
碳(tan)化硅粉
而(er)综合考虑热导率、热膨胀性(xing)、高温强度与抗蠕变性(xing)等物理性(xing)能(neng)，与Si3N4、Al2O3等其(qi)他陶(tao)瓷材料相比(bi)，SiC具有较好的(de)高温应(ying)用优势。因此，碳(tan)化硅(gui)多孔陶瓷(ci)被认为是高温过滤应用(yong)中最具有(you)潜力的材料。
二、工作机制及性能要求(qiu)
下图(tu)是(shi)碳化硅陶(tao)(tao)瓷(ci)膜过滤(lv)管的(de)(de)(de)宏观形貌(mao)图(tu)。它有两个重要的(de)(de)(de)组(zu)成部分，即由大尺(chi)寸碳化硅颗粒制备的(de)(de)(de)涂覆膜载体和由小尺(chi)寸陶(tao)(tao)瓷(ci)颗粒制备的(de)(de)(de)一层(ceng)或多层(ceng)陶(tao)(tao)瓷(ci)膜，它是(shi)具有非对称过滤(lv)结构的(de)(de)(de)多孔陶(tao)(tao)瓷(ci)。该结构的(de)(de)(de)优点在(zai)于确保了足够的(de)(de)(de)过滤(lv)效率(lv)和过滤(lv)精度(du)，并且因(yin)为大的(de)(de)(de)孔径较低(di)过滤(lv)压(ya)降，同(tong)时也降低(di)了能量的(de)(de)(de)能耗。
多孔碳化(hua)硅陶(tao)瓷过滤管(guan)
在高温(wen)陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)过(guo)(guo)(guo)滤(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)器的(de)工(gong)作过(guo)(guo)(guo)程(cheng)中（过(guo)(guo)(guo)滤(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)器结(jie)构如下图所示），高温(wen)含(han)尘(chen)烟(yan)气(qi)会(hui)从(cong)入(ru)口进(jin)(jin)入(ru)过(guo)(guo)(guo)滤(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)器并(bing)在外(wai)(wai)加(jia)压(ya)力下从(cong)多孔陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)过(guo)(guo)(guo)滤(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)管(guan)的(de)外(wai)(wai)壁(bi)(bi)流向内(nei)壁(bi)(bi)，这个过(guo)(guo)(guo)程(cheng)中烟(yan)气(qi)里的(de)尘(chen)粒(li)被挡(dang)在陶(tao)瓷(ci)(ci)管(guan)膜(mo)外(wai)(wai)壁(bi)(bi)，而从(cong)内(nei)壁(bi)(bi)流出的(de)即(ji)为净净的(de)热(re)气(qi)体。随(sui)着过(guo)(guo)(guo)滤(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)次(ci)数和时间的(de)增(zeng)加(jia)，陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)外(wai)(wai)壁(bi)(bi)上的(de)灰(hui)饼(bing)厚度(du)会(hui)持续增(zeng)加(jia)，过(guo)(guo)(guo)滤(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)器内(nei)壁(bi)(bi)和外(wai)(wai)壁(bi)(bi)两侧的(de)过(guo)(guo)(guo)滤(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)压(ya)降随(sui)之增(zeng)大，当达到设定数值时，系统将由反(fan)吹装置(zhi)进(jin)(jin)行(xing)脉冲(chong)(chong)反(fan)吹清灰(hui)，通过(guo)(guo)(guo)注(zhu)入(ru)高压(ya)气(qi)体出去(qu)外(wai)(wai)壁(bi)(bi)上的(de)灰(hui)饼(bing)。在周(zhou)期(qi)性(xing)脉冲(chong)(chong)反(fan)吹过(guo)(guo)(guo)程(cheng)中，由于注(zhu)入(ru)的(de)高压(ya)气(qi)体远低于含(han)尘(chen)烟(yan)气(qi)的(de)温(wen)度(du)，因此多孔陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)过(guo)(guo)(guo)滤(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)管(guan)需要经受周(zhou)期(qi)性(xing)的(de)热(re)冲(chong)(chong)击、冷(leng)冲(chong)(chong)击同时还有内(nei)外(wai)(wai)壁(bi)(bi)的(de)过(guo)(guo)(guo)滤(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)压(ya)差。这反(fan)映(ying)了陶(tao)瓷(ci)(ci)膜(mo)过(guo)(guo)(guo)滤(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)管(guan)的(de)机械强度(du)和抗热(re)震(zhen)性(xing)能的(de)重要性(xing)。
以陶瓷膜管(guan)为核心器件的高温(wen)除尘过滤(lv)器示意图(tu)
（结构组成(cheng)为：1、壳体(ti)；2、保温隔热(re)(re)层(ceng)；3、清(qing)灰(hui)器(qi)；4、换(huan)热(re)(re)管(guan)；5、陶(tao)瓷膜过滤管(guan)；6、换(huan)热(re)(re)介质(zhi)出口(kou)；7、测(ce)温热(re)(re)电偶；8、出烟(yan)口(kou)；9、花板；10、盖板；11、反(fan)吹气体(ti)管(guan)道；12、反(fan)吹控制阀；13、反(fan)吹喷嘴；14、密(mi)封(feng)垫(dian)；15、换(huan)热(re)(re)介质(zhi)入(ru)口(kou)；16、进烟(yan)口(kou)；17、卸灰(hui)阀）
另外，由(you)于(yu)高温烟气性(xing)质复杂，其中固体颗粒物可能含有多种元(yuan)素（如钠、钾(jia)、钙、铁、铝、硅等）的(de)氧化物和硫化物等，需(xu)要(yao)多孔陶瓷膜过滤管在(zai)高温环境下具有良好的(de)抵御化学侵蚀的(de)能力(li)。
三、过滤用碳(tan)化(hua)硅多孔陶瓷(ci)的(de)制备要点
影响陶(tao)瓷膜强度的高低有(you)众多影响因素，若把范围局限在多孔陶(tao)瓷的微观结构中，则“孔隙率”是(shi)最重要的，其次(ci)还(hai)有孔隙率、孔径形状、大小、分布等。
大量(liang)研究表(biao)明，强(qiang)度和孔(kong)(kong)(kong)(kong)隙率(lv)属于竞争关系，但多孔(kong)(kong)(kong)(kong)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)(de)强(qiang)度随气孔(kong)(kong)(kong)(kong)率(lv)增(zeng)加而下降的(de)(de)(de)速度在(zai)不(bu)同的(de)(de)(de)多孔(kong)(kong)(kong)(kong)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)结构中(zhong)是不(bu)一样的(de)(de)(de)，例如，由颗粒状(zhuang)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)粉料烧结而成的(de)(de)(de)多孔(kong)(kong)(kong)(kong)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)强(qiang)度随着(zhe)孔(kong)(kong)(kong)(kong)隙率(lv)的(de)(de)(de)增(zeng)加，呈现指数方(fang)式的(de)(de)(de)衰(shuai)减过程；而采用生物模板(ban)法制(zhi)(zhi)备(bei)(bei)的(de)(de)(de)多孔(kong)(kong)(kong)(kong)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)(de)强(qiang)度随孔(kong)(kong)(kong)(kong)径方(fang)向具有很强(qiang)的(de)(de)(de)取(qu)向性，这不(bu)同于颗粒堆积制(zhi)(zhi)备(bei)(bei)的(de)(de)(de)多孔(kong)(kong)(kong)(kong)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)，如何协(xie)调(diao)强(qiang)度和孔(kong)(kong)(kong)(kong)隙率(lv)是制(zhi)(zhi)备(bei)(bei)工艺的(de)(de)(de)关键(jian)所(suo)在(zai)。
目前，多(duo)(duo)(duo)(duo)孔SiC陶(tao)瓷主要(yao)(yao)通(tong)过复制(zhi)(zhi)、发泡和(he)(he)添加造(zao)孔剂的方法制(zhi)(zhi)备，不同的加工方法开发应用于不同的工业领域和(he)(he)使用环(huan)境，以满足孔隙(xi)率、孔径大小和(he)(he)连通(tong)度(du)(du)的要(yao)(yao)求。然而由(you)于多(duo)(duo)(duo)(duo)孔SiC陶(tao)瓷的烧结温度(du)(du)至少(shao)在1600℃以上，因此要(yao)(yao)推广普(pu)及多(duo)(duo)(duo)(duo)孔SiC陶(tao)瓷的使用，关键(jian)是如何(he)降低(di)其制(zhi)(zhi)备温度(du)(du)从而降低(di)成本，目前业内多(duo)(duo)(duo)(duo)通(tong)过原(yuan)位反应(ying)键合技术来实现低(di)温(wen)制备的(de)(de)目的(de)(de)。
