金属过滤材料在高温除尘中的应用与发展

王凡 刘冠颖 杨军军 王浩 郭辉进 陈利军

王凡, 刘冠颖, 杨军军, 王浩, 郭辉进, 陈利军. 金属过滤材料在高温除尘中的应用与发展[J]. 粉末冶金技术, 2018, 36(3): 230-238. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2018.03.012
引用本文: 王凡, 刘冠颖, 杨军军, 王浩, 郭辉进, 陈利军. 金属过滤材料在高温除尘中的应用与发展[J]. 粉末冶金技术, 2018, 36(3): 230-238. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2018.03.012
WANG Fan, LIU Guan-ying, YANG Jun-jun, WANG Hao, GUO Hui-jin, CHEN Li-jun. Application and development of metal filter materials in high-temperature gas filtration[J]. Powder Metallurgy Technology, 2018, 36(3): 230-238. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2018.03.012
Citation: WANG Fan, LIU Guan-ying, YANG Jun-jun, WANG Hao, GUO Hui-jin, CHEN Li-jun. Application and development of metal filter materials in high-temperature gas filtration[J]. Powder Metallurgy Technology, 2018, 36(3): 230-238. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2018.03.012

金属过滤材料在高温除尘中的应用与发展

doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2018.03.012
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    通讯作者:

    王凡, E-mail: wangfan@atmcn.com

  • 中图分类号: TF125;TQ028.2

Application and development of metal filter materials in high-temperature gas filtration

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  • 摘要: 介绍了Fe3Al金属间化合物过滤材料在洁净煤工业装置中的飞灰过滤器、310S合金滤芯在石油炼化S Zorb工艺中的反应器过滤器以及Hastelloy X合金滤芯在化工工艺活化炉过滤器中的应用情况,分析了金属过滤材料的耐温性、耐蚀性、抗热震性、可加工性和强度等性能。结果表明:在高温除尘介质过滤应用上,金属过滤材料比陶瓷材料具有更好的适应性和优越性。结合国家能源与环保产业发展战略与规划,预测了金属过滤材料将在金属与无机非金属复合过滤材料、高通量金属过滤膜材料等方向的突破与革新。
  • 图  1  壳牌煤气化工艺流程示意图

    Figure  1.  Coal gasification process flow of Shell

    图  2  飞灰激光粒度分析

    Figure  2.  Laser particle size analysis of fly ash

    图  3  水样中的固体颗粒含量(质量分数)

    Figure  3.  Solid particle content of water samples by mass

    图  4  Fe3Al金属滤芯实际流量–压差运行曲线

    Figure  4.  Flow and pressure of Fe3Al intermetallic compound filter material

    图  5  使用后的滤芯宏观形貌

    Figure  5.  Macromorphology of the used filters

    图  6  滤芯表面飞灰激光粒度

    Figure  6.  Laser particle size distribution of fly ash on filter surface

    图  7  S Zorb工艺流程图[11]

    Figure  7.  Flow diagram of S Zorb process[11]

    图  8  国产ME101滤芯过滤器处理量与压差的变化

    Figure  8.  Processing capacity and pressure of domestic ME101 work filter

    图  9  国产ME101滤芯过滤器2~5个月处理量与压差的变化

    Figure  9.  Processing capacity and pressure of domestic ME101 work filter in 2~5 months

    图  10  活化炉过滤器工作原理示意图

    Figure  10.  Working principle diagram of activation furnace filter

    图  11  高温合金滤芯(a)和组件(b)宏观形貌

    Figure  11.  Macro-appearances of superalloy filters (a) and components (b)

    表  1  壳牌煤气化装置合成气气体组分(体积分数)

    Table  1.   Syngas composition of Shell coal gasification device   %

    H2 N2 CO CO2 CH4 O2 + Ar H2S
    20.90 16.19 60.68 1.97 0.01 0.18 0.04
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    表  2  不同状态滤芯样品的孔径与渗透性

    Table  2.   Pore size and permeability of different filters

    样品状态与编号 孔径/ μm 渗透率/ [m3·(m2·Pa·min)-1]
    最小 平均 最大
    新滤芯 1# 6.41 6.50 36.63 1.51×10-3
    2# 6.28 6.33 38.44 1.65×10-3
    清洗一次的滤芯 1# 4.42 9.52 36.34 1.28×10-3
    2# 4.47 9.07 35.46 1.21×10-3
    清洗两次的滤芯 1# 4.36 8.76 38.13 1.55×10-3
    2# 6.28 6.34 34.19 1.46×10-3
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    表  3  不同种类滤芯的压溃强度

    Table  3.   Crushing strength of different filters

    样品编号 新金属滤芯1# 新金属滤芯2# 清洗一次后的金属滤芯1# 清洗一次后的金属滤芯2# 清洗两次后的金属滤芯1# 清洗两次后的金属滤芯2# 陶瓷1# 陶瓷2#
    压溃强度/ MPa 67 66 62 60 56 61 28 26
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    表  4  不同种类滤芯的抗弯疲劳强度

    Table  4.   Bending fatigue strength of the different types of filters

    滤芯种类 样品类型 最大断裂力/ N 断裂部位
    新金属滤芯 焊缝端 306 紧邻焊缝的焊接热影响区
    清洗一次后的金属滤芯 焊缝端 298 紧邻焊缝的焊接热影响区
    清洗两次后的金属滤芯 焊缝端 279 紧邻焊缝的焊接热影响区
    清洗后的陶瓷滤芯 异型端 206 靠异型端圆弧底部的直管2 mm处
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    表  5  S Zorb装置ME101过滤器工艺参数[13]

    Table  5.   Filter parameters of ME101 in S Zorb device[13]

    气体性质 进口压力/ kPa 进口温度/ ℃ 进口密度
    / (kg·m-3)
    进口流量
    / (m3·min-1)
    吸附剂含量
    / (grain·m-3)
    吸附剂密度
    / (kg·m-3)
    吸附剂粒径范围/ μm 颗粒平均粒径/ μm
    烃蒸气 2944 441 38.25 64.09 9887 1906 0~100 25
    氢气 2745 371 1.94 19.54 9887 1906 0~100 25
    氮气 1310 371 7.33 27.70 9887 1906 0~100 25
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    表  6  国产与进口ME101工作滤芯的孔隙特性与压溃强度

    Table  6.   Pore characteristics and crushing strength of domestic and imported ME101 work filter

    滤芯种类 孔径/ μm 渗透率/ [m3·(m2·Pa·min)-1] 孔隙率/ % 压溃强度/ MPa
    最大 平均 最小
    国产工作滤芯 9.24 7.48 7.33 1.25×10-3 37.3 178.0
    进口工作滤芯 9.93 7.40 7.26 1.16×10-3 37.2 123.5
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    表  7  国产与进口工作滤芯管体及焊缝的拉伸性能

    Table  7.   Tensile properties of domestic and imported filter and weld

    测试件 抗拉强度/ MPa 延伸率/ %
    进口滤芯管体 123 9.7
    进口滤芯焊缝 126 10.1
    国产滤芯管体 132 11.2
    国产滤芯焊缝 135 10.8
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    表  8  典型高温活化炉过滤器设计条件和技术参数

    Table  8.   Design conditions and technical parameters of typical high temperature activation furnace filter

    工艺气体 过滤能力 设计温度/ ℃ 操作温度/ ℃ 设计压力/ MPa 操作压力/ MPa 过滤介质
    空气/氮气+ 催化剂颗粒 最大301 kg·h-1 982 15.5~982 0.034 0.00686 催化剂粉末
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    表  9  高温合金滤芯的孔隙特性及压溃强度

    Table  9.   Pore characteristic and crushing strength of superalloy filters

    孔隙率/ % 渗透率/
    [m3·(m2·Pa·min)-1]
    孔径/ μm 压溃强度/ MPa
    平均 最大
    30~35 ≥2.5×10-3 19~23 28~33 ≥200
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  • 收稿日期:  2017-10-08
  • 刊出日期:  2018-06-27

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