Guangzhou, Guangdong, Chiny.

[email protected]

+86 135 3986 0818

Working Principle of Ceramic Fiber Filters

Understanding Ceramic Fiber Filtration: 17 Years of Field Experience

We’ve been designing and troubleshooting ceramic fiber filtration systems since 2008, and we’ve learned that successful operation depends on understanding three critical interactions: (1) the gas-particle-ceramic interface during filtration, (2) the dust cake formation and release cycle during pulse-jet cleaning, and (3) the thermal and chemical environment’s long-term effect on the ceramic structure. This page explains the working principle based on actual operating data from our 300+ installations, not just theoretical models from textbooks.

The most common mistake we see in failed ceramic filter installations (often supplied by competitors who don’t understand the technology) is improper pulse-jet cleaning system design. If the compressed air pressure is too low (<0.3 MPa), the dust cake doesn’t release completely and pressure drop climbs uncontrollably. If the pulse interval is too long (>60 seconds), the cake becomes too thick and compresses against the filter surface, making it harder to remove. If the pulse valve is undersized or the air receiver tank is too small, you get pressure droop during the pulse and incomplete cleaning. We specify 0.4–0.7 MPa pulse pressure, 10–30 second intervals (adjusted based on dust loading), and minimum 80-liter air receiver per 100 filter tubes to ensure reliable cleaning over the 10-year service life.

Filtr ceramiczny włóknisty bez katalizatora

Filtr gorącego gazu bez katalizatora

Dedusting:

The dedusting filter bin is divided into upper and lower parts. The lower part is the air inlet filter bin, and the upper part is the air outlet clean bin. The upper and lower bins are separated by a perforated fixing plate. The ceramic fiber filters are suspended vertically on the holes of the fixing plate. After the high temperature dusty gas enters into the air inlet filter bin, under the action of the high temperature induced draft fan, it goes through from the outside wall of the ceramic fiber filter into the inside filter, and then it is discharged from the inside filter to the air outlet clean bin(figure 1).

At this time, the dust in the gas will be blocked on the outside wall of the ceramic fiber filter, and the dust cake on the outside wall of the filter will become thicker and thicker. Only the clean gas could go through the wall of the filter into the inside filter (figure 2).

As the dust cake accumulates thicker and thicker on the outside wall of the ceramic fiber filter, the resistance of the filter will become larger and larger, and so does the internal and external pressure difference of the filter. At this time, the system will start backflush cleaning program. The compressed air will be blown back into the ceramic fiber filter. The dust cake on the outside wall of the filter will fall off(figure 3). Then the ceramic fiber filter can start a new round of dust removal procedures.

Please refer to the figure below:

Schemat zasady działania filtra z włókna ceramicznego: spaliny z pyłem przepływające przez świecowe elementy filtracyjne z czystym gazem na wylocie
Schemat przekroju filtra z włókna ceramicznego: po lewej filtracja warstwowa cząstek podczas pracy, po prawej usuwanie warstwy pyłu przez czyszczenie zwrotne

Why Fiber Diameter Control Matters: 3–5 μm is Not Arbitrary

The filtration precision of a ceramic fiber filter is determined primarily by the fiber diameter and the packing density (porosity). Finer fibers create smaller pore spaces between fibers, which capture smaller particles. However, there’s a trade-off: finer fibers are more fragile and harder to produce consistently, and they create higher pressure drop for the same porosity. Our automated fiber spinning line controls diameter to 3–5 μm with <5% standard deviation — this is the optimal range that gives us 1 μm filtration precision at reasonable pressure drop (100 Pa clean, 2,000–2,300 Pa operating) while maintaining mechanical strength (4 MPa tensile, 500 N radial crush) for pulse-jet cleaning.

Some competitors claim 1–2 μm fibers for “higher efficiency,” but in practice these ultra-fine fibers break during handling, shipping, and installation, creating weak points in the filter structure. We’ve tested samples from other suppliers and found fiber diameter variation of ±40% (versus our ±5%), which creates local weak spots that fail prematurely under thermal cycling and mechanical stress. Our 17 years of production experience has taught us that 3–5 μm diameter with tight process control delivers the best combination of filtration performance, mechanical durability, and manufacturing consistency.

Filtr ceramiczny włóknisty katalityczny

Desulfurization and de-acid gas(HCl/HF) 

Lime or NaHCO3 can be used to react with acid gas. The reactants (solid compounds) will be left on the outside wall of the filter when it goes through the filter, while the harmless gas will be discharged from the chimney. This process is similar to the dedusting process. The reaction equations are as follows:

NaHCO3+SO2=NaHSO3+CO2 (small amount of SO2)
NaHCO3+HCL= NaCl+CO2+H2O
NaHCO3+HF= NaF+CO2+H2O

Uwaga: In the actual working conditions, it is rare to have desulfurization alone. Usually, desulfurization and denitrification are carried out at the same time. At this case, the catalytic ceramic fiber filters are needed.

Denitrification:

The denitrification reaction could be accelerated by adding a catalyst to the wall of the ceramic fiber filter. With traditional technology, Liquid ammonia or Urea /CO(NH2)2 are added to react with NOx. The reaction formulas are as follows:

4NO+4NH3+O2 = 4N2+6H20
2NO2+4NH3+O2 = 3N2+6H20
4NO+2(NH2)2CO+O2 = 4N2+4H20+2CO2

Usuwanie dioksyn:

Katalizator w filtrze z włókna ceramicznego może nie tylko katalizować usuwanie tlenków azotu (NOx), ale także katalizować usuwanie dioksyn. Pod działaniem katalizatora dioksyny reagują z tlenem, tworząc nietoksyczne substancje, takie jak CO2, H2O i HCl. Równanie reakcji jest następujące:

C12HnCl8-nO2+(9+0.5n)O2→(n-2)H2O+12CO2+(8-n)HCl

Filtr ceramiczny włóknisty katalityczny
Zasada działania katalitycznego filtra z włókna ceramicznego: reakcje denitracji i usuwania dioksyn wewnątrz pokrytej katalizatorem rury filtracyjnej
Schemat przepływu systemu instalacji katalitycznego filtra z włókna ceramicznego z dodatkami NaHCO3 i NH3 do zintegrowanego odsiarczania i denitracji

ü Skuteczność usuwania pyłu do 99,9%

ü Skuteczność usuwania HCl do 97%

ü Skuteczność usuwania SOx do 95%

ü Skuteczność usuwania NOx do 95%

ü Skuteczność usuwania dioksyn do 97%

Wsparcie techniczne od inżynierów, którzy projektują filtry

Gdy kontaktujesz się z Anchor Technology z pytaniem technicznym dotyczącym zasady filtracji, projektowania systemu lub rozwiązywania problemów, rozmawiasz z tymi samymi inżynierami, którzy projektują i testują nasze filtry w naszym zakładzie w Guangzhou. Nasz zespół techniczny obejmuje naukowców zajmujących się materiałami, którzy optymalizują skład włókna ceramicznego, inżynierów mechaników, którzy projektują strukturę filtra i systemy czyszczenia pulsacyjnego, oraz inżynierów procesowych, którzy określają kompletny system odpylania dla Twojego zastosowania. Nie tylko sprzedajemy filtry — zapewniamy pełne wsparcie techniczne od wstępnej oceny wykonalności poprzez instalację, rozruch i długoterminową optymalizację wydajności.

Jeśli oceniasz filtrację z włókna ceramicznego dla nowego projektu lub rozwiązujesz problemy z istniejącą instalacją, skontaktuj się z naszym zespołem inżynierów pod adresem [email protected] lub WhatsApp +86 137 0305 0828. Przeanalizujemy Twoje warunki procesowe, skład gazu i wymagania dotyczące wydajności oraz przedstawimy uczciwą ocenę techniczną, czy filtry z włókna ceramicznego są właściwym wyborem — w tym przypadki, w których zalecamy inną technologię, ponieważ jest bardziej opłacalna dla Twojego konkretnego zastosowania.

Często zadawane pytania dotyczące zasady działania filtra ceramicznego

Worki filtracyjne opierają się głównie na filtracji głębokiej — cząstki wnikają w strukturę włókna i są zatrzymywane przez impakcję inercyjną i przechwytywanie w strukturze tkaniny. Oznacza to, że “filtr” to w rzeczywistości tkanina PLUS warstwa pyłu gromadząca się na powierzchni, a początkowa skuteczność (przed utworzeniem warstwy pyłu) jest stosunkowo niska. Filtry z włókna ceramicznego wykorzystują filtrację powierzchniową — sztywna porowata struktura o kontrolowanej średnicy włókna 3–5 μm i porowatości 75–82% wychwytuje cząstki na zewnętrznej powierzchni od pierwszej minuty pracy. Warstwa pyłu tworzy się na szczycie powierzchni ceramicznej (nie wewnątrz niej) i w rzeczywistości poprawia skuteczność filtracji w miarę narastania. Gdy uruchamiany jest impuls sprężonego powietrza (0,4–0,7 MPa), warstwa pyłu odrywa się czysto, ponieważ nigdy nie związała się ze strukturą włókna. Dlatego filtry ceramiczne utrzymują stabilną precyzję filtracji 1 μm od pierwszego dnia przez 10 lat, podczas gdy worki filtracyjne wykazują zmienność skuteczności w miarę zmiany obciążenia osadzonymi cząstkami w czasie.
Nasze filtry z włókna ceramicznego są zaprojektowane z grubością ścianki 15–35 mm specjalnie, aby wytrzymać siły czyszczenia pulsacyjnego. Włókno glinokrzemianowe jest spiekane w temperaturze 1 250°C, co tworzy wiązania ceramika-ceramika w punktach przecięcia włókien — nadaje to strukturze wytrzymałość na rozciąganie 4 MPa i odporność na zgniatanie promieniowe minimum 500 N. Ciśnienie impulsu 0,4–0,7 MPa jest przykładane jako krótka fala uderzeniowa (zwykle o czasie trwania 100–150 milisekund), która odkształca ściankę filtra na zewnątrz o około 2–3 mm, przełamując przyczepność między warstwą pyłu a powierzchnią ceramiczną. Warstwa pyłu odpada jako nienaruszone arkusze, zamiast być ponownie porywana jako drobne cząstki. Przetestowaliśmy filtry przez ponad 50 000 cykli impulsowych (co odpowiada 10 latom pracy w odstępach 30-sekundowych) bez mierzalnego pogorszenia skuteczności filtracji lub wytrzymałości mechanicznej.
Cząstki w zakresie 0,3–1 μm są wychwytywane ze skutecznością >95% poprzez kombinację mechanizmów: (1) przechwytywanie — cząstki podążające za liniami prądu gazu, które przechodzą w odległości jednego promienia cząstki od włókna, są wychwytywane przez siły van der Waalsa; (2) dyfuzja Browna — cząstki submikronowe podlegają przypadkowemu ruchowi w wyniku zderzeń z cząsteczkami gazu, co doprowadza je do kontaktu z włóknami nawet wtedy, gdy główny przepływ gazu by tego nie powodował; (3) filtracja warstwy pyłu — gdy na powierzchni filtra gromadzi się warstwa pyłu, działa ona jako dodatkowa warstwa filtracyjna o rozmiarach porów mniejszych niż podłoże ceramiczne. Poniżej 0,3 μm skuteczność spada do około 85–90%, ale ten zakres rozmiarów stanowi bardzo niewielką część całkowitej masy cząstek w większości procesów przemysłowych (pył cementowy, popiół lotny, dymy metalurgiczne to głównie cząstki 1–50 μm). Dla porównania, nasze badania prowadzone przez strony trzecie wykazują całkowitą skuteczność usuwania masy >99,9% nawet przy udziale rozkładu rozmiarów cząstek zawierającego 5% cząstek submicronowych.
Materiały ceramiczne są na ogół podatne na szok termiczny, ale nasz skład włókien glinokrzemianowych został specjalnie zaprojektowany pod kątem odporności na cykle termiczne. Struktura włókien zawiera mikroskopijne pory (o średnicy 5–10 μm) między poszczególnymi włóknami o średnicy 3–5 μm, które działają jako punkty odprężenia — gdy materiał rozszerza się lub kurczy pod wpływem zmian temperatury, te pory umożliwiają niewielki ruch włókien zamiast gromadzenia naprężeń mechanicznych, które powodowałyby pękanie. Przetestowaliśmy nasze filtry w ponad 1000 cykli termicznych od 25°C do 850°C (symulujących codzienne rozruchy i wyłączenia w procesach okresowych) bez żadnych uszkodzeń strukturalnych. Zalecany przez nas limit praktyczny to szybkość nagrzewania lub chłodzenia 200°C/minutę — przy szybszym tempie ryzykujesz pęknięcia termiczne, zwłaszcza jeśli strumień gazu ma lokalne zimne punkty spowodowane nieszczelnościami powietrza lub niepełnym wymieszaniem.
Prędkość filtracji powierzchniowej (nazywana również prędkością czołową lub stosunkiem gazu do tkaniny) to natężenie przepływu gazu podzielone przez całkowitą powierzchnię filtra. Zalecamy 2–5 cm/s (co odpowiada 0,02–0,05 m/s lub około 4–10 m³/min na m² powierzchni filtra), ponieważ ten zakres równoważy kilka czynników: (1) spadek ciśnienia — wyższa prędkość oznacza większy opór przepływu przez porowatą strukturę; (2) tworzenie się warstwy pyłu — przy zbyt niskiej prędkości pył nie tworzy jednolitej warstwy; przy zbyt wysokiej drobne cząstki przenikają przez warstwę, zanim zostaną zatrzymane; (3) skuteczność czyszczenia pulsacyjnego — warstwa musi być wystarczająco gruba, aby odrywać się płatami, a nie być ponownie porywana jako drobne cząstki. Jeśli przekroczysz 5 cm/s, spadek ciśnienia będzie rósł szybciej (zamiast stabilizować się na poziomie 2000–2300 Pa, może wzrosnąć do ponad 3000 Pa w ciągu kilku tygodni), a skuteczność filtracji spadnie z >99,9% do być może 99,5%, gdy drobne cząstki są przepychane przez warstwę pyłu. Możemy zaprojektować filtr dla wyższych prędkości do 7 cm/s, jeśli masz ograniczenia przestrzenne, ale wymaga to zaakceptowania wyższego spadku ciśnienia i nieco niższej skuteczności.
Punkt rosy kwasów to temperatura, w której gazy kwaśne (H₂SO₄, HCl, HF) zawarte w spalinach skraplają się w krople cieczy. W przypadku paliw zawierających siarkę wynosi ona zazwyczaj 130–180°C, w zależności od stężenia SO₃ i zawartości wilgoci. Jeśli temperatura gazu spadnie poniżej punktu rosy kwasów, na powierzchni filtra i ściankach obudowy tworzy się ciekły kwas. W przypadku filtrów ceramicznych głównym zagrożeniem nie jest samo włókno ceramiczne (które jest odporne na większość kwasów), lecz metalowe denka, ściana sitowa i obudowa — stężony kwas siarkowy szybko koroduje stal węglową. Rozwiązaniem jest utrzymywanie temperatury gazu co najmniej 20–30°C powyżej obliczonego punktu rosy kwasów w całym układzie filtracji. Możemy obliczyć dokładny punkt rosy dla składu Twojego gazu za pomocą korelacji Verhoffa-Banchero i zalecić minimalną temperaturę roboczą. W przypadku procesów, które muszą przebiegać w temperaturze bliskiej punktowi rosy lub poniżej niego (np. węgiel wysokosiarkowy z mokrym odsiarczaniem), oferujemy filtry z denkami ze stopu Hastelloy C-276 lub stali nierdzewnej 316L zamiast standardowej stali węglowej.

→ Zobacz nasze rury filtracyjne niekatalityczne i świece filtracyjne katalityczne do zastosowań przemysłowych.