針刺氈濾料及其應(yīng)用

孫志鉅 王北平 張金華

(1.浙江宇邦濾材科技有限公司，嘉興，314412;2.潔華控股股份有限公司，嘉興，314419)

針刺氈濾料及其應(yīng)用

孫志鉅1王北平2張金華1

(1.浙江宇邦濾材科技有限公司，嘉興，314412;2.潔華控股股份有限公司，嘉興，314419)

袋式除塵器的性能在很大程度上取決于制作濾袋的濾料特性。介紹了針刺氈濾料的過濾機(jī)理、優(yōu)良的過濾性能和表面處理方法，闡述了選用濾料時(shí)需要考慮的主要因素，并列舉了針刺氈濾料在實(shí)際工程中的應(yīng)用案例。

針刺氈濾料，袋式除塵器，應(yīng)用

作為過濾元件的濾袋是袋式除塵器的關(guān)鍵部件，袋式除塵器的除塵效率、排放氣體質(zhì)量濃度、阻力和使用壽命等都取決于制作濾袋的濾料特性。

1 濾料的品種及其過濾機(jī)理

濾料的品種很多。按濾料所用材質(zhì)可分為天然纖維濾料和合成纖維濾料。天然纖維如棉、麻、毛等，合成纖維如聚酯、間位芳香族聚酰胺、聚苯硫醚等纖維。按濾料的結(jié)構(gòu)可分為機(jī)織濾料和非織造濾料，機(jī)織濾料如208聚酯纖維絨布、729機(jī)織布等，非織造濾料如聚丙烯、聚酯、聚酰亞胺纖維等針刺氈。目前發(fā)展最快、應(yīng)用最多的濾料是針刺氈濾料。針刺氈濾料就是在基布的兩面覆以呈立體交錯(cuò)排列的纖維網(wǎng)或無基布的纖維網(wǎng)，經(jīng)壓實(shí)固定后用針刺機(jī)針刺而成的纖維呈立體結(jié)構(gòu)的濾料。針刺氈濾料具有孔徑小、過濾阻力低、透氣性好、處理能力強(qiáng)和捕捉效率高等特點(diǎn)。

不同結(jié)構(gòu)的濾料有不同的過濾機(jī)理。機(jī)織濾料由于其纖維表面孔隙的孔徑較大，且孔隙直通，必須建立一層較厚的粉塵初層，依賴粉塵初層的表面來過濾后續(xù)粉塵，進(jìn)行所謂外部“表面過濾”，其過濾效率為99.5%。而針剌氈濾料實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部深層過濾。針刺氈濾料具有內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)，孔的數(shù)量多且孔隙不直通，孔徑小，容塵量大，具有內(nèi)部深層過濾的作用。潔凈濾料通過篩濾，將大于其表面孔隙直徑的塵粒阻留于纖維層表面，而細(xì)小塵粒透入濾料內(nèi)部，部分塵粒通過彎曲通道穿透而出，部分塵粒則通過多種捕塵效應(yīng)黏附于濾料內(nèi)部深層，并形成新的捕塵體，開始與纖維共同參與對后續(xù)粉塵的過濾。當(dāng)纖維層中粉塵達(dá)到一定的容量后，后續(xù)的塵粒將沉積在纖維表面形成一層粉塵薄層。此粉塵層對后續(xù)粉塵起主要的過濾作用，后續(xù)粉塵將不斷在此粉塵層表面沉積，除塵效率不斷提高，其總的過濾效率可達(dá)99.99%以上。

針刺氈濾料表面覆一層聚四氟乙烯微孔薄膜，不僅能保護(hù)濾料不受化學(xué)腐蝕和油、水等的影響，而且能提高濾袋的過濾精度，實(shí)現(xiàn)表面過濾機(jī)理，覆膜針刺氈濾料的總過濾效率可達(dá)99.999 9%以上。近年來出現(xiàn)了以層狀復(fù)合、梯度變換以及采用超細(xì)纖維為表層的高效復(fù)合針刺氈面層過濾濾料。如高密面層梯度針刺氈，其各項(xiàng)性能較優(yōu)，基于微孔效應(yīng)，過濾效率已達(dá)99.97%，屬面層過濾濾料，過濾性能已接近覆膜濾料。

影響袋式除塵器除塵效率與排放氣體質(zhì)量濃度的主要因素不僅與濾料的特性有關(guān)，還與粉塵特性、清灰方式以及過濾風(fēng)速有關(guān)。

粉塵粒徑的大小直接影響除塵器的除塵效率與排放氣體質(zhì)量濃度。從同一濾料不同狀態(tài)下的分級除塵效率曲線(圖1)可以看出，濾料在不同狀態(tài)下的除塵效率均隨粉塵粒徑的增大而提高。

從圖1還可以看出，清灰時(shí)須掌握好清灰的力度和時(shí)間，特別在脈沖反吹時(shí)要調(diào)整好反吹的壓力和時(shí)間，不要讓粉塵初層受到破壞，以減少清灰后恢復(fù)過濾時(shí)所逸散的粉塵量。

圖1 濾料不同狀態(tài)下的分級除塵效率曲線

機(jī)織濾料在過濾初始階段，過濾風(fēng)速小有助于較快地建立粉塵初層，而過濾風(fēng)速大則粉塵初層建立較慢，排放氣體質(zhì)量濃度大。過濾風(fēng)速對針刺氈濾料的過濾效果影響較小，對覆膜濾料的過濾效果影響則更小。

圖2 針刺氈濾料斷面的電鏡掃描照片

圖2是聚酯纖維和聚酰亞胺纖維針刺氈兩種濾料在5 000倍電鏡掃描下的斷面照片，可清楚地看到針刺氈濾料具有的特殊的三維立體結(jié)構(gòu)。

2 針刺氈濾料的表面處理

針刺氈濾料品種繁多、性能優(yōu)良，但是為了進(jìn)一步改善性能，以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，一般都對其表面進(jìn)行后處理，即進(jìn)行表面處理。表面處理的方法有如下幾種:

(1)拉幅定型處理。針刺氈的拉幅定型是為了消除其加工過程中殘存的應(yīng)力，獲得穩(wěn)定的尺寸和平整的表面，以減少濾袋變形，降低伸長率，延長濾袋使用壽命。

(2)燒毛處理。利用煤氣燒毛，可將懸浮于濾料表面的纖毛燒掉，改善表面結(jié)構(gòu)，易于清灰。

(3)壓光處理。通過熱壓光可使針刺氈濾料表面光滑、平整、厚度勻稱、透氣均勻、易清灰。

(4)防水拒油處理。防水拒油處理有兩種方法。一種是用涂層的方法來防止濾料被水或油浸濕;另一種是反應(yīng)型處理法，使防水防油劑與纖維分子中某些基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，改變纖維與水、油的親和性能。

(5)涂層或浸漬處理。經(jīng)涂層或浸漬處理的針刺氈，表面光滑平整，耐化學(xué)腐蝕、防水防油、耐磨性能等均得到提高。這是被廣泛應(yīng)用的一種濾料表面處理方法。

3 濾料的選用

選用濾料時(shí)應(yīng)綜合考慮含塵氣體的特性以及達(dá)到環(huán)保要求的排放氣體質(zhì)量濃度等因素。

3.1 含塵氣體性能對濾料的要求

3.1.1 溫度

各種濾料有其限定的耐溫范圍，須針對被過濾的含塵氣體的溫度選擇相應(yīng)的濾料。對溫度高的含塵氣體要進(jìn)行降溫處理，對溫度低的含塵氣體則要防止結(jié)露。一般溫度不大于130℃的含塵氣體稱為常溫氣體，150～260℃的含塵氣體稱為高溫氣體。對高溫氣體可以直接選用高溫濾料進(jìn)行過濾或使氣體冷卻后選用常溫濾料過濾 ;對溫度有波動(dòng)的氣體要求其瞬時(shí)溫度峰值不得超過濾料的耐溫溫度的上限。

3.1.2 濕度

濕度指含塵氣體中水汽的含量。通常水汽含量大于8%或相對濕度大于80%的氣體稱為高濕氣體。高濕氣體會使濾袋表面的粉塵潤濕黏結(jié);吸水性粉塵當(dāng)溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)會引起結(jié)露糊袋;當(dāng)被過濾氣體高溫和高濕并存時(shí)，會影響濾料的耐溫性，尤其對由聚酯纖維、間位芳香族聚酰胺纖維和聚酰亞胺纖維等耐水解性能差的纖維制成的濾料影響更大。

3.1.3 腐蝕性

在各種工業(yè)爐窯和鍋爐煙氣中常常含有酸、堿、氧化劑和有機(jī)溶劑等多種化學(xué)成分，選用濾料時(shí)必須要考慮濾料的耐腐蝕性能;還須考慮各種耐高溫防腐蝕的針剌氈或復(fù)合針剌氈的性能會受溫度、濕度等多種因素的交叉影響。

3.1.4 可燃性與爆炸性

金屬冶煉和化工生產(chǎn)、煤粉制備過程中產(chǎn)生的煙塵往往具有可燃性和易爆性，其與氧或其他助燃性氣體形成的混合物若濃度處在爆炸極限范圍內(nèi)，遇火源即會燃燒或爆炸。過濾該類煙塵時(shí)適用的濾料為各種防靜電針剌氈和阻燃性針剌氈等。

3.1.5 超細(xì)粉塵

過濾含有粉塵直徑在1～2 μm以下細(xì)小微塵粒的氣體時(shí)，宜選用由較細(xì)、較短、卷曲和具有不規(guī)則截面的纖維制成的濾料，或者選用表面覆膜的濾料。

3.1.6 磨啄性粉塵

磨啄性粉塵的塵粒表面具有不規(guī)則的尖棱形，該塵粒對濾料的磨損較大。一般塵粒對濾料的磨損性與氣流速度的2～3.5次方和粒徑的1.5次方成正比，粒徑為90 μm左右的塵粒磨損性最大。鋁粉、硅粉、碳粉和燒結(jié)礦粉等都屬于高磨損性粉塵。過濾含該類塵粒的氣體時(shí)應(yīng)選用耐磨性好的濾料，不宜選用覆膜濾料。

3.2 袋式除塵器類型對濾料的要求

不同的袋式除塵器對濾料有不同的要求。袋式除塵器的清灰方式有多種，不同清灰方式所選用的濾料面密度不同。脈沖清灰方式強(qiáng)度大，濾料應(yīng)選用厚實(shí)耐磨、抗張力強(qiáng)的各類針剌氈和復(fù)合針剌氈，面密度在500～650 g/m2之間;或選用膨體玻纖布，面密度在800～900 g/m2之間;或選用玻纖針剌氈，面密度在850～1 050 g/m2之間。噴嘴反吹類清灰方式強(qiáng)度中等，如回轉(zhuǎn)反吹袋式除塵器，要求選用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐磨性好的針剌氈，如常溫聚酯纖維針剌氈，面密度在400～550 g/m2之間。分室反吹風(fēng)類清灰方式強(qiáng)度較弱，宜選用膨體玻纖布，面密度在800～900 g/m2之間。

4 針刺氈濾料在實(shí)際工程中的應(yīng)用案例

案例一:某鋼鐵廠，轉(zhuǎn)爐二次煙氣除塵，煙氣量79萬 m3/h，含塵質(zhì)量濃度 30 g/m3，煙氣溫度＜120℃。項(xiàng)目配備潔華控股股份有限公司生產(chǎn)的LCM940-2x7型除塵器，濾料選用550 g/m2的聚酯纖維針刺氈，過濾面積1.22萬m2，設(shè)計(jì)排放質(zhì)量濃度40 mmg/m3。2004年投產(chǎn)使用，經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)測中心測試，排放質(zhì)量濃度為29.9 mmg/m3。

案例二:某水泥廠，窯尾煙氣治理，煙氣量95萬m3/h，含塵質(zhì)量濃度80 g/m3，煙氣溫度150～200℃。項(xiàng)目配備潔華控股股份有限公司生產(chǎn)的LCMG615-2x14型除塵器，濾料選用經(jīng)過耐酸疏水表面處理(RH處理)的500 g/m2的聚酰亞胺針刺氈，過濾面積 17 218 m2，設(shè)計(jì)排放質(zhì)量濃度30 mmg/m3。2007年投產(chǎn)使用，經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)測中心測試，排放質(zhì)量濃度為8.67 mmg/m3。

案例三:某燃煤發(fā)電廠鍋爐尾氣處理，原使用電除塵器，因排放質(zhì)量濃度達(dá)不到國家排放標(biāo)準(zhǔn)之要求，決定將其改為袋式除塵器。潔華控股股份有限公司承擔(dān)了全部改造工程。除塵器選用JGD-6270型電改袋除塵器，煙氣量34.5萬m3/h，含塵質(zhì)量濃度800 g/m3，煙氣溫度＜180℃。濾料選用經(jīng)防水防油處理的570 g/m2的聚苯硫醚針刺氈，過濾面積6 270 m2，設(shè)計(jì)排放質(zhì)量濃度40 mmg/m3。2006年改造完成并投產(chǎn)使用，4年來運(yùn)行穩(wěn)定、除塵效果好，排放濃度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

隨著社會的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，人們對濾料的性能提出了更高的要求，如要求阻力低、過濾風(fēng)速高和耐受溫度高。國內(nèi)外開發(fā)的觸媒涂層、納米材料、光催化等新技術(shù)和新材料的應(yīng)用，使濾料具有除塵與廢氣凈化的雙重功能，從而使袋式除塵器在有害、有毒廢氣凈化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍得到了更大的拓展，針刺氈濾料的使用量和對其性能的要求也隨之提高。

Needle-punched filter media and its application

Sun Zhiju1，Wang Beiping2and Zhang Jinhua1
(1.Zhejiang Yubang Filter Technology Co.，Ltd.; 2.Jiehua Holdings Co.，Ltd.)

The property of bag-house duster is determined by filter media character to a great extent.The filtration mechanism and good filtration performance and surface treatment method of needle-punched filter media were introduced.It is demonstrated that which key factors should be considered on selection of filter media and the application example in practice engineering were listed.

needle-punched filter media，bag-house duster，application

TS176.5

B

1004－7093(2010)09－0041－04

2010－08－02

孫志鉅，男，1967年生，總經(jīng)理。多年來從事紡織和濾料方面的研發(fā)和生產(chǎn)工作。