耐高溫除塵過濾材料的研發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

趙梅玉　高超　張子軒

本文探討了耐高溫除塵過濾設(shè)備及防酸過濾材料的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了耐高溫除塵過濾材料的性能和特點，同時展望了耐高溫除塵過濾材料發(fā)展趨勢，以期為相關(guān)研究提供參考。

耐高溫;靜電除塵;抗氧化性能

伴隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，當前排放高溫?zé)煔獾男袠I(yè)如鋼鐵、冶金、熱電廠以及水泥生產(chǎn)等，其高溫除塵工藝相比于常溫除塵，更復(fù)雜，難度更大，同時較高的溫度可能導(dǎo)致煙氣以及粉塵的性能發(fā)生變化。

目前在機械式的高性能除塵設(shè)備中已經(jīng)出現(xiàn)了單級和雙級的旋風(fēng)除塵器，該設(shè)備原理是高速旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生較大風(fēng)速，進而生成離心慣性力和不同的線速度差，此時高溫氣流中的粉塵顆粒能夠被有效去除。如今市場上有很多廢氣排放企業(yè)，運用旋風(fēng)除塵器，主要是因為這種除塵器的運行成本不高，而且該設(shè)備的結(jié)構(gòu)也比較簡單。該設(shè)備的缺點是在運行過程中，對顆粒物施加的慣性力比較低。其對于粒徑為5～10 μm的顆粒沒有除塵效果。在此條件下，很多細微的顆粒隨著高溫氣流排放到大氣環(huán)境中。將設(shè)備的顆粒載荷范圍設(shè)置在0.01%～0.03%之間，能夠優(yōu)化去除高溫氣流粉塵顆粒的效果。

早在20世紀的60年代，靜電除塵器就被應(yīng)用于高溫高壓的環(huán)境中，以美國為例，目前正展開對壓力達1.0 MPa靜電除塵設(shè)備的研究，設(shè)備的最高除塵溫度是900 ℃。當溫度處于600～800 ℃時，設(shè)備對粒徑小于10 μm的顆粒物除塵率為99.6%。在所捕獲的顆粒中，大約有20%的顆粒，粒徑小于3 μm。將該技術(shù)投入到實際應(yīng)用中還需進一步研究。研究發(fā)現(xiàn)其現(xiàn)存問題有熱膨脹性能差、設(shè)備使用壽命不長、設(shè)備用電不穩(wěn)定、對廢氣成分過于敏感、設(shè)備運行不穩(wěn)定等。由此可見該技術(shù)目前還不夠成熟，無法投入到工業(yè)化應(yīng)用中。

在研究過程中，通常會分析都市廢棄物焚化爐和煤燃燒后的高溫?zé)煔?。就都市廢棄物焚燒爐和燃煤鍋爐中典型的煙道氣體而言，其成分有氯化氫，硫化物、氮化物、氟化氫，除此之外還含有一定量的水分、氧氣和粉塵。通常情況下，進入到除塵箱之后，氣體溫度在100～200 ℃范圍內(nèi)。在開發(fā)過濾材料工作中，需考慮產(chǎn)品的耐高溫性能，耐酸性氣體腐蝕性能。面向燃煤鍋爐高溫?zé)煔獬龎m，研發(fā)耐高溫防酸過濾材料。

選擇的第一種原材料是普抗纖維，其特點是有較強的耐酸、堿、水解性能。該材料的含氧量接近10%，需要在170 ℃的環(huán)境中使用。選用的第二種材料是P84纖維，耐熱溫度為250 ℃，特點是耐酸、堿，有著比普抗纖維更好的抗氧化能力。選用的第三種材料是PTFE纖維，該材料對各種化學(xué)腐蝕性能都有較強的抵抗性，可以在溫度持續(xù)為250 ℃的環(huán)境中發(fā)揮作用。選用的第四種材料是進口防酸處理劑。

在試制環(huán)節(jié)，選用普抗纖維和PTFE兩種纖維材料，采用的生產(chǎn)工藝是非織造布生產(chǎn)和纖維復(fù)合混紡工藝。將纖維材料制作成為基布，之后再用特殊方式進行處理。按照規(guī)范步驟實現(xiàn)成氈，先開松兩塊纖維，再混合、梳理、成網(wǎng)。之后的環(huán)節(jié)是針刺、后處理。在后處理過程中，要滿足不同產(chǎn)品的不同需求，采用普通型和特殊型的處理方式。就普通型的處理方式而言，是先熱定，再燒毛，最后再熱定。特殊型的處理方式是先熱定，再燒毛，之后進行PTFE防酸處理，最后再熱定。

通常情況下，使用PPS材料的溫度是170 ℃，溫度最高為190 ℃。在燃煤鍋爐運行狀態(tài)不穩(wěn)定情況下。煙氣在進入除塵器之后，溫度就會發(fā)生波動。甚至有時會超過PPS過濾材料所能承受的極限。按一定比例將P84材料加入到過濾材料中，。由于P84纖維材料有著較強的耐高溫性能，能達到250 ℃。因此即便瞬時溫度高于190 ℃，過濾材料的性能也不會受到很大影響。

P84材料的截面是不規(guī)則的，實際面積略大于表面積。因此該材料具備較強的捕捉粉塵能力，尤其是在捕捉超細粉塵方面。PPS纖維的優(yōu)勢是具有很好的耐水解、耐酸堿性能力，該材料的劣勢是沒有較強的抗氧化性能。所以必須要對PPS過濾材料有一定的限制，在含氧量過高的情況下，已經(jīng)超過PPS過濾材料所能承受的范圍。此外由于溫度比較高，此時過濾材料的強力將會受到很大影響。需要向過濾材料中加入一些P84纖維，使得PPS抗氧化性能較差的缺陷得到有效彌補。

應(yīng)用PPS和PTFE材料制作長絲復(fù)合基布過濾材料，此時基布的經(jīng)緯向密度也會有所提高。相比于普通的PPS過濾材料，合成的過濾材料各項指標都更好。當經(jīng)過了兩次高溫?zé)岫ㄐ椭?，過濾材料的強力將得到進一步提高，其氣布比將會達到1.5 m3/（㎡·min）。這一標準符合大型燃煤鍋爐袋式除塵器設(shè)計的標準要求。

從近幾年的發(fā)展情況來看，覆膜濾料的主要形式是“表面過濾”，這能夠有效解決過濾效率和清灰性能之間的矛盾，在濾料表面會有一層多微孔，另外還會有一層非常光滑的膨體聚四氟一席薄膜，這層薄膜有比較好的透氣性，而且還有非常細密的纖維組織。只有少量粉塵能夠穿過薄膜進入到濾料層，因此有著較為穩(wěn)定的化學(xué)性能，不會有“糊袋”問題的發(fā)生。在長期使用后，系統(tǒng)的阻力會始終維持在150 mm水柱以下，確保處理氣量維持在比較高的水平上。在濾袋清灰性能比較好的情況下，除塵器的噴吹周期會變長。清灰強度也會有所弱化，此時濾袋的使用壽命就會延長至36個月。能明顯降低覆膜濾料除塵器排放濃度。

制作玻纖膨體紗機織濾料，其中有一部分使用的是膨體玻璃纖維，另外還有一部分使用的是普通的玻璃纖維，這樣的玻璃纖維同時具備長纖維的高強度和短纖維的蓬松性。這是一種新型的機織濾料，優(yōu)點是耐高溫、抗腐蝕、容空率高。相比于連續(xù)的玻纖平幅濾布，受紗線蓬松的影響，使得材料的透氣性能大幅度提高，但是并不會降低材料的強度。在此條件下，材料的過濾效率會有所提高，并降低過濾阻力。使用TEFLON乳液對其進行表面浸漬處理，能有效改善材料的耐溫性、透氣性、耐磨性、憎水性、耐腐蝕性。但是該處理方式仍然無法增強材料的抗折疊性。

通常情況下，對過濾材料進行處理會采用單面燒毛的方式，在某一研究中運用雙面燒毛的方式處理的過濾材料，其優(yōu)點在于能減少安裝過程中濾袋和袋籠之間的摩擦力，濾袋表面也不容易受到損傷。對袋式除塵器進行脈沖清灰處理，能有效緩解袋籠與濾袋表面發(fā)生濾袋損傷的情況。

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綜上所述，目前常見的耐高溫除塵過濾設(shè)備有機械除塵和靜電除塵兩種形式，研究耐高溫防酸過濾材料，會經(jīng)歷確定研發(fā)思路、選擇原材料和確定處理工藝的環(huán)節(jié)。耐高溫除塵過濾材料的特點是有較強的耐高溫性能和抗氧化性能，能承受較高的過濾負荷。在未來的發(fā)展中，膨體聚四氟乙烯覆膜濾料和玻纖膨體紗機織濾料的性能會得到持續(xù)改進，后處理方式也會得到進一步優(yōu)化。

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This paper discusses the research status of high temperature resistant filter equipment and acid resistant filter materials， summarizes the performance and characteristics of high temperature resistant dust removal filter materials， and looks forward to the development trend of high temperature resistant dust removal and filtering materials， so as to provide reference for related research.

high temperature resistance; electrostatic precipitator; oxidation resistance

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