工業(yè)煙氣超低排放用高溫高強濾料

王勇，張心華，許重陽

（安徽省績溪華林環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，安徽 績溪 245300）

近幾年，我國電力、鋼鐵、垃圾焚燒行業(yè)都執(zhí)行了工業(yè)煙氣的超低排放地方標準，其中，電力行業(yè)已經(jīng)完成超低排放改造，鋼鐵行業(yè)煙氣超低排放改造也在如火如荼進行中。根據(jù)《水泥工業(yè)污染物大氣排放標準》（GB 4915—2013）要求，所有水泥企業(yè)窯頭、窯尾的顆粒物排放濃度限值為30mg/Nm3，而最近兩年多地已經(jīng)推出了超低排放標準，水泥行業(yè)煙氣顆粒物排放濃度都要執(zhí)行超低排放標準，顆粒物排放濃度要求低于10mg/Nm3。專家預測，排放標準預計會在2023 年進行修訂[1]，預計超低排放要求將修訂為：顆粒物≤5mg/Nm3、NOx≤50mg/Nm3、SOx≤35mg/Nm3。

要使顆粒物排放濃度達到超低排放目標，除了除塵系統(tǒng)要有科學的設計、精密的加工外，作為袋式除塵器主要過濾元件的濾料的選用，更是起著至關重要的作用。

1 現(xiàn)有工業(yè)煙氣顆粒物超低排放用濾料存在的問題

目前水泥行業(yè)使用的濾料主要有兩大類，一類是以各種短纖維（如P84 纖維等）為主要原料的針刺氈過濾材料，另一類是以玻璃纖維為原料的機織濾料。這兩種濾料在煙氣顆粒物超低排放使用過程中存在如下問題。

1.1 煙氣顆粒物超低排放用針刺氈覆膜濾料

1.1.1 運行阻力高

由于基布和氈層經(jīng)過高密度針刺制成，厚度一般為1.2—2.5mm，纖維呈三維無序排列，纖維間毛孔多、孔隙率大，超細（PM2.5以下）粉塵穿透表面覆膜或破膜和氈層后進入濾料深層，并在攔截、慣性等作用力下，停留在濾料深層，造成毛孔堵塞，導致濾料阻力升高。所以，一般針刺氈材料在潔凈濾料時運行阻力較低，運行1—2 年后阻力不斷升高且不可逆，造成動力消耗過高。

1.1.2 清灰難度大

氈材的氈層是由短纖經(jīng)開松、梳理制成，氈層表面纖維呈無序排列，經(jīng)整理后，氈層表面微觀結構呈現(xiàn)坑坑洼洼的狀態(tài)，造成氈材表面粗糙，粉塵吸附后很難清除，所以需要較大的清灰動力才能達到清灰要求。

1.1.3 氈層與基布的結合牢度低

氈材生產(chǎn)過程中采用高密度針刺，使氈層中的纖維與基布糾纏，產(chǎn)生結合力。針刺對基布的破壞性較大，針刺的過程中，針尖刺入基布，造成部分基布纖維斷裂，使得成氈后的材料強度較低。同時，氈層與基布的結合僅靠纖維糾纏，結合牢度低，在受到腐蝕、噴吹壓力變化等因素影響時，容易出現(xiàn)氈層與基布分離，導致濾袋非預期破損。

1.1.4 覆膜效果差

ePTFE 膜是以PTFE 為原料，經(jīng)雙向拉伸工藝制成的微孔薄膜，厚8—30μm，孔徑0.2—15μm。由于ePTFE 膜本身沒有強度，所以一般都是覆合在其他基材表面，制成覆膜濾料，因此，需要基材具有表面平整、厚度適中、結構緊實的特性。氈材氈層的三維結構，使得氈材表面較為凹凸不平，厚度較厚（一般在1.2—2.5mm），材料結構松散，所以覆膜過程中容易造成ePTFE 破裂，膜與基材的結合牢度低，脈沖清灰過程極易造成膜破損及脫落，所以在實際使用過程中，難以長期穩(wěn)定達到5mg/Nm3的顆粒物排放要求。

1.1.5 氈層中纖維成分復雜，產(chǎn)品質量良莠不齊

由于P84 纖維特殊的生產(chǎn)工藝，其纖維橫截面為葉形，有利于提高濾料的粉塵捕捉能力。為降低生產(chǎn)成本，部分不良商家用其他材質冒充氈材中的P84 纖維成分或用其他劣質纖維與P84 纖維混紡以次充好，擾亂市場，產(chǎn)品真假難辨。

1.2 普通玻纖機織濾料

玻纖機織濾料具有強度高、易清灰、運行阻力低、耐高溫等優(yōu)點，但其耐磨、耐折性差的缺點一直制約著濾料的發(fā)展和應用。

纖維的耐磨性能是指纖維抗摩擦的性能，纖維的耐折性能是指纖維的抗折斷性能，一般玻璃纖維這兩方面的性能都很差。

通過減小玻璃纖維單絲直徑，可以有效提高纖維的耐折性能[2]。研究表明，當玻璃纖維的單絲直徑降至3.8μm 以下時，其耐折性能可達到滌綸的4 倍。因此，使用單絲直徑為5.5—6.2μm 的無堿玻璃纖維生產(chǎn)過濾材料，其耐折性能就完全可以滿足工業(yè)煙塵過濾工況的需要。

玻璃纖維機織濾料在使用過程中會出現(xiàn)摩擦。由于外力作用，包括玻璃纖維拉絲、纖維運輸、濾料織造、濾袋縫制等都會產(chǎn)生摩擦，可以通過在生產(chǎn)過程中加強產(chǎn)品防護來避免；濾袋與籠骨產(chǎn)生的摩擦，可以通過減小濾袋與籠骨的直徑差，使其緊密配合來減少濾布與籠骨之間的摩擦。機織濾料在使用過程中，由于噴吹作用，濾料會發(fā)生膨脹變形，濾料的經(jīng)緯紗會出現(xiàn)微量的位移，產(chǎn)生摩擦，造成濾料的內在磨損，從而導致濾料損壞。濾料內部纖維間、紗線間的摩擦，是客觀存在的，難以去除，所以如何減少這種摩擦是今后解決玻璃纖維濾料耐磨性能的主要研究方向。

2 工業(yè)煙氣超低排放高溫高強濾袋的優(yōu)勢

隨著國家生態(tài)環(huán)境保護政策的進一步加嚴，各行業(yè)煙氣顆粒物排放超低排放要求必將成為趨勢。粉塵排放濃度都會要求達到10mg/Nm3甚至5mg/Nm3。因此，除塵系統(tǒng)必須具備幾個條件：合理的過濾風速，適宜的濾料和可靠的濾袋縫制技術。超低排放用濾料過濾風速的選擇以不超過0.8m/min 為宜；超細面層濾料或機織覆膜濾料均可用，對于處理高氮氧化物和高含硫量的煙氣建議選用機織過濾材料；濾袋袋口用本布制作密封件，濾袋縫制的針孔必須用高溫密封膠處理。

針對工業(yè)高溫煙氣用的超低排放高溫高強濾袋，建議以超細玻璃纖維膨體紗和ePTFE 膜裂長絲為原料，采用機織工藝織造，經(jīng)ePTFE 乳液浸漬等多道后處理工藝整理后再與ePTFE 微孔薄膜覆合而成，其與目前使用的產(chǎn)品相比具有以下優(yōu)點。

2.1 運行阻力低且變化小

產(chǎn)品采用雙斜紋、高經(jīng)緯密度的機織織物結構，經(jīng)緯交織產(chǎn)生密集的組織點，經(jīng)表面覆膜后透氣性好，微細粉塵（≤PM2.5）穿透表面覆膜后，直接沿織物組織點排出，不會停留在濾料內部堵塞過濾通道。所以，濾袋使用后，運行阻力小且長期運行阻力變化也小，可以長期穩(wěn)定在800—1000Pa。

2.2 清灰性能優(yōu)異，抗結露性能好

該產(chǎn)品采用機織工藝，濾料厚度為0.75mm，手感柔軟，較小的清灰動力就可以使濾袋產(chǎn)生較大的膨脹變形，達到清灰目的?？椢锊捎秒p斜紋組織結構，纖維呈規(guī)律的二維垂直排列，濾料表面平整光潔，覆膜后清灰性能極佳，即使出現(xiàn)輕微結露，通過烘干、噴吹清理后仍可正常使用，特別是可以應對煙氣脫硫、SNCR 脫硝后形成的銨鹽造成運行阻力高和濾袋失效的問題。

2.3 優(yōu)異的過濾性能、除塵效率高

濾料紗線采用高壓膨化工藝，玻璃纖維紗被高壓空氣噴吹變形，原有緊密的紗線結構被吹散，形成連續(xù)螺旋形氣圈結構，增加了紗線的比表面積，提高了濾料對粉塵的捕捉能力。這種螺旋形氣圈結構在高密度織造時，能有效填充織物組織點，將原有孔徑較大的組織點進行分割，形成多個較小的微孔，在提高濾料粉塵捕捉能力的同時，還不影響濾料的透氣性能，即使濾料表面的覆膜出現(xiàn)意外破損，對濾料除塵效率也沒有影響。該產(chǎn)品經(jīng)美國相關實驗室ETS 檢測，PM2.5有效去除率達到99.9997%。

2.4 耐高溫、耐腐蝕、抗氧化性能好

該產(chǎn)品選用超細無堿玻璃纖維膨體紗與ePTFE膜裂長絲，通過機織制成，無堿玻纖與ePTFE 長期工作溫度均能達到260℃，瞬間溫度均能達到280℃，所以濾料具有較高的耐溫性能。ePTFE 材料化學性質穩(wěn)定，能耐一切酸堿的腐蝕，加上無堿玻纖耐酸堿性能優(yōu)異[2]，能在除HF 含量在160ml/L 以上的所有工況環(huán)境中使用，同時這兩種纖維對氧極其穩(wěn)定，不會被氧化，具有非常優(yōu)異的耐酸、耐堿和抗氧化性能。

2.5 耐磨、耐折性能好

為解決玻璃纖維的耐磨、耐折性能差的問題，該產(chǎn)品以超細無堿纖維為主要生產(chǎn)原料，同時利用ePTFE高潤滑性的特點，通過紡織加工，將ePTFE 纖維規(guī)則地分布于濾料之中，使ePTFE 纖維在濾料經(jīng)、緯線紗之間發(fā)揮“潤滑劑”的作用，有效減少了經(jīng)、緯紗線間的磨損，提高了濾料的耐磨、耐折性能。該產(chǎn)品經(jīng)美國相關實驗室ETS 檢測，耐折次數(shù)達到10 萬次以上，是普通玻纖覆膜濾料的3—5 倍，超過了絕大多數(shù)的復合針刺氈材料，解決了濾料的耐磨、耐折問題，大幅度延長了濾袋的使用壽命。

2.6 覆膜牢度高

濾料中的ePTFE長絲與ePTFE微孔薄膜屬同種材質，ePTFE 長絲在紡織加工過程中，可均勻分布在濾料表面，經(jīng)高溫熱壓復合，ePTFE 膜與ePTFE 長絲在濾料表面形成點狀“焊接點”，有效提高了濾料的覆膜牢度，解決了一般玻璃纖維濾料在使用過程中容易出現(xiàn)脫膜的問題，對濾料使用的穩(wěn)定性、可靠性提供了更有效的技術保障。

2.7 使用壽命長

多家水泥、鋼鐵、垃圾焚燒、炭黑、冶煉等企業(yè)的實際應用表明，只要濾袋在織布、制袋和安裝過程中沒有受到損傷，即使在非正常工況條件下，濾袋平均使用壽命都能達到4 年以上。

超低排放高溫、高強濾袋是新一代的高性能過濾產(chǎn)品，該產(chǎn)品集玻璃纖維強度高、尺寸穩(wěn)定性好、易清灰和ePTFE 纖維耐折、耐磨性能好的優(yōu)點，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補，使得產(chǎn)品具有強度高、阻力低、耐腐蝕、尺寸穩(wěn)定性好的特點，耐磨、耐折性能顯著提高。產(chǎn)品性能符合濾袋“高效、低阻、長壽命”的發(fā)展方向。