固體含量測(cè)量?jī)x
袋式除塵技術(shù)自1886年問(wèn)世至今，發(fā)展迅猛，其應(yīng)用量占各類(lèi)除塵技術(shù)總量的60%～70%。這主要是由于袋式除塵器的除塵效率高，捕集粒徑范圍大，能適應(yīng)高溫、高濕、高濃度、微細(xì)粉塵、吸濕性粉塵、易燃易爆粉塵等惡劣工況條件，因此，近年來(lái)袋式除塵技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。作為袋式除塵器核心配件的濾料，也隨著袋式除塵器的發(fā)展而不斷地創(chuàng)新與進(jìn)步，并在燃煤發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、水泥等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中發(fā)揮著重大作用。
1 我國(guó)袋式除塵高溫濾料在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀
1.1 在燃煤電廠的應(yīng)用現(xiàn)狀
20世紀(jì)90年代前后，由于設(shè)計(jì)、運(yùn)行沒(méi)有掌握引進(jìn)技術(shù)的要點(diǎn)，國(guó)內(nèi)多家火電廠應(yīng)用的袋式除塵器出現(xiàn)運(yùn)行阻力過(guò)大、濾袋破損嚴(yán)重、除塵效率不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求且維護(hù)量大等情況，使袋式除塵器成為火電廠的禁區(qū)。而在國(guó)外，特別是美、加、澳等國(guó)的大型布袋除塵器在火電廠應(yīng)用發(fā)展迅速，并且從反吹型向低壓脈沖型、長(zhǎng)袋外濾型轉(zhuǎn)變，濾袋壽命達(dá)到3年以上，粉塵排放濃度在30mg/m3以下。2001年后為適應(yīng)不同煤種的需要，通過(guò)技術(shù)引進(jìn)，袋式除塵器再一次在國(guó)內(nèi)燃煤電廠嘗試應(yīng)用。特別是在內(nèi)蒙古豐泰電廠、河南焦作電廠、北京第二熱電廠、赤峰富龍熱電股份公司、富龍熱電廠等項(xiàng)目上的成功投運(yùn)，標(biāo)志著袋式除塵器在燃煤電廠的應(yīng)用是可行且可靠的[1]。這些項(xiàng)目在濾料的選型上，大部分采用進(jìn)口的聚苯硫醚（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PPS）濾料，該濾料是由PPS纖維經(jīng)無(wú)紡針刺、燒毛軋光、化學(xué)處理等多種技術(shù)集成制作而成，可在160℃的溫度下連續(xù)運(yùn)行，瞬間可承受210℃高溫，是一種綜合性能較好的過(guò)濾材料，在燃煤電廠得到了大力推廣與應(yīng)用。
PPS纖維具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性（200℃下無(wú)溶劑可溶），理論上在190℃具有長(zhǎng)期使用的熱穩(wěn)定性、阻燃（LOI≥35）、耐輻射和良好的機(jī)械性能及優(yōu)良的電絕緣性能等特點(diǎn)。國(guó)外將其作為高技術(shù)、高性能纖維，美國(guó)聯(lián)邦商業(yè)委員會(huì)認(rèn)可PPS為一種新的纖維大類(lèi)。PPS具有突出的耐化學(xué)穩(wěn)定性，僅次于聚四氟乙烯纖維，在極其惡劣的條件下仍能保持其原有的性能。能抵抗酸、堿、烴、酮、醇、酯、氯烴等化學(xué)品的侵蝕，在200℃下不溶于任何化學(xué)溶劑；只有強(qiáng)氧化劑（如濃硝酸、濃硫酸和鉻酸）才能使纖維發(fā)生劇烈的降解。
近年來(lái)，PPS在廣泛應(yīng)用與推廣的同時(shí)，也出現(xiàn)了濾袋失效的案例，特別是在一些煤質(zhì)變化較大、煤含硫量較高的工況下，PPS濾料投入運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，就發(fā)生了大規(guī)模破袋的情況。如山西某熱電廠，在一年內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)4臺(tái)爐布袋嚴(yán)重破損失效，失效原因主要為低溫酸結(jié)露腐蝕濾袋，其纖維的微觀分析如圖1、圖2。
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為了應(yīng)對(duì)惡劣的煙氣工況，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)科研院所、濾料廠商研發(fā)了抗氧化、耐酸、抗結(jié)露的濾料，推出了諸如PPS（PTFE基布）濾料、PPS混紡PTFE復(fù)合濾料、PTFE混紡P84復(fù)合濾料及100%PTFE濾料等多種新產(chǎn)品，這些產(chǎn)品再經(jīng)過(guò)有效的化學(xué)后處理，在一定程度上改善了純PPS濾料抗氧化性較差的不足，現(xiàn)已在國(guó)內(nèi)部分高硫、高氧、高溫的項(xiàng)目上應(yīng)用，但使用效果尚有待時(shí)間的檢驗(yàn)。
1.2 在垃圾焚燒發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀
垃圾焚燒是一種對(duì)城市垃圾進(jìn)行高溫?zé)峄瘜W(xué)處理的技術(shù)，焚燒處理是實(shí)現(xiàn)垃圾無(wú)害化、減量化和資源化的最有效的手段之一，是未來(lái)垃圾處理的發(fā)展方向。為了防止垃圾焚燒產(chǎn)生“二次污染”，尤其是需要解決垃圾焚燒尾氣中的二英的問(wèn)題，必須對(duì)焚燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行嚴(yán)格凈化。在我國(guó)頒布的《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2001）中特別規(guī)定：生活垃圾焚燒爐除塵裝置必須采用袋式除塵器。然而由于采用不同的焚燒技術(shù)（目前主流的爐排爐、循環(huán)流化床技術(shù)煙氣成分及性質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表1），生活垃圾焚燒煙氣凈化袋式除塵器濾料的選擇具有很大的難度。
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垃圾焚燒爐袋式除塵器采用的濾料主要有PPS濾料、P84濾料、玻璃纖維膨體紗及覆膜濾料、玻璃纖維針刺氈、PTFE纖維復(fù)合濾料和GORE-TEX等品種，其他的還有PTFE纖維或者PTFE覆膜濾料。其中使用比較廣泛的是PPS濾料和P84濾料，尤其在國(guó)外的垃圾焚燒爐袋式除塵器中，這兩種濾料的使用量較大；玻璃纖維膨體紗覆膜濾料和玻璃纖維針刺氈在我國(guó)和日本等國(guó)家使用得比較普遍。而在我國(guó)，由于垃圾成分及焚燒煙氣成分較為復(fù)雜，近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是采用100%PTFE濾料。
國(guó)內(nèi)垃圾焚燒技術(shù)采用循環(huán)流化床技術(shù)的一般選材都是基于PPS濾料及其復(fù)合濾料，但應(yīng)用效果并不理想，一般壽命在1年左右。在機(jī)械爐排爐焚燒技術(shù)上，由于煙氣溫度、濕度大，含氧量高，因此在濾料選材上的難度較大，早期選用較多的是玻纖覆膜濾料，但使用效果參差不齊，隨著100%PTFE濾料國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的推進(jìn)，不管是流化床焚燒技術(shù)還是機(jī)械爐排爐技術(shù)，采用100%PTFE濾料已是大勢(shì)所趨。
PTFE纖維的最大優(yōu)點(diǎn)是耐化學(xué)腐蝕，俗稱(chēng)“塑料王”，在300℃下除熔融的堿金屬外，幾乎不受任何化學(xué)試劑腐蝕，并不溶于所有溶劑，在濃硫酸、濃硝酸、濃鹽酸，甚至王水中煮沸，其質(zhì)量和性能也都沒(méi)有任何變化。PTFE纖維不吸潮、不燃燒，對(duì)氧和紫外線穩(wěn)定，耐候性能好，密度為2.28～2.29g/cm3，具有蠟感，產(chǎn)品有天然深棕色和天然漂白色。由PTFE纖維制成的濾料實(shí)際工況使用溫度可達(dá)240℃，可在各種強(qiáng)腐蝕性的工況下使用，但需特別注意的是，100%PTFE濾料由于纖維特殊，制氈難度大，工藝復(fù)雜，因而針刺氈成型后需進(jìn)一步經(jīng)過(guò)表面處理及化學(xué)處理，確保針刺氈的纖維間的纏結(jié)與抱合，改善表面效果，以保證排放合格和使用壽命。
1.3 在水泥工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀
新修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2004）中規(guī)定的煙塵排放濃度限值從過(guò)去的100mg/m3變成50mg/m3，有的城市和地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，煙塵排放濃度限值規(guī)定為30mg/m3，甚至10mg/m3。嚴(yán)格的排放要求，隨著新型干法技術(shù)的廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了袋式除塵器在水泥行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展。水泥生產(chǎn)企業(yè)對(duì)大氣環(huán)境的污染中，有70%來(lái)自窯頭、窯尾。從國(guó)內(nèi)袋式除塵器在水泥行業(yè)這幾年的應(yīng)用情況看，主要的濾料種類(lèi)為玻纖加覆膜、芳綸（Nomex）、P84濾料等。
前幾年，水泥窯尾大量采用的是玻纖加覆膜濾料。因?yàn)椴＠w加覆膜濾料的表面覆有一層微孔PTFE薄膜，所以具有較高的過(guò)濾效率和良好的清灰性能，但其對(duì)膜的依賴(lài)性較大，生產(chǎn)、安裝、使用要求較高，而且對(duì)PTFE薄膜的質(zhì)量及覆膜工藝要求極高，且玻纖較脆，耐折性差，宜選擇較低的過(guò)濾風(fēng)速，不宜采用高能型的清灰方式，如選擇不當(dāng)，容易發(fā)生脫膜、破膜現(xiàn)象（如圖3）。
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P84濾袋是當(dāng)前水泥窯尾濾料檔次較高的產(chǎn)品，是一種阻燃、耐溫的纖維濾料，在240℃溫度的條件下，P84纖維濾料的機(jī)械性能不會(huì)發(fā)生變化，最高耐溫可達(dá)260℃。其另外一個(gè)特點(diǎn)是具有異型（葉子型）斷面結(jié)構(gòu)，賦予濾料具有更大的過(guò)濾表面積，有優(yōu)異的過(guò)濾性能。其缺點(diǎn)是水解性能較差，不耐堿。目前，P84纖維僅有奧地利Evonik一家公司生產(chǎn)，價(jià)格相對(duì)昂貴。國(guó)產(chǎn)聚酰亞胺纖維已有突破性進(jìn)展，商品化指日可待。
窯之星®是窯尾濾料產(chǎn)品中一款具有綜合性價(jià)比的濾料（如圖3所示），其過(guò)濾性能與P84極為接近，該濾料采用國(guó)產(chǎn)高性能芳砜綸纖維添加一定比例的P84纖維，采用“三維非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)，表面經(jīng)特殊化學(xué)處理，具有耐高溫、耐腐蝕高效低阻等優(yōu)異特性[5]。從2009年面市以來(lái)，已在國(guó)內(nèi)5000t/d新型干法水泥窯尾布袋除塵器上得到應(yīng)用。
水泥窯頭濾料目前主要采用間位芳綸（Nomex），我國(guó)稱(chēng)之為芳綸1313，是美國(guó)杜邦公司在上世紀(jì)60年代發(fā)明并投入使用的，是一種良好的耐高溫阻燃纖維，在200℃能保持原強(qiáng)度的80%左右，260℃下持續(xù)使用100h仍能保持原強(qiáng)度的65%~70%。目前間位芳綸的供應(yīng)商主要有美國(guó)杜邦、日本帝人、中國(guó)煙臺(tái)氨綸、廣東彩艷、上海圣歐等，芳綸濾料在水泥窯頭的應(yīng)用已趨于成熟。2010年4月，杜邦公司推出了Nomex的升級(jí)產(chǎn)品—Nomex KD纖維，該纖維在原有Nomex纖維中添加了一定比例的凱夫拉纖維，在針刺過(guò)程中，凱夫拉纖維會(huì)產(chǎn)生原纖化，從而在一定程度上提高了過(guò)濾面積，且機(jī)械強(qiáng)度、過(guò)濾效率和過(guò)濾精度得到有效的提高，可以應(yīng)對(duì)排放要求更高的工況。
2 我國(guó)袋式除塵高溫濾料的發(fā)展趨勢(shì)
2.1 原料國(guó)產(chǎn)化
高性能纖維是支撐高技術(shù)過(guò)濾材料的重要原材料，目前在國(guó)際纖維市場(chǎng)上，發(fā)達(dá)國(guó)家仍牢牢掌握高性能纖維的核心技術(shù)，處于壟斷地位[7]。我國(guó)高性能纖維起步較晚，與世界先進(jìn)水平相比，無(wú)論在產(chǎn)品質(zhì)量、品種、生產(chǎn)規(guī)模等方面都有相當(dāng)?shù)牟罹�。因此�?guó)內(nèi)企業(yè)必須重視化纖原料工業(yè)的發(fā)展，加大科研投入。進(jìn)一步加快各種高性能纖維如PPS、PTFE、PI、PSA等國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程和規(guī)模化發(fā)展。
2.2 生產(chǎn)工藝技術(shù)升級(jí)
高性能濾料系指高效低阻、耐高溫、耐腐蝕的過(guò)濾材料，目前國(guó)內(nèi)一直是以針刺法為主要生產(chǎn)工藝，而在國(guó)外，近年來(lái)隨著水刺技術(shù)的發(fā)展，水刺法開(kāi)始涉足高性能濾料領(lǐng)域，并以較快的速度在發(fā)展，而在我國(guó)尚未見(jiàn)高性能微孔濾料工業(yè)化的報(bào)道。針刺法是利用金屬鉤針雜亂無(wú)序的纖維互相纏繞抱合從而形成具有一定強(qiáng)度的過(guò)濾氈，該法的缺點(diǎn)就是對(duì)纖維與基布損傷大，孔徑分布較大，且過(guò)濾氈層會(huì)產(chǎn)生針眼（粉塵容易切入）；水刺法是以高壓、高密度水針代替機(jī)械鉤針（如圖4），因而可最大限度減少對(duì)纖維和基布的損傷，同時(shí)避免出現(xiàn)針眼（如圖5），孔徑分布小且平均孔徑更小，真正實(shí)現(xiàn)“高效低阻”的優(yōu)異性能，因此水刺無(wú)紡布將是未來(lái)高端過(guò)濾材料的代表。
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2.3 產(chǎn)品應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化、專(zhuān)業(yè)化亟待完善
高溫除塵濾料隸屬于工業(yè)用紡織品，然而其應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋電力、水泥、垃圾焚燒、鋼鐵、冶金等領(lǐng)域。目前我國(guó)紡織行業(yè)有1300多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，已基本形成一個(gè)與產(chǎn)品體系相配套的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，但是隨著結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的推進(jìn)，我國(guó)紡織行業(yè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)體系已不能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。特別是在工業(yè)用紡織品快速發(fā)展的同時(shí)，卻沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)做參照，高溫除塵濾料就是其中最為典型的一個(gè)例子，現(xiàn)普遍參照的標(biāo)準(zhǔn)主要有《袋式除塵器用濾料及濾袋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T12625-90）（已廢止）、《袋式除塵器技術(shù)要求》（GB/T6719-2009）、《袋式除塵器用濾料》（HJ/T 324-2006）、《袋式除塵器用覆膜濾料》（HJ/T 326-2006）、《袋式除塵器 濾袋》（HCRJ 015—1998）等2項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和3項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)僅僅規(guī)定了濾料的機(jī)械性能指標(biāo)和表觀參數(shù)，且適應(yīng)性較差。特別對(duì)于一些特殊纖維濾料，實(shí)際市場(chǎng)上的產(chǎn)品指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)要求偏差較大，在產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，無(wú)章可循，造成市場(chǎng)混亂。針對(duì)濾料產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的缺失。2009年，由機(jī)械工業(yè)環(huán)境保護(hù)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)及大氣凈化設(shè)備分技術(shù)委員會(huì)提出的2項(xiàng)行標(biāo)《 燃煤電廠鍋爐尾氣治理袋式除塵器用濾料標(biāo)準(zhǔn)》、《垃圾焚燒發(fā)電尾氣治理袋式除塵器用濾料標(biāo)準(zhǔn)》正式立項(xiàng)并已形成送審稿正向行業(yè)專(zhuān)家征求意見(jiàn)。這無(wú)疑推動(dòng)了高溫濾料產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、專(zhuān)業(yè)化工作，為更多的專(zhuān)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定了基礎(chǔ)。
3 小結(jié)
隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，新的環(huán)境問(wèn)題不斷出現(xiàn)，使本已十分嚴(yán)峻的環(huán)境形勢(shì)面臨更大的挑戰(zhàn)：電力、垃圾焚燒、水泥、鋼鐵、化工等重污染行業(yè)將繼續(xù)發(fā)展，加大了污染控制和生態(tài)保護(hù)的難度，高溫濾料作為環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略產(chǎn)品，需進(jìn)一步加快產(chǎn)業(yè)升級(jí)與技術(shù)升級(jí)，不斷完善產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、專(zhuān)業(yè)化，促進(jìn)我國(guó)袋式除塵高溫濾料的可持續(xù)發(fā)展。
