孙熙：袋式除尘滤料及应用

　　11月23日，由中国水泥网主办、北京金隅股份有限公司特别主办、江苏科行环保集团特别协办的“2013第六届中国水泥环保大会”在北京市江西大酒店拉开帷幕。本次会议以“为祖国的蓝天白云，构筑水泥工业环保系统”为主题。东北大学滤料检测中心主任、教授、博导孙熙做了以《袋式除尘滤料及应用》为主题的报告。介绍了袋除尘技术对雾霾治理的重要性、滤袋的质量控制、和目前几种纤维了材料。

　　今天出现在中国的雾霾天气，在18世纪初的英国也爆发过，英国借助工业革命迅速发展，但煤炭的广泛应用，导致了英国历史上最为严重的大气污染时期，20世纪初的伦敦是一座黑色的工业之都，辉煌却又灰蒙蒙，由煤炭支撑的工业革命让伦敦城内遍布工厂，煤烟排放量急剧增加。烟尘与雾混合变成黄黑色，经常在城市上空笼罩，多天不散，伦敦也被称为“雾都”，伦敦市民也对毒雾产生了反应，许多人感到呼吸困难、眼睛刺痛，发生哮喘、咳嗽等呼吸道症状的病人明显增多。据统计，伦敦地区在烟雾期间共有4703人死亡，与以往同期相比，多出3000至4000人。在此后两个月内，又有近8000人死于呼吸系统疾病，据称当时全伦敦的公墓和棺材都被用完。这场悲剧终于使英国人痛下决心整治环境。从1956年开始英国颁布实施了一系列政策法令，痛下决心治理空气污染。上世纪80年代开始，伦敦的雾天从19世纪末期每年90天左右减少至不到10天，如今只有偶尔在冬季或初春的早晨才能看到一层薄薄的白色雾霭。从滚滚毒雾到蓝天白云，伦敦经历了血的教训，半个多世纪的铁腕治污，为后世留下了宝贵经验。“先污染后治理”的老路不能再被重复。

　　雾霾天气主要由工业排放产生，所以控制工业烟尘排放是治理雾霾天气的最主要手段，在控制工业烟尘排放当面目前最有效的技术手段就是袋式除尘技术。

　　一、袋式除尘是控制工业烟尘PM2.5的主力军

　　多种资料表明：工业烟尘颗粒物排放占大气污染物总量的60-70%，其余为汽车尾气，占20-25%，扬尘10%左右。我国年排放工业颗粒800多万吨，除污染排放很少的西藏地区除外，每平方公里约为1吨，包括菲达在内的多单位测试表明：工业排放烟尘中PM2.5占90%。

　　上世纪80年代发达国家也受到粉尘颗粒的困扰，随后澳大利亚，美国等国家相继提高了粉尘排放标准，排放控制达到30mg/m³，电厂、水泥厂等相继由电除尘改为袋除尘。由于电除尘排放未能达标所以在电除尘后面又加袋除尘。同时现在开始推广的水泥窑协同处置废弃物，由于垃圾的成分复杂，燃烧后有害物质多所以垃圾焚烧必须采用袋除尘，表明袋除尘可以对二噁英这类高危微细粒子有效扑集。针刺滤料扑集效率99.955%以上，即入口10g/m³,出口5mg/m³。

　　日前，世界上对微细粒子净化最有效，最可靠的工业技术是过滤技术，烧伤病房、手术室、制药厂等要求无菌的场所均采用过滤净化，0.13μ超大型集成电路需要超洁净车间，0.3μ粒子小于10粒/升，采用的亦是过滤技术。所以在控制工业烟尘方面袋式除尘技术必是首选的除尘技术。

　　目前滤料对微细颗粒物捕集效率

　　袋除尘净化PM2.5及更小粒子关键在于研究如何进一步提高对微细粒子捕集的效率，解决效率与阻力的匹配问题。

　　二、袋除尘滤料与质量控制

　　袋式除尘在技术上影响收尘的因素主要有：滤料质量、清灰效率、气流结构，袋式除尘在应用上影响收尘有两点，一是破袋，另一个是高阻，从这几个方面可以看出滤料在袋式除尘技术中起着非常重要的作用。要想达到好的除尘效果滤料的质量是关键，所以要求滤料的技术含量要高，要达到高效、低阻、经济实惠，产品质量要好，性能稳定，不同批次之间，同批次不同部位之间性能要均一。质量优良的滤料应该由良好的材料、先进的装备、合理的技术与工艺 、优良的后处理技术与工艺，、完善的质量管理体系形成的，技术指标达到国标要求的产品。随着滤料制造技术快速发展，国内由一开始的织造滤料、非织造滤料，到复合滤料、覆膜滤料、到目前应用最多的纤维滤料，使我国的袋除尘技术得到了大力的推广和应用，但由于粉尘物化性质的复杂性，和高温含尘气体的影响滤料还应解决在不同环境下长期应用的高效、低阻、经济的问题和解决PM2.5 微细颗粒的扑集及烟气温度在280℃以上净化问题。

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　　三、几种常见的纤维滤料

　　1、芳香族聚酰胺纤维

　　芳香族聚酰胺纤维是一种由芳香族聚酰胺大分子构成的纤维，其中酰胺键至少有85%直接附在两个芳基环上，按聚合物主链的差异分为对位型和间位型，除尘滤料大都采用间位型芳香族聚酰胺。

　　芳纶纤维在177～200℃的操作温度下，其时间可达20000h而仍维持90%左右的强度。

　　可在204℃之高温下连续操作(瞬间温度240℃)。在204℃的连续操作温度下收缩率小于1%，在285℃时(靠近玻璃化温度Tg)收缩率仍小于2.5%。

　　有很好的阻燃性，在空气中不延燃。耐大多数酸的腐蚀，对漂白剂、还原剂、有机溶剂等的稳定性也良好。有很好的抗辐射性，尺寸稳定性也好。

　　2、聚苯硫醚纤维

　　聚苯硫醚纤维（PPS）呈淡黄色。聚苯硫醚纤维的主要特点是耐化学腐蚀性能优异，仅次于聚四氟乙烯纤维，对各种有机溶剂也很稳定；耐热性好，可在190℃的温度下长期使用；阻燃性优良，在空气中不会燃烧。此种纤维也有良好的纺纱和织造加工性能。

　　聚苯硫醚纤维滤料主要用于高温烟气、腐蚀性介质、化学药品和油剂溶剂的过滤，可长期暴露于酸性介质之中。聚苯硫醚纤维还可用作高温和腐蚀性环境中使用的缝纫线。

　　PPS纤维强度保持率与时间的关系

　　空气中含有21%的氧，在常温下，对很多纤维体的氧化反应十分微弱，几乎无破坏作用，但在高温状态，对某些纤维的氧化分解作用急速加剧，而遭受破坏。聚苯硫醚(PPS)就是属于在高温条件下易氧化的纤维。因为PPS容易氧化，所以要确保PPS滤料的使用寿命不低于24个月，就应当使之在烟气温度不超过150℃、含氧量不超过8%、含NO₂不超过15mg/Nm³的条件下使用。如温度有波动，要控制达到170℃的温度每次不超过1h，每年累计不得超过400h；达到190℃的温度每次不超过10min，每年累计不得超过50h。

　　3、P84纤维

　　P84纤维在300℃下100h，强度保持率为50%，伸长率降低5%～10%；在275℃下尺寸稳定性优良，在250℃热空气中10min，收缩率<1%，分解时只放出非常少的有害气体；在-195～260℃工况下可长期使用。P84纤维绝缘性、绝热性、隔音性良好。

　　P84纤维耐氧化性优于PPS纤维

　　4、聚四氟乙烯纤维

　　聚四氟乙烯纤维具有独特的综合性能，以及非常优异的化学稳定性。能耐氢氟酸、王水、发烟硫酸、浓碱、过氧化氢等强腐蚀性试剂的作用，是迄今为止最耐腐蚀的“纤维之王”。同时又具有良好的耐气候性，在室外暴露15年，其机械性能不发生明显的变化 。

　　原纤维一般为茶褐色，高温处理后为银灰色，王水处理后为白色。白色丝的电绝缘性好，电阻率为1017Ω·cm，褐色丝差一些。聚四氟乙烯纤维无任何毒性，但在200℃以上使用时，可能有氟化氢释放出来，因而应该采取必要的劳动保护措施 。

　　使用温度的范围为-180～260℃。聚四氟乙烯纤维是最难燃烧的有机纤维之一，还具有良好的电气绝缘性能和抗辐射性能，摩擦系数在现有的合成纤维中最小(0.01～0.06)，而且在广泛的温度和载荷范围内保持不变。

　　四、滤料质量检测与安装更换

　　对于滤料的质量检测，出现问题当然还是需要送到专业机构进行检测，但是作为用户在平时使用的时候，从买来到使用时刻都要对滤料进行观察，对产品质量要有一个正确的评价，使用数据要存档，一旦出现问题作为将来仲裁的依据，运行过程要对滤料的寿命进行监控，对滤袋失效的原因要分析，是因为滤料质量出现的问题还是运行操作上导致滤袋失效。

　　滤袋安装及更换时要防止灰尘进入滤袋；彻底清扫除尘器顶盖，彻底清扫净气室，要一尘不染。工作及操作人员衣服，鞋，工具都要一尘不染。只要灰尘留在净气室，就有隐患。袋口与花板气密必须保证。换袋时必须严格防止灰尘掉落到其他滤袋内及净气室。

　　生产运行是要了解和掌握滤料即时状态，性能，预测滤料寿命，做好滤料更换各项准备，包括检修计划，滤料预购，防止滤料破损，排放超标，临时停机。