高温过滤材料的现状与发展趋势.pdf

1 滤袋的发展情况 当前，中国经济已进入高速发展阶段，以资源、能源消耗性为主的重工业（电力、建材、冶金、化工等）迅速发展。2008年钢铁产量突破5,亿,t，约占全球产量的40%，连续23年居世界第1位；水泥产投稿日期：2010-06-02修回日期：2010-07-12作者简介：朱平，男，1955年生，中材科技股份有限公司过滤材料事业部教授级高工。量13.9,亿,t，约占全球产量的1/2，连续24年居世界第1位；火电发电量27,793,亿,kWh，仅次于美国，居世界第2位。上述高耗能、高污染产业的发展，伴之而来的是严重的环境污染问题。由于空气、水以及工业等环境污染带来的经济损失每年超过1,000亿人民币，我国十五期间用于环境保护的投资达到GDP的2.2%。近年来废气中主要污染物排放量见表1。重工业大气污染物以高温烟气为主要特征，因此烟尘类颗粒物成为为主要控制对象之一。作为控朱平，宋尚军，白耀宗，李小甫，费传军，章君荣，张剑（中材科技股份有限公司，南京 210012）摘 要：介绍了随着国家对环保标准的不断提高，袋式除尘器的发展与应用，阐述了袋式除尘器的核心-高温滤料以及纯玻纤滤料种类、性能和优缺点，芳纶纤维、PPS纤维、P84纤维、PTFE纤维的性能及它们分别与玻璃纤维混杂复合后其复合滤料的性能和优缺点。随着新技术和新材料的应用，高温袋式除尘技术的应用不断发展。关键词：高温过滤材料；现状；发展；玻璃纤维；合成纤维ZHU Ping，SONG Shangjun，BAI Yaozong，LI Xiaopu，FEI Chuanjun，ZHANG Junrong，ZHANG Jian（Sinoma Science&Technology Co.Ltd，Nanjing 210012）Current Situation and Developing Trends of High Temperature Filter MediaAbstract：The key element of bag filters，i.e.high temperature filter media，is discribed，covering the types，properties，strong and weak points of pure fiberglass filter media，and the properties of aramid，PPS，P84 and PTFE fibers as well as the advantages and drawbacks of their composite filter media with glass fibers.With the application of new techniques and new materials，the use of high temperature bag filters is ever growing.Key words：high temperature filter media；current situation；development；glass fiber；synthetic fiber高温过滤材料的现状与发展趋势玻璃纤维2010年 第6期 34综 述朱平,等:高温过滤材料的现状与发展趋势中图分类号:TQ171.77+7.5 文献标识码:A综 述朱平,等:高温过滤材料的现状与发展趋势玻璃纤维2010年 第6期 35制总量法规，国家对工业领域的各类锅炉、炉窑制定的排放值陆续进行修订，严格要求降低排放量。过去高温烟尘的治理主要是采用电除尘器，但随着国家对环保标准的不断提高，特别是近年来国家对烟尘排放的要求提高，出口的质量浓度指标应为5O100,mg/m3，有的地方要求排放的质量浓度50,mg/m3，甚至控制在2O30,mg/m3，而电除尘器已难以达到该要求，因此袋式除尘器得到很大的推广应用。近1O年来袋式除尘技术发展迅速，过去在应用中遇到的高温、腐蚀、结露、静电等许多技术难题已逐步得到解决，袋式除尘技术和产品已完全可以满足当前国内冶金、建材、化工、电力等行业处理各类性质烟气的需要。袋式除尘器是治理大气污染的高效除尘设备，其主要优点是：不受粉尘种类、粒径大小以及粉尘质量浓度(可高至1,000,g/m3)、比电阻的限制；除尘效率可稳定达到99.5%99.99%，排放的质量浓度可达30,mg/m3，甚至5,mg/m3；可在常温8O130,、中温13O180,、高温180260%、耐腐蚀、拒水防油、防燃防爆、长寿命(1.54,a)等不同性能的各种滤料中选择；处理风量大，占地面积小，能适应工艺负荷变化和风量的波动；可不停机而分室停风进行维修换袋；可利用原有的电除尘器、效率较低的袋式除尘器的壳体，改造成为新的高效脉冲袋式除尘器；结构较电除尘器简单，一次性投资较低，可灵活分室，模块式布置。袋式除尘器的缺点是：要求控制烟气的温度在滤袋所能承受的范围内,以防止超温或酸结露损伤滤袋，防止水结露糊袋；除尘器本体阻力较电除尘器大，一般为10001,500,Pa，最大到2,000,Pa；滤料寿命一般为13,a，每隔数年就要更换滤袋。高温气体介质过滤除尘技术的核心是高温滤料。滤料是袋式除尘器的关键材料，其优劣直接关系到除尘器性能，一般应满足以下要求：结构合理，粉尘捕集率高；剥离性能好，易清灰，不易结垢；透气性适宜，阻力低；具有足够的强度，尺寸稳定性好；具有良好的耐温、耐化学腐蚀、耐氧化、抗水解和适宜性广等性能；原料来源广泛，性能稳定可靠；价格低，寿命长。2 玻璃纤维滤料的现状及发展 玻璃纤维过滤材料的生产工艺经历了机织圆筒布、平幅布、膨体纱布、针刺毡、覆膜滤料的发展历程。目前国内市场主要使用的玻纤滤料有平幅布、膨体纱布、针刺毡、覆膜滤料四大系列。玻纤平幅过滤布是经、纬股纱交织而成的织物，是早期研究开发的玻纤滤料，品种有斜纹、破斜纹、表1 全国近年废气中主要污染物排放量*万t年度2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年合计1 947.81 926.62 158.72 254.92 549.32 588.82 468.12 321.2生活381.2364.6367.3363.5380.9354.0328.1329.9二氧化硫排放量工业1 566.61 562.01 791.41 891.42 168.42 234.82 140.01 991.3合计1 069.81 012.71 048.71 095.01 182.51 088.8986.6901.6生活217.9208.5202.5208.5233.6224.3215.5230.9工业粉尘排放量990.6941.01 021.0904.8911.2808.4698.7584.9项目烟尘排放量工业851.9804.2846.2886.5948.9864.5771.1670.7 注：数据来源于中华人民共和国环境保护部20012008中国环境状况公报。纬二重等不同组织的平幅玻纤过滤布，织物表面经特殊处理，制成耐高温、耐腐蚀的过滤材料，广泛用于工业捕尘、回收贵重的工业产品、治理工业烟气粉尘污染。玻纤滤料可在260,的温度下长期使用，耐化学侵蚀性好，热稳定性好，在300,下玻璃纤维的收缩接近于零，抗结露，粉尘剥离性好，清灰能耗低。玻纤膨体纱过滤布是70年代研制的玻纤滤料，它是在玻纤平幅过滤布基础上发展起来的一种新型织物，不同之处在于其纬纱全部或部分由膨体纱组成，由于纱线蓬松、覆盖能力强、透气性好，因而可提高过滤效率，降低过滤阻力，且除尘效率高。与玻纤平幅过滤布相比，在相同的容尘量下，过滤风速可提高1/3（0.60.8,m/min），系统运行阻力可降低1/4，可收集粒径在1m左右的粉尘，捕尘率在99.5%以上。玻纤针刺毡过滤材料是80年代末研究开发的新型高温高效玻纤滤料，是一种结构合理、性能优良的新型耐高温滤料，不仅具有玻纤织物滤料耐高温、耐腐蚀、尺寸稳定、强度高的特点，而且由于毡层纤维呈三维微孔结构，空隙率高，对气体的过滤阻力小，除尘效率超过织物滤料，可达99.9%。过滤速度比织物滤料高1倍左右。该滤料适用于炭黑化工、钢铁冶金、燃煤锅炉、耐火材料以及水泥建材等行业的高温烟气过滤，适用于脉冲清灰及高速反吹的袋滤器中使用。经高温介质的长期考验，性能优良，能有效地治理粉尘污染，回收有价值的微细颗粒产品。玻纤覆膜滤料是90年代后期研究开发的新型产品，是在经特殊表面处理配方处理的玻纤基布上，覆合多微孔聚四氟乙烯薄膜制成的新型过滤材料。它集中了玻璃纤维的高强低伸、耐高温、耐腐蚀等优点和聚四氟乙烯多微孔薄膜的表面光滑、憎水透气、化学稳定性好等优良特性，它几乎能截留含尘气流中的全部粉尘，而且能在不增加运行阻力的情况下保证气流的最大通量，是理想的烟气过滤材料。玻璃纤维要作为过滤材料使用，必须经过表面处理。玻纤滤料的表面处理就是根据使用领域的工况条件，在玻璃纤维布或毡的表面涂覆不同的高分子聚合物，以增强玻璃纤维的化学稳定性，保证长期处于高温状态下的玻璃纤维滤料在酸性或碱性的气氛中，其强度、耐折、耐磨等性能不受影响；改善玻璃纤维的曲挠性，使其满足袋式除尘器反吹风清灰或脉冲清灰工作的要求；提高滤料表面的憎水性，使其具备抗结露能力。目前国内玻纤滤料的表面处理配方与国际接轨，形成以硅油、石墨、聚四氟乙烯的耐酸和耐碱腐蚀等系列配方，有代表性的配方是中材科技股份有限公司研制的RH、FCA、Psi、Bl、St等系列配方。3 玻璃纤维与合成纤维混合的针刺毡 随着国民经济快速发展，各种燃煤锅炉利用系数不断提高，过滤负荷增大，除尘器过滤能力严重不足，加上一些人为因素，很多滤袋使用厂滤袋的使用寿命不到1年。为了延长滤袋的使用寿命，燃煤锅炉袋除尘器采用增加箱体，减少负荷的办法来延长滤袋的寿命。但老厂大都设计紧凑，已没有地方再增加箱体，因此滤袋损坏率高，寿命短。滤袋损坏不但给生产管理带来麻烦，而且影响工厂经济效益。因此许多厂家都在寻求更高质量的滤袋和提高滤袋使用寿命的办法。玻璃纤维与合成纤维混合的针刺毡的出现，为减少箱体，增大过滤负荷，延长使用寿命提供了条件。经实验室对比测试，复合毡的剥离强度比玻纤毡的剥离强度提高了近1倍。毡层与基布的结合强度显著提高，能耐高速烟尘气流的冲击，使过滤风速有较大的提高。复合毡的耐磨性比玻纤毡的耐磨性提高了近3倍。滤袋工作时，滤袋内表面不停的与滤袋骨架碰撞磨擦。若耐磨性不好，滤袋很容易磨损而损坏。因此耐磨性提高近3倍，就可显著提高滤袋的使用寿命。由于合成纤维与玻璃纤维复合针刺毡在性能上弥补了玻纤针刺毡的一些缺陷，价格比高温合成纤维毡低廉，因此被广泛应用。3.1 芳香族聚酰胺纤维滤料玻璃纤维2010年 第6期 36综 述朱平,等:高温过滤材料的现状与发展趋势综 述朱平,等:高温过滤材料的现状与发展趋势玻璃纤维2010年 第6期 37 芳香族聚酰胺纤维（商品名：芳纶、Metamax、Nomex或Conex)滤料。Metamax长期耐温204,，瞬间耐温240,，耐酸性、抗水解性稍差，主要应用于经彻底脱硫的循环流化床锅炉或含硫极低的烟气过滤场合；Nomex耐碱性能较好，耐酸性能中等，是处理180220,高温腐蚀性气体的良好材料，国外除在各种工业炉窑烟气净化中普遍应用外，在燃煤锅炉烟气净化方面也已取得满意效果；Conex在100270,范围内可保持良好的纤维尺寸稳定性，并有良好的耐腐蚀性能，国外现己用于260,以下的烟气净化。与玻璃纤维混合制成的针刺毡滤料，多数在一般性场合替代玻纤毡及化纤毡的应用，因其具有原料易得、价格低廉等优点，所以有很高的性价比，具有较大的应用市场。3.2 PPS（聚苯硫醚）纤维滤料 PPS（聚苯硫醚）纤维（商品名：Ryton、Torcon或Procon）滤料。长期耐温190,，瞬间耐温240,，是一种耐高温、耐酸碱、抗水解性能极好的滤料，具备了作为高性能纤维的各种特点；可抵抗多种酸、碱和氧化剂的化学腐蚀；具有较好的耐水解能力，特别适合在高湿的烟气中使用；典型用途是用于城市垃圾焚烧炉、公用工程锅炉、燃煤锅炉、医院焚烧炉、热电联产锅炉上使用的脉冲袋式过滤器中，也可用PPS纤维取代其他经不住高温或存在化学品及不耐潮湿的合成纤维滤料。但是耐氧化性稍差，当烟尘含氧量超过15%时，就不能使用该种滤料。耐酸碱性好的玻璃纤维与耐酸碱等化学性好的PPS纤维混合制成的针刺毡滤料，并用耐酸配方处理后制得的滤毡，其耐酸碱性高于其他类型的滤毡，可应用于烟气中含硫化物及酸性较大的场合。3.3 P84(聚酰亚胺)纤维滤料 P84（聚酰亚胺）纤维滤料长期耐温230,，瞬间耐温260,；由一种缩聚型聚合物制成，不耐水解；截面呈三叶瓣形，因单纤维表面积增加，能有效地捕集颗粒；是非热塑性纤维，耐受脉冲清灰的磨损能力比玻璃纤维强，因而在要求耐磨性好的工况下可用P84取代玻璃纤维或混合使用；优良的耐酸性和良好的耐碱性使其在燃煤锅炉除尘上得到广泛应用。其抗氧化性能比PPS滤料好，但耐酸、抗水解性能稍差，耐碱性差，适合在低含硫量的炉窑中使用。P84纤维与玻璃纤维制成的复合针刺毡，保持了P84纤维与玻璃纤维耐高温的优点。P84纤维不规则叶片状的横截面，使P84纤维具有超常的表面积，提高了阻尘与捕尘的能力及过滤效率。同时不规则横截面，又提高了纤维之间的缠结力，使毡层结构更加牢固。是一种综合性能极佳，用户满意的高温过滤材料。3.4 PTFE（聚四氟乙烯）滤料 PTFE（聚四氟乙烯）纤维（商品名特氟隆）滤料长期耐温260,，瞬间耐温300,，可在-180260,的范围内长期使用，在高温下强度保持率高；是目前滤料中耐化学腐蚀性最好的一种滤料，可耐受各种酸碱及强氧化物的腐蚀，水解稳定性和阻燃性都很好；具有较高的过滤效率和良好的清灰性能，即使在温度较高的情况下，表面也只粘附少量的灰尘，具有很高的性价比；突出优点是使用寿命长，在滤袋室工作温度为166204,的情况下，滤袋寿命可长达6,a。适合在各种炉窑特别是电力燃煤锅炉、垃圾焚烧炉上应用。其缺点是价格较高（相当于玻璃纤维滤料的10倍），在国外使用很多，在国内多用于复合滤料中。玻璃纤维与聚四氟乙烯纤维复合针刺毡，其聚四氟乙烯的低摩擦系数保护玻璃纤维免遭机械损伤，克服了玻璃纤维耐折耐磨性差的缺点；玻璃纤维则部分弥补了聚四氟乙烯价格高及透粉尘的缺点。两种材料不同的电性能还赋予毡层优良的粉尘捕集性能。这种毡材收尘效率高，粉尘剥离性、耐酸碱性好，常用温度达260,，适用于高温高滤速脉冲袋滤器。在国外城市垃圾焚烧炉、工业废料焚烧炉、燃煤锅炉上应用颇多，获得高度评价。4 膨化微孔聚四氟乙烯薄膜滤料 膨化微孔聚四氟乙烯薄膜滤料是在玻璃纤维织玻璃纤维2010年 第6期 38物或合成纤维针刺毡表面覆合膨化微孔聚四氟乙烯薄膜而制成的一种高效、低阻、高过滤精度、长寿命的新型滤料，它的优越性能是普通滤料所无法比拟的，目前在钢铁、水泥、铁合金、碳黑等行业已被广泛采用，效果极佳。但现在国内市场上销售的玻纤覆膜滤料的性能差别极大，其中90%是胶粘玻纤覆膜滤料（即是用胶粘剂将PTFE微孔膜粘合在玻璃纤维基布上），它的性能极差，已经给很多用户造成严重后果，原因是用户对玻纤覆膜滤料的有关知识知之甚少，故无法识别玻纤覆膜滤料的真假而造成的。玻纤覆膜滤料是耐高温滤料，也就是说耐高温是玻纤覆膜滤料的最起码的性能，但胶粘的玻纤覆膜滤料在温度达80,以上时，粘合用的胶粘剂已经溶化，此时将出现膜脱落，阻力增大等一系列严重的后果，而热压玻纤覆膜滤料（即是用高温热压技术将PTFE微孔膜覆合在玻璃纤维基布上，生产过程中不使用任何胶粘剂）可以在小于等于260,的环境下连续工作，而其性能不会有任何变化。玻璃纤维覆膜滤料对1 m以下的微细粉尘都可以达到99%以上的收尘效率，对5m以上的粉尘可以做到100%的收集。玻璃纤维覆膜滤料与普通滤料收尘效率比较见表2。玻璃纤维覆膜滤料可降低过滤阻力。玻璃纤维覆膜滤料的运行阻力较普通深层过滤材料低40%75%。这意味着：(1)延长了滤料因阻力上升而失效所持续的时间（延长了滤料使用寿命）。(2)减少了生产成本和操作成本。玻璃纤维覆膜滤料可增加处理风量。由于玻璃纤维覆膜滤料是依靠ePTFE薄膜实现“表面过滤”，从而无须建立“初次粉尘层”，而且灰尘可以轻易地从滤料表面清除，因而要达到同样的过滤效果和维持同样的过滤压差，系统可处理更高的风量。这就意味着：(1)系统无须改造即可提高产品产量，只要将普通滤料换成覆膜滤料。(2)新袋滤器设计时，覆膜滤料可使除尘设备采用更高的气布比，从而减少设备占地面积，降低设备投资。玻璃纤维覆膜滤料具有更长的使用寿命。依靠ePTFE薄膜实现“表面过滤”，粉尘不会进入滤料内部，滤料不会因阻塞而失效。优异的清灰性能使清灰次数减少，清灰强度降低，从而减少了滤料的磨损，延长了滤袋的使用寿命。5 结束语 袋式除尘器凭借其极高的除尘效率而被广泛地应用，它的节能、环保意义重大。今后15到20年，中国的袋式除尘器、高温滤料将会随各行业对节能降耗及环保要求的不断加强而得到快速发展。随着技术水平的提高，其核心高温滤料的各项性能将越发完善，使用性能逐渐增强。相信将来还会有更多多功能、高附加值的功能性纤维和特种滤料问世。由于滤料是易损部件，23,a就得更换。随着国家环保标准的日趋严格和节能减排、清洁生产观念的深入人心，高温滤料的市场潜力巨大。滤料生产企业应加大技术革新，进一步提高产品质量，改变目前高端高温滤料主要靠进口的局面，降低企业环保投入成本，使高温袋式除尘技术的应用不断发展。综 述朱平,等:高温过滤材料的现状与发展趋势表2 玻璃纤维覆膜滤料与普通滤料收尘效率对比粉尘大小/m 1 3 5 7 覆膜滤料 99.99099.999100.000100.000收尘效率/%普通滤料 88.00096.00098.00099.500